JPH0373518A - ウエハ上に多結晶シリコン膜を形成する方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高い電圧に耐えることのできるＬＳＩ等を製
造するに際し、その素子間を電気絶縁物によって電気的
に隅絶した所謂誘電体分離基板の支持層を形成したり、
単結晶Ｓｊ基板上に低抵抗の多結晶シリコンａ（ポリシ
リコン層）を形成してノイズによる素子破壊の防止を意
図する際等に要求される半導体基板等によるウェハ上へ
の多結晶シリコン膜形成方法に関する。

（従来の技術） 半導体基板等のウェハに、多結晶シリコン膜を形成する
従来法とし１は、所謂ＣＶＤ法が採択されていたが、同
法によるときは、大変な時間を要し、製品が高価となる
ことから１本願人は既に、スプレー法と称すべき以下の
如き方法を提案している。

すなわち、当該方法の実施には＄３図または第４図に示
すスプレー装置Ａ、Ｂを用いるのであり、当該装置Ａに
あっては、全体が不活性雰囲気ｌに内設されており、上
側に配設された溶融槽２には、その下端にノズル２ａが
下向きに開口されており、この溶融槽２に収納された多
結晶シリコン３が、側傍の高周波加熱コイル等による第
１加＃ｆｉＩＡ４によって加熱溶融可能となっていると
共に、溶融槽２の上側からは加圧不活性ガス５が付与さ
れ、当該加圧によって溶融したシリコンが、上記のノズ
ル２ａから下向きに噴射されるよう構成されている。

さらに同上装置Ａは、同じく不活性雰囲気ｌ内にあって
、上記溶融＃Ｉｓ２の直下に、第２加熱源６によって加
熱自在としたターンテーブル７が配設され、ｌテーブル
７の水平状態である基板皿７ａＬにあって、その回転軸
心に前記半導体基板等のウェハーを載置することとなる
。

そこで、前記スプレー法を実施するには、上記のように
ウェハＷを基板皿７ａの中央に置き、これを第２加熱源
６によって１１００℃〜１２００℃に加熱すると共に、
ターンテーブル７を稼動して５０〜１１００ＲＰの回転
を与え、溶融槽２内の多結晶シリコン３を第ｉ加熱源４
により溶融シリコンとし、これを加圧不活性ガス５によ
ってノズル２ａから噴射させ、これにより上記の回転し
ている前記ウェハＷ上にスプレーするのである。

このスプレーによって、所望厚だけの溶融シリコン層が
ウェハＷ上にｔｅされるに至ったならば、ターンテーブ
ル７の回転を止めると共に、第２加熱源６による加熱も
止め、当該溶融シリコン層を冷却固化させることで、多
結晶シリコン膜をウェハＷの表面に固着形成するのであ
り、この際当該多結晶シリコン層は５００ａｒｓ厚程度
とすることになる。

上記のスプレー装置Ａに対し、前記スプレー装置Ｂも、
同上装置Ａの場合と同じく、全体が不活性雰囲気１に内
設されており、上側の溶融槽２には、下端にノズル２ａ
が下向きに開口され、当該溶融槽２の多結晶シリコン３
が、第１加熱源４によって加熱溶融可能であり、さらに
、溶融槽２の上側からの加圧不活性ガス５による加圧に
よって溶融した多結晶シリコンが、上記のノズル２ａか
ら下向きに噴射され得るように構成されているのである
が、上記溶融槽２の外側に、加圧（圧縮）不活性ガス８
が連通する通隙路８だけ離間して外被筒ｌＯが被嵌され
ていると共に、当該外被筒１０の下端部には、前記溶融
槽２のノズル２ａ直下にあってスプレーロ１１が開口さ
れている点が相違しており、同図中６．７は前記第３図
の場合と同じく、夫々第２加熱源と、これにより加熱さ
れるターンチルプルを示している。

そこで、上記のスプレー装置Ｂを用いて行うスプレー法
につき説示すれば、グラファイト類としたターンテーブ
ル７上に、ウェハ臀を載置し、これを第ｉ加熱源４によ
って１２００°Ｃ〜１３００℃位まで加熱させ、低速回
転を与える。

一方溶融＃ａ２内は第１加熱源により１４００℃以上に
加熱され、この中には所望の多結晶シリコン膜を形成す
るのに必要なシリコン粒を入れておくのであり、この際
例えば、直径４インチの半導体基板上に約５００ｇｍの
多結晶シリコン膜を形成するためには、上記シリコン粒
を１０〜１５ｇ用意することとなる。

上記シリコン粒は、完全に溶融されて溶融槽２のノズル
２ａから、不活性ガス５によって押し出されることとな
るが、もちろんこの押出しは、シリコン粒が前部溶融し
てしまってからでも、一部溶融しながら行うようにして
もよい。

ノズル２ａから押出されてきた溶融シリコンは、通隙路
９に供給された加圧不活性ガス８によって微細化され、
この霧状となった溶融シリコンが、半導体基板等のウェ
ハー上に堆積されることとなり、これが冷却固化するこ
とで第５図に例示の如く固化した多結晶シリコンＭＳが
得られる。

この際、ターンテーブル７は、多結晶シリコン膜の層厚
を均一化するため回転が与えられ、もちろん所望の層厚
にしたければ、これに必要な量だけのシリコンを溶融し
、これをスプレーすることになるが、前記のシリコン粒
を溶融槽２に投入してから固化した多結晶シリコンｌｌ
ｌ５が形成されるまでの時間は１〜５分程度である。

さらに、第４図にあっては、不活性雰囲気ｌを形成する
ためのステンレス鋼製としたチャンバーに、不活性ガス
Ｇを給送するだけでなく、別途真空ポンプＰを連結して
おき、これを稼動させることによって不活性ガスＧによ
りチャンバー内を置換し、当該チャンバー内の圧力を１
００〒ｏｒｒ未満程度に保持し得るようにしである。

尚、チャンバー内は単に真空にしただけでもよい。

従って、上記真空ポンプＰを稼動させれば、不活性ガス
雰囲気ｌは減圧状態となるので、ウェハ臀に対する溶融
シリコンの漏れが悪くとも、両者に不活性ガスが侵入せ
ず、これによって、多結晶シリコンＰｓＳ内にピンホー
ルが発生することを抑止し得ることとなる。

また、上記のようにウェハＷに直接溶融シリコンをスプ
レーするのではなしに、当該ウェハＷに予めＣＶＤ法に
よる多結晶シリコン薄膜や窒化シリコン薄膜である下地
を、数千Ａから数ル置厚程度だけ底層しておき、当該薄
膜上に、上記のスプレー法による多結晶シリコン膜を形
成するようにしてもよく、このようにすることで、前者
の方法の如くウェハＷの表面に溶融シリコンが直接触れ
ることがないため、温度差によるウェハーへの熱歪発生
といった支障を解消できて望ましい。

本発明は、以辷の如きスプレー法、すなわち、常圧また
は減圧下の不活性雰囲気内にて、回転する半導体基板等
のウェハ上に、溶融シリコンを当該ウェハの略回転軸線
上に臨設した噴出口から、直接または加圧不活性ガスに
よって霧状に微細化してスプレーすることにより、所望
厚さの溶融シリコン層を形成した後、これを冷却固化し
て多結晶シリコン膜を形成するようにした方法の改良に
関する。

上記の如きスプレー法によるときは、前掲第５図に示し
たように、ターンテーブル７の回転軸線上にノズル２ａ
、スプレー方向１が臨設されていることから、どうして
も、得られる多結晶シリコン膜Ｓにあって、ターンテー
ブル７上のスプレーパターンにおける中央部７ａの膜厚
ｄｌが、外周部７ｂのそれｄｌよりも厚くなってしまう
傾向があり。

結局均一厚製品を得にくいという欠陥がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従前のスプレー法が不可避であった難点
に鑑み、溶融シリコンの噴出口とウェハとの間で、小形
なシャッタに所定の挙動をとらせることにより、ウェハ
上に形成される多結晶シリコン膜の均一厚化を実現し、
各種製品の品質を向上させようとするのが、その目的で
ある。

（課題を解決するための手段） 本願は上記の目的を遠戚するため、請求項（１）では常
圧または減圧下の不活性雰囲気内にて、回転する半導体
基板等のウェハ上に、溶融シリコンを当該ウェハの略回
転軸線上に臨設した噴出口から、そのまま、または加圧
不活性ガスによって霧状に微細化してスプレーすること
により、所要厚さの溶融シリコン暦を形成した後、これ
を冷却固化して多結晶シリコン膜を形成するようにした
方法において、上記噴出口とウェハとの間における前記
回転軸線上に配したウェハよりも小さなシャッタの所要
回数の挙動により、当該ノズルからウェハ中央部への前
記溶融シリコンスプレー量を、抑制するようにしたこと
を特徴とするウェハ上に多結晶シリコン膜を形成する方
法を提供しようとしており、さらに、請求項（２）では
請求項（１）のシャッタの挙動が、吹出口とウェハとの
間における回転軸線上への間欠的出入動であるか、当該
回転軸線上にあってスプレーを遮断する横向位置から、
スプレー方向へ指向する縦向位置への回転動であること
を、その内容としている。

（作　　用） 請求項（１）による多結晶シリコン膜の形成力向による
ときは、円板状の如きシャッタが、溶融シリコンの噴出
口とターンテーブルとの間にて、当該テーブルの回転軸
線上に横向状態となるよう配装したとき、噴射口からス
プレーされる溶融シリコンは、当該シャッタにより、補
足され、ターンテーブル上のウェハに達することなく、
この際。

当該シャッタはウェハよりも小さくできているから、タ
ーンテーブル（ウェハ）の中央部に対するスプレー量が
、同上ターンテーブル（ウェハ）の外周部へのスプレー
量よりも少なくなり、このようなシャッタの横向状態に
よる配在を、適当経時だけ保持させてやれば、これまで
噴出口の直下にあって、肉厚となって形成されていた多
結晶シリコン膜の厚さを、前記の中央部と外周部にあっ
て均等化することができ、この際シャッタの挙動は１回
だけでなく、所要複数回とすることが均一厚の形成を助
勢することとなる。

請求項（２）では、上記シャッタの挙動を適時、適当経
時だけシャッタを出入させればよいから、機械的にシャ
ッタを変移させても、また手動的に行っても、適切なス
プレーの遮蔽を行い得ることとなり、当該挙動がシャッ
タの回転によるときは、シャッタの出入が不要となって
所定位置での回転のみで、スプレーの遮蔽ができ、機械
的、電気的な自動制御により、望しい高精度の肉厚調整
を行い得る。

（実　施　例） 本発明につＳ第１図と第２図を用いてこれを詳記すれば
、もちろん、前記第３図、１４４図により説示した何れ
のスプレー法によっても実施できるが、ここでは、前記
の第４図と全く同じ第１図のスプレー装置Ｂによる場合
につき以下詳記するが、第３図と同じ装置を用いるとき
は、ノズル２ａからそのまま溶融シリコンがスプレーさ
れることとなる。

第１図の同上装置Ｂでは、シャッタ１２が付加されてお
り、当該シャッタ１２としては、第２図に例示の如く円
板状としたシャッタ本体＋２ａと、これから径方向へ長
く延出させた操作杆１２ａとからなっており、シャッタ
本体１２ａとしては１例えば３０φのカーボン製円板１
２ｃの上面または上下面に、カーボンフィルム１２ｄを
粘着するのがよく、このようにすることで、後述のよう
に溶融シリコンのスプレー粒子が、カーボンフィルム１
２ｄにスプレーされることで、当該粒子が同上フィルム
１２ｄに付着するに至ったとき、当該カーボンフィルム
１２ｄを新規なものと交換し、カーボン製円板１２ｃを
、繰り返し使用し得ることになる。

また、上記シャッタ本体１２ａは、ターンテーブル７Ｊ
：に載置されるウェハＷよりも小さく形成されており１
本発明では前記のスプレ７法実施に際し、このシャッタ
１２につき、そのシャッタ本体１２ａを、第１図に示す
如くターンテーブル７の略回転軸線上に開口している前
記第３図のスプレー装置＾におけるノズル２ａとかスプ
レー粒子１といった溶融シリコンの噴出口と、ターンテ
ーブル７との間にあって、当該回転軸線上にて横向状態
となるよう配装して、上記噴出口からの溶融シリコンに
よるスプレー粒子１３の下向噴射を、その上面にて捕捉
して、その進行を遮蔽してしまうようにし、かかる遮蔽
状態を所定経時だけ行ったならば４その後は当該遮蔽状
態を解除するのであり、さらに、必要に応じてこの遮蔽
とその解除を所要回数だけ繰り返すようにするのである
。

ここで、シャッタ１２に上記の如き所定の挙動をとらせ
るには、もちろん、前記操作杆１２ｂを外部から手動操
作して不活性雰囲気１内にて、押入したり、引出したり
するようにしてもよいが、第１図にあっては、不活性雰
囲気１内に設けられた電源等による駆動部１４とシャッ
タ１２の操作杆！２ｂとを、機械的、電磁的手段等によ
り連係して、電源の０）ｌ−ＯＦＦ操作などにより、操
作杆１２ｂを矢印ＤＩのようにターンテーブル７の回転
軸線と直交する方向（図中、左右の方向）へ往復動させ
ることで、シャッタ本体１２ａを、スプレー粒子１３中
に前記の如く進入させたり、当該粒子１３が存在しない
領域まで変移させたりすることができる。

また、同上図に示す通り、矢印Ｄ２の如くシャッタ本体
１２ａを、第１図の前後方向へ首振りさせるようにして
もよく、さらに、駆動部１４によって操作杆１２ｂを矢
印０３のように、９０度だけ往復回動自在となし、これ
によって、スプレー粒子１３を遮断し得る横方向位置か
ら、スプレー粒子１３の放射方向へ指向する縦向位置ま
での回動を行わせるようにすることもでき、この場合に
は、シャッタ１２を前記のように出したり入れたりする
必要がなく、９０度程度の回動ですむこととなる。

もちろん、上記のシャッタ１２を回転する際は、交互に
反対方向へ９０度宛往復動させるのではなく、一方図へ
８０度宛回転させて行くようにしてもよく、何れの手段
によるも、シャッタ１２の間欠的に発揮されるスプレー
粒子の遮断機能によって、ウェハーに対し、ターンテー
ブル７の中央部７　ａに対応する箇所のスプレー粒子供
給量は、外周部７ｂに対応する箇所の同上供給量よりも
抑制されることとなる。

実際上、スプレー法により多結晶シリコン膜を５００ト
程度形威しようとすれば、約１〜５分を要することにな
るが、当該多結晶シリコン膜を均一化するためには、例
えば５秒間のシャッタ開放状態と、１秒間のシャッタ１
２によるスプレー粒子遮断状態とを交互に繰り返すよう
にするのがよく、当該シャッタ１２の挙動については、
形成された多結晶シリコン膜につき、膜厚の均一性を精
査しながら経験的に、その内容を決定することができる
。

また、シャッタの挙動が、前記のようにシャッタｉ２の
操作杆１２ｂを回転することで実施される場合は、２０
〜３０ｒｐｍ程度の回転数による連続回転により、膜厚
均一化の要請を充足することができた。

（発明の効果） 本願は上記のようにして実施し得るものであるから、請
求項（１）による方法では、　ＣＶＤ法による場合、数
時間を要した５００ＪＪ、＊のシリコン展を、１〜５分
程度で形成できるだけでなく、ウェハの略回転軸線上に
溶融シリコンの噴出口があるにも拘らず、ウェハの中央
部における多結晶シリコン膜が肉厚となってしまうこと
なく、均一厚のものを得ることができる。

請求項（２）によるときは、シャッタの挙動を、その出
入動と、回転動とによって賄うようにしたから１手動操
作によることが容易であるだけでなく、機械的、電気的
な手段による自動化にも支障なく、効率的に当該工程を
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多結晶シリコン膜を形成する方法
に供して好適なスプレー装置の一例を示した縦断正面略
示囚、ｌｓ２因は第１図におけるシャッタを示した正面
図、第３図と第４図は本願人が既に提示した多結晶シリ
コン膜形成方法（スプレー法）に供し得るスプレー装置
の各異種例を示す縦断正面略示図、第５図は、これらス
プレー装置により得られた多結晶シリコン膜を有するウ
ェハの縦断正面図である。 １・・・・・・不活性雰囲気 ５・・・・・・加圧不活性ガス １２・・・・・・シャッタ 臀・・１１１１◆争ウニ八 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）常圧または減圧下の不活性雰囲気内にて、回転す
   る半導体基板等のウェハ上に、溶融シリコンを当該ウェ
   ハの略回転軸線上に臨設した噴出口から、そのまま、ま
   たは加圧不活性ガスによって霧状に微細化してスプレー
   することにより、所要厚さの溶融シリコン層を形成した
   後、これを冷却固化して多結晶シリコン膜を形成するよ
   うにした方法において、上記噴出口とウェハとの間にお
   ける前記回転軸線上に配したウェハよりも小さなシャッ
   タの所要回数の挙動により、当該ノズルからウェハ中央
   部への前記溶融シリコンスプレー量を、抑制するように
   したことを特徴とするウェハ上に多結晶シリコン膜を形
   成する方法。
2. （２）シャッタの挙動が、噴出口とウェハとの間におけ
   る回転軸線上への間欠的出入動であるか、当該回転軸線
   上にあってスプレーを遮断する横向位置から、スプレー
   方向へ指向する縦向位置への回転動である請求項（１）
   記載のウェハ上に多結晶シリコン膜を形成する方法。