JP3434972B2 - 半導体素子の製造方法及びその装置 - Google Patents

半導体素子の製造方法及びその装置

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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に係り、特に、表面に凹凸を持った粗面ポリシリコ
ン膜の製造方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、特開平５−２１１１２２号公報に開示されるも
のがあった。
【０００３】従来の縦型減圧化学気相成長装置では、炉
芯管内の材料ガス供給圧及び排気圧を一定に設定して
も、実際の炉芯管内の材料ガス濃度及び圧力が、炉内の
上部と下部で異なり、濃度は下部が密で上部が粗になっ
ていた。
【０００４】これが原因で、ボートに収納されるウエハ
上に形成される膜質が、ボート上部と下部に収納される
もので異なるという問題点があった。
【０００５】特に、粗面ポリシリコンは膜を形成する場
合、ボートの上部下部で表面凹凸の大きさや密度が異な
り、この膜を半導体素子でのキャパシタ部のストレッジ
ノードに使用した場合に、素子のキャパシタ容量が不均
一になり、素子の信頼性を低下させる。また、そのため
にボートに収納できるウエハが少なくなり、生産性を減
少させていた。
【０００６】この問題を解決するために、炉芯管内に設
置する材料ガス導入口を多数設け、それぞれの導入口か
ら導入する材料ガス流量に勾配を持たせて、炉芯管内の
材料ガス濃度分布を均一にする方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方法では、炉芯管内の材料ガス濃度分布は均一
にならず、特に、炉芯管下部において材料ガス濃度が高
くなり、粗面ポリシリコン膜を形成する場合には凹凸の
大きさが大きくなり、また、その密度も低下するため、
キャパシタ電極として使用した場合に、キャパシタ容量
が低下するという問題点があった。
【０００８】本発明は、上記問題点を除去し、縦型減圧
化学気相成長装置の炉芯管内において、材料ガス濃度分
布を均一にして、均一な特性の半導体素子を得ることが
できる半導体素子の製造方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕縦型減圧化学気相成長装置を用いた半導体素子の
製造方法において、シランガスである材料ガスを炉の上
方の複数箇所より供給し、希釈ガスを炉の下方より供給
し、粗面ポリシリコン膜を生成するようにしたものであ
る。
【００１０】このように、シランガスである材料ガスの
供給口を炉中央部より上部に２箇所以上に設け、炉下部
に設置された希釈ガス供給口より希釈ガスを供給するよ
うにしたので、炉下部での材料ガス濃度を希釈すること
ができ、炉内の材料ガス濃度を均一にできる。
【００１１】よって、従来のように炉内での温度勾配を
持たせることなく、炉内の材料ガス濃度を均一にするこ
とができ、材料ガス濃度分布を均一にして均一な特性の
粗面ポリシリコン膜を生成するようにしたものである。
【００１２】〔２〕上記〔１〕記載の半導体素子の製造
方法において、前記希釈ガスはＮ2、Ｈ2 、Ａｒ等のガ
スである。
【００１３】〔３〕縦型減圧化学気相成長装置の炉芯管
において、インナー炉芯管内上部に配置される複数個の
シランガスである材料ガスの供給口と、前記インナー炉
芯管内下部に配置される希釈ガス供給口とを配置し、粗
面ポリシリコン膜を生成するようにしたものである。
【００１４】したがって、炉下部での材料ガス濃度を希
釈することができ、炉内の材料ガス濃度を均一化できる
縦型減圧化学気相成長装置の炉芯管を提供することがで
きる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【００１６】図１は本発明の第１実施例を示す縦型減圧
化学気相成長装置の炉芯管の断面図である。
【００１７】この図において、１はアウター炉芯管、２
はインナー炉芯管、３は第１の材料ガス供給配管、４は
第１の材料ガス供給口、５は第２の材料ガス供給配管、
６は第２の材料ガス供給口、７は真空排気口、８は材料
ガス流量制御装置、９は希釈ガス供給配管、１０は希釈
ガス供給口、１１は希釈ガス流量制御装置、２０はウエ
ハが搭載されるボートである。
【００１８】縦型ＬＰＣＶＤ炉で粗面ポリシリコン膜を
生成する時に、図１に示すように、インナー炉芯管２の
上部（炉中央部より上部）に、２箇所以上の材料ガス供
給口（反応ガス供給口）を設ける。ここでは、第１の材
料ガス供給口４と第２の材料ガス供給口６とを配置し、
インナー炉芯管２の下部に、水素、窒素あるいはアルゴ
ンガスの希釈ガス供給口１０を設け、それぞれのガス流
量をガス流量制御装置８，１１で制御するようにしてい
る。
【００１９】以上のＬＰＣＶＤ炉において、成膜設定温
度は５６０℃〜５８０℃、これは従来のＬＰＣＶＤ法と
異なり、炉内に温度勾配を持たせる必要がなくなったこ
とを示す。
【００２０】例えば、材料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ
4 ）供給口４，６より、各々７０〜１２０ｓｃｃｍのＳ
ｉＨ4 を供給する。また、希釈ガス供給口１０より、５
〜１０ｓｃｃｍの希釈ガスを供給し、凹凸の高さが７０
０〜１０００Åの粗面ポリシリコン膜を形成する。
【００２１】このように、材料ガス供給口４、６を炉の
上部に設けた理由は、材料ガスであるシランガスが空気
よりも重いからである。
【００２２】そして、材料ガス供給口４、６を複数設け
た理由は、詳細なメカニズムはわからないが、シランガ
スがよりシリコンに速く変換（反応して）するようにす
るためである。
【００２３】仮に、材料ガス供給口を一つにすると、ウ
エハ上でのシリコンへの変換反応が遅いため、シランガ
スがウエハとの反応をせずに、どんどん炉芯管の下部へ
流れていってしまい、結果として、炉芯管下部に位置す
るウエハでの反応量が多くなってしまう。よって、炉芯
管上部と下部とでは生成される膜の形状が大きく異なっ
てしまう。
【００２４】更に、従来は材料ガス（シランガス）供給
口が一つであったために、炉芯管下部に溜まるシランガ
スの濃度が高くなっていた。そのため、炉芯管の下部の
温度を低く設定し、反応速度を上部よりも抑える必要が
あった。しかし、温度を上部と下部とで異ならせると、
粗面ポリシリコンの膜厚（膜の高さ）はほぼ揃えられる
が、粗面ポリシリコンの形状（ポリシリコンの１つ１つ
の大きさ）は揃わなくなる。
【００２５】上記のように、この実施例によれば、材料
ガス供給口を炉中央部より上部に２箇所以上設け、炉下
部に設置された希釈ガス供給口より希釈ガスを供給する
ようにしたので、炉下部での材料ガス濃度を希釈するこ
とができ、炉内の材料ガス濃度を均一にできるので、温
度を上部と下部とで異ならせる必要がなくなる。
【００２６】これにより、ウエハ面上に形成される膜の
ボート上下での均一性が良くなる。
【００２７】よって、粗面ポリシリコン膜の凹凸の密度
（ポリシリコン粒の密度）と大きさ（ポリシリコンの１
つ１つの大きさ）の均一性が向上することになり、スト
レッジノードに使用した時のキャパシタ容量の均一性が
向上するので素子の信頼性が良くなる。
【００２８】また、炉内での均一性が向上するので、１
バッチ当たりのウエハ処理可能枚数が多くなり、生産の
スループット向上を図ることができる。
【００２９】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。
【００３０】図２は本発明の第２実施例を示す縦型減圧
化学気相成長装置のインナー炉芯管の構造を示す図、図
３は図２のＡ部拡大図である。
【００３１】従来の縦型ＬＰＣＶＤ炉においては、図４
に示すように、インナー炉芯管２１の下部での材料ガス
濃度が過多になり、炉上下部間におけるボート２２のウ
エハ２３、２４で形成される粗面ポリシリコン膜形状が
異なる問題があった。
【００３２】これに対し、第２実施例では図２に示すよ
うに、インナー炉芯管３１の下部内側にリング状の突起
３２を備えるようにしたものである。
【００３３】また、このリング状の突起３２はボート３
４及びそれに設置されるウエハ（図示なし）とは接触し
ないように構成する。
【００３４】これにより、インナー炉芯管３１上部から
のウエハ上への材料ガス供給が抑制される。
【００３５】図５はその材料ガス供給の抑制についての
説明図である。
【００３６】この図に示すように、インナー炉芯管３１
の下部の内側にリング状の突起３２を設けるようにして
いるので、シランガス３３が上方より導入されると、リ
ング状の突起３２に接することになり、その接触面積が
増大する。
【００３７】このように、シランガス３３のインナー炉
芯管３１内部での接触面積が広くなることにより、材料
ガスの消費が多くなる。よって、炉下部での材料ガス濃
度過多を抑制できる。なお、３４はボート、３５はウエ
ハである。
【００３８】ＣＶＤ法は、被堆積体の表面との反応によ
り堆積物を生成するものである。従って、インナー炉芯
管３１の内壁においても反応が生ずる。
【００３９】すなわち、シランガスが接する面積が大き
くなる、つまり、上部から導入されるシランガスの消費
が多くなるので、その分だけ、ウエハに供給されるシラ
ンガスの量が低減される。
【００４０】このことを利用して、炉芯管下部における
材料ガス濃度の上昇を抑えることができる。
【００４１】なお、空気よりも重いシランガスが下部に
多く溜まったとしても、ウエハ３５に実際に供給される
シランガスの量が低減されるので、インナー炉芯管３１
の上部と下部とで生成される粗面ポリシリコン膜の形状
が均一化される。
【００４２】上記したように、炉下部での材料ガス過多
を抑制できるので、さらに炉の上下での粗面ポリシリコ
ン膜の均一性を向上させることができる。
【００４３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００４４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。
【００４５】（Ａ）シランガスである材料ガスの供給口
を炉中央部より上部に２箇所以上に設け、炉下部に設置
された希釈ガス供給口より希釈ガスを供給するようにし
たので、炉下部での材料ガス濃度を希釈することがで
き、炉内の材料ガス濃度を均一にできる。
【００４６】よって、従来のように炉内での温度勾配を
持たせることなく、炉内の材料ガス濃度を均一にするこ
とができ、材料ガス濃度分布を均一にして均一な特性の
粗面 ポリシリコン膜を生成することができる。
【００４７】（Ｂ）縦型減圧化学気相成長装置の炉芯管
において、インナー炉芯管内上部に配置される複数個の
シランガスである材料ガスの供給口と、前記インナー炉
芯管内下部に配置される希釈ガス供給口とを配置し、粗
面ポリシリコン膜を生成することができる。
【００４８】したがって、炉下部での材料ガス濃度を希
釈することができ、炉内の材料ガス濃度を均一化できる
縦型減圧化学気相成長装置の炉芯管を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す縦型減圧化学気相成
長装置の炉芯管の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す縦型減圧化学気相成
長装置のインナー炉芯管の構造を示す図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】従来の縦型減圧化学気相成長装置のインナー炉
芯管の模式図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す縦型減圧化学気相成
長装置のインナー炉芯管における材料ガス供給の抑制に
ついての説明図である。
【符号の説明】
１ アウター炉芯管 ２，３１ インナー炉芯管 ３ 第１の材料ガス供給配管 ４ 第１の材料ガス供給口 ５ 第２の材料ガス供給配管 ６ 第２の材料ガス供給口 ７ 真空排気口 ８ 材料ガス流量制御装置 ９ 希釈ガス供給配管 １０ 希釈ガス供給口 １１ 希釈ガス流量制御装置 ２０，３４ ボート ３２ リング状の突起 ３３ シランガス ３５ ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 縦型減圧化学気相成長装置を用いた半導
    体素子の製造方法において、 （ａ）シランガスである材料ガスを炉の上方の複数箇所
    より供給し、 （ｂ）希釈ガスを炉の下方より供給し、 （ｃ）粗面ポリシリコン膜を生成 することを特徴とする
    半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体素子の製造方法に
    おいて、前記希釈ガスはＮ2 、Ｈ2 、Ａｒ等のガスであ
    る半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項３】 縦型減圧化学気相成長装置の炉芯管にお
    いて、 （ａ）インナー炉芯管内上部に配置される複数個のシラ
    ンガスである材料ガスの供給口と、 （ｂ）前記インナー炉芯管内下部に配置される希釈ガス
    供給口とを配置し、（ｃ）粗面ポリシリコン膜を生成 することを特徴とする
    縦型減圧化学気相成長装置の炉芯管。
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