制造多晶硅薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过使用单晶片技术的化学气相沉积（ＣＶＤ）过程在单个腔室中沉积多晶硅薄膜的方法。具体而言，通过使用ＳｉＨ↓［４］（硅烷）气体作为硅源气体并将薄膜沉积压力保持在一定水平以控制细小晶粒，使多晶硅薄膜的细小晶体结构形成为柱状，以提高电特性的均一性，从而防止薄膜特性变差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义上涉及通过利用单晶片技术的化学气相沉积(CVD)过 程制造薄膜的方法，更具体而言，涉及一种其中通过使用化学气相沉积 (CVD)过程使薄膜的细小晶体结构形成为柱状的制造薄膜的方法，在 所述化学气相沉积过程中，通过使用SiH4 (硅烷)作为硅源气体在单个 腔室中进行化学反应并且保持薄膜沉积压力在 一 定水平以控制细小晶 粒，从而在晶片上形成薄膜。
技术介绍
一般而言，反应源气体和设备的选择以及这种选择所对应的沉积压 力条件被认为是多晶硅薄膜形成中最重要的因素。通常，使用炉方法制造多晶硅薄膜。然而，在制造具有厚度小于 400A的薄硅晶体结构的薄膜时，几乎不可能形成具有多晶结构的薄膜。 因此，为了解决上述问题，常规炉方法的特点是向半导体器件上施行无 定形薄膜的结晶化。在这种情况下，如图l所示，存在的缺点是形成的 多晶硅薄膜的晶体均一性非常差，从而如果该薄膜被用作半导体闪存等 的浮栅电极时，则由于该器件的过擦除(over-erase)现象产生的阈值 电压偏移等，使半导体器件在晶体均一性、寿命和可靠性方面的VT均 一性大幅度下降，从而使该器件的特性变差。更具体而言，首先，使用SiH4气体或Si2H6气体在给定的处理温度 下，即在65(TC或更低的温度下生长出一层非晶体结构的无定形硅薄 膜，然后通过之后的热处理过程(例如在65(TC至90(TC下)使该生长 出的薄膜结晶化。从而，如图1所示，可以看出通过透射电镜(TEM) 拍下的该薄膜的平面晶体结构。当采用这样的过程制成半导体器件例如闪存的栅电极时，由于薄膜 的结晶化晶粒的大小非常不规则，形成的是从几十A至几百A大小的 晶粒。因此，如果使用该薄膜制成一个晶体管，则该晶体管中的电子转 移速率是变化的。即，在晶粒很大的区域中形成一至二条晶粒边界线， 而在晶粒很小的区域中形成多条晶粒边界线，从而在相邻晶粒相遇的区域的较低部分处形成氧化物谷(oxide valley)形状的隧穿氧化层 (tunnel oxide)。在这种情况下，在较大晶粒间的晶粒边界的较低部 分处形成较大的氧化物谷，于是在随后的磷多晶工艺(phosphorus poly-process )中大量的磷聚集在所述晶粒边界的较低部分处，从而降 低局部势垒高度(LBH),因此，在该器件运行时较大的氧化物谷成为 由磷引起的过擦除点或者电子阱形成点，从而明显使该器件的可靠性变 差。因此，当制成具有电子转移的晶体管后，在器件运行时该器件的一 个芯片上所包含的几个晶体管的驱动能力差别很大，从而导致该器件的 性能显著变差。
技术实现思路
技术问题因此，作出本专利技术以解决现有技术中存在的上述问题，并且本专利技术 的一个目的是提供一种，其中使用化学气相沉积 (CVD)过程使薄膜的细小晶体结构形成为柱状。 技术方案上述目的通过一种用于和设备实现，其中通 过使用化学气相沉积(CVD)过程使薄膜的细小晶体结构形成为柱状， 在所述化学气相沉积过程中，通过使用SiH4 (硅烷)作为硅源气体在单 个腔室中进行化学反应，并且保持薄膜沉积压力在一定水平以通过控制 细小晶粒来形成晶体结构，从而在晶片上形成薄膜。有益效果根据本专利技术，通过使用SiH4 (硅烷)作为硅源气体在单晶片型腔室 中进行化学气相沉积(CVD)过程来形成具有柱状细小晶体结构的多晶 硅薄膜，并且将过程温度和压力保持在某一水平以控制细小晶粒从而形 成柱状多晶硅薄膜和均一晶粒。因此，当薄膜被用作半导体闪存等的浮 栅电极时，形成均一形状的晶粒，并且在一个晶粒与一个相邻的晶粒之 间的晶粒边界区域——即相邻晶粒相遇的区域——的较低部分处均一 地形成毗邻隧穿氧化层的氧化物谷部分，从而保证半导体器件的寿命和 可靠性。此外，当多晶硅薄膜的特性被用于DRAM、 SRAM和LOGIC器件 时，可以保证优良的器件特性，从而在利用该多晶硅薄膜制造半导体器 件时获得提高的产率并改善器件特性。附图说明图1是示出了一个采用常规方法时其晶粒的晶体均一性非常差的 多晶硅薄膜的示意图。图2是表明本专利技术的单个腔室的结构的示意图。图3是表明压力/温度与本专利技术制成的薄膜的晶体结构的折射率之 间关系的曲线图。图4和5是表明本专利技术的一个实施方案的形成为柱状的多晶硅薄膜 晶体结构的示意图。图6和7是表明本专利技术的另一个实施方案的形成为柱状的多晶硅薄 膜晶体结构的示意图。具体实施方式下文中，将参照附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术涉及一种使用CVD方法在单个腔室中制造半导体器件中具 有柱状细小晶体结构的多晶硅薄膜的方法。一般而言，化学气相沉积(CVD)指这样一种过程，在该过程中提 供一种源气体以引起与基底的化学反应，从而在半导体基底上形成薄 膜。下文中参照图2对在单个腔室中进行的CVD过程进行说明。参见图2，首先，形成一个单个腔室11，其上部具有一个用于将源 气体引入该腔室中的气体引入部分12。通过气体引入部分12引入的源 气体通过喷头13喷入腔室11。并且，其上将要沉积薄膜的晶片15被置于加热器14上。这种情况 下，加热器14用加热器支撑物16支撑。沉积过程通过这样的薄膜制造 装置进行，以制造一个沉积有薄膜的晶片，然后将该晶片通过在腔室 11的侧壁上设置的一个真空口 17取出。在进行使用这种单晶片技术的化学气相沉积(CVD)过程时将SiH4 气体引至腔室11中的晶片基底上方，从而使被热分解作用分解的反应 气体流过置于加热器上的硅基底的表面，从而在晶片基底上沉积一层薄 膜。这种情况下，沉积过程所需的温度和压力条件在构成本专利技术的多个技术因素中是很重要的。图3是表明压力/温度与本专利技术方法制成的硅薄膜的晶体结构的折 射率之间关系的曲线图。如图3所示，横坐标表示薄膜制造过程中设定的温度，纵坐标表示 使得可确定晶片上沉积的薄膜的晶体性质的折射率(R. I)。当折射率接近4. 5时，硅薄膜生长为无定形态，而当折射率接近 4. 0时，硅薄膜形成为多晶态的晶体材料。此外，晶体材料指在原子排列上具有三维周期性的固体。不具有这 种三维周期性的固体被称作非晶体材料(即无定形材料)。采用这样的无定形态的半导体可包括无定形硅。由于这种无定形半导体可在较低温 度下沉积在较大尺寸的基底上，因此它被用于薄膜晶体管中。如图3所示，在一个硅薄膜的晶体结构中，在640。C至685。C的过 程温度下，测得的折射率随压力发生变化。例如，可从图中看出，在沉 积过程中将源气体均匀引入的情况下，当过程温度为650。C并且过程压 力为10 Torr以下时，测得的折射率值接近4. 0，从而形成柱状多晶硅 薄膜。另一方面，当沉积过程中的过程压力为100 Torr以上时，测得 的折射率值接近4.5,从而形成无定形硅薄膜。同时，可以从图中看出， 在沉积过程中将源气体均匀引入的情况下，在温度在685。C以上时，尽 管过程压力小于给定压力，但不再形成无定形硅薄膜。也即，可从图中 了解到，可在685。C的温度和10 Torr以下的压力下制成多晶硅薄膜， 并且在过程压力为100 Torr以上的处理条件下测得的折射率接近4. 0。此外，用表面粗糙度作为评价沉积的薄膜的性能的一个系数。在本 专利技术中，使用原子力显微镜(AFM)并使用均方根(RMS)方法作为计算方 法。结果是最优选的表面粗糙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用单晶片技术的化学气相沉积（ＣＶＤ）过程制造多晶硅薄膜的方法，其中在ＣＶＤ过程中，使用ＳｉＨ↓［４］（硅烷）气体作为硅源气体，并且过程温度设定在６４０℃至７７０℃之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-11-30 10-2005-01158251.一种通过使用单晶片技术的化学气相沉积(CVD)过程制造多晶硅薄膜的方法，其中在CVD过程中，使用SiH4(硅烷)气体作为硅源气体，并且过程温度设定在640℃至770℃之间。2. 权利要求l的方法，其中根据该薄膜制造方法的表面粗糙度为2 3. 权利要求1的方法，其中过程温度设定在640。C至680。C之间， 并且过程压力设定为10 Torr以下，从而薄膜的晶体结构为柱状。4. 权利要求1的方法，其中过程温度设定在640。C至680。C之间， 并且过程压力设定在10 Torr至50 Torr之间，从而形成晶体的和无 定形的硅薄膜。5. 权利要求1的方法，其中过程温度设定在640。C至680。C之间， 并且过程压力设定为50 Torr以上，从而形成无定形硅薄膜。6. —种通过使用单晶片技术的化学气相沉积(CVD)过程制造多 晶硅薄膜的方法，其中在CVD过程中，使用ShH6气体作为硅源气体， 并且过程温度设定在64...

【专利技术属性】
技术研发人员：严枰镕，
申请(专利权)人：株式会社EUGENE科技，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]