本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种自对准晶种层及自对准薄膜的制备方法。
背景技术：
随着半导体器件尺寸的不断减小，半导体制作工艺已经进入深亚微米时代，且向超深亚微米发展，然而随着集成电路密度的不断提高，对半导体器件的性能以及稳定性也提出了更高的要求。在半导体器件制作过程中形成的薄膜，例如硅膜，其平整度对于后续形成的半导体器件的性能有着非常重要的影响。
现有技术中，一般通过外延法生长硅(si)、硅锗(sige)或锗(ge)来得到具有原子级平整表面的薄膜层，然而，该方法在制造过程中需要相当高的温度，并且对于大部分绝缘体上硅(soi)来说，获得平整表面与高结晶度需要完成多个工艺步骤，最终会导致生产成本增加，并且最终的应用也会受到限制。
另外，三维积体(3dic)需要在绝缘体上形成活性层(activelayers)，同时活性层也需要具有平整表面，然而，在绝缘体上获得比较薄的活性层的原子级平整表面比较困难。现有技术采用的ald(atomiclayerdeposition，原子层沉积)，cvd(chemicalvapordeposition,化学气相沉积)等沉积方法已经无法满足需求。
并且在制作自对准薄膜的过程中，掩膜层的选择、沉积、刻蚀以及掩膜层上的薄膜的去除等工艺均会对薄膜的平整度造成影响。
因此，如何获得具有原子级平整表面的自对准薄膜是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种自对准晶种层及自对准薄膜的制备方法，获得具有原子级平整表面的自对准晶种层与自对准薄膜。
本发明的技术方案是一种自对准晶种层的制备方法，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上形成掩膜层，所述掩膜层的材质为无定型碳；
图案化所述掩膜层，在所述掩膜层内形成凹槽，暴露出部分所述衬底；
在暴露出的所述衬底上依次形成第一晶种层与第二晶种层。
进一步的，向所述衬底上通入包含有二硅氧烷的气体，在所述衬底上形成所述第一晶种层；向所述衬底上通入包含有环戊硅烷的气体，在所述第一晶种层上形成第二晶种层。
进一步的，在形成所述第一晶种层与形成所述第二晶种层的过程中，向所述衬底上通入的气体还包括惰性气体。
进一步的，在形成所述第一晶种层之后，在形成所述第二晶种层之前，还包括：向所述第一晶种层上通入惰性气体，去除所述掩膜层上的第一晶种层。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
进一步的，所述第一晶种层为单层或双层；所述第二晶种层为单层、双层或三层。
进一步的，在形成所述掩膜层之前，在所述衬底上形成一绝缘层。
进一步的，所述绝缘层的材质为氧化硅或/和氮化硅。
相应的，本发明还提供一种自对准薄膜的制备方法，包括以下步骤：
提供一采用如上所述的自对准晶种层的制备方法制备的自对准晶种层；
在所述自对准晶种层上形成薄膜。
进一步的，所述薄膜为硅薄膜、锗薄膜或硅锗薄膜。
进一步的，在所述自对准晶种层上通入包含有含硅或/含锗的气体与氢气，在所述自对准晶种层上形成薄膜。
进一步的，所述含硅的气体为乙硅烷，所述含锗的气体为锗烷。
进一步的，形成硅薄膜的反应气体为乙硅烷与氢气，形成锗薄膜的反应气体为锗烷与氢气，形成硅锗薄膜的反应气体为乙硅烷、锗烷与氢气。
与现有技术相比，本发明提供的自对准晶种层及自对准薄膜的制备方法，在衬底上形成材质为无定型碳的掩膜层，图案化所述掩膜层暴露出部分所述衬底，然后在暴露出的所述衬底上依次形成第一晶种层与第二晶种层，无定型碳的偶极矩比较小，使得第一晶种层与无定型碳的吸附力比较小，从而容易去除掩膜层上的第一晶种层，由此提高了制备自对准晶种层的效率；同时，在自对准晶种层的第二晶种层上形成薄膜，能够提高薄膜的表面平整度，达到原子级平整表面，由此获得具有原子级平整表面的自对准薄膜。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的自对准晶种层的制备方法流程图。
图2～6为本发明一实施例所提供的自对准晶种层的制备方法中各步骤结构示意图。
图7为本发明一实施例所提供的自对准薄膜的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
本发明的核心思想是：在衬底上形成材质为无定型碳的掩膜层，图案化所述掩膜层暴露出部分所述衬底，然后在暴露出的所述衬底上依次形成第一晶种层与第二晶种层，无定型碳的偶极矩比较小，使得第一晶种层与无定型碳的吸附力比较小，从而容易去除掩膜层上的第一晶种层，由此提高了制备自对准晶种层的效率；同时，在自对准晶种层的第二晶种层上形成薄膜，能够提高薄膜的表面平整度，达到原子级平整表面，由此获得具有原子级平整表面的自对准薄膜。
图1为本发明一实施例所提供的自对准晶种层的制备方法流程图，如图1所示，本发明提出一种自对准晶种层的制备方法，包括以下步骤：
步骤s01：提供一衬底，在所述衬底上形成掩膜层，所述掩膜层的材质为无定型碳；
步骤s02：图案化所述掩膜层，在所述掩膜层上形成凹槽，暴露出部分所述衬底；
步骤s03：在暴露出的所述衬底上依次形成第一晶种层与第二晶种层。
图2～6为本发明一实施例所提供的自对准晶种层的制备方法各步骤结构示意图，请参考图1所示，并结合图2～图6，详细说明本发明提出的自对准晶种层的制备方法：
在步骤s01中，提供一衬底10，在所述衬底10上形成掩膜层30，所述掩膜层30的材质为无定型碳，如图2所示。
在本实施例中，所述衬底10可以是硅衬底、锗硅衬底或绝缘体上硅(soi)，或本领域技术人员公知的其他半导体衬底。优选的，在形成所述掩膜层30之前，首先在所述衬底10上形成绝缘层20，所述绝缘层20的材质为氧化硅和/或氮化硅，即所述绝缘层20为单层，其材质为氧化硅或氮化硅，或者所述绝缘层20为双层或多层，其材质为氧化硅与氮化硅，例如在所述衬底10上先形成一层氧化硅，在所述氧化硅上形成一层氮化硅。所述绝缘层20的材质也可以为本领域技术人员已知的其他绝缘材料。
然后在所述绝缘层20上形成掩膜层30，所述掩膜层30的材质为无定型碳。本发明中，选择无定型碳作为掩膜层30有一些其他材质不具备的优势，例如：无定型碳具有较好的透光性，更利于光刻中的层对准(overlap)；无定型碳硬度较大，相对于其它材质具有较高的刻蚀选择比；无定形碳是一种非常容易去除的材料等。在本实施例中，采用沉积工艺形成无定型碳层，所述沉积工艺为低压化学气相沉积(lpcvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、超高真空化学气相沉积(uhvcvd)、快速热化学气相沉积(rtcvd)、物理气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)和分子束外延(mbe)中的一种，也可以采用本领域技术人员已知的其他方法形成所述无定型碳层。
在步骤s02中，图案化所述掩膜层30，在所述掩膜层30上形成凹槽31，暴露出部分所述绝缘层20，形成如图3所示的结构。
图案化所述掩膜层30的步骤可以包括：在所述掩膜层30的表面旋涂一层光刻胶(图中未示出)，所述光刻胶很薄，选择性曝光显影后，形成图案化的掩膜层30。进一步的，为达到消除曝光过程中反射光的干扰，本步骤还可以包括：在所述掩膜层30的表面沉积抗反射介电层(darc)(图中未示出)，接着在所述抗反射介电层上形成光刻胶，曝光显影后，以图案化的光刻胶为掩膜刻蚀所述抗反射介电层与所述掩膜层30，之后去除光刻胶残留物和抗反射介电层。最终在所述掩膜层30内形成凹槽31，所述凹槽31暴露出部分所述绝缘层20。
在步骤s03中，在暴露出的所述绝缘层20上依次形成第一晶种层40与第二晶种层50，形成如图6所示的结构。
首先，向所述衬底10通入包含有二硅氧烷的气体，在所述掩膜层30与暴露出的所述绝缘层20的表面上形成第一晶种层40，如图4所示。
将形成有图案化的掩膜层30的衬底10放置于反应腔室内，在所述反应腔室内通入含有二硅氧烷((h3si)2o)的气体，在所述掩膜层30与暴露出的所述绝缘层20的表面上形成第一晶种层(h3si)2o层30。在本实施例中，向反应腔室内通入的气体还包括惰性气体。优选的，在本实施例中，所述惰性气体为氩气(ar)。
所述二硅氧烷((h3si)2o)为具有硅-氧-硅基的有机硅化合物，具有比较低的熔点与沸点，其熔点(meltingpoint，m.p.)为-144℃，沸点(boilingpoint，b.p.)为-15.2℃。本实施例中，采用的二硅氧烷为气态，直接通过气体通道向所述反应腔室内通入二硅氧烷。
所述反应腔室的温度为100℃～300℃，腔内压强为0.1torr～3.0torr，气体流量，其中二硅氧烷的流量为50sccm～500sccm，惰性气体的流量为100sccm～1000sccm。优选的，在本实施例中，形成所述第一晶种层40的工艺条件为：所述反应腔室的温度为200℃，腔内压强为0.2torr，气体流量：二硅氧烷为200sccm，氩气为1000sccm，形成所述第一晶种层40的反应时间为2min。最终，所述第一晶种层40是通过使所述二硅氧烷中的氧吸附在所述掩膜层30的表面或绝缘层20的表面上形成的。
所述第一晶种层40为单层或双层，即可以形成单层的所述第一晶种层40，也可以形成双层的所述第一晶种层40，也就是说在形成一层所述第一晶种层40之后结束反应，然后在所述第一晶种层40上继续形成一层所述第一晶种层40。形成双层所述第一晶种层40的工艺条件可以完全相同、部分相同或者各不相同。当形成双层所述第一晶种层40的工艺条件完全相同时，也可以认为是连续形成两倍厚度的所述第一晶种层40，期间反应不存在停顿。可以理解的是，本实施例给出是比较优选的层数，在其他实施例中，所述第一晶种层40也可以大于两层。
然后，不断的向所述第一晶种层40上通入惰性气体，去除所述掩膜层30上的第一晶种层40，形成如图5所示的结构。具体的，将形成第一晶种层40之后的衬底10放置于反应腔室中，从该反应腔室的顶端(相对于衬底10而言，位于所述衬底10上方的反应腔室开口)不断的通入惰性气体，然后从所述反应腔室的底端不断的排除废气。由于无定型碳的偶极矩比较小，所述第一晶种层40与所述掩膜层30的吸附力比较小，惰性气体的气体流动能够去除所述掩膜层30上的第一晶种层40，从而避免采用刻蚀的方法去除所述第一晶种层40，节省工艺时间，降低了工艺难度，并且避免了刻蚀对所述掩膜层30可能造成的损伤。
此时，所述反应腔室的温度为50℃～150℃，腔内压强为0.05torr～0.15torr，惰性气体的流量为1000sccm～3000sccm。优选的，在本实施例中，所述反应腔室的温度为100℃，腔内压强为0.1torr，惰性气体的流量为2000sccm，直至去除所述掩膜层30上的第一晶种层40，至此只有暴露出的所述绝缘层20上保留有所述第一晶种层40。在本实施例中，所述惰性气体优选为氩气。
最后，向所述衬底10通入包含有环戊硅烷的气体，在所述第一晶种层40上形成第二晶种层50，如图6所示。
在本实施例中，向所述衬底10通入的所述气体还包含有惰性气体。所述环戊硅烷(cyclopentasilane，简称cps)是由硅烷围成的五元环化合物，是一种类似苯环的液态硅化物，需要与惰性气体混合，在一部分惰性气体的作用下将所述环戊硅烷通入放置有所述衬底10的反应腔室内，并且，为了提高混合气体的均匀性，在所述反应腔室内进一步加入惰性气体。本实施例中，所述惰性气体优选为氩气。
在所述反应腔室内通入环戊硅烷与惰性气体的混合气体，在所述第一晶种层40上形成第二晶种层sih250。所述反应腔室的温度为100℃～500℃，腔内压强为0.1torr～3.0torr，气体流量：其中环戊硅烷与惰性气体的混合气体的流量为50sccm～500sccm，惰性气体的流量为100sccm～1000sccm。优选的，在本实施例中，形成所述第二晶种层50的工艺条件为：所述反应腔室的温度为300℃，腔内压强为0.2torr，气体流量：其中环戊硅烷与惰性气体的混合气体的流量为200sccm，惰性气体的流量为1000sccm。所述环戊硅烷热分解产生的亚甲硅烷基(sih2)被吸附于所述第一晶种层40上形成所述第二晶种层50。形成所述第二晶种层40的反应时间为2min。
所述第二晶种层50为单层、双层或三层，即可以形成单层的所述第二晶种层50，也可以形成双层或三层的所述第二晶种层50，可以理解的是，形成双层或三层的所述第二晶种层50是指，在反应腔室内通入环戊硅烷与惰性气体，在所述第一晶种层40上形成指定厚度的所述第二晶种层50之后停止通入气体，结束成膜，此时可以通过惰性气体的通入将所述反应腔室内的气体导出，然后重新通入环戊硅烷与惰性气体，完成第二层所述第二晶种层50的成膜，依次类推，完成第三层所述第二晶种层50的成膜。形成双层或三层所述第二晶种层50的工艺条件可以完全相同、部分相同或者各不相同。当形成双层或三层所述第二晶种层50的工艺条件完全相同时，也可以认为是连续形成两倍厚度或三倍厚度的所述第二晶种层50，期间反应不存在停顿。需要说明的是，本实施例给出是比较优选的层数，在其他实施例中，所述第二晶种层50也可以大于三层。
优选的，还包括去除所述掩膜层30上的第二晶种层50，保留所述第一晶种层40上的所述第二晶种层50。可以在所述第二晶种层50上涂布光刻胶层，通过曝光与显影暴露出所述掩膜层30上的第二晶种层50，然后通过刻蚀去除所述第二晶种层50，最后去除所述光刻胶层，形成如图6所示的自对准晶种层。
本发明所述的自对准晶种层的制备方法中，采用以无定型碳为材质的掩膜层30，无定型碳的偶极矩比较小，使得第一晶种层40与无定型碳的吸附力比较小，从而可以通入惰性气体的通入来去除掩膜层30上的第一晶种层40，避免采用刻蚀的方法去除所述第一晶种层40，节省工艺时间，降低了工艺难度，并且避免了刻蚀对所述掩膜层30可能造成的损伤，提高了制备自对准晶种层的效率。
相应的，本发明还提供一种自对准薄膜的制备方法，提供一采用如上所述的自对准晶种层的制备方法制备的自对准晶种层，在所述自对准晶种层上形成薄膜，形成如图7所示的结构。
具体的，通过向反应腔室内通入反应气体，在所述第二晶种层50上形成薄膜60。所述薄膜为硅薄膜、锗薄膜或硅锗薄膜。所述反应气体包含有含硅或/含锗气体与氢气(h2)。形成所述薄膜60的工艺条件为：所述反应腔室的温度为100℃～500℃，腔内压强为0.1torr～3.0torr，气体流量：其中含硅气体的流量为50sccm～500sccm或/和含锗气体的流量为50sccm～500sccm，氢气的流量为100sccm～1000sccm。优选的，在本实施例中，在所述第二晶种层50上形成所述薄膜60的工艺条件为：所述反应腔室的温度为300℃，腔内压强为0.2torr，气体流量：其中含硅气体的流量为200sccm或/和含锗气体的流量为200sccm，氢气的流量为1000sccm，形成所述薄膜60的反应时间为5min，最终形成厚度约为10nm的薄膜60。
优选的，所述含硅气体为乙硅烷(si2h6)，所述含锗气体为锗烷(geh4)。具体的，在反应腔室内通入乙硅烷与氢气，在所述第二晶种层50上形成硅薄膜；在反应腔室内通入锗烷与氢气，在所述第二晶种层50上形成锗薄膜；在反应腔室内通入乙硅烷、锗烷与氢气，在所述第二晶种层50上形成硅锗薄膜。
优选的，还包括去除所述掩膜层30上的薄膜60，保留所述第二晶种层50上的薄膜60，形成如图7所述的自对准薄膜。
综上所述，本发明提供的自对准晶种层及自对准薄膜的制备方法，在衬底上形成材质为无定型碳的掩膜层，图案化所述掩膜层暴露出部分所述衬底，然后在暴露出的所述衬底上依次形成第一晶种层与第二晶种层，无定型碳的偶极矩比较小，使得第一晶种层与无定型碳的吸附力比较小，从而容易去除掩膜层上的第一晶种层，由此提高了制备自对准晶种层的效率；同时，在自对准晶种层的第二晶种层上形成薄膜，能够提高薄膜的表面平整度，达到原子级平整表面，由此获得具有原子级平整表面的自对准薄膜。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。