CN111755320A - 多晶硅功能膜、制备方法及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多晶硅功能膜、制备方法及其用途，属于半导体制备技术领域，其制备方法包括：提供预处理后的硅基衬底；并在衬底上形成二氧化硅氧化层；对含氧化层的衬底进行碱洗处理后，将该衬底加热到沉积温度；然后将该衬底暴露于至少一种IV族前体中生长多晶硅薄膜；硅基衬底的预处理中包括脉冲清洗的步骤；上述脉冲清洗为20‑30个循环，脉冲时间为0.1‑0.2s，清洗时间为4‑5s。本发明提供的多晶硅功能膜的制备方法能降低衬底表面粗糙度，改善多晶硅膜表面粗糙度和平整度，缩短多晶硅沉积的成核孵化期，提高氧化层和多晶硅膜的沉积生长速率，控制多晶硅膜和衬底的翘曲度，提升成品率和良品率，降低生产损耗和成本。

Description

多晶硅功能膜、制备方法及其用途
技术领域
本发明属于半导体制备技术领域，具体涉及一种多晶硅功能膜、制备方法及其用途。
背景技术
多晶硅，是单质硅的一种形态，多晶硅材料是由硅的晶粒所组成的多晶体材料。多晶硅薄膜的性能取决于晶粒大小、晶界势垒高度、晶面排列情况和表面状态。多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜材料在长波段具有光敏性，对可见光能有效吸收且具有光照稳定性，因此多晶硅薄膜是高效、低能耗的光伏器件材料，在太阳能电池上的应用存在巨大的潜力。同时，多晶硅薄膜材料具有高的迁移率，可达到390cm2/V·S，接近单晶硅材料的迁移率，因此在一些半导体器件方面得到广泛的应用。近年来，由于多晶硅薄膜材料具有大面积低成本制备的优点以及高的载流子迁移率，使其在大面积微电子学器件方面有着越来越重要的应用价值，多晶硅薄膜材料制成薄膜晶体管技术在集成电路及大阵列液晶显示器件领域将起重要作用。它被广泛运用于集成电路中作为自对准绝缘栅常效应晶体管(MOSFET)的栅极、闪存的浮栅、三极管的发射极、电容的极板、电阻、互连材料等。
多晶硅是半导体器件及其制造中的重要材料，多晶硅薄膜是半导体器件中的重要结构。目前多晶硅薄膜的制备主要分两类：一是在衬底上采用化学气相沉积的方法一步生成多晶硅薄膜，如使用硅源气体在气相条件下分解，高温下沉积到衬底上，形成多晶硅薄膜。常用的化学气相沉积技术有低压化学气相沉积、常压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积以及热丝化学气相沉积：制备过程中温度一般在600℃以上，衬底只能用昂贵的石英或硅片，在器件制作方面及基板选择方面受到限制，而且前驱体SiH4在硅表面吸附很慢，限制整个反应速度，但制备工艺相对简单。二是先在衬底上生长成非晶硅薄膜，然后通过后处理，使非晶硅晶化来获得多晶硅薄膜：整个制备过程温度低于600℃，采用低温工艺可用廉价玻璃做衬底，因此可以大面积制作，但相对来说制备工艺复杂，且设备昂贵。因此，提供一种高生长效率、高质量的多晶硅功能膜的制备方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能降低衬底表面粗糙度，改善多晶硅膜表面粗糙度和平整度，缩短多晶硅沉积的成核孵化期，提高氧化层和多晶硅膜的沉积生长速率，控制多晶硅膜和衬底的翘曲度，提升成品率和良品率，降低生产损耗和成本的多晶硅功能膜的制备方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种多晶硅功能膜的制备方法，包括：提供预处理后的硅基衬底；在上述衬底上形成二氧化硅氧化层；对上述含氧化层的衬底进行碱洗处理后，将上述含氧化层的衬底加热到沉积温度；然后将上述含氧化层的衬底暴露于至少一种IV族前体中，采用LPCVD工艺生长多晶硅薄膜；
其中，硅基衬底的预处理中包括脉冲清洗的步骤；上述脉冲清洗为20-30个循环，脉冲时间为0.1-0.2s，清洗时间为4-5s。
传统的LPCVD工艺生长多晶硅薄膜的方法，前驱体SiH4在硅表面吸附很慢，在增大晶粒尺寸时，容易伴随表面粗糙度的增加，对多晶硅膜的电学性能容易产生不良影响。本发明提供的上述制备方法能降低衬底的表面粗糙度，缩短多晶硅沉积的成核孵化期，提高多晶硅的沉积生长速率，提升成品率和良品率，降低了生产损耗和成本；所得多晶硅功能膜表面致密且光亮度高，粗糙度低而平整度高，具有高的片内厚度均匀性，降低了后续刻蚀等加工操作中的损失率。
对本发明而言，上述脉冲清洗步骤中，脉冲介质为正硅酸乙酯，清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕配制而成的pH为4.5-5的溶液。脉冲清洗能进一步提升衬底表面的清洁度，避免多晶硅膜出现表面雾状现象以提升成品率，另外通过脉冲清洗使得衬底表面光滑度高，其与前体之间的空间位阻效应相对降低，使得前体反应物分子在表面的滞留层减薄，反应物分子到达衬底表面的时间缩短，既能缩短反应物前期成核孵化时间，又能加快氧化层和多晶硅膜的生长沉积速率；而衬底光滑度提升，从另一方面能在晶粒沉积和薄膜厚度增长的同时，抑制氧化层表面粗糙度的增长，进而改善多晶硅膜表面粗糙度和表面平整度，从而获得表面粗糙度低而平整度高的多晶硅膜，提升产物的质量和良品率，降低生产损耗和成本。
优选的，清洗介质中NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕的重量比为10:10:0.1-0.3:0.1-0.5。
优选的，上述脉冲清洗步骤中，脉冲介质和清洗介质的温度为120-180℃，衬底温度为 200-350℃。更优选的，硅基衬底的预处理包括：先对衬底采用湿法清洗中的RCA方法清洗，然后进行脉冲清洗步骤。
对本发明而言，硅基衬底的实例不限于硅、锗、硅锗或碳化硅等，或绝缘体上覆硅(SOI)，或砷化镓等，进一步的，还不限于未掺杂的或轻度P型掺杂的硅衬底。
对本发明而言，二氧化硅氧化层的形成方式包含但不限于：采用常压化学气相沉积 (APCVD)方法，以及低压化学气相沉积(LPCVD)方法和热氧化方法。二氧化硅氧化层经过碱洗处理后，有别于硅基衬底的电荷分布，其能缩短多晶硅薄膜沉积时的成核阶段时间，能防止多晶硅向衬底中扩散造成衬底损伤，也避免前体在衬底表面先形成沉积层再沉积多晶硅层导致的成品率低的现象。
对本发明而言，碱洗步骤为：采用SPM清洗液、SC-1清洗液和SC-2清洗液分步进行超声辅助清洗后，用纯净的氮气吹干，备用；上述超声功率为800-1500W。碱洗处理能有效降低二氧化硅氧化层表面已存在的各种污染源，缩短多晶硅薄膜沉积的孵化期时间，避免多晶硅内部因杂质引起的针孔、突起等影响产品的质量和成品率。
优选的，SPM清洗液为摩尔比1:4-6的硫酸和过氧化氢的混合溶液，温度为100-120℃； SC-1清洗液为摩尔比1:1-2:5-15的氨水、过氧化氢和水的混合溶液，温度为80-100℃；SC-2 清洗液为摩尔比1:1-1.5:5-10的盐酸、过氧化氢和水的混合溶液，温度为70-90℃。
对本发明而言，将含氧化层的衬底加热到沉积温度是将上述衬底加热到350-650℃。
对本发明而言，LPCVD工艺条件为：压力为25-75Pa，沉积温度Td为600-650℃，前体流量为300-1500sccm。
对本发明而言，上述制备方法还包括对LPCVD工艺制得的多晶硅薄膜进行热处理；上述热处理的操作步骤为：以150-200℃/min的速率升温至950-1040℃后，退火60-75min即可。退火处理能使得衬底、氧化层和多晶硅功能膜层间的界面应力得以改变和释放，从而有效控制和改善功能膜和衬底的翘曲度，提高功能膜的质量。
本发明的目的还在于提供一种由上述的制备方法制得的多晶硅功能膜。该多晶硅功能膜一致性好，厚度分布均匀，表面平整度得到改善，具有低的表面粗糙度，成品率和良品率高，生产损耗、成本和后续加工损失率均能得到有效控制和改善。
对本发明而言，上述的制备方法制得的多晶硅功能膜厚度为
Figure RE-GDA0002604964820000031
时，上述多晶硅功能膜的片内厚度均匀性不高于1.5％。
本发明的目的还在于提供一种由上述的制备方法制得的多晶硅功能膜在制备电子器件中的用途。
本发明由于采用了脉冲清洗硅基衬底，并在衬底上生长氧化层和沉积多晶硅功能膜的制备方法，因而具有如下有益效果：1)该制备方法能降低衬底的表面粗糙度，缩短多晶硅沉积的成核孵化期，提高氧化层和多晶硅膜的沉积生长速率，改善多晶硅膜表面粗糙度和表面平整度，提升成品率和良品率，降低了生产损耗和成本；2)所得多晶硅功能膜表面致密且光亮度高，粗糙度低而平整度高，杂质引起的针孔、突起等现象极少，具有高的片内厚度均匀性，成品率和良品率高，多晶硅膜和衬底的翘曲度得以控制，降低了后续刻蚀等加工操作中的损失率；3)所得多晶硅功能膜的电学性能优异，在电子器件中制备作为核心元件使用。
因此，本发明是一种能降低衬底表面粗糙度，改善多晶硅膜表面粗糙度和平整度，缩短多晶硅沉积的成核孵化期，提高氧化层和多晶硅膜的沉积生长速率，控制多晶硅膜和衬底的翘曲度，成品率和良品率高，降低生产损耗和成本的多晶硅功能膜的制备方法及其在制备电子器件中的用途。
附图说明
图1为不同制备方法中多晶硅功能膜和硅基衬底前后的翘曲度变化示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
一种多晶硅功能膜的制备方法，包括：提供预处理后的硅基衬底；在上述衬底上形成二氧化硅氧化层；对上述含氧化层的衬底进行碱洗处理后，将上述含氧化层的衬底加热到沉积温度；然后将上述含氧化层的衬底暴露于至少一种IV族前体中，采用LPCVD工艺生长多晶硅薄膜；
其中，硅基衬底的预处理中包括脉冲清洗的步骤；上述脉冲清洗为20-30个循环，脉冲时间为0.1-0.2s，清洗时间为4-5s。
传统的LPCVD工艺生长多晶硅薄膜的方法，前驱体SiH4在硅表面吸附很慢，在增大晶粒尺寸时，容易伴随表面粗糙度的增加，对多晶硅膜的电学性能容易产生不良影响。本发明提供的上述制备方法能降低衬底的表面粗糙度，缩短多晶硅沉积的成核孵化期，提高多晶硅的沉积生长速率，提升成品率和良品率，降低了生产损耗和成本；所得多晶硅功能膜表面致密且光亮度高，粗糙度低而平整度高，具有高的片内厚度均匀性，降低了后续刻蚀等加工操作中的损失率。
对本发明而言，上述脉冲清洗步骤中，脉冲介质为正硅酸乙酯，清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕配制而成的pH为4.5-5的溶液。脉冲清洗能进一步提升衬底表面的清洁度，避免多晶硅膜出现表面雾状现象以提升成品率，另外通过脉冲清洗使得衬底表面光滑度高，其与前体之间的空间位阻效应相对降低，使得前体反应物分子在表面的滞留层减薄，反应物分子到达衬底表面的时间缩短，既能缩短反应物前期成核孵化时间，又能加快氧化层和多晶硅膜的生长沉积速率；而衬底光滑度提升，从另一方面能在晶粒沉积和薄膜厚度增长的同时，抑制氧化层表面粗糙度的增长，进而改善多晶硅膜表面粗糙度和表面平整度，从而获得表面粗糙度低而平整度高的多晶硅膜，提升产物的质量和良品率，降低生产损耗和成本。
优选的，清洗介质中NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕的重量比为10:10:0.1-0.3:0.1-0.5。优选的，上述脉冲清洗步骤中，脉冲介质和清洗介质的温度为120-180℃，衬底温度为200-350℃。更优选的，硅基衬底的预处理包括：先对衬底采用湿法清洗中的RCA方法清洗，然后进行脉冲清洗步骤。
对本发明而言，硅基衬底的实例不限于硅、锗、硅锗或碳化硅等，或绝缘体上覆硅(SOI)，或砷化镓等，进一步的，还不限于未掺杂的或轻度P型掺杂的硅衬底。
对本发明而言，二氧化硅氧化层的形成方式包含但不限于：采用常压化学气相沉积 (APCVD)方法，以及低压化学气相沉积(LPCVD)方法和热氧化方法。二氧化硅氧化层经过碱洗处理后，有别于硅基衬底的电荷分布，其能缩短多晶硅薄膜沉积时的成核阶段时间，能防止多晶硅向衬底中扩散造成衬底损伤，也避免前体在衬底表面先形成沉积层再沉积多晶硅层导致的成品率低的现象。
对本发明而言，碱洗步骤为：采用SPM清洗液、SC-1清洗液和SC-2清洗液分步进行超声辅助清洗后，用纯净的氮气吹干，备用；上述超声功率为800-1500W。碱洗处理能有效降低二氧化硅氧化层表面已存在的各种污染源，缩短多晶硅薄膜沉积的孵化期时间，避免多晶硅内部因杂质引起的针孔、突起等影响产品的质量和成品率。
优选的，SPM清洗液为摩尔比1:4-6的硫酸和过氧化氢的混合溶液，温度为100-120℃； SC-1清洗液为摩尔比1:1-2:5-15的氨水、过氧化氢和水的混合溶液，温度为80-100℃；SC-2 清洗液为摩尔比1:1-1.5:5-10的盐酸、过氧化氢和水的混合溶液，温度为70-90℃。
优选的，超声辅助清洗操作为：将含氧化层的衬底用SPM清洗液超声清洗3-5min，再用 SC-1清洗液超声清洗5-6min，重复2次，中间用去离子水冲洗1min，再用SC-2清洗液超声清洗3-5min即可。
在更优选的实施方案中，碱洗步骤在对含氧化层的衬底进行SPM清洗液、SC-1清洗液和SC-2清洗液清洗完成后，还进行刻蚀清洗步骤，然后用纯净的氮气吹干，备用；上述刻蚀清洗的操作为：采用功率为800-1500W超声波辅助，在温度为70-90℃、氟硅酸铵和溴酸钾存在的环境下对含氧化层的衬底进行10-30s的刻蚀清洗，上述氟硅酸铵和溴酸钾在刻蚀介质中的重量占比分别为0.01-0.05％和0.03-0.1％，刻蚀介质中还包括2-5wt％的氢氟酸。在氟硅酸铵和溴酸钾存在的环境下，借助超声波能量降低氧化层边界中的界面陷阱，减弱衬底中心和边缘位置气流量的差异造成的沉积厚度不一致不均匀的情况，尤其是在薄膜厚度为
Figure RE-GDA0002604964820000051
时，能控制片内厚度均匀性不高于1％，还能抑制硅膜直径增大引起晶粒直径增长不一和表面粗糙度的快速增长，提高晶粒大小和分布的均匀性，减少后续加工操作中的损失率；同时也能增加反应物在氧化层的表面扩散，使得沉积态薄膜中缺陷和位错减少，薄膜变得致密并释放界面间自由能和应力，降低多晶硅薄膜和衬底的翘曲度，将直径在100-200mm 的多晶硅功能膜翘曲度能控制在5μm以下，提升产物功能膜的品质。
对本发明而言，将含氧化层的衬底加热到沉积温度是将上述衬底加热到350-650℃。
对本发明而言，IV族前体为硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、异戊硅烷(Si5H12)、新戊硅烷(Si5H12)、二氯硅烷(DCS)、甲基硅烷(CH3-SiH3)中的至少一种。优选的，IV族前体为硅烷(SiH4)和乙硅烷(Si2H6)。
对本发明而言，LPCVD工艺条件为：压力为25-75Pa，沉积温度Td为600-650℃，前体流量为300-1500sccm。
对本发明而言，上述制备方法还包括对LPCVD工艺制得的多晶硅薄膜进行热处理；上述热处理的操作步骤为：以150-200℃/min的速率升温至950-1040℃后，退火60-75min即可。退火处理能使得衬底、氧化层和多晶硅功能膜层间的界面应力得以改变和释放，从而有效控制和改善功能膜和衬底的翘曲度，提高功能膜的质量。
本发明还提供了一种由上述的制备方法制得的多晶硅功能膜。该多晶硅功能膜一致性好，厚度分布均匀，表面平整度得到改善，具有低的表面粗糙度，成品率和良品率高，生产损耗、成本和后续加工损失率均能得到有效控制和改善。
对本发明而言，上述的制备方法制得的多晶硅功能膜厚度为
Figure RE-GDA0002604964820000061
时，上述多晶硅功能膜的片内厚度均匀性不高于1.5％。
本发明还提供了一种由上述的制备方法制得的多晶硅功能膜在制备电子器件中的用途。
本发明及实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。
应当理解，前面的描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的，特别地，本发明覆盖了具有来自上文和下文所述的不同实施方式的特征的任何组合的其他实施方式，而本发明的范围并不限制于在以下具体实例中。
实施例1：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤如下：
1)取硅基衬底，先依次用去离子水、乙醇、丙酮清洗以后，采用常规RCA方法清洗后，将衬底加热至250℃，然后对衬底进行25个循环的脉冲清洗，其中脉冲时间为0.1s，脉冲介质为温度160℃的正硅酸乙酯，清洗时间为5s，清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕按照重量比10:10:0.15:0.15的比例配制而成的pH为4.9、温度160℃的溶液；
2)采用LPCVD法沉积厚度为100nm的氧化层，其中SiH4流量为15sccm，氢气流量为10sccm，保护性气体氩气流量为200sccm，硅膜的沉积温度为650℃，沉积时间为20min，然后向其中通入氧气进行氧化，氧气流量为25sccm，氧化温度为600℃，氧化时间为25min，得到含氧化层二氧化硅的衬底；
3)待衬底温度下降至150℃以下后，用温度为120℃的SPM清洗液超声清洗5min，再用温度为90℃的SC-1清洗液超声清洗5min，重复2次，中间用去离子水冲洗1min，再用温度为80℃的SC-2清洗液超声清洗5min后，用纯净的氮气吹干，备用；其中超声功率为 1000W，SPM清洗液为摩尔比1:4.5的硫酸和过氧化氢的混合溶液，SC-1清洗液为摩尔比 1:1:13的氨水、过氧化氢和水的混合溶液，SC-2清洗液为摩尔比1:1.5:9.5的盐酸、过氧化氢和水的混合溶液；
4)将含氧化层的衬底送入反应室中，以150℃/min的升温速率加热到550℃；
5)采用LPCVD法沉积多晶硅功能膜，IV族前体选择为Si2H6，沉积压力为63Pa，沉积温度Td为630℃，前体流量为750sccm，沉积时间为90min；
6)在保护性气体中以150℃/min的速率升温至1000℃后，退火65min，待多晶硅功能膜降至室温后，取出，密封备用。
实施例2：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在
于：步骤1)中，将硅基衬底加热至300℃，然后进行30个循环的脉冲清洗，其中清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕按照重量比10:10:0.3:0.2的比例配制而成的pH为4.7、温度180℃的溶液；
步骤2)中，采用LPCVD法沉积厚度为50nm的氧化层，其中SiH4流量为20sccm，氢气流量为7.5sccm，保护性气体氩气流量为200sccm，硅膜的沉积温度为630℃，沉积时间为15min，然后向其中通入氧气进行氧化，氧气流量为30sccm，氧化温度为600℃，氧化时间为20min，得到含氧化层二氧化硅的衬底；
步骤5)中，采用LPCVD法沉积多晶硅功能膜，IV族前体选择为SiH4，沉积压力为65Pa，沉积温度Td为650℃，前体流量为500sccm，沉积时间为120min；
步骤6)中，在保护性气体中以200℃/min的速率升温至1040℃后，退火60min，待多晶硅功能膜降至室温后，取出，密封备用。
实施例3：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在于：
步骤1)中，脉冲清洗的清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕按照重量比10:10:0.1:0.5 的比例配制而成的pH为4.8、温度150℃的溶液；
步骤3)中，将含氧化层的衬底用温度为100℃的SPM清洗液超声清洗3min，再用温度为100℃的SC-1清洗液超声清洗6min，重复2次，中间用去离子水冲洗1min，再用温度为90℃的SC-2清洗液超声清洗3min后，用纯净的氮气吹干，备用；其中超声功率为1500W，SPM 清洗液为摩尔比1:6的硫酸和过氧化氢的混合溶液，SC-1清洗液为摩尔比1:2:15的氨水、过氧化氢和水的混合溶液，SC-2清洗液为摩尔比1:1:10的盐酸、过氧化氢和水的混合溶液；
步骤4)中，将含氧化层的衬底送入反应室中，以100℃/min的升温速率加热到600℃；步骤5)中，采用LPCVD法沉积多晶硅功能膜，IV族前体选择为Si2H6，沉积压力为70Pa，沉积温度Td为650℃，前体流量为900sccm，沉积时间为60min；
步骤6)中，在保护性气体中以150℃/min的速率升温至980℃，退火70min，待多晶硅功能膜降至室温后，取出，密封备用。
实施例4：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在于：
步骤3)中，在对含氧化层的衬底进行SPM清洗液、SC-1清洗液和SC-2清洗液清洗完成后，还进行刻蚀清洗步骤，然后用纯净的氮气吹干，备用；上述刻蚀清洗的操作为：采用功率为900W的超声波辅助，在温度为90℃、氟硅酸铵和溴酸钾存在的环境下对含氧化层的衬底进行10s的刻蚀清洗，上述氟硅酸铵和溴酸钾在刻蚀介质中的重量占比分别为0.025％和0.075％，刻蚀介质中还包括2.5wt％的氢氟酸。
对比例1：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在于：
步骤1)中，脉冲清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾按照重量比10:10:0.15的比例配制而成的pH为4.9、温度160℃的溶液。
对比例2：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在于：
步骤1)中，脉冲清洗介质为NH4F、HF、硫酸钕按照重量比10:10:0.15的比例配制而成的pH为4.9、温度160℃的溶液。
对比例3：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在于：
步骤1)中，脉冲清洗介质为NH4F、HF按照重量比1:1的比例配制而成的pH为4.9、温度160℃的溶液。
对比例4：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例1基本一致，其不同之处仅在于：
步骤1)中，硅基衬底先依次用去离子水、乙醇、丙酮清洗以后，采用常规RCA方法清洗，备用，未进行脉冲清洗操作。
对比例5：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例4基本一致，其不同之处仅在于：
步骤3)中，刻蚀清洗的操作为：采用功率为900W的超声波辅助，在温度为90℃、氟硅酸铵存在的环境下对含氧化层的衬底进行10s的刻蚀清洗，上述氟硅酸铵在刻蚀介质中的重量占比为0.025％，刻蚀介质中还包括2.5wt％的氢氟酸。
对比例6：
一种多晶硅功能膜的制备方法，其具体步骤与实施例4基本一致，其不同之处仅在于：
步骤3)中，刻蚀清洗的操作为：采用功率为900W的超声波辅助，在温度为90、℃溴酸钾存在的环境下对含氧化层的衬底进行10s的刻蚀清洗，上述溴酸钾在刻蚀介质中的重量占比为0.075％，刻蚀介质中还包括2.5wt％的氢氟酸。
试验例1：
不同制备方法制得的多晶硅功能膜的沉积测试
试验方法：根据实施例1-4和对比例1-4的制备方法制得多晶硅功能膜，使用ST2000-DLX 膜厚测试仪进行功能膜的厚度测试，采用5点测量求平均值的方式获得试验数据，并计算生长沉积速率，对比分析如表1所示。
表1不同多晶硅功能膜的沉积速率测试结果
Figure RE-GDA0002604964820000091
结果显示，实施例1-3的沉积速率差异不显著，实施例4的沉积速率略有增加，可能是由于实施例4中对氧化层利用氟硅酸铵和溴酸钾进行刻蚀清洗操作，使得薄膜在生长中厚度和晶粒大小生长均匀的同时，改善了晶粒和厚度不均对沉积膜表面粗糙度的不利影响，从而提升了沉积速率。对比例1-4中，对比例4的沉积速率最慢；对比例2和3间差异不显著，且较对比例4有所提升；对比例1的沉积速率最快，但仍然显著低于实施例1的沉积速率；说明脉冲清洗能提升衬底表面的清洁度，还能提高多晶硅膜的沉积速率，此外，实施例1中在氟钛酸钾和硫酸钕存在的情况下对衬底进行脉冲清洗，能显著降低衬底与前体间的空间位阻效应，加快多晶硅膜的生长沉积速率，节约生产能耗和成本。
试验例2：
不同制备方法制得的多晶硅功能膜的粗糙度和表面测试
试验方法：根据实施例1-4和对比例1-4的制备方法制得多晶硅功能膜，采用基恩士 VK-9700彩色3D激光显微镜观察并扫描不同阶段所得的样品的表面粗糙度。结果如表2所示。
表2不同制备方法下不同表面的粗糙度测试结果(单位：nm)
Figure RE-GDA0002604964820000101
结果显示，实施例1-4和对比例1-4的硅基衬底在脉冲清洗前后的粗糙度差异不显著，但氧化层和多晶硅膜的粗糙度各有差异，其中实施例1-4的氧化层和多晶硅膜的粗糙度差异不显著；但对比例1-4中，对比例4的各项粗糙度皆为最大值；对比例1和3间差异较小，且较对比例4有所降低；对比例2的粗糙度最低，但仍显著低于实施例1的粗糙度；说明脉冲清洗能提升衬底表面的清洁度，还能改善多晶硅膜生长沉积过程中的表面粗糙度，此外，实施例1中在氟钛酸钾和硫酸钕存在的情况下对衬底进行脉冲清洗，能抑制氧化层表面粗糙度的增长，进而改善多晶硅膜表面粗糙度和表面平整度，从而获得表面粗糙度低而平整度高的多晶硅膜，提升产物的质量和良品率。
试验例3：
不同制备方法制得的多晶硅功能膜的翘曲度测试
试验方法：取实施例1和4、对比例5和6的制备方法制得直径为200mm的多晶硅功能膜，按照GB/T 32280-2015硅片翘曲度测试自动非接触扫描法，对所得多晶硅薄膜和制备前后的硅基衬底的翘曲度进行测定，其结果如图1所示。
图1为不同制备方法中多晶硅功能膜和硅基衬底前后的翘曲度变化示意图。结果显示，多晶硅功能膜翘曲度分别为：实施例1为9.5μm，实施例4为3.6μm，对比例5为8.3μm，对比例6为9.7μm；硅基衬底前后的翘曲度变化最大的是对比例6，实施例1次之，对比例5 再次，实施例4变化最小；说明实施例4的制备方法中在氟硅酸铵和溴酸钾存在的环境下进行刻蚀清洗后，能协同增加反应物在氧化层的表面扩散，有效降低多晶硅薄膜和衬底的翘曲度，将直径在100-200mm的多晶硅功能膜翘曲度能控制在5μm以下，提高产物品质。
试验例4：
不同制备方法制得的多晶硅功能膜的质量测定
试验方法：取实施例1和4、对比例5和6的制备方法制得两种不同厚度的多晶硅功能膜，厚度分别为
Figure RE-GDA0002604964820000111
和
Figure RE-GDA0002604964820000112
使用ST2000-DLX膜厚测试仪进行功能膜的厚度，按试验例2的方法测定功能膜的表面粗糙度，采用X射线衍射谱技术测定并计算其晶粒大小。其结果如下表3所示。
表3不同制备方法制得的多晶硅功能膜的质量测定结果
Figure RE-GDA0002604964820000113
结果显示，实施例1和对比例5、6在功能膜厚度增长以后，膜的厚度均匀性下降并大于 1％，实施例4的厚度均匀性保持在小于1％，实施例4的功能膜厚度分布均匀，有利于降低后续加工的损失率。另外，随着功能膜厚度的增长，膜的晶粒直径和表面粗糙度也随之增长，但实施例1和对比例5间差异不显著，且增长最大；对比例6次之，实施例4的增长值最小；说明实施例4的制备方法中在氟硅酸铵和溴酸钾存在的环境下进行刻蚀清洗后，能协同抑制硅膜直径增大引起晶粒直径增长不一和表面粗糙度的快速增长，提高晶粒大小和分布的均匀性，减少后续加工操作中的损失率，降低生产损耗和成本。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种多晶硅功能膜的制备方法，包括：
提供预处理后的硅基衬底；
在所述衬底上形成二氧化硅氧化层；
对所述含氧化层的衬底进行碱洗处理后，将所述含氧化层的衬底加热到沉积温度；以及，
将所述含氧化层的衬底暴露于至少一种IV族前体中，采用LPCVD工艺生长多晶硅薄膜；
其中，所述硅基衬底的预处理中包括脉冲清洗的步骤；所述脉冲清洗为20-30个循环，脉冲时间为0.1-0.2s，清洗时间为4-5s。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅功能膜的制备方法，其特征是：所述脉冲清洗步骤中，脉冲介质为正硅酸乙酯，清洗介质为NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕配制而成的pH为4.5-5的溶液。
3.根据权利要求2所述的一种多晶硅功能膜的制备方法，其特征是：所述清洗介质中NH4F、HF、氟钛酸钾和硫酸钕的重量比为10:10:0.1-0.3:0.1-0.5。
4.根据权利要求1所述的一种多晶硅功能膜的制备方法，其特征是：所述脉冲清洗步骤中，脉冲介质和清洗介质的温度为120-180℃，衬底温度为200-350℃。
5.根据权利要求1所述的一种多晶硅功能膜的制备方法，其特征是：所述将含氧化层的衬底加热到沉积温度是将所述衬底加热到350-650℃。
6.根据权利要求1所述的一种多晶硅功能膜的制备方法，其特征是：所述LPCVD工艺条件为：压力为25-75Pa，沉积温度Td为600-650℃，前体流量为300-1500sccm。
7.根据权利要求1所述的一种多晶硅功能膜的制备方法，其特征是：所述制备方法还包括对LPCVD工艺制得的多晶硅薄膜进行热处理；所述热处理的操作步骤为：以150-200℃/min的速率升温至950-1040℃后，退火60-75min即可。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的多晶硅功能膜。
9.根据权利要求8所述的多晶硅功能膜，其特征是：所述多晶硅功能膜厚度为
Figure FDA0002500435050000011
时，片内厚度均匀性不高于1.5％。
10.权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的多晶硅功能膜在制备电子器件中的用途。
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