JP7289465B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は，薄膜形成方法に関し，より詳しくは，低温で薄膜を形成する方法に関する。
最近，低温で形成された薄膜が求められており，４００℃以下という極めて低い温度で形成された薄膜が検討されている。特に，このような工程を介して薄膜の平均粗さを改善することのできる薄膜形成工程を提供しようとする。
本発明の目的は，低温で薄膜を形成する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は，薄膜の表面粗さを改善し得る薄膜形成工程を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は，下記発明の詳細な説明と添付した図面からより明確になるはずである。
本発明の一実施例によると，被処理体の表面に酸化シリコン膜を形成する薄膜形成方法は，チェンバ内に被処理体を搬入し，前記被処理体の温度を４００℃以下に制御して，Ｓｉソースガスと酸化ガスを前記チェンバ内に供給して前記被処理体の表面に酸化シリコン薄膜を形成するに際し，前記酸化ガスは，前記チェンバ内に供給される前に４００℃を超過する温度に加熱され，前記酸化ガスは，熱分解された状態で前記被処理体の温度より低い温度で前記チェンバ内に供給される。
前記酸化ガスは７００℃乃至９００℃に加熱される。
前記酸化ガスはＮ２Ｏ又はＯ２であり，前記チェンバ内に供給される流量が３０００乃至７０００ＳＣＣＭである。
前記Ｓｉソースガスはシラン又はジシランであり，前記チェンバ内に供給される流量が５０乃至１００ＳＣＣＭである。
前記チェンバ内の圧力は２５乃至１５０Ｔｏｒｒである。
前記方法は，前記酸化シリコン膜の上部に上部薄膜を形成するステップを更に含むが，前記上部薄膜は，ボロン（Ｂ）がドープされた非晶質シリコン薄膜やアンドープされた非晶質シリコン薄膜，リン（Ｐ）がドープされた非晶質シリコン薄膜のうちいずれか一つである。
前記酸化シリコン膜は３Åである。
前記方法は，前記酸化シリコン膜を形成する前に，下地膜を形成し，前記下地膜の上部に前記酸化シリコン膜を形成するステップを更に含むが，前記下地膜は，熱酸化膜，窒化シリコン膜，非晶質カーボン膜のうちいずれか一つである。
本発明の一実施例によると，薄膜形成装置は，外部から遮断された内部空間を有し，前記内部空間内で工程が行われるチェンバと，前記チェンバ内に設置されて被処理体が置かれ，内蔵されたヒータを備えるサセプタと，シリコンソースガスが貯蔵されたシリコンソースガス供給源と，酸化ガスが貯蔵された酸化ガスソース供給源と，キャリアガスが貯蔵されたキャリアガス供給源と，前記シリコンソースガス供給源に連結されて前記チェンバ内に前記シリコンソースガスを供給するシリコンソース供給ラインと，前記キャリアガス供給源に連結されて前記チェンバ内に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインと，前記チェンバに連結された状態で前記シリコンソース供給ライン及び前記キャリアガス供給ラインに連結されるメイン供給ラインと，前記メイン供給ラインに連結されて前記酸化ガスソース供給源に連結され，前記チェンバ内に酸化ガスを供給する酸化ガス供給ラインと，前記酸化ガスソース供給ラインに設置され，前記酸化ガスを４００を超過する温度に加熱する酸化ガスヒータと，を含む。
本発明の一実施例において，４００℃以下で薄膜を形成することができる。また，薄膜の表面粗さを１．０未満に下げることができる。
以下，本発明の好ましい実施例を，添付した図１及び図１１を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は，様々な形態に変形されてもよく，本発明の範囲が以下で説明する実施例に限定して解釈されてはならない。本実施例は，該当発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示した各要素の形状は，より明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
図１は，本発明の一実施例による薄膜形成装置を概略的に示す図である。薄膜形成装置は外部から遮断されたチェンバを有し，チェンバ内に被処理体（又は基板）が置かれるサセプタが設置される。被処理体はサセプタにおかれた状態で表面に薄膜が形成され，サセプタは内蔵されたヒータを介して被処理体を必要な工程温度に加熱する。
シリコンソースガス（Si Source）はシラン又はジシランが必要に応じて選択されて使用され（又は他のシリコンソースガスも可能），キャリアガス（Carrier Gas）として窒素（Ｎ２）が使用される。シリコンソースガス供給源とキャリアガス供給源は，チェンバに連結された一つのメイン供給ラインに連結されてチェンバに共に供給される。
酸化ガス（Oxidizing Gas）は酸化窒素（Ｎ２Ｏ）又は酸素（Ｏ２），Ｈ２Ｏが使用され，酸化ガス供給源はチェンバに連結された供給ラインに連結されてチェンバに供給される。この際，ラインヒータ（Line Heater）が供給ラインの上に設置されるが，酸化ガスはラインヒータを介して必要な工程温度に加熱された状態でチェンバに供給される。ラインヒータは公知の技術であるため，詳細な説明は省略する。
図１を介して酸化シリコン膜を形成する方法を説明すると，被処理体がチェンバ内のサセプタに置かれた状態で必要な工程温度／圧力に調節される。工程温度はサセプタに設置されたヒータによって調節され，工程圧力はチェンバに連結された排気ライン／ポンプ（図示せず）を介して調節される。工程温度は４００℃以下である。
次に，メイン供給ラインを介してシリコンソースガスとキャリアガスが供給され，供給ラインを介して酸化ガスが供給される。この際，シリコンソースガスとキャリアガスは常温状態で供給されるが，酸化ガスはラインヒータを介して加熱された状態で供給される。
ラインヒータは酸化ガスを熱分解温度以上に加熱するため，酸化ガスは熱分解された状態でチェンバ内部に供給される。但し，酸化ガスがチェンバ内部に供給される前に自然冷却され，チェンバはコールドウォール（cold wall）方式を採択しているため，チェンバ内部に供給される酸化ガスの温度は１００℃未満であるが，酸化ガスは熱分解された状態を維持するため，酸化シリコン膜を形成するのに何の影響もない。
また，酸化ガスが被処理体（又は基板）の温度より高ければ，被処理体に形成された下地膜に影響を及ぼす可能性があるため，酸化ガスの温度は被処理体の温度（例えば，４００℃）より低くなければならない。このような方式を介し，被処理体の温度が４００℃以下の場合であっても酸化シリコン膜が形成される。
図２及び図３は，酸化ガスを加熱して供給した場合と，加熱しないで供給した場合の被処理体の温度による薄膜形成率を示すグラフである。図２に示したように，チェンバ内部の温度（又は被処理体の温度）が３００乃至４００℃であれば，酸化ガスを加熱せずに供給すると酸化シリコン膜は全く形成されない。それに対し，ラインヒータを介して酸化ガスを加熱して供給した場合，被処理体の温度が４００℃以下の場合であっても酸化シリコン膜が形成され，３００℃でも薄膜形成率（Ｄ／Ｒ）は１．５７を示すため，酸化シリコン膜の工程温度（又は被処理体の温度）を３００℃まで下げても酸化シリコン膜が形成されることが分かる。特に，薄膜形成率は工程温度によっておおよそ線形的に増加することが分かる。
また，図３に示すように，処理体の温度が３００乃至３５０℃であれば，酸化ガスを加熱せずに供給すると酸化シリコン膜は全く形成されない。それに対し，ラインヒータを介して酸化ガスを加熱して供給した場合，被処理体の温度が４００℃以下の場合であっても酸化シリコン膜が形成される。シラン（ＳｉＨ４）の場合は３００℃でも薄膜形成率（Ｄ／Ｒ）は０．０７を示し，ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の場合は３１０℃でも薄膜形成率（Ｄ／Ｒ）は１．６６を示すため，酸化シリコン膜の工程温度（又は被処理体の温度）を３５０℃未満に下げても酸化シリコン膜が形成されることが分かる。特に，薄膜形成率は工程温度によっておおよそ線形的に増加することが分かる。
図４は，同じ下地膜に対して薄膜の平均粗さを示すグラフである。下地膜（Underlayer）として熱酸化膜１０００Åを蒸着した後，上述したように酸化ガスを加熱して供給する方式で４００℃未満でシリコン酸化膜（ＬＴＯ）を３Å蒸着し，その上に多様な上部膜を形成した場合，上部膜の平均粗さが相当改善されることが分かる。
詳しくは，低温でボランがドープされた非晶質シリコン膜を３００℃で下地膜の上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが１．０１１から０．４７５に改善された。また，アンドープされた非晶質シリコン膜を５００℃で下地膜の上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが０．５３６から０．２４４に改善された。詳しくは，リンがドープされた非晶質シリコン膜を５００℃で下地膜の上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが０．５８９から０．２５５に改善された。
図５は，多様な下地膜に対して薄膜の平均粗さを示すグラフである。多様な下地膜に対し，上述したように酸化ガスを加熱して供給する方式で４００℃未満でシリコン酸化膜（ＬＴＯ）を３Å蒸着し，その上に低温でボロンがドープされた非晶質シリコン薄膜を３００℃で形成した場合，上部膜の平均粗さが相当改善されることが分かる。
詳しくは，低温でボランがドープされた非晶質シリコン膜を薄膜が形成されていない（Bare）被処理体の上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが０．９７８から０．４４２に改善された。また，低温でボランがドープされた非晶質シリコン膜を下地膜である熱酸化膜１０００Åの上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが１．０１１から０．４７５に改善された。また，低温でボランがドープされた非晶質シリコン膜を下地膜である窒化膜５００Åの上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが０．８０９から０．７３３に改善された。また，低温でボランがドープされたシリコン膜を下地膜である非晶質カーボン膜（ＡＣＬ）２００Åの上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）を蒸着したら表面粗さが０．８２６から０．６３１に改善された。図６は，酸化シリコン膜の厚さによる薄膜の平均粗さを示すグラフである。図６に示したように，低温でボロンがドープされた非晶質シリコン膜を薄膜が形成されていない被処理体の上部に蒸着する場合，シリコン酸化膜（ＬＴＯ）の厚さが増加することで平均粗さが改善されることが分かる。
図７は，工程温度（又は被処理体の温度)による薄膜の平均粗さを示すグラフである。図７に示したように，低温でボロンがドープされた非晶質シリコン膜を薄膜が形成されていない被処理体の上部に蒸着する場合，工程温度（又は被処理体の温度）に応じて平均粗さが異なる。詳しくは，工程温度（又は被処理体の温度）が３００℃であれば，ジシランを利用してシリコン酸化膜（ＬＴＯ）を３Å形成したら，平均粗さが０．９７８から０．４４２に改善されることが分かる。また，工程温度（又は被処理体の温度）が６００℃であれば，ジシランを利用してシリコン酸化膜（ＬＴＯ）を８Å形成したら，平均粗さは０．５３４に改善され，工程温度（又は被処理体の温度）が６００℃であれば，モノシランを利用してシリコン酸化膜（ＬＴＯ）を８Å形成したら，平均粗さは０．４９３に改善されることが分かる。
図８は，多様な被処理体の温度に対して酸化ガスの加熱温度による薄膜形成率を示すグラフである。図８に示したように，酸化ガスを９００℃に加熱して供給したら，工程温度（又は被処理体の温度）による薄膜形成率が増加することが分かる。
また，工程温度を４００℃にした場合，酸化ガスの加熱温度が減少することで薄膜形成率が減少することが分かるが，これは酸化ガスの加熱温度が減少する場合，酸化ガスの熱分解程度が減少することによると考えられる。
図９は，酸化ガスの流量による薄膜形成率を示すグラフである。図９に示したように，酸化ガスの流量が６０００ＳＣＣＭ未満であれば薄膜形成率が微々に示されるため，酸化ガスの流量は６０００ＳＣＣＭ以上であることが好ましい。
図１０は，工程圧力による薄膜形成率を示すグラフである。図１０に示したように，チェンバ内部の工程圧力が５０乃至１００Ｔｏｒｒであれば薄膜形成率が高く示されるため，工程圧力は５０乃至１００Ｔｏｒｒであることが好ましいが，必要によっては２５乃至１５０Ｔｏｒｒであってもよい。
図１１は，Ｓｉソースガスの流量による薄膜形成率を示すグラフである。図１１に示したように，ジシランの流量が７０ＳＣＣＭ未満であれば薄膜形成率が微々に示されるため，ジシランの流量は７０乃至１００ＳＣＣＭ以上であることが好ましい。
一方，本実施例では酸化ガスを加熱して供給することで酸化シリコン膜を形成しているが，同じ方式で，窒化ガス（例えば，ＮＨ３）を加熱して供給することで窒化シリコン膜を形成してもよい。
本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載の請求項の技術的思想と範囲は，これらの好ましい実施例に限定されない。
本発明は，多様な形態の半導体の製造設備及び製造方法に応用することができる。
Claims (9)
- チェンバ内に被処理体を搬入し，前記被処理体の温度を４００℃以下にして，Ｓｉソースガスと酸化ガスを前記チェンバ内に供給して前記被処理体の表面に酸化シリコン膜を形成する薄膜形成方法であって，
前記酸化ガスは，前記チェンバ内に供給される前に４００℃を超過する温度に加熱されて熱分解された後，常温状態である前記Ｓｉソースガスと混合され，熱分解された状態で前記被処理体の温度より低い温度に冷却されて前記チェンバ内に供給され，前記酸化シリコン膜を形成する薄膜形成方法。 - 前記酸化ガスは７００℃乃至９００℃に加熱される請求項１記載の薄膜形成方法。
- 前記酸化ガスはＮ 2 Ｏ又はＯ 2 であり，
前記チェンバ内に供給される流量が３０００乃至７０００ＳＣＣＭである請求項１記載の薄膜形成方法。 - 前記Ｓｉソースガスはシラン又はジシランであり，
前記チェンバ内に供給される流量が５０乃至１００ＳＣＣＭである請求項１記載の薄膜形成方法。 - 前記チェンバ内の圧力は２５乃至１５０Ｔｏｒｒである請求項１記載の薄膜形成方法。
- 前記方法は，
前記酸化シリコン膜の上部に上部薄膜を形成するステップを更に含み，
前記上部薄膜は，ボロン（Ｂ）がドープされた非晶質シリコン薄膜やアンドープされた非晶質シリコン薄膜，リン（Ｐ）がドープされた非晶質シリコン薄膜のうちいずれか一つである請求項１記載の薄膜形成方法。 - 前記酸化シリコン膜は３Åである請求項６記載の薄膜形成方法。
- 前記方法は，
前記酸化シリコン膜を形成する前に，下地膜を形成し，前記下地膜の上部に前記酸化シリコン膜を形成するステップを更に含むが，
前記下地膜は，熱酸化膜，窒化シリコン膜，非晶質カーボン膜のうちいずれか一つである請求項１記載の薄膜形成方法。 - 酸化シリコン膜を形成する薄膜形成装置において，外部から遮断された内部空間を有し，前記内部空間内で工程が行われるチェンバと，
前記チェンバ内に設置されて被処理体が置かれ，内蔵されたヒータを備えるサセプタと，
シリコンソースガスが貯蔵されたシリコンソースガス供給源と，
酸化ガスが貯蔵された酸化ガスソース供給源と，
キャリアガスが貯蔵されたキャリアガス供給源と，
前記チェンバに連結されたメイン供給ラインと，
前記メイン供給ラインから分岐して前記シリコンソースガス供給源に連結され，前記メイン供給ラインに常温状態である前記シリコンソースガスを供給するシリコンソース供給ラインと，
前記メイン供給ラインから分岐して前記キャリアガス供給源に連結され，前記メイン供給ラインに前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインと，
前記メイン供給ラインから分岐して前記酸化ガスソース供給源に連結され、前記メイン供給ラインに前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給ラインと，
前記酸化ガス供給ラインに設置され、前記酸化ガスを４００℃を超過する温度に加熱して熱分解する酸化ガスヒータと，を含み，
前記酸化ガスは，前記メイン供給ライン内で前記シリコンソースガスと混合されると共に，前記酸化ガス供給ライン及び前記メイン供給ラインに沿って移動する過程で前記被処理体の温度より低い温度に冷却され，熱分解された状態で，チェンバ内に供給されて前記酸化シリコン膜を形成可能な，薄膜形成装置。
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