一种多晶硅薄膜制备工艺的制作方法

本发明属于多晶硅薄膜制备技术领域，具体涉及一种多晶硅薄膜制备工艺，该工艺尤其适用于5英寸、6英寸、8英寸多晶硅薄膜的制备。

背景技术：

硅片制造领域，在硅片背面沉积一层多晶硅薄膜，利用晶界歧变产生的应力达到吸附金属杂质的目的，从而在抛光面得到一个无杂的工作区。同时多晶硅薄膜在高温加工过程中可与氧气发生反应，制备一层氧化薄膜，起到防止掺杂剂外扩，阻止自掺杂效应的作用。

一般的多晶硅薄膜的制备方法为，以硅烷气体为原材料，在高温条件下在硅片表面上生长非晶化薄膜，然后经过退火处理后出现晶化，形成多晶硅薄膜。研究发现，经过退火处理后，Si-H薄膜发生了明显的晶化，而且具有择优取向。但是，退火温度太低，薄膜很难发生晶化，且时间的把控具有一定要求，退火时间过长或者过低，均不利于薄膜晶化的形成。

本发明提出一种多晶硅薄膜制备工艺，通过调整整体工艺参数，无需进行退火处理，节省加工步骤，且降低多晶硅片翘曲度，满足加工规范需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种多晶硅薄膜制备工艺，通过调整整体工艺参数，无需进行退火处理，节省加工步骤，且降低多晶硅片翘曲度，满足加工规范需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多晶硅薄膜制备工艺，采用立式炉进行所述制备工艺，所述立式炉内放置有载舟，所述载舟上放置有硅片，向所述立式炉内通入SiH4，在压力为15-35Pa，温度为650-675℃的条件下，恒温恒压沉积，在硅片表面生长多晶硅薄膜。

进一步的，所述SiH4的气体流量为400-650sccm。

进一步的，所述载舟竖直放置于立式炉内，所述硅片水平放置于所述载舟上，所述载舟旋转速度为0.5-2r/min。

进一步的，所述沉积的时间为40-60min。

进一步的，所述立式炉包括炉体，所述炉体分为上部的工作区和下部的非工作区，所述炉体一侧设有与炉体相通的进气管一、进气管二、进气管三；

所述进气管一的出气端位于所述炉体工作区的上部，所述进气管二的出气端位于所述炉体工作区的中部，所述进气管三的出气端位于所述炉体工作区的下部，所述进气管一和所述进气管二的气体流量均为140-240sccm，所述进气管三的气体流量为120-200sccm。

进一步的，所述炉体(1)的外侧壁设有一温区、二温区、三温区、四温区和五温区，所述一温区、二温区、三温区、四温区和五温区内设有可独立控制的加热装置。

进一步的，所述炉体一侧设有与炉体相通的抽空管道，所述抽空管道内通有氮气以稳定炉体内的压力，所述氮气的压力为0.1-0.3Mpa。

本发明的工作原理如下：

在多晶硅薄膜生长过程中，多晶硅薄膜沉积对温度变化非常敏感，温度过高沉积速率过快会导致多晶硅薄膜均匀性不易控，起白雾，影响薄膜质量。温度过低，导致表面扩散减少，使得被吸收的硅原子不可能嵌入能量最低的平衡点。由于这个原因沉积态的薄膜有许多的点缺陷、空位、位错、晶粒间界、积聚的应力等。

根据改善前利用退火工艺保持多晶硅抛光后warp增量基本不变的结论，随着退火温度的升高，空位变得可动，漂移进位错内，位错也被激活并移动，通过蠕变和滑移到达自由表面，将应力释放。退火时再结晶和重新形核仍在继续，随着晶粒的长大，小尺寸的晶粒被邻近的更大尺寸的晶粒所消耗，逐渐使他们的体表面积比变大。因此，随退火的温度升高，多晶硅薄膜内的应力释放随之加大，硅片的翘曲度则随之减小。

本发明在多晶硅薄膜生长过程，提高沉积温度，随温度升高，晶粒长成柱状，原子沿竖直方向生长，晶粒变大，晶间隙减少，应力将减小，抛光后，硅片受应力影响导致的翘曲度变化因应力降低而减小。

相对于现有技术，本发明所述的一种多晶硅薄膜制备工艺具有以下优势：

1、本发明所述工艺制得的多晶硅片抛光后翘曲度低、弯曲度增量小，无需进行退火工艺，不仅有效降低硅片发生异常的风险，而且节省加工步骤，缩短产品加工周期，降低加工成本。

2、本发明通过调整整体工艺参数(气体流量、压力、温度、载舟旋转速度)，实现了硅烷高效分解并以更大的颗粒生长方式式实现快速均匀成膜。

附图说明

图1为本发明所述立式炉的结构示意图。

附图标记说明：

1、炉体；2、进气管一；3、进气管二；4、进气管三；5、抽空管道；6、一温区；7、二温区；8、三温区；9、四温区；10、五温区；11、硅片；12、载舟。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

一种多晶硅薄膜制备工艺，采用立式炉进行所述制备工艺，所述立式炉内放置有载舟12，所述载舟12上放置有硅片11，向立式炉内通入气体流量为400-650sccm的SiH4，在压力为15-35Pa，温度为650-675℃的条件下，恒温恒压沉积40-60min，在硅片11表面生长多晶硅薄膜。

如图1所示，载舟12竖直放置于立式炉内，所述硅片11水平放置于所述载舟12上。所述载舟12上最多可放置172片硅片。

所述载舟12以垂直水平面的方向进入立式炉，所述硅片11平行于水平方向放置，与水平炉硅片11垂直放置，双面均与载舟12发生接触不同，本发明在加工过程中，硅片11抛光面与载舟12单面接触，接触面或点可以经后续抛光加工去除，不会在硅片11表面残留印记，有效防止硅片11背面蹭伤的发生。

所述载舟12旋转速度为0.5-2r/min，通过优化载舟旋转速度，使得成膜均匀。

所述立式炉包括炉体1，所述炉体1分为上部的工作区和下部的非工作区，所述炉体1一侧设有与炉体1相通的进气管一2、进气管二3、进气管三4；

所述进气管一2的出气端位于所述炉体1工作区的上部，所述进气管二3的出气端位于所述炉体1工作区的中部，所述进气管三4的出气端位于所述炉体1工作区的下部，SiH4气体分为三路，分别从进气管一2、进气管二3、进气管三4进入炉体1内，进气更为均匀。具体地，所述进气管一2和所述进气管二3的气体流量均为140-240sccm，所述进气管三4的气体流量为120-200sccm。

所述炉体1的外侧壁设有一温区6、二温区7、三温区8、四温区9和五温区10，所述一温区6、二温区7、三温区8、四温区9和五温区10内设有可独立控制的加热装置。

所述炉体1一侧设有与炉体1相通的抽空管道5，所述抽空管道5内通有N2进行压力保持，通过向抽空管道5中通入N2改变炉体1内气体抽出量，从而达到稳定炉体1内压力的效果，所述氮气的压力为0.2Mpa，气体流量小于10L/min，通过控制自动阀门的开合程度，改变气体流量，进而达到控压的目的。

实施例1

一、工艺准备：

1、原料：8寸酸腐片150片，酸腐片表面无多晶硅薄膜或氧化膜、无表面裂痕、无沾污，边缘无崩边、缺角；

2、加工设备：Telα-8s、DJ-853V；

3、测量工具：ADE9600自动硅片分选仪；

4、辅料：SiH4、N2。

二、多晶硅薄膜制备工艺过程如下：

使用黑色PP篮将硅片载入加工设备中，选择自动上载模式，由机械手将硅片载入载舟中，选择工艺8000A，即制备得到的多晶硅薄膜的膜厚为800nm。

具体的工艺参数为：

实施例2

一、工艺准备：

1、原料：8寸酸腐片150片，酸腐片表面无多晶硅薄膜或氧化膜、无表面裂痕、无沾污，边缘无崩边、缺角；

2、加工设备：Telα-8s、DJ-853V；

3、测量工具：ADE9600自动硅片分选仪；

4、辅料：SiH4、N2。

二、多晶硅薄膜制备工艺过程如下：

使用黑色PP篮将硅片载入加工设备中，选择自动上载模式，由机械手将硅片载入载舟中，选择工艺8000A，即制备得到的多晶硅薄膜的膜厚为800nm。

具体的工艺参数为：

对比例

一、工艺准备：

1、原料：8寸酸腐片150片，酸腐片表面无多晶硅薄膜或氧化膜、无表面裂痕、无沾污，边缘无崩边、缺角；

2、加工设备：Telα-8s、DJ-853V；

3、测量工具：ADE9600自动硅片分选仪

4、辅料：SiH4、N2；

二、多晶硅薄膜制备工艺过程如下：

使用黑色PP篮将硅片载入加工设备中，选择自动上载模式，由机械手将硅片载入载舟中，选择工艺8000A，即制备得到的多晶硅薄膜的膜厚为800nm。

具体的工艺参数为：

试验例

分别测试实施例1、实施例2和对比例工艺加工硅片抛光后BOW和WARP数据，结果分别如表1、表2和表3所示。采用实施例1、实施例2的工艺参数在硅片表面沉积多晶硅薄膜并抛光后，WARP平均增量分别为13.8和10.01，均小于15，BOW的平均差值分别为6.1和2.96，而使用对比例的工艺参数在硅片表面沉积多晶硅薄膜并抛光后，翘曲平均增量大于70，BOW的平均差值为67.9。

对比实施例1、实施例2和对比例的工艺参数，对比例的SiH4流量和加工温度低于实施例，造成BOW和WARP的增量较大。升高温度后可有效降低多晶硅薄膜应力，从而降低抛光后硅片的BOW和WARP的增量。

对比实施例1和实施例2可知，保证膜厚均一性小于3％(均一性＝(最大-最小)/(2*平均值))，将SiH4气体流量降低时(影响膜厚均一性)，对多晶抛光硅片WARP、BOW变化值有一定改善作用。

采用实施例1和实施例2工艺生产的产品，无需经退火处理，从而有效降低硅片发生异常的风险，缩短产品加工周期，降低生产成本。

表1实施例1工艺加工硅片抛光后数据表

表2实施例2工艺加工硅片抛光后数据表

表3对比例工艺加工硅片抛光后数据表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。