CN101290877B - 多晶硅薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多晶硅薄膜的制备方法，涉及半导体制造领域。该制备方法包括如下步骤：提供进行沉积反应的沉积装置，其包括进行薄膜沉积的反应室及反应气体流量控制模块；提供半导体衬底，放置于沉积装置的反应室内；在上述反应气体流量控制模块设置气体流量峰值，进行第一预沉积步骤；在反应气体流量达到预设峰值后，进行第二预沉积步骤；进行主沉积步骤；对沉积的多晶硅薄膜进行预设剂量的离子注入。与现有技术相比，本发明的制备方法通过将预沉积步骤分为两步，且通过第一步预沉积过程对反应气体流量的峰值控制来调整调整多晶硅薄膜的阻值，从而提高了半导体器件的精确度。

Description

多晶硅薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体领域的制造技术，具体地说，涉及一种作为半导体栅极的多晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

作为半导体栅极的多晶硅薄膜通常采用气体沉积的方法制备的。制备方法一般是通过通气管道将硅烷气体(SiH4)输入沉积装置的反应室内，在620度的温度条件下，将硅烷气体分解沉积在半导体沉积表面形成多晶硅薄膜。对于0.18微米或更高精度的技术代而言，半导体栅极采用的是无掺杂栅极，后续需要对多晶硅薄膜进行磷离子、硼离子等离子注入来改变其的电阻特性。通过控制离子注入的剂量改变多晶硅薄膜的阻值(Rs)的大小。

为了减少产品的工艺步骤，降低产品成本，目前绝大多数半导体器件的源漏极离子注入和栅极离子注入是同时进行的。生产过程中，半导体器件的各项参数都是根据客户要求设计的。通常做法是，根据经验注入一定剂量的离子，然后对半导体器件参数进行测试，根据结果调整注入剂量，通过多次调整多次测试最终达到客户要求的标准值。然而，有时候半导体器件其他参数值均达到标准值，但栅极阻值却稍微高于或低于标准值。虽然可以通过改变注入剂量调整栅极阻值达到标准值，但是客户常常不期望采用这种方法，因为这种方法同时也会导致半导体器件的其他参数发生变化。

除了改变离子注入剂量可以调整栅极阻值的大小，还可以通过改善作为栅极的多晶硅薄膜的制备条件，改变多晶硅薄膜的排列方式，来起到改变栅极多晶硅薄膜阻值的效果。但是，现有的多晶硅薄膜的制备过程中沉积一般包括有两步，第一步是对半导体衬底进行预沉积，即输入的反应气体的流量在达到稳定流量之前的沉积；第二步进行主沉积步骤，即反应气体流量稳定后的沉积步骤。采用现有多晶硅薄膜的制备方法得到的多晶硅薄膜阻值的变化范围较大，不能够达到微调多晶硅薄膜阻值的目的。

有鉴于此，需要提供一种多晶硅薄膜的制备方法可以改善或者解决上述问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种不需要改变离子注入剂量即可微量调整多晶硅薄膜阻值的多晶硅薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新的多晶硅的制备方法，其包括如下步骤：提供进行沉积反应的沉积装置，其包括进行薄膜沉积的反应室及反应气体流量控制模块；提供半导体衬底，放置于沉积装置的反应室内；在上述反应气体流量控制模块设置气体流量峰值，进行第一预沉积步骤；在反应气体流量达到预设峰值后，进行第二预沉积步骤；进行主沉积步骤；对沉积的多晶硅薄膜进行预设剂量的离子注入。

进一步地，反应气体流量峰值与多晶硅薄膜进行预设剂量的离子注入后的阻值呈直线函数关系。

进一步地，所述直线函数关系是Y＝0.1402X+300.51，Y代表多晶硅薄膜的阻值，而X代表反应气体流量的峰值。

进一步地，在反应气体流量控制模块设置气体流量峰值，包括设置在沉积装置的流量控制模块设置第一步预沉积步骤气体流量增长速率的范围为4-40sccm/s。

进一步地，第一步预沉积步骤中气体流量的速率是固定的。

进一步地，该沉积装置还包括控制反应气体流入反应室的阀门，在反应气体流量控制模块设置气体流量峰值还包括设置在沉积装置的流量控制模块内设置阀门的开启时间为0-5秒之间。

进一步地，所述反应气体的峰值在0-160sccm之间。

与现有技术相比，本发明多晶硅薄膜的制备方法利用反应气体峰值与多晶硅薄膜阻值的关系，通过调整第一预沉积步骤中的反应气体流量峰值，来调整多晶硅薄膜的阻值，进而起到提高半导体器件精确度的有益效果。

附图说明

通过以下对本发明一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1为采用本发明制备方法制备多晶硅薄膜过程中反应气体流量与阻值的关系示意图。

具体实施方式

以下采用举例方式来解释本发明，假如作为半导体栅极的多晶硅薄膜的电阻的标准值(Rs)是310欧姆，采用现有的多晶硅薄膜的制备方法在半导体衬底上沉积多晶硅薄膜，然后对半导体的源漏极及多晶硅薄膜进行注入离子，反复进行测试，直至注入合适的剂量，使半导体器件的各项参数达到标准值，但是半导体多晶硅薄膜的阻值仅达到305欧姆(ohm)。本发明公开了一种多晶硅薄膜的制备方法，该制备方法可以在不改变预先调整好的离子注入剂量的情况下，达到微量调整多晶硅薄膜的阻值达到标准值的效果。

本发明公开的多晶硅薄膜的制备方法包括如下步骤：

提供制备多晶硅薄膜的沉积装置，该装置包括进行沉积反应的反应室及输送反应气体的通气管道，通气管道通过开闭阀门控制反应气体的输入，在本实施方式中，所述反应气体是指硅烷气体(SiH4)；另外该沉积装置中还包括控制反应气体流量的流量控制模块，在该流量控制模块中可以设置反应气体的流量增长速度和阀门开启的时间；

将半导体衬底放入反应室内；

进行预沉积步骤，该预沉积步骤分为两步进行，开启阀门通入反应气体直至反应气体达到流量峰值是第一预沉积步骤，反应气体的流量从峰值降落至稳定值为第二预沉积步骤；在沉积装置的流量控制模块设置第一步预沉积步骤气体流量增长速率为4-40sccm(每分钟标准毫升)/s(秒)，开启阀门的时间为0-5秒之间；图1为实验结果得到的气体流量的峰值与多晶硅薄膜阻值(注入预先设置剂量的离子)的函数关系大致呈直线即：Y＝0.1402X+300.51，Y代表半导体多晶硅薄膜阻值的大小，而X代表气体流量的峰值，在本实施方式中，欲使Y＝310欧姆，计算得到气体流量的峰值为67.689sccm，而且试验证明当气体流量的峰值超过160sccm时，多晶硅薄膜阻值Rs不再发生变化，所以反应气体的峰值只能控制在0-160sccm之间；根据需要得到的多晶硅薄膜阻值的大小，在沉积装置的流量控制模块选择设置气体流量的增长速率和阀门开启时间，就可以在预定的时间内获得气体流量的峰值；

气体流量达到峰值后自由下降至固定稳定值的过程中，进行第二预沉积步骤；

气体流量处于固定稳定值得过程中，进行主沉积步骤，在半导体衬底的表面上形成多晶硅薄膜作为半导体栅极；

对多晶硅薄膜进行离子注入，注入预先设置好的剂量，若在第一预沉积过程中气体流量的峰值为67.689sccm，此离子注入步骤后测试得到半导体多晶硅薄膜的阻值为标准值310欧姆。

采用本发明的多晶硅薄膜的制备方法，通过将预沉积过程分两步进行控制，在第一预沉积步骤对反应气体流量峰值进行控制，来改变多晶硅薄膜的排列结构，从而在不改变预先设置好的离子注入剂量的情况下，对半导体多晶硅薄膜的阻值做调整，更进一步提高了半导体器件的精确性。

Claims (7)

1.一种多晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

提供进行沉积反应的沉积装置，其包括进行薄膜沉积的反应室及反应气体流量控制模块；

提供半导体衬底，放置于沉积装置的反应室内；

在上述反应气体流量控制模块设置气体流量峰值，进行第一预沉积步骤；

在反应气体流量达到预设峰值后，进行第二预沉积步骤，所述第二预沉积步骤的反应气体流量从峰值降落至稳定值；

进行主沉积步骤；

对沉积的多晶硅薄膜进行预设剂量的离子注入。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：反应气体流量峰值与多晶硅薄膜进行预设剂量的离子注入后的阻值呈直线函数关系。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述直线函数关系是Y＝0.1402X+300.51，Y代表多晶硅薄膜的阻值，而X代表反应气体流量的峰值。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：在反应气体流量控制模块设置气体流量峰值，包括在沉积装置的流量控制模块设置第一步预沉积步骤气体流量增长速率，其范围是4-40sccm/s。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：第一步预沉积步骤中设置的气体流量的速率是固定的。

6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：该沉积装置还包括控制反应气体流入反应室的阀门，在反应气体流量控制模块设置气体流量峰值还包括在沉积装置的流量控制模块内设置阀门的开启时间，其范围是0-5s。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述反应气体流量的预设峰值在0-160sccm之间。