[发明专利]一种无水泡的低应力多晶硅薄膜制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅微机械加工技术，尤其涉及一种无水泡的多晶硅薄膜的制作方法。

背景技术

多晶硅薄膜常用在MEMS（微机电系统）器件中作为导电层，比如MEMS麦克风、光伏器件等等。多晶硅薄膜既具有晶体硅的电学特性，又能与非晶硅薄膜生长工艺兼容，易于实现大面积生长，制备成本较低。因此，多晶硅薄膜不仅在半导体功率器件和液晶显示领域有了广泛的应用，而且在太阳能光电转换方面也做了大量的研究。

在许多MEMS器件中需要控制多晶硅薄膜的应力，而直接用CVD沉积的多晶硅薄膜在应力上很难实现低应力的需求，因此在本发明中采用非晶硅薄膜退火结晶变成多晶硅薄膜的方法，根据退火的温度不同，多晶硅薄膜的应力可以得到控制。但是，在退火过程中，多晶硅薄膜以及多晶硅薄膜下面的二氧化硅薄膜中存在的Si-H键会吸收能量断裂产生H₂，随着H₂的增加会使得多晶硅薄膜鼓起水泡，导致多晶硅薄膜脱落。因此，如何在退火时既能够控制多晶硅薄膜的应力，又不能使多晶硅薄膜产生水泡是非常需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是要提供一种无水泡的低应力多晶硅薄膜的制作方法，由于非晶硅薄膜不能够够直接沉积在裸硅片上，因此，需要在多晶硅下面加一层二氧化硅，二氧化硅和非晶硅都采用CVD的技术沉积。那这里要解决的问题就是既要通过退火控制二氧化硅和多晶硅薄膜的应力在一个比较低的条件下，又不能够让多晶硅薄膜产生水泡。

本发明的技术解决方案分两部分，首先进行薄膜的沉积以及应力控制：

①使用CVD工艺在基底上淀积一层SiO₂薄膜，作为中间层。

②进行RTP快速退火，退火温度为685℃，退火持续25s，将2inch片子40mm范围内的形变控制在+/-2um。

③在SiO₂薄膜层上采用CVD工艺沉积一层非晶硅，然后进行磷离子掺杂，磷元素掺杂是采用气体在位掺杂技术，掺杂浓度为10^12至10^18 atoms/cm^3。

然后进行多晶硅薄膜的制作:

①对非晶硅层进行紫外光刻，将所设计的薄膜图形转移到非晶硅层上，该图形为均匀分布的孔径为500um的圆形。

②在曝光显影过后对非晶硅层进行RIE（反应离子刻蚀），刻出薄膜的形状。

③刻出薄膜图案后进行RTP快速退火，退火温度为685℃，退火持续25s，同时，将2inch片子40mm范围内的形变控制在+/-2um。非晶硅薄膜就会在一定的温度下结晶变成多晶硅，这就是需要的无水泡的低应力多晶硅薄膜。

附图说明

图1为起水泡的多晶硅薄膜示意图；

图2为无水泡的多晶硅薄膜制作示意图；

图3为无水泡的多晶硅薄膜制作流程图。

具体实施方式

为使本发明特征与实施步骤更加清晰易懂，以下结合具体实例并对照附图，加以详细叙述说明，以便于理解。

传统的非晶硅退火结晶成多晶硅薄膜的过程中会产生水泡，剖面示意图如图1所示，此时鼓起来的多晶硅薄膜极易破裂。

在本发明的一个优选实施例中，参照图2，多晶硅薄膜结构从下往上依次包括基底1、SiO₂薄膜层2、多晶硅薄膜层3；其中，基底1的作用是支撑固定，其材料为硅片；SiO₂薄膜层2作为中间层。

为了制作出如图2所示的多晶硅振膜结构，本发明提出了一套完整的工艺流程（见图3）。

具体来说，多晶硅薄膜的制作工艺流程主要包括如下步骤：

①在衬底1采用化学气相沉积技术（CVD）制备厚度为200～1000nm的SiO₂薄膜2，该SiO₂薄膜层即为中间层；

②使用快速退火炉RTP-500进行快速退火，退火温度选择685℃，退火25s，可以将应变范围控制在+/-2um；

③在SiO₂薄膜2上采用化学气相沉积技术（CVD）淀积300～500nm非晶硅薄膜层3,并且对非晶硅薄膜在位掺杂磷元素，磷元素的掺杂浓度为；

④使用紫外光刻机MA6在非晶硅薄膜层3上曝光出多晶硅薄膜图案，显影后用RIE(Tegal 903e)刻蚀出多晶硅薄膜结构；

⑤使用快速退火炉RTP-500进行快速退火，退火温度选择685℃，退火25s，可以将应变范围控制在+/-2um并且确保非晶硅薄膜在不会产生水泡的条件下可以结晶变为多晶硅薄膜。

另外，需要注意的是，本发明的优选实施例中展示了通过将非晶硅薄膜刻蚀出想要的结构在进行退火结晶成为多晶硅薄膜，而非先将非晶硅薄膜退火成多晶硅薄膜在进行刻蚀出想要的结构。而且，还可以通过增加SiO₂的厚度来实现非晶硅薄膜在大面积的情况下退火结晶成多晶硅且不会产生水泡。