[發明專利]在半導體基底上同時生長單晶和多晶的方法

有效

• 申請號: 201210181336.3
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN103456608A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 劉繼全;高杏
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/205;C30B23/04;C30B25/04;C30B28/12;C30B29/06
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種在半導體基底上同時生長單晶和多晶的方法。

背景技術

平面光波導（Planar?Lightwave?Circuit,PLC）功率分路器（Optical?Power?Splitter）能通過半導體工藝制作，光分路的功能在芯片內實現，芯片兩端通過封裝耦合輸入輸出的光纖陣列實現和光纖的鏈接。PLC工藝具有：一、對波長不敏感；二、分光均勻性較好；三、可以拉制1×32路以上分光器件，且分光路數越多單位成本越便宜；四、器件體積較小等優勢，市場前景廣闊。PLC工藝的缺點：1、技術門檻較高，目前光分路芯片靠進口，國內僅幾家大學有實驗室水平；2、國內目前工業生產僅有封裝廠商。

在實際生產過程中，由于PLC器件耦合器部分要求不同深度臺階式結構，總深度達13微米。該結構功能受深度影響明顯，單純使用刻蝕工藝無法得到滿足要求結構，現有方法是采用傳統外延與刻蝕結合的工藝，通過逐層刻蝕淀積等工藝形成不同功能器件區后，再經由外延工藝將單晶硅厚度補充到13微米。在現有方法的工藝中，硅單晶區域生長外延單晶，非硅單晶區域生長外延多晶，由于外延生長時需要較高溫度，現有的外延生長的溫度通常為1000℃-1200℃，且淀積的外延層厚度較厚，厚度可以達到5微米～10微米，造成外延形成的多晶硅表面粗糙度嚴重，這會對光刻以及刻蝕工藝造成影響，也即會使光刻標記很容易發生畸變甚至完全消失，進而對光刻對準造成嚴重影響，使硅片無法繼續后續工藝流程；另外，由于硅片表面嚴重不平，刻蝕后溝槽底部有嚴重的凹凸問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種在硅基底上同時生長單晶硅和多晶硅的方法，能降低多晶硅的表面的粗糙度，提高硅基底的表面平整度。

為解決上述技術問題，本發明提供的在硅基底上同時生長單晶硅和多晶硅的方法包括如下步驟：

步驟一、在硅基底上依次生長二氧化硅掩蔽層和多晶硅籽晶層。

步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述硅基底上刻蝕出單晶硅生長區域，所述單晶硅生長區域內的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層都被去除，所述單晶硅生長區域外的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層保留并作為多晶硅生長區域。

步驟三、采用外延生長工藝在所述單晶硅生長區域內生長單晶硅、同時在所述多晶硅生長區域內生長多晶硅；所述外延生長工藝的溫度設置在850℃～900℃，使所述多晶硅表面的粗糙度減少；調整所述外延生長工藝的壓強，使所述單晶硅的生長速率等于所述多晶硅的生長速率。

進一步的改進是，步驟一中采用熱氧化工藝或淀積工藝形成所述二氧化硅掩蔽層，所述二氧化硅掩蔽層的厚度為0.2微米～10微米。

進一步的改進是，步驟一中所述多晶硅籽晶層的厚度為0.1微米～2微米。

進一步的改進是，步驟二中采用干法刻蝕工藝去除所述單晶硅生長區域內的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層，在干法刻蝕之后、步驟三的外延生長工藝之前對干法刻蝕后的表面進行爐管修復，該爐管修復的溫度為900℃～1100℃，時間為10分鐘～30分鐘；之后再通過濕法刻蝕工藝將所述爐管修復過程中形成的犧牲氧化層去除。

進一步的改進是，步驟三中所述外延生長工藝之前還包括對所述硅基底表面進行清潔的工藝，該清潔工藝的反應氣體為氯化氫，該清潔工藝的溫度為800℃～950℃，該清潔工藝將所述硅基底表面的殘余氧化層及雜質清理干凈。

進一步的改進是，步驟三中所述外延生長工藝的工藝條件為：硅源氣體為硅烷，載氣為氫氣，所述氫氣的流量為20slm～60slm，溫度為850℃～900℃，壓強為20Torr～760Torr。

進一步的改進是，步驟三的所述外延生長工藝中還包括進行P型摻雜或N型摻雜。

本發明的外延生長工藝的溫度設置在850℃～900℃，該溫度較低，能夠大大降低多晶硅的表面的粗糙度。所以應用本發明方法到PLC工藝中時，能消除現有技術中由于多晶硅表面的粗糙度嚴重而造成的光刻標記容易發生畸變或消失的問題，不會對光刻對準造成影響，不會對后續工藝產生影響。