一種多晶硅薄膜的沉積方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種多晶硅薄膜的沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多晶硅不僅可靠性高，不易熔斷，還具有良好的Si-SiO2界面特性，其在被絕緣材 料包圍時(shí)漏電流很小，更重要的是多晶硅制造工藝簡(jiǎn)單，減少了器件的工藝層次，因此多晶 硅是集成電路工藝中柵極和局部互連線的理想材料。一般通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法形成多 晶硅薄膜，具體地，可以通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)的方法，在575°C -650°c溫度下，分 解硅烷在襯底上沉積多晶硅薄膜。傳統(tǒng)的多晶硅薄膜的橫截面表現(xiàn)為柱狀結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸 在500-700nm，而且非常粗糙，因此會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生以下兩方面影響：
[0003] 一、柱狀結(jié)構(gòu)造成的影響
[0004] 當(dāng)多晶硅層進(jìn)行離子植入時(shí)，很可能會(huì)產(chǎn)生溝道效應(yīng)，離子可以輕松的穿過(guò)晶界 在多晶硅層和介電層之間界面處積累。在隨后的熱處理過(guò)程中，摻雜劑會(huì)沿著晶界進(jìn)一步 擴(kuò)散，到達(dá)更低的電位點(diǎn)，通常晶界和多晶硅層/介電層界面會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻Rs不均勻，例 如，磷在氧化物多晶硅層表面的堆積。所有以上問(wèn)題最終會(huì)導(dǎo)致硼穿透和多晶硅耗盡。 [0005] 二、表面粗糙度造成的影響
[0006] 表面粗糙度影響后續(xù)制程中多晶硅的刻蝕和邊緣粗糙度（Line Edge Roughness, LER)，導(dǎo)致閾值電壓（Vt)不均勻。
[0007] 目前，通過(guò)降低沉積壓力和溫度來(lái)降低多晶硅沉積的速度，這樣可以產(chǎn)生很少的 晶界和光滑的多晶硅表面，然后這種方法對(duì)多晶硅表面的改進(jìn)效果很有限。
[0008] 因此，急需一種新的制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的 關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0010] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種多晶硅薄膜的沉積方法，包 括下列步驟：提供襯底；在所述襯底上形成硅種子層；在所述硅種子層上沉積大晶粒多晶 石圭層；在所述大晶粒多晶娃層上沉積小晶粒多晶??圭層。
[0011] 進(jìn)一步，在超高真空條件下，向反應(yīng)腔內(nèi)通入硅烷，形成所述硅種子層。
[0012] 進(jìn)一步，所述反應(yīng)腔內(nèi)壓力為E_5torr~E-7torr。
[0013] 進(jìn)一步，通過(guò)增加反應(yīng)氣體的流量形成所述大晶粒多晶硅層。
[0014] 進(jìn)一步，所述反應(yīng)氣體為硅烷。
[0015] 進(jìn)一步，所述大晶粒多晶??圭層的厚度為100~200埃。
[0016] 進(jìn)一步，通過(guò)逐漸增大反應(yīng)腔內(nèi)的壓力，以形成所述小晶粒多晶硅層。
[0017] 進(jìn)一步，增大后的所述反應(yīng)腔內(nèi)的最終壓力為2~5托。
[0018] 綜上所示，根據(jù)本發(fā)明的制造工藝沉積形成疊層多晶硅薄膜，能有效改善多晶硅 薄膜特征尺寸（Critical dimension,簡(jiǎn)稱⑶）均勻性，防止離子注入時(shí)溝道效應(yīng)的產(chǎn)生， 降低多晶硅耗盡效應(yīng)，進(jìn)而提高了器件的性能和良品率。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0020] 附圖中：
[0021] 圖1為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的工藝流程圖；
[0022] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)與本發(fā)明實(shí)施例所形成多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)的對(duì) 比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以 實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。
[0024] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出 的制造工藝。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本 發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施 方式。
[0025] 應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)"包含"和/或"包括"時(shí)，其指明存在所 述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整 體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0026] [示例性實(shí)施例]
[0027] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中標(biāo)示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例， 應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效 果。
[0028] 首先，執(zhí)行步驟101，提供襯底，在襯底上形成硅種子層。
[0029] 所述襯底可以是以下所提到的材料中的至少一種：硅、絕緣體上硅（SOI)、絕緣體 上層疊硅（SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅（S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅（SiGeOI)以及絕緣體 上鍺（GeOI)等。
[0030] 采用化學(xué)氣相沉積方法形成所述硅種子層，反應(yīng)氣體為硅烷（SiH4)，反應(yīng)腔內(nèi) 溫度范圍可為575°C -650°C攝氏度。向反應(yīng)腔內(nèi)通入微量的硅烷氣體，此過(guò)程一直保持 反應(yīng)腔內(nèi)為超高真空狀態(tài)，作為一個(gè)實(shí)例，反應(yīng)腔內(nèi)壓力為E-5torr~E-7torr，優(yōu)選為 E-6t〇rr。由于此過(guò)程的反應(yīng)速度非常慢，所以硅種子層的培養(yǎng)要保證足夠長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間， 以使娃種子層在整個(gè)襯底表面以一個(gè)松散的方式分散開(kāi)。
[0031] 接著，執(zhí)行步驟102,在所述硅種子層上沉積形成大晶粒多晶硅層。
[0032] 通過(guò)增加反應(yīng)氣體的流量形成大晶粒多晶硅層，所述反應(yīng)氣體為硅烷。反應(yīng)氣體 石圭燒的流量范圍可為100~200立方厘米/分鐘（seem)，如150sccm ;反應(yīng)腔內(nèi)的壓力仍然 保持在E-6Torr，此過(guò)程中，沉積的多晶硅晶粒尺寸比較大，控制沉積厚度為100~200人。
[0033] 接著，執(zhí)彳丁步驟103,在所述大晶粒多晶??圭層上沉積形成小晶粒多晶??圭層。
[0034] 通過(guò)逐漸增大反應(yīng)腔內(nèi)的壓力，以形成所述小晶粒多晶硅層。逐漸提高反應(yīng)腔內(nèi) 的壓力，達(dá)到一個(gè)較高的水平，即從E-6T〇rr提升到幾托，增大后的所述反應(yīng)腔內(nèi)的最終壓 力為2~5托，隨著壓力的逐漸提高，反應(yīng)粒子間的平均自由程（mean free path)縮短，這 樣生成的多晶硅薄膜的晶粒尺寸也會(huì)相應(yīng)的變小，進(jìn)行沉積直到多晶硅薄膜的厚度達(dá)到預(yù) 定值。作為一個(gè)實(shí)例，多晶硅薄膜的厚度預(yù)定值為~1000 A，優(yōu)選為800 i。
[0035] 經(jīng)過(guò)步驟101~103后，沉積形成了疊層式的多晶硅薄膜，如圖2所示為現(xiàn)有技術(shù) 多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)與本發(fā)明實(shí)施例所形成多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)的對(duì)比圖，其中左圖為現(xiàn)有技術(shù) 多晶硅薄膜結(jié)構(gòu)，右圖為本發(fā)明實(shí)施例所形成多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)。由于所述多晶硅薄膜的 晶粒尺寸小，所以表面光滑，特征尺寸均勻性好。所形成多晶硅薄膜為無(wú)定形態(tài)，晶粒尺寸 小，有效抑制后續(xù)制程離子植入時(shí)溝道效應(yīng)的產(chǎn)生。由于所形成多晶硅薄膜的晶界不是直 線型的，而且不連續(xù)，所以摻雜劑不會(huì)輕易的擴(kuò)散進(jìn)入多晶硅柵極的表面，故可降低多晶硅 耗盡效應(yīng)。
[0036] 本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于 舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由 附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多晶硅薄膜的沉積方法，包括： 提供襯底； 在所述襯底上形成硅種子層； 在所述娃種子層上沉積大晶粒多晶娃層； 在所述大晶粒多晶娃層上沉積小晶粒多晶娃層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在超高真空條件下，向反應(yīng)腔內(nèi)通入硅 烷，形成所述硅種子層。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)腔內(nèi)壓力為E-5t〇rr~ E_7torr〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)增加反應(yīng)氣體的流量形成所述大晶 粒多晶娃層。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體為硅烷。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述大晶粒多晶硅層的厚度為100~200 埃。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)逐漸增大反應(yīng)腔內(nèi)的壓力，以形成所 述小晶粒多晶娃層。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，增大后的所述反應(yīng)腔內(nèi)的最終壓力為2~ 5托。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種多晶硅薄膜的沉積方法，包括：提供襯底；在所述襯底上形成硅種子層；在所述硅種子層上沉積大晶粒多晶硅層；在所述大晶粒多晶硅層上沉積小晶粒多晶硅層。根據(jù)本發(fā)明的制造工藝沉積形成疊層多晶硅薄膜，能有效改善多晶硅薄膜特征尺寸均勻性，防止離子注入時(shí)溝道效應(yīng)的產(chǎn)生，降低多晶硅耗盡效應(yīng)，進(jìn)而提高了器件的性能和良品率。
【IPC分類】H01L21/205
【公開(kāi)號(hào)】CN105097458
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410163828
【發(fā)明人】趙星
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年4月22日