JP3057716B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜形成方法に関し、特に気相成長法を用い
てＰ型あるいはＮ型不純物のドーピングを行う薄膜形成
方法に関するものである。
てＰ型あるいはＮ型不純物のドーピングを行う薄膜形成
方法に関するものである。
薄膜形成技術は、半導体、金属、あるいはセラミック
ス工業など多くの工業分野で重要な技術となっている。
特に、シリコン半導体装置製造プロセスでは、ウェーハ
面上にＰ型あるいはＮ型の不純物をドーピングしたエピ
タキシャル膜や多結晶シリコン膜を均一成長する技術が
要求されている。従来、スループットが高く、高品質の
膜が得られる化学気相成長法が工業的に用いられてお
り、多くの装置が開発されて来た。比較的低温で成長が
行われる多結晶シリコンの成長装置としては、ホットウ
ォール方式の反応炉を用いたLPCVD装置が使用されてお
り、現在では酸素巻き込みが少なくウェーハ回転の容易
な縦型炉が主流になりつつある。また、エピタキシャル
成長装置としては、エピ成長が高温プロセスであるた
め、反応管へのシリコン堆積の少ないバレル型、パンケ
ーキ型と呼ばれるコールドウォール方式の反応炉が使用
されて来た。しかし処理ウェーハの大口径化が伴いスル
ープットの点で現象の要求を満たすことが困難となって
きており、最近になって種々の新しい方式の装置が試作
されている。例えば、縦型反応管を用いたホットウォー
ル方式で、大口径６インチウェーハを大量に処理できる
装置が提案されている（特開昭63−0086424）。
ス工業など多くの工業分野で重要な技術となっている。
特に、シリコン半導体装置製造プロセスでは、ウェーハ
面上にＰ型あるいはＮ型の不純物をドーピングしたエピ
タキシャル膜や多結晶シリコン膜を均一成長する技術が
要求されている。従来、スループットが高く、高品質の
膜が得られる化学気相成長法が工業的に用いられてお
り、多くの装置が開発されて来た。比較的低温で成長が
行われる多結晶シリコンの成長装置としては、ホットウ
ォール方式の反応炉を用いたLPCVD装置が使用されてお
り、現在では酸素巻き込みが少なくウェーハ回転の容易
な縦型炉が主流になりつつある。また、エピタキシャル
成長装置としては、エピ成長が高温プロセスであるた
め、反応管へのシリコン堆積の少ないバレル型、パンケ
ーキ型と呼ばれるコールドウォール方式の反応炉が使用
されて来た。しかし処理ウェーハの大口径化が伴いスル
ープットの点で現象の要求を満たすことが困難となって
きており、最近になって種々の新しい方式の装置が試作
されている。例えば、縦型反応管を用いたホットウォー
ル方式で、大口径６インチウェーハを大量に処理できる
装置が提案されている（特開昭63−0086424）。
以下、シリコンのエピタキシャル成長を例に挙げて説
明する。
明する。
第１図は、前述した縦型LPCVD（シリコンエピタキシ
ャル成長）装置の概略を示したものである。図に示すよ
うに、反応容器は架台７に支持された内外管1,2からな
る二重構造で、外管１で真空保持し、内管２内でウェー
ハホルダ９に支持されて回転するウェーハ８にノズル管
３を用いて反応ガスを供給している。反応ガスはウェー
ハ成長面上に通って内管２の円筒面内に設けられた多数
のガス排出孔４を通して排気口５より排出される。従来
のエピタキシャル成長は、減圧下で抵抗加熱炉６により
900℃〜1200℃にウェーハを加熱し、PH3、B2H6、AsH3等
のドーピングガスと成長に係わるSiH2Cl2等の反応ガス
も同一ノズル管から放出するか、あるいはドーピングガ
スと成長に係わる反応ガスを異なるノズル管から同時に
放出して行っていた。
ャル成長）装置の概略を示したものである。図に示すよ
うに、反応容器は架台７に支持された内外管1,2からな
る二重構造で、外管１で真空保持し、内管２内でウェー
ハホルダ９に支持されて回転するウェーハ８にノズル管
３を用いて反応ガスを供給している。反応ガスはウェー
ハ成長面上に通って内管２の円筒面内に設けられた多数
のガス排出孔４を通して排気口５より排出される。従来
のエピタキシャル成長は、減圧下で抵抗加熱炉６により
900℃〜1200℃にウェーハを加熱し、PH3、B2H6、AsH3等
のドーピングガスと成長に係わるSiH2Cl2等の反応ガス
も同一ノズル管から放出するか、あるいはドーピングガ
スと成長に係わる反応ガスを異なるノズル管から同時に
放出して行っていた。
気相成長法でウェーハ面上に均一な膜成長を行うため
には、反応ガスの熱分解により生じた種々の反応種を全
被成長領域に対し均一に供給する必要がある。SiH2Cl2
−H2−PH3系のＮ型シリコンエピタキシャル成長を例に
挙げて説明すれば、SiH2Cl2の熱分解により生じた膜成
長に係わるSiCl2及びPH3の熱分解により生成したドーピ
ングに係わるPHi（ｉ＝1,2,3）などの反応ガス種を全ウ
ェーハ被成長領域に均一供給する必要がある。前述した
単一ノズル管から反応ガスを同時に放出する方法では、
均一成長のため、ノズル管から噴出されるガス流速と噴
出方向の最適化を行っているが、SiH2Cl2とPH3の熱分解
温度、あるいはそれらの熱分解種とSi基板との化学反応
速度に差があることから、膜厚と抵抗率を同時に均一に
する成長条件を見いだすことは困難となっている。第２
図（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ膜厚分布および抵抗率分
布を最適化した場合の結果を示したものである。一方、
複数ノズル管を用いた成長方法は、膜成長を行うための
SiH2Cl2ガスと抵抗率制御を行うためのPH3ガスとを別の
ノズル管から供給することにより、膜成長と抵抗率につ
いて独立に最適条件を得ようとしたものである。しか
し、この方法の場合でも、各ノズル管から噴出されたガ
ス同士がウェーハ面上で相互干渉するために、膜厚分布
と抵抗率分布とを完全に独立させて制御することはでき
ない（第３図（Ａ），（Ｂ））。即ち、あるノズル管か
ら噴出されたガス流のウェーハ面内でのフローパターン
は、他のノズル管からのガス流により大きく変化する。
以上述べたように、従来方法では、大口径ウェーハに対
して良好な膜厚均一性と抵抗率均一性を同時に満足する
成長条件を見いだすことは困難となっている。
には、反応ガスの熱分解により生じた種々の反応種を全
被成長領域に対し均一に供給する必要がある。SiH2Cl2
−H2−PH3系のＮ型シリコンエピタキシャル成長を例に
挙げて説明すれば、SiH2Cl2の熱分解により生じた膜成
長に係わるSiCl2及びPH3の熱分解により生成したドーピ
ングに係わるPHi（ｉ＝1,2,3）などの反応ガス種を全ウ
ェーハ被成長領域に均一供給する必要がある。前述した
単一ノズル管から反応ガスを同時に放出する方法では、
均一成長のため、ノズル管から噴出されるガス流速と噴
出方向の最適化を行っているが、SiH2Cl2とPH3の熱分解
温度、あるいはそれらの熱分解種とSi基板との化学反応
速度に差があることから、膜厚と抵抗率を同時に均一に
する成長条件を見いだすことは困難となっている。第２
図（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ膜厚分布および抵抗率分
布を最適化した場合の結果を示したものである。一方、
複数ノズル管を用いた成長方法は、膜成長を行うための
SiH2Cl2ガスと抵抗率制御を行うためのPH3ガスとを別の
ノズル管から供給することにより、膜成長と抵抗率につ
いて独立に最適条件を得ようとしたものである。しか
し、この方法の場合でも、各ノズル管から噴出されたガ
ス同士がウェーハ面上で相互干渉するために、膜厚分布
と抵抗率分布とを完全に独立させて制御することはでき
ない（第３図（Ａ），（Ｂ））。即ち、あるノズル管か
ら噴出されたガス流のウェーハ面内でのフローパターン
は、他のノズル管からのガス流により大きく変化する。
以上述べたように、従来方法では、大口径ウェーハに対
して良好な膜厚均一性と抵抗率均一性を同時に満足する
成長条件を見いだすことは困難となっている。
本発明の目的は、ウェーハ上でのガス同士の相互干渉
をなくすことによ、前記課題を解決した薄膜形成方法を
提供することにある。
をなくすことによ、前記課題を解決した薄膜形成方法を
提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る薄膜形成方法
は、反応管内に複数枚の被成長基板（ウェーハ）を所定
の間隔でほぼ水平に積み重ねて保持し、その長手方向に
複数のガス放出孔を有する複数本のノズル管より、前記
複数枚の被成長基板のそれぞれの被成長面にほぼ平行に
反応ガスを流し、気相成長法で前記被成長基板上にＮ型
あるいはＰ型の薄膜を形成する方法であって、 拡散工程を含み、 膜成長に係わる反応ガスを供給する工程と、Ｎ型ある
いはＰ型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順
次繰り返し行うものである。
は、反応管内に複数枚の被成長基板（ウェーハ）を所定
の間隔でほぼ水平に積み重ねて保持し、その長手方向に
複数のガス放出孔を有する複数本のノズル管より、前記
複数枚の被成長基板のそれぞれの被成長面にほぼ平行に
反応ガスを流し、気相成長法で前記被成長基板上にＮ型
あるいはＰ型の薄膜を形成する方法であって、 拡散工程を含み、 膜成長に係わる反応ガスを供給する工程と、Ｎ型ある
いはＰ型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順
次繰り返し行うものである。
また前記ドーピングガスを供給する工程と膜成長に係
わる反応ガスを供給する工程との間に、薄膜に対しアニ
ール処理を施す工程を行うものである。
わる反応ガスを供給する工程との間に、薄膜に対しアニ
ール処理を施す工程を行うものである。
また前記膜成長に係わる反応ガスを供給する工程とド
ーピングガスを供給する工程とを順次繰り返して所望の
厚さの薄膜を形成した後、薄膜に対しアニール処理を施
すものである。
ーピングガスを供給する工程とを順次繰り返して所望の
厚さの薄膜を形成した後、薄膜に対しアニール処理を施
すものである。
上述した従来方法の課題を解決するため、本発明で
は、膜成長に係わる反応ガスを供給する工程とＮ型ある
いはＰ型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順
次繰り返し行うという方法を用いた。このため、反応ガ
スとドーピングガスとが同時に複数本のノズル管から放
出が行われることは無く、従来方法のようにガス同士の
相互干渉は起こり得ない。従って、本発明の方法によれ
ば、膜厚均一性、抵抗率均一性ともに良好な薄膜を形成
することができる。本発明の場合、ドーパントのウェー
ハ成長面上への供給が断続的であるので、薄膜の成長方
向に測定した不純物分布が不連続になることが懸念され
るが、膜成長とドーピングの各繰り返しサイクルにおい
て成長した膜厚をドーパントが十分拡散するだけの時間
アニール処理を加えるか、あるいは、全サイクル終了後
にアニール処理を多えれば問題無い。
は、膜成長に係わる反応ガスを供給する工程とＮ型ある
いはＰ型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順
次繰り返し行うという方法を用いた。このため、反応ガ
スとドーピングガスとが同時に複数本のノズル管から放
出が行われることは無く、従来方法のようにガス同士の
相互干渉は起こり得ない。従って、本発明の方法によれ
ば、膜厚均一性、抵抗率均一性ともに良好な薄膜を形成
することができる。本発明の場合、ドーパントのウェー
ハ成長面上への供給が断続的であるので、薄膜の成長方
向に測定した不純物分布が不連続になることが懸念され
るが、膜成長とドーピングの各繰り返しサイクルにおい
て成長した膜厚をドーパントが十分拡散するだけの時間
アニール処理を加えるか、あるいは、全サイクル終了後
にアニール処理を多えれば問題無い。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
（実施例１） 実施例１は、本発明の方法をシリコンエピタキシャル
成長に応用したものである。
成長に応用したものである。
エピタキシャル成長炉としては、第１図に示した縦型
LPCVD装置を使用した。本実施例ではノズル管３を２本
とし、ガス放出方向は第３図に示したようにウェーハ中
心に対し第１のノズル管３については０゜、第２のノズ
ル管３については30゜とした。ウェーハホールダ９にＰ
型のシリコンウェーハ８を50枚搭載して毎分５回転の回
転速度で回転させ、反応管1,2内温度を1080℃、真空度
を80torrとした。エピタキシャル成長は、H2アニール処
理を３分間施した後、以下に記載する成長、ドーピン
グ、アニール処理の各工程を交互に順次10回繰り返し
て、１μｍ厚のＮ型シリコンエピタキシャル膜を形成し
た。膜成長工程は第２のノズル管３よりH2を20SLM、SiH
2Cl2を200SCCMの流量で６秒間供給して行う。ドーピン
グ工程は第１のノズル管３よりH2を20SLM、PH3を50SCCM
で10秒間供給して行う。アニール処理工程は第１のノズ
ル管および第２のノズル管ともにH2を20SLMの流量で流
しながら３分間行った。各膜成長工程でのエピ成長速度
0.1μm/minであり、アニール処理時間は成長温度におけ
るＰの単結晶シリコン中での拡散速度を考慮して決定し
た。
LPCVD装置を使用した。本実施例ではノズル管３を２本
とし、ガス放出方向は第３図に示したようにウェーハ中
心に対し第１のノズル管３については０゜、第２のノズ
ル管３については30゜とした。ウェーハホールダ９にＰ
型のシリコンウェーハ８を50枚搭載して毎分５回転の回
転速度で回転させ、反応管1,2内温度を1080℃、真空度
を80torrとした。エピタキシャル成長は、H2アニール処
理を３分間施した後、以下に記載する成長、ドーピン
グ、アニール処理の各工程を交互に順次10回繰り返し
て、１μｍ厚のＮ型シリコンエピタキシャル膜を形成し
た。膜成長工程は第２のノズル管３よりH2を20SLM、SiH
2Cl2を200SCCMの流量で６秒間供給して行う。ドーピン
グ工程は第１のノズル管３よりH2を20SLM、PH3を50SCCM
で10秒間供給して行う。アニール処理工程は第１のノズ
ル管および第２のノズル管ともにH2を20SLMの流量で流
しながら３分間行った。各膜成長工程でのエピ成長速度
0.1μm/minであり、アニール処理時間は成長温度におけ
るＰの単結晶シリコン中での拡散速度を考慮して決定し
た。
第４図は、本実施例で成長したエピ膜の膜厚分布と抵
抗率分布とを施したものであるが、膜厚均一性±３％、
抵抗率均一性±５％の良好な結果が得られた。さらに、
エピタキシャル層の深さ方向の不純物分布が均一になっ
ていることは確認するため、上述した条件と同様の条件
でN+（Sb）シリコンウェーハ上にエピ膜を成長した。た
だし、各工程の繰り返し回数は30回とし、エピ厚を３μ
ｍとした。第５図は、成長後のウェーハを斜め研磨し、
広がり抵抗法で深さ方向の抵抗測定を行った後、計算機
により不純物濃度に交換したものであるが、不純物濃度
には各膜成長サイクルに対応するようなリップルは認め
られず、エピ層中に均一ドーピングされていることが確
認された。
抗率分布とを施したものであるが、膜厚均一性±３％、
抵抗率均一性±５％の良好な結果が得られた。さらに、
エピタキシャル層の深さ方向の不純物分布が均一になっ
ていることは確認するため、上述した条件と同様の条件
でN+（Sb）シリコンウェーハ上にエピ膜を成長した。た
だし、各工程の繰り返し回数は30回とし、エピ厚を３μ
ｍとした。第５図は、成長後のウェーハを斜め研磨し、
広がり抵抗法で深さ方向の抵抗測定を行った後、計算機
により不純物濃度に交換したものであるが、不純物濃度
には各膜成長サイクルに対応するようなリップルは認め
られず、エピ層中に均一ドーピングされていることが確
認された。
（実施例２） 実施例２は、本発明の方法を低濃度PH3ドープの多結
晶シリコン成長に応用したものである。従来、低濃度ド
ープの多結晶シリコン膜を均一成長することは高濃度の
場合と比較して困難とされている。本実施例では、成長
装置として、実施例１と同一のものを使用した。実施例
１と同様、ウェーハホールダ９にＰ型のシリコンウェー
ハ８を50枚搭載して毎分５回転の回転速度で回転させ、
反応管1,2内温度を650℃、真空度を5torrとした。多結
晶シリコン成長は、第２のノズル管３よりH2を5SLM、Si
H4を400SCCMの流量で１分間供給する工程と、第１のノ
ズル管３よりH2を5SLM、PH3を50SCCMの流量で１分間供
給する工程とを交互に順次20回繰り返して、2000Åの多
結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜形成の場
合、膜中の不純物拡散速度が速いため、アニール処理工
程は必要としない。
晶シリコン成長に応用したものである。従来、低濃度ド
ープの多結晶シリコン膜を均一成長することは高濃度の
場合と比較して困難とされている。本実施例では、成長
装置として、実施例１と同一のものを使用した。実施例
１と同様、ウェーハホールダ９にＰ型のシリコンウェー
ハ８を50枚搭載して毎分５回転の回転速度で回転させ、
反応管1,2内温度を650℃、真空度を5torrとした。多結
晶シリコン成長は、第２のノズル管３よりH2を5SLM、Si
H4を400SCCMの流量で１分間供給する工程と、第１のノ
ズル管３よりH2を5SLM、PH3を50SCCMの流量で１分間供
給する工程とを交互に順次20回繰り返して、2000Åの多
結晶シリコン膜を形成した。多結晶シリコン膜形成の場
合、膜中の不純物拡散速度が速いため、アニール処理工
程は必要としない。
第６図は、以上の方法で成長した多結晶シリコン膜の
膜厚およびシート抵抗分布を示したものであるが、いず
れも良好な結果を示している。
膜厚およびシート抵抗分布を示したものであるが、いず
れも良好な結果を示している。
以上説明したように本発明は、反応管内に複数枚の被
成長基板（ウェーハ）を所定の間隔でほぼ水平に積み重
ねて保持し、その長手方向に複数の反応ガス放出孔を有
する複数本のノズル管より、前記複数枚の被成長基板の
それぞれの被成長面にほぼ平行に前記反応ガスを流し、
気相成長法で前記被成長基板上にＮ型あるいはＰ型の薄
膜を形成する方法において、膜成長に係わる反応ガスを
供給する工程とＮ型あるいはＰ型のドーピングガスを供
給する工程とを順次繰り返し行うため、反応ガスとドー
ピングガスとが同時にウェーハ上に放出されることはな
く、ウェーハ上でのガス同士の相互干渉を防止すること
ができ、そのため、大口径ウェーハに対し良好な膜厚分
布、抵抗率分布を得ることができる。
成長基板（ウェーハ）を所定の間隔でほぼ水平に積み重
ねて保持し、その長手方向に複数の反応ガス放出孔を有
する複数本のノズル管より、前記複数枚の被成長基板の
それぞれの被成長面にほぼ平行に前記反応ガスを流し、
気相成長法で前記被成長基板上にＮ型あるいはＰ型の薄
膜を形成する方法において、膜成長に係わる反応ガスを
供給する工程とＮ型あるいはＰ型のドーピングガスを供
給する工程とを順次繰り返し行うため、反応ガスとドー
ピングガスとが同時にウェーハ上に放出されることはな
く、ウェーハ上でのガス同士の相互干渉を防止すること
ができ、そのため、大口径ウェーハに対し良好な膜厚分
布、抵抗率分布を得ることができる。
第１図は本発明で使用した縦型LPCVD装置を示す断面
図、第２図（Ａ），（Ｂ）及び第３図（Ａ），（Ｂ）は
従来方法による薄膜形成法と膜厚及び抵抗率の均一性と
の関係を示す図、第４図は本発明の実施例１による方法
で形成したエピタキシャル膜の膜厚及び抵抗率分布を示
す図、第５図は本発明の実施例１によるウェーハの不純
物深さ分布を示す図、第６図は本発明の実施例２の方法
で形成した多結晶シリコン膜の膜厚及びシート抵抗分布
を示す図である。 １……外管、２……内管 ３……ノズル管、４……ガス排出孔 ５……排気口、６……抵抗加熱炉 ７……架台、８……ウェーハ ９……ウェーハホールダ
図、第２図（Ａ），（Ｂ）及び第３図（Ａ），（Ｂ）は
従来方法による薄膜形成法と膜厚及び抵抗率の均一性と
の関係を示す図、第４図は本発明の実施例１による方法
で形成したエピタキシャル膜の膜厚及び抵抗率分布を示
す図、第５図は本発明の実施例１によるウェーハの不純
物深さ分布を示す図、第６図は本発明の実施例２の方法
で形成した多結晶シリコン膜の膜厚及びシート抵抗分布
を示す図である。 １……外管、２……内管 ３……ノズル管、４……ガス排出孔 ５……排気口、６……抵抗加熱炉 ７……架台、８……ウェーハ ９……ウェーハホールダ
Claims (3)
- 【請求項１】反応管内に複数枚の被成長基板（ウェー
ハ）を所定の間隔でほぼ水平に積み重ねて保持し、その
長手方向に複数のガス放出孔を有する複数本のノズル管
より、前記複数枚の被成長基板のそれぞれの被成長面に
ほぼ平行に反応ガスを流し、気相成長法で前記被成長基
板上にＮ型あるいはＰ型の薄膜を形成する方法であっ
て、 拡散工程を含み、 膜成長に係わる反応ガスを供給する工程と、Ｎ型あるい
はＰ型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順次
繰り返し行うことを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項２】前記ドーピングガスを供給する工程と膜成
長に係わる反応ガスを供給する工程との間に、薄膜に対
しアニール処理を施す工程を行うことを特徴とする請求
項第（１）項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項３】前記膜成長に係わる反応ガスを供給する工
程とドーピングガスを供給する工程と順次繰り返して所
望の厚さの薄膜を形成した後、薄膜に対しアニール処理
を施すことを特徴とする請求項第（１）項に記載の薄膜
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150471A JP3057716B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150471A JP3057716B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442524A JPH0442524A (ja) | 1992-02-13 |
| JP3057716B2 true JP3057716B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=15497634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2150471A Expired - Lifetime JP3057716B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3057716B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004109092A1 (ja) | 2003-06-04 | 2004-12-16 | Bosch Corporation | 燃料噴射装置 |
-
1990
- 1990-06-08 JP JP2150471A patent/JP3057716B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0442524A (ja) | 1992-02-13 |
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