多晶薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种多晶薄膜的制备方法，该制备方法包括：提供衬底；在衬底的表面刻蚀出凹槽；在凹槽的侧壁沉积非晶半导体材料，以形成侧墙结构；在凹槽内填充介质材料并进行平坦化处理，形成填充结构，填充结构的表面与衬底的表面平齐；在衬底的表面生长薄膜层，薄膜层覆盖侧墙结构和填充结构；激光热处理薄膜层的表面，以衬底上形成多晶薄膜。本发明专利技术能够降低多晶薄膜的制作成本。晶薄膜的制作成本。晶薄膜的制作成本。

【技术实现步骤摘要】
多晶薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种多晶薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]三维单片集成技术通过堆叠的方式将传统二维晶体管的布局由平铺改为纵向堆叠，可以大幅度提高器件的集成度。
[0003]以CMOS(互补金属氧化物半导体)器件制备为例，传统制备二维晶体管的方法，是将CMOS中的NMOS(N型金属
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氧化物
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半导体)和PMOS(P型金属
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氧化物
‑
半导体)都制备在衬底材料的同一层。而对于三维集成技术来说，则是先将NMOS(或PMOS)制备完成后，再在其顶部制备PMOS(或NMOS)，底层的器件可以直接在硅衬底上制备，而顶层的器件，则需要在底层器件的顶部重新制备一个有源区材料层，即薄膜，才可以在这上面制作顶层器件。因此这个有源区材料层的质量对器件性能影响很大，该有源区材料层的品质约接近衬底的单晶材料，则制备出的CMOS器件的质量越高。
[0004]现有方法虽然可以在底层前进的顶部制备出材料是单晶硅、较为理想中的薄膜，但是其成本高，且成品率低。同时，现有的还是采用激光结晶的方法制备多晶硅薄膜，以作为底层器件上的有源区材料层，其主要的方法是在衬底的上表面刻蚀出深孔以后，然后在衬底的上表面和深孔内设置介质层，通过激光对介质层上表面的大部分区域进行熔融，以进行重结晶处理，以使衬底表面形成形状规则的多晶材料颗粒，并保留深孔的底部未被熔融的介质层区域作为籽晶层，待激光移开后重新结晶，以形成多晶薄膜。其中，形状规则是指多晶硅晶粒一个个呈正方形形状，单个多晶硅晶粒的特性与单晶的质量接近，因此如果器件能够制备在这个晶粒内，就可以获得跟单晶硅材料相当的器件性能。
[0005]但是激光结晶的方法的关键是要保证深孔的尺寸和形貌。如果激光孔的孔径过大，则很难形成缺陷少，即晶界少的、晶向单一的晶粒，如此必须将深孔的孔径控制到150nm以下，由此必须采用LPCVD(低压化学气相沉积)工艺，但是该工艺生长速率慢，且热预算高，进而将会导致多晶薄膜制备成本的增加，且采用该工艺刻蚀出的激光孔的形貌也难以得到保证，如此将会降低多晶薄膜的成品率。
[0006]另外，在SOI衬底(绝缘硅衬底)器件制备的过程中，绝缘硅材料也可以采用这种多晶材料，其性能可以与单晶硅材料接近。
[0007]因此，如何降低多晶薄膜的制备难度和制备成本、提高多晶薄膜的成品率，成为亟需解决的难题。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术提供的多晶薄膜的制备方法，通过在凹槽的侧壁上形成侧墙结构，并以侧墙结构作为籽晶过滤器，使得激光热处理后的薄膜层重新结晶，从而到拥有形状规则的多晶材料颗粒的多晶薄膜，操作简单，成本低，成品率高。
[0009]本专利技术提供一种多晶薄膜的制备方法，包括：
[0010]提供衬底；
[0011]在衬底的表面刻蚀出凹槽；
[0012]在凹槽的侧壁上沉积非晶半导体材料，以形成侧墙结构；
[0013]在凹槽内填充介质材料并进行平坦化处理，形成填充结构，填充结构的表面与衬底的表面平齐；
[0014]在衬底的表面生长薄膜层，薄膜层覆盖侧墙结构和填充结构；
[0015]激光热处理薄膜层的表面，以使薄膜层进行重结晶并形成多晶薄膜。
[0016]可选地，在衬底的表面生长薄膜层的步骤之前，制备方法还包括：
[0017]还原退火处理露出衬底表面的侧墙结构的表面。
[0018]可选地，凹槽的宽度大于100nm。
[0019]可选地，侧墙结构的厚度小于150nm。
[0020]可选地，衬底背离凹槽的表面设置有金属氧化物半导体。
[0021]可选地，衬底的材料包括：硅或锗。
[0022]可选地，介质材料为绝缘材料。
[0023]可选地，介质材料包括：氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。
[0024]可选地，在衬底的表面生长薄膜层的步骤包括：
[0025]在600摄氏度以下的温度下生长薄膜层。
[0026]可选地，激光热处理薄膜层的表面中所使用的激光光源的穿透深度小于凹槽的深度。
[0027]可选地，激光热处理薄膜层的表面中所使用的激光光源的能量密度的范围为1.5J/cm2至3J/cm2。
[0028]可选地，还原退火处理露出衬底表面的侧墙结构的表面的步骤包括：
[0029]在氮气或惰性气体环境中，以600摄氏度以下且200摄氏度以上的温度对露出衬底表面的侧墙结构的表面进行退火；
[0030]采用酸性溶液腐蚀露出衬底表面的侧墙结构的表面，以去除露出衬底表面的侧墙结构的表面上的氧化层。
[0031]本专利技术实施例提供的多晶薄膜的制备方法，通过在凹槽的侧壁上形成侧墙结构，并以被绝缘介质包裹的侧墙结构作为籽晶过滤器，其中侧墙结构的厚度可以限定重新结晶过程中只能容下单个晶粒通过侧墙结构并进入薄膜层，从而起到限制薄膜层中晶体的晶向的作用。相较于激光结晶的方法，本专利技术所提供的多晶薄膜的制备方法中的侧墙结构的厚度比采用光刻方式形成的指定孔径的孔更易控制，且直接通生长的办法就可以形成指定厚度的侧墙结构，甚至可以实现纳米尺度的结构，如此操作更简单，产额更高；同时，由于无需刻蚀出深孔，减少了使用高精度光刻即的频次，并省去了形成深孔所需的硬掩膜刻蚀技术，提高了多晶薄膜的制备效率。另外，本专利技术中的制备方法不必因为考虑非晶硅的填充问题而必须采用LPCVD，而本专利技术采用PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法)形成侧墙结构所需要的温度更低，并也完全可以满足对籽晶过滤器的需求，从而降低了工艺的热预算，降低了多晶薄膜的制作成本。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本申请一实施例的多晶薄膜的制备方法的示意性流程图；
[0034]图2a至图2d为本申请一实施例的扇多晶薄膜的制备方法中相关步骤所呈现的示意性结构图；
[0035]图3为本申请一实施例的多晶薄膜的制备方法的示意性流程图；
[0036]图4a至图4e为本申请一实施例的多晶薄膜的制备方法中相关步骤所呈现的示意性结构图。
[0037]附图标记
[0038]1、衬底；11、凹槽；2、第一预备层；21、预设结构；211、侧墙结构；212、底面结构；3、第二预备层；31、填充结构；4、薄膜层。
具体实施方式
[0039]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底的表面刻蚀出凹槽；在所述凹槽的侧壁上沉积非晶半导体材料，以形成侧墙结构；在所述凹槽内填充介质材料并进行平坦化处理，形成填充结构，所述填充结构的表面与所述衬底的表面平齐；在所述衬底的表面生长薄膜层，所述薄膜层覆盖所述侧墙结构和所述填充结构；激光热处理所述薄膜层的表面，以使所述薄膜层进行重结晶并形成多晶薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底的表面生长薄膜层的步骤之前，所述制备方法还包括：还原退火处理露出所述衬底表面的所述侧墙结构的表面。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽的宽度大于100nm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述侧墙结构的厚度小于150nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底背离所述凹槽的表面设置有金属氧化物半导体。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金彪，罗军，贺小彬，李俊峰，杨涛，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：