JPH07307292A - 成膜方法およびこれに用いる減圧cvd装置 - Google Patents
成膜方法およびこれに用いる減圧cvd装置Info
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- JPH07307292A JPH07307292A JP9731294A JP9731294A JPH07307292A JP H07307292 A JPH07307292 A JP H07307292A JP 9731294 A JP9731294 A JP 9731294A JP 9731294 A JP9731294 A JP 9731294A JP H07307292 A JPH07307292 A JP H07307292A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 バッチ式減圧CVDを行う際、希薄ドーピン
グ領域においても膜厚と不純物濃度のウェハ間/ウェハ
面内均一性を向上させる。 【構成】 石英管1の内部にインナーチューブ9を設け
た減圧CVD装置100を用い、成膜前に管内にPH3
/SiH4 /N2 ガスを供給して石英管1とインナーチ
ューブ9の表面にリン(P)を含むSi薄膜を堆積させ
る(予備ドーピング)。次に管内にSiH4 /N2 ガス
を供給し、ウェハW上にポリシリコン薄膜を成長させる
と共に、管壁から放出されるリンを膜中に取り込ませ
る。あるいは、管内のガス流をウェハWの主面に平行に
生成可能な別の減圧CVD装置を用いて希薄なPH3 ガ
スをウェハW面上に均一に供給し、予備ドーピングを行
わずに不純物濃度を均一化する。 【効果】 ゲート絶縁膜の薄膜化に対応した低不純物濃
度のゲート電極を形成できる。
グ領域においても膜厚と不純物濃度のウェハ間/ウェハ
面内均一性を向上させる。 【構成】 石英管1の内部にインナーチューブ9を設け
た減圧CVD装置100を用い、成膜前に管内にPH3
/SiH4 /N2 ガスを供給して石英管1とインナーチ
ューブ9の表面にリン(P)を含むSi薄膜を堆積させ
る(予備ドーピング)。次に管内にSiH4 /N2 ガス
を供給し、ウェハW上にポリシリコン薄膜を成長させる
と共に、管壁から放出されるリンを膜中に取り込ませ
る。あるいは、管内のガス流をウェハWの主面に平行に
生成可能な別の減圧CVD装置を用いて希薄なPH3 ガ
スをウェハW面上に均一に供給し、予備ドーピングを行
わずに不純物濃度を均一化する。 【効果】 ゲート絶縁膜の薄膜化に対応した低不純物濃
度のゲート電極を形成できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主として半導体デバイス
の製造分野に適用される成膜方法およびこれに用いる減
圧CVD装置に関し、特に希薄ドーピング領域における
膜厚と不純物濃度のウェハ間/ウェハ面内均一性を向上
させる方法、およびこれを実現するための装置に関す
る。
の製造分野に適用される成膜方法およびこれに用いる減
圧CVD装置に関し、特に希薄ドーピング領域における
膜厚と不純物濃度のウェハ間/ウェハ面内均一性を向上
させる方法、およびこれを実現するための装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】減圧CVD装置(LPCVD装置)は、
減圧下の気相に熱エネルギーを与えることにより気相反
応を進行させ、その反応生成物を基板(ウェハ)上に堆
積させて薄膜を形成する装置である。半導体デバイスの
製造分野では、ゲート電極として用いられるポリシリコ
ン薄膜、TFT(薄膜トランジスタ)の活性層として用
いられるアモルファス・シリコン薄膜、選択酸化マスク
やキャパシタ絶縁膜として用いられるSi3 N4 薄膜、
層間絶縁膜やサイドウォールとして用いられるSiO2
薄膜等の材料膜を成膜するための装置として、広く用い
られている。
減圧下の気相に熱エネルギーを与えることにより気相反
応を進行させ、その反応生成物を基板(ウェハ)上に堆
積させて薄膜を形成する装置である。半導体デバイスの
製造分野では、ゲート電極として用いられるポリシリコ
ン薄膜、TFT(薄膜トランジスタ)の活性層として用
いられるアモルファス・シリコン薄膜、選択酸化マスク
やキャパシタ絶縁膜として用いられるSi3 N4 薄膜、
層間絶縁膜やサイドウォールとして用いられるSiO2
薄膜等の材料膜を成膜するための装置として、広く用い
られている。
【0003】現状で広く用いられているバッチ式縦型減
圧CVD装置の構成を図5に示す。この装置102で
は、直立した石英管1内に同じく石英からなるウェハ・
ボート7を用いて100枚程度のウェハWをその主面を
水平に積み重ねる方向にセットし、該ウェハ・ボート7
をボート・ローダに内蔵されるモータにより回転させ、
該石英管1を外側からヒータ2で加熱しながら成膜を行
う。この図に示される装置では、ウェハ搬出入時の大気
の巻き込みを防止するために、上記石英管1がゲート・
バルブを備えた隔壁4を介して真空ロードロック室3に
接続された構成となっている。また、原料ガスは上記隔
壁4に挿通されるガス供給管5を通じて石英管1内に矢
印A方向から供給される。石英管1内の排気は、その頂
部に開口する排気管6を通じて矢印B方向に行われる。
圧CVD装置の構成を図5に示す。この装置102で
は、直立した石英管1内に同じく石英からなるウェハ・
ボート7を用いて100枚程度のウェハWをその主面を
水平に積み重ねる方向にセットし、該ウェハ・ボート7
をボート・ローダに内蔵されるモータにより回転させ、
該石英管1を外側からヒータ2で加熱しながら成膜を行
う。この図に示される装置では、ウェハ搬出入時の大気
の巻き込みを防止するために、上記石英管1がゲート・
バルブを備えた隔壁4を介して真空ロードロック室3に
接続された構成となっている。また、原料ガスは上記隔
壁4に挿通されるガス供給管5を通じて石英管1内に矢
印A方向から供給される。石英管1内の排気は、その頂
部に開口する排気管6を通じて矢印B方向に行われる。
【0004】かかる縦型装置は、ウェハ搬入時の大気の
巻き込みが少なく、多数のウェハを支持するウェハ・ボ
ート7の支柱8の撓みが少なく、均熱長が長く、量産性
に優れるといったメリットを有しているが、大きな容積
を有する成膜室(石英管)の内部における温度,圧力,
原料ガス濃度の均一制御にノウハウを少なからず必要と
する。現実には圧力および原料ガス濃度の均一制御を行
うことが困難であるため、通常は比較的制御の容易な温
度を制御対象とし、反応律速条件下でこの温度を成膜室
の所定の領域ごとに変化させる手法を用いている。すな
わち、反応ガスを化学反応による消費量よりも大過剰に
供給し、化学反応速度の変化が温度変化にのみ依存する
条件とした上で成膜を行っている。
巻き込みが少なく、多数のウェハを支持するウェハ・ボ
ート7の支柱8の撓みが少なく、均熱長が長く、量産性
に優れるといったメリットを有しているが、大きな容積
を有する成膜室(石英管)の内部における温度,圧力,
原料ガス濃度の均一制御にノウハウを少なからず必要と
する。現実には圧力および原料ガス濃度の均一制御を行
うことが困難であるため、通常は比較的制御の容易な温
度を制御対象とし、反応律速条件下でこの温度を成膜室
の所定の領域ごとに変化させる手法を用いている。すな
わち、反応ガスを化学反応による消費量よりも大過剰に
供給し、化学反応速度の変化が温度変化にのみ依存する
条件とした上で成膜を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、減圧CVD
により形成される薄膜には、たとえばゲート電極を形成
するためのポリシリコン薄膜のように、成膜時に不純物
元素がドーピング(導入)されるものがある。このドー
ピングは、薄膜の構成元素を供給する成膜ガスに不純物
元素の供給源となるドーピング・ガスを所定の割合で添
加することにより行われている。以下、このドーピング
・ガスと成膜ガスとを混合したものを原料ガスと称す
る。
により形成される薄膜には、たとえばゲート電極を形成
するためのポリシリコン薄膜のように、成膜時に不純物
元素がドーピング(導入)されるものがある。このドー
ピングは、薄膜の構成元素を供給する成膜ガスに不純物
元素の供給源となるドーピング・ガスを所定の割合で添
加することにより行われている。以下、このドーピング
・ガスと成膜ガスとを混合したものを原料ガスと称す
る。
【0006】近年では、半導体デバイスの微細化、高集
積化に伴ってこのドーピングについても希薄な領域で精
密に制御することが要求されている。たとえば、MOS
トランジスタのゲート酸化膜は、64MDRAM以降は
10nm以下の超薄膜となるため、ゲート電極からの不
純物拡散による不純物準位の形成およびこれに伴う電荷
トラップの発生を防止するため、ポリシリコン薄膜にお
けるドーピング濃度を0.01wt%台に抑えることが必
要とされている。
積化に伴ってこのドーピングについても希薄な領域で精
密に制御することが要求されている。たとえば、MOS
トランジスタのゲート酸化膜は、64MDRAM以降は
10nm以下の超薄膜となるため、ゲート電極からの不
純物拡散による不純物準位の形成およびこれに伴う電荷
トラップの発生を防止するため、ポリシリコン薄膜にお
けるドーピング濃度を0.01wt%台に抑えることが必
要とされている。
【0007】しかしながら、所望のドーピング濃度を得
るための反応律速条件と前述の成膜反応の反応律速条件
とは必ずしも一致するものではなく、ある温度において
成膜速度が反応律速に従っていたとしても、不純物拡散
速度がこれに従っているとは限らない。然るに従来より
半導体デバイスの製造分野においては、一般に成膜速
度、すなわち膜厚均一性の方が重視されてきたため、希
薄領域におけるドーピング濃度のバッチ内(ウェハ間)
均一性は、必ずしも良好ではなかった。
るための反応律速条件と前述の成膜反応の反応律速条件
とは必ずしも一致するものではなく、ある温度において
成膜速度が反応律速に従っていたとしても、不純物拡散
速度がこれに従っているとは限らない。然るに従来より
半導体デバイスの製造分野においては、一般に成膜速
度、すなわち膜厚均一性の方が重視されてきたため、希
薄領域におけるドーピング濃度のバッチ内(ウェハ間)
均一性は、必ずしも良好ではなかった。
【0008】しかも、双方の反応律速条件のズレは、所
望のドーピング濃度が低くなるほど、すなわちドーピン
グ・ガスが希薄となり供給律速条件に近づくほど顕著と
なる。したがって、たとえば前述のゲート電極のドーピ
ング濃度を今後さらに低減しようとすると、ゲート電極
の抵抗値のウェハ間バラつき、ひいてはMOSトランジ
スタの特性変動を招く虞れが大きい。
望のドーピング濃度が低くなるほど、すなわちドーピン
グ・ガスが希薄となり供給律速条件に近づくほど顕著と
なる。したがって、たとえば前述のゲート電極のドーピ
ング濃度を今後さらに低減しようとすると、ゲート電極
の抵抗値のウェハ間バラつき、ひいてはMOSトランジ
スタの特性変動を招く虞れが大きい。
【0009】さらに、上記ドーピング濃度の不均一性
は、ウェハ間のみならず、ウェハ面内においても発生す
る。これは、先の図5に示されたような従来のバッチ式
減圧CVD装置において図中矢印Gで示されるように、
原料ガス(成膜ガス+ドーピング・ガス)の大部分が石
英管1の管壁に沿って層流を形成し、各ウェハW間の隙
間へはこの層流から剥離した拡散流が侵入するのみであ
ることに起因している。つまり、管内のガス流の大部分
は、多数配列されたウェハの周縁部を通過する。
は、ウェハ間のみならず、ウェハ面内においても発生す
る。これは、先の図5に示されたような従来のバッチ式
減圧CVD装置において図中矢印Gで示されるように、
原料ガス(成膜ガス+ドーピング・ガス)の大部分が石
英管1の管壁に沿って層流を形成し、各ウェハW間の隙
間へはこの層流から剥離した拡散流が侵入するのみであ
ることに起因している。つまり、管内のガス流の大部分
は、多数配列されたウェハの周縁部を通過する。
【0010】しかし、上記原料ガス中のドーピング・ガ
ス濃度は極めて低く、該ドーピング・ガスに関しては供
給律速条件が成立している状態に近い。したがって、ド
ーピング・ガスはウェハWの周縁部でほぼ消費されてし
まい、ウェハWの中央部においてドーピング濃度が低下
するといった問題が生じていた。
ス濃度は極めて低く、該ドーピング・ガスに関しては供
給律速条件が成立している状態に近い。したがって、ド
ーピング・ガスはウェハWの周縁部でほぼ消費されてし
まい、ウェハWの中央部においてドーピング濃度が低下
するといった問題が生じていた。
【0011】そこで本発明は、希薄ドーピング領域にお
いても膜厚と不純物濃度のウェハ間/ウェハ面内均一性
を向上させることが可能な成膜方法、およびこれに用い
る減圧CVD装置を提供することを目的とする。
いても膜厚と不純物濃度のウェハ間/ウェハ面内均一性
を向上させることが可能な成膜方法、およびこれに用い
る減圧CVD装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために提案されるものである。すなわち、本発
明の成膜方法は、減圧CVD装置の成膜室内に基板を保
持し、この基板上に所望の不純物を含有する薄膜を成膜
する際に、前記薄膜の成膜開始前に前記成膜室の内部構
成部材に前記不純物を予め担持させ、成膜時には成膜ガ
スを成膜室内へ供給すると共に、この不純物を成膜雰囲
気中へ放出させるものである。
達成するために提案されるものである。すなわち、本発
明の成膜方法は、減圧CVD装置の成膜室内に基板を保
持し、この基板上に所望の不純物を含有する薄膜を成膜
する際に、前記薄膜の成膜開始前に前記成膜室の内部構
成部材に前記不純物を予め担持させ、成膜時には成膜ガ
スを成膜室内へ供給すると共に、この不純物を成膜雰囲
気中へ放出させるものである。
【0013】ここで、減圧CVD装置の型式は、基板
(ウェハ)の一括処理枚数によってバッチ式か枚葉式に
大別され、さらにバッチ式は成膜室の設置型式により縦
型と横型に大別される。本発明の減圧CVD装置は、こ
れらのいずれの型式をとるものであっても構わない。
(ウェハ)の一括処理枚数によってバッチ式か枚葉式に
大別され、さらにバッチ式は成膜室の設置型式により縦
型と横型に大別される。本発明の減圧CVD装置は、こ
れらのいずれの型式をとるものであっても構わない。
【0014】また、成膜室の内部構成部材とは、成膜室
内の雰囲気に接触し、加熱条件下でその表面に不純物を
保有し得るあらゆる部材を意味する。通常、石英で構成
される成膜室やウェハを支持するボートがこの内部構成
部材の代表例として考えられるが、構成材料によっては
この他にもガス供給系統のノズル、制御/モニタ系統、
治具等の部材が上述の意味での内部構成部材となり得
る。
内の雰囲気に接触し、加熱条件下でその表面に不純物を
保有し得るあらゆる部材を意味する。通常、石英で構成
される成膜室やウェハを支持するボートがこの内部構成
部材の代表例として考えられるが、構成材料によっては
この他にもガス供給系統のノズル、制御/モニタ系統、
治具等の部材が上述の意味での内部構成部材となり得
る。
【0015】なお、内部構成部材へ不純物を担持させる
こと自体は、反応室内へ大量にドーピング・ガスを供給
することにより、反応律速条件下で容易かつ均一に行う
ことができる。
こと自体は、反応室内へ大量にドーピング・ガスを供給
することにより、反応律速条件下で容易かつ均一に行う
ことができる。
【0016】ここで、上記内部構成部材に不純物を担持
させる方法としては、まず該内部構成部材の表層部に不
純物を直接に拡散させることが考えられる。しかし、こ
の方法では、たとえば石英からなる成膜室や内部構成部
材にリン(P)を拡散させようとした場合におおよそ9
00℃もの高温加熱を要すること、また拡散濃度の制御
が困難であること、不純物の絶対量が不足する虞れもあ
るといった問題が多い。したがって、実用性の高い方法
としては、内部構成部材の表面に目的とする不純物を含
有する薄膜を堆積させる方法が好適である。
させる方法としては、まず該内部構成部材の表層部に不
純物を直接に拡散させることが考えられる。しかし、こ
の方法では、たとえば石英からなる成膜室や内部構成部
材にリン(P)を拡散させようとした場合におおよそ9
00℃もの高温加熱を要すること、また拡散濃度の制御
が困難であること、不純物の絶対量が不足する虞れもあ
るといった問題が多い。したがって、実用性の高い方法
としては、内部構成部材の表面に目的とする不純物を含
有する薄膜を堆積させる方法が好適である。
【0017】あるいは、前記成膜室内で成膜ガスとドー
パント・ガスとを混合してなる原料ガスの供給系統から
排気系統に至る能動的なガス流を、前記基板の主面に対
して略平行に形成することによっても、上記目的を達成
することができる。ここで、上記減圧CVD装置がバッ
チ式縦型装置であれば、ウェハは主面を水平にした状態
で成膜室に収容されているため、ガス流はほぼ水平に形
成される。また、バッチ式横型装置であれば、ウェハは
主面を鉛直にした状態で収容されているため、ガス流は
ほぼ鉛直に形成される。
パント・ガスとを混合してなる原料ガスの供給系統から
排気系統に至る能動的なガス流を、前記基板の主面に対
して略平行に形成することによっても、上記目的を達成
することができる。ここで、上記減圧CVD装置がバッ
チ式縦型装置であれば、ウェハは主面を水平にした状態
で成膜室に収容されているため、ガス流はほぼ水平に形
成される。また、バッチ式横型装置であれば、ウェハは
主面を鉛直にした状態で収容されているため、ガス流は
ほぼ鉛直に形成される。
【0018】本発明の成膜方法は、不純物を含有する薄
膜であれば如何なる種類の薄膜を形成するものであって
も良いが、特に今後、不純物濃度の低減が望まれるポリ
シリコン薄膜の成膜に適用して好適である。
膜であれば如何なる種類の薄膜を形成するものであって
も良いが、特に今後、不純物濃度の低減が望まれるポリ
シリコン薄膜の成膜に適用して好適である。
【0019】一方、本発明の減圧CVD装置は、基板を
収容し、該基板上に所望の薄膜を成膜するための成膜室
と、前記成膜室を加熱するための加熱手段と、前記成膜
室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給手段と、前記成
膜室内の排気を行うための排気手段と、前記成膜室の内
部構成部材の表面積を増大させるための補助壁材とを備
えたものである。
収容し、該基板上に所望の薄膜を成膜するための成膜室
と、前記成膜室を加熱するための加熱手段と、前記成膜
室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給手段と、前記成
膜室内の排気を行うための排気手段と、前記成膜室の内
部構成部材の表面積を増大させるための補助壁材とを備
えたものである。
【0020】上記成膜ガスとは所望の薄膜の構成元素を
供給するガスであって、ドーピング・ガスは含まない。
前記成膜室は管状をなし、内部で主面が該成膜室の軸方
向に対して垂直となるように基板(ウェハ)を複数枚配
列させるものを用いて特に好適である。これは、近年の
バッチ式装置の成膜室の一般的な構成である。
供給するガスであって、ドーピング・ガスは含まない。
前記成膜室は管状をなし、内部で主面が該成膜室の軸方
向に対して垂直となるように基板(ウェハ)を複数枚配
列させるものを用いて特に好適である。これは、近年の
バッチ式装置の成膜室の一般的な構成である。
【0021】ここで前記補助壁材は、ウェハの設置に支
障を来さず、かつ単一バッチ内のどのウェハに対しても
できる限り均等な距離を保ち、かつ効果的な表面積の増
大効果を狙う観点から、成膜室の内壁面に沿った板状部
材として設けると良い。またこのとき、成膜ガスを前記
成膜室と補助壁材との間に供給すると、ガスがここを流
れる間にCVD反応を起こして消費され、ウェハ側へ到
達するガス量が減少してしまう。したがって、成膜ガス
供給手段は補助壁材の内壁面側に開口させると良い。
障を来さず、かつ単一バッチ内のどのウェハに対しても
できる限り均等な距離を保ち、かつ効果的な表面積の増
大効果を狙う観点から、成膜室の内壁面に沿った板状部
材として設けると良い。またこのとき、成膜ガスを前記
成膜室と補助壁材との間に供給すると、ガスがここを流
れる間にCVD反応を起こして消費され、ウェハ側へ到
達するガス量が減少してしまう。したがって、成膜ガス
供給手段は補助壁材の内壁面側に開口させると良い。
【0022】なお、前記補助壁材としては、内部構成部
材の表面積を効果的に増大させるために、微細な貫通孔
を多数有するものを用いても良い。実用的には、メッシ
ュ状あるいはパンチング・シート状の板状部材を用いる
ことができる。
材の表面積を効果的に増大させるために、微細な貫通孔
を多数有するものを用いても良い。実用的には、メッシ
ュ状あるいはパンチング・シート状の板状部材を用いる
ことができる。
【0023】上述の目的はあるいは、上記補助壁材を配
設する代わりに、成膜室内に開口するノズルを各々有す
る原料ガス供給手段と前記排気手段とを設け、これら各
ノズルに一対となって前記基板の主面に略平行なガス流
を形成させることでも達成できる。ここでも、前記成膜
室は管状をなし、内部で主面が該成膜室の軸方向に対し
て垂直となるように基板を複数枚配列させるものを用い
て特に好適である。
設する代わりに、成膜室内に開口するノズルを各々有す
る原料ガス供給手段と前記排気手段とを設け、これら各
ノズルに一対となって前記基板の主面に略平行なガス流
を形成させることでも達成できる。ここでも、前記成膜
室は管状をなし、内部で主面が該成膜室の軸方向に対し
て垂直となるように基板を複数枚配列させるものを用い
て特に好適である。
【0024】また、前記各ノズルを前記管状の成膜室の
軸方向に沿って延在させ、その開口を該ノズルに規則的
に配列する多数の細孔により構成すると良い。
軸方向に沿って延在させ、その開口を該ノズルに規則的
に配列する多数の細孔により構成すると良い。
【0025】
【作用】本発明の成膜方法では、減圧CVD装置の成膜
室の内部構成部材に成膜前に予め担持させて(以下、予
備ドーピングと称する。)おいた不純物を、成膜時の加
熱条件下で放出させる。このため、成膜ガスとドーピン
グ・ガスとを混合して供給する必要が無くなり、成膜反
応の反応律速条件と所望のドーピング濃度を得るための
反応律速条件とを独立に制御することができる。したが
って、膜厚均一性を重視しながらも、希薄ドーピングを
高いウェハ間均一性をもって行うことが可能となる。
室の内部構成部材に成膜前に予め担持させて(以下、予
備ドーピングと称する。)おいた不純物を、成膜時の加
熱条件下で放出させる。このため、成膜ガスとドーピン
グ・ガスとを混合して供給する必要が無くなり、成膜反
応の反応律速条件と所望のドーピング濃度を得るための
反応律速条件とを独立に制御することができる。したが
って、膜厚均一性を重視しながらも、希薄ドーピングを
高いウェハ間均一性をもって行うことが可能となる。
【0026】上記の予備ドーピングは、従来公知の減圧
CVD装置を用いても行うことが可能であるが、成膜室
内に補助壁材を備えた本発明の減圧CVD装置を用いて
行えば、この補助壁材にも不純物を担持させ、かつ成膜
時にここから不純物を大量に放出させることができる。
したがって、成膜室の内壁面積に制約されることなくド
ーピング濃度を設定することができる。この補助壁材を
板状部材にて構成し、かつこれをバッチ式減圧CVD装
置の成膜室の内壁面に沿って設けると、該補助壁材はウ
ェハを取り囲む形で配設されることになる。したがっ
て、成膜時にはウェハへ向けて不純物を均一に放出する
ことが可能となる。
CVD装置を用いても行うことが可能であるが、成膜室
内に補助壁材を備えた本発明の減圧CVD装置を用いて
行えば、この補助壁材にも不純物を担持させ、かつ成膜
時にここから不純物を大量に放出させることができる。
したがって、成膜室の内壁面積に制約されることなくド
ーピング濃度を設定することができる。この補助壁材を
板状部材にて構成し、かつこれをバッチ式減圧CVD装
置の成膜室の内壁面に沿って設けると、該補助壁材はウ
ェハを取り囲む形で配設されることになる。したがっ
て、成膜時にはウェハへ向けて不純物を均一に放出する
ことが可能となる。
【0027】一方、本発明の他の成膜方法では、成膜室
の内部で原料ガスのガス流をウェハの表面に略平行に、
しかも能動的に形成する。したがって、配列されたウェ
ハ間に拡散流のみが侵入していた従来の方式に比べ、ウ
ェハ表面におけるガスの流速が格段に速くなり、仮にド
ーパント・ガスに関して供給律速条件が成立していたと
しても、ウェハの周縁部のみでこれがすべて消費される
懸念は無くなる。つまり、ウェハの中央部においてドー
ピング濃度が低下するといった問題を回避することがで
きる。
の内部で原料ガスのガス流をウェハの表面に略平行に、
しかも能動的に形成する。したがって、配列されたウェ
ハ間に拡散流のみが侵入していた従来の方式に比べ、ウ
ェハ表面におけるガスの流速が格段に速くなり、仮にド
ーパント・ガスに関して供給律速条件が成立していたと
しても、ウェハの周縁部のみでこれがすべて消費される
懸念は無くなる。つまり、ウェハの中央部においてドー
ピング濃度が低下するといった問題を回避することがで
きる。
【0028】このとき、原料ガス供給手段のノズルと排
気手段のノズルとが一対となって共に成膜室内に開口さ
れた本発明の減圧CVD装置を用いれば、上述のガス流
を容易に形成することができる。また、本発明の減圧C
VD装置を複数のウェハを一列に並べて収容するバッチ
式減圧CVD装置とした場合には、これら各ノズルを前
記成膜室の軸方向に沿って延在させ、その開口を該ノズ
ルに規則的に配列された多数の細孔とすることにより、
どのウェハの主面においてもこれと略平行なガス流を均
一な流速をもって形成することができる。
気手段のノズルとが一対となって共に成膜室内に開口さ
れた本発明の減圧CVD装置を用いれば、上述のガス流
を容易に形成することができる。また、本発明の減圧C
VD装置を複数のウェハを一列に並べて収容するバッチ
式減圧CVD装置とした場合には、これら各ノズルを前
記成膜室の軸方向に沿って延在させ、その開口を該ノズ
ルに規則的に配列された多数の細孔とすることにより、
どのウェハの主面においてもこれと略平行なガス流を均
一な流速をもって形成することができる。
【0029】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、図
面を参照しながら説明する。
面を参照しながら説明する。
【0030】実施例1 本実施例は、従来型のバッチ式縦型減圧CVD装置を用
い、その成膜室である石英管の内壁面に予備ドーピング
にてリン(P)を含有するSi薄膜を堆積させた後、ウ
ェハ上でのポリシリコン薄膜の成膜時にこのリンを膜中
に取り込ませることにより、MOS−FETのゲート電
極形成用のポリシリコン薄膜を成膜した例である。
い、その成膜室である石英管の内壁面に予備ドーピング
にてリン(P)を含有するSi薄膜を堆積させた後、ウ
ェハ上でのポリシリコン薄膜の成膜時にこのリンを膜中
に取り込ませることにより、MOS−FETのゲート電
極形成用のポリシリコン薄膜を成膜した例である。
【0031】本実施例で用いた装置は、先の図5に示し
た従来型のバッチ式縦型減圧CVD装置102であり、
8インチ径のウェハを一度に120枚セット可能であ
る。
た従来型のバッチ式縦型減圧CVD装置102であり、
8インチ径のウェハを一度に120枚セット可能であ
る。
【0032】まず、ウェハ・ボート7にダミーのウェハ
Wをセットし、一例として下記の条件で予備ドーピング
を行った。 SiH4 流量 500 SCCM N2 流量 2000 SCCM PH3 流量 0.5 SCCM ドーピング温度 550 ℃ 圧力 50 Pa この予備ドーピングにより、石英管1の内壁面やウェハ
・ボート7の表面に、リンを含有する極く薄いSi薄膜
が形成された。
Wをセットし、一例として下記の条件で予備ドーピング
を行った。 SiH4 流量 500 SCCM N2 流量 2000 SCCM PH3 流量 0.5 SCCM ドーピング温度 550 ℃ 圧力 50 Pa この予備ドーピングにより、石英管1の内壁面やウェハ
・ボート7の表面に、リンを含有する極く薄いSi薄膜
が形成された。
【0033】次に、予めゲート酸化膜を表面に形成した
単結晶Si基板をプロセス用のウェハWとしてウェハ・
ボート7にセットし、一例として下記の条件で膜厚約
0.2μmのポリシリコン薄膜を成膜した。 SiH4 流量 500 SCCM N2 流量 2000 SCCM 成膜温度 550 ℃ 圧力 50 Pa この条件はポリシリコン薄膜の成長に関して反応律速条
件であるため、ポリシリコン薄膜の膜厚均一性はウェハ
面内、ウェハ間のいずれにおいても良好であった。しか
も、この薄膜の成長は、石英管1の内壁面に堆積したS
i薄膜から放出されるリンを取り込みながら進行した。
単結晶Si基板をプロセス用のウェハWとしてウェハ・
ボート7にセットし、一例として下記の条件で膜厚約
0.2μmのポリシリコン薄膜を成膜した。 SiH4 流量 500 SCCM N2 流量 2000 SCCM 成膜温度 550 ℃ 圧力 50 Pa この条件はポリシリコン薄膜の成長に関して反応律速条
件であるため、ポリシリコン薄膜の膜厚均一性はウェハ
面内、ウェハ間のいずれにおいても良好であった。しか
も、この薄膜の成長は、石英管1の内壁面に堆積したS
i薄膜から放出されるリンを取り込みながら進行した。
【0034】次に、上述のようにして得られたポリシリ
コン薄膜を二次イオン質量分析法(SIMS)により評
価した。用いた一次イオンはCs+ である。分析結果を
図2に示す。この図は、測定生データにもとづいてウェ
ハ表面からの深さ(μm)とリン濃度(原子数/c
m3 )との関係を算出した結果を表すグラフである。こ
れより、リン濃度が約3×1018原子/cm3 (約0.
01wt%)のポリシリコン薄膜が成膜されていることが
明らかである。このリン濃度は、ウェハ面内において均
一であった。
コン薄膜を二次イオン質量分析法(SIMS)により評
価した。用いた一次イオンはCs+ である。分析結果を
図2に示す。この図は、測定生データにもとづいてウェ
ハ表面からの深さ(μm)とリン濃度(原子数/c
m3 )との関係を算出した結果を表すグラフである。こ
れより、リン濃度が約3×1018原子/cm3 (約0.
01wt%)のポリシリコン薄膜が成膜されていることが
明らかである。このリン濃度は、ウェハ面内において均
一であった。
【0035】このように、本実施例によりドーピング濃
度が希薄でありながら、膜厚均一性にも優れるポリシリ
コン薄膜を成膜することができた。かかるポリシリコン
薄膜は、膜厚10nm以下のゲート絶縁膜(SiO
2 膜)上に形成されるゲート電極形成層として、極めて
好適であった。
度が希薄でありながら、膜厚均一性にも優れるポリシリ
コン薄膜を成膜することができた。かかるポリシリコン
薄膜は、膜厚10nm以下のゲート絶縁膜(SiO
2 膜)上に形成されるゲート電極形成層として、極めて
好適であった。
【0036】実施例2 本実施例では、予備ドーピング時のリンの導入量を増大
させるための補助壁材としてインナーチューブを備えた
バッチ式縦型減圧CVD装置を構成した。図1に、本実
施例のインナーチューブ付き減圧CVD装置100の構
成例を示す。図1の参照符号は先の図5と一部共通と
し、共通部材の説明は省略する。
させるための補助壁材としてインナーチューブを備えた
バッチ式縦型減圧CVD装置を構成した。図1に、本実
施例のインナーチューブ付き減圧CVD装置100の構
成例を示す。図1の参照符号は先の図5と一部共通と
し、共通部材の説明は省略する。
【0037】本実施例のインナーチューブ付き減圧CV
D装置100は、円筒形の石英管1の内壁面に沿って同
じく円筒形のインナーチューブ9を備えている。このイ
ンナーチューブ9は、多数の円形の微細貫通孔が規則的
に配列された石英板から構成されており、予備ドーピン
グ時には石英管1の内壁面と共にリン含有Si薄膜が堆
積する基材となる。
D装置100は、円筒形の石英管1の内壁面に沿って同
じく円筒形のインナーチューブ9を備えている。このイ
ンナーチューブ9は、多数の円形の微細貫通孔が規則的
に配列された石英板から構成されており、予備ドーピン
グ時には石英管1の内壁面と共にリン含有Si薄膜が堆
積する基材となる。
【0038】また、ガス供給管5は、インナーチューブ
9の内側に開口されている。
9の内側に開口されている。
【0039】実施例3 本実施例では、実施例2のインナーチューブ付き減圧C
VD装置100を用い、実施例1よりもリン濃度が1桁
高いポリシリコン薄膜を成膜した。まず、ウェハ・ボー
ト7にダミーのウェハWをセットし、一例として下記の
条件で予備ドーピングを行った。
VD装置100を用い、実施例1よりもリン濃度が1桁
高いポリシリコン薄膜を成膜した。まず、ウェハ・ボー
ト7にダミーのウェハWをセットし、一例として下記の
条件で予備ドーピングを行った。
【0040】SiH4 流量 500 SCCM N2 流量 2000 SCCM PH3 流量 10 SCCM ドーピング温度 550 ℃ 圧力 50 Pa
【0041】この予備ドーピングにより、石英管1の内
壁面、インナーチューブ9の表面、およびウェハ・ボー
ト7の表面に高濃度のリンを含有するSi薄膜が形成さ
れた。続いて、実施例1と同じ条件でポリシリコン薄膜
を成膜したところ、成膜中に大量のリンが雰囲気中に放
出された。この結果、リン濃度が約3×1019原子/c
m3 (約0.1wt%)のポリシリコン薄膜が成膜され
た。このポリシリコン薄膜は、現行の16MDRAMで
用いられる膜厚10〜15nm程度のゲート絶縁膜(S
iO2 膜)上のゲート電極形成層として好適であった。
壁面、インナーチューブ9の表面、およびウェハ・ボー
ト7の表面に高濃度のリンを含有するSi薄膜が形成さ
れた。続いて、実施例1と同じ条件でポリシリコン薄膜
を成膜したところ、成膜中に大量のリンが雰囲気中に放
出された。この結果、リン濃度が約3×1019原子/c
m3 (約0.1wt%)のポリシリコン薄膜が成膜され
た。このポリシリコン薄膜は、現行の16MDRAMで
用いられる膜厚10〜15nm程度のゲート絶縁膜(S
iO2 膜)上のゲート電極形成層として好適であった。
【0042】このように、本発明は、実施例1で述べた
ような将来の希薄ドーピングにも対応可能であるが、本
実施例のような現行濃度のドーピングにももちろん正確
に対応することができる。
ような将来の希薄ドーピングにも対応可能であるが、本
実施例のような現行濃度のドーピングにももちろん正確
に対応することができる。
【0043】実施例4 本実施例では、石英管1内のガス流をウェハ面に対して
平行とするためにガス供給ノズルと排気ノズルの形状に
工夫を施したバッチ式縦型減圧CVD装置を構成した。
図3に、本実施例の改良ノズル付き減圧CVD装置10
1の縦方向断面、図4に図3のX−X線断面を示す。こ
れらの図面の参照符号は先の図5と一部共通とし、共通
部材の説明は省略する。
平行とするためにガス供給ノズルと排気ノズルの形状に
工夫を施したバッチ式縦型減圧CVD装置を構成した。
図3に、本実施例の改良ノズル付き減圧CVD装置10
1の縦方向断面、図4に図3のX−X線断面を示す。こ
れらの図面の参照符号は先の図5と一部共通とし、共通
部材の説明は省略する。
【0044】本実施例の改良ノズル付き減圧CVD装置
101においては、石英管1の底部の隔壁4に開口され
るガス供給管10の先端に該石英管1の軸方向に延在さ
れるガス供給ノズル10aが接続され、一方、石英管1
の頂部に開口される排気管11の先端に同じく石英管1
の軸方向に延在される排気ノズル11aが接続されてい
る。
101においては、石英管1の底部の隔壁4に開口され
るガス供給管10の先端に該石英管1の軸方向に延在さ
れるガス供給ノズル10aが接続され、一方、石英管1
の頂部に開口される排気管11の先端に同じく石英管1
の軸方向に延在される排気ノズル11aが接続されてい
る。
【0045】これらガス供給ノズル10aと排気ノズル
11aの断面形状は、図4に示されるように半円環状を
なし、ウェハWとの対向面にはそれぞれ規則的に配列す
る多数の細孔10b,11bが開口されている。したが
って、ガス供給管10に矢印D方向から導入された原料
ガスは、矢印Fで示されるように、細孔10bから放出
され、原料ガスがウェハ・ボート7の3本の支柱8の間
を通過してウェハWの面上を流れた後、対向する細孔1
1bに入り、排気管11から矢印E方向に排気される。
11aの断面形状は、図4に示されるように半円環状を
なし、ウェハWとの対向面にはそれぞれ規則的に配列す
る多数の細孔10b,11bが開口されている。したが
って、ガス供給管10に矢印D方向から導入された原料
ガスは、矢印Fで示されるように、細孔10bから放出
され、原料ガスがウェハ・ボート7の3本の支柱8の間
を通過してウェハWの面上を流れた後、対向する細孔1
1bに入り、排気管11から矢印E方向に排気される。
【0046】実施例5 本実施例では、実施例4の改良ノズル付き減圧CVD装
置101を用い、実施例3と同程度のリン濃度を有する
ポリシリコン薄膜を成膜した。すなわち、ウェハ・ボー
ト7にウェハWをセットし、一例として下記の条件で成
膜を行った。
置101を用い、実施例3と同程度のリン濃度を有する
ポリシリコン薄膜を成膜した。すなわち、ウェハ・ボー
ト7にウェハWをセットし、一例として下記の条件で成
膜を行った。
【0047】 SiH4 流量 500 SCCM N2 流量 2000 SCCM PH3 流量 0.01 SCCM 成膜温度 550 ℃ 圧力 50 Pa ウェハ・ボートの回転速度 0.2〜1.0 rpm 本実施例では、石英管1内のガス流がウェハWに対して
平行に形成され、しかもウェハWが回転されることによ
り、膜厚およびドーピング濃度(約0.1wt%)の均一
性に極めて優れるポリシリコン薄膜を成膜することがで
きた。
平行に形成され、しかもウェハWが回転されることによ
り、膜厚およびドーピング濃度(約0.1wt%)の均一
性に極めて優れるポリシリコン薄膜を成膜することがで
きた。
【0048】以上、本発明を5例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例では、インナ
ーチューブ付きの減圧CVD装置およびこれを用いて予
備ドーピングを行う成膜プロセスと、改良ノズル付きの
減圧CVD装置およびこれを用いてウェハに平行なガス
流を形成する成膜プロセスとを別々に説明したが、これ
らの装置構成もしくはプロセスを組み合わせることもで
きる。たとえば、改良ノズル付きの減圧CVD装置を用
いて予備ドーピングを行うことも可能である。
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例では、インナ
ーチューブ付きの減圧CVD装置およびこれを用いて予
備ドーピングを行う成膜プロセスと、改良ノズル付きの
減圧CVD装置およびこれを用いてウェハに平行なガス
流を形成する成膜プロセスとを別々に説明したが、これ
らの装置構成もしくはプロセスを組み合わせることもで
きる。たとえば、改良ノズル付きの減圧CVD装置を用
いて予備ドーピングを行うことも可能である。
【0049】また、本発明は、ロード・ロック室を持た
ない減圧CVD装置や、横型減圧CVD装置にも適用可
能である。この他、使用する不純物の種類、ドーピング
条件、成膜条件、成膜される薄膜の種類も適宜変更可能
である。
ない減圧CVD装置や、横型減圧CVD装置にも適用可
能である。この他、使用する不純物の種類、ドーピング
条件、成膜条件、成膜される薄膜の種類も適宜変更可能
である。
【0050】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の成膜方法によれば、必ずしも従来の減圧CVD装置
を改造することなく、薄膜の膜厚の均一化を図りながら
希薄ドーピングの濃度均一性も向上させることができ
る。したがって、半導体デバイスの製造分野における精
密な成膜への要求に十分に対応することができる。
明の成膜方法によれば、必ずしも従来の減圧CVD装置
を改造することなく、薄膜の膜厚の均一化を図りながら
希薄ドーピングの濃度均一性も向上させることができ
る。したがって、半導体デバイスの製造分野における精
密な成膜への要求に十分に対応することができる。
【0051】また本発明の減圧CVD装置は、従来装置
に対して比較的簡単な改造を施すことにより構成でき、
スペース効率や経済性に極めて優れている。したがって
本発明は、成膜制御の高度化を通じて半導体デバイスの
高集積化、微細化、高性能化に大きく貢献するものであ
る。
に対して比較的簡単な改造を施すことにより構成でき、
スペース効率や経済性に極めて優れている。したがって
本発明は、成膜制御の高度化を通じて半導体デバイスの
高集積化、微細化、高性能化に大きく貢献するものであ
る。
【図1】本発明のインナーチューブ付き減圧CVD装置
の構成例を示す概略断面図である。
の構成例を示す概略断面図である。
【図2】予備ドーピングを行う本発明の成膜方法により
成膜したポリシリコン薄膜について、リン濃度の深さ方
向分布を示す特性図である。
成膜したポリシリコン薄膜について、リン濃度の深さ方
向分布を示す特性図である。
【図3】本発明の改良ノズル付き減圧CVD装置の構成
例を示す概略断面図である。
例を示す概略断面図である。
【図4】図3のX−X線断面図である。
【図5】従来のバッチ式縦型減圧CVD装置の構成例を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
1 石英管 2 ヒータ 3 ロードロック室 5,10 ガス供給管 6,11 排気管 7 ウェハ・ボート 9 インナーチューブ 10a ガス供給ノズル 10b (ガス供給ノズル10aの)細孔 11a 排気ノズル 11b (排気ノズル11aの)細孔 12 モータ 100 インナーチューブ付き減圧CVD装置 101 改良ノズル付き減圧CVD装置 W ウェハ
Claims (10)
- 【請求項1】 減圧CVD装置の成膜室内に基板を保持
し、この基板上に所望の不純物を含有する薄膜を成膜す
る成膜方法において、 前記薄膜の成膜開始前に前記成膜室の内部構成部材に前
記不純物を予め担持させ、成膜時には成膜ガスを該成膜
室内へ供給すると共に、該不純物を成膜雰囲気中へ放出
させることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項2】 前記不純物は、前記内部構成部材の表面
に該不純物を含有する薄膜を堆積させることにより該内
部構成部材に担持させることを特徴とする請求項1記載
の成膜方法。 - 【請求項3】 減圧CVD装置の成膜室内に基板を保持
し、この基板上に所望の不純物を含有する薄膜を成膜す
る成膜方法において、 前記成膜室内では、成膜ガスとドーピング・ガスとを混
合してなる原料ガスの供給系統から排気系統へ至る能動
的なガス流を、前記基板の主面に対して略平行に能動的
に形成することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項4】 前記薄膜がポリシリコン薄膜であること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
記載の成膜方法。 - 【請求項5】 基板を収容し、該基板上に所望の薄膜を
成膜するための成膜室と、 前記成膜室を加熱するための加熱手段と、 前記成膜室内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給手段
と、 前記成膜室内の排気を行うための排気手段と、 前記成膜室の内部構成部材の表面積を増大させるための
補助壁材とを備えた減圧CVD装置。 - 【請求項6】 前記成膜室は管状をなし、その内部に前
記基板が主面を該成膜室の軸方向に対して垂直となす状
態で複数枚配列されるようになされた請求項5記載の減
圧CVD装置。 - 【請求項7】 前記補助壁材は、前記成膜室の内壁面に
沿って設けられる板状部材からなり、 前記成膜ガス供給手段は前記補助壁材の内壁面側に開口
されてなる請求項5記載または請求項6に記載の減圧C
VD装置。 - 【請求項8】 基板を収容し、該基板上に所望の薄膜を
成膜するための成膜室と、 前記成膜室を加熱するための加熱手段と、 前記成膜室内に成膜ガスとドーピング・ガスとを混合し
てなる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、 前記成膜室内の排気を行うための排気手段とを備えた減
圧CVD装置であって、 前記原料ガス供給手段と前記排気手段とが共に前記成膜
室内に開口するノズルを有し、これら各ノズルが一対と
なって前記基板の主面に略平行なガス流を形成するよう
になされた減圧CVD装置。 - 【請求項9】 前記成膜室が複数の基板を収容可能な管
状部材にて構成され、これら各基板の主面が該成膜室の
軸方向に対して垂直に保持可能となされた請求項8記載
の減圧CVD装置。 - 【請求項10】 前記各ノズルが前記成膜室の軸方向に
沿って延在され、その開口が該ノズルに規則的に配列さ
れた多数の細孔により構成されてなる請求項8または請
求項9に記載の減圧CVD装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9731294A JPH07307292A (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 成膜方法およびこれに用いる減圧cvd装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9731294A JPH07307292A (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 成膜方法およびこれに用いる減圧cvd装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07307292A true JPH07307292A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=14188975
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9731294A Withdrawn JPH07307292A (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 成膜方法およびこれに用いる減圧cvd装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07307292A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100450286B1 (ko) * | 2001-11-15 | 2004-10-15 | 국제엘렉트릭코리아 주식회사 | 플라즈마를 이용한 화학기상증착 장치 |
KR100481441B1 (ko) * | 2000-02-15 | 2005-04-07 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 반도체 장치의 제조방법 및 반도체 제조장치 |
KR100906048B1 (ko) * | 2007-06-14 | 2009-07-03 | 주식회사 동부하이텍 | Lpcvd 장치 및 lpcvd 장치를 이용한 폴리 실리콘증착 방법 |
JP2014534644A (ja) * | 2011-11-17 | 2014-12-18 | ユ−ジーン テクノロジー カンパニー.リミテッド | 補助ガス供給ポートを含む基板処理装置 |
-
1994
- 1994-05-11 JP JP9731294A patent/JPH07307292A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100481441B1 (ko) * | 2000-02-15 | 2005-04-07 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 반도체 장치의 제조방법 및 반도체 제조장치 |
KR100450286B1 (ko) * | 2001-11-15 | 2004-10-15 | 국제엘렉트릭코리아 주식회사 | 플라즈마를 이용한 화학기상증착 장치 |
KR100906048B1 (ko) * | 2007-06-14 | 2009-07-03 | 주식회사 동부하이텍 | Lpcvd 장치 및 lpcvd 장치를 이용한 폴리 실리콘증착 방법 |
JP2014534644A (ja) * | 2011-11-17 | 2014-12-18 | ユ−ジーン テクノロジー カンパニー.リミテッド | 補助ガス供給ポートを含む基板処理装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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