JP5854112B2 - 薄膜の形成方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
請求項1及びこれを引用する請求項に係る発明によれば、真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、処理容器内へアミノシラン系ガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して被処理体の表面に前記シード膜としてシリコンとカーボンと窒素との化合物よりなる薄膜を形成する第1ステップと、処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成する第2ステップとを有するようにしたので、比較的低温でも埋め込み特性が良好で且つ表面ラフネスの精度を向上するアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜を形成することができる。
図1は本発明方法を実施するための成膜装置の第1実施例の一例を示す構成図である。尚、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。図示するように、この成膜装置12は下端が開放された筒体状になされたバッチ式の縦型の処理容器14を有している。この処理容器14は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
次に、上述のように構成された第1実施例の成膜装置12を用いて行われる本発明の成膜方法の第1実施例について説明する。以下に説明する各動作は、前述したようにコンピュータよりなる制御手段70の制御のもとに行われる。
また、上記アミノシラン系ガスとしては、分子式中のシリコン(Si)が1つとなるものに限られるものではなく、分子式中のシリコンが2つとなるもの、例えば、ヘキサキスエチルアミノジシラン(C12H36N6 Si2 )なども用いることができる。
更に、ヘキサキスエチルアミノジシランの他、下記の式(1)〜(4)により表示される物質も用いることができる。
(1) (((R1R2)N)nSi2H6−n−m(R3)m …n:アミノ基の数 m:アルキル基の数
(2) ((R1)NH)nSi2H6−n−m(R3)m …n:アミノ基の数 m:アルキル基の数
(1)、(2)式において、
R1、R2、R3 = CH3、C2H5、C3H7
R1 = R2 = R3、または同じでなくても良い。
n =1〜6の整数
m =0、1〜5の整数
(3) (((R1R2)N)nSi2H6−n−m(Cl)m …n:アミノ基の数 m:塩素の数
(4) ((R1)NH)nSi2H6−n−m(Cl)m …n:アミノ基の数 m:塩素の数
(3)、(4)式において
R1、R2 = CH3、C2H5、C3H 7
R1 = R2、または同じでなくても良い。
n =1〜6の整数
m =0、1〜5の整数
本例では、前述したようにDIPASを用いた。
DIPAS流量: 500sccm
処 理 時 間: 5min
処 理 温 度: 400℃
処 理 圧 力: 53.2Pa(0.4Torr)
である。
上記処理温度(プロセス温度)は、好ましくは25(室温)℃〜550℃の温度範囲がよく、25℃よりも低い場合にはシリコン膜形成温度との温度差が大きくなってスループットを低下させてしまい、また550℃よりも高い場合にはDIPASの吸着量が1分子層以上となって吸着モードがらCVDモードへ変わるので適切でない。
ここで本発明方法を実際に実施して、シード膜上にボロンがドープされたアモルファスのシリコン膜を形成したので、その評価結果について説明する。ここで半導体ウエハとしてシリコン基板を用い、この表面に下地層としてシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜にホール径が50nmで、アスペクト比が7の凹部を形成した。そして、このシリコン酸化膜上にシード膜88を形成し、更にその上に不純物としてボロンがドープされたアモルファスのシリコン膜90を形成した。
上記実施例では、第2ステップにおいてシラン系ガスと不純物含有ガスとを交互に供給したが、これに限定されず、上記シラン系ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、不純物含有のシリコン膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス(例えばモノシラン)の流量は、100〜2000sccmの範囲内、不純物含有ガス(例えばBCl3 ))の流量は、50〜2000sccmの範囲内である。またプロセス圧力は、0.1〜10Torrの範囲内、プロセス温度は、350〜600℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
次に、下地(絶縁膜2)の種類とシード膜の有無に関する評価実験を行ったので、その評価結果について説明する。ここでは、先の成膜方法に従って、下地である絶縁膜2の表面にシード膜用原料ガスとしてアミノシラン系ガスをプリフローしてシード膜88を形成した後、シード膜88上に不純物のドープされたアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜90を形成した。
線II: y = 17.605x − 34.929 …(2)
線III: y = 18.011x − 27.739 …(3)
線IV : y = 18.091x − 41.277 …(4)
図7及び図8に示すように、プリフロー有りの場合、プリフロー無しに比較してアモルファス状態の不純物含有のシリコン膜90の膜厚が増す傾向が明らかとなった。
次に、本発明の第2実施例について説明する。先の第1実施例にあっては、第2ステップで不純物含有のシリコン膜90を形成する場合について説明したが、この第2実施例では上記不純物含有のシリコン膜90に替えてシリコンゲルマニウム膜(SiGe膜)を形成するようにしている。第1ステップでシード膜88を形成する点は、先の第1実施例の場合と同じである。
図1に示す成膜装置12に上記ゲルマニウム含有ガス供給手段130を追加して設けた成膜装置により行われる成膜方法の第2実施例では、上記処理容器14内へアミノシラン系ガスと高次シランの内の少なくともいずれか一方のガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して上記被処理体の表面に上記シード膜を形成する第1ステップ84と、上記処理容器14内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して上記シリコンゲルマニウム膜を形成する第2ステップ134とを有するようにしている。
上記実施例では、第2ステップにおいてシラン系ガス及びゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを交互に供給したが、これに限定されず、上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしてCVD法により、不純物が含有されたシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス(例えばモノシラン)の流量は、100〜2000sccmの範囲内、ゲルマニウム含有ガス(例えばモノゲルマン)の流量は、100〜2000sccmの範囲内、不純物含有ガス(例えばBCl3 ))の流量は、50〜500sccmの範囲内である。またプロセス圧力は、0.1〜10Torrの範囲内、プロセス温度は、350〜600℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
上記変形例1では、第2ステップにおいて上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスと不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたが、これに限定されず、先に説明したように不純物含有ガスを供給しないで上記シラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを同時に供給してCVD法により、不純物を含まないシリコンゲルマニウム膜を形成するようにしてもよい。この場合、プロセス条件は、シラン系ガス(例えばモノシラン)の流量は、100〜2000sccmの範囲内、ゲルマニウム含有ガス(例えばモノゲルマン)の流量は、100〜2000sccmの範囲内である。またプロセス圧力は、0.1〜10Torrの範囲内、プロセス温度は、350〜600℃の範囲内である。更に、プロセス時間は、必要とする膜厚に依存して長さを決定する。この変形例2では、前述したように不純物含有ガス供給手段54(図1参照)は不要になるのは勿論である。この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
ここで、前述したような本発明方法の第2実施例について実験を行ったので、その評価結果について説明する。図17は本発明方法の第2実施例の評価を行うための表面ラフネスの結果を示すグラフ、図18は本発明方法の第2実施例を行った時に堆積したシリコンゲルマニウム膜の表面を示す図面代用写真である。ここでは、シリコン酸化膜上にシード膜を形成し、このシード膜上に上記変形例2のようにしてCVD成膜により不純物を含まないシリコンゲルマニウム膜を形成した。プロセス条件は、先の本発明方法の第2実施例で説明したプロセス条件を用いた。プロセス温度については、400℃、430℃、450℃の3点について行った。
また、上記第3態様の場合には、短時間でのシード膜の形成が可能であり、生産性において有利である。
ジシラン(Si2 H6 )
トリシラン(Si3 H8 )
テトラシラン(Si4 H10)
ペンタシラン(Si5 H12)
ヘキサシラン(Si6 H14)
ヘプタシラン(Si7 H16)
の少なくとも一つから選ばれることが良い。
シクロトリシラン(Si3 H6 )
シクロテトラシラン(Si4 H8 )
シクロペンタシラン(Si5 H10)
シクロヘキサシラン(Si6 H12)
シクロヘプタシラン(Si7 H14)
の少なくとも一つから選ばれることが良い。
ここで、第1ステップでシード膜用原料ガスとして、高次シランを用いる場合には、アミノシラン系ガスの供給系に替えて、或いはこれと共に高次シランガスの供給系を設けるようにする。また、第1ステップ及び第2ステップで、それぞれ高次シランを用いる場合には、例えば1つのシラン系ガス供給手段52で兼用できるのは勿論である。
14 処理容器
28 ウエハボート(保持手段)
48 加熱手段
52 シラン系ガス供給手段
54 不純物含有ガス供給手段
56 支援ガス供給手段
70 制御手段
80 シード膜用原料ガス供給手段
84 第1ステップ
86 第2ステップ
88 シード膜
90 アモルファス状態の不純物含有のシリコン膜
130 ゲルマニウム含有ガス供給手段
134 第2ステップ
136 シリコンゲルマニウム膜
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (23)
- 真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜と不純物含有のシリコン膜を形成する薄膜の形成方法において、
前記処理容器内へアミノシラン系ガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜としてシリコンとカーボンと窒素との化合物よりなる薄膜を形成する第1ステップと、
前記処理容器内へシラン系ガスと不純物含有ガスとを供給してアモルファス状態の前記不純物含有のシリコン膜を形成する第2ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。 - 前記第2ステップでは、前記処理容器内へシラン系ガスを該シラン系ガスが前記被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第1のガス供給工程と前記処理容器内へ不純物含有ガスを供給する第2のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項1記載の薄膜の形成方法。
- 前記第2ステップでは、前記処理容器内へ前記シラン系ガスと前記不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項1記載の薄膜の形成方法。
- 前記シリコン膜の厚さは、1nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 真空排気が可能になされた処理容器内で被処理体の表面にシード膜とシリコンゲルマニウム膜を形成する薄膜の形成方法において、
前記処理容器内へアミノシラン系ガスよりなるシード膜用原料ガスを供給して前記被処理体の表面に前記シード膜としてシリコンとカーボンと窒素との化合物よりなる薄膜を形成する第1ステップと、
前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを供給して前記シリコンゲルマニウム膜を形成する第2ステップとを有するようにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。 - 前記第2ステップでは、前記シリコンゲルマニウム膜に不純物を含めるために不純物含有ガスが用いられることを特徴とする請求項5記載の薄膜の形成方法。
- 前記第2ステップでは、前記処理容器内へシラン系ガスとゲルマニウム含有ガスとを、前記シラン系ガスと前記ゲルマニウム含有ガスとが前記被処理体の表面に吸着するような状態で供給する第1のガス供給工程と前記処理容器内へ不純物含有ガスを供給する第2のガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする請求項6記載の薄膜の形成方法。
- 前記第2ステップでは、前記処理容器内へ前記シラン系ガスと前記ゲルマニウム含有ガスと前記不純物含有ガスとを同時に供給するようにしたことを特徴とする請求項6記載の薄膜の形成方法。
- 前記ゲルマニウム含有ガスは、モノゲルマニウム、Ge2 H6 よりなる群から選択される1以上のガスよりなることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記シリコンゲルマニウム膜の厚さは、1nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項5乃至9のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記第1ステップのプロセス温度は、25〜550℃の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記第1ステップと前記第2ステップのプロセス温度は、同一に設定されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記第1及び第2のガス供給工程におけるプロセス温度は、それぞれ350〜600℃の範囲内であることを特徴とする請求項2又は7記載の薄膜の形成方法。
- 前記第1及び第2のガス供給工程におけるプロセス圧力は、それぞれ27〜6665Pa(0.2〜50Torr)の範囲内であることを特徴とする請求項2、7及び13のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記第1のガス供給工程と前記第2のガス供給工程との間には、前記処理容器内の残留ガスを排除するためのパージ工程が行われることを特徴とする請求項2、7、13及び14のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記パージ工程の全期間又は一部の期間では、残留ガスの排除を促進するためのパージガスを供給するようにしていることを特徴とする請求項15記載の薄膜の形成方法。
- 前記第1のガス供給工程及び前記第2のガス供給工程の内の少なくともいずれか一方のガス供給工程では、圧力調整用ガスが供給されることを特徴とする請求項2、7、13乃至16のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記シラン系ガスは、モノシラン及び高次シランよりなる群から選択される1以上のガス種よりなることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記不純物含有ガスは、BCl3 、PH3 、PF3 、AsH3 、PCl3 、B2 H6 よりなる群から選択される1以上のガス種よりなることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記シード膜の厚さは、0.1nm以上5.0nm以下であることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記アミノシラン系ガスは、BAS(ブチルアミノシラン)、BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)、DMAS(ジメチルアミノシラン)、BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)、TDMAS(トリジメチルアミノシラン)、DEAS(ジエチルアミノシラン)、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)、DPAS(ジプロピルアミノシラン)、DIPAS(ジイソプロピルアミノシラン)、HEAD(ヘキサエチルアミノジシラン)よりなる群から選択される1以上のガスを含むことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 全ての前記薄膜が形成された後に、アニール工程を行うことを特徴とする請求項1乃至21のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
- 被処理体の表面に不純物含有の薄膜を形成する成膜装置において、
前記被処理体を収容することができる処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
請求項1乃至21のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法を実行するように装置全体の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
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