【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料制备和集成电路工艺领域，尤其涉及一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法。
技术介绍
1、半导体硅片根据制造工艺分为单晶硅抛光片(简称抛光片pw(po l i shwafer))、退火晶圆(aw(annea l wafer))、单晶硅外延片(简称外延片ew(ep itaxywafer))和绝缘体上硅(s i l i con on i nsu l ator,so i)几种代表性的高端硅基材料，其应用场景各有不同。
2、目前半导体行业约70％都使用抛光片。单晶硅抛光片的主流生产过程是采用拉晶法、区熔法工艺从多晶硅培育单晶硅棒，再通过切削、倒角、研磨、刻蚀、抛光、清洗等环节，产生单晶硅片(抛光片)。技术重点、难点包括纯度、氧含量、晶体缺陷、表面颗粒、表面/体金属含量、翘曲度、平整度、体电阻率等参数的控制，最终产出的硅片需要达到高纯度、低杂质含量、高平坦度的要求，并且具有特定的电学性能。抛光片是最基础的单晶硅片，应用广泛，既可直接用于制作存储芯片与功率器件等半导体器件，又可作为外延片、soi片的衬底材料，
3、随着制程技术的不断发展，晶体管特征尺寸的不断缩小，抛光片的缺点也逐渐暴露出来，比如硅片表面局部的晶格缺陷，硅片表面含氧量较高等。为了解决这些问题，退火晶圆技术被开发出来。在抛光后，将硅片放在充满惰性气体的炉管中(一般为氩气)，进行高温退火。这样既可以修复硅片表面晶格缺陷，同时也可以减少表面含氧量。
4、随着集成电路的应用场景不断增加，在对稳定性、缺陷密度、高电压及
5、分子束外延(mo l ecu l ar beam ep i taxy,mbe)技术是新发展起来的外延制膜方法。mbe是一种较为特殊的真空镀膜工艺，能精确控制且重复生长出超薄外延层样品。高真空或超高真空(≥10-8pa)条件下，通过把原材料进行热蒸发，热蒸后产生的原子或分子束经过石英窗口射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，形成高质量的薄膜样品。但是mbe技术镀膜对于工艺和设备要求太高，无法大规模、大范围生产。因而外延片的生产仍以各类cvd(化学气相沉积)方法为主。
6、cvd(化学气相沉积)方法的原理是通过四氯化硅、氯硅烷或硅烷气体的热解将硅薄膜沉积在衬底上，主要包括低压化学气相沉积(lpcvd)、常压化学气相沉积(apcvd)、超高真空化学气相沉积(uhcvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、金属有机化学气相沉积(mo－cvd)等。该方法便于生长高质量的单晶硅薄层，但是受限于较高的本底真空度要求(10e-6pa～10e-7pa)、较高的生长温度(600～1300℃为主)，并且外延生长速度同时依赖于化学反应速率和硅的质量输运速率两种因素，导致高质量的单晶硅外延层生长不易。总体来说，各类cvd方法沉积单晶硅层的工艺，有一定的表面缺陷，生长条件较为苛刻，影响薄膜质量因素较多因而不易控制，同时存在温度高、速度慢、有毒气体、反应产物污染严重等问题。另外，外延生长的基本原理是抛光硅片作为籽晶从而沉积单晶硅薄膜，外延片的取向受到籽晶的局限；同时由于部分cvd采用的氯硅烷气体，副产物往往包含氯气，对外延片有腐蚀作用，需尽快排出，传统的外延硅片生长不可避免杂质和缺陷，如何外延生长高电阻率的本征硅薄膜也是一个难题。
7、磁控溅射法在半导体和集成电路工艺中仅用于沉积各种金属互连层、阻挡层、硬掩模等，在外延硅片的生长中很不成功，因为各种因素导致硅原子成核速率或迁移速率过快，从而不利于单晶硅的形成，薄膜形态为多晶硅、微晶硅或无定形硅或其中二、三者的混合形态。结晶度高、晶粒相对较大的硅薄膜生长条件以高温为主(800℃以上)，并且仍然有较多的晶界，无法实现真正意义上的单晶，因而无法应用于外延硅片的生长。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，在室温下用磁控溅射在抛光硅片上生长高纯度单晶硅薄膜，从而形成高质量的外延硅片，无需退火和抛光步骤，既摆脱了化学气相沉积法生长外延硅单晶薄膜的高温局限，又摆脱了化学气相沉积带来的杂质和废气问题，突破了外延硅片领域高电阻率的本征硅单晶薄膜难以制备的瓶颈，可以取代主流外延硅片的生产技术，显著提升半导体晶圆领域的工艺水平。另外，该方法可以实现单晶硅层的堆叠，极大拓展了芯片结构的复杂度的提升空间，延伸了磁控溅射方法在芯片制造领域的应用。该方法具有加工面积大、环境条件要求低、衬底适用性强、制备工序简便、缺陷少、自掺杂和扩散效应小、界面杂质梯度陡峭、便于制备高电阻率的本征硅薄膜、安全无污染以及制备结构尺寸可调节范围大的优势，是一种适应于具有广泛应用前景的硅基薄膜制备技术。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
3、一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，主要由磁控溅射系统组成，其制备方法如下：
4、步骤1：选用纯度为99.999％的纯硅靶材(尺寸为直径48mm*厚度为3mm)，磁控溅射电源使用射频磁控溅射源，所用的衬底尺寸为(15mm*15mm*1mm)，衬底可选用取向为(100)(110)(111)的s i衬底(抛光单晶硅片或退火单晶硅片)。制备s i薄膜样品时环境温度为室温，设置的靶基距为58-78mm，溅射气体采用的是纯度为99.99％的ar，溅射时的工作压强为0.2～5.0pa，溅射功率从10～200w，溅射时间为0.2～60min。利用合理的本底真空、ar气体流速、工作压强和溅射功率的成套参数，使硅原子在衬底表面多点成核，按层迁移，形成均匀、取向单一的硅薄膜，使用仪器测量其晶体结构、缺陷、膜厚以及表面结构。成套参数的约束关系如下：0.32<气体流速*溅射功率*工作压强/靶基距<86.3。
5、步骤2：在溅射的过程中，转动衬底，减小硅原子碰撞，改善硅原子在衬底的分布，获取高质量的单晶薄膜。
6、进一步，薄膜厚度在100nm-300μm之间，薄膜厚度可根据工作压强、溅射功率和沉积时间调节。
7、进一步，与常规外延生长方法不同，薄膜的取向不完全依赖于衬底的材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：采用磁控溅射方法制备硅外延层，在衬底表面诱导硅原子多点成核、按单一取向结晶形成单晶薄膜；所述方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：薄膜厚度为100nm-300μm，薄膜厚度可根据工作压强、溅射功率和沉积时间调节。
3.根据权利要求1所述的一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：薄膜的取向不完全依赖于衬底的材料和衬底表面的取向，衬底采用各种取向的硅，所沉积硅薄膜的取向固定为Si(4 0 0)、(1 11)晶面。
4.根据权利要求1所述的一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：本底真空度可在10-5pa量级。
5.根据权利要求1所述的一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：沉积温度为室温，不加热衬底和环境，可制备高电阻率的本征硅薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：不包含衬底
7.根据权利要求1所述的一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：纯硅靶材尺寸为直径48mm*厚度为3mm；芯片尺寸为15mm*15mm*1mm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：采用磁控溅射方法制备硅外延层，在衬底表面诱导硅原子多点成核、按单一取向结晶形成单晶薄膜；所述方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：薄膜厚度为100nm-300μm，薄膜厚度可根据工作压强、溅射功率和沉积时间调节。
3.根据权利要求1所述的一种基于多点成核的快速、无污染制备外延硅片的方法，其特征在于：薄膜的取向不完全依赖于衬底的材料和衬底表面的取向，衬底采用各种取向的硅，所沉积硅薄膜的取向固定为si(4 0 0)、(1 11)晶面。
4.根据...
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