多晶矽在離子注入後的快速退火方法
2023-09-13 17:06:50
多晶矽在離子注入後的快速退火方法
【專利摘要】本發明提供一種多晶矽在離子注入後的快速熱退火（RapidThermalAnneal，RTA）方法，屬於半導體多晶矽的製備【技術領域】。該方法用於將晶圓上的多晶矽在離子注入摻雜後進行摻雜激活以獲得預定電阻範圍內的多晶矽層，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矽的電阻的均勻性。該RTA方法所製備形成的多晶矽層的電阻均勻性好，成品率高並且製造成本低。
【專利說明】多晶矽在離子注入後的快速退火方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體多晶矽的製備【技術領域】，涉及多晶矽在離子注入後的快速熱退 火(Rapid Thermal Anneal, RTA)方法。
[0002]【背景技術】
在晶片製造領域，半導體多晶矽被廣泛應用，例如，用來形成多晶矽柵電極，或者用來 形成特定阻值的電阻。通常地，晶片中所應用的半導體多晶矽的製備過程一般包括以下步 驟:(I)沉積形成未摻雜的多晶矽層(此時電阻大，不適合用作導體);(2)通過離子注入(1n implantation, IMP)方法實現對多晶矽摻雜；(3)快速熱退火以激活多晶矽摻雜。
[0003]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，採用這種傳統的RTA工藝對多晶矽摻雜激活時，容易導致晶圓上的多晶矽的電阻 分布不均勻。圖1所示為採用現有技術的RTA工藝所製得多晶矽的電阻分布情況。在圖1 所示實例中，分布在晶圓上的多晶矽經過RTA後，其電阻值分布非常不均勻，除了小部分多 晶矽的電阻符合目標範圍值(目標電阻範圍:150-200Q/ □)要求外，其他均超出該目標範 圍值。因此，RTA工藝後多晶矽電阻均勻性差的問題，明顯將導致良率大大下降。
[0004]為避免這種RTA後電阻均勻性差的問題，可以採用爐管退火等退火方法來替代 RTA實現摻雜激活。但是，採用其他退火方法容易影響多晶矽之外部分的摻雜分布，例如，採 用爐管退火來對多晶矽退火時，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。這也是多晶矽的製備過程中基本選擇採用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】
[0005]本發明的目的在於，提高多晶矽在RTA處理後的電阻均勻性。
[0006]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，用於將晶圓上 的多晶矽在離子注入摻雜後進行摻雜激活以獲得預定電阻範圍內的多晶矽層，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矽的電阻的均勻性。
[0007]優選地，所述氮氣與所述氧氣的流量比範圍可以為2:1至4000:1。
[0008]進一步，優選地，所述氮氣與所述氧氣的流量比大致為4000:1。
[0009]優選地，所述快速熱退火的溫度大於或等於900°C。
[0010]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 多晶矽RTA的電阻均勻性，從而使多晶矽容易達到預定電阻範圍內，大大提供多晶矽的產 品質量和良率，降低生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011 ] 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，相同或相似的要素採用相同的標號表示。[0012]圖1是採用現有技術的RTA工藝所製得多晶矽的電阻分布情況。
[0013]圖2是包含多晶矽層的晶圓在快速熱退火爐中的進行快速熱退火的示意圖。
[0014]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。
[0015]圖4是分別採用表一和表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶矽的電阻分布示意圖，其中(a)為按照表一所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶矽的電阻分布示意圖，(b) 為按照表二所示RTA方法所得到的晶圓上的多晶矽的電阻分布示意圖。
【具體實施方式】
[0016]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，並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範圍。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。
[0017]基於以上多 晶矽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於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過程中導致多晶矽的電阻不均勻的主要原因。
[0018]通常地，多晶矽在離子注入後的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所示為包含多晶矽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，並且，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。
[0019] 表一現有RTA工藝參數
【權利要求】
1.一種快速熱退火方法，用於將晶圓上的多晶矽在離子注入摻雜後進行摻雜激活以獲 得預定電阻範圍內的多晶矽層，其特徵在於，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矽的電阻的 均勻性。
2.如權利要求1所述的快速熱退火方法，其特徵在於，所述氮氣與所述氧氣的流量比 範圍為2:1至4000:1。
3.如權利要求2所述的快速熱退火方法，其特徵在於，所述氮氣與所述氧氣的流量比 大致為4000:1。
4.如權利要求1或2所述的快速熱退火方法，其特徵在於，所述快速熱退火的溫度大 於或等於900°C。
【文檔編號】H01L21/324GK103515224SQ201210219690
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】平梁良 申請人:無錫華潤上華科技有限公司