JPH024973A - 膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ９！明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、膜形成方法に関する。

（従来の技術） 半導体デバイスを製造する場合、半導体ウェハ等からな
る基体上に、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｆｆｌｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やエピタキシャル成長
の技術を用いて薄膜の形成を行っている。

すなわち、このような技術により、半導体ウェハ等の基
体上に例えばＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜等のホウ素を含む薄
膜を形成することが行われている。

この場合、従来は、ホウ素の原料ガスとしてジボラン（
Ｂ２Ｈ６）を用い、常圧ＣＶＤ法によりホウ素を含む薄
膜の形成を行っている。

而して、常圧ＣＶＤ法と減圧ＣＶＤ法とを比較した場合
、減圧ＣＶＤ法は、成膜速度が遅いが、ピンホールの少
ない膜質の良好な薄膜を形成することができる。また、
減圧ＣＶＤ法は、成膜速度が遅い。このために、減圧Ｃ
ＶＤ法では、−回のウェハ処理枚数を数十枚から数百枚
とするバッチ式が主流である。そこで、減圧ＣＶＤ法で
は、加熱方式として、反応炉全体を加熱するホットウォ
ール式が主に採用されている。

このような減圧ＣＶＤ法により、ホウ素を含む薄膜を形
成することが望ましい場合がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ホウ素含有薄膜の形成方法では、ホウ素
の原料ガスとして、分解温度の低いジボランを用いてい
る。このため、ホットウォール式の減圧ＣＶＤ法で薄膜
を形成する際、ジボランを反応管内に導入すると同時に
ホウ素と水素に分解してしまう。その結果、ホウ素が薄
膜中に入らず、所望の成膜を行うことができないという
問題がある。

また、ジボランは、分解し易く、貯蔵中にも分解を起こ
していくため、その濃度管理が困難である。このため、
形成する薄膜のホウ素濃度を所望の値に保つことが困難
である。

また、ホウ素の原料ガスとして例えば三塩化ホウ素（Ｂ
ＣＮ３）を用いることも考えられている。しかし、三塩
化ホウ素は、吸湿性が高いため、膜質の良好な膜を形成
することが困難である。また、三塩化ホウ素は、毒性が
高いため、危険性も高くなる問題がある。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、ホウ素が
均一な濃度で分布し、かつ、均一な膜厚を有する高品質
のホウ素含有薄膜を容易に形成することができる膜形成
方法を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、処理室内に所定のガスを供給し、前記処理室
内に配置された基体表面に化学的反応によりホウ素を含
む膜を形成するにあたり、前記ガスとして、少なくとも
王フッ化ホウ素（ＢＦ、　）を含むガスを用いることを
特徴とする膜形成方法を得るものである。

（作　用） 即ち、本発明によればホウ素の原料ガスとして三フッ化
ホウ素（ＢＦ３）ガスを用い、ホウ素を含む膜、例えば
ＢＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ボロンドープポリシリコン膜等
を１例えば常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、
エピタキシャル成長等により形成する。

例えば、高温酸化膜（ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜）をＣＶＤ
により形成する場合は、例えば、Ｓｉの原料ガスとして
は、ＳｉＨ４、Ｓｉ、　Ｈ６，５ｉＨ２Ｃρ２．５ｉＣ
４４等、例えば、Ｐの原料ガスとしては、ＰＯＣＲａ、
　ＰＨ３等、○の原料ガスとしては１例えばＮ２０、Ｎ
ｏ等を用いることができる。そして、これらのガスと共
に、　ＢＦ、ガスを供給し、成膜を行う。

また、例えば低温酸化膜（ＢＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜）をＣ
ＶＤにより形成する場合は、例えばＳＬの原料ガスとし
ては、ＳｉＨ，、５ｉ２ｏ６．５ｉＨ２ＣＱ２、Ｓｉ　
−ＣＱ４等、Ｐの原料ガスとしては１例えばＰＯＣｌ２
、ＰＨ，等、０の原料ガスとしては、例えば０□等を用
いることができる。そして、これらのガスと共に、ＢＦ
３　ガスを供給し、成膜を行う。

また、（Ｃ２Ｈ，０）４Ｓｘ　（テトラエ１−キシシラ
ン）を用いてＣＶＤによりＢＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜を
形成する場合は、Ｓｉの原料ガスとしては（Ｃ２）１５
０）４ＳＬガス、Ｐの原料ガスとしては例えば（ＣＨ３
）３ｐ、（ＣＨ３０）、　Ｐ、（ＣＩ（３）、ＯＰ、　
（ＣＨ，Ｏ）、ＯＰ、　ＰＨ３、ｐｏｃｇ、等。

○の原料ガスとしては、例えば、０□、Ｎ２０、ＮＯ等
を用いることができる。そして、これらのガスと共に、
ＢＦ３　ガスを供給し、成膜を行う。

また、ボロン（リン）ドープポリシリコン膜をＣＶＤに
より形成する場合は、Ｓｉの原料ガスとしてはＳｉＨ４
ガス、Ｐの原料ガスとしては例えばＰＨ３゜ｐｏｃｎ、
等を用いることができる。そして、これらのガスと共に
、ＢＦ、ガスを供給し、成膜を行う。

さらに、エビタキャル成長による場合は、Ｓｉの原料ガ
スとしてのＳｉＨ４ガス等と共に、ＢＦ３　ガスを供給
し、成膜を行う。

三フッ化ホウ素ガスは、ジボランに較べて安定であり、
分解温度も高い。したがって、その濃度管理が容易であ
り、膜のホウ素濃度を所望の値とすることができ、また
、成膜温度の高い減圧ＣｖＤにより膜形成を行うことが
でき、ピンホールが少なく、ステップカバレージも良好
な膜質の良い膜を形成することができる。さらに、毒性
も少なく、取扱い時の危険性も少ない。

（実施例） 以下本発明の膜形成方法を減圧ＣＶＤに適用した一実施
例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例に使用するホウ素含有薄膜の
製造装置の一例を示している。図中■は、石英からなる
横型反応管■の外側にこれを囲むようにして配置された
ヒータである。反応管■は、図示しない加熱炉内に配置
され、内部に反応室を構成する如く筒状構造となってい
る。反応管■の一端部には、排気管に）が接続され、こ
の排気管（イ）は排気装置■に接続される。また１反応
管■の他端部には、ウェハ搬出入用の開口１部が形成さ
れている。この開口部は、反応時に蓋体■によって気密
に閉塞されるようになっている。

さらに、反応管■の長手方向に沿って嵌挿するようにし
て、２本の処理ガス供給管（６ａ）　（６ｂ）が設けら
れている。これらのガス供給管（６ａ）　（６ｂ）には
、その長手方向に沿って多数個のガス供給口（６ａ１）
〜（６ａ０）、（６ｂ□）〜（６ｂｎ）が所定間隔で形
成されている。これらのガス供給口（６ａ□）〜（６ａ
ｎ）、　（ｓｂ工）〜（６ｂｎ）から反応管■内に所定
のガスを供給可能に構成されている。

ここで、ガス供給口（６ａ□）〜（６ａｎ）、（６ｂ１
）〜（６ｂｎ）の配置は、例えば、５ｉ）Ｉ４等のガス
供給管（６ａ）の場合は第２図Ａに示す如く、反応管■
の蓋体■で小さい配置間隔（Ｌｌ）とし、排気管（イ）
側で大きい配置間隔（Ｌ２）とする。また、０□等のガ
ス供給管（６ｂ）の場合は、第２図Ｂに示す如く、ガス
供給管（６ｂ）の両端部及び中央部で比較的小さい間隔
（Ｌ３）　（Ｌ４）　（Ｌ５）に設定する。

このような装置（１０）を用いて次のようにしてウェハ
（８）上にボロンリンドープトシリコン膜、ボロンドー
プトシリコン膜、ボロンドープトポリシリコン膜等のホ
ウ素含有薄膜を形成する。

先ず、例えば、ウェハボート■上に１００枚の直径が６
インチの半導体ウェハ■を配置する。このウェハボート
ωをソフトランディング技術により反応管■内に収容す
る。予め、ヒータ■により反応管■内の温度を例えば４
３０℃になるまで昇温する。次いで、排気装置■により
反応管■内の圧力を例えば０　、２Ｔｏｒｒに設定する
。この状態で反応管■内にガス供給管（６ａ）から１例
えばＳｉＨ４ガス６０ＳＣＣＭ。

５％ＰＨ３／Ａ１７ガス８０ＳＣＣＭ、ＢＦ、ガス４８
ＳＣＣＭの条件で各ガスを供給する。また、ガス供給管
（６ｂ）から０２ガスを２０〜２００８ＣＣＭ例えば９
０ＳＣＣＭで供給する。

このようにしてウェハ（ハ）の表面にホウ素含有薄膜を
形成した。

この結果、リン濃度が３．９重量％、ホウ素濃度が２．
７重量％、で膜厚が約５０００人のホウ素含有薄膜をウ
ェハ（８）上に形成することができた。

この場合、リン及びホウ素の濃度は、１枚の半導体ウェ
ハ（８）の中心部に、中心で十字に直交する直線上であ
って半導体ウェハ■の周辺から約２１ｎｗ＋の各４点で
測定した値の１００枚分（５００点分）の平均値である
。そして、リン濃度のばらつきは３．８重量％〜４．７
重量％であった。

ホウ素濃度のならつきは、２．８重量％〜３．５重量％
であった。

また、ホウ素含有薄膜の膜厚のばらつきは、半導体ウェ
ハ（ハ）の１枚の面内では±４．９％であり、各半導体
ウェハ（へ）間では、　±２．６％であった。更に、他
の１００枚処理と比較したバッチ間での膜厚のばらつき
は、±０．０４％以下であった。この場合、上述の濃度
測定と同様に、半導体ウェハ（ハ）の中心を含む５箇所
で膜厚の測定を行った。なお、中心以外の４箇所は、半
導体ウェハ０の周辺から１０閣の地点とした。

このような測定結果は、処理温度を３５０〜４３０℃、
反応管■内の圧力を０．３Ｔｏｒｒ以下、ＢＦ３　ガス
流量を２０〜７０ＳＣＣＭ、　ＳｉＨ，ガスの流量を４
０〜１１００５ＣＣ。

Ｐｌｅａ／Ａｒガスの流量を６０−１２０８ＣＣＨに設
定している範囲内で得られることが判った。

よって５本発明方法を適用して、所謂低温酸化膜に属す
るホウ素含有薄膜を製造する場合は、処理濃度等の条件
を下記の範囲で設定するのが好ましい。

処理温度　３５０〜４３０℃ 処理圧力　０．０５〜０．３０ＴｏｒｒＳｉＨ４ガス流
量　　　４０〜１０１００５ＣＣ％ＰＨ，／Ａｒガス　
　　　６０〜１２０ＳＣＣＭＢＦ　　ガス　　２０〜７
０８ＣＣＭ また、実施例では、本発明を減圧ＣＶＤ技術に適用した
実施例について説明したが、この他にも例えば常圧ＣＶ
Ｄ技術、プラズマＣＶＤ技術、エピタキシャル技術等の
化学的な反応によってホウ素を含む膜を形成する場合に
適用できるのは勿論である。勿論バッチ式に限らす枚葉
式で処理してもよい。

また、処理ガスは、ＳｉＨ４，ＳＬ、Ｈ，、ＳｉＨ，Ｃ
も、　ＳｉＣＱ４．テトラエトキシラン等のＳｉを含む
原料ガス、ｐｏｃら、　Ｐ）Ｉ３．　（ｃＨａ）ａｐ＋
　（ＣＨ３０）３Ｐ、　、（ＣＨ，）、ＯＰ。

（ＣＨ，Ｏ）、ＯＰ、　ＰＨ，、ＰＯＣら等のＰを含む
原料ガス、Ｎ２０．　Ｎｏ、　０□等の０を含む原料ガ
スを夫々含有したガスとすることができる。

また、上記実施例では、横型の反応管を使用したが、こ
れに限定するものではなく、縦型の反応管を使用しても
同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、膜厚均一性及び濃
度均一性が良好で高品質のホウ素含有薄膜を容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するための減圧Ｃ
ＶＤ装置の構成図、第２図は第１図のガス供給管説明図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 処理室内に処理ガスを供給し、前記処理室内に配置され
   た基体表面に化学的反応によりホウ素含有薄膜を形成す
   るにあたり、前記処理ガスとして、少なくとも三フッ化
   ホウ素（ＢＦ＿３）を含むガスを用いることを特徴とす
   る膜形成方法。