[发明专利]半导体器件及其制作方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件。这种器件可防止在硅薄膜中内部应力的变化和由这种内部应力的变化所引起的晶体缺陷的产生。本发明还涉及到这种器件的工艺，以及制作一种硅薄膜的工艺和适合于形成这样一种硅薄膜的化学气相淀积设备。

在半导体器件的制作中，把硅薄膜用作电极和/或布线材料。由于硅薄膜是一种半导体材料，故当把它用作布线材料时，必须减小其电阻。一般说，要用扩散法掺入III族或V族(即硼和磷等等)元素。在掺入这样的杂质时，人们一直采用从薄膜表面上进行热扩散或离子注入的方法。

最近，由于半导体器件构造的复杂化，要把将在其上淀积薄膜的表面的高度差异做得尽可能地小，以便改善薄膜淀积的平坦性。因而，趋势是减少包括硅薄膜在内的各种薄膜的厚度。当膜厚减小之后，又出现了一些问题，诸如含有杂质的基底薄膜的污染的问题，以及当应用从膜表面进行热扩散或离子注入方法时，在靠近基底薄膜的交界面处杂质的浓度和不平坦淀积的问题等等。为了解决这样的问题，采用了一种就地掺杂技术，在这种技术中，在淀积硅薄膜的同时进行杂质掺入并已用于生产产品。

作为淀积硅薄膜的工艺，有两种人们熟知的工艺。一种是先在无定形状态下淀积硅然后用热处理使之多晶化。另一种工艺是从一开始就在多晶态下进行淀积。一般来说，在先以无定形状态进行淀积然后用热处理使之多晶化的情况下，有加大晶粒大小的倾向，故为了降低薄膜的电阻更可取的是用这种工艺形成多晶硅。因此，先淀积同时掺入某种杂质的非晶态(无定形)硅再经热处理使之多晶化的多晶硅膜形成工艺被广为应用。例如，在日本专利公开出版物第(JP-A)62-54423和4-137724上就已公开了这样一种技术。

但是，若应用这样的技术，还存在着下列问题。当用热处理使非晶(包括细粒的结晶态)硅薄膜结晶化时，大家都知道在基底薄膜与硅薄膜之间的交界处将长出晶核。因此，晶体生长的状态将经常改变(比如说，因晶核的产生密度和晶核生成温度、晶粒大小和正在生长的晶面指数而改变)，这取决于靠近基底薄膜界面处的非晶硅薄膜中杂质的浓度或它的分布情况。

而且，在进行结晶反应时，由于薄膜的体积会发生变化，故薄膜中的应力状态也将产生很大的变化。还有，在形成单晶时所产生的应力的方向(即张力强度或者压缩应力)也由于正在进行生长的晶体状态而产生很大的变化。结果，存在着下列各种问题：已经在硅薄膜中产生的内部应力将变得更大；或者，在其上淀积了薄膜的晶片上，薄膜中的内部应力和正在生长的晶面是不相同的；在靠近薄膜端部所产生的应力的密度的晶体状态也不相同；诸如位错等晶体缺陷产生于硅单晶衬底上；在一个包括硅单晶的晶片上，半导体器件的电学性能也将不同，等等。

本发明的目的是提供一种可靠地消除了上述那些缺点的半导体器件，以及一种以高成品率生产这种半导体器件的工艺。

本发明的另外一个目的是给出一种在可选择的衬底上制作多晶硅薄膜的工艺和一种用于形成这种硅薄膜的化学气相淀积设备。

本发明所提供的半导体器件由下述部分组成：一个半导体衬底，一个形成于上述衬底上的基底薄膜和形成于上述基底薄膜上的掺有选自III族和V族元素的一种杂质的硅薄膜，具有主要为圆柱形构造的上述硅薄膜的晶粒从基底薄膜的一个界面上生长到硅薄膜的表面，单个晶粒在薄膜表面上的晶体取向几乎为均匀的。

本发明还提供一种生产半导体器件的工艺，它包括下述工序：在半导体衬底上形成一个基底薄膜；在上述基底薄膜上用淀积法形成一层无杂质的硅薄膜，该硅薄膜厚等于或大于1nm，是用SiH₄气体或Si₂H₆气体形成的，然后再淀积上掺有一种选自III族和V族元素的杂质的硅薄膜。在淀积一层非晶硅薄膜时，进行热处理以最终产生一层多晶硅薄膜。

本发明还是供了一种生产半导体器件的工艺，它包括下述工序：在半导体衬底上形成基底薄膜的工序；应用选自III族和V族元素的杂质气体形成杂质层的工序，上述杂质层的杂质浓度比将形成于基底薄膜界面上的硅薄膜的平均杂质浓度要高；以及用掺入了这种杂质的SiH₄气体或Si₂H₆气体淀积一层硅薄膜的工序。当淀积非晶态硅薄膜时，进行热处理以最终形成一个多晶硅薄膜。