[發明專利]批次型擴散沉積方法

在審

• 申請號: 201811183737.6
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN111048409A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 長鑫存儲技術有限公司
• 主分類號: H01L21/223
• 分類號: H01L21/223;H01L21/324
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種批次型擴散沉積方法，包括步驟：1)提供反應腔室，內放置有若干待處理晶圓；2)以第一升溫速率對反應腔室進行升溫，在升溫到第一溫度后通入反應氣體，以在晶圓表面沉積第一膜層；3)以第一降溫速率對反應腔室進行降溫，同時在降溫過程中繼續通入反應氣體，以沉積第二膜層；4)以第二升溫速率對反應腔室進行升溫，同時在升溫過程中持續通入反應氣體，以沉積第三膜層；5)以第二降溫速率對反應腔室進行降溫，同時在降溫過程中繼續通入反應氣體，以沉積第四膜層；各階段的溫度均介于薄膜的生長溫度范圍內。本發明操作簡單，可提高薄膜的品質和厚度均勻性，有利于后續工藝的進行，有助于提高設備產出率和生產良率。

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，特別是涉及一種批次型擴散沉積方法。

背景技術

擴散工藝是半導體芯片制造中最主要的摻雜工藝，它是在高溫條件下，將磷、硼等原子擴散到晶圓內，從而改變和控制半導體內雜質的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區域。

現有技術中常用的擴散設備如圖1所示，裝載有上百片乃至數百片晶圓11的晶舟12被放置在一反應腔室12內，通過位于反應腔室12外圍的加熱器給晶圓11進行加熱，加熱到預設的反應溫度后往反應腔室12內通入反應氣體以進行擴散沉積，在預定的時間后停止反應氣體的供應，之后開始降溫直至降到初始溫度，整個擴散過程就結束，圖2示意了一般的擴散過程。即在現有的擴散工藝中，擴散沉積過程僅在晶圓11升溫到反應溫度后才真正開始，反應氣體僅在沉積階段通入，在晶圓11的升溫過程中以及在完成擴散沉積后的降溫過程中是不向反應腔室12內通入反應氣體的。這樣的擴散過程容易導致沉積出的薄膜20出現如圖3中所示的厚度不均勻現象。這是因為現有的加熱器一般是電阻型加熱器，即利用布置在反應腔室12外圍的加熱線圈14進行加熱，因而晶圓11自邊緣向中心距加熱線圈14的距離逐漸增加，受到的熱輻射也逐漸減小，尤其是升溫過程中(如圖2中虛線圈所標示的階段)，晶圓11邊緣最先開始受熱，導致擴散的初始過程中晶圓11表面的溫度出現不均衡現象，圖4示意了晶圓11表面的受熱情況，圖4中的箭頭示意熱輻射的方向，可以看到，晶圓11邊緣與加熱線圈14距離最近，受熱最多，因而溫度最高，隨著與加熱線圈14距離的增加，受熱逐漸減少，晶圓11表面的溫度逐漸降低，最終晶圓11表面的溫度自邊緣向中心逐漸減小，圖5模擬示意了升溫過程中以及沉積初始階段晶圓11表面的溫度情況，顏色越深處代表溫度越高，而中心顏色最淺，代表溫度最低。如圖6所示，通常在反應氣體濃度等其他反應條件一定的情況下，薄膜的沉積速率與擴散溫度成正比，因而晶圓11表面的溫度不均勻導致最終沉積形成的薄膜20出現了如圖3所示的凹陷，即薄膜厚度自晶圓11邊緣向晶圓11中心逐漸減小。此外，現有的沉積過程都是持續在極高溫情況下進行，薄膜生長速度非常快，因而極有可能在薄膜生長過程中出現孔洞(void)，導致生成的薄膜品質下降。隨著半導體器件尺寸日益縮小，對薄膜的平坦化和品質要求越來越高，因為不均勻的薄膜極易引發生產不良，且給后續工藝造成諸多不便，因而對這種擴散過程中導致的薄膜厚度不均勻及品質不良的現象，急需提出改善對策。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種批次型擴散沉積方法，用于解決現有技術中在擴散工藝中，因晶圓表面受熱不均，使得沉積出的薄膜厚度不均勻，導致生產良率下降等問題。