LPCVD多晶硅（Poly）的形貌和显微结构研究

研究了低压化学气相沉积（LPCVD）多晶硅薄膜的形貌和微观结构与沉积条件的关系。              

沉积温度为540～640℃，沉积态多晶硅薄膜表面粗糙，具有（110）织构柱状晶粒结构，而沉积态非晶薄膜表面光滑。在非晶到多晶转变温度下沉积的多晶硅薄膜表面粗糙，粗糙，具有（311）织构。在转变温度下，随着沉积压力和薄膜厚度的增加，晶粒结构由多晶向非晶转变。研究发现，非晶薄膜在不破坏真空的转变温度下进行原位退火时，其形核是从表面硅原子的迁移开始的，而在薄膜沉积过程中则是非均匀形核。              

1介绍              

由硅烷（Sill4）低压化学气相沉积（LPCVD）形成的多晶硅（polyslicin silicon）薄膜在集成电路中被广泛应用于MOS栅极、互连、电阻和发射极触点等。其他应用包括光电转换、热传感器和机械传感器，以及用于大面积液晶显示器（lcd）的薄膜晶体管（TFT）。多晶硅的电性能主要取决于其微观结构，而微观结构又取决于沉积参数[1-4]。许多作者研究了沉积态多晶硅或沉积态非晶硅的电学性质[5,7]。建议沉积温度应尽可能低，以获得较高的电导率和载流子迁移率。众所周知，多晶硅的表面粗糙度会降低其电学特性              多晶硅上的介质膜[6，8，9]。然而，为了获得64M位动态随机存取存储器（DRAM）及以上所需的足够存储电容，一些具有不均匀表面的半球形晶粒（HSG）多晶硅薄膜的制造技术被建议用于增加有效表面积[10，11]，研究了LPCVD多晶硅表面形貌和微观结构与沉积条件的关系。还讨论了在不破坏真空的情况下，在非晶-晶系转变温度下沉积和随后的原位退火过程中的晶粒生长机制。

2实验程序              

实验在感应加热的热壁卧式反应器中进行。作为硅源的未稀释单硅烷（Sill4）气体从管的两侧供应，并使用旋转泵排空。沉积参数，温度和压力，在可用设备和薄膜质量的限制范围内变化。起始晶片为CZ（100）p型硅，二氧化硅（SiO2）厚度为100nm。膜厚用e！除非另有规定，否则约为100 nm。所有胶片均未掺杂，用斜光进行目视检查，并根据模糊点对胶片质量进行定性评估。薄膜的择优取向（织构）为利用X射线衍射仪（XRD）研究了斜入射角对X射线穿透深度的影响，从而降低了晶体硅的衍射。通过比较衍射峰强度和随机取向多晶薄膜的衍射峰强度，测量了薄膜的织构。为了量化薄膜的织构，每个衍射面（hkl）的相对单位（r.uhkz）被归一化为（！1）平面如下。

其中lht和111分别是（hkl）和（11）面的强度。利用平面和横截面扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究了薄膜的形貌和微观结构。

三。结果与讨论              

图1显示了0.25托下540-640~温度范围内生长速率的阿伦尼乌斯曲线。硅烷的生长受表面反应控制，其表观活化能为34 kcal mol-1，这与Harbeke et al.I-4报道的32-39.9kcalmo1-1非常吻合。不同沉积温度下薄膜的表面形貌如所示图2。结果表明，560~沉积的薄膜表面光滑，570~沉积的薄膜中有少量的晶核，这些晶核在薄膜中开始生长非晶相。在580~处沉积的薄膜具有半球形晶粒（HSG），而在590-600~处沉积的薄膜具有非常粗糙的粗糙表面，其表面轮廓变化较大；在620~处沉积的薄膜具有粗糙表面。1000～4h退火后的试样表面形貌与沉积态试样相似。这些事实表明 薄膜的形貌与沉积温度密切相关，但与退火条件几乎无关。用XRD分析了薄膜的晶体结构。在570及以上沉积的样品中检测到三个X射线衍射峰，显示（11 1）、（1 1 0）和（3 1 1）反射。图3显示了（1 1 0）和（3 1 1）强度与（1 1 1）强度之比随沉积温度的变化。对于任意取向的多晶硅薄膜，11io/it11和1311/11a分别为0.6和0.35。在560~以下沉积的薄膜是非晶态的，因为没有检测到XRD峰。观察到薄膜中以（31）组分为主在580～600℃范围内沉积，（110）组分是620℃以上沉积薄膜的主峰，620℃以上（110）织构的急剧增加表明（110）织构的偏好是生长现象而不是成核行为。比较XRD数据  从薄膜形貌来看，在转变温度下沉积的非掺杂薄膜表面粗糙，具有小的（31）织构。Bisaro等人[12]也观察到  （3 1）在转变温度下沉积的薄膜的织构与我们的一致，但薄膜的表面光滑度除外。他们观察到部分结晶膜的表面比完全结晶膜的表面更光滑。

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