[发明专利]用于半球形晶粒硅和纳米晶粒尺寸多晶硅的单晶片热CVD处理

说明书

技术领域

本发明的实施例一般地涉及形成硅层的方法。更具体而言，本发明的实施例涉及形成用于半导体器件中的电极的半球形晶粒硅层和纳米晶粒尺寸多晶硅层的方法。

背景技术

从数十年前引入半导体器件开始，这些器件的几何形状已经显著地减小。从那时起，集成电路通常遵循两年尺寸减半规则(通常也称为“摩尔定律”)，其表示芯片上器件的数量每两年就会加倍。随着半导体器件尺寸的减小，需要新的沉积或形成半导体器件的部件的材料的方法，来提供具有合适特性的部件，以与现有更大的器件相比能够保持或增强该器件的性能。

因为硅被广泛应用于半导体器件制造工业，所以已经开发了许多沉积硅层或含硅层的方法。例如，已经开发了沉积具有不同晶粒尺寸的硅层的方法，以形成适用于不同用途的硅层。在一个示例中，已经开发出形成用于DRAM器件的底部电极的半球形晶粒硅层的方法。半球形晶粒硅具有纹理表面，相对于平滑表面，该纹理表面能够提供更大的表面积，由此为包含半球形晶粒硅电极的DRAM电容器提供增大的电容。

现有的形成半球形晶粒硅的方法通常包括沉积非晶硅层，并接着进行耗时的退火步骤以将非晶硅层转换为半球形晶粒硅层。现有方法还需要难以实现的较严格范围的处理条件。

还已经开发出形成用于其它器件中电极的硅层的方法。例如，已经开发出形成用于栅电极的双层硅。此方法包括沉积具有随机晶粒结构的下多晶硅层，随后沉积具有柱状晶粒结构的上多晶硅层。柱状晶粒结构在双层硅中提供相对较少的晶粒边界。已经发现，较大数量(即，数千个)晶粒边界提供了增强的电性能，诸如提高栅极结构中的载流子的迁移率。但是，其已经证明开发具有这样结构的多晶硅层存在挑战性，该多晶硅层具有许多晶粒边界、均匀晶粒结构和尺寸和较低膜粗糙度，使得后续沉积层能够很好地粘附到多晶硅层，并且在后续半导体处理步骤中保持其晶粒尺寸和结构。

因此，需要形成可以用作半导体器件中的电极的硅层的方法。

发明内容

本发明的实施例一般的提供了在衬底上沉积硅或对硅层进行掺杂的方法。在一个实施例中，在衬底上形成半球形晶粒硅层的方法包括：将含硅前驱体和载气引入单衬底化学汽相沉积室；和使含硅前驱体热分解以在室中的衬底支撑上的衬底上沉积半球形晶粒硅层。在沉积期间，衬底支撑保持在约670℃和约710℃之间的温度，并且室保持在约100Torr和约350Torr之间的压力。载气可以包括氮气或者氮气和氢气。半球形晶粒硅层具有在约3.0和约3.7之间的折射率和在约450和约700之间的晶粒尺寸。

在其他实施例中，提供了形成纳米晶粒尺寸多晶硅层的方法。在一个实施例中，该方法包括：将含硅前驱体和载气引入单衬底化学汽相沉积室；和使含硅前驱体热分解以在室中的衬底支撑上的衬底上沉积纳米晶粒尺寸多晶硅层。在沉积期间，衬底支撑保持在约700℃和约730℃之间的温度，并且室保持在约150Torr和约350Torr之间的压力。将所述纳米晶粒尺寸多晶硅层在其沉积之后进行退火。纳米晶粒尺寸多晶硅层可以用两步处理沉积，其中以第一沉积速率，并接着以低于第一沉积速率的第二沉积速率沉积纳米晶粒尺寸多晶硅层。

附图说明

因此，通过参考实施例(其中一些图示在附图中)，能够以详细理解本发明的上述特征的方式对以上简短总结的本发明进行更详细说明。但是，注意，附图仅图示了本发明的典型实施例，而因此不应当被认为是对其范围的限制，而本发明可以包括其他等同效果的实施例。

图1是描述本发明一个实施例的流程图。

图2是根据本发明的实施例沉积的层的折射率对衬底支撑温度的曲线图。

图3是根据本发明实施例的包括半球形晶粒硅层的结构的剖视图。

图4是描述本发明另一个实施例的流程图。

图5是示出根据本发明的实施例沉积的层的阶梯覆盖(stepcoverage)对沉积速率的曲线图。

图6是示出根据本发明的实施例沉积的层的粗糙度对氢(H₂)载气浓度的曲线图。

图7是示出根据本发明的实施例沉积的层的晶粒尺寸对沉积速率的曲线图。

图8A是柱形多晶硅层的XRD光谱(现有技术)。

图8B是根据本发明的实施例沉积的纳米晶粒尺寸多晶硅层的XRD光谱。

具体实施方式

本发明的实施例提供了形成硅层的方法，该硅层可以在半导体器件中用作电极层。在一个实施例中，提供了形成半球形晶粒硅层的方法。在另一个实施例中，提供了形成纳米晶粒尺寸多晶硅层的方法。