[發明專利]一種厚多晶硅的制備方法

在審

• 申請號: 201210197858.2
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN103515200A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 荊二榮;周國平;夏長奉;蘇巍
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 高為;王忠忠

技術領域

本發明涉及半導體器件技術，尤其涉及半導體器件中的電子級硅這一重要原料的制備方法。

背景技術

多晶硅是一種重要的半導體材料，廣泛應用于集成電路、太陽能器件和微機電系統等領域。制備多晶硅最常用的方法是低壓化學氣相沉積（LPCVD），其制備多晶硅的過程是在約630℃的高溫下，通過SiH4?發生熱分解淀積成多晶硅。這種方法生長的多晶硅晶粒較小，但是其生長速度慢，生長厚度一般為1?微米左右。當生長的多晶硅太厚時，反應爐內副產物的堆積會對泵等硬件產生損耗。

此外，西門子法也是一種常見的多晶硅的制備方法。在西門子法中，要在反應爐中豎立設置許多成為晶種棒的硅芯棒并預先進行通電加熱，對反應爐供給包含氯硅烷氣體和氫氣的原料氣體，使得原料氣體和加熱后的硅芯棒接觸。在加熱后的硅芯棒的表面就會析出多晶硅。有資料顯示，當原料氣體的供給量少時，多晶硅的析出變得不充分。提高多晶硅的生長速度的一種方法是給予充分的原料氣體的供給。

但是，目前尚沒有能夠很好地解決由于反應爐內副產品的堆積而對硬件產生損耗這一問題的方案。

發明內容

為了解決上述問題的至少一個方面，本發明公開了一種厚多晶硅的制備方法，包括：在硅片的正表面上淀積一層薄的多晶硅層作為種子層；以及在所述種子層上，通過使用外延氣體，外延生長出一層厚的多晶硅層。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述淀積一層薄的多晶硅層作為種子層的步驟通過低壓化學氣相淀積來實現。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述淀積一層薄的多晶硅層作為種子層的步驟通過固相晶化法或者金屬誘導法來實現。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述淀積一層薄的多晶硅層作為種子層的步驟通過脈沖快速熱燒結法或者準分子激光晶化來實現。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述外延氣體是三氯氫硅。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述外延氣體是四氯化硅、硅烷、或者二氯硅烷。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述外延氣體的溫度是900至1200攝氏度。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述種子層的厚度是50至1000nm。

根據本發明的一個方面，厚多晶硅的制備方法中，所述硅片是單晶硅片。

通過使用本發明能夠高效地獲得厚多晶硅，同時又能夠解決反應爐內副產品的堆積帶來的問題。

附圖說明

通過閱讀以下詳細說明，并參考附圖，可以對本發明有一個更全面的了解。附圖中：

圖1示出了根據本發明的厚多晶硅制備方法的第一個步驟；

圖2示出了根據本發明的厚多晶硅制備方法的第二個步驟。

具體實施方式

在本發明中，除了常見的低壓化學氣相沉積以外，還涉及以下幾種多晶硅的制備方法，包括：

一.?固相晶化法(SPC)

????所謂固相晶化，是指非晶固體發生晶化的溫度低于其熔融后結晶的溫度。這是一種間接生成多晶硅的方法，先以硅烷氣體作為原材料，用低壓化學氣相沉積方法在550℃左右沉積a-Si薄膜，然后將薄膜在600℃以上的高溫下使其熔化，再在溫度稍低的時候出現晶核，隨著溫度的降低熔融的硅在晶核上繼續晶化而使晶粒增大轉化為多晶硅薄膜。

使用這種方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依賴于薄膜的厚度和結晶溫度。退火溫度是影響晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火溫度范圍內，溫度越低，成核速率越低，退火時間相等時所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此時晶界移動引起了晶粒的相互吞并，使得在此溫度范圍內，晶粒尺寸隨溫度的升高而增大。

二.?金屬誘導法（MIC）

在沉積非晶硅膜之前或之后，用熱蒸發的方法鍍上一層很薄的金屬，然后再用熱處理的方法退火。當前金屬誘導法中應用較多的金屬誘導源是純金屬鎳，金屬Ni與a-Si在界面處形成NiSi2的硅化物，利用硅化物釋放的潛熱及界面處因晶格失錯而提供的晶格位置，a-Si原子在界面處重結晶，形成多晶硅晶粒，NiSi2層破壞，Ni原子逐漸向a-Si層的底層遷移，再形成NiSi2硅化物，如此反復直到a-Si層基本上全部晶化。

三?準分子激光晶化(ELA)