[發明專利]一種多晶硅薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201310283719.6
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103346072A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 朱開貴;陳芳芳;鐘匯才
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利屬于微電子和光電子材料和器件制造領域，涉及一種在絕緣襯底上制備多晶硅薄膜的方法。?

背景技術

多晶硅薄膜是集晶體硅材料和非晶硅氫合金薄膜優點于一體,在能源科學、信息科學的微電子技術中有廣泛應用的一種新型功能材料。大晶粒的多晶硅薄膜具有與晶體硅可相比擬的高遷移率,可以做成大面積、具有快速響應的薄膜場效應晶體管、傳感器等光電器件,從而在開辟新一代大陣列的液晶顯示技術、微電子技術中具有廣闊應用前景。目前研究比較多的方法有激光退火法，金屬誘導晶化法，快速熱退火法以及電感耦合等離子體化學氣相沉積法（ICP-CVD）法等。激光再晶化法難以制備大面積薄膜,晶粒尺寸和均勻性也難以控制，且設備復雜造價昂貴，維護成本高，很難批量生產。金屬誘導晶化法帶來了金屬污染，很難在大規模集成電路中應用。ICP-CVD法雖然可以制備大面積薄膜，但是所沉積的薄膜晶粒尺寸小（100mn左右），且存在嚴重靜電耦合效應和等離子體均勻性不理想等缺陷，很難實現大規模工業化生產。?

發明內容

本發明主要目的是提供一種在絕緣襯底上制備多晶硅薄膜的方法，以降低大面積、大晶粒多晶硅薄膜的制備成本，為集成電路和薄膜場效應晶體管（TFT）制造提供高質量的多晶硅薄膜。?

本發明的多晶硅制備方法包括以下步驟：?

（1）絕緣襯底的選擇和制備?

將硅片清洗干凈后放入熱氧化爐中，通入O₂，在500-700℃下氧化，氧化層的厚度為100-300nm；或者直接用等離子體增強化學氣相沉積法直接在干凈的硅片表面沉積一層SiO₂；或者直接使用干凈的石英玻璃作為襯底。?

（2）晶核層的制備?

用低壓化學氣相沉積法在步驟（1）中提到的絕緣襯底上沉積一層小顆粒的多晶硅層，厚度在50-200nm。?

（3）多晶硅薄膜的制備?

在步驟（2）制備的晶核層上或者直接在步驟（1）的絕緣襯底上進行外延生長，外延的方法可以是使用硅烷或者DCS進行氣相外延，外延的壓強為10-100Torr，外延溫度為600-1000℃。?

本發明中制備多晶硅薄膜的方法，可以在4英寸或者8英寸硅片上制備出均勻的薄膜，整個過程可以在芯片制造的工藝線上進行，避免了金屬、顆粒等污染，且晶粒尺寸可以達到1μm以上，為大面積、高質量、高純度的多晶硅薄膜的大規模工業化生產創造了條件。?

附圖說明

圖1、圖2、圖3分別是三種多晶硅薄膜及其襯底的結構圖，圖中：1為普通硅片，2為在硅片上生長的SiO₂層，3為低壓化學氣相沉積法生長的晶核層，4為外延生長的多晶硅薄膜，5為石英。?

具體實施方式

下面對本發明的實施例做詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下實施，給出了詳細的實施方式和具體操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。?

實施例1?

本實施例包括以下步驟：?

（1）將清洗好的硅片放入熱氧化爐中，通入O₂，在700℃條件下熱氧化一層10nm厚的二氧化硅層；?

（2）用低壓化學氣相沉積法在二氧化硅表面沉積一層多晶硅，沉積的溫度為600℃，使用的氣體是硅烷，晶粒尺寸10nm左右，厚度為100nm。?

（3）將樣品清洗后放入減壓化學氣相沉積設備中進行外延生長，使用的氣體是硅烷，氣體流量為50sccm，以H₂為載體，外延生長溫度為820℃，壓強為10Torr，生長時間為10min，獲得的多晶硅薄膜晶粒尺寸可達到500nm。具體結構如圖1。?

實施例2?

將石英玻璃清洗干凈后直接放入減壓外延化學氣相沉積設備中，以實施例1步驟（3）中的條件生長，獲得晶粒尺寸達700nm的多晶硅薄膜，將此樣品清洗后再進行外延生長5min，獲得了晶粒尺寸達1μm的多晶硅薄膜樣品。具體結構如圖3。?