[发明专利]多晶硅半导体薄膜衬底的制备方法

说明书

本发明公开了一种多晶硅半导体薄膜衬底的制备方法，属于半导体制备技术领域，包括将硅基材料和掺杂材料在惰性气体保护的高温高压环境下进行烧结的烧结处理；对烧结产物进行腐蚀以清除杂质的腐蚀处理；对腐蚀产物进行二次退火处理；以及对退火产物进行化学机械抛光处理；上述硅基材料为碳化硅和硅粉，掺杂材料为碳粉、钛酸锶、钒酸钇和氧氯化锆。本发明的制备方法能修正并改善衬底翘曲度，降低衬底表面粗糙度，并控制粗糙度不高于0.6nm，增加衬底表面的光滑度进而增加多晶硅薄膜的平整度；能利用微缺陷点吸收多晶硅薄膜层与衬底间的应力，避免多晶硅薄膜开裂和位错形成，降低多晶硅薄膜的剥离损耗；所得衬底能反复循环使用，且生产成本低。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，具体涉及一种多晶硅半导体薄膜衬底的制备方法。

背景技术

随着新材料技术的发展，目前多晶硅薄膜的制备主要分两类：一是在衬底上采用化学气相沉积的方法一步生成多晶硅薄膜。如使用硅源气体在气相条件下分解，高温下沉积到衬底上，形成多晶硅薄膜。二是先在衬底上生长成非晶硅薄膜，然后通过后处理，使非晶硅晶化来获得多晶硅薄膜。

然而目前所用的衬底材料多为昂贵的单晶硅或多晶硅的体材料，在硅衬底上存在Si原子的扩散问题：在高温生长过程中Si原子的扩散加剧，导致外延层中会含有一定量的Si原子，这些Si原子易于与生长气氛中的氨气发生反应，而在衬底表面形成非晶态SixNy薄膜，降低外延层的晶体质量。而普通的陶瓷材料虽然成本低，但具有杂质含量高、晶格不匹配等缺点，特别是晶格常数、热膨胀系数等热力学参数和硅不匹配，容易导致在异质外延过程中将引入大量的位错与缺陷，在CVD沉积过程中导致热失配，在高温生长后的降温过程中产生热应力，从而使外延层的缺陷密度增加甚至产生裂纹和缺陷等影响多晶硅薄膜质量的问题。

随着半导体产业的飞速发展，且所加工衬底的尺寸也不断随着多晶硅尺寸增加而增加。然而，多晶硅薄膜和衬底之间晶格结构的不完全匹配以及应力等因素影响，使得衬底的翘曲性也被凸显出来。沉积多晶硅薄膜后的衬底会有一定程度的弯曲度和翘曲度，且多晶硅薄膜的厚度越厚，衬底的弯曲度和翘曲度越高；另外，多晶硅薄膜中多晶硅晶粒的大小也对衬底的弯曲度和翘曲度有一定的影响。如果硅片翘曲度过大，会导致后续加工效率较低、降低产品性能、影响加工的尺寸精度和图案的形成精度等。因此，提供一种改善弯曲度和翘曲度的适用于多晶硅半导体薄膜衬底实属必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种修正并改善衬底的翘曲度，降低衬底表面粗糙度，并控制粗糙度不高于0.6nm，增加衬底表面的光滑度进而增加多晶硅薄膜的平整度；能利用微缺陷点吸收多晶硅薄膜层与衬底间的应力，避免多晶硅薄膜开裂和位错形成，降低多晶硅薄膜的剥离损耗；所得衬底能反复循环使用，且生产成本低的多晶硅半导体薄膜衬底的制备方法。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种多晶硅半导体薄膜衬底的制备方法，包括：

-烧结处理，将硅基材料和掺杂材料在惰性气体保护的高温高压环境下进行烧结；

-腐蚀处理，对上述烧结所得产物进行腐蚀以清除杂质；

-退火处理，对上述腐蚀所得产物进行二次退火处理，上述退火气氛为干氧、氮气或氧氩混合气体；以及，

-化学机械抛光处理，对退火所得产物进行抛光处理，上述抛光用抛光液中磨料的粒径小于0.01μm；

其中，上述硅基材料为碳化硅和硅粉，掺杂材料为碳粉、钛酸锶、钒酸钇和氧氯化锆，且材料的粒径均小于0.1μm。