JP3373990B2 - 成膜装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
の製造工程における成膜装置及びその方法に関する。
の製造工程における成膜装置及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスにおいて、ポリシリコン
膜はトランジスタのゲート電極などをはじめ広範囲に用
いられており、特にデバイスの微細化が進んでディープ
サブミクロン領域になると、コンタクトホールの埋め込
み電極などを形成する場合に信頼性の高い材料として不
可欠のものになっている。このようなことからポリシリ
コン膜に不純物をドーピングする方法についても今後一
層検討を重ねなければならない状況にある。
膜はトランジスタのゲート電極などをはじめ広範囲に用
いられており、特にデバイスの微細化が進んでディープ
サブミクロン領域になると、コンタクトホールの埋め込
み電極などを形成する場合に信頼性の高い材料として不
可欠のものになっている。このようなことからポリシリ
コン膜に不純物をドーピングする方法についても今後一
層検討を重ねなければならない状況にある。
【0003】ところで、不純物例えばリン(P)をドー
プしたポリシリコン膜を形成する方法として、従来イオ
ン注入によりリンをポリシリコン膜内に打ち込み、その
後アニール処理する方法や、あるいはPOCl3 ガスを
用いてP2 O5 膜をポリシリコン膜の表面に形成し、そ
の後拡散処理する方法などが知られている。またHOT
−WALL型減圧CVDを利用した方法として、in−
situ法も知られている。
プしたポリシリコン膜を形成する方法として、従来イオ
ン注入によりリンをポリシリコン膜内に打ち込み、その
後アニール処理する方法や、あるいはPOCl3 ガスを
用いてP2 O5 膜をポリシリコン膜の表面に形成し、そ
の後拡散処理する方法などが知られている。またHOT
−WALL型減圧CVDを利用した方法として、in−
situ法も知られている。
【0004】しかしながらイオン注入によりリンをドー
プする方法は、イオン注入の衝撃によりポリシリコン膜
中の結晶が破壊する欠点があるし、またPOCl3 ガス
を用いた方法は、深さ方向の濃度均一性が悪く、更にP
2 O5 膜を削る工程を必要とするので工程が繁雑である
という欠点がある。
プする方法は、イオン注入の衝撃によりポリシリコン膜
中の結晶が破壊する欠点があるし、またPOCl3 ガス
を用いた方法は、深さ方向の濃度均一性が悪く、更にP
2 O5 膜を削る工程を必要とするので工程が繁雑である
という欠点がある。
【0005】これに対し、in−situ法は、上述の
ような欠点がないし、またドープ用ガスの流量を調整す
ることにより薄膜中のリン濃度をコントロールできるな
どの利点があり、例えば縦型熱処理装置により広く実施
されている。
ような欠点がないし、またドープ用ガスの流量を調整す
ることにより薄膜中のリン濃度をコントロールできるな
どの利点があり、例えば縦型熱処理装置により広く実施
されている。
【0006】ところで縦型熱処理装置を用いてin−s
itu法を実施する場合、反応管の底部から成膜ガス及
びフォスフィンガスを供給して上方に向かってガス流が
形成されるようにすると、上方へ向かうにつれてリンが
消費されるので、ウエハのリン濃度についての面間(ウ
エハ間)均一性が悪くなる。そこで本発明者は、図5に
示す構造を検討している。図5に示す縦型熱処理装置に
ついて簡単に説明すると、この方法について図4に示す
断面図を参照しながら説明すると、9は二重管構造の反
応管であり、この反応管9の下端には、主ガス導入管9
0と、互に長さの異なる副ガス導入管91、92及び排
気管93を備えたマニホールド94が配置されている。
先ずウエハWが多数枚例えば100枚搭載されたウエハ
ボート95を、図示しないボートエレベータにより反応
管9内に、その下端開口部から搬入してウエハWをロー
ドする。ウエハWのロード時において反応管9内はヒー
タ96により所定温度に加熱されている。次いで反応管
9内が所定の真空度となるように排気しながら例えばモ
ノシラン(SiH4 )ガス及びフォスフィン(Ph3)ガ
スを例えば窒素ガスで希釈して主ガス導入管90より反
応管9内に供給すると共に、フォスフィン(PH3)ガス
を例えば窒素ガスで希釈して副ガス導入管91、92に
より反応管9内に供給し、処理ガスの気相反応によりウ
エハ表面に薄膜が形成(成膜)される。
itu法を実施する場合、反応管の底部から成膜ガス及
びフォスフィンガスを供給して上方に向かってガス流が
形成されるようにすると、上方へ向かうにつれてリンが
消費されるので、ウエハのリン濃度についての面間(ウ
エハ間)均一性が悪くなる。そこで本発明者は、図5に
示す構造を検討している。図5に示す縦型熱処理装置に
ついて簡単に説明すると、この方法について図4に示す
断面図を参照しながら説明すると、9は二重管構造の反
応管であり、この反応管9の下端には、主ガス導入管9
0と、互に長さの異なる副ガス導入管91、92及び排
気管93を備えたマニホールド94が配置されている。
先ずウエハWが多数枚例えば100枚搭載されたウエハ
ボート95を、図示しないボートエレベータにより反応
管9内に、その下端開口部から搬入してウエハWをロー
ドする。ウエハWのロード時において反応管9内はヒー
タ96により所定温度に加熱されている。次いで反応管
9内が所定の真空度となるように排気しながら例えばモ
ノシラン(SiH4 )ガス及びフォスフィン(Ph3)ガ
スを例えば窒素ガスで希釈して主ガス導入管90より反
応管9内に供給すると共に、フォスフィン(PH3)ガス
を例えば窒素ガスで希釈して副ガス導入管91、92に
より反応管9内に供給し、処理ガスの気相反応によりウ
エハ表面に薄膜が形成(成膜)される。
【0007】上述の装置によれば副ガス導入管91、9
2から不足分のリンが補償されるので、図6に示すよう
にリン濃度の面間均一性が高くなる。なお副ガス導入管
91、92の先端開口部から流出したフォスフィンガス
は一部後方側にも拡散するので、グラフ中のリン濃度の
谷の部分は副ガス導入管91、92の先端よりも下部側
(上流側)に位置する。
2から不足分のリンが補償されるので、図6に示すよう
にリン濃度の面間均一性が高くなる。なお副ガス導入管
91、92の先端開口部から流出したフォスフィンガス
は一部後方側にも拡散するので、グラフ中のリン濃度の
谷の部分は副ガス導入管91、92の先端よりも下部側
(上流側)に位置する。
【0008】更にまた他の従来技術としては、特開平7
−45529号公報に記載されている技術がある。この
手法は、先端が閉じられ、途中に複数のガス噴射孔が長
さ方向に配列された1本あるいは長さの異なる複数本の
ノズル(ドープ用ガス供給管)を用いてリン濃度の面間
均一性を高めようとするものである。
−45529号公報に記載されている技術がある。この
手法は、先端が閉じられ、途中に複数のガス噴射孔が長
さ方向に配列された1本あるいは長さの異なる複数本の
ノズル(ドープ用ガス供給管)を用いてリン濃度の面間
均一性を高めようとするものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで半導体デバイ
スは増々高集積化し、パターンが微細化する傾向にある
ことから、膜質の許容範囲がかなり狭くなっている。図
5の装置では、副ガス導入管の先端開口部からフォスフ
ィンガスが拡散され、ガス流量によって差異はあるが、
下流側の比較的遠い位置までフォスフィンガスを補償す
ることができ、副ガス導入管の長さの設定をかなりラフ
に行ってもリン濃度について高い面間均一性が得られ、
装置のセッティングが容易であるという利点がある。
スは増々高集積化し、パターンが微細化する傾向にある
ことから、膜質の許容範囲がかなり狭くなっている。図
5の装置では、副ガス導入管の先端開口部からフォスフ
ィンガスが拡散され、ガス流量によって差異はあるが、
下流側の比較的遠い位置までフォスフィンガスを補償す
ることができ、副ガス導入管の長さの設定をかなりラフ
に行ってもリン濃度について高い面間均一性が得られ、
装置のセッティングが容易であるという利点がある。
【0010】しかしながら図6から分かるようにリン濃
度分布曲線において、管の先端付近に山が、また管の先
端よりも少し上流側に谷が形成されるてしまうことが避
けられず、今後の半導体デバイスの製造においては、十
分対応できないおそれがある。このため副ガス導入管の
本数を増やすことも考えられるが、このようにすると、
副ガス導入管に成膜された薄膜が剥がれるおそれがある
ので、パーティクルの発生確率が高くなるし、メンテナ
ンス作業も頻わしくなるので得策ではない。
度分布曲線において、管の先端付近に山が、また管の先
端よりも少し上流側に谷が形成されるてしまうことが避
けられず、今後の半導体デバイスの製造においては、十
分対応できないおそれがある。このため副ガス導入管の
本数を増やすことも考えられるが、このようにすると、
副ガス導入管に成膜された薄膜が剥がれるおそれがある
ので、パーティクルの発生確率が高くなるし、メンテナ
ンス作業も頻わしくなるので得策ではない。
【0011】また特開平7−45529号公報の技術で
は、ノズルの長さ方向に配列した複数の穴に頼ってここ
から吹き出すフォスフィンガスによりリン濃度の面間均
一性を確保しようとしているが、ノズルの先端に行く程
ノズル内の圧力が下がることも加わって穴の径及び配列
間隔の設定が頻わしいという問題がある。しかもウエハ
のリン濃度の設定が変わると、それに対応してその度毎
に面倒なノズルの穴の設定を行わなければならない。
は、ノズルの長さ方向に配列した複数の穴に頼ってここ
から吹き出すフォスフィンガスによりリン濃度の面間均
一性を確保しようとしているが、ノズルの先端に行く程
ノズル内の圧力が下がることも加わって穴の径及び配列
間隔の設定が頻わしいという問題がある。しかもウエハ
のリン濃度の設定が変わると、それに対応してその度毎
に面倒なノズルの穴の設定を行わなければならない。
【0012】本発明はこのような事情の下になされたも
のでありその目的は、被処理基板に例えばリンなどのド
ープ成分を含む薄膜を成膜するにあたって、被処理基板
間のドープ成分の濃度について高い均一性を得ることの
できる成膜装置及びその方法を提供することにある。
のでありその目的は、被処理基板に例えばリンなどのド
ープ成分を含む薄膜を成膜するにあたって、被処理基板
間のドープ成分の濃度について高い均一性を得ることの
できる成膜装置及びその方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、反応
管内の一端側から成膜ガスおよびドープ用ガスを供給す
る主ガス供給管と、先端が前記主ガス供給管よりも反応
管の他端側に位置すると共に反応管の他端側に向けて開
口し、この先端開口部からドープ用ガスを供給する副ガ
ス供給管と、を備え、複数の被処理基板を保持具に保持
して反応管内に搬入し、被処理基板に対してド−プ成分
を含んだ薄膜を形成する成膜装置において、前記副ガス
供給管の途中にガス吹き出し穴を設け、前記主ガス供給
管により供給されたドープ用ガスの不足分を補償するよ
うに、前記副ガス供給管の先端開口部及びガス吹き出し
穴からドープ用ガスを供給することを特徴とする。
管内の一端側から成膜ガスおよびドープ用ガスを供給す
る主ガス供給管と、先端が前記主ガス供給管よりも反応
管の他端側に位置すると共に反応管の他端側に向けて開
口し、この先端開口部からドープ用ガスを供給する副ガ
ス供給管と、を備え、複数の被処理基板を保持具に保持
して反応管内に搬入し、被処理基板に対してド−プ成分
を含んだ薄膜を形成する成膜装置において、前記副ガス
供給管の途中にガス吹き出し穴を設け、前記主ガス供給
管により供給されたドープ用ガスの不足分を補償するよ
うに、前記副ガス供給管の先端開口部及びガス吹き出し
穴からドープ用ガスを供給することを特徴とする。
【0014】請求項2の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、副ガス供給管は、各々長さの異なる複数の副ガ
ス供給管よりなることを特徴とする。
おいて、副ガス供給管は、各々長さの異なる複数の副ガ
ス供給管よりなることを特徴とする。
【0015】請求項3の発明は、反応管内の一端側から
成膜ガスおよびドープ用ガスを供給する主ガス供給管
と、先端が前記主ガス供給管よりも反応管の他端側に位
置すると共に反応管の他端側に向けて開口し、この先端
開口部からドープ用ガスを供給する互いに長さの異なる
第1の副ガス供給管及び第2の副ガス供給管と、を備
え、複数の被処理基板を保持具に保持して反応管内に搬
入し、被処理基板に対してド−プ成分を含んだ薄膜を形
成する成膜装置において、前記第1及び第2の副ガス供
給管の途中にガス吹き出し穴を設け、前記主ガス供給管
により供給されたドープ用ガスの不足分を補償するよう
に、前記第1及び第2の副ガス供給管の先端開口部及び
ガス吹き出し穴からドープ用ガスを供給することを特徴
とする。
成膜ガスおよびドープ用ガスを供給する主ガス供給管
と、先端が前記主ガス供給管よりも反応管の他端側に位
置すると共に反応管の他端側に向けて開口し、この先端
開口部からドープ用ガスを供給する互いに長さの異なる
第1の副ガス供給管及び第2の副ガス供給管と、を備
え、複数の被処理基板を保持具に保持して反応管内に搬
入し、被処理基板に対してド−プ成分を含んだ薄膜を形
成する成膜装置において、前記第1及び第2の副ガス供
給管の途中にガス吹き出し穴を設け、前記主ガス供給管
により供給されたドープ用ガスの不足分を補償するよう
に、前記第1及び第2の副ガス供給管の先端開口部及び
ガス吹き出し穴からドープ用ガスを供給することを特徴
とする。
【0016】上述の発明においては、被処理基板の保持
具は、縦軸の周りに回転可能に設けられ、副ガス供給管
のガスの吹き出し穴の吹き出し方向が、当該ガス吹き出
し穴と被処理基板の中心とを結ぶ線分よりも、被処理基
板の周縁が回転により前記線分を通過していく方向に4
5度ずれたラインL1と90度ずれたラインL2との間
にあることが好ましく、またガス吹き出し穴の縁部は、
丸まっていることが好ましい。また本発明方法は、複数
の被処理基板を保持具に保持して反応管内に搬入し、被
処理基板に対してド−プ成分を含んだ薄膜を形成する成
膜方法において、前記反応管内の一端側の主ガス供給管
から成膜ガスおよびドープ用ガスを供給し、前記主ガス
供給管よりも反応管の他端側に位置する副ガス供給管の
先端開口部から、前記主ガス供給管により供給されたド
ープ用ガスの不足分を補償するようにドープ用ガスを供
給し、このドープ用ガスの補償によっても補償しきれな
い分をさらに補償するように前記副ガス供給管の途中の
ガス吹き出し穴からドープ用ガスを供給することを特徴
とする
具は、縦軸の周りに回転可能に設けられ、副ガス供給管
のガスの吹き出し穴の吹き出し方向が、当該ガス吹き出
し穴と被処理基板の中心とを結ぶ線分よりも、被処理基
板の周縁が回転により前記線分を通過していく方向に4
5度ずれたラインL1と90度ずれたラインL2との間
にあることが好ましく、またガス吹き出し穴の縁部は、
丸まっていることが好ましい。また本発明方法は、複数
の被処理基板を保持具に保持して反応管内に搬入し、被
処理基板に対してド−プ成分を含んだ薄膜を形成する成
膜方法において、前記反応管内の一端側の主ガス供給管
から成膜ガスおよびドープ用ガスを供給し、前記主ガス
供給管よりも反応管の他端側に位置する副ガス供給管の
先端開口部から、前記主ガス供給管により供給されたド
ープ用ガスの不足分を補償するようにドープ用ガスを供
給し、このドープ用ガスの補償によっても補償しきれな
い分をさらに補償するように前記副ガス供給管の途中の
ガス吹き出し穴からドープ用ガスを供給することを特徴
とする
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明の成膜装置の一例を
示す縦断側面図である。加熱炉1はベースプレート10
上に設置されており、断熱層11の内周面に、後述の反
応管を囲統するようにヒ−タ12を設けて構成される。
示す縦断側面図である。加熱炉1はベースプレート10
上に設置されており、断熱層11の内周面に、後述の反
応管を囲統するようにヒ−タ12を設けて構成される。
【0018】前記加熱炉1内には、例えば石英からな
る、上端が閉じている外筒21と、この外筒21内に同
心状に配置された例えば石英からなる内筒22とを備え
た、被処理雰囲気を形成する2重管構造の反応管2が設
けられている。
る、上端が閉じている外筒21と、この外筒21内に同
心状に配置された例えば石英からなる内筒22とを備え
た、被処理雰囲気を形成する2重管構造の反応管2が設
けられている。
【0019】前記外筒21及び内筒22は、各々その下
端にてステンレス等からなる筒状のマニホールド3に保
持されており、このマニホールド3の下端開口部には、
当該開口部を気密に封止するためのキャップ部31が開
閉自在に設けられている。
端にてステンレス等からなる筒状のマニホールド3に保
持されており、このマニホールド3の下端開口部には、
当該開口部を気密に封止するためのキャップ部31が開
閉自在に設けられている。
【0020】前記キャップ部31の中心部には、例えば
磁気シールにより気密な状態で回転可能な回転軸32が
挿通されており、回転軸32の下端は図示しない昇降台
の回転機構33に接続されると共に、上端はターンテー
ブル34に固定されている。前記ターンテーブル34の
上方側には、保温筒35を介して被処理基板保持具であ
る石英製のウエハボート4が搭載されている。このウエ
ハボート4は、例えば4本の支柱を有し、例えば170
枚の半導体ウエハWを所定の間隔で積み重ねて各支柱の
溝に保持できるように構成されている。
磁気シールにより気密な状態で回転可能な回転軸32が
挿通されており、回転軸32の下端は図示しない昇降台
の回転機構33に接続されると共に、上端はターンテー
ブル34に固定されている。前記ターンテーブル34の
上方側には、保温筒35を介して被処理基板保持具であ
る石英製のウエハボート4が搭載されている。このウエ
ハボート4は、例えば4本の支柱を有し、例えば170
枚の半導体ウエハWを所定の間隔で積み重ねて各支柱の
溝に保持できるように構成されている。
【0021】前記マニホールド3の下部側面には、成膜
ガス例えばモノシラン(SiH4 )ガスとドープ用ガス
例えばフォスフィン(PH3 )ガスとを窒素ガスなどの
キャリアガスと混合して反応管2内に導入するための主
ガス導入管5が横方向に挿入され、L時形に屈曲して垂
直に上方に伸びており、この主ガス導入管5はマスフロ
ーコントローラ50を介して図示しないガス供給源に接
続されている。
ガス例えばモノシラン(SiH4 )ガスとドープ用ガス
例えばフォスフィン(PH3 )ガスとを窒素ガスなどの
キャリアガスと混合して反応管2内に導入するための主
ガス導入管5が横方向に挿入され、L時形に屈曲して垂
直に上方に伸びており、この主ガス導入管5はマスフロ
ーコントローラ50を介して図示しないガス供給源に接
続されている。
【0022】また前記マニホールド3の下部側面には、
ドープ用ガス例えばフォスフィンガス(PH3 )を窒素
ガスなどのキャリアガスと混合して反応管2内に導入す
るための第1の副ガス導入管6及び第2の副ガス導入管
7が横方向に挿入され、L時形に屈曲して反応管2の軸
方向に上方に向かって伸びており、これら副ガス導入管
6、7は、それぞれマスフローコントローラ60、70
を介して図示しないガス供給源に接続されている。
ドープ用ガス例えばフォスフィンガス(PH3 )を窒素
ガスなどのキャリアガスと混合して反応管2内に導入す
るための第1の副ガス導入管6及び第2の副ガス導入管
7が横方向に挿入され、L時形に屈曲して反応管2の軸
方向に上方に向かって伸びており、これら副ガス導入管
6、7は、それぞれマスフローコントローラ60、70
を介して図示しないガス供給源に接続されている。
【0023】前記主ガス導入管5は、保温筒35の底部
付近に先端開口部(ガス供給口)が位置している。前記
第1、第2の副ガス導入管6、7は、ウエハボート4が
例えば170枚のウエハを収容できるように構成されて
いるとすると、第1の副ガス導入管6の先端部は、例え
ばウエハ保持領域の中央部(センター)よりも少し下側
の、ウエハボート4の溝の段数でいえば上から100段
目付近に位置し、第2の副ガス導入管7の先端部は、例
えばウエハ保持領域の頂部(トップ)よりも少し下側
の、上から30段目付近に位置している。
付近に先端開口部(ガス供給口)が位置している。前記
第1、第2の副ガス導入管6、7は、ウエハボート4が
例えば170枚のウエハを収容できるように構成されて
いるとすると、第1の副ガス導入管6の先端部は、例え
ばウエハ保持領域の中央部(センター)よりも少し下側
の、ウエハボート4の溝の段数でいえば上から100段
目付近に位置し、第2の副ガス導入管7の先端部は、例
えばウエハ保持領域の頂部(トップ)よりも少し下側
の、上から30段目付近に位置している。
【0024】各ガス導入管5、6、7は図2に示すよう
にウエハボート4の周囲に周方向に沿って、互いの軸間
距離が例えば55mm程度離れて配置されており、図3
に示すように各々例えば内径Dが4.5mmの石英管で
作られている。
にウエハボート4の周囲に周方向に沿って、互いの軸間
距離が例えば55mm程度離れて配置されており、図3
に示すように各々例えば内径Dが4.5mmの石英管で
作られている。
【0025】第1、第2の副ガス導入管6、7は先端が
開口しており、この先端開口部からの流出だけではフォ
スフィンガスの流れの均一性を補償しきれない分を補償
するために、先端開口部よりも少し基端側(下側)に、
つまり図3(a)中先端から距離Sだけ例えば数十ミリ
メートル程度(ウエハの段数にして5〜20段程度)基
端側に穴径Rが例えば0.5〜1ミリメートルのガス拭
き出し穴61、71が穿設されている。ただし第1、第
2の副ガス導入管6、7の長さ及びガス吹き出し穴6
1、71の位置は、予定としているウエハW上のリン濃
度の値に応じて適正に定められるものであり、上述の値
に限定されるものではない。
開口しており、この先端開口部からの流出だけではフォ
スフィンガスの流れの均一性を補償しきれない分を補償
するために、先端開口部よりも少し基端側(下側)に、
つまり図3(a)中先端から距離Sだけ例えば数十ミリ
メートル程度(ウエハの段数にして5〜20段程度)基
端側に穴径Rが例えば0.5〜1ミリメートルのガス拭
き出し穴61、71が穿設されている。ただし第1、第
2の副ガス導入管6、7の長さ及びガス吹き出し穴6
1、71の位置は、予定としているウエハW上のリン濃
度の値に応じて適正に定められるものであり、上述の値
に限定されるものではない。
【0026】これらガス吹き出し穴61、71の向き
は、図2に示すようにガスの拭き出し方向がウエハWの
中心に向かうラインよりもウエハWの回転方向とは反対
側45度方向のラインL1と90度方向のラインL2と
の間の(斜線領域)が好ましい。これはフォスフィンガ
スをウエハWに直接当てると径方向でのリンの濃度分布
が大きくなるからである。また図3(b)に示すように
ガス吹き出し穴61、71の縁部Eは、丸めることが好
ましく、このようにすれば縁部Eに付着した膜が剥がれ
にくいという利点がある。
は、図2に示すようにガスの拭き出し方向がウエハWの
中心に向かうラインよりもウエハWの回転方向とは反対
側45度方向のラインL1と90度方向のラインL2と
の間の(斜線領域)が好ましい。これはフォスフィンガ
スをウエハWに直接当てると径方向でのリンの濃度分布
が大きくなるからである。また図3(b)に示すように
ガス吹き出し穴61、71の縁部Eは、丸めることが好
ましく、このようにすれば縁部Eに付着した膜が剥がれ
にくいという利点がある。
【0027】一方前記マニホールド3の上部側面には、
外筒21と内筒22との間隙から処理ガスを排出して反
応管2内を所定の減圧雰囲気に設定するために、図示し
ない真空ポンプに連結された排気管13が接続されてい
る。
外筒21と内筒22との間隙から処理ガスを排出して反
応管2内を所定の減圧雰囲気に設定するために、図示し
ない真空ポンプに連結された排気管13が接続されてい
る。
【0028】このように構成された成膜装置では、先ず
ヒータ12により、ウエハボート4のセンター部(上下
方向の中央部)の温度が例えば600℃となるように反
応管2内の被処理雰囲気を加熱しておいて、反応管2内
に下方開口部から図示しない昇降台により、例えば4.
76mmピッチで170枚のウエハWを収容したウエハ
ボート4をロードする。
ヒータ12により、ウエハボート4のセンター部(上下
方向の中央部)の温度が例えば600℃となるように反
応管2内の被処理雰囲気を加熱しておいて、反応管2内
に下方開口部から図示しない昇降台により、例えば4.
76mmピッチで170枚のウエハWを収容したウエハ
ボート4をロードする。
【0029】次に反応管2内を所定の真空度例えば1×
10-3Torrまで真空引きした後に、主ガス導入管5
から成膜ガスであるモノシランガス及びドープ用ガスで
あるフォスフィンガスをキャリアガス例えば窒素
(N2 )ガスで希釈して例えば夫々500cc/分、4
50cc/分及び100cc/分の流量で内筒22内に
導入すると共に、第1、第2の副ガス導入管6、7から
フォスフィンガスの流量を例えば2.5cc/分に設定
して窒素ガスで1%に希釈したガスを内筒22内に導入
し、反応管2内を例えば0.5Torr圧力となるよう
に排気を行い、ウエハボート4を例えば1〜3rpmの
回転数で回転させながら成膜を行う。なおモノシランガ
スやフォスフィンガスを希釈するガスとしてはN2 ガス
に限らずヘリウム(He)ガスなど他の不活性ガスでも
よい。
10-3Torrまで真空引きした後に、主ガス導入管5
から成膜ガスであるモノシランガス及びドープ用ガスで
あるフォスフィンガスをキャリアガス例えば窒素
(N2 )ガスで希釈して例えば夫々500cc/分、4
50cc/分及び100cc/分の流量で内筒22内に
導入すると共に、第1、第2の副ガス導入管6、7から
フォスフィンガスの流量を例えば2.5cc/分に設定
して窒素ガスで1%に希釈したガスを内筒22内に導入
し、反応管2内を例えば0.5Torr圧力となるよう
に排気を行い、ウエハボート4を例えば1〜3rpmの
回転数で回転させながら成膜を行う。なおモノシランガ
スやフォスフィンガスを希釈するガスとしてはN2 ガス
に限らずヘリウム(He)ガスなど他の不活性ガスでも
よい。
【0030】そしてこのようにして成膜処理を行った後
に、例えば別途の熱処理装置により窒素(N2 )ガス雰
囲気下で900℃に加熱して、成膜処理後のウエハに対
してアニール処理を行うことにより、リンが拡散したポ
リシリコン薄膜が形成される。
に、例えば別途の熱処理装置により窒素(N2 )ガス雰
囲気下で900℃に加熱して、成膜処理後のウエハに対
してアニール処理を行うことにより、リンが拡散したポ
リシリコン薄膜が形成される。
【0031】上述の実施の形態によれば、反応管2の底
部付近から主ガス導入管5を通じてモノシランガス及び
フォスフィンガスが上方に向けて流出し、モノシランガ
スが熱分解してポリシリコン膜がウエハW表面に成膜さ
れると共にフォスフィンガスも分解してリンがポリシリ
コン膜中に入り込み、リンを含有したポリシリコン膜が
成膜される。フォスフィンガスは反応管2内を上昇して
いくにつれて消費されるのでフォスフィンガスの流量が
不足してくるが、その不足分はウエハボート4のセンタ
付近から第1の副ガス導入管6の先端開口部を通じてフ
ォスフィンガスが供給されることにより補償される。
部付近から主ガス導入管5を通じてモノシランガス及び
フォスフィンガスが上方に向けて流出し、モノシランガ
スが熱分解してポリシリコン膜がウエハW表面に成膜さ
れると共にフォスフィンガスも分解してリンがポリシリ
コン膜中に入り込み、リンを含有したポリシリコン膜が
成膜される。フォスフィンガスは反応管2内を上昇して
いくにつれて消費されるのでフォスフィンガスの流量が
不足してくるが、その不足分はウエハボート4のセンタ
付近から第1の副ガス導入管6の先端開口部を通じてフ
ォスフィンガスが供給されることにより補償される。
【0032】この第1の副ガス導入管6から流出したフ
ォスフィンガスは上方にいくにつれて不足してくるが、
更に上部から第2の副ガス導入管7の先端開口部を通じ
てフォスフィンガスが供給され、これにより第1の副ガ
ス導入管6からのフォスフィンガスの不足分が補償され
る。図4の実線はガス吹き出し穴を設けないウエハのリ
ン濃度を示す特性曲線であり、リン濃度分布の傾向を表
わしたものである。曲線の谷の底の部分が副ガス導入管
6、7の先端よりも若干基端側(下側)に位置するの
は、副ガス導入管6、7の先端開口部から吹き出したフ
ォスフィンガスが多少基端側にも拡散するからである。
予定とするリン濃度は2×1020atm/cm3 以上の
高濃度にする場合や0.8〜2×1020atm/cm3
程度の低濃度にする場合があるが、特に低濃度にする場
合にはフォスフィンガスの流量が少ないので先まで届き
にくく、このため濃度分布曲線の山谷の差が大きい。
ォスフィンガスは上方にいくにつれて不足してくるが、
更に上部から第2の副ガス導入管7の先端開口部を通じ
てフォスフィンガスが供給され、これにより第1の副ガ
ス導入管6からのフォスフィンガスの不足分が補償され
る。図4の実線はガス吹き出し穴を設けないウエハのリ
ン濃度を示す特性曲線であり、リン濃度分布の傾向を表
わしたものである。曲線の谷の底の部分が副ガス導入管
6、7の先端よりも若干基端側(下側)に位置するの
は、副ガス導入管6、7の先端開口部から吹き出したフ
ォスフィンガスが多少基端側にも拡散するからである。
予定とするリン濃度は2×1020atm/cm3 以上の
高濃度にする場合や0.8〜2×1020atm/cm3
程度の低濃度にする場合があるが、特に低濃度にする場
合にはフォスフィンガスの流量が少ないので先まで届き
にくく、このため濃度分布曲線の山谷の差が大きい。
【0033】そこで曲線の谷の部分のフォスフィンガス
を補償するように、副ガス導入管6、7にガス吹き出し
穴61、71を設けてここから少量のフォスフィンガス
が流れ出すようにすれば、このガス吹き出し穴61、7
1付近のフォスフィンガスが増えるので、リン濃度が高
くなり図4の濃度曲線についていえば、点線で示すよう
に、実線の谷の部分が持ち上がり、このためウエハ間の
リン濃度の均一性が高まる。このことは、主ガス導入管
5からのフォスフィンガスの不足分を、副ガス導入管
6、7の先端開口部からフォスフィンガスを供給するこ
とで補償し、これによって補償しきれない不足分をガス
吹き出し穴61、71からの少量のフォスフィンガスに
より更に補償していることになる。ガス吹き出し穴6
1、71の長さ方向の位置は、予定とするリン濃度など
によって適宜設定すればよいが、副ガス導入管6、7の
先端開口部から上方に向けてフォスフィンガスを流出し
た場合の上記の濃度分布曲線の傾向は予想でき、しかも
既に副ガス導入管6、7の先端からのフォスフィンガス
によりある程度補償された上での、更なる補償であるた
め、ガス吹き出し穴61、71の位置設定はそれ程高い
精度を要求されるものではなく、従って熱処理装置のセ
ッティングが容易である。
を補償するように、副ガス導入管6、7にガス吹き出し
穴61、71を設けてここから少量のフォスフィンガス
が流れ出すようにすれば、このガス吹き出し穴61、7
1付近のフォスフィンガスが増えるので、リン濃度が高
くなり図4の濃度曲線についていえば、点線で示すよう
に、実線の谷の部分が持ち上がり、このためウエハ間の
リン濃度の均一性が高まる。このことは、主ガス導入管
5からのフォスフィンガスの不足分を、副ガス導入管
6、7の先端開口部からフォスフィンガスを供給するこ
とで補償し、これによって補償しきれない不足分をガス
吹き出し穴61、71からの少量のフォスフィンガスに
より更に補償していることになる。ガス吹き出し穴6
1、71の長さ方向の位置は、予定とするリン濃度など
によって適宜設定すればよいが、副ガス導入管6、7の
先端開口部から上方に向けてフォスフィンガスを流出し
た場合の上記の濃度分布曲線の傾向は予想でき、しかも
既に副ガス導入管6、7の先端からのフォスフィンガス
によりある程度補償された上での、更なる補償であるた
め、ガス吹き出し穴61、71の位置設定はそれ程高い
精度を要求されるものではなく、従って熱処理装置のセ
ッティングが容易である。
【0034】また1本のガス導入管を用いてモノシラン
ガス及びフォスフィンガスを流し、モノシランガスの流
量を例えば1000〜2000cc/分もの大流量にし
てリンを先端まで運ぶ手法も知られているが、本発明
は、この手法に比べてモノシランガスの流量が少なくて
済み、モノシランガスは燃焼させて処理しているので、
モノシランガスの排ガス処理コストが低くて済む。
ガス及びフォスフィンガスを流し、モノシランガスの流
量を例えば1000〜2000cc/分もの大流量にし
てリンを先端まで運ぶ手法も知られているが、本発明
は、この手法に比べてモノシランガスの流量が少なくて
済み、モノシランガスは燃焼させて処理しているので、
モノシランガスの排ガス処理コストが低くて済む。
【0035】以上において本発明の主ガス導入管につい
ては、モノシランガス及びドープガスを共通のガス導入
管により供給する場合に限らずモノシランガス及びドー
プガスを例えば2本のガス導入管から別々に供給する場
合においても含むものであり、この場合主ガス導入管は
当該2本のガス導入管により構成されることになる。ま
た副ガス導入管は、1本であっても3本以上であっても
よいが、リン濃度について高い面内均一性を確保しなが
ら、パーティクル汚染のおそれが少なくかつメンテナン
スも容易であるという利点を考慮すると上述実施例のよ
うに2本の副ガス導入管を用いることが好ましい。
ては、モノシランガス及びドープガスを共通のガス導入
管により供給する場合に限らずモノシランガス及びドー
プガスを例えば2本のガス導入管から別々に供給する場
合においても含むものであり、この場合主ガス導入管は
当該2本のガス導入管により構成されることになる。ま
た副ガス導入管は、1本であっても3本以上であっても
よいが、リン濃度について高い面内均一性を確保しなが
ら、パーティクル汚染のおそれが少なくかつメンテナン
スも容易であるという利点を考慮すると上述実施例のよ
うに2本の副ガス導入管を用いることが好ましい。
【0036】更に副ガス導入管に穿設するガス拭き出し
穴の数は2個以上であってもよい。更にまた副ガス導入
管を例えば2本用いる場合、内管及び外管よりなる二重
管を用いて、内管を外管よりも長くし、外管を第1の副
ガス導入管、内管を第2の副ガス導入管として構成して
もよい。また副ガス導入管から成膜ガス例えばモノシラ
ンガスをドープガスと共に供給するようにしてもよい。
穴の数は2個以上であってもよい。更にまた副ガス導入
管を例えば2本用いる場合、内管及び外管よりなる二重
管を用いて、内管を外管よりも長くし、外管を第1の副
ガス導入管、内管を第2の副ガス導入管として構成して
もよい。また副ガス導入管から成膜ガス例えばモノシラ
ンガスをドープガスと共に供給するようにしてもよい。
【0037】そしてまたリンドープポリシリコン膜を成
膜するにあたって、成膜ガスとしてはジシラン(Si2
H6 )ガスを用いてもよい。本発明は、薄膜中にドープ
するドープ成分としてはリンに限られるものではなく、
例えばB2 H6 ガスを供給してB2 H6 ガスをドープす
る場合や、As H3 ガスを用いてAs をドープする場合
にも適用できる。なお本発明は縦型熱処理装置に限らず
横型熱処理装置に対して適用してもよい。
膜するにあたって、成膜ガスとしてはジシラン(Si2
H6 )ガスを用いてもよい。本発明は、薄膜中にドープ
するドープ成分としてはリンに限られるものではなく、
例えばB2 H6 ガスを供給してB2 H6 ガスをドープす
る場合や、As H3 ガスを用いてAs をドープする場合
にも適用できる。なお本発明は縦型熱処理装置に限らず
横型熱処理装置に対して適用してもよい。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、被処理基板間のドープ
成分の濃度について高い均一性が得られ、このため歩留
まりが向上する。
成分の濃度について高い均一性が得られ、このため歩留
まりが向上する。
【図1】本発明の成膜装置の全体構成を示す縦断側面図
である。
である。
【図2】主ガス導入管及び副ガス導入管の平面的な位置
関係を示す横断平面図である。
関係を示す横断平面図である。
【図3】副ガス導入管を示す説明図である。
【図4】ウエハボート上のウエハ位置とリン濃度との関
係を示す濃度分布曲線である。
係を示す濃度分布曲線である。
【図5】従来の成膜装置の概略を示す概略図である。
【図6】従来の成膜装置におけるリンの濃度分布曲線で
ある。
ある。
1 加熱炉
13 排気管
2 反応管
21 外管
22 内管
3 マニホールド
4 ウエハボート
W 半導体ウエハ
5 主ガス導入管
6 第1の副ガス導入管
7 第2の副ガス導入管
61、71 ガス吹き出し穴
50、60、70 マスフローコントローラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/205
H01L 21/285
Claims (6)
- 【請求項1】 反応管内の一端側から成膜ガスおよびド
ープ用ガスを供給する主ガス供給管と、先端が前記主ガ
ス供給管よりも反応管の他端側に位置すると共に反応管
の他端側に向けて開口し、この先端開口部からドープ用
ガスを供給する副ガス供給管と、を備え、複数の被処理
基板を保持具に保持して反応管内に搬入し、被処理基板
に対してド−プ成分を含んだ薄膜を形成する成膜装置に
おいて、 前記副ガス供給管の途中にガス吹き出し穴を設け、前記
主ガス供給管により供給されたドープ用ガスの不足分を
補償するように、前記副ガス供給管の先端開口部及びガ
ス吹き出し穴からドープ用ガスを供給することを特徴と
する成膜装置。 - 【請求項2】 副ガス供給管は、各々長さの異なる複数
の副ガス供給管よりなることを特徴とする請求項1記載
の成膜装置。 - 【請求項3】 反応管内の一端側から成膜ガスおよびド
ープ用ガスを供給する主ガス供給管と、先端が前記主ガ
ス供給管よりも反応管の他端側に位置すると共に反応管
の他端側に向けて開口し、この先端開口部からドープ用
ガスを供給する互いに長さの異なる第1の副ガス供給管
及び第2の副ガス供給管と、を備え、複数の被処理基板
を保持具に保持して反応管内に搬入し、被処理基板に対
してド−プ成分を含んだ薄膜を形成する成膜装置におい
て、 前記第1及び第2の副ガス供給管の途中にガス吹き出し
穴を設け、前記主ガス供給管により供給されたドープ用
ガスの不足分を補償するように、前記第1及び第2の副
ガス供給管の先端開口部及びガス吹き出し穴からドープ
用ガスを供給することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項4】 被処理基板の保持具は、縦軸の周りに回
転可能に設けられ、 副ガス供給管のガスの吹き出し穴の吹き出し方向が、当
該ガス吹き出し穴と被処理基板の中心とを結ぶ線分より
も、被処理基板の周縁が回転により前記線分を通過して
いく方向に45度ずれたラインL1と90度ずれたライ
ンL2との間にあることを特徴とする請求項1、2また
は3記載の成膜装置。 - 【請求項5】 副ガス供給管のガス吹き出し穴の縁部
は、丸まっていることを特徴とする請求項1ないし4の
いずれかに記載の成膜装置。 - 【請求項6】 複数の被処理基板を保持具に保持して反
応管内に搬入し、被処理基板に対してド−プ成分を含ん
だ薄膜を形成する成膜方法において、 前記反応管内の一端側の主ガス供給管から成膜ガスおよ
びドープ用ガスを供給し、前記主ガス供給管よりも反応
管の他端側に位置する副ガス供給管の先端開口部から、
前記主ガス供給管により供給されたドープ用ガスの不足
分を補償するようにドープ用ガスを供給し、このドープ
用ガスの補償によっても補償しきれない分をさらに補償
するように前記副ガス供給管の途中のガス吹き出し穴か
らドープ用ガスを供給することを特徴とする成膜方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30502295A JP3373990B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 成膜装置及びその方法 |
US08/739,222 US5925188A (en) | 1995-10-30 | 1996-10-29 | Film forming apparatus |
TW085113262A TW308706B (ja) | 1995-10-30 | 1996-10-30 | |
KR1019960049894A KR100372956B1 (ko) | 1995-10-30 | 1996-10-30 | 성막장치 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30502295A JP3373990B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 成膜装置及びその方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09129562A JPH09129562A (ja) | 1997-05-16 |
JP3373990B2 true JP3373990B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=17940155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30502295A Expired - Fee Related JP3373990B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 成膜装置及びその方法 |
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---|---|
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JP (1) | JP3373990B2 (ja) |
KR (1) | KR100372956B1 (ja) |
TW (1) | TW308706B (ja) |
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KR100252213B1 (ko) * | 1997-04-22 | 2000-05-01 | 윤종용 | 반도체소자제조장치및그제조방법 |
US6673673B1 (en) * | 1997-04-22 | 2004-01-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device having hemispherical grains |
US20030049372A1 (en) * | 1997-08-11 | 2003-03-13 | Cook Robert C. | High rate deposition at low pressures in a small batch reactor |
JP3472482B2 (ja) * | 1998-06-30 | 2003-12-02 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法と製造装置 |
JP2000297375A (ja) * | 1999-04-09 | 2000-10-24 | Hoya Corp | 炭化珪素膜の製造方法及び製造装置、並びにx線マスクの製造方法 |
US6475284B1 (en) * | 1999-09-20 | 2002-11-05 | Moore Epitaxial, Inc. | Gas dispersion head |
KR100560867B1 (ko) * | 2000-05-02 | 2006-03-13 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 산화방법 및 산화시스템 |
JP3980840B2 (ja) * | 2001-04-25 | 2007-09-26 | 東京エレクトロン株式会社 | 気相成長装置および気相成長膜形成方法 |
KR100829327B1 (ko) * | 2002-04-05 | 2008-05-13 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 기판 처리 장치 및 반응 용기 |
CN1762043B (zh) * | 2003-08-26 | 2010-05-05 | 株式会社日立国际电气 | 半导体装置的制造方法及衬底处理装置 |
JP4609098B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2011-01-12 | 東京エレクトロン株式会社 | 被処理体の酸化方法、酸化装置及び記憶媒体 |
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US20050287806A1 (en) * | 2004-06-24 | 2005-12-29 | Hiroyuki Matsuura | Vertical CVD apparatus and CVD method using the same |
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US8251012B2 (en) * | 2005-03-01 | 2012-08-28 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and semiconductor device producing method |
US7794667B2 (en) * | 2005-10-19 | 2010-09-14 | Moore Epitaxial, Inc. | Gas ring and method of processing substrates |
JP4550040B2 (ja) * | 2005-12-16 | 2010-09-22 | セメス株式会社 | カーボンナノチューブの合成装置及び方法 |
US8304328B2 (en) | 2006-03-20 | 2012-11-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Manufacturing method of semiconductor device and substrate processing apparatus |
JPWO2007111348A1 (ja) * | 2006-03-28 | 2009-08-13 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置 |
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