JP3938877B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、減圧CVD法(化学気相堆積法)によって、ポリシリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムを成膜する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
IC、LSI等の半導体デバイスを製造する工程においては、減圧CVD法(化学気相堆積法)によって、基板上に薄膜を成膜することが行われている。そのような成膜工程の中の一つとして、減圧CVD法によって、シリコンゲルマニウム膜を形成することが試みられている。
【0003】
シリコンゲルマニウムは、目的のデバイスによって、例えばヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(HBT)ではベース領域にエピタキシャルシリコンゲルマニウムを成長させることやMOSトランジスタではゲート電極部分にポリシリコンゲルマニウム膜を形成することが試みられている。
【0004】
従来、MOSトランジスタのゲート電極部分にはシリコンが使用されてきたが、近年のゲート絶縁膜の薄膜化に伴い、ゲートにバイアスをかけた際のゲートの空乏化や、熱処理工程におけるボロンの電極からチャネル部分への突き抜けが、デバイス特性を悪化させる大きな問題点となっていた。上記の問題点は、ボロンドープポリシリコンに代えてボロンドープポリシリコンゲルマニウムを用いることによって大幅に改善されることが判明している。
【0005】
また、従来の減圧CVD装置によるポリシリコンゲルマニウム成膜において、ボロンをドーピングするのにジボラン(B)が用いられていた。しかし、ジボランを用いた場合、バッチ処理である縦型減圧CVD装置においては、ウェハ面内・ウェハ面間でのシリコンゲルマニウム膜中でのボロン(B)濃度均一性を確保することが困難であった。そこで、ジボランの代替ドーピングガスとして三塩化ホウ素(BCl)を用いることが行われた。三塩化ホウ素は、ジボランと比較して反応性が低いため、ガス流れ方向に対して、それほど消費が多くないので、ボロン濃度面間均一性を確保できる。またウェハ間隔が5.2mmピッチ程度と狭くても、三塩化ホウ素はウェハ中心部まで行き渡り、ボロン濃度面内均一性も良くなることがわかっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンゲルマニウム膜中でのボロン濃度の適正値は適用デバイス部分によって異なり、例えば、ゲート電極用では低抵抗化するために高濃度のボロンを導入する。ジボランによるシリコンゲルマニウム膜中のボロン濃度はジボラン分圧に比例して単調増加することがわかっている。しかしながら、塩素を含んでいる三塩化ホウ素の場合どのような挙動を示すのかわかっていない。そこで、三塩化ホウ素をドーピングガスとして用いた場合の、シリコンゲルマニウム膜中のボロンの挙動を明らかにすることは、適正な濃度のボロンドーピングを実行する上で、重要な課題となる。
【0007】
また、現在のゲート電極部分に用いられるボロンドープポリシリコン膜の主な形成方法では、まずノンドープのポリシリコン膜を形成し、イオンインプランテーションでボロンをドープした後、ボロンの活性化および多結晶化のために1000℃程度の熱処理を行う必要がある。この際、ゲート絶縁膜を突き抜けてチャネル部分に拡散してしまうボロンが、デバイス特性を悪化させる一つの要因となっている。
【0008】
本発明の目的は、上記課題を解決し、減圧CVD法によって、適正なボロンドーピング濃度のボロンドープポリシリコンゲルマニウムを成膜することを可能とし、低温でボロンを活性化させて熱履歴を減少させ、且つボロンを活性化(抵抗率で2×10−3[Ω・cm]まで下げられる)させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、請求項1に記載のように、
反応ガスとしてモノシランとモノゲルマンを使用し、ドーピングガスとして三塩化ホウ素を使用し、反応炉内において、減圧CVD法によってボロンドープポリシリコンゲルマニウム膜を形成する半導体装置の製造方法において、上記減圧CVD法を450℃以上500℃以下の成膜温度で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を構成する。
また、本発明は、請求項2に記載のように、
前記反応炉はホットウォール炉であって、前記反応炉内に垂直方向に積層された複数枚のウエハに前記ボロンドープポリシリコンゲルマニウム膜を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法を構成する。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明者らは鋭意検討の結果、三塩化ホウ素をドーピングガスとして用いた場合においてシリコンゲルマニウム膜中に取り込まれるボロン濃度と三塩化ホウ素の分圧との関係を究明し、その結果に基づいて本発明をなすに到った。
【0011】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、縦型減圧CVD装置において、反応ガスとしてモノシラン(SiH)及びモノゲルマン(GeH)、ドーピングガスとして三塩化ホウ素を使用し、ウェハ上にボロンドープポリシリコンゲルマニウムを成膜するものである。
【0012】
上記縦型減圧CVD装置の一例であるホットウォール縦型減圧CVD装置の反応炉構造概略図を図1に示す。図において、ホットウォール炉を構成し、基板を加熱する4ゾーン(U、CU、CLおよびL)に分かれたヒータ6の内側に、反応炉11の外筒である石英製のアウターチューブ1およびアウターチューブ1内部のインナーチューブ2が設置されており、この2種のチューブの間をメカニカルブースタポンプ7およびドライポンプ8を用いて真空引きしている。従って、インナーチューブ2内側に4本の途中供給ノズル12から反応ガスとしてモノゲルマン、SiH+GeHノズル13から反応ガスとしてモノシランとモノゲルマンとの混合ガス、さらにBClノズル14からドーピングガスとして三塩化ホウ素が導入され、反応ガスとドーピングガスとはインナーチューブ2内を上昇し、2種のチューブ1、2の間を下降して排気される。なお、各ガスの供給流量は各ガス供給系にそれぞれ設けられた図示しない流量制御装置により制御される。
【0013】
複数枚の基板であるウェハ4が垂直方向に積層されて装填された積載基板支持具である石英製のボート3(例えば8インチウェハ用、ウェハ間間隔5.2mmピッチ)はインナーチューブ2内に設置され、反応ガスにさらされた時に気相中およびウェハ4表面での反応により、ウェハ4上にボロンドープシリコンゲルマニウム薄膜が形成される。その際、反応炉11内の圧力を制御するために、Nバラスト用バルブ16を通して窒素(N)を排気系に導入し、その窒素の流量を、コントローラ17が、圧力計15の出力信号に基づいて制御する。なお、三塩化ホウ素の分圧は、炉内圧力と、総流量、BCl流量の比率を調整することにより制御する。しかし、炉内圧力(成長圧力)は、ウェハ面内の膜厚均一性に大きく影響を及ぼすので、本実施形態では、BClの流量を増減させることで、BCl分圧を制御している。
【0014】
断熱板5はボート3と装置下部との間を断熱するためのものである。また9はボート回転軸であり、10はステンレス製蓋である。
【0015】
図2は、図1に示した基板処理装置を用いる成膜手順を示している。
【0016】
まず、複数枚のウェハ4をボート3に投入し、反応炉11内を成膜温度に安定化させた後、ウェハ4を装填したボート3を反応炉11内にロード(挿入)する。リアクター(反応炉11)内を排気し、ボート3やチューブ1、2に吸着した水分等を脱離させるためにNパージを行う。
【0017】
その後、リアクター内リークチェックを行った後、各原料ガスの流量を設定し、反応炉11内に各ガスを流しながら成長圧力になるようNバラストによって安定化させる。このとき、BCl分圧は成長圧力と総流量、BCl流量の比率の関係で決まる。しかし、前述のように、成長圧力はウェハ4面内の膜厚均一性に大きく影響を及ぼすので、本実施形態では、BCl流量を増減させることでBCl分圧を制御する。そして反応炉11内の成長圧力が安定した後、成膜を行う。
【0018】
成膜が終了したら、反応ガスの流入を停止し、配管内をNでサイクルパージし、Nでリアクター(反応炉11)内を大気圧まで戻す。大気圧に戻ったらボート3をアンロードし、ウェハ4を自然冷却する。最後にウェハ4をボート3から取り出す。
【0019】
実施の形態例を以下に示す。
【0020】
図1に示す基板処理装置を用いて、8インチウェハに対してボロンドープシリコンゲルマニウムを成膜した。
【0021】
この場合の成膜条件は成膜温度450〜500℃、成長圧力30〜120Pa、GeH/SiH=0.038、BCl/SiH=0.000017〜0.028とした。なお、これらの比(GeH/SiH、BCl/SiH)は、それぞれ、SiHに対するGeH、BClの流量比を示している。
【0022】
図3は、三塩化ホウ素の分圧を1.02×10−4〜2(Pa)の範囲で制御した内の0.05〜2Paまでの、三塩化ホウ素の分圧とボロン濃度との関係を示す。この時の成膜温度は475℃である。
【0023】
図3に示すように、三塩化ホウ素分圧を増加させることで単調増加し、三塩化ホウ素分圧“a”点でボロン濃度がおおよそ飽和することがわかった。この点は、シリコンゲルマニウム膜中に取り込まれるボロンの固溶限界領域付近にある。したがって、三塩化ホウ素の分圧を“a”点における分圧すなわち0.1Pa以上とすることにより、ボロンを最大限にドーピングすることができる。また、これから三塩化ホウ素の分圧を制御することにより任意のボロン濃度を得ることができることが判る。
【0024】
図4は、三塩化ホウ素によってドーピングされたボロンドープシリコンゲルマニウム膜の成膜直後のボロン濃度と抵抗率の関係を示した図である。この時の成膜温度は475℃である。図から、ボロン濃度の増加と共に抵抗率が低下していることがわかる。逆に、ボロン濃度の低下と共に、抵抗率は増加し、“b”点以下のボロン濃度になると抵抗率が高くなり過ぎ好ましくない。また、ボロン濃度が“c”点より高くなると、ボロン濃度が増加するにもかかわらず、抵抗率が高くなる傾向があり好ましくない。これらのことから、“b”点以上“c”点以下のボロン濃度範囲が、低抵抗化が必要であるゲート電極にとって適した範囲であるといえる。なお、図4の“b”点、“c”点におけるボロン濃度は図3の“d”点、“e”点におけるボロン濃度に対応している。従って、前述のようなゲート電極に適したボロン濃度範囲のシリコンゲルマニウム膜は、三塩化ホウ素の分圧を、図3の“d”点における分圧すなわち0.2Pa以上、“e”点における分圧すなわち1Pa以下とすることによって、成膜されることが判る。なお、三塩化ホウ素の分圧を1Paよりも大きくしても、図3に示したように、膜中のボロン濃度はわずかに増大するのみであり、しかも、図4に示したように、抵抗率は上昇するので、実用上有利ではない。
【0025】
このことから、三塩化ホウ素の分圧を、0.2Pa以上、1Pa以下とすることで、ゲート電極に適したボロン濃度のシリコンゲルマニウム膜を得ることができることが判る。
【0026】
また、450℃という比較的低温でボロンを約3×1020[cm−3]〜3×1021[cm−3]ドープした時の結晶性の変化を、ボロンをドープしていない時(ノンドープ、non-dope)と比較して、XRD(X線回折法)で調べた結果を図5に示す。図には、シリコンゲルマニウム膜の面方位(111)、(220)および(311)について、回折角θ(図中、その2倍で表示)と回折強度との関係が示されている。どの面方位においても、ボロンをドープしていない時には回折ピークは見られず、膜の結晶性が完全にアモルファスになっているのに対して、ボロンを約3×1020[cm−3]〜3×1021[cm−3]ドープした時には、どの面方位にも回折ピークが見られ、多結晶化していることが分かる。
【0027】
さらに比較的低温でのボロンの活性化に関して、450℃で成膜したボロンドープポリシリコンゲルマニウム膜の抵抗率の熱処理温度依存性を図6に示す。熱処理時間は60分であり、横軸のas−depoは成膜後熱処理前の状態を示している。as−depo(熱処理前)時で抵抗率は約2.2×10−3[Ω・cm]まで下がっており、熱処理を行っても抵抗率に大きな変化が見られないことが分かる。このことから450℃という比較的低温において、熱処理を行わなくてもボロンがかなり活性化していることが分かる。
【0028】
なお、成膜時の温度450℃未満においては成長速度が3nm/minより小さくなり、スループットが低くなるため実用的ではない。500℃より温度が高いと、抵抗率面内均一性が、450℃では±1%であることに比べて、±5%前後となり、抵抗率面内均一性が悪くなるという問題がある。よって成膜温度は450℃以上500℃以下が好ましい。
【0029】
このようなことから、シリコンゲルマニウム膜の抵抗率は、成膜温度450〜500℃における成膜直後に実現するものであり、高温(500℃よりも高い温度)のアニール処理工程を用いなくても、低温(500℃以下)処理工程のみによって、低抵抗のシリコンゲルマニウム膜を成膜することができることが判る。
【0030】
なお、上記成膜条件を適宜決定すればアモルファス、ポリの何れの成膜も可能である。
【0031】
以上に説明したように、本発明の実施によって、縦型減圧CVD装置におけるボロンドープポリシリコンゲルマニウムを成膜する半導体の製造方法において、成膜温度を450℃以上500℃以下に選ぶことにより、高温のアニール処理工程を用いなくても低温で低抵抗化することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明の実施によって、減圧CVD法によって、適正なボロン濃度のボロンドープポリシリコンゲルマニウムを成膜することを可能とし、別途熱処理を行わずに比較的低温で多結晶薄膜が得られ、なお且つ熱処理を行わなくてもボロンの活性化(抵抗率で2×10−3[Ω・cm]まで下げられる)を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例において使用される縦型減圧CVD装置の反応炉構造概略を示す図である。
【図2】減圧CVD法による成膜手順を説明する図である。
【図3】成膜工程中における三塩化ホウ素分圧とシリコンゲルマニウム膜中のボロン濃度との関係を示す図である。
【図4】シリコンゲルマニウム膜中のボロン濃度とシリコンゲルマニウム膜抵抗率との関係を示す図である。
【図5】ボロンを約3×1020(cm−3)〜3×1021(cm−3)ドープした時のシリコンゲルマニウム膜の結晶性の変化を示す図である。
【図6】450℃で成膜したボロンドープポリシリコンゲルマニウム膜の抵抗率の熱処理温度依存性を示す図である。
【符号の説明】
1…アウターチューブ、2…インナーチューブ、3…ボート、4…ウェハ、5…断熱板、6…ヒータ、7…メカニカルブースタポンプ、8…ドライポンプ、9…ボート回転軸、10…ステンレス製蓋、11…反応炉、12…途中供給ノズル、13…SiH+GeHノズル、14…BClノズル、15…圧力計、16…Nバラスト用バルブ、17…コントローラ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which polysilicon germanium or amorphous silicon germanium is formed by a low pressure CVD method (chemical vapor deposition method).
[0002]
[Prior art]
In a process of manufacturing a semiconductor device such as an IC or LSI, a thin film is formed on a substrate by a low pressure CVD method (chemical vapor deposition method). As one of such film formation processes, attempts have been made to form a silicon germanium film by a low pressure CVD method.
[0003]
For silicon germanium, attempts are being made to grow epitaxial silicon germanium in the base region in a heterojunction bipolar transistor (HBT), for example, and to form a polysilicon germanium film in the gate electrode portion in a MOS transistor, depending on the target device. .
[0004]
Conventionally, silicon has been used for the gate electrode portion of the MOS transistor. However, with the recent thinning of the gate insulating film, the gate is depleted when the gate is biased, and the boron electrode is used in the heat treatment process. The penetration into the channel portion has been a major problem that deteriorates the device characteristics. It has been found that the above problems are greatly improved by using boron-doped polysilicon germanium instead of boron-doped polysilicon.
[0005]
In addition, in the formation of polysilicon germanium by a conventional low pressure CVD apparatus, diborane (B 2 H 6 ) has been used to dope boron. However, when diborane is used, it is difficult to ensure the uniformity of boron (B) concentration in the silicon germanium film within the wafer surface and between the wafer surfaces in the vertical vacuum CVD apparatus that is a batch process. It was. Therefore, boron trichloride (BCl 3 ) has been used as an alternative doping gas for diborane. Since boron trichloride is less reactive than diborane, it does not consume much in the gas flow direction, so it is possible to ensure uniformity between boron concentration surfaces. Further, it is known that even when the wafer interval is as narrow as about 5.2 mm pitch, boron trichloride spreads to the center of the wafer and the boron concentration in-plane uniformity is improved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The appropriate value of the boron concentration in the silicon germanium film varies depending on the device part to be applied. For example, in the case of a gate electrode, a high concentration of boron is introduced to reduce the resistance. It is known that the boron concentration in the silicon germanium film due to diborane increases monotonically in proportion to the diborane partial pressure. However, the behavior of boron trichloride containing chlorine is not known. Therefore, clarifying the behavior of boron in the silicon germanium film when boron trichloride is used as a doping gas is an important issue in performing boron doping at an appropriate concentration.
[0007]
Also, the main method of forming a boron-doped polysilicon film used for the current gate electrode part is to first form a non-doped polysilicon film, and then boron is doped by ion implantation, and then boron is activated and polycrystallized. Therefore, it is necessary to perform heat treatment at about 1000 ° C. At this time, boron that penetrates through the gate insulating film and diffuses into the channel portion is one factor that deteriorates device characteristics.
[0008]
An object of the present invention is to solve the above problems, by low pressure CVD method, it possible to deposit boron-doped polysilicon germanate Niu arm proper boron doping concentration, reducing thermal history by activating the boron at a low temperature It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can activate boron (reducing the resistivity to 2 × 10 −3 [Ω · cm]).
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention as described in claim 1,
The reaction using monosilane and monogermane as a gas, using boron trichloride as the doping gas, in the reaction furnace, the method of manufacturing a semiconductor device for forming a boron doped polysilicon germanium film by low pressure CVD method, the low pressure CVD method A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is performed at a deposition temperature of 450 ° C. or higher and 500 ° C. or lower .
Further, the present invention provides the following, as described in claim 2.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the reaction furnace is a hot wall furnace, and the boron-doped polysilicon germanium film is formed on a plurality of wafers stacked vertically in the reaction furnace. Configure the manufacturing method.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of intensive studies, the present inventors have investigated the relationship between the concentration of boron taken into the silicon germanium film and the partial pressure of boron trichloride when boron trichloride is used as a doping gas, and based on the results, Invented.
[0011]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses a monosilane (SiH 4 ) and a monogermane (GeH 4 ) as reaction gases and boron trichloride as a doping gas in a vertical reduced pressure CVD apparatus. the silicon germanium Niu beam is intended to be formed.
[0012]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a reactor structure of a hot wall vertical vacuum CVD apparatus which is an example of the vertical vacuum CVD apparatus. In the figure, a quartz outer tube 1 and an outer tube, which are outer cylinders of a reaction furnace 11, are arranged inside a heater 6 that constitutes a hot wall furnace and is divided into four zones (U, CU, CL, and L) for heating a substrate. An inner tube 2 inside the tube 1 is installed, and a vacuum is drawn between the two types of tubes using a mechanical booster pump 7 and a dry pump 8. Therefore, monogermane as a reaction gas from four intermediate supply nozzles 12 inside the inner tube 2, a mixed gas of monosilane and monogermane as a reaction gas from a SiH 4 + GeH 4 nozzle 13, and a doping gas as a doping gas from a BCl 3 nozzle 14. Boron chloride is introduced, and the reaction gas and doping gas rise in the inner tube 2 and descend between the two types of tubes 1 and 2 and are exhausted. The supply flow rate of each gas is controlled by a flow rate control device (not shown) provided in each gas supply system.
[0013]
A quartz boat 3 (for example, for 8-inch wafers, a pitch between wafers of 5.2 mm) is a loading substrate support in which a plurality of wafers 4 are stacked and loaded in a vertical direction. A boron-doped silicon germanium thin film is formed on the wafer 4 by reaction in the gas phase and on the surface of the wafer 4 when placed and exposed to the reaction gas. At that time, in order to control the pressure in the reaction furnace 11, nitrogen (N 2 ) is introduced into the exhaust system through the N 2 ballast valve 16, and the flow rate of the nitrogen is determined by the controller 17 and the output signal of the pressure gauge 15 Control based on. The partial pressure of boron trichloride is controlled by adjusting the ratio between the furnace pressure, the total flow rate, and the BCl 3 flow rate. However, the furnace pressure (growth pressure), so greatly affects the thickness uniformity in the wafer plane, in this embodiment, by increasing or decreasing the flow rate of BCl 3, and controls the BCl 3 partial pressure .
[0014]
The heat insulating plate 5 is used to insulate between the boat 3 and the lower part of the apparatus. Reference numeral 9 denotes a boat rotation shaft, and reference numeral 10 denotes a stainless steel lid.
[0015]
FIG. 2 shows a film forming procedure using the substrate processing apparatus shown in FIG.
[0016]
First, a plurality of wafers 4 are put into the boat 3, the inside of the reaction furnace 11 is stabilized at the film formation temperature, and then the boat 3 loaded with the wafers 4 is loaded (inserted) into the reaction furnace 11. The inside of the reactor (reactor 11) is evacuated, and N 2 purge is performed to desorb moisture adsorbed on the boat 3 and the tubes 1 and 2.
[0017]
Thereafter, after performing a leak check in the reactor, the flow rate of each raw material gas is set and stabilized by N 2 ballast so as to reach a growth pressure while flowing each gas into the reaction furnace 11. At this time, the BCl 3 partial pressure is determined by the relationship between the growth pressure, the total flow rate, and the ratio of the BCl 3 flow rate. However, as described above, the growth pressure greatly affects the film thickness uniformity in the surface of the wafer 4. In this embodiment, the BCl 3 partial pressure is controlled by increasing or decreasing the BCl 3 flow rate. Then, after the growth pressure in the reactor 11 is stabilized, film formation is performed.
[0018]
After deposition is completed, the flow of the reaction gas is stopped, the pipe was cycle purged with N 2, returning the reactor (reactor 11) with N 2 to atmospheric pressure. When the pressure returns to atmospheric pressure, the boat 3 is unloaded and the wafer 4 is naturally cooled. Finally, the wafer 4 is taken out from the boat 3.
[0019]
Embodiments are shown below.
[0020]
Boron-doped silicon germanium was deposited on an 8-inch wafer using the substrate processing apparatus shown in FIG.
[0021]
The film formation conditions in this case were a film formation temperature of 450 to 500 ° C., a growth pressure of 30 to 120 Pa, GeH 4 / SiH 4 = 0.038, and BCl 3 / SiH 4 = 0.000017 to 0.028. These ratios (GeH 4 / SiH 4 , BCl 3 / SiH 4 ) indicate the flow ratios of GeH 4 and BCl 3 to SiH 4 , respectively.
[0022]
FIG. 3 shows the relationship between boron trichloride partial pressure and boron concentration from 0.05 to 2 Pa of which the partial pressure of boron trichloride is controlled in the range of 1.02 × 10 −4 to 2 (Pa). Indicates. The film forming temperature at this time is 475.degree.
[0023]
As shown in FIG. 3, it was found that the boron trichloride monotonously increased by increasing the boron trichloride partial pressure, and the boron concentration was approximately saturated at the point of boron trichloride partial pressure “a”. This point is in the vicinity of the solid solution limit region of boron taken into the silicon germanium film. Therefore, boron can be doped to the maximum by setting the partial pressure of boron trichloride to the partial pressure at the point “a”, that is, 0.1 Pa or more. Also, it can be seen that an arbitrary boron concentration can be obtained by controlling the partial pressure of boron trichloride.
[0024]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the boron concentration and the resistivity immediately after the formation of the boron-doped silicon germanium film doped with boron trichloride. The film forming temperature at this time is 475.degree. From the figure, it can be seen that the resistivity decreases as the boron concentration increases. On the other hand, the resistivity increases with a decrease in the boron concentration. If the boron concentration is lower than the “b” point, the resistivity becomes too high, which is not preferable. Further, if the boron concentration is higher than the “c” point, the resistivity tends to increase despite the increase in boron concentration, which is not preferable. From these facts, it can be said that the boron concentration range from the “b” point to the “c” point is a suitable range for a gate electrode that requires a reduction in resistance. Note that the boron concentrations at points “b” and “c” in FIG. 4 correspond to the boron concentrations at points “d” and “e” in FIG. Therefore, the silicon germanium film having a boron concentration range suitable for the gate electrode as described above has a partial pressure of boron trichloride that is a partial pressure at the point “d” in FIG. It can be seen that the film is formed when the pressure is set to 1 Pa or less. Even if the partial pressure of boron trichloride is higher than 1 Pa, the boron concentration in the film only slightly increases as shown in FIG. 3, and as shown in FIG. Since the rate rises, it is not practically advantageous.
[0025]
From this, it is understood that a boron germanium film having a boron concentration suitable for the gate electrode can be obtained by setting the partial pressure of boron trichloride to 0.2 Pa or more and 1 Pa or less.
[0026]
In addition, the change in crystallinity when boron is doped at about 3 × 10 20 [cm −3 ] to 3 × 10 21 [cm −3 ] at a relatively low temperature of 450 ° C. is observed when boron is not doped (non-doped). , Non-dope), the results of investigation by XRD (X-ray diffraction method) are shown in FIG. The figure shows the relationship between the diffraction angle θ (indicated by twice that in the figure) and the diffraction intensity for the plane orientations (111), (220) and (311) of the silicon germanium film. In any plane orientation, no diffraction peak is observed when boron is not doped, and the crystallinity of the film is completely amorphous, whereas boron is about 3 × 10 20 [cm −3 ] to When 3 × 10 21 [cm −3 ] is doped, a diffraction peak is observed in any plane orientation, and it can be seen that it is polycrystallized.
[0027]
Furthermore, regarding the activation of boron at a relatively low temperature, the dependence of the resistivity of the boron-doped polysilicon germanium film formed at 450 ° C. on the heat treatment temperature is shown in FIG. The heat treatment time is 60 minutes, and the abscissa as-depo indicates a state after the film formation and before the heat treatment. The resistivity decreased to about 2.2 × 10 −3 [Ω · cm] at the time of as-depo (before heat treatment), and it can be seen that no significant change in the resistivity was observed even after heat treatment. This shows that boron is considerably activated at a relatively low temperature of 450 ° C. without performing heat treatment.
[0028]
Note that when the temperature during film formation is lower than 450 ° C., the growth rate is lower than 3 nm / min and the throughput is lowered, which is not practical. When the temperature is higher than 500 ° C., the resistivity in-plane uniformity is about ± 5% compared to ± 1% at 450 ° C., and there is a problem that the resistivity in-plane uniformity is deteriorated. Therefore, the deposition temperature is preferably 450 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
[0029]
For this reason, the resistivity of the silicon germanium film is realized immediately after film formation at a film formation temperature of 450 to 500 ° C., and it is possible to use a high temperature (temperature higher than 500 ° C.) annealing process. It can be seen that a low-resistance silicon germanium film can be formed only by a low-temperature (500 ° C. or lower) treatment process.
[0030]
Note that amorphous or poly film formation is possible if the film formation conditions are appropriately determined.
[0031]
As described above, by the practice of the present invention, in a semiconductor manufacturing process for forming a boron-doped polysilicon germanate Niu arm in vertical decompression CVD apparatus, by selecting the deposition temperature to 450 ° C. or higher 500 ° C. or less, It is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce resistance at a low temperature without using a high-temperature annealing process.
[0032]
【The invention's effect】
By practice of the present invention, by a low pressure CVD method, it possible to deposit boron-doped polysilicon germanate Niu arm proper boron concentration, the polycrystalline thin film is obtained at a relatively low temperature without additional heat treatment, it should be noted and Even without heat treatment, boron can be activated (resistivity can be reduced to 2 × 10 −3 [Ω · cm]).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a reactor structure of a vertical reduced pressure CVD apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a film forming procedure by a low pressure CVD method.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a partial pressure of boron trichloride and a boron concentration in a silicon germanium film during a film forming process.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a boron concentration in a silicon germanium film and a silicon germanium film resistivity.
FIG. 5 is a diagram showing a change in crystallinity of a silicon germanium film when boron is doped with about 3 × 10 20 (cm −3 ) to 3 × 10 21 (cm −3 ).
FIG. 6 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the resistivity of a boron-doped polysilicon germanium film formed at 450 ° C.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer tube, 2 ... Inner tube, 3 ... Boat, 4 ... Wafer, 5 ... Heat insulation board, 6 ... Heater, 7 ... Mechanical booster pump, 8 ... Dry pump, 9 ... Boat rotating shaft, 10 ... Stainless steel lid, 11 ... reactor, 12 ... halfway supply nozzle, 13 ... SiH 4 + GeH 4 nozzle, 14 ... BCl 3 nozzles, 15 ... pressure gauge, 16 ... N 2 ballast valve, 17 ... controller.

Claims (2)

反応ガスとしてモノシランとモノゲルマンを使用し、ドーピングガスとして三塩化ホウ素を使用し、反応炉内において、減圧CVD法によってボロンドープポリシリコンゲルマニウム膜を形成する半導体装置の製造方法において、上記減圧CVD法を450℃以上500℃以下の成膜温度で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。The reaction using monosilane and monogermane as a gas, using boron trichloride as the doping gas, in the reaction furnace, the method of manufacturing a semiconductor device for forming a boron doped polysilicon germanium film by low pressure CVD method, the low pressure CVD method A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed at a deposition temperature of 450 ° C. or higher and 500 ° C. or lower . 前記反応炉はホットウォール炉であって、前記反応炉内に垂直方向に積層された複数枚のウエハに前記ボロンドープポリシリコンゲルマニウム膜を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。  2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the reaction furnace is a hot wall furnace, and the boron-doped polysilicon germanium film is formed on a plurality of wafers stacked vertically in the reaction furnace. Production method.
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