[发明专利]多晶硅层的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及到一种多晶硅层的形成方法。

背景技术

应用多晶硅栅极的半导体器件仍然被广泛的应用和制造，但多晶硅是一种半导体材料，其电阻率比较高，目前常用掺杂杂质的方法来降低其电阻率。

现有技术中，常用LPCVD（低压化学气相淀积）方法来形成多晶硅层，利用SiH₄（硅烷）气体作为气源，通过热分解生成多晶硅，淀积到基底上形成多晶硅层；并在SiH₄气体中混入AsH₃、PH₃、B₂H₆等气体来对生成的多晶硅进行原位掺杂。

但是使用这种方法来降低多晶硅层电阻率的能力非常有限，由于受到多晶硅对杂质固溶度的限制，杂质的浓度一般为1×10²¹～1×10²²atom/cm³（原子每立方厘米），掺杂后的多晶硅层的电阻率约为40～100Ω·cm（欧姆·厘米）。利用这样的多晶硅层形成的多晶硅栅极的电阻率无法满足高速器件对速度和频率的要求。

而且，现有技术中，多晶硅层在一次淀积过程完成，容易在多晶硅层中形成压应力，随着半导体器件尺寸的不断减小，这种压应力很可能导致器件的失效。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中，制备得到的多晶硅层电阻率大，而且存在压应力。

为解决上述问题，本发明提供一种多晶硅层的形成方法，包括：提供基底；将所述基底放入反应腔内；往所述反应腔内通入含硅气体和第一掺杂气体，在所述基底上形成掺杂硅材料层；形成所述掺杂硅材料层后，往所述反应腔内通入流速为200～700sccm的第二掺杂气体，形成掺杂多晶硅层；其中反应腔内的温度大于570℃，且大于形成掺杂硅材料层时反应腔内的温度。

可选的，所述掺杂多晶硅层具有预定厚度；或者，所述掺杂多晶硅层的厚度小于预定厚度，形成所述掺杂多晶硅层后，还包括：重复所述形成掺杂硅材料层和所述形成掺杂多晶硅层的步骤，直至得到预定厚度的掺杂多晶硅层。

可选的，形成所述掺杂多晶硅层时，所述反应腔内的温度为580～680℃。

可选的，形成所述掺杂多晶硅层时，所述第二掺杂气体的流速为300～500sccm。

可选的，形成所述掺杂多晶硅层的时间为10～15min。

可选的，形成所述掺杂多晶硅层时，反应腔内的压强为0.1～5.0Torr。

可选的，形成掺杂硅材料层时，所述反应腔内的温度小于570℃，所述掺杂硅材料层中的硅为非晶硅。

可选的，形成掺杂硅材料层时，所述反应腔内的温度大于570℃所述掺杂硅材料层中的硅为多晶硅。

可选的，形成所述掺杂硅材料层的时间为3～5min，反应腔内的压强为0.1～1.0Torr，含硅气体的流速为0.1～5.0slm，第一掺杂气体的流速为10～50sccm。

可选的，所述含硅气体为SiH₄或正硅酸乙酯。

可选的，所述第一掺杂气体为AsH₃、PH₃、B₂H₆中的一种或多种，所述第二掺杂气体为AsH₃、PH₃、B₂H₆中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本技术方案中，形成掺杂硅材料层后，再往较高温度（大于570℃，且大于形成掺杂硅材料层时反应腔内的温度）的反应腔内以高流速（200～700sccm）通入第二掺杂气体，以提高掺杂硅材料层中的杂质浓度。温度越高，杂质在多晶硅层中的掺杂浓度越高，掺杂气体的流速大也有利于提高多晶硅层中的掺杂浓度，所以得到的掺杂多晶硅层掺杂浓度很高。由于多晶硅层中杂质浓度的提高可以有效减小多晶硅层的电阻率，所以所述掺杂多晶硅层的电阻率大大下降。反应腔内的温度较高，还可以提高杂质的扩散速度，得到掺杂浓度均一的掺杂多晶硅层，使掺杂多晶硅层的电阻率均一。