CN111681991A - 一种多晶硅表面粗糙度的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，属于半导体集成电路领域，在进行多晶前层氧化工艺前，对待氧化的硅片进行酸液预处理和对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化后，间隔一定时间进行多晶淀积工艺，所述间隔时间小于2h。本发明方法通过优化清洗工艺流程，控制氧化工艺细节，解决了该类多晶硅表面的多晶粗糙问题，显著改善了多晶硅的表面质量，提高产品的可靠性及稳定性，同时可用于解决其它类型的多晶粗糙问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路领域，涉及一种多晶硅表面粗糙度的处理方法。
背景技术
双极型半导体期间发射区/基区电阻温漂系数为正，多晶电阻温漂系数为负值,因此对于温漂参数要求较高的双极电路，通常采用发射区/基区电阻与多晶电阻搭配使用，使整体电阻随着温度变化一致性较好，保证电路的稳定性。其中，多晶电阻的晶粒尺寸是影响多晶电阻阻值稳定性的关键因素。
多晶电阻通常在双极型器件形成后作业，进行淀积时，硅片表面生长有不同掺杂浓度的氧化层，因发射区为高浓度磷掺杂区域，其生长的氧化层膜质量疏松且膜质内杂质缺陷密度高，因此在进行淀积多晶硅工艺时，在缺陷处优先成核生长，使局部区域的晶粒尺寸较大，导致多晶硅表面粗糙。经过刻蚀工艺仍然无法去除表面氧化层的成核物质，造成产品表观及其电学特性均发生异常。在实际生产过程中多晶硅产品的异常率约92％，产品表面粗糙异常的出现概率大，且影响面积大，亟需解决。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，以解决现有的多晶硅制备工艺造成其表面粗糙的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，再对氧化工艺设备进行预处理；多晶前层氧化后，间隔一定时间后进行多晶淀积工艺，所述间隔时间小于2h。
优选地，所述的酸液预处理是将硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗；所述3#液酸槽内的溶液为H2SO4和H2O2的混合溶液；2#液酸槽内的溶液为HF的水溶液；1#液酸槽内的溶液为NH4OH和H2O2的混合溶液。
优选地，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：(5～8)；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：(10～50)；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：(1～2)：10。
优选地，所述1#液酸槽和3#液酸槽中的处理时间为3～7min；2#液酸槽的处理时间为1～2min。
优选地，对氧化工艺设备进行预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫。
优选地，DCE吹扫的条件为：温度为1000～1100℃，氧气流量为10～16SLM，DCE流量为0.3～0.5SLM。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，在进行多晶前层氧化工艺之前，即在进行多晶工艺前的最后一次氧化前，对待氧化的硅片表面进行酸液预处理去除硅片表面掺杂的多余的杂质，进而对氧化工艺设备进行预处理，使得硅片在进行氧化工艺时能够不受设备本身的环境影响，避免氧化工艺设备中的杂质进入硅片表面，同时，在硅片的多晶前层氧化层形成后，即在多晶工艺前的最后一层氧化层形成之后，再间隔小于2h的时间之后进行多晶工艺，便于硅片氧化层的稳定，但如果静置时间过长，硅片表面的多晶前层氧化层长时间暴露，硅片的氧化层表面会沾污颗粒物，导致在硅片氧化层表面产生缺陷，因此本发明方法能够解决多晶硅表面的粗糙问题。本方法通过优化清洗工艺流程，解决了该类多晶硅表面的多晶粗糙问题，显著改善了多晶硅的表面质量，产品异常率由前期的92％降低至5％以下，提高了多晶电阻的可靠性及稳定性，进而为保证产品电参数稳定性奠定了基础。本发明通过优化工艺流程、管控工艺细节的工艺方法，无需对设备和工艺本身进行大的调整，即可解决多晶硅表面的多晶粗糙问题，该方法也可应用于解决其它类型产品的多晶粗糙问题。
进一步地，酸液种类包括3#液、2#液、1#液，3#液酸槽内的溶液为H2SO4和H2O2的混合溶液，主要用于去除硅片表面的有机物和重金属沾污；2#液酸槽内的溶液为HF的水溶液，主要用于去除硅片表面的自然氧化层；1#液酸槽内的溶液为NH4OH和H2O2的混合溶液，主要用于去除硅片表面沾污的灰尘或颗粒物。对混合溶液中各组成的比例进行限定，从而能够在清除产品表面沾污的同时，避免酸液内的杂质沾污产品表面。
进一步地，设备氧化预处理过程，主要是对氧化炉管进行高温DCE预处理，消除炉管内的杂质，避免产品多晶膜质引入杂质沾污问题。
附图说明
图1为待测器件的结构示意图；
图2为本发明工艺处理方法的流程图；
图3为显微镜下观察的处理前器件表面的多晶粗糙结果图，放大500倍，尺寸为5μm；
图4为显微镜下观察的处理后器件表面的多晶粗糙结果图，放大50倍，尺寸为50μm。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明公开了一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，工艺过程参见图2，
首先对硅片进行发射区扩磷工艺、表面PSG漂洗及发射区推阱工艺，该三种工艺属于常用的工艺方法，即发射区扩磷工艺是利用液态源POCl3,通过高温化学反应实现N型掺杂的过程。液态源扩磷工艺通过化学反应在表面生成掺有高浓度磷的氧化层，简称PSG，该PSG作为一个杂质掺杂源，向衬底内进行扩散，掺杂完毕后，要将表面的PSG去除，防止后续更多的杂质进入衬底内，因此需将表面的PSG漂洗。发射区推阱工艺是在发射区掺杂工艺后，通过高温加热使其内部杂质形成均匀分布的阱区。
通过对高浓度磷掺杂区域氧化层生长前清洗、氧化工艺过程及氧化后清洗工艺进行管控，避免进入杂质等沾污，改善氧化层表面状态，进而解决多晶硅粗糙问题，下面结合其中后续的产品流程进行详细论述。
实施例1
一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，包括如下步骤：在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，即将硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：5，处理时间为7min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：10，处理时间为2min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：2：10，处理时间为3min。然后对氧化设备进行氧化预处理；多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为2h。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1000℃、氧气流量14SLM，DCE流量0.3SLM。
实施例2
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：7，处理时间为5min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：30，处理时间为2min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.5：10，处理时间为6min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为1h。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1100℃、氧气流量10SLM，DCE流量0.5SLM。
实施例3
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：8，处理时间为3min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：50，处理时间为1min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1：10，处理时间为7min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为1.5h。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1100℃、氧气流量16SLM，DCE流量0.4SLM。
实施例4
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：6.5，处理时间为6min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：45，处理时间为1min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.3：10，处理时间为7min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为0.5h。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1050℃、氧气流量15SLM，DCE流量0.5SLM。
实施例5
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：5.5，处理时间为7min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：36，处理时间为2min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.8：10，处理时间为5min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为10min。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1100℃、氧气流量16SLM，DCE流量0.4SLM。
实施例6
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：6，处理时间为3min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：32，处理时间为2min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.4：10，处理时间为6min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为3min。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1060℃、氧气流量13SLM，DCE流量0.5SLM。
实施例7
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：7.5，处理时间为3min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：48，处理时间为1.5min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.7：10，处理时间为6min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为5min。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1100℃、氧气流量15SLM，DCE流量0.5SLM。
实施例8
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：8，处理时间为3min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：45，处理时间为2min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.5：10，处理时间为6min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为15min。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1000℃、氧气流量16SLM，DCE流量0.5SLM。
实施例9
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：6.5，处理时间为6min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：35，处理时间为2min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.8：10，处理时间为4min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为3min。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1100℃、氧气流量16SLM，DCE流量0.4SLM。
实施例10
在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，将待氧化的硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗。其中，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：7，处理时间为3min；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：43，处理时间为1min；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：1.2：10，处理时间为6min。然后对氧化设备进行氧化预处理，多晶前层氧化结束后，至多晶淀积时的间隔时间为20min。对设备进行氧化预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫，DCE吹扫的条件为：工艺温度1000℃、氧气流量15SLM，DCE流量0.4SLM。
在上述实施例中，酸液预处理过程是通过新配制的酸液对待处理的硅片进行预处理。利用超纯水对经过3#液处理后的硅片进行清洗。每当处理新的硅片时，需要更换新配制的酸液，因为处理硅片后的酸液中会存在杂质，为了防止酸液中的杂质污染新的待处理硅片，同时要保证新的待处理硅片的酸处理效率，因此，当需要更换待处理的硅片时，需要使用新配制的酸液进行酸处理。
如果因为工艺异常，产品多晶前氧化层被沾污，需要返工清洗，此时清洗工艺可以选择只需将产品置于3#液酸槽中进行清洗，禁止使用1#液酸槽和2#液酸槽中的酸液对产品进行处理，因为使用1#液和2#液清洗产品将会改变产品表面的氧化层状态，从而使多晶硅表面变得粗糙。
对本发明方法处理后的多晶硅表面进行显微镜检验，对未处理的多晶硅表面进行观察，结果如图3所示，多晶硅的浓磷掺杂区表面有很多黑点，表明多晶硅表面的粗糙度很高。对经本发明处理之后的多晶硅表面进行观察，结果如图4所示，多晶硅表面光亮无粗糙黑点。因此，相比于未经处理的多晶硅，本发明方法能够显著降低多晶硅表面的粗糙度。
综上所述，本方法通过优化清洗工艺流程，解决了该类产品的多晶粗糙问题，产品异常率由前期的92％降低至5％以下，能够显著改善产品的表面质量，进而保证产品电参数的稳定性。本发明通过优化工艺流程、管控工艺细节的工艺方法，解决多晶电阻表面的多晶粗糙问题，提高多晶电阻的可靠性及稳定性，同时也可应用于解决其它类型产品的多晶粗糙问题。
需要说明的是，由于产品多晶粗糙为区域性分布，因排除多晶淀积工艺问题，优化多晶淀积工艺解决多晶粗糙问题不在本文论述范围之内。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多晶硅表面粗糙度的处理方法，其特征在于，在进行多晶前层氧化工艺前，首先对待氧化的硅片进行酸液预处理，再对氧化工艺设备进行预处理；多晶前层氧化后，间隔一定时间进行多晶淀积工艺，所述间隔时间小于2h。
2.根据权利要求1所述的多晶硅表面粗糙度的处理方法，其特征在于，所述的酸液预处理是将硅片依次置于3#液酸槽、2#液酸槽和1#液酸槽进行清洗；所述3#液酸槽内的溶液为H2SO4和H2O2的混合溶液；2#液酸槽内的溶液为HF的水溶液；1#液酸槽内的溶液为NH4OH和H2O2的混合溶液。
3.根据权利要求2所述的多晶硅表面粗糙度的处理方法，其特征在于，3#液酸槽中，H2SO4和H2O2的体积比为1：(5～8)；2#液酸槽中，HF和去离子水的体积比为1：(10～50)；1#液酸槽中，NH4OH、H2O2和去离子水的体积比为1：(1～2)：10。
4.根据权利要求2或3所述的多晶硅表面粗糙度的处理方法，其特征在于，所述1#液酸槽和3#液酸槽中的处理时间为3～7min；2#液酸槽的处理时间为1～2min。
5.根据权利要求1所述的多晶硅表面粗糙度的处理方法，其特征在于，对氧化工艺设备进行预处理过程是对氧化炉管进行DCE吹扫。
6.根据权利要求5所述的多晶硅表面粗糙度的处理方法，其特征在于，DCE吹扫的条件为：温度为1000～1100℃，氧气流量为10～16SLM，DCE流量为0.3～0.5SLM。
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| CN202010568524.6A CN111681991A (zh) | 2020-06-19 | 2020-06-19 | 一种多晶硅表面粗糙度的处理方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5516730A (en) * | 1994-08-26 | 1996-05-14 | Memc Electronic Materials, Inc. | Pre-thermal treatment cleaning process of wafers |
| US5932022A (en) * | 1998-04-21 | 1999-08-03 | Harris Corporation | SC-2 based pre-thermal treatment wafer cleaning process |
| CN101009236A (zh) * | 2006-01-24 | 2007-08-01 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种cdsem校准用样品的制作方法 |
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| CN109346402A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-02-15 | 西安微电子技术研究所 | 一种消除Polycide MOS工艺制程中WSix剥落的工艺和版图设计方法 |
-
2020
- 2020-06-19 CN CN202010568524.6A patent/CN111681991A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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