JPH04236422A - 成膜方法 - Google Patents

成膜方法

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JPH04236422A
JPH04236422A JP1934591A JP1934591A JPH04236422A JP H04236422 A JPH04236422 A JP H04236422A JP 1934591 A JP1934591 A JP 1934591A JP 1934591 A JP1934591 A JP 1934591A JP H04236422 A JPH04236422 A JP H04236422A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は成膜方法に係り、特に複
雑な構造の石英治具類を用いることなく膜厚の面内均一
性の良好な薄膜を形成することができる成膜方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程にお
いては、微細な素子を多数作る必要から半導体ウエハ等
の被処理体上にαーSiやPoiy−Si、ドープドS
iなどのシリコン系の薄膜を多数回成膜することは、す
でに知られている。この場合、ある程度以上の量産効率
を必要とすることは勿論のこと、最終製品としての半導
体デバイスの特性の安定化、すなわち所望の電気的特性
を得るために、成膜処理において膜厚の面内均一性を向
上させなければならない。
【0003】この成膜処理は、例えば減圧CVD装置の
ような熱処理装置により行われ、処理ガスとしては、例
えばシランよりは気相反応が激しいが成膜速度の大きい
ジシランを用いる場合が多くなっている。例えばジシラ
ン(Si2H6 )を用いてα−Si膜を成膜する場合
には、通常、処理ガスであるジシランの分解温度である
約500℃に熱処理装置内を均一に加熱した状態で成膜
を行う。このジシランは、高温の反応容器内で下記に示
すように熱分解される。 Si2 H6 →SiH2 +SiH4SiH4 →S
iH2 +H2 SiH2 →Si+H2 ここで、モノシラン(SiH4 )は、いわゆる反応律
速の反応状態となり、この成分からはウエハ面内に膜厚
の均一性の良好な成膜が得られる。しかしながら、シリ
レン(SiH2 )は、反応の活発な反応状態である所
謂、供給律速の反応状態となり、この結果、ウエハボー
トとして通常のボートを使用したり、ウエハとインナー
チューブの間隔を狭くしたインナーチューブ構造になさ
れた装置を使用した場合には、処理ガスが多く供給され
ることになるウエハ周縁の膜厚がその中心部に比較して
厚くなってしまい、面内の膜厚均一性を充分に達成する
ことができない場合が生じた。
【0004】そこで、この問題点を解決するために例え
ばケージボート、リングボートなどの特殊な石英治具を
使用した実開平1−173936号公報に示す如き縦型
CVDボートが用いられていた。上記ケージボートは、
このボートを囲む様になした石英よりなる筒体状のカバ
ーを有しており、このカバーはその内部へのウエハの挿
脱を可能とするために縦方向に2分割可能になされてい
る。このカバー内に、この内壁に設けた載置部に水平方
向に支持されたウエハがカバーの上下方向に沿って適宜
の間隔づつ隔てて複数枚配設されている。そして、カバ
ーの側部及び上部には、処理ガスを通過させるためのス
リット或は孔の如き多数のガス通路が形成されている。 成膜形成時には、反応の活発な所謂、供給律速の反応状
態にあるシリレンはカバーの外壁と接触した時に反応し
、この外壁にシリコンを付着させることになる。従って
、ガス通路を通過してウエハと接触するシリレンは非常
に少なくなり、ウエハへの成膜は供給律速の反応状態に
あるモノシランが主に関与することになる。この結果、
膜厚が比較的均一な良好なウエハを得ることができた。 また、半導体ウエハの径よりも僅かに大きな径になされ
た環状の石英リング上に半導体ウエハの周縁部を載置す
るようになしたリングボートを用いた場合にも、前記し
たと同様に面内均一性を低下せしめる要因である反応活
発なシリレンが石英リングに付着することとなり、結果
的に、ウエハ上に膜厚が比較的均一な成膜を得ることが
できた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなケージボートやリングボートを用いた場合には
、これら装置の構造が複雑なために取り扱いに注意を払
わなければならないばかりか、ウエハボートの洗浄等に
も多くの時間を要していた。更には、余分な治具類を使
用することから、これらに形成された被膜が剥離し、半
導体デバイス製造工程において最も排除すべきパーティ
クルの発生する可能性も増大し、半導体デバイスの歩留
りが低下してしまった。本発明は、以上のような問題点
に着目して、これを有効に解決すべく創案されたもので
ある。本発明の目的は、構造複雑な石英治具類を用いる
ことなく、成膜の所定の面内均一性および所定の量産効
率を達成することができる成膜方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、通常のボート
を使用した場合、成膜操作時の圧力を従来よりも低下さ
せることにより成膜速度は低下するが、膜厚の面内均一
性は向上し、この成膜速度の低下分は処理ガスの流量を
増加させることによって補償することができる、という
知見を得ることによってなされたものである。本発明は
、以上のような問題点を解決するために、反応容器内に
収容された複数の被処理体にシラン系の処理ガスを供給
して、該被処理体の表面に薄膜を形成する成膜方法にお
いて、前記反応容器内の成膜処理時の圧力を0.01−
0.1Torrの範囲に設定するようにしたものである
【0007】
【作用】本発明は、以上のように成膜方法を構成したの
で、成膜処理時の圧力は、従来よりも低い0.01−0
.1Torrの範囲とし、反応の活発なシリレンの分圧
を低下させることによりシリレンの反応確率が小さくな
り、ウエハ周辺とウエハ中心の反応確率がほぼ等しくな
り、成膜のウエハ面内均一性は、従来の複雑な石英治具
類を使用した場合の面内均一性とほぼ同程度の値を得る
ことができる。また、処理ガスとしてのジシランの分圧
は低下させるがジシランの供給量は多量に供給すれば、
成膜速度は従来の場合と同じ程度に高く維持することが
できる。
【0008】
【実施例】以下に、本発明方法の実施例を添付図面を基
に説明する。まず、本発明方法を実施するための縦型熱
処理装置を説明する。図1及び図2に示す如く、この熱
処理装置は、長手方向がほぼ垂直に配設された円筒状の
反応容器1を有しており、この反応容器1は、耐熱性材
料、例えば石英よりなる外筒2と、この外筒2内に同心
的に収容された例えば石英からなる内筒3とにより主に
構成され、2重管構造になっている。上記外筒2および
内筒3は、ステンレス等からなるマニホールド4によっ
てその下端部が保持されており、このマニホールド4は
ベースプレート5に固定されている。そして、上記反応
容器1を囲むように、例えば抵抗発熱体よりなる円筒状
の加熱用ヒータ6が設置されて熱処理部が構成されてい
る。この加熱用ヒータ6の外側には、上記熱処理部を保
温するための、例えばシリカブロックよりなる断熱層7
が形成されると共に、この断熱層7の外側には、これを
囲むように装置全体を保護するための、例えばステンレ
ススチールよりなる円筒状の外側ケース8が設けられて
いる。
【0009】また、上記マニホールド4の下端部の開口
部には、例えばステンレススチール等からなる円盤状の
キャップ部9が、弾性部材のOリング10を介して気密
封止可能に取り付けられている。上記キャップ部9のほ
ぼ中心部には、例えば磁性流体シールにより気密な状態
で回転可能な回転軸11が挿通されている。この回転軸
11の下端は、回転機構12に接続されており、その上
端は例えばステンレススチールよりなるターンテーブル
13が固定されている。また、上記ターンテーブル3の
上には、反応容器1の内筒3と所定の間隙を保持して石
英からなる保温筒14が設置されており、この保温筒1
4上には、多数枚例えば100枚の半導体ウエハ15が
所定の間隔、例えば4。76mm間隔で積層収容された
、例えば石英からなるウエハボート16が搭載されてい
る。このウエハボート16、保温筒14、ターンテーブ
ル13及びキャップ部9は、昇降機構、例えばボートエ
レベータ17により反応容器1内に一体となってロード
、アンロードされるように構成されている。このボート
エレベータ17は、上記回転機構12を保持する保持台
17aと、この保持台17aを支持する昇降ロッド17
bとにより構成されている。尚、図2は、アンロード状
態を示し、ウエハボートは処理容器外へ出されている状
態を示す。マニホールド4の下部には、上方すなわちウ
エハボート16方向に向けて折り曲げられたL字状の例
えば石英からなる処理ガス導入管18が、シール部材1
8aによりマニホールド4に気密に配設されている。 上記シール部材18aには、例えばステンレススチール
からなるガス配管19が接続されて、これは図示しない
ガス供給源に接続されている。この処理ガス導入管18
に設けられたガス流出口18bは、ウエハボート16に
収容された半導体ウエハ15の近傍に達するように垂設
されており。半導体ウエハ15の配列方向に向けて開口
されている。上記処理ガス導入管18には、成膜用の処
理ガス、例えばジシランが、必要な場合には窒素ガスと
混合されて上記ガス供給源から供給しうるように構成さ
れている。
【0010】また、リン(P)、ボロン(B)、砒素(
As)等のドーパントを含むドープ用ガス、例えばホス
フィン(PH3 )を導入するドープ用ガス導入管20
は、L字状に形成されて、マニホールド4の下部にシー
ル部材20aによりマニホールド4に気密に配設されて
おり、処理容器1内にドープ用ガスを供給しうるように
なっている。上記ドープ用ガス導入管20は、ウエハボ
ート16に収容された各半導体ウエハ15の面方向にむ
けて所定の間隔で開口された複数のガス流出口20bを
有しており、各半導体ウエハ15に対して均一にPH3
 ガスを供給することができるように配置されている。 そして、上記ドープ用ガス導入管20は、例えばステン
レススチール等よりなる配管21を介してPH3 ガス
が収容されたガス供給源22に接続されている。この配
管21には、ガス流量調節器であるMFC23と、PH
3 ガスを所定の温度に加熱して励起状態にするガス加
熱部24とが介設されている。そして、上記マニホール
ド4の下部側面には、真空ポンプ25に接続された、例
えばステンレススチールよりなる排気管26が接続され
ている。特に、本発明方法においては、処理ガスを多量
に供給しつつ容器内圧力を0.01ー0.1Torrの
範囲の高真空を得る必要から上記真空ポンプ25として
は、大量の気体を排気して高真空を得るポンプ、例えば
ターボ分子ポンプやハイブリッドターボポンプ等を使用
する。そして、上記排気管26の途中には、開閉弁とし
てのゲートバルブ27とモータにより弁体を自動的に駆
動して圧力を調節する自動圧力調整装置28とが順次介
設されている。
【0011】そして、上記真空ポンプ25の排気口には
、排気管29を介して、例えばオイルフリーのドライポ
ンプよりなる真空ポンプ30が接続されており、上記し
た如き高真空の実現を可能ならしめている。上記真空ポ
ンプ30全体は、例えばステンレススチール等よりなる
ケーシング31により被われている。上記ターボポンプ
25としては、例えば約280リットル/secの大排
気容量のポンプを使用し、ドライポンプ30としては、
例えば約1500リットル/minの排気量のポンプを
使用する。
【0012】以上のように構成された熱処理装置を用い
て実施される本発明方法の一実施例を説明する。この実
施例においては、シリコン膜の成膜処理が行われる。ま
ず、ヒータ6により反応管1内の処理領域を加熱し、こ
の領域を、例えば500℃前後の均熱加熱状態にする。 ここで、加熱温度が約520℃以上になると、ジシラン
は極度の活性状態になって使用できなくなることから、
この加熱温度は、好ましくは520℃以下とする。この
ように均熱状態にされた反応容器1内に、その下方に開
口部より、複数枚例えば100枚の半導体ウエハ15が
すでに搭載されたウエハボート16をロードし、キャッ
プ部9により上記開口部に蓋をし、反応容器1内を密閉
状態にする。次に、2台の真空ポンプ25、30を駆動
することにより、反応容器1内の雰囲気を排気して、こ
の中を所定の圧力の真空状態例えば0.001Torr
にした後、処理ガス導入管18から処理ガス、例えばジ
シラン(Si2 H6 )ガスを30SCCM以上、例
えば50SCCMのみを希釈ガスなしで反応容器1内に
導入する。ここで、窒素等の希釈ガスを導入しない理由
は、通常、窒素ガスは膜厚の面間均一性の改善のみを目
的として導入されるが、本発明方法が実施されるような
高真空状態においては、希釈ガスなしでも処理ガスが反
応容器1内において充分に拡散されることから必然的に
面間均一性が良好となるからである。尚、一層の面間均
一性を図るために必要に応じて適当量の希釈ガス例えば
窒素を導入してもよいことは勿論である。
【0013】また、ノンドープのα−Si膜またはPo
ly−Si膜を成膜する場合には、ドープ用ガスを反応
容器1内には何ら導入しない。従って、ドープ用ガス導
入管20に接続される配管21の図示しない開閉弁を閉
状態としておく。尚、ドープドシリコン膜、例えばリン
添加シリコン膜の成膜を行う場合には、このドープ用ガ
ス導入管20の開閉弁を開状態にして、反応容器1内に
例えばPH3 ガスの如きドープ用ガスを導入すること
は勿論である。また、ドーパントとしてボロン等を使用
することも勿論可能である。そして、上述の如く処理ガ
スを供給しつつ、或は必要な場合には希釈用ガスおよび
ドープ用ガスも供給しつつ反応容器1内の圧力が0.0
1−0.1Torrの範囲内が望ましい。反応容器内の
圧力が、0.2Torrでは面内均一性が15−20%
と劣化し、0.1Torrでは面内均一性が10%以内
と改善され、0.05Torrでは面内均一性が3%に
改善された。尚、0.01Torr以下の圧力例えば0
.005Torrにするためには処理ガスの流量を例え
ば10SCCMと減らさなけらばならず、この状態では
成膜速度が低下して実用的ではない。この実施例では、
例えば0.05Torrになるように自動圧力調整装置
28でもって圧力制御を行いながら反応容器内雰囲気を
排気する。このような状態で所定時間、例えば120分
間の成膜処理を行い、半導体ウエハ15上にシリコン膜
を成膜する。このようにして得られた半導体ウエハ15
上のシリコン成膜の面内均一性は、従来のケージボート
やリングボートの如き構造複雑な石英治具類を使用して
成膜処理を行った場合とほぼ同じ±3%以下の値となり
、良好な結果が得られた。
【0014】また、上記処理条件によって半導体ウエハ
15上に形成される被膜の成膜速度は約20オングスト
ローム/minであり、上述した従来の成膜方法によっ
て行った場合とほぼ同じ成膜速度が得られた。以上の如
く圧力を0.05Torrと低下させたことによりジシ
ランの分圧を低下させるがジシランの供給量は多量に供
給したことにより、良好な成膜均一性と所望の成膜速度
を得ることができる。上記実施例において、希釈ガス或
はドープ用ガスを供給する場合には、処理ガスの分圧を
維持すべくこの処理ガスの流量を対応させて増加する。 この場合にも、処理容器1内の圧力を上記圧力範囲0.
01−0.1Torrを維持する必要から、2台の真空
ポンプ25、30としては、気体を大量に排気できて、
高真空を維持できるポンプを使用する。尚、上記実施例
にあっては処理ガスとしてジシランを用いたが、これに
限定されず、例えばモノシラン等を用いてもよいことは
勿論である。また、本発明方法は、減圧CVD装置のみ
ならずプラズマCVD装置等にも適用できることは勿論
である。
【0015】
【発明の効果】以上要するに本発明方法によれば、被処
理体にシラン系の膜を成膜する際に、処理圧力を0.0
1−0.1Torrの範囲に設定するようにしたので、
従来使用されていた複雑な石英治具類を使用することな
く、従来方法によって得られた値とほぼ同じ成膜速度お
よび面内均一性を得ることができる。従って、構造複雑
な石英治具類が不要になるので、取り扱いが容易となり
、操作性を向上させることができ、大幅なコストダウン
を図ることができるのみならず、余分な治具類をなくす
ことができるので、パーティクルの発生を抑制すること
ができ、被処理体の歩留りを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するための熱処理装置を示す
概略縦断面図である。
【図2】本発明方法を実施するための実際の熱処理装置
を示す斜視透視図である。 1  反応容器 2  外筒 3  内筒 6  加熱用ヒータ 15  半導体ウエハ(被処理体) 16  ウエハボート 18  処理ガス導入管 20  ドープ用ガス導入管 25、30  真空ポンプ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  反応容器内に収容された複数の被処理
    体にシラン系の処理ガスを供給して、該被処理体の表面
    に薄膜を形成する成膜方法において、前記反応容器内の
    成膜処理時の圧力を0.01−0.1Torrの範囲に
    設定するようにしたことを特徴とする成膜方法。
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