[發明專利]多晶硅在離子注入后的快速退火方法

有效

• 申請號: 201210219690.0
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103515224A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 平梁良
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 唐立;王忠忠

技術領域

本發明屬于半導體多晶硅的制備技術領域，涉及多晶硅在離子注入后的快速熱退火（Rapid?Thermal?Anneal，RTA）方法。

?背景技術

在芯片制造領域，半導體多晶硅被廣泛應用，例如，用來形成多晶硅柵電極，或者用來形成特定阻值的電阻。通常地，芯片中所應用的半導體多晶硅的制備過程一般包括以下步驟：（1）沉積形成未摻雜的多晶硅層（此時電阻大，不適合用作導體）；（2）通過離子注入（Ion?implantation，IMP）方法實現對多晶硅摻雜；（3）快速熱退火以激活多晶硅摻雜。

通常地，在以上快速熱退火過程中，通入成本相對較低的N₂作為保護氣體。申請人發現，采用這種傳統的RTA工藝對多晶硅摻雜激活時，容易導致晶圓上的多晶硅的電阻分布不均勻。圖1所示為采用現有技術的RTA工藝所制得多晶硅的電阻分布情況。在圖1所示實例中，分布在晶圓上的多晶硅經過RTA后，其電阻值分布非常不均勻，除了小部分多晶硅的電阻符合目標范圍值（目標電阻范圍：150-200Ω/□）要求外，其他均超出該目標范圍值。因此，RTA工藝后多晶硅電阻均勻性差的問題，明顯將導致良率大大下降。

為避免這種RTA后電阻均勻性差的問題，可以采用爐管退火等退火方法來替代RTA實現摻雜激活。但是，采用其他退火方法容易影響多晶硅之外部分的摻雜分布，例如，采用爐管退火來對多晶硅退火時，會對前端結構中的摻雜產生影響，從而影響MOS器件等的性能參數。這也是多晶硅的制備過程中基本選擇采用RTA來實現摻雜激活的原因，因此，其他退火方法實際可行性較差。

發明內容

本發明的目的在于，提高多晶硅在RTA處理后的電阻均勻性。

為實現以上目的或者其他目的，本發明提供一種快速熱退火方法，用于將晶圓上的多晶硅在離子注入摻雜后進行摻雜激活以獲得預定電阻范圍內的多晶硅層，其中，在快速熱退火的過程中，在向所述晶圓所處的快速熱退火裝置的腔室內通入氮氣的同時，通入氧氣以改善所述晶圓上的多晶硅的電阻的均勻性。

優選地，所述氮氣與所述氧氣的流量比范圍可以為2:1至4000:1。

進一步，優選地，所述氮氣與所述氧氣的流量比大致為4000:1。

優選地，所述快速熱退火的溫度大于或等于900℃。

本發明的技術效果是，通過在通入氮氣進行退火時、通入一定量的氧氣，可以改善多晶硅RTA的電阻均勻性，從而使多晶硅容易達到預定電阻范圍內，大大提供多晶硅的產品質量和良率，降低生產成本。

附圖說明

從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其他目的及優點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。

圖1是采用現有技術的RTA工藝所制得多晶硅的電阻分布情況。

圖2是包含多晶硅層的晶圓在快速熱退火爐中的進行快速熱退火的示意圖。

圖3是按照本發明一實施例的RTA方法在快速熱退火爐中的進行快速熱退火的示意圖。

圖4是分別采用表一和表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖，其中（a）為按照表一所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖，（b）為按照表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶硅的電阻分布示意圖。

具體實施方式

下面介紹的是本發明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發明的基本了解，并不旨在確認本發明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其他實現方式。因此，以下具體實施方式以及附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限定或限制。

基于以上多晶硅的電阻不均勻的問題，如背景技術中所描述，申請人首先找出了問題的原因是由于RTA過程所導致，進一步，申請人通過各種實驗和探索，發現了在RTA過程中導致多晶硅的電阻不均勻的主要原因。

通常地，多晶硅在離子注入后的RTA過程是在相應的快速熱退火裝置中完成，例如，在快速熱退火爐中完成。圖2所示為包含多晶硅層的晶圓在快速熱退火爐中的進行快速熱退火的示意圖。申請人應用以下表一的現有RTA工藝參數進行RTA過程，并且，在退火過程中，如圖2所示，將晶圓的定位凹口（notch）21對準快速熱退火裝置100的爐口放置（爐口是晶圓的進出口），晶圓在其腔室中進行快速熱退火。