在半導體基底上同時生長單晶和多晶的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在硅基底上同時生長單晶硅和多晶硅的方法，包括步驟：在硅基底上依次生長二氧化硅掩蔽層和多晶硅籽晶層；采用光刻刻蝕工藝在硅基底上刻蝕出單晶硅生長區(qū)域；采用外延生長工藝在單晶硅生長區(qū)域內生長單晶硅、同時在多晶硅生長區(qū)域內生長多晶硅。本發(fā)明的外延生長工藝中，通過使生長溫度設置在較低值，能降低多晶硅的表面的粗糙度；以及通過調整外延生長工藝中的壓強，能使多晶硅和單晶硅的外延生長速率相同，從而能使外延生長后硅基底表面平整，提高硅基底的表面平整度。
【專利說明】在半導體基底上同時生長單晶和多晶的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種在半導體基底上同時生長單晶和多晶的方法。
【背景技術】
[0002]平面光波導(PlanarLightwave Circuit, PLC)功率分路器(Optical PowerSplitter)能通過半導體工藝制作,光分路的功能在芯片內實現,芯片兩端通過封裝稱合輸入輸出的光纖陣列實現和光纖的鏈接。PLC工藝具有:一、對波長不敏感；二、分光均勻性較好；三、可以拉制1X32路以上分光器件，且分光路數越多單位成本越便宜；四、器件體積較小等優(yōu)勢，市場前景廣闊。PLC工藝的缺點:1、技術門檻較高，目前光分路芯片靠進口，國內僅幾家大學有實驗室水平；2、國內目前工業(yè)生產僅有封裝廠商。
[0003]在實際生產過程中，由于PLC器件耦合器部分要求不同深度臺階式結構，總深度達13微米。該結構功能受深度影響明顯，單純使用刻蝕工藝無法得到滿足要求結構，現有方法是采用傳統(tǒng)外延與刻蝕結合的工藝，通過逐層刻蝕淀積等工藝形成不同功能器件區(qū)后，再經由外延工藝將單晶硅厚度補充到13微米。在現有方法的工藝中，硅單晶區(qū)域生長外延單晶，非硅單晶區(qū)域生長外延多晶，由于外延生長時需要較高溫度，現有的外延生長的溫度通常為1000°C -1200°C，且淀積的外延層厚度較厚，厚度可以達到5微米?10微米，造成外延形成的多晶硅表面粗糙度嚴重，這會對光刻以及刻蝕工藝造成影響，也即會使光刻標記很容易發(fā)生畸變甚至完全消失，進而對光刻對準造成嚴重影響，使硅片無法繼續(xù)后續(xù)工藝流程；另外，由于硅片表面嚴重不平，刻蝕后溝槽底部有嚴重的凹凸問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在硅基底上同時生長單晶硅和多晶硅的方法，能降低多晶硅的表面的粗糙度，提高硅基底的表面平整度。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的在硅基底上同時生長單晶硅和多晶硅的方法包括如下步驟:
[0006]步驟一、在硅基底上依次生長二氧化硅掩蔽層和多晶硅籽晶層。
[0007]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述硅基底上刻蝕出單晶硅生長區(qū)域，所述單晶硅生長區(qū)域內的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層都被去除，所述單晶硅生長區(qū)域外的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層保留并作為多晶硅生長區(qū)域。
[0008]步驟三、采用外延生長工藝在所述單晶硅生長區(qū)域內生長單晶硅、同時在所述多晶硅生長區(qū)域內生長多晶硅；所述外延生長工藝的溫度設置在850°C?900°C，使所述多晶硅表面的粗糙度減少；調整所述外延生長工藝的壓強，使所述單晶硅的生長速率等于所述多晶硅的生長速率。
[0009]進一步的改進是，步驟一中采用熱氧化工藝或淀積工藝形成所述二氧化硅掩蔽層，所述二氧化硅掩蔽層的厚度為0.2微米?10微米。[0010]進一步的改進是，步驟一中所述多晶硅籽晶層的厚度為0.1微米?2微米。
[0011]進一步的改進是，步驟二中采用干法刻蝕工藝去除所述單晶硅生長區(qū)域內的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層，在干法刻蝕之后、步驟三的外延生長工藝之前對干法刻蝕后的表面進行爐管修復，該爐管修復的溫度為900°C?1100°C，時間為10分鐘?30分鐘；之后再通過濕法刻蝕工藝將所述爐管修復過程中形成的犧牲氧化層去除。
[0012]進一步的改進是，步驟三中所述外延生長工藝之前還包括對所述硅基底表面進行清潔的工藝，該清潔工藝的反應氣體為氯化氫，該清潔工藝的溫度為800°C?950°C，該清潔工藝將所述硅基底表面的殘余氧化層及雜質清理干凈。
[0013]進一步的改進是，步驟三中所述外延生長工藝的工藝條件為:硅源氣體為硅烷，載氣為氫氣，所述氫氣的流量為20slm?60slm，溫度為850°C?900°C，壓強為20Torr?760Torro
[0014]進一步的改進是，步驟三的所述外延生長工藝中還包括進行P型摻雜或N型摻雜。
[0015]本發(fā)明的外延生長工藝的溫度設置在850°C?900°C，該溫度較低，能夠大大降低多晶硅的表面的粗糙度。所以應用本發(fā)明方法到PLC工藝中時，能消除現有技術中由于多晶硅表面的粗糙度嚴重而造成的光刻標記容易發(fā)生畸變或消失的問題，不會對光刻對準造成影響，不會對后續(xù)工藝產生影響。
[0016]在外延生長中，降低外延生長壓強可同時降低單晶硅和多晶硅的生長速率，其中多晶硅降低速度更快；降低外延生長溫度可同時降低單晶硅和多晶硅的生長速率，其中單晶硅降低速度更快；本發(fā)明利用上述特點，在外延生長的溫度設置為較低值的條件下，通過調整外延生長工藝的壓強，能夠使單晶硅的生長速率等于多晶硅的生長速率，這樣能使最后形成的單晶硅的厚度等于多晶硅的厚度，再加上多晶硅表面的粗糙度較低，最后能使硅基底的表面平整，平整的表面能使后續(xù)刻蝕形成溝槽后在溝槽底部形成一較平整的表面，從而消除了現有技術中形成PLC工藝中的臺階結構時在溝槽底部會產生嚴重凹凸的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0018]圖1是本發(fā)明實施例方法的流程圖；
[0019]圖2A-圖2C是本發(fā)明實施例方法各步驟中的器件結構示意圖；
[0020]圖3A是現有方法形成的多晶硅表面的放大倍數為2.5K的SEM照片；
[0021 ]圖3B是現有方法形成的多晶硅表面的放大倍數為IOK的SEM照片；
[0022]圖3C是本發(fā)明實施例方法形成的多晶硅表面的放大倍數為2.5K的SEM照片；
[0023]圖3D是本發(fā)明實施例方法形成的多晶硅表面的放大倍數為IOK的SEM照片。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，是本發(fā)明實施例方法的流程圖；如圖2A至圖2C所示，是本發(fā)明實施例方法各步驟中的器件結構示意圖。本發(fā)明實施例在硅基底11上同時生長單晶硅和多晶硅的方法包括如下步驟:
[0025]步驟一、如圖2A所示，在硅基底11上依次生長二氧化硅掩蔽層12和多晶硅籽晶層13。[0026]其中，所述二氧化硅掩蔽層12采用熱氧化工藝或淀積工藝形成，所述二氧化硅掩蔽層12的厚度為0.2微米?10微米。
[0027]所述多晶硅籽晶層13的厚度為0.1微米?2微米。
[0028]步驟二、如圖2B所示，采用光刻刻蝕工藝在所述硅基底11上刻蝕出單晶硅生長區(qū)域14，所述單晶硅生長區(qū)域14內的所述多晶硅籽晶層13和所述二氧化硅掩蔽層12都被去除，即所述單晶硅生長區(qū)域14為一窗口結構。所述單晶硅生長區(qū)域14外的所述多晶硅籽晶層13和所述二氧化硅掩蔽層12保留并作為多晶硅生長區(qū)域。
[0029]刻蝕所述多晶硅籽晶層13和所述二氧化硅掩蔽層12可以采用干法刻蝕和濕法刻蝕，本發(fā)明實施例中采用干法刻蝕工藝，采用干法刻蝕工藝還需要增加后續(xù)的爐管修復工藝，即:在干法刻蝕之后、后續(xù)步驟三的外延生長工藝之前對干法刻蝕后的表面進行爐管修復，該爐管修復的溫度為900°C?1100°C，時間為10分鐘?30分鐘；之后再通過濕法刻蝕工藝將所述爐管修復過程中形成的犧牲氧化層去除。
[0030]步驟三、如圖2B所示，所述外延生長工藝之前需要先對所述硅基底11表面進行清潔，該清潔工藝的反應氣體為氯化氫(HCL)，該清潔工藝的溫度為800°C?950°C，較佳值為850°C?900°C ;該清潔工藝將所述硅基底11表面的殘余氧化層及雜質清理干凈。
[0031]清潔之后，采用外延生長工藝在所述單晶硅生長區(qū)域14內生長單晶硅、同時在所述多晶硅生長區(qū)域內生長多晶硅；所述外延生長工藝的溫度設置在850°C?900°C，使所述多晶硅表面的粗糙度減少；調整所述外延生長工藝的壓強，使所述單晶硅的生長速率等于所述多晶硅的生長速率。
[0032]所述外延生長工藝的工藝條件為:
[0033]娃源氣體為娃燒。
[0034]載氣為氫氣，所述氫氣的流量為20slm?60slm,較佳值為20slm?40slm。
[0035]溫度為850°C?900°C，通過較低的溫度使所述多晶硅表面的粗糙度減少。
[0036]壓強為20Torr?760Torr，較佳值為20Torr?200Torr ;通過調整所述外延生長工藝的壓強，使所述單晶硅的生長速率等于所述多晶硅的生長速率。
[0037]所述外延生長工藝中還能根據需要進行P型摻雜或N型摻雜，P型摻雜或N型摻雜的濃度能夠根據器件要求進行調節(jié)。
[0038]如圖3A和圖3B所示，分別是現有方法形成的多晶硅表面的放大倍數為2.5K和IOK的SEM照片；而圖3C和圖3D分別是本發(fā)明實施例方法形成的多晶硅表面的放大倍數為
2.5K和IOK的SEM照片。比較放大倍數都為2.5K的圖3A和圖3C，以及比較放大倍數都為IOK的圖3B和圖3D可以看出，現有方法形成的多晶硅表面的具有較大顆粒，呈現出不光滑的結構，粗糙度較高；而本發(fā)明實施例方法形成的多晶硅表面的顆粒較小，呈現出光滑的表面結構，粗糙度大大降低。
[0039]以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種在硅基底上同時生長單晶硅和多晶硅的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、在硅基底上依次生長二氧化硅掩蔽層和多晶硅籽晶層； 步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述硅基底上刻蝕出單晶硅生長區(qū)域，所述單晶硅生長區(qū)域內的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層都被去除，所述單晶硅生長區(qū)域外的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層保留并作為多晶硅生長區(qū)域； 步驟三、采用外延生長工藝在所述單晶硅生長區(qū)域內生長單晶硅、同時在所述多晶硅生長區(qū)域內生長多晶硅；所述外延生長工藝的溫度設置在850°C?900°C，使所述多晶硅表面的粗糙度減少；調整所述外延生長工藝的壓強，使所述單晶硅的生長速率等于所述多晶硅的生長速率。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟一中采用熱氧化工藝或淀積工藝形成所述二氧化硅掩蔽層，所述二氧化硅掩蔽層的厚度為0.2微米?10微米。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟一中所述多晶硅籽晶層的厚度為0.1微米?2微米。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟二中采用干法刻蝕工藝去除所述單晶硅生長區(qū)域內的所述多晶硅籽晶層和所述二氧化硅掩蔽層，在干法刻蝕之后、步驟三的外延生長工藝之前對干法刻蝕后的表面進行爐管修復，該爐管修復的溫度為900°C?1100°C，時間為10分鐘?30分鐘；之后再通過濕法刻蝕工藝將所述爐管修復過程中形成的犧牲氧化層去除。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟三中所述外延生長工藝之前還包括對所述硅基底表面進行清潔的工藝，該清潔工藝的反應氣體為氯化氫，該清潔工藝的溫度為800°C?950°C，該清潔工藝將所述硅基底表面的殘余氧化層及雜質清理干凈。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟三中所述外延生長工藝的工藝條件為:娃源氣體為娃燒，載氣為氫氣，所述氫氣的流量為20slm?60slm,溫度為850°C?900°C,壓強為 20Torr ?760Torr。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟三的所述外延生長工藝中還包括進行P型摻雜或N型摻雜。
【文檔編號】C30B23/04GK103456608SQ201210181336
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月4日 優(yōu)先權日:2012年6月4日
【發(fā)明者】劉繼全, 高杏 申請人:上海華虹Nec電子有限公司