JP3556795B2 - 半導体製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造方法に関し、特に、半導体製造装置の1つであるロードロック式CVD装置を用いたポリシリコン膜の成膜工程を備える半導体製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3にロードロック室を有しない通常のCVD(Chemical Vapor Deposition)装置300を示す。ロードロック室を有しない通常のCVD装置300においては、ウェーハ冷却室11は大気と同じ状態である。
【0003】
このCVD装置を使用してP−Doped Poly Si(リンドープポリシリコン)を成膜すると、成膜したポリシリコン膜のP(リン)濃度の経時変化は発生しなかった。
【0004】
しかし、この装置300では、炉口ゲートバルブ4を開いてウェーハ冷却室11から反応管1内へボート2及びウェーハ3を挿入する際に直接大気がウェーハ冷却室11から反応管1に入り込み、また反応管1内は加熱された状態であるので、ウェーハ3の表面に自然酸化膜が形成されてしまう。従って、その上からP−Doped Poly Si(リンドープポリシリコン)膜が形成されることになってしまい、製品の品質を低下させるという問題がある。
【0005】
これを解決する手段として少なくとも反応室内へウェーハを出し入れする予備室をロードロック室とするものがあり次に説明する。
【0006】
図2は、このロードロック式CVD装置200の概略縦断面図であり、このCVD装置200を用いた従来のP−Doped Poly Si膜の成膜手順を以下に示す。
【0007】
イ)まず、ロードロック室6内において、ロードロックゲートバルブ5を介してボート2に複数のウェーハ3を搭載し、その後ロードロック室6内をN2 雰囲気にする。
【0008】
ロ)その後、500〜600℃に設定されたヒータ(図示せず。)内に納められた反応管1内にボート2をロードロック室6から上昇させる。ボート2には水平姿勢のウェーハ3が多段に収容されている。この時、ウェーハ3上に自然酸化膜が形成されるのを防ぐ為に、ロードロック室6及び反応管1内はN2 雰囲気となっている。
【0009】
ハ)その後、反応管1内を真空ポンプにより真空状態にし、反応ガスであるSiH4 ガスをSiH4 ポート7より、PH3 ガスをPH3 ポート8よりそれぞれ供給し、成膜を行う。供給されたSiH4 ガスとPH3 ガスはインナーチューブ12の内側を上昇し、最上部で反転し、インナーチューブ12の外側を下降し反応ガス排気口13より排気される。
【0010】
ニ)その後、成膜終了の為に反応ガスSiH4 とPH3 の供給を同時にストップする。
【0011】
ホ)その後、N2 ガスにより反応管1内を大気圧に戻した後、N2 雰囲気のロードロック室6へ500〜600℃に加熱されたボート2及びウェーハ3を下降させ冷却を行う。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この成膜方法においては、成膜直後と、成膜してから数日後では成膜したポリシリコン膜のP濃度が変化してしまうという問題があった。
【0013】
従って、本発明の目的は、ロードロック式CVD装置を用いて、P−Doped Poly Si膜を成膜した場合に、その膜中のP濃度の経時変化を防ぐことができる半導体製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、以下のことを見いだした。すなわち、ボート2を下降するときにロードロック室6はN2 雰囲気(ロードロック室6にはN2 供給口9よりN2 を供給し、N2 排気口10よりN2 を排気しているため酸素濃度は1ppm以下である。)であり、このN2 雰囲気中でウェーハ3が冷却されるためウェーハ3表面のP(リン)が酸化されず不安定な状態になり、結果的にPが揮発しやすい状態になってしまう。その為、成膜直後と、成膜してから数日後では膜中P濃度が変化してしまう。一方ロードロック式ではない、ウェーハ予備室11が大気開放のCVD装置300においては、ウェーハ冷却室11は大気と同じ状態であり、成膜終了後ボート2を下降するときには20%程度のO2 がウェーハ冷却室11内に存在するため、ウェーハ3自身の熱と大気中の酸素とによりP−Doped Poly Si膜の表面は必然的に酸化され、その酸化膜がP揮発を防いでおり、その結果、Pが安定化し、P濃度の経時変化は発生しない。
【0015】
本発明は、以上の知見に基づくものであり、本発明によれば、
基板をN 2 雰囲気中で予備室から成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後に前記成膜室または前記予備室において前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面に不純物の揮発を防止するための酸化膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【0016】
このようにすれば、不純物をドーピングしたシリコン膜の表面が酸化されるので、この酸化膜により不純物の揮発が防止され、不純物濃度の経時変化が防止される。
【0017】
好ましくは、
前記成膜室において、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化し、その後、前記基板を前記成膜室から前記予備室に搬出する。
【0018】
このようにすれば、不純物をドーピングしたシリコン膜の表面が酸化された後に予備室に搬出されるので、この酸化膜により不純物の揮発が防止され、不純物濃度の経時変化が防止される。
【0019】
また、好ましくは、
前記基板を前記成膜室から前記予備室に搬出した後に、前記予備室において、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化する。
【0020】
このように、不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を予備室において酸化することもできるが、この場合には、ウェーハが冷却されてしまうまでに酸化を行うことが好ましい。ウェーハが冷却されてしまうと、不純物の揮発を防止可能な酸化膜を形成することが困難となるからである。なお、予備室において酸化する場合には、予備室に大気または酸素を供給して行うことが好ましい。
【0021】
また、本発明によれば、
予備室と成膜室とをN2雰囲気とした状態で基板を前記予備室から前記成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後、前記予備室と前記成膜室とをN2雰囲気とした状態で前記不純物をドーピングしたシリコン膜が形成された基板を前記成膜室から前記予備室へ搬出する工程と、
前記搬出工程後、前記成膜室と前記予備室との間に設けられたゲートバルブを閉じる工程と、
前記ゲートバルブを閉じてから1分以内に、前記予備室を大気開放するか前記予備室にO2ガスを供給して、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
好ましくは、
前記不純物をドーピングしたシリコン膜が、リンをドーピングしたポリシリコン膜(P−Doped Poly Si膜)である。
【0022】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【0023】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態の成膜方法に使用されるロードロック式縦型CVD装置の概略縦断面図である。
【0024】
このCVD装置100は、成膜室20とその下のロードロック室6とを備えている。成膜室20は、反応管1内に画成される。反応管1内には、インナーチューブ12が設けられ、インナーチューブ12の下部には、SiH4 ガスポート7、PH3 ガスポート8およびO2 ガスポート14が連通している。インナーチューブ2内には、複数の水平姿勢のシリコンウェーハ3を垂直方向に積層して搭載したボート2が挿入されている。反応管1の下部には反応ガス排気口13が連通している。
【0025】
反応管1とロードロック室6との間には、炉口ゲートバルブ4が設けられている。ロードロック室6には、N2 供給口9とN2 排気口10とがそれぞれ連通している。また、ロードロック室6の側壁にはロードロックゲートバルブ5が設けられている。なお、図には示されていないが、反応管1の外側にはヒータが設けられている。
【0026】
このCVD装置100を用いた本発明の第1の実施の形態であるP−Doped Poly Si膜の成膜方法を以下に示す。
【0027】
イ)まず、ボート2をロードロック室6に降ろし、炉口ゲートバルブ4を閉じた状態で、ロードロックゲートバルブ5を介して、複数のシリコンウェーハ3をボート2に搭載する。この際、複数のウェーハ3は水平姿勢であり、垂直方向に積層されてボート2に搭載される。
【0028】
ロ)次に、ロードロックゲートバルブ5を閉じ、ロードロック室6を一旦減圧にし、その後、ロードロック室6にN2 供給口9よりN2 を供給し、N2 排気口10よりN2 を排気して、ロードロック室6内を、酸素濃度が1ppm以下のN2 雰囲気とする。
【0029】
ハ)次に、炉口ゲートバルブ4を開き、500〜600℃に設定されたヒータ(図示せず。)内に納められた反応管1内のインナーチューブ12内にボート2をロードロック室6から上昇させる。この時、ウェーハ3上に自然酸化膜が形成されるのを防ぐ為に、ロードロック室6及び反応管1内はN2 雰囲気となっている。
【0030】
ニ)次に、炉口ゲートバルブ4を閉じ、反応管1内を真空ポンプ(図示せず。)により真空状態にし、反応ガスであるSiH4 ガスをSiH4 ポート7より、PH3 ガスをPH3 ポート8よりそれぞれ供給し、ウェーハ3上にP−Doped Poly Si膜の成膜を行う。供給されたSiH4 ガスとPH3 ガスはインナーチューブ12の内側を上昇し、最上部で反転し、インナーチューブ12の外側を下降し反応ガス排気口13より排気される。
【0031】
ホ)次に、SiH4 ガスとPH3 ガスの供給をストップし、成膜を終了する。
【0032】
ヘ)次に、O2 ガスをO2 ポート14から供給し、これによりP−DopedPoly Si膜の表面の酸化を行う。
【0033】
O2 を流す条件としてはできるだけ高圧、大流量が望ましいが上限は真空ポンプの性能で自ら決まってしまうので、ここでは一例として圧力は300pa以上、流量は1l/min以上とする。
【0034】
ト)次に、酸化を終了するためにO2 ガスの供給をストップし、反応管1内の残留O2 を取り除くために反応管1内を一旦真空状態にし、その後、N2 ガスにより反応管1内を大気圧に戻す。
【0035】
チ)次に、N2 雰囲気のロードロック室6へ500〜600℃に加熱されたボート2及びウェーハ3を下降させ冷却を行う。
【0036】
リ)ウェーハ3が冷却された後に、ロードロックゲートバルブ5を介してウェーハ3をロードロック室6から取り出す。
【0037】
以上の如く、本実施の形態においては、反応管1内においてP−Doped Poly Si膜の表面を酸化した後に、ロードロック6室にウェーハ3が搬出されるので、この酸化膜によりPの揮発が防止され、P濃度の経時変化が防止される。
【0038】
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態は反応管1内にO2 を流す方法であったがそれが困難な場合には本実施の形態の方法を採ることができる。
【0039】
図2は、本実施の形態の成膜方法に使用されるロードロック式縦型CVD装置の概略縦断面図である。このCVD装置200は、O2 ポート14を設けていない点が上述したCVD装置100と異なるが他の点は同じである。
【0040】
まず、上述した第1の実施の形態と同様の工程イ)乃至ニ)により、SiH4 ガスとPH3 ガスによりP−Doped Poly Si膜を成膜する。
【0041】
次に、SiH4 ガスとPH3 ガスの供給をストップし成膜を終了する。
【0042】
次に、反応管1内を一旦減圧にし、その後N2 ガスにより大気圧に戻す。
【0043】
次に、N2 雰囲気のロードロック室6へ500〜600℃に加熱されたボート2及びウェーハ3を下降させる。ボート2の下降が終了し、炉口ゲートバルブ4を閉じたと同時にロードロックゲートバルブ5を開き、ロードロック室6を大気開放とする。そして、ボート2及びウェーハ3の余熱によってP−Doped Poly Si膜の表面の大気による酸化を行う。
【0044】
なお、ここで注意する点は、ロードロックゲートバルブ5を開くタイミングを、ボート2の下降が終了し炉口ゲートバルブ4が閉じてからできるだけ早くしないと、本発明の効果が得られなくなってしまうことである。なぜならロードロック室6内のN2 雰囲気中でウェーハ3が冷却されてしまうとウェーハ3上に形成されたP−Doped Poly Si膜への酸化が起きずらくなりPの揮発を防ぐには至らなくなるからである。実験的には炉口ゲートバルブ4を閉じてから1分以内にロードロックゲートバルブ5を開けば酸化の効果は見られる。
【0045】
最後に、ウェーハ3が冷却された後に、ロードロックゲートバルブ5を介してウェーハ3をロードロック室6から取り出す。
【0046】
(第3の実施の形態)
また、大気で酸化させる事が好まれない場合は、ロードロック室6へのN2 供給口9を通してO2 を流しても何らさしつかえない。この実施の形態において、O2 ガスを流すタイミングは、上記第2の実施の形態において大気を取り込む場合と同じでよい。
【0047】
以上の如くP−Doped Poly Si膜の表面を酸化しPを安定化することによってPの揮発を防ぐことができる。従来技術におけるP濃度の経時変化が8%であったものが上記各実施の形態においては、2%程度まで向上した。
【0048】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、ロードロック式CVD装置を用いて、P−Doped Poly Si膜等の不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する場合において、その膜中のP濃度等の不純物濃度の経時変化を防ぐことができ、膜品質の向上を図ることができ、ひいては製品半導体の機能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の成膜方法に使用されるロードロック式縦型CVD装置の概略縦断面図である。
【図2】本発明の第2および第3の実施の形態ならびに従来の成膜方法に使用されるロードロック式縦型CVD装置の概略縦断面図である。
【図3】従来の成膜方法に使用される縦型CVD装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
1…反応管
2…ボート
3…ウェーハ
4…炉口ゲートバルブ
5…ロードロックゲートバルブ
6…ロードロック室
7…SiH4 ガスポート
8…PH3 ガスポート
9…N2 供給口
10…N2 排気口
11…ウェーハ冷却室
12…インナチューブ
13…反応ガス排気口
14…O2 ガスポート
100、200…ロードロック式縦型CVD装置
300…縦型CVD装置
Claims (3)
- 基板をN2雰囲気中で予備室から成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後に前記成膜室または前記予備室において前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面に不純物の揮発を防止するための酸化膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法。 - 予備室と成膜室とをN 2 雰囲気とした状態で基板を前記予備室から前記成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後、前記予備室と前記成膜室とをN 2 雰囲気とした状態で前記不純物をドーピングしたシリコン膜が形成された基板を前記成膜室から前記予備室へ搬出する工程と、
前記搬出工程後、前記成膜室と前記予備室との間に設けられたゲートバルブを閉じる工程と、
前記ゲートバルブを閉じてから1分以内に、前記予備室を大気開放するか前記予備室にO2ガスを供給して、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法。 - 前記不純物をドーピングしたシリコン膜が、リンをドーピングしたポリシリコン膜であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体製造方法。
Priority Applications (1)
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JP06003097A JP3556795B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 半導体製造方法 |
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JP06003097A JP3556795B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 半導体製造方法 |
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JPH10242064A JPH10242064A (ja) | 1998-09-11 |
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JP06003097A Expired - Lifetime JP3556795B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 半導体製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JPH11260734A (ja) | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP06003097A patent/JP3556795B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH10242064A (ja) | 1998-09-11 |
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