[發明專利]一種無水泡的低應力多晶硅薄膜制作方法

在審

• 申請號: 201711014518.0
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107993929A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 陳曦;瞿濤;卓文君;王俊力;賈文章
• 申請（專利權）人: 江蘇西貝電子網絡有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;B81C1/00
• 代理公司: 常州市夏成專利事務所(普通合伙)32233
• 代理人: 萬花

技術領域

本發明涉及硅微機械加工技術，尤其涉及一種無水泡的多晶硅薄膜的制作方法。

背景技術

多晶硅薄膜常用在MEMS（微機電系統）器件中作為導電層，比如MEMS麥克風、光伏器件等等。多晶硅薄膜既具有晶體硅的電學特性，又能與非晶硅薄膜生長工藝兼容，易于實現大面積生長，制備成本較低。因此，多晶硅薄膜不僅在半導體功率器件和液晶顯示領域有了廣泛的應用，而且在太陽能光電轉換方面也做了大量的研究。

在許多MEMS器件中需要控制多晶硅薄膜的應力，而直接用CVD沉積的多晶硅薄膜在應力上很難實現低應力的需求，因此在本發明中采用非晶硅薄膜退火結晶變成多晶硅薄膜的方法，根據退火的溫度不同，多晶硅薄膜的應力可以得到控制。但是，在退火過程中，多晶硅薄膜以及多晶硅薄膜下面的二氧化硅薄膜中存在的Si-H鍵會吸收能量斷裂產生H₂，隨著H₂的增加會使得多晶硅薄膜鼓起水泡，導致多晶硅薄膜脫落。因此，如何在退火時既能夠控制多晶硅薄膜的應力，又不能使多晶硅薄膜產生水泡是非常需要解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是要提供一種無水泡的低應力多晶硅薄膜的制作方法，由于非晶硅薄膜不能夠夠直接沉積在裸硅片上，因此，需要在多晶硅下面加一層二氧化硅，二氧化硅和非晶硅都采用CVD的技術沉積。那這里要解決的問題就是既要通過退火控制二氧化硅和多晶硅薄膜的應力在一個比較低的條件下，又不能夠讓多晶硅薄膜產生水泡。

本發明的技術解決方案分兩部分，首先進行薄膜的沉積以及應力控制：

①使用CVD工藝在基底上淀積一層SiO₂薄膜，作為中間層。

②進行RTP快速退火，退火溫度為685℃，退火持續25s，將2inch片子40mm范圍內的形變控制在+/-2um。

③在SiO₂薄膜層上采用CVD工藝沉積一層非晶硅，然后進行磷離子摻雜，磷元素摻雜是采用氣體在位摻雜技術，摻雜濃度為10^12至10^18 atoms/cm^3。

然后進行多晶硅薄膜的制作:

①對非晶硅層進行紫外光刻，將所設計的薄膜圖形轉移到非晶硅層上，該圖形為均勻分布的孔徑為500um的圓形。

②在曝光顯影過后對非晶硅層進行RIE（反應離子刻蝕），刻出薄膜的形狀。

③刻出薄膜圖案后進行RTP快速退火，退火溫度為685℃，退火持續25s，同時，將2inch片子40mm范圍內的形變控制在+/-2um。非晶硅薄膜就會在一定的溫度下結晶變成多晶硅，這就是需要的無水泡的低應力多晶硅薄膜。

附圖說明

圖1為起水泡的多晶硅薄膜示意圖；

圖2為無水泡的多晶硅薄膜制作示意圖；

圖3為無水泡的多晶硅薄膜制作流程圖。

具體實施方式

為使本發明特征與實施步驟更加清晰易懂，以下結合具體實例并對照附圖，加以詳細敘述說明，以便于理解。

傳統的非晶硅退火結晶成多晶硅薄膜的過程中會產生水泡，剖面示意圖如圖1所示，此時鼓起來的多晶硅薄膜極易破裂。

在本發明的一個優選實施例中，參照圖2，多晶硅薄膜結構從下往上依次包括基底1、SiO₂薄膜層2、多晶硅薄膜層3；其中，基底1的作用是支撐固定，其材料為硅片；SiO₂薄膜層2作為中間層。

為了制作出如圖2所示的多晶硅振膜結構，本發明提出了一套完整的工藝流程（見圖3）。

具體來說，多晶硅薄膜的制作工藝流程主要包括如下步驟：

①在襯底1采用化學氣相沉積技術（CVD）制備厚度為200～1000nm的SiO₂薄膜2，該SiO₂薄膜層即為中間層；

②使用快速退火爐RTP-500進行快速退火，退火溫度選擇685℃，退火25s，可以將應變范圍控制在+/-2um；

③在SiO₂薄膜2上采用化學氣相沉積技術（CVD）淀積300～500nm非晶硅薄膜層3,并且對非晶硅薄膜在位摻雜磷元素，磷元素的摻雜濃度為；

④使用紫外光刻機MA6在非晶硅薄膜層3上曝光出多晶硅薄膜圖案，顯影后用RIE(Tegal 903e)刻蝕出多晶硅薄膜結構；

⑤使用快速退火爐RTP-500進行快速退火，退火溫度選擇685℃，退火25s，可以將應變范圍控制在+/-2um并且確保非晶硅薄膜在不會產生水泡的條件下可以結晶變為多晶硅薄膜。

另外，需要注意的是，本發明的優選實施例中展示了通過將非晶硅薄膜刻蝕出想要的結構在進行退火結晶成為多晶硅薄膜，而非先將非晶硅薄膜退火成多晶硅薄膜在進行刻蝕出想要的結構。而且，還可以通過增加SiO₂的厚度來實現非晶硅薄膜在大面積的情況下退火結晶成多晶硅且不會產生水泡。