用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法.pdf

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1、10申请公布号CN102016115A43申请公布日20110413CN102016115ACN102016115A21申请号200980115914X22申请日20090429102008004117920080502KRC23C16/2420060171申请人株式会社EUGENE科技地址韩国京畿道72发明人金海元禹相浩赵星吉朴松焕郑敬洙74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人丁香兰庞东成54发明名称用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法57摘要本发明涉及一种用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法，所述方法在装载有基材的腔室中供给源气体，从而在基材上沉积多晶硅薄膜，其中所述源气体包含。

2、硅基气体、氮基气体和磷基气体。所述源气体中的氮基气体与硅基气体的混合比可为003以下但不包含0。所述薄膜中的氮可为113原子以下但不包含0。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010110286PCT申请的申请数据PCT/KR2009/0022672009042987PCT申请的公布数据WO2009/134081KO2009110551INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页CN102016125A1/1页21一种用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法，所述方法包括；通过在装载有基材的腔室中供给源气体来在所述基材上沉积多晶硅薄膜，其中，所述源。

3、气体包含硅基气体、氮基气体和磷基气体。2如权利要求1所述的方法，其中，所述源气体中氮基气体与硅基气体的混合比等于或小于003，但不为0。3如权利要求1所述的方法，其中，所述多晶硅薄膜中氮的含量等于或小于113原子，但不为0。4如权利要求2所述的方法，其中，所述沉积方法在650750的温度和5托100托的压力下进行。5如权利要求1所述的方法，其中，所述源气体中氮基气体与硅基气体的混合比等于或小于010，但不为0。6如权利要求5所述的方法，其中，所述沉积方法在580650的温度和100托300托的压力下进行。7如权利要求1所述的方法，所述方法还包括对所述薄膜进行热处理加工。8如权利要求1所述的方法。

4、，其中，所述硅基气体包含硅烷SIH4、乙硅烷SI2H6、二氯硅烷DCS、三氯硅烷TCS和六氯乙硅烷HCD中的一种。9如权利要求1所述的方法，其中，所述氮基气体包含氨NH3。10如权利要求1所述的方法，其中，所述磷基气体包含膦PH3。11如权利要求1所述的方法，其中，所述多晶硅薄膜的沉积包括在所述基材上沉积N或P掺杂的多晶硅薄膜。12如权利要求11所述的方法，其中，在沉积N掺杂的多晶硅薄膜时，通过原位注入膦PH3或砷AS等N掺杂物来形成具有超细晶粒的多晶硅薄膜。13如权利要求11所述的方法，其中，在沉积P掺杂的多晶硅薄膜时，通过原位注入硼B等P掺杂物来形成具有超细晶粒的多晶硅薄膜。权利要求书CN。

5、102016115ACN102016125A1/4页3用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法技术领域0001本申请涉及一种用于沉积薄膜的方法，更具体而言，涉及一种使用化学气相沉积CVD来沉积薄膜的方法。背景技术0002半导体制造方法通常包含在晶片表面上沉积薄膜的沉积方法，并且将多种类型的薄膜包括氧化硅、多晶硅和氮化硅等沉积在晶片表面上。0003在多种沉积方法中，化学气相沉积CVD法通过气体化合物的热分解或反应而在基材表面形成薄膜，也就是，由气相在基材表面沉积所需的材料。0004在该沉积方法中，用于在晶片表面上沉积多晶硅膜的方法如下所述。0005首先，将晶片装载至沉积腔室中，然后通过在该腔室中供给源气。

6、体而在晶片上沉积薄膜。在此期间，在腔室中供给的源气体包含硅烷SIH4，并且通过在腔室内供给源气体在晶片上沉积薄膜。在此期间，通过硅烷SIH4的热分解在晶片上沉积多晶硅膜。0006但是，通过上述的沉积方法，不仅难以沉积具有较薄厚度低于约的硅晶体结构的多晶硅膜，而且难以沉积均匀的多晶硅膜难于沉积。因此，当多晶硅膜用作半导体闪存的浮栅电极时，会存在一些问题，例如制得器件中的过擦除OVERERASE现象，并且由此使器件特性如平坦性、耐久性和可靠性等因阀值电压漂移和异常不规则的阀值电压而劣化。0007更特别地，首先在恒定的处理温度通常低于55下通过采用硅烷SIH4或乙硅烷SI2H6来生长非晶硅薄膜，然后。

7、通过后续的预定热处理方法例如，650900使长成的薄膜结晶。由此得到了如图1所示的结果。图1是根据常规沉积方法所得的多晶硅膜经透射电子显微镜TEM拍摄的照片。0008在通过上述方法形成闪存等器件的栅电极时，薄膜中结晶化晶粒的尺寸图1中黑色部分非常不规则，并且形成有尺寸为数十或几百NM的晶粒。因此，当通过采用上述方法形成晶体管时，在大尺寸晶粒的区域内形成有一条或两条晶界，相反，在非常小尺寸晶粒的区域内形成有多条晶界。所以，在晶粒非常小并由此形成有多条晶界的区域内，通过隧道氧化物TUNNELOXIDE在晶粒彼此相连的区域下形成氧化物谷OXIDEVALLEY区。较大的氧化物谷形成在较大晶粒间的界面下。

8、。因此，在形成磷多晶硅的后续过程中，氧化物谷区中集结了更多的磷，从而使局部势垒高度降低。因此，由于在驱动器件时该集结的磷形成过擦除点或电子陷阱形成位点ELECTRONTRAPFORMATIONSITE，这可能会造成器件的可靠性大幅劣化。也就是，由过擦除或电子陷阱引起的电子运动速度的不同导致了晶体管间的驱动特性的差异。结果，由于驱动器件时同一芯片CHIP中包含的晶体管间的驱动特性彼此显著不同，所以存在包含该晶体管的器件的特性会极大劣化的问题。说明书CN102016115ACN102016125A2/4页4发明内容0009技术问题0010因此，本发明的一个目的是提供一种用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的。

9、方法，所述方法能够通过改善电气特性的均匀度来防止器件特性劣化。0011技术方案0012根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法，所述方法包括通过在装载有基材的腔室中供给源气体来在所述基材上沉积该多晶硅薄膜，其中所述源气体包含硅基气体、氮基气体和磷基气体。0013所述源气体中氮基气体与硅基气体的混合比可以等于或小于003不含0。0014所述多晶硅薄膜中氮的含量可以等于或小于113原子不含0。0015所述沉积方法可在650750的温度和5托100托的压力下进行。0016所述源气体中氮基气体与硅基气体的混合比可以等于或小于010不含0。0017所述沉积方法可在580650。

10、的温度和100托300托的压力下进行。0018所述方法还可包括对所述薄膜进行热处理加工。0019所述硅基气体包含硅烷SIH4，乙硅烷SI2H6，二氯硅烷DCS，三氯硅烷TCS和六氯乙硅烷HCD中的一种。0020所述氮基气体包含氨NH3。0021所述磷基气体包含膦PH3。0022所述多晶硅薄膜的沉积包括在基材上沉积N或P掺杂的多晶硅薄膜。0023当沉积N掺杂多晶硅薄膜时，通过原位INSITU注入如膦PH3或砷AS等N掺杂物来形成具有超细晶粒的多晶硅薄膜。0024当沉积P掺杂多晶硅薄膜时，通过注入如硼B等P型掺杂物来形成具有超细晶粒的多晶硅薄膜。0025有益效果0026根据本发明的用于沉积超细晶粒。

11、多晶硅薄膜的方法，当采用化学气相沉积在基材上沉积薄膜时，由于通过在装载有该基材的腔室中供给包含有硅基气体、氮基气体和磷基气体的源气体来在基材上沉积超细晶粒多晶硅薄膜，所述方法能够通过改善电气特性的均匀度来防止器件特性劣化。0027此外，本发明采用硅烷SIH4气体作为硅源气体，并且在沉积方法中通过以预定比率混合SIH4和诸如NH3等含氮气体并在预定的处理温度和压力下注入该混合后的气体来控制晶粒的大小。因此，当多晶硅薄膜在半导体器件中用作闪存的浮栅电极时，能够形成均匀的晶粒并由此能够获得器件的耐久性和可靠性。此外，当多晶硅薄膜用在动态随机存取存储器DRAM、静态随机存取存储器SRAM和逻辑器件中时。

12、，通过采用多晶硅薄膜制造所述器件，可以确保优异的器件特性，并且由此能够提高此类半导体器件的产量和特性。附图说明0028图1是示出了根据常规沉积方法的具有大尺寸晶粒的多晶硅膜的照片。0029图2是本发明实施方式的薄膜沉积装置的示意图。说明书CN102016115ACN102016125A3/4页50030图3是示出了通过本发明实施方式的用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法形成的多晶硅薄膜的特性的曲线图，特别地，所述曲线图显示了对应于氮源气体和硅源气体的混合比的折射率。0031图4为示出了通过本发明实施方式的用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法所沉积的薄膜的晶体结构的TEM照片。0032图5和图6为示出了。

13、对应于氮源气体和硅源气体的混合比的晶粒度和换算为原子百分比原子的氮浓度值的表格和曲线图。0033图7和图8是示出了对应于氮源气体和硅源气体的混合比的折射率的曲线图。具体实施方式0034下文将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。本发明的实施方式可以变换为不同的形式，因此本发明并不局限于下文中公开的实施方式。为帮助本领域普通技术人员全面理解本发明而提供所述实施方式，因此，可突出个别要素的配置来突出本发明的特征，并对本发明进行更清楚地阐述。0035根据本发明的一个示例性实施方式，当采用化学气相沉积法在基材上沉积薄膜时，通过在装载有基材的腔室中供给含有硅基气体、氮基气体和磷基气体的源气体在基材上沉积。

14、薄膜来沉积超细晶粒多晶硅薄膜。0036一般地，“化学气相沉积”是指通过向基材供给气态的源气体并在源气体和基材间诱发化学反应而在半导体基材上形成薄膜的方法。现将参照图2阐述根据本发明的实施方式的在单腔室中进行的化学气相沉积法。图2显示了用于进行根据本发明的实施方式的沉积方法的沉积装置。0037沉积装置10的腔室11中形成有用来导入源气体的导入单元12。由导入单元12导入的气体通过喷淋头13喷射入腔室11。此外，将沉积用晶片15放置在由加热器支承件16承载的加热器14上。在利用沉积装置进行沉积后，使未反应的气体经真空端口17排出。0038首先，将基材转移入腔室11。然后，通过单晶片类型的化学气相沉。

15、积法将硅烷SIH4气体和惰性N2气体作为载气导入腔室11中，并且经热分解作用分解后的反应气体通过在置于腔室11中的硅基材上的表面移动而沉积。此时，如果以预定比率将NH3气和SIH4一起注入反应腔室11中，热分解后的气体中的硅原子因氮原子而不进行成核及晶粒生长，由此可以在高温650以上下沉积非晶态多晶硅。0039在该方法中，NH3/SIH4气体的混合比是本发明中最重要的因素，因为氮化硅能够在两种反应气体的混合比保持在特定水平上时得以沉积。0040为了形成具有超细晶粒结构的多晶硅，采用熔炉型或单晶片型的反应腔室在预定的温度内进行后续的热处理方法。此外，通过注入如PH3等N掺杂型杂质或如硼等P掺杂型。

16、杂质来沉积未掺杂或掺杂的薄膜。0041图3是示出了通过本发明实施方式的用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法形成的多晶硅薄膜的特性的曲线图，特别地，所述曲线图显示了在650750的处理温度和5托100托的处理压力下对应于氮源气体和硅源气体的混合比的折射率。0042图3显示了对应于NH3和SIH4的混合比的折射率，参见图3，横轴对应NH3和说明书CN102016115ACN102016125A4/4页6SIH4的混合比，纵轴对应表征沉积薄膜的结晶特性的折射率RI。如图3所示，折射率随与SIH4混合的NH3的比率上升而趋于降低。在折射率值保持在3845的范围内时，会形成非晶或多晶的硅薄膜沉积物。相反，在。

17、折射率值低于38时，会沉积具有性质接近富硅的SI3N4的薄膜。0043因此，考虑到折射率，有利的是将与SIH4混合的NH3的混合比保持为等于或低于3或003，并在混合比处于该范围内时完成非晶或多晶硅薄膜的沉积。0044图4为示出了通过本发明实施方式的用于沉积超细晶粒多晶硅薄膜的方法沉积的薄膜的晶体结构的TEM照片。图4中黑色的部分显示出晶粒，图4所示的晶粒比图1的晶粒更细。0045图5和图6为示出了对应于氮源气体和硅源气体的混合比的晶粒度和换算为原子百分比原子的氮浓度值的表格和曲线图。0046参见图5和图6，其表明当与SIH4混合的NH3的混合比为22或0022时，薄膜中的氮为113原子，并且。

18、从图5和图6中可得，优选的是将薄膜中的氮保持在约113原子以下。当薄膜中的氮为113原子时，晶粒度约为33埃。0047图7和图8是示出了在620的处理温度和100托300托的处理压力时对应于氮源气体和硅源气体的混合比的折射率的曲线图。0048参见图7和图8，如上所述，当折射率值保持在3845的范围内时，会形成非晶或多晶的硅薄膜沉积物。因此，考虑到折射率，有利的是将与SIH4混合的NH3的混合比保持在等于或小于10或01图8中的虚线，并在混合比处于该范围内时完成非晶或多晶硅薄膜的沉积。0049上述实施方式中将SIH4用作SI源气体，NH3用作氮源气体。但是，本领域技术人员将理解的是，可以在恒定温。

19、度和压力下以NH3/SIH4的预定混合比向反应腔室中注入作为SI源气体的乙硅烷SI2H6、二氯硅烷DCS、三氯硅烷TCS和六氯乙硅烷HCD和其它含SI气体，或者作为氮源气体的其它含氮气体，来形成具有超细晶粒结构的薄膜。0050同样地，当采用化学气相沉积法沉积薄膜时，本发明通过在装载有基材的腔室中供给包含硅基气体、氮基气体和磷基气体的源气体来在基材上沉积薄膜，从而进行超细晶粒多晶硅薄膜的沉积。0051在参考特定的优选实施方式描述本发明的情况下，本领域技术人员应当理解其它实施方式也是可行的。因此，以下权利要求书的技术概念和范围不局限于所述优选实施方式。0052工业实用性0053本发明可以应用于包含沉积处理的多种装置中。说明书CN102016115ACN102016125A1/4页7图1图2说明书附图CN102016115ACN102016125A2/4页8图3图4说明书附图CN102016115ACN102016125A3/4页9图5图6说明书附图CN102016115ACN102016125A4/4页10图7图8说明书附图CN102016115A。