[發明專利]摻氧半絕緣多晶硅膜及其制作方法

有效

• 申請號: 201110284444.9
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN103021801A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李如東;譚燦建;譚志輝
• 申請（專利權）人: 北大方正集團有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L29/00
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 李娟

技術領域

本發明涉及半導體器件領域技術，尤其涉及處摻氧半絕緣多晶硅膜及其制作方法。

背景技術

摻氧半絕緣多晶硅(SIPOS)薄膜呈半絕緣性和電中性，與傳統的SiO2膜相比，有以下優點：1、與SiO2中含有的固定正電荷不同，SIPOS膜呈電中性，本身無固定電荷，不會影響硅襯底表面載流子的重新分布，既可作為P型襯底鈍化膜，也可作為N型襯底鈍化膜。2、SIPOS膜的電阻率介于多晶硅(～3E6Ohm-cm)和SiO2(＞1E16Ohm-cm)之間，為1E8～1E10Ohm-cm，具體的數值由其氧含量決定，故載流子可在其內部運動，注入的熱電子不能長時間存在于SIPOS膜中，所以無載流子存儲效應。3、因為SIPOS膜主要結構是多晶硅，在晶粒間界處有大量俘獲陷阱(密度為1E17～1E18/cm3)，這些陷阱既可以俘獲電子，也可以俘獲空穴，又可以俘獲帶電粒子，從而使器件特性穩定可靠。

正是由于摻氧半絕緣多晶硅的這些性質，用摻氧半絕緣多晶硅鈍化硅襯底時，因摻氧半絕緣多晶硅的半絕緣性和Si-SIPOS界面無高位能的勢壘，可以允許有外加電場或離子沾污在硅表面感生的可動離子進入摻氧半絕緣多晶硅中，這樣在硅表面不能形成反型層或堆積層，從根本上改善了硅襯底的表面效應。而且，摻氧半絕緣多晶硅膜中含有15～35％的氧原子，使表面產生電流的表面態密度大大降低，故SIPOS-Si之間的界面態密度將顯著減少，進而減小了反向電流中的界面態產生電流分量。

此外，與SiO2對雪崩擊穿后熱載流子長期儲存效應不同，摻氧半絕緣多晶硅半絕緣，凡進入摻氧半絕緣多晶硅中的電荷不能長期儲存，故由雪崩擊穿產生的熱載流子也不會長期停留在摻氧半絕緣多晶硅中，故消除了由SiO2鈍化產生的擊穿電壓蠕動，提高了器件的穩定性和可靠性。

根據文獻報道和實際的大量的工藝實驗結果，摻氧半絕緣多晶硅膜中氧含量是20％左右時，器件可以有較好的耐壓及漏電特性。但是，使用該含氧量時，在隨后的鋁布線工藝中，晶片表面會出現“鋁印”。該“鋁印”是指摻氧半絕緣多晶硅薄膜上的鋁，在425度合金后，鋁原子沿摻氧半絕緣多晶硅中的晶粒間界向鋁條兩邊擴散。嚴重時會造成電路內部微短路。這一點不僅使表觀質量變差，同時也是造成器件功能失效和可靠性降低原因之一。

發明內容

本發明實施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅及其制作方法，可以既保證了器件耐壓特性，又避免了出現鋁印現象。

本發明實施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅膜的制作方法，該方法包括：

按照第一流量比向放置有硅片的反應爐內持續充入一氧化氮和硅烷，在硅片上反應，持續反應達到第一反應時間長度后，生成具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；

按照第二流量比向反應爐內持續充入一氧化氮和硅烷，在所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上反應，持續反應達到第二反應時間長度后，生成具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層；

其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。

較佳的，所述第一流量比為0.24時，所述第一含氧量為21％。

較佳的，所述第二流量比為0.4時，所述第二含氧量為45％。

較佳的，生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應時間長度大于生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應時間長度。

較佳的，所述生成第一摻氧半絕緣多晶硅層的第一反應時間長度為70分鐘，所述生成第二摻氧半絕緣多晶硅層的第二反應時間長度為13分鐘。

較佳的，生成第一摻氧半絕緣多晶硅層和第二摻氧半絕緣多晶硅層的反應溫度均為650攝氏度，反應壓力為200毫托。

相應的，本發明實施例提供了一種摻氧半絕緣多晶硅膜，包括：

位于硅片上的具有第一含氧量的第一摻氧半絕緣多晶硅層；

位于所述第一摻氧半絕緣多晶硅層上的、具有第二含氧量的第二摻氧半絕緣多晶硅層；

其中，所述第二含氧量大于所述第一含氧量。

較佳的，所述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度大于所述第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度。

較佳的，所述第一摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為3500埃，所述第二摻氧半絕緣多晶硅層的厚度為2000埃。