多晶硅层的制备方法、衬底结构及射频前端芯片与流程

本公开涉及半导体制造，具体地，涉及多晶硅层的制备方法、衬底结构及射频前端芯片。

背景技术：

1、绝缘体上硅（silicon-on-insulator，soi）凭借其介质隔离结构，在通信、物联网及智能设备射频前端芯片等领域具有广泛应用。然而，随着相关设备工作频率的不断提升，因衬底界面处存在载流子的无序迁移形成的寄生表面传导层（parasitic surfaceconduction layer，psc），会产生射频损耗与串扰问题，从而对器件性能产生制约。

2、在相关技术中，通常采用在硅衬底上引入多晶硅电荷俘获层（poly-si trap-richlayer），通过多晶硅的晶界陷阱捕获自由载流子，从而阻断寄生传导路径的方式。然而，相关技术中多晶硅层的制备工艺所形成的多晶硅层，其陷阱捕获容量往往有限，难以实现对射频损耗与串扰问题的抑制，影响器件的电学性能。

技术实现思路

1、本部分根据本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。

2、根据本公开的一方面，提供了一种多晶硅层的制备方法。该制备方法包括：提供衬底；在衬底的表面上形成无定形的硅前驱层；以及对硅前驱层进行快速热处理，快速热处理包括：以第一升温速率将硅前驱层升温至低于硅前驱层的晶化温度的中间温度，并保持第一预设时长，以使硅前驱层在保持无定形状态下达到热均衡；再以第二升温速率将硅前驱层升温至目标温度，并保持第二预设时长，以使硅前驱层晶化形成多晶硅层，其中，第二升温速率大于第一升温速率。

3、根据本公开的另一方面，提供了一种衬底结构。该衬底结构包括衬底以及设置于衬底表面的多晶硅层。其中，多晶硅层的平均晶粒尺寸为50~150nm，并且多晶硅层的晶粒尺寸变异系数小于或等于20%。

4、根据本公开的又一方面，提供了一种射频前端芯片。该射频前端芯片包括根据上述方面所述的衬底结构。

5、本公开提供了多晶硅层的制备方法、衬底结构及射频前端芯片。通过对无定形硅前驱层先以较低升温速率升温至低于晶化温度的中间温度，实现膜层内部及与衬底界面的精细热均衡，防止因局部热应力或温度梯度导致提前成核。再以较高升温速率快速升至目标温度并保持较短的第二预设时长，使整个膜层近乎同时越过成核能垒，实现爆发式成核，同时借助较短的保持时间抑制原子体扩散，阻断奥斯瓦尔德熟化，从而获得晶粒尺寸细小、高度均一且缺陷密度低的多晶硅层，由此提高所制备的多晶硅层的陷阱捕获容量，并因而提高射频前端芯片的电学性能。

1.一种多晶硅层的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述中间温度为300~500℃，所述第一预设时长为5~20秒。

3.根据权利要求1或2所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述第一升温速率为30~100℃/秒，所述第二升温速率为100~150℃/秒。

4.根据权利要求1或2所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述目标温度在680~720℃的范围内。

5.根据权利要求1或2所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述第二预设时长为3~10秒。

6.根据权利要求1所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述硅前驱层通过低压化学气相沉积工艺形成，在所述低压化学气相沉积工艺中，反应室温度为550~570℃，反应室压力为400~600mtorr。

7.根据权利要求1所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述硅前驱层的厚度为1.5~2μm。

8.根据权利要求1所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，所述快速热处理还包括降温阶段：在保持所述第二预设时长后，以大于或等于50℃/秒的冷却速率将所述硅前驱层冷却至400℃以下。

9.根据权利要求1所述的多晶硅层的制备方法，其特征在于，在于所述衬底上形成所述硅前驱层的过程中，通过原位掺杂在所述硅前驱层中引入浓度为1×1019~5×1019atoms/cm³的掺杂物。

10. 一种衬底结构，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的衬底结构，其特征在于，所述变异系数小于或等于10%。

12.根据权利要求10所述的衬底结构，其特征在于，所述多晶硅层的厚度为1.5~2.0μm，所述多晶硅层的晶界密度为0.29×104~1.18×104μm-1。

13.根据权利要求10所述的衬底结构，其特征在于，所述多晶硅层中包括浓度为1×1019~5×1019atoms/cm³的掺杂元素，所述掺杂元素包括硼和磷中的至少一种。

14. 根据权利要求10所述的衬底结构，其特征在于，所述衬底结构满足以下至少一者：在28ghz下的有效电阻率不低于8.7 kω·cm；在10 ghz下的有效电阻率不低于10.5 kω·cm；以及在77 ghz下的有效电阻率不低于5.0 kω·cm。

15.一种射频前端芯片，其特征在于，包括根据权利要求10至14中的任一项所述的衬底结构。