一种多晶硅薄膜的制造方法及半导体器件的制造方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多晶硅薄膜的制造方法及半导体器件的制造方法。


背景技术：

2.化学气相沉积工艺是半导体器件制造过程中常用的薄膜制造工艺。通过能够实现化学气相沉积工艺的设备，并利用乙硅烷气体作为硅源气体在基底上制造多晶硅薄膜时，乙硅烷气体导入反应腔室并到达沉积区域后会吸附在基底表面，接着分解形成最终所需的多晶硅薄膜。
3.但是，利用上述乙硅烷气体在基底表面制造多晶硅薄膜时，难以在基底表面形成厚度较小的多晶膜薄膜，不利于半导体器件的小型化。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种多晶硅薄膜的制造方法及半导体器件的制造方法，用于在利用乙硅烷气体制造多晶硅薄膜时，减小多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率，降低在基底表面制造厚度较小的多晶硅薄膜的难度。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种多晶硅薄膜的制造方法，该多晶硅薄膜的制造方法包括：
6.向化学气相沉积设备的反应腔室内导入前驱气体，反应腔室的沉积区域内放置有基底；
7.向反应腔室内导入乙硅烷气体的同时，向反应腔室内导入稀释气体，以调整多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率。
8.与现有技术相比，本发明提供的多晶硅薄膜的制造方法中，向化学气相沉积设备的反应腔室内导入了前驱气体后，向该反应腔室内导入乙硅烷气体。乙硅烷气体在被吹送到反应腔室的沉积区域后，会吸附在位于沉积区域内的基底表面，并分解为固态的多晶硅薄膜和气态的氢气，从而实现在基底表面制造多晶硅薄膜。此外，在向反应腔室内导入乙硅烷气体的同时，还向反应腔室内导入了稀释气体。因反应腔室的容积为定值，故稀释气体的存在使得乙硅烷气体在反应腔室内的气体分压比减小，从而能够降低多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率。此时，因多晶硅薄膜的沉积速率降低，故在相同的沉积时间内基底表面制造的多晶硅薄膜的厚度减小，便于在检测到多晶硅薄膜的厚度满足预设方案的要求后及时停止基底表面多晶硅薄膜的生长，从而降低了在基底表面制造厚度较小的多晶硅薄膜的难度，有利于半导体器件的小型化。
9.本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，该半导体器件的制造方法包括上述技术方案提供的多晶硅薄膜的制造方法。
10.与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制造方法的有益效果与上述技术方案所提供的多晶硅薄膜的制造方法的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
11.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
12.图1为现有技术中形成多晶硅薄膜后的部分结构示意图；
13.图2为本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法流程图；
14.图3为本发明实施例中在开设有图案孔结构的基底表面制造多晶硅薄膜后结构示意图；
15.图4为本发明实施例中形成多晶硅薄膜后的部分结构示意图；
16.图5为本发明实施例中乙硅烷气体和稀释气体的气体流量与沉积时间之间的关系示意图。
17.附图标记：1为基底，11为图案孔结构，2为多晶硅薄膜。
具体实施方式
18.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
19.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
20.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.化学气相沉积工艺是半导体器件制造过程中常用的薄膜制造工艺。具体的，化学气相沉积工艺是在中温或高温的条件下，利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在基底表面上进行化学反应生成薄膜的工艺。例如：通过能够实现化学气相沉积工艺的
设备在基底上制造多晶硅薄膜的情况下，在将待沉积多晶硅薄膜的基底放置在该设备所包括的反应腔室的沉积区域内之后，需要向反应腔室内导入高纯的氮气作为前驱气体，并通过发热体或感应加热使反应腔室内的温度满足预设方案的要求。接着向反应腔室内导入硅源气体，以乙硅烷气体为例，乙硅烷气体到达沉积区域后吸附在基底的表面，接着分解形成最终所需的多晶硅薄膜。
24.随着半导体器件的微缩，半导体器件中各结构的尺寸或各膜层的厚度也逐渐减小。但是，利用乙硅烷气体作为硅源气体在基底表面制造多晶硅薄膜时，多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率较高，难以控制基底表面多晶硅薄膜的沉积厚度，从而使得在基底上形成厚度较小的多晶膜薄膜的难度较大，不利于半导体器件的小型化。
25.此外，当基底内开设有图案孔结构，并且需要在基底表面形成覆盖图案孔结构的多晶硅薄膜时，因利用乙硅烷气体制造的多晶硅薄膜的沉积速率较高、且难以在沉积过程中控制其沉积速率的大小，从而导致多晶硅薄膜在图案孔结构上的台阶覆盖率较低，形成了如图1所示的上宽下窄的形貌，使得所制造的半导体器件中相应结构的形貌无法满足预设方案的要求，从而影响半导体器件的工作性能。
26.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多晶硅薄膜的制造方法及半导体器件的制造方法。其中，本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法中，向反应腔室内导入乙硅烷气体的同时，向反应腔室内导入稀释气体。因反应腔室的容积为定值，故稀释气体的存在使得乙硅烷气体在反应腔室内的气体分压比减小，从而能够使得多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率减小，降低在基底表面制造厚度较小的多晶硅薄膜的难度，有利于半导体器件的小型化。
27.如图2所示，本发明实施例提供了一种多晶硅薄膜的制造方法。具体的，该多晶硅薄膜的制造方法包括：
28.首先，向化学气相沉积设备的反应腔室内导入前驱气体，反应腔室的沉积区域内放置有基底。
29.具体来说，上述化学气相沉积设备可以是低压化学气相沉积设备、等离子体增强化学气相沉积设备等任一能够实现化学气相沉积工艺的设备。
30.对于上述前驱气体来说，上述前驱气体可以为氮气、氩气等气体。至于前驱气体的浓度和气体流量可以根据实际应用场景设置，只要能够应用到本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法中均可。
31.对于上述基底来说，该基底可以为任一表面待制造多晶硅薄膜的基底。示例性的，该基底可以为硅衬底、绝缘体上硅衬底等半导体衬底。或者，该基底也可以为已经形成有部分半导体结构的叠层结构。
32.例如：采用本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法制造动态随机存取存储器所包括的电容器中的下电极(该下电极的材质为掺杂的多晶硅)时，上述基底可以至少包括半导体衬底、晶体管、位线结构、存储接触部、隔离部、着陆焊盘和绝缘部。上述晶体管形成在半导体衬底上。位线结构形成在晶体管的上方。存储接触部和隔离部形成在相邻位线结构之间。存储接触部与晶体管所具有的源区(或漏区)接触。隔离部用于隔离相邻两个存储接触部。同时，每个着陆焊盘形成在与之对应的存储接触部上。着陆焊盘通过存储接触部与晶体管所具有的源区(或漏区)电连接。绝缘部形成在位线结构和隔离部上。绝缘部用于隔
离相邻两个着陆焊盘。
33.此外，基底的表面可以为平面，也可以为凹凸不平的表面。示例性的，基底内可以开设有图案孔结构。该图案孔结构所包括的孔的数量、规格和形状可以根据应用场景设置，此处不做具体限定。例如：如图3所示，基底1内开设的图案孔结构11可以包括多个孔。并且，每个孔的径向截面积可以不同。
34.接着向反应腔室内导入乙硅烷气体的同时，向反应腔室内导入稀释气体，以调整多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率。
35.具体来说，上述稀释气体可以为氢气或惰性气体等可以在利用乙硅烷气体制造多晶硅薄膜的过程中减小乙硅烷气体在反应腔室内的气体分压比的气体。其中，上述惰性气体可以为氩气或氦气等。
36.在实际的应用过程中，在向反应腔室内导入前驱气体后，可以通过发热体或感应加热使反应腔室内的温度加热至目标温度，以便于乙硅烷气体在较高的目标温度下分解。其中，该目标温度的大小可以根据实际应用场景进设置。例如：目标温度为350℃～550℃。在确定反应腔室内的温度满足目标温度的情况下，可以向反应腔室内同时导入乙硅烷气体和稀释气体。其中，乙硅烷气体和稀释气体的气体流量，可以根据实际应用场景设置。可以理解的是，化学气相沉积工艺一般是在一定的压强范围内进行。而反应腔室内的压强在一定范围的情况下，稀释气体的气体流量越大，乙硅烷气体的气体流量越小。相应的，多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率越小，因此可以根据实际应用场景中对多晶硅薄膜沉积速率的要求设置乙硅烷气体和稀释气体的流量。示例性的，乙硅烷气体的气体流量可以为100sccm～400sccm。稀释气体的气体流量可以为乙硅烷气体的气体流量的10％～60％。随着沉积时间的推移，乙硅烷气体到达、且吸附在基底表面，最终分解形成多晶硅薄膜。示例性的，如图3和图4所示，在基底1内开设有图案孔结构11的情况下，多晶硅薄膜2覆盖在图案孔结构11上。
37.在一种示例中，如图5所示，随着沉积时间的推移，乙硅烷气体的气体流量为固定值。也就是说，向反应腔室内导入的乙硅烷气体时，无需随着沉积时间的推移调整乙硅烷气体的气体流量，从而使得多晶硅薄膜的制造过程更加简便。
38.当然，随着沉积时间的推移，乙硅烷气体的气体流量也可以根据实际应用场景中对多晶硅薄膜沉积速率的要求进行适当调整。
39.在一种示例中，如图5所示，随着沉积时间的推移，稀释气体的气体流量呈方波状变化。此时，在一段时间内稀释气体的气体流量较小，而在同一周期的另一段时间内稀释气体的气体流量较大。而如前文所述，当稀释气体的气体流量较大时，多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率相对较小。相反的，当稀释气体的气体流量较小时，多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率相对较大，因此随着沉积时间的推移，与稀释气体的气体流量为较大的固定值相比，稀释气体的气体流量呈方波状变化可以在便于控制多晶硅薄膜在基底表面沉积厚度的同时，适当增大多晶硅薄膜的速率，提高多晶硅薄膜的制造效率。具体的，当随着沉积时间的推移，稀释气体的气体流量呈方波状变化时，方波的占空比、以及高值和低值的大小可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。
40.当然，随着沉积时间的推移，稀释气体的气体流量除了呈方波状变化以外，还可以呈其它任一种在一段时间内稀释气体的气体流量较小，而在同一周期的另一段时间内稀释
气体的气体流量较大的方式变化，只要能够应用到本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法中均可。
41.在一种示例中，上述稀释气体的温度范围为300℃～600℃。其中，稀释气体的具体温度值可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。可以理解的是，具有一定温度的稀释气体导入反应腔室内后，不会引起反应腔室内的温度发生较大变化，便于乙硅烷气体在较高温下分解。
42.由上述内容可知，本发明实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法中，向化学气相沉积设备的反应腔室内导入了前驱气体后，向该反应腔室内导入乙硅烷气体。乙硅烷气体在被吹送到反应腔室的沉积区域后，会吸附在位于沉积区域内的基底表面，并分解为固态的多晶硅薄膜和气态的氢气，从而实现在基底表面制造多晶硅薄膜。此外，在向反应腔室内导入乙硅烷气体的同时，还向反应腔室内导入了稀释气体。因反应腔室的容积为定值，故稀释气体的存在使得乙硅烷气体在反应腔室内的气体分压比减小，从而能够降低多晶硅薄膜在基底表面的沉积速率。此时，因多晶硅薄膜的沉积速率降低，故在相同的沉积时间内基底表面制造的多晶硅薄膜的厚度减小，便于在检测到多晶硅薄膜的厚度满足预设方案的要求后及时停止基底表面多晶硅薄膜的生长，从而降低了在基底表面制造厚度较小的多晶硅薄膜的难度，有利于半导体器件的小型化。
43.此外，如图3和图4所示，在基底1内开设有图案孔结构11，并且需要形成覆盖图案孔结构11的多晶硅薄膜2的情况下，通过向反应腔室内导入稀释气体的方式降低多晶硅薄膜2的沉积速率的同时，还可以增大多晶硅薄膜2在图案孔结构11处的台阶覆盖率，从而获得如图4所示的上下等宽的形貌。后续在上下等宽的形貌上形成的其他结构的形状，不会因多晶硅薄膜2的形状发生变化而无法满足预设方案的要求，从而能够提高半导体器件的工作性能。
44.本发明实施例还提供了一种半导体器件的制造方法。该半导体器件的制造方法包括上述实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法。
45.具体来说，上述半导体器件的制造方法可以用于制造其内需要形成多晶硅薄膜的电子器件。例如：半导体器件可以为动态随机存取存储器、快闪存储器等。
46.与现有技术相比，本发明实施例提供的半导体器件的制造方法的有益效果与上述实施例提供的多晶硅薄膜的制造方法的有益效果相同，此处不再赘述。
47.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
48.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。