[发明专利]多晶硅薄膜的制造方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种多晶硅薄膜的制造方法及装置。

背景技术

多晶硅是一种由多种不同结晶方向的小单晶硅晶粒所组成的纯硅，它本身是良好的绝缘体，在元器件内可作为电阻使用，而后续对多晶硅经过掺杂和热处理后会使其具有很好的导电性能，从而可以作为导电材料使用，比如栅极表面的导电材料就是经过掺杂和热处理后的多晶硅。

在现有技术中，一般利用低压化学气象沉积(LPCVD)设备来生成器件表面的多晶硅薄膜，具体地，在器件表面生成多晶硅薄膜的示意图如图1所示，该图1中左侧的图片为尚未生成多晶硅薄膜的器件表面示意图，而该图1中右侧的图片为生成了多晶硅薄膜的器件表面示意图，其中，右侧图片中画有斜线的阴影部分为多晶硅薄膜，而没有画有斜线的部分则为器件表层，图1所示的该过程是基于如下式(1)所示的硅烷(SiH₄)受热分解的方式：

在多晶硅薄膜的生成过程中，LPCVD设备在加热SiH₄时所使用的温度(该加热时使用的温度也可称为沉积温度)不同会导致生成的多晶硅薄膜的晶体结构产生很大差异，比如，如果沉积温度低于575℃，则根据上述化学式得到的就不是多晶硅，而是非晶硅，该非晶硅为即使对其进行掺杂也不会具有导电性能的材料，而如果沉积温度高于575℃，那么根据上述化学式生成的才是电子工业中常用的多晶硅，因此，在现有技术中，一般采用600℃以上的高温分解硅烷从而生成多晶硅薄膜的方式。

如图1右侧图片所示，位于器件表面的多晶硅是一层薄膜，由于在较高温度下形成的多晶硅薄膜在冷却后会因为多晶硅的膨胀系数与器件(多晶硅薄膜所覆盖的器件也可称为底材，该底材一般是晶圆)的膨胀系数不一致，从而会产生薄膜和晶圆的收缩程度不一致、薄膜与晶圆的变形程度不一致，这就使得薄膜与晶圆之间会形成较大的应力，这种应力的存在会对晶圆造成较大的影响，尤其是对那些带有外延层的晶圆，因为外延层本身也是一种薄膜，应力较大，如果在其上面还进一步沉积应力较大的多晶硅薄膜，则有可能会破坏晶圆的表面结构，形成缺陷(位错和轻微裂纹等)，甚至会导致晶圆碎裂。

综上所述，基于多晶硅薄膜在冷却后产生的应力可能对晶圆产生的不良影响，现有技术中迫切需要提供一种多晶硅薄膜的制造工艺，以将多晶硅薄膜产生的应力控制在不会影响底材结构的范围内。

发明内容

本发明实施例提供一种多晶硅薄膜的制造方法及装置，用以将多晶硅薄膜产生的应力控制在不会影响底材结构的范围内。

为此，本发明实施例采用以下技术方案：

一种多晶硅薄膜的制造方法，包括：根据需要制造的多晶硅薄膜的预设厚度，确定沉积时间；在放置有底材的容器中通入硅烷，并采用不高于575℃的温度，对所述硅烷进行加热生成非晶硅，其中，对所述硅烷进行加热的时间长度与所述确定的沉积时间一致；将所述非晶硅加热到575℃以上，生成多晶硅。

较佳地，按照预设的升温速率，将所述非晶硅加热到575℃以上，生成多晶硅。

较佳地，将所述非晶硅加热到575℃以上，生成多晶硅后，还包括：将附着有所述生成的多晶硅的底材从所述容器中取出，并在室温中将附着有所述生成的多晶硅的底材进行冷却。

较佳地，将附着有所述生成的多晶硅的底材从所述容器中取出前，还包括：按照预设的降温速率，将所述生成的多晶硅降温到560℃，并在预设的稳定时间段内，保持所述多晶硅的温度为560℃。

较佳地，上述方法还可以包括：在将所述非晶硅加热到575℃以上，生成多晶硅的同时，在所述容器中通入在575℃以上的温度条件下不会与硅产生化学反应的气体。

一种多晶硅薄膜的制造装置，包括：确定单元，用于根据需要制造的多晶硅薄膜的预设厚度，确定沉积时间；非晶硅生成单元，用于在放置有底材的容器中通入硅烷，并采用不高于575℃的温度，对所述硅烷进行加热生成非晶硅，其中，对所述硅烷进行加热的时间长度与确定单元确定的沉积时间一致；多晶硅生成单元，用于将非晶硅生成单元生成的非晶硅加热到575℃以上，生成多晶硅。

较佳地，所述多晶硅生成单元按照预设的升温速率，将所述非晶硅加热到575℃以上，生成多晶硅。

较佳地，该装置还可以包括空冷单元，将附着有多晶硅生成单元生成的多晶硅的底材从所述容器中取出，并在室温中将附着有所述生成的多晶硅的底材进行冷却。