批次型扩散沉积方法技术

本发明专利技术提供一种批次型扩散沉积方法，包括步骤：1)提供反应腔室，内放置有若干待处理晶圆；2)以第一升温速率对反应腔室进行升温，在升温到第一温度后通入反应气体，以在晶圆表面沉积第一膜层；3)以第一降温速率对反应腔室进行降温，同时在降温过程中继续通入反应气体，以沉积第二膜层；4)以第二升温速率对反应腔室进行升温，同时在升温过程中持续通入反应气体，以沉积第三膜层；5)以第二降温速率对反应腔室进行降温，同时在降温过程中继续通入反应气体，以沉积第四膜层；各阶段的温度均介于薄膜的生长温度范围内。本发明专利技术操作简单，可提高薄膜的品质和厚度均匀性，有利于后续工艺的进行，有助于提高设备产出率和生产良率。

Batch diffusion deposition method

【技术实现步骤摘要】
批次型扩散沉积方法
本专利技术涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种批次型扩散沉积方法。
技术介绍
扩散工艺是半导体芯片制造中最主要的掺杂工艺，它是在高温条件下，将磷、硼等原子扩散到晶圆内，从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。现有技术中常用的扩散设备如图1所示，装载有上百片乃至数百片晶圆11的晶舟12被放置在一反应腔室12内，通过位于反应腔室12外围的加热器给晶圆11进行加热，加热到预设的反应温度后往反应腔室12内通入反应气体以进行扩散沉积，在预定的时间后停止反应气体的供应，之后开始降温直至降到初始温度，整个扩散过程就结束，图2示意了一般的扩散过程。即在现有的扩散工艺中，扩散沉积过程仅在晶圆11升温到反应温度后才真正开始，反应气体仅在沉积阶段通入，在晶圆11的升温过程中以及在完成扩散沉积后的降温过程中是不向反应腔室12内通入反应气体的。这样的扩散过程容易导致沉积出的薄膜20出现如图3中所示的厚度不均匀现象。这是因为现有的加热器一般是电阻型加热器，即利用布置在反应腔室12外围的加热线圈14进行加热，因而晶圆11自边缘向中心距加热线圈14的距离逐渐增加，受到的热辐射也逐渐减小，尤其是升温过程中(如图2中虚线圈所标示的阶段)，晶圆11边缘最先开始受热，导致扩散的初始过程中晶圆11表面的温度出现不均衡现象，图4示意了晶圆11表面的受热情况，图4中的箭头示意热辐射的方向，可以看到，晶圆11边缘与加热线圈14距离最近，受热最多，因而温度最高，随着与加热线圈14距离的增加，受热逐渐减少，晶圆11表面的温度逐渐降低，最终晶圆11表面的温度自边缘向中心逐渐减小，图5模拟示意了升温过程中以及沉积初始阶段晶圆11表面的温度情况，颜色越深处代表温度越高，而中心颜色最浅，代表温度最低。如图6所示，通常在反应气体浓度等其他反应条件一定的情况下，薄膜的沉积速率与扩散温度成正比，因而晶圆11表面的温度不均匀导致最终沉积形成的薄膜20出现了如图3所示的凹陷，即薄膜厚度自晶圆11边缘向晶圆11中心逐渐减小。此外，现有的沉积过程都是持续在极高温情况下进行，薄膜生长速度非常快，因而极有可能在薄膜生长过程中出现孔洞(void)，导致生成的薄膜品质下降。随着半导体器件尺寸日益缩小，对薄膜的平坦化和品质要求越来越高，因为不均匀的薄膜极易引发生产不良，且给后续工艺造成诸多不便，因而对这种扩散过程中导致的薄膜厚度不均匀及品质不良的现象，急需提出改善对策。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种批次型扩散沉积方法，用于解决现有技术中在扩散工艺中，因晶圆表面受热不均，使得沉积出的薄膜厚度不均匀，导致生产良率下降等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种批次型扩散沉积方法，包括以下步骤：1)提供反应腔室，所述反应腔室内放置有若干待处理晶圆；2)以第一升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自初始温度升温至第一温度，在升温至所述第一温度后通入反应气体，以在所述晶圆表面沉积第一膜层，其中，所述第一膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐增大；3)以第一降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第一温度降温至第二温度，同时在降温过程中继续通入所述反应气体，以在所述第一膜层表面沉积第二膜层，其中，所述第二膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐减小；4)以第二升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自所述第二温度升温至第三温度，同时在升温过程中持续通入所述反应气体，以在所述第二膜层表面沉积第三膜层，其中，所述第三膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐增大；5)以第二降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第三温度降温至第四温度，同时在降温过程中继续通入所述反应气体，以在所述第三膜层表面沉积第四膜层，其中，所述第四膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐减小；所述第一温度、第二温度、第三温度及第四温度均大于所述初始温度且均介于薄膜的生长温度范围内。可选地，所述步骤5)之后还包括停止供应反应气体，并继续以所述第二降温速率将所述反应腔室的温度自所述第四温度降温至所述初始温度，以对沉积形成的薄膜进行退火的步骤。可选地，所述第一温度介于600℃～1200℃之间。可选地，所述第三温度与所述第一温度相同。可选地，所述第二温度与所述第一温度的温度差值介于150℃～400℃之间。可选地，所述第四温度与所述初始温度之间的温度差值介于100℃～300℃之间可选地，所述第一升温速率与所述第二升温速率相同。更可选地，所述第一升温速率与所述第二升温速率均介于8℃/分钟～12℃/分钟之间。可选地，所述第一降温速率与所述第二降温速率相同。更可选地，所述第一降温速率与所述第二降温速率均介于8℃/分钟～12℃/分钟之间可选地，所述第一膜层、第二膜层、第三膜层及第四膜层的厚度之和大于等于1000埃。可选地，形成的所述第一膜层、第二膜层、第三膜层及第四膜层的材质包括硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)或硼硅玻璃(BSG)。如上所述，本专利技术的批次型扩散沉积方法，具有以下有益效果：本专利技术充分利用扩散沉积工艺的升温过程和降温过程中晶圆表面的温度不一致的现象，在升温过程和降温过程中也导入反应气体进行薄膜的扩散沉积，从而使整个扩散沉积中形成一个良好的温差互补，使得最终制备出的薄膜厚度均匀，且与晶圆表面有良好的贴合。本专利技术无需进行设备改造而仅通过调整工艺参数即可实现，操作简单。采用本专利技术的批次型扩散沉积方法制备出的半导体薄膜结构的厚度均匀，有利于后续工艺的进行，有助于提高生产良率，且单次可完成数十片乃至数百片晶圆的薄膜扩散沉积，产出率极大提高。附图说明图1显示为现有技术中及本专利技术实施例一中使用的扩散设备示意图。图2显示为现有技术中的扩散过程示意图。图3显示为现有技术中的扩散沉积形成的薄膜结构示意图。图4显示为晶圆的导热过程示意图。图5显示为升温过程中以及扩散初始过程中晶圆表面的温差示意图。图6显示为薄膜的沉积速率与温度的关系示意图。图7显示为本专利技术实施例一的批次型扩散沉积方法的流程图。图8显示为本专利技术的实施例一的步骤2)中呈现出的半导体薄膜结构的示意图。图9显示为本专利技术的实施例一的降温过程中晶圆表面的温差示意图。图10显示为本专利技术的实施例一的步骤3)中呈现出的半导体薄膜结构的示意图。图11显示为本专利技术实施例一中的批次型扩散沉积方法的沉积过程示意图。图12及13分别显示为执行图11中的第三沉积阶段和第四沉积阶段后呈现出的半导体薄膜结构的示意图。元件标号说明11晶圆12晶舟13反应腔室14加热线圈20薄膜21第一膜层22第二膜层23第三膜层24第四膜层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种批次型扩散沉积方法，其特征在于，包括步骤：/n1)提供反应腔室，所述反应腔室内放置有若干待处理晶圆；/n2)以第一升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自初始温度升温至第一温度，在升温至所述第一温度后通入反应气体，以在所述晶圆表面沉积第一膜层，其中，所述第一膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐增大；/n3)以第一降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第一温度降温到第二温度，同时在降温过程中继续通入所述反应气体，以在所述第一膜层表面沉积第二膜层，其中，所述第二膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐减小；/n4)以第二升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自所述第二温度升温至第三温度，同时在升温过程中持续通入所述反应气体，以在所述第二膜层表面沉积第三膜层，其中，所述第三膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐增大；/n5)以第二降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第三温度降温至第四温度，同时在降温过程中持续通入所述反应气体，以在所述第三膜层表面沉积第四膜层，其中，所述第四膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐减小；/n所述第一温度、第二温度、第三温度及第四温度均大于所述初始温度且均介于薄膜的生长温度范围内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种批次型扩散沉积方法，其特征在于，包括步骤：
1)提供反应腔室，所述反应腔室内放置有若干待处理晶圆；
2)以第一升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自初始温度升温至第一温度，在升温至所述第一温度后通入反应气体，以在所述晶圆表面沉积第一膜层，其中，所述第一膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐增大；
3)以第一降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第一温度降温到第二温度，同时在降温过程中继续通入所述反应气体，以在所述第一膜层表面沉积第二膜层，其中，所述第二膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐减小；
4)以第二升温速率对所述反应腔室进行升温，使所述反应腔室自所述第二温度升温至第三温度，同时在升温过程中持续通入所述反应气体，以在所述第二膜层表面沉积第三膜层，其中，所述第三膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐增大；
5)以第二降温速率对所述反应腔室进行降温，使所述反应腔室自所述第三温度降温至第四温度，同时在降温过程中持续通入所述反应气体，以在所述第三膜层表面沉积第四膜层，其中，所述第四膜层的厚度自所述晶圆中心向所述晶圆边缘逐渐减小；
所述第一温度、第二温度、第三温度及第四温度均大于所述初始温度且均介于薄膜的生长温度范围内。


2.根据权利要求1所述的批次型扩散沉积方法，其特征在于：所述步骤5)之后还包括停止供应反应气体，并继续以所述第二降温速率将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34