专利名称：电阻加热式单晶片腔室中的掺杂的硅沉积工艺的制作方法
技术领域：
本发明是关于半导体加工领域的，特别是关于用于控制硅膜的沉积的一种方法和设备。
背景技术：
图1描绘了一种靠辐射加热的半导体基片加工腔室的一个实例。该类加工腔室内工艺压力一般小于或接近100乇。单基片反应器100包括顶壁132，侧壁133和底壁134，这使反应器100能加载一个单基片，例如晶片102。晶片102装在由马达137带动旋转的基座(susceptor)105上，以便为一般是圆片状的晶片102提供一个时间均匀化的环境。基座和晶片被加热，工艺气体通过腔室130被抽取，工艺气体以箭头141的方向流经晶片的表面。工艺气体包括能在加热的晶片表面发生反应的化学气体，以便在晶片表面形成一层膜。晶片不断旋转以使气体在晶片的整个表面均匀地消耗。
预热环140被固定在腔室130，且环绕晶片102。晶片102、基座105及预热环140被多个装在反应器100外部的高强度灯138和139发出的光加热。腔室130的顶壁132和底壁134一般是由石英制造的，并对光来说基本是透明的，以使来自外部的灯138和139的光进入反应器100并加热基座105、晶片102并预热环140。
虽然基片的转动和灯138及139带来的热辐射可能影响反应器100中的气流分布，从气体输入口110跨过预热环140及晶片到排气口111处，气流的主要分布形态是层流状。
在辐射加热式反应器100内，用位于加工腔室130下面的光学高温计150测量加工腔室内的温度。高温计150测量由受热的基座105发出的光强度152。因为由受热的基座发出的辐射依赖于基座的温度，所以基座的温度可以通过用高温计150测量光的亮度来计算。由于基座的发射率依赖于基座和通过其测量基座的发射率的石英腔室穹顶或底壁134的表面状况，晶片的温度不是直接测量的，所以可能不准确。高温计150一般用来测量基座的温度，或确定晶片的温度，因为晶片在加工过程中位于不断旋转着的基座105上，所以很难用接触的方式测量晶片的温度。由于基座是一个旋转体，因此很难将诸如热电偶类的测温设备直接附着到基座上，以直接测量基座的温度。还有，由于受热的基座的热发射率是通过石英壁134用高温计150测量的，且依赖于基座105和石英壁134的表面情况，因此，必须定期清理加工腔室，包括石英壁134和基座105的下表面，因为工艺气体残余物容易积聚在这些表面并可能影响表面的发射率，从而引起温度测量的误差。
膜厚度的一致性用两种方式测量。第一种，测量不同晶片间的一致性，第二种，测量单个晶片表面膜厚度的一致性。
既然膜厚度依赖于温度，在所有其它参数中，在加工腔室内精确地控制温度非常重要。所以在有光学温度测量设置的加工腔室中进行的热沉积工艺可能会受这类温度测量系统的相对误差的制约。
本发明的膜沉积反应器如图1所示的反应器100用氢气作为载体或稀释气体。用氢气作为载体是因为氢气具有相对高的热导率(例如与氮气相比)。氢气的热导率在晶片和加工腔室或反应器的穹顶之间提供足够大的温度梯度。相对大的温度梯度有助于避免气相成核，若成核将导致硅烷沉积到穹顶表面并导致穹顶表面被覆盖一层镀层，当气相成核且穹顶镀层出现时，晶片上的发生反应的气体量减少，导致晶片上膜厚度不均匀。氢气和大的温度梯度可以减少由于气相成核和穹顶镀层造成的硅烷沉积。因此，使用的气体越少，工艺的效率越低。
辐射式加热膜沉积腔室因此对工艺的波动非常敏感，而且特别是温度波动将导致膜厚度潜在的不一致性。与造成晶片温度波动的相关联的一个问题就是晶片膜厚度的不一致性。人们已进行了大量的努力改进工艺参数以提高膜厚度的一致性，不论是晶片与晶片间还是从单个晶片的角度。还有与基座转动相关的问题，例如基座的摆动或振动，该类问题需要更复杂的解决方案。
在辐射式加热加工反应器中，原料(feed stock)消耗相对很高，这意味着反应物如硅烷或乙硅烷的量与沉积产品(即膜沉积率)的量相比很高，导致工艺效率低下。另外，由于使用了大量的原料，这类反应器需要频繁地进行维护，因此，增加了费用及加工机器停机的时间。
其厚度均匀性和可重复性非常重要的另一类半导体基片工艺是化学气相沉积(CVD)。由于其具有极好的台阶(step)覆盖能力，CVD非晶硅膜已经被用在填隙(gap fill)应用中。随着装置几何参数的缩小，期望对亚微米图案沉积的膜具有等角的(conformal)填隙分布。目前，多数非晶硅膜是用加工炉成批加工的，虽然这种加工方法具有周期长的缺点。此外，工艺制造过程中，非晶硅工艺的低温特性限制了其产出量。在单晶片的沉积技术领域迫切需要一种能获得良好的填隙质量及高产出量的工艺。
发明内容
本发明描述了一种用于沉积掺杂的多晶或非晶硅膜的方法。该方法包括在基座上放置一个基片。基座包括带有电阻加热器的主体和与电阻加热器直接接触的一对热电偶，基座被放在加工腔室内，以使该加工腔室在基座之上有一个顶部和基座之下有一个底部。该方法还包括对基座加热。该方法还包括通过位于基座上方的喷头向加工腔室中提供一种工艺气体混合物。该工艺气体混合物包括一种硅源气体及载气，该载气包括氮气(N2)，而其中还包括氢气(H2)作为另外的稀释气体。该方法还包括从硅源气体形成掺杂的硅膜。
附图简要说明图1是辐射加热式半导体加工腔室的侧视图；图2是通过第一剖面和第二剖面的加工腔室的剖面图，其中加工腔室包括一个依照本发明的实施例的处于“晶片工艺”中的位置的电阻加热器，该第一剖面和第二剖面分别通过加工腔室的一半；图3是与图2类似的在晶片加载位置的剖面图；图4是与图2类似的在晶片卸载位置的剖面图；图5是说明本发明的掺杂的多晶硅沉积工艺的一个实施例的流程图。
具体实施例本发明公开了用于原位沉积掺杂的多晶或非晶硅膜的方法及设备。按照一个实施例，基片或晶片被放在一个加工腔室的支撑件上。然后加热该支撑件，并在该加工腔室内保持需要的压力，工艺气体混合物包括一种硅源气体例如，但不限于，硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)及一种载气或稀释气体混合物，包括氢气(H2)和惰性气体，如但不限于，氮气(N2)、氦气(He)或氩气(Ar)接着被加进加工腔室中。氢气一般占稀释气体混合物体积的8-20％，并优选占10-15％的比例。来自基片或支撑件的热量引起硅源气体热分解并在晶片上形成多晶或非晶硅膜。对掺杂的多晶和掺杂的非晶硅两者来说，掺杂的剂气流是由硅烷和掺杂的剂的比例决定的。典型的n型杂质的掺杂的剂包括三氢化砷(AsH3)和磷化氢(PH3)。p型杂质的掺杂的剂的一个例子是乙硼烷(B2H6)。掺杂的剂气流对SiH4或Si2H6气流的比例最多为1％。硅膜中的掺杂的剂浓度可达到每立方厘米1021个原子。
本发明中多晶或非晶硅的沉积工艺特别适用于沉积腔室，该沉积腔室具有铝侧壁，及用氮化铝晶片支撑的位于其中的电阻加热器，及一个高架的喷头以将气体注入到热沉积腔室。电阻加热器包括一对与该加热器物理接触的热电偶，以便更准确和直接地测量工艺温度，因此可更精确地控制使原料分解更有效，因此获得更稳定的工艺，从而产生更均匀的膜厚度和更好的可重复性。因此，即使对于那些不同厚度、不同膜或不同图案密度的晶片，其晶片的温度也会更稳定。虽然本发明所描述的是一种相对于电阻加热式的加工腔室，如果其它类型的加工腔室与此处所描述的技术结合使用也是有益的。
一种掺杂的多晶或非晶硅膜由本发明的工艺沉积。工艺气体混合物包括一种硅源气体并以氮气作为载气或稀释气体。一种氮气洗涤(purge)气体从腔室的底部提供以便将硅限制在加工腔室的上部。由于氮气被用做载体或稀释气体并作为底部洗涤气体，反应气体(例如硅烷或乙硅烷)被限定在喷头和加热器之间的区域，硅在基片上的沉积速度加快。
参照附图，描绘了一种低压的化学气相沉积(LPCVD)腔室。图2-4每个图都显示了一种类型的反应器的剖视图，例如，被用来实施本发明的电阻加热式反应器200。图2-4每个都显示从两个不同的截面剖开的加工腔室的剖视图，每个视图都代表近似通过腔室一半的剖视图。
图2-4描绘的LPCVD反应器200在本实施例中是用那些能使压力保持在大于或等于100乇的材料建造的。为了方便说明，在此描述了一个体积接近5-6升的加工腔室210。图2描绘了加工腔室主体220在“晶片工艺”位置的内部情况。图3显示该加工腔室在“晶片加载”位置的相同剖面的侧视图。图4显示的是该加工腔室在“晶片卸载”位置的相同视图。在图3和图4中，晶片202被用虚线标出以指示其在加工腔室中的位置。
图2-4显示加工腔室的主体220定义了反应腔室210，在210腔室中一种气体分解或者多种气体发生分解以在晶片(例如CVD反应)上形成一层膜。参照图2，在一个实施例中，腔室主体220是用铝制造并具有将水泵入其中的通道222以冷却腔室主体220(例如“冷却壁反应腔室”)。电阻加热器240被放在腔室210中，该电阻加热器240从这个角度看，包括由轴242支撑的基座250。基座250具有一个足够大的表面区域以支撑基片，例如半导体晶片(图中未显示)。
工艺气体通过位于加工腔室主体220的腔室盖子226的顶表面的气体分配口224进入否则为密封的腔室210。随后，工艺气体经过阻挡板(blocker plate)228将气体分送到与晶片表面区域相符的区域范围。之后，工艺气体经过，从该角度看位于电阻加热器240上端的并与加工腔室盖子226相连接的多孔面板230，进入加工腔室主体220的内部。在本实施例中，阻挡板228与多孔面板230的结合使工艺气体在基片(例如，晶片)上产生均匀分布。
参照图3，基片202，例如一个晶片，被通过位于腔室主体220一侧的入口232送进腔室210，并被放置到加热器240的基座250上。为了安装好一个待加工晶片，加热器240被放低，以便基座250的表面低于入口232，如图3所示。
一般通过机械手传递机构，晶片通过，例如传送叶片(transferblade)234送到腔室210中基座250的上(顶)表面。
通过传送叶片234将基片202运送到加工腔室210后，如图3所示，升降机构236向上运动，以使升降板(lift plate)238向上移动顶住升降栓(lift pins)252，该升降栓可滑移地通过基座250内的开口或通孔而被安置。图4显示的是升降栓252将基片202抬升离开传送叶片234，以便传送叶片234从入口232抽出，并从加工腔室210中移出。通过可移动的轴242，加热器240也可以向上轻微地移动。
一旦加载了基片202，并抽出了叶片234，入口232便被密封，同时通过包括如步进马达的升降组件236，加热器240进一步向更高的方向(即向上)向面板230运动。升降板238和升降栓252保持在该高度，而加热器240被抬高以接触放在栓252上的基片202。在加热器240向上运动的过程中，基片202被抬起离开栓252，并被放在基座250上。当晶片202离面板230(见图2)的距离很短(例如400-700密耳)时，向上运动停止。在晶片加工位置(图2)，加工腔室210被有效地分成两个区域，第一个区域在基座250的上表面之上，第二区域在基座250的下表面之下。一般需要将成膜限制在第一区域。
再参见图2，通过气体控制板控制的工艺气体经过气体分配口224，经过阻挡板228和多孔面板230，流进加工腔室210。工艺气体热分解以在晶片上形成膜。同时，一种惰性底部洗涤气体，例如氮气，被引进加工腔室的第二区域以阻止在该区域形成膜。在一压力控制系统中，加工腔室210内的压力建立并通过一压力调节仪或与加工腔室210相连接的多个调节仪(图中未显示)保持该压力。在一个实施例中，例如，压力建立并用与加工腔室主体220相连接的一个或多个如本领域所熟知的压力调节仪保持压力。
当基座处于加工位置时，吸盘(pumping plate)212环绕基座250，见图2所示。残余工艺气体经过吸盘212被抽出加工腔室210，并被收集到位于加工腔室主体220(抽真空口(vacuum pumpout)214)的侧面的收集容器中。被置于该装置的外部的泵204将抽真空通道216抽真空，并通过抽真空口214将工艺气体和洗涤气体抽出加工腔室210。这些气体沿排气管206被排出加工腔室210。经过通道216排出的气体的流速优选由节流阀(throttle valve)208控制，并沿导气管206排出。在加工腔室210中的压力由传感器(未显示)监测，并通过改变在节流阀208中的导气管206的横截面积来控制。
优选地，控制器和处理器从传感器接收信号，该信号指示加工腔室的压力情况并相应地调节节流阀208以在加工腔室210内保持需要的压力。适合本发明使用的节流阀在美国专利5,000,225中进行了描述，该专利授予默多克(Murdoch)并转让给位于美国加利福尼亚州的Santa Clara的应用材料有限公司。
在一种实施例中，LPCVD反应器200包括一个控制系统280。在一种实施例中，控制系统280包括处理器/控制器282和存储器284，例如一硬盘驱动器。处理器/控制器282包括一单板(SBC)模拟和数字输入/输出板，接口板和步进马达控制器板。处理器/控制器282控制LPCVD加工腔室的所有操作工序。系统控制器执行系统控制软件，该软件是存储在计算机可读介质，例如存储器282中的计算机程序。该计算机程序包括一系列的指令，这些指令分别指示计时、气体的混合、腔室的压力、加热器温度、电源、基座的位置及本发明的多晶硅沉积工艺等。该计算机程序代码可以用任何传统的计算机可读编程语言，例如68000汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其它语言编写。实现工艺气体混合、压力控制和加热器控制的子程序存在存储器284内。工艺参数，例如工艺气体流速和成分、温度及形成多晶或非晶态硅膜所必需的压力值也存在存储器284中。所以，在一个示例性实施例中，LPCVD反应器200包括存在存储器284中的指令和工艺参数以提供一种硅源气体和稀释气体混合物到加工腔室210中，其中稀释气体混合物包括氢气和氮气；以将基座250加热到所选择的温度；以在加工腔室210内产生压力以使掺杂的硅膜可以在晶片上通过热化学气相沉积形成。
一旦晶片加工完成，加工腔室210可以被洗涤，例如，利用一种惰性气体，例如氮气。加工和洗涤后，加热器240被用升降机组件236沿向下的方向(例如，降低)推向如图4所示的位置。随着加热器被移动，升降栓252一端穿过基座250的一个表面的开口或通孔，而另一端以悬臂方式从基座250的低(下)表面伸出接触位于腔室210底座的升降板238。如图4所描绘的，在一个实施例中，在该点，升降板238保持在晶片工艺位置(即和板在图2中所示的相同的位置)。随着加热器240通过组件236的作用继续沿向下方向移动，升降栓252保持不动并最终伸出高于基座或基座250的顶部表面，以将一片已加工过的晶片从基座250表面分开。基座250的表面被移到低于入口232的位置。
一旦已加工过的晶片被从基座250的表面分离开，机械手机构的传送叶片234通过位于升降栓252的头部下面的入口232插入，且晶片由升降栓支撑。然后，升降机组件236向下移动(例如，降低)加热器240和升降板238移到晶片加载位置。通过沿向下方向移动升降板238，升降栓252也沿向下方向移动，直到已加工的晶片表面接触传送叶片，如图3所示。接着，已加工过的晶片通过，例如，一个机械手传动装置被从入口232移出，并将该晶片转到下一步加工工序。第二片晶片即可以被加载进加工腔室210中。上面描述的步骤一般和将晶片送进加工位置的步骤相反。一种适用的升降机组件的详细描述见美国专利5,772,773号，该专利被转让给位于美国加利福尼亚州，Santa Clara的应用材料有限公司。
在高温操作中，例如LPCVD加工以形成硅膜，加工腔室210内的加热器温度可能高达740℃或更高。相应地，在腔室210中暴露的元件必须能与如此高温的加工工艺相适应。这类材料也应和这样的高温加工相适应。这类材料也应该与工艺气体和其它化学物质相适应，诸如可能被引进到腔室210中的化学清洁剂(例如NF3)。加热器240被暴露的表面可能由多种材料组成，只要这些材料能与工艺相适应。例如，基座250和加热器240的轴242可以由类似氮化铝的材料制造。或者，基座250的表面可以由高热导氮化铝材料(纯度量级为95％的热导率为140W/mK)制造，而轴242包含低热导氮化铝。加热器240的基座250一般通过扩散焊接(diffusion bonding)或铜焊(brazing)的方法与轴242连接起来，因为这样的接头能经受腔室210中的环境。
图2还显示加热器240的部分剖视图，包括基座250的主体的剖视图和轴242的一个剖视图。在该图中，图2显示基座主体有两个加热元件形成于其上，第一加热元件244和第二加热元件246。每个加热元件(例如，加热元件244和加热元件246)都是由热膨胀性能与基座材料相近的材料制造。适合的材料包括钼(Mo)。每个加热元件都包括线圈状的金属钼薄层。
在图2中，第二加热元件246在基座主体250的平面内形成，并位于第一加热元件244的下面(相对于图中基座的表面)。第一加热元件244和第二加热元件246分别连到功率终端(power terminals)。随着导线穿过通过轴242的纵向延伸的开口，功率终端向下延伸至电源，该电源提供必要的能量以加热基座250的表面。图2所示的加热器240的剖视图中，同样指出的是热电偶248的存在。热电偶248穿过纵向延伸通过轴242的开口，而达到恰好在低于基座250的上表面或顶表面的点。
一种沉积掺杂的硅膜的方法将对照图5的流程图500说明，同时对照如图2-4所描绘的低压化学气相沉积(LPCVD)腔室进行描述。
按照本发明，如流程图500的方框502所述的，一片晶片或基片被放在沉积腔室中的基座上。基座包括其中具有电阻加热器的主体和与电阻加热器物理接触的一对热电偶。基座位于工艺腔室内，以使该工艺腔室有高于基座的顶部，和低于基座的底部。
在一个实施举例中，其中，沉积的掺杂的硅膜将被用作半导体集成电路中的晶体管的门极，基片是一个具有门结构绝缘层的掺杂的硅晶片，例如氧化硅或在其上形成的氮氧化硅。如果掺杂的硅膜将作互连件或电容电极，那么掺杂的硅膜将在掺杂的硅晶片上的间层介电层上形成。晶片被如图3中所示的传送叶片传送到腔室。接着，加热器从晶片加载位置抬高到晶片加工位置，如图2所示。
然后，如方框504所述，基座被加热到所需要的沉积温度。获得并稳定所需要的工艺压力和温度。当压力和温度达到稳定后，一种稳定气体诸如N2、He、Ar、H2或其混合气体被送进腔室。在一个实施例中，用在随后的多晶硅沉积过程的稀释气体的浓度和流量被用来获得稳定的温度和压力。用稀释气体进行稳定使稀释气体的流量和浓度在硅沉积前得到稳定。
如方框506所述，该方法还包括经过位于高于基座位置的喷头提供工艺气体混合物进入腔室，其中工艺气体混合物包括一种硅源气体和一种包括氮气(N2)的载气。模块508阐述了从硅源气体形成掺杂的硅膜的操作。
在一个实施例中，腔室被抽取达到压力在100-350乇之间，加热温度升到580-740℃，载体气体或稀释气体以5-15slm的流速被送入腔室。按照本发明，稀释气体由H2和一种惰性气体组成，惰性气体可包括，但不限于氮气(N2)、氩气(Ar)及氦气(He)，及其混合气体。为了实现本发明的目的，惰性气体是一种不被腔室组件消耗的，或者不与用于沉积硅膜的反应发生相互作用，在硅膜沉积过程中，也不与加工腔室组件发生相互作用的气体。在本发明的一个实施例中，氢气占总稀释气体混合物体积的约20％以上，但优选氢气占总体积10-15％的稀释气体混合物。
在一个实施例中，稀释气体混合物以两个不同的部分被输送进腔室中。稀释气体混合物的第一种组分是通过在腔室盖子内的分配口被输入到腔室。该第一组分包括所有用在稀释气体混合物中所用的氢气和稀释气体混合物所用的部分(一般是2/3)惰性气体。稀释气体混合物的第二组分被输送进低于加热器的腔室的底部，并由稀释气体混合物所用的惰性气体的剩余部分(一般是1/3)组成。经过腔室底部提供惰性气体有助于阻止硅膜在腔室的较低的部分组件上沉积形成。在本发明的一个实施例中，优选惰性气体(优选氮气)流速在5-18slm之间(优选为9slm)的气体通过顶部的分配板注入，而在3-10slm之间，优选约5slm或4-6slm之间的惰性气体(优选氮气)被输送到腔室的底部或较低的部分。稀释气体混合物所希望比例的氢气在被输送进分配口前，与惰性气体进行混合。
一旦温度、压力和气体流量已经达到稳定，包含一种硅源气体、掺杂的源气体及包含氢气和一种惰性气体的稀释气体混合物的气体被输送进腔室，以便在基片上形成一层掺杂的硅膜。掺杂的剂的例子包括磷化氢、三氢化砷或乙硼烷。硅源气体优选硅烷SiH4，但也可以是其它硅源气体，例如乙硅烷Si2H6。
在一个实施例中，掺杂的气体混合物是在腔室的顶部提供的。在一个示例性实施例中，掺杂的气体混合物是在氢气中或另一种气体中稀释的磷化氢(PH3)并被提供，以便提供纯磷化氢的流速约为3sccm。在另一个实施例中，掺杂的气体混合物是在氢气中或另一种气体稀释的乙硼烷(B2H6)，其中纯乙硼烷流速约为3sccm。在另一个实施例中，掺杂的气体混合物是在氢气中稀释的或另一种气体稀释的三氢化砷(AsH3)，其中纯三氢化砷流速约为3sccm。上面所描述的条件可以制造一种掺杂的多晶或非晶硅膜，该膜的杂质浓度约为每立方厘米1021个原子。一般的杂质浓度约为每立方厘米2×1019到5×1020个原子。
来自基座和晶片的热能量引起硅源气体热分解，并在硅晶片的门极介电层或间层介电层上沉积多晶或非晶硅膜。在一个实施例中，只有热能量被用来分解硅源气体，而不借助于另外的能量源，诸如，等离子体或光子能源。电阻加热式腔室允许温度更精确地控制在更小的范围内。因此，掺杂的硅沉积可由于更稳定的工艺温度而能被更好的重复进行。
随着工艺气体混合物被输送进腔室200，硅源气体分解以提供硅原子，接下来，在晶片的绝缘层上形成多晶或非晶硅膜。显然SiH4的分解的反应产物是氢气。通过在工艺气体混合物中加入适当比例的氢气，SiH4的分解反应速度降低，这使硅膜可以以较小的和随机的粒度形成。通过使氢气的含量占稀释气体混合物的8-20％之间，可以形成平均粒度尺寸在50-500之间的随机粒度。
掺杂的多晶硅沉积在一个实施例中，为了掺杂的多晶硅膜沉积，硅烷(SiH4)以流速为50-300sccm，优选约为80-200sccm，被加到已经流动的稀释气体混合物中，并在温度和压力稳定过程中被稳定。如果使用的是乙硅烷(Si2H6)，流量可在50-300sccm，优选范围在50-150sccm。在多晶硅沉积过程中，一种工艺气体混合物包括流量在50-300sccm的硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，及5-15slm之间的包含氢气和一种惰性气体的稀释气体混合物被输送到加工腔室中，氮气作为优选的惰性气体在加工腔室的上端流量约为9slm，而在加工腔室的底部的流量约为5slm。氢气流量优选最多为20％。工艺气体包括一种稀释杂质的气体流，以提供约为3sccm的纯杂质的流量。加工腔室中的压力保持在约100-350乇，优选在200-300乇。基座的温度保持在约710-740℃。(在LPCVD反应器中，基片或晶片的温度最好一般比基座测量的温度稍低约20-30℃)在本发明的一个优选实施例中，硅源气体被加进稀释气体混合物的第一部分(较上面的部分)，并经过输入口流入加工腔室。
选择合适的沉积压力、温度和工艺气体流速和浓度以使一种掺杂的多晶硅膜以每分钟1000-3000的速度沉积，沉积速度优选每分钟1500。工艺气体混合物连续地被输入进加工腔室，直到一种所需要厚度的掺杂的多晶硅膜形成。对于门结构和互连件应用，多晶硅膜合适的厚度是在500-2000之间。
掺杂的非晶态硅沉积在一个实施例中，对于非晶态硅膜的沉积来说，加热器温度在约580℃到约620℃。加工腔室中的压力保持在约100乇到约350乇，优选压力范围是约200乇到约300乇。硅烷流量可以在约50sccm到约300sccm，优选硅烷流量约80sccm到约200sccm。如果使用乙硅烷作为硅源气体，其流量可以在约50sccm到约300sccm，优选约50sccm到约150sccm。工艺气体包括一种稀释掺杂的气体流，以便提供最大约为3sccm的纯掺杂的气流。稀释气体混合物中的氢气最大含量占20％，而一种惰性气体(优选氮气N2)以约5-15slm之间的流速提供，其中在加工腔室的顶部的氮气流速约为9slm，而加工腔室底部的氮气流速约为5slm。
选择上面的工艺参数，以使一种掺杂的非晶态硅膜以每分钟约300-1000之间的速度沉积，其中优选速度为每分钟400-700。在需要厚非晶态硅膜(厚度大于约2000)的应用中，可以进行第二个沉积周期，其中利用更高的工艺气体流量，例如约200sccm到500sccm的硅烷，将获得更高的沉积速度(约为2000/min)。如果使用乙硅烷，流速可以在约100sccm到300sccm之间。
完成了多晶或非晶态硅膜的沉积后，加热器便从工艺位置降到加载位置，晶片被移出加工腔室。
权利要求
1.一种形成掺杂的硅膜的方法包括将一片基片放在基座上，基座包括其上带有电阻加热器的主体和与电阻加热器物理接触的一对热电偶，基座被安放在工艺腔室内，以使该工艺腔室有一高于该基座的顶部和一低于该基座的底部；加热该基座；通过位于基座上面的喷头，向工艺腔室提供工艺气体混合物，其中该工艺气体包括一种硅源气体、一种杂质气体及一种载气，该载气包括氮气；以及从该工艺气体形成掺杂的硅膜。
2.如权利要求1所述的方法，其中加热该基座包括将该基座加热到约580℃到约740℃温度之间。
3.如权利要求2所述的方法，其中温度保持在约710℃到约740℃之间，其中形成掺杂的硅膜包括形成多晶硅膜。
4.如权利要求2所述的方法，其中温度保持在约580℃到约620℃之间，且其中形成掺杂的硅膜包括形成非晶硅膜。
5.如权利要求1所述的方法，还包括保持工艺腔室中的压力约为100乇到约350乇。
6.如权利要求1所述的方法，其中硅源气体是硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，其流速在约50sccm到约300sccm之间。
7.如权利要求1所述的方法，其中在工艺腔室的顶部载气中氮气(N2)的流速约为9slm。
8.如权利要求7所述的方法，还包括在工艺腔室的底部提供洗涤气体，其中该洗涤气体的流速约为5slm。
9.如权利要求1所述的方法，其中杂质气体包括磷化氢(PH3)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
10.如权利要求1所述的方法，其中杂质气体包括乙硼烷(B2H6)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
11.如权利要求1所述的方法，其中杂质气体包括三氢化砷(AsH3)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
12.一种形成掺杂的多晶硅膜的方法包括将一片基片放在基座上，基座包括其上带有电阻加热器的主体和与电阻加热器物理接触的一对热电偶，基座被安放在工艺腔室内，以使该工艺腔室有一高于该基座的顶部和一低于该基座的底部；将基座加热到710-740℃之间；工艺腔室中的压力保持在100-350乇之间；通过位于基座上面的喷头向工艺腔室内提供工艺气体混合物，其中该工艺气体混合物包括硅源气体、杂质气体及载气，载气包括氮气(N2)，该载气在工艺腔室顶部的流速约为9slm；且从该硅源气体形成所述的掺杂的多晶硅膜。
13.如权利要求12所述的方法，其中该硅源气体是硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，其流速约在50sccm至约300sccm之间。
14.如权利要求12所述的方法，还包括通过工艺腔室底部通入氮气(N2)洗涤气流，其中洗涤气体的流速约为5slm。
15.如权利要求12所述的方法，其中杂质气体包括磷化氢(PH3)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
16.如权利要求12所述的方法，其中杂质气体包括乙硼烷(B2H6)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
17.如权利要求12所述的方法，其中杂质气体包括三氢化砷(AsH3)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
18.一种形成掺杂的非晶硅膜的方法包括将一片基片放在基座上，基座包括其上带有电阻加热器的主体和与电阻加热器直接接触的一对热电偶，基座被安放在工艺腔室内，以使该工艺腔室有一高于该基座的顶部和一低于该基座的底部；将基座加热到580-620℃之间的温度；工艺腔室中的压力保持在100-350乇之间；通过位于基座上面的喷头向工艺腔室内提供工艺气体混合物，其中该工艺气体混合物包括硅源气体、杂质气体及载气，载气包括氮气(N2)，该载气在工艺腔室顶部的流速约为9slm；且从该硅源气体形成所述的掺杂的非晶硅膜。
19.如权利要求18所述的方法，其中该硅源气体是硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，在第一工艺气体周期，其流速在约50sccm到约300sccm之间。
20.如权利要求18所述的方法，还包括从腔室底部流入的氮气(N2)洗涤气流，其中该洗涤气体的流速约为5slm。
21.如权利要求18所述的方法，其中杂质气体包括磷化氢(PH3)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
22.如权利要求18所述的方法，其中杂质气体包括乙硼烷(B2H6)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
23.如权利要求18所述的方法，其中杂质气体包括三氢化砷(AsH3)及稀释剂，以使纯杂质气体的流速最大约为3sccm。
24.如权利要求19所述的方法，还包括提供硅源气体的第二工艺气体周期，该硅源气体包括硅烷，其流速在约200sccm到约500sccm之间。
25.如权利要求19所述的方法，还包括提供硅源气体的第二工艺气体周期，该硅源气体包括乙硅烷，其流速在约100sccm到约300sccm之间。
26.一种基片加工系统包括位于工艺腔室内的基座，该基座在基片加工过程中支撑该基片；向工艺腔室中引入工艺气体混合物的气体输送系统，以在所述的基片上形成沉积层；与气体出口相连接的泵，用以控制工艺腔室内压力；用以控制所述气体输送系统及所述的泵的控制器；及连到所述的控制器的存储器，该存储器包括一计算机可读介质，该介质包含有计算机可读程序，其用于指示所述加工系统的操作，所述的计算机可读程序包括控制所述的气体输送系统的指令，以引入包括硅源气体、杂质气体及稀释剂气体的工艺气体混合物，其中稀释气体混合物包括氮气(N2)。
全文摘要
一种用于沉积掺杂的多晶或非晶态硅膜的方法。该方法包括将基片放在基座上。基座包括带有电阻加热器的主体和与电阻加热器物理接触的一对热电偶，基座被放在工艺腔室内，以使该工艺腔室有高于基座的顶部和低于基座的底部。该方法还包括加热基座。该方法还包括通过位于基座上方的喷头向工艺腔室中提供工艺气体混合物。该工艺气体混合物包括硅源气体、杂质气体及载气，载气包括氮气(N
文档编号H01L21/768GK1516891SQ02810080
公开日2004年7月28日 申请日期2002年5月9日 优先权日2001年5月15日
发明者S·王, L·罗, S·A·陈, E·桑谢斯, X·陶, Z·德拉戈伊洛维奇, L·付, S 王, 凰, 暌谅逦 , 陈 申请人:应用材料有限公司