JPH0442524A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH0442524A
JPH0442524A JP15047190A JP15047190A JPH0442524A JP H0442524 A JPH0442524 A JP H0442524A JP 15047190 A JP15047190 A JP 15047190A JP 15047190 A JP15047190 A JP 15047190A JP H0442524 A JPH0442524 A JP H0442524A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜形成方法に関し、特に気相成長法を用いて
P型あるいはN型不純物のドーピングを行う薄膜形成方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
薄膜形成技術は、半導体、金属、あるいはセラミックス
工業など多くの工業分野で重要な技術となっている。特
に、シリコン半導体装置製造プロセスでは、ウェーハ面
上にP型あるいはN型の不純物をドーピングしたエピタ
キシャル膜や多結晶シリコン膜を均一成長する技術が要
求されている。
従来、スループットが高く、高品質の膜が得られる化学
気相成長法が工業的に用いられており、多くの装置が開
発されて来た。比較的低温で成長が行われる多結晶シリ
コンの成長装置としては、ホットウォール方式の反応炉
を用いたLPGVD装置が使用されており、現在では酸
素巻き込みが少なくウェーハ回転の容易な縦型炉が主流
になりつつある。また、エピタキシャル成長装置として
は、エビ成長が高温プロセスであるため、反応管へのシ
リコン堆積の少ないバレル型、パンケーキ型と呼ばれる
コールドウオール方式の反応炉が使用されて来た。しか
し処理ウェーハの大口径化に伴いスルーブツトの点で現
象の要求を満たすことが困難となってきており、最近に
なって種々の新しい方式の装置が試作されている1例え
ば、縦型反応管を用いたホットウォール方式で、大ロ径
6インチウェーへを大量に処理できる装置が提案されて
いる(特開昭63−0086424 ) 。
以下、シリコンのエピタキシャル成長を例に挙げて説明
する。
第1図は、前述した縦型LPCV[)(シリコンエピタ
キシャル成長)装置の概略を示したものである0図に示
すように、反応容器は架台7に支持された内外管1,2
からなる二重構造で、外管1で真空保持し、内管2内で
ウェーハホルダ9に支持されて回転するウェーハ8にノ
ズル管3を用いて反応ガスを供給している。反応ガスは
ウェーハ成長面上を通って内管2の円筒面内に設けられ
た多数のガス排出孔4を通して排気口5より排出される
。従来のエピタキシャル成長は、減圧下で抵抗加熱炉6
により900℃〜1200℃にウェーハを加熱し、PH
i 、B2 Ha 、ASH3等のドーピングガスと成
長に係わる5iH2CI2等の反応ガスを同一ノズル管
から放出するか、あるいはドーピングガスと成長に係わ
る反応ガスを異なるノズル管から同時に放出し2て行っ
ていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
気相成長法でウェーハ面上に均一な膜成長を行うために
は、反応ガスの熱分解により生じた種々の反応種を全被
成長領域に対し均一に供給する必要がある。 S i 
Hz C12Hx  PHi系のN型シリコンエピタキ
シャル成長を例に挙げて説明すれば、S I H2Cl
 2の熱分解により生じた膜成長に係わるS i C1
2及びPHsの熱分解により生成したドーピングに係わ
るPH,(i=1゜2.3)などの反応ガス種を全ウェ
ーハ被成長領域に均一供給する必要がある。前述した単
一ノズル管から反応ガスを同時に放出する方法では、均
一成長のなめ、ノズル管から噴出されるガス流速と噴出
方向の最適化を行っているが、5iHzC12とP H
sの熱分解温度、あるいはそれらの熱分解種とSt基板
との化学反応速度に差があることから、膜厚と抵抗率を
同時に均一にする成長条件を見いだすことは困難となっ
ている。第2図(A) 、 (B)は、それぞれ膜厚分
布および抵抗率分布を最適化した場合の結果を示したも
のである。
一方、複数ノズル管を用いた成長方法は、膜成長を行う
ためのS i H2CI xガスと抵抗率制御を行うた
めのP Hsガスとを別のノズル管から供給することに
より、膜成長と抵抗率について独立に最適条件を得よう
としたものである。しかし、この方法の場合でも、各ノ
ズル管から噴出されたガス同士がウェーハ面上で相互干
渉するために、膜厚分布と抵抗率分布とを完全に独立さ
せて制御することはできない(第3図(A) 、 (B
) ) 、即ち、あるノズル管から噴出されたカス流の
ウェーハ面内でのフローパターンは、他のノズル管から
のガス流により大きく変化する0以上述べたように、従
来方法では、大口径ウェーハに対して良好な膜厚均一性
と抵抗率均一性を同時に満足する成長条件を見いだすこ
とは困難となっている。
本発明の目的は、ウェーハ上でのガス同士の相互干渉を
なくすことにより、前記課題を解決した薄膜形成方法を
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係る薄膜形成方法に
おいては、反応管内に複数枚の被成長基板(ウェーハ)
を所定の間隔でほぼ水平に積み重ねて保持し、その長手
方向に複数のガス放出孔を有する複数本のノズル管より
、前記複数枚の被成長基板のそれぞれの被成長面にほぼ
平行に反応ガスを流し、気相成長法で前記被成長基板上
にN型あるいはP型の薄膜を形成する方法であって、膜
成長に係わる反応ガスを供給する工程と、N型あるいは
P型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順次繰
り返し行うものである。
また、本発明においては、前記ドーピングガスを供給す
る工程と膜成長に係わる反応ガスを供給する工程との間
に、薄膜に対しアニール処理を施す工程を行うものであ
り、前記膜成長に係わる反応ガスを供給する工程とドー
ピングガスを供給する工程とを順次繰り返して所望の厚
さの薄膜を形成した後、薄膜に対しアニール処理を施す
ものである。
〔作用〕
上述した従来方法の課題を解決するため、本発明では、
膜成長に係わる反応ガスを供給する工程とN型あるいは
P型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順次繰
り返し行うという方法を用いた。このため、反応ガスと
ドーピングガスとが同時に複数本のノズル管から放出が
行われることは無く、従来方法のようにガス同士の相互
干渉は起こり得ない、従って、本発明の方法によれば、
膜厚均一性、抵抗率均一性ともに良好な薄膜を形成する
ことができる0本発明の場合、ドーパントのウェーハ成
長面上への供給が断続的であるので、薄膜の成長方向に
測定した不純物分布が不連続になることが懸念されるが
、膜成長とドーピングの各繰り返しサイクルにおいて成
長した膜厚をドーパントが十分拡散するだけの時間アニ
ール処理を加えるか、あるいは、全サイクル終了後にア
ニール処理を与えれば問題無い。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
(実施例1) 実施例1は、本発明の方法をシリコンエピタキシャル成
長に応用したものである。
エピタキシャル成長炉としては、第1図に示した縦型L
PGVD装置を使用した0本実施例ではノズル管3を2
本とし、ガス放出方向は第3図に示したようにウェーハ
中心に対し第1のノズル管3については0°、第2のノ
ズル管3については30°とした。ウェーハホールダ9
にP型のシリコンウェーハ8を50枚搭載して毎分5回
転の回転速度で回転させ、反応管1.2内温度を108
0℃、真空度を80tQrrとした。エピタキシャル成
長は、H2アニール処理を3分間施した後、以下に記載
する成長、ドーピング、アニール処理の各工程を交互に
順次10回繰り返して、1μm厚のN型シリコンエピタ
キシャル膜を形成した。膜成長工程は第2のノズル管3
よりH2を20 SLH,S i H2Cl 2を20
05CCH,P Hsを50SCCMの流量で6秒間供
給して行う。ドーピング工程は第1のノズル管3よりH
2を20318. P Hsを50SCCHで10秒間
供給して行う、アニール処理工程は第1のノズル管およ
び第2のノズル管ともにH2を20 SLHの流量で流
しながら3分間行った。各膜成長工程でのエビ成長速度
は0.1μm/1nであり、アニール処理時間は成長温
度におけるPの単結晶シリコン中での拡散速度を考慮し
て決定しな。
第4図は、本実施例で成長したエビ膜の膜厚分布と抵抗
率分布とを示したものであるが、膜厚均一性±3%、抵
抗率均一性±5%の良好な結果が得られた。さらに、エ
ピタキシャル層の深さ方向の不純物分布が均一になって
いることは確認するため、上述した条件と同様の条件で
N”  (Sb)シリコンウェーハ上にエビ膜を成長し
た。ただし、各工程の繰り返し回数は30回とし、エビ
厚を3μmとした。第5図は、成長後のウェーハを斜め
研磨し、広がり抵抗法で深さ方向の抵抗測定を行った後
、計算機により不純物濃度に変換したものであるが、不
純物濃度には各膜成長サイクルに対応する−ようなリッ
プルは認められず、エビ層中に均一ドーピングされてい
ることが確認された。
(実施例2) 実施例2は、本発明の方法を低濃度PH,ドープの多結
晶゛シリコン成長に応用したものである。
従来、低濃度ドープの多結晶シリコン展を均一成長する
ことは高濃度の場合と比較して困難とされている1本実
施例では、成長装置として、実施例1と同一のものを使
用した。実施例1と同様、ウェーハホールダ9にP型の
シリコンウェー八8を50枚搭載して毎分5回転の回転
速度で回転させ、反応管1,2内温度を650℃、真空
度を5 torrとしな、多結晶シリコン成長は、第2
のノズル管3よりH2を55LH、S i H4を40
0 SCCM、P Hsを50SCCHの流量で1分間
供給する工程と、第1のノズル管3よりH2を5SLH
、PHiを50SCCHの流量で1分間供給する工程と
を交互に順次20回繰り返して、2000人の多結晶シ
リコン膜を形成した。
多結晶シリコン膜形成の場合、膜中の不純物拡散速度が
速いため、アニール処理工程は必要としない。
第6図は、以上の方法で成長した多結晶シリコン膜の膜
厚およびシート抵抗分布を示したものであるが、いずれ
も良好な結果を示している。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、反応管内に複数枚の被成
長基板(ウェーハ)を所定の間隔でほぼ水平に積み重ね
て保持し、その長手方向に複数の反応ガス放出孔を有す
る複数本のノズル管より、前記複数枚の被成長基板のそ
れぞれの被成長面にほぼ平行に前記反応ガスを流し、気
相成長法で前記被成長基板上にN型あるいはP型の薄膜
を形成する方法において、膜成長に係わる反応ガスを供
給する工程とN型あるいはP型のドーピングガスを供給
する工程とを順次繰り返し行うため、反応ガスとドーピ
ングガスとが同時にウェーハ上に放出されることはなく
、ウェーハ上でのガス同士の相互干渉を防止することが
でき、そのため、大口径ウェーハに対し良好な膜厚分布
、抵抗率分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で使用した纒型LPCVD装置を示す断
面図、第2図(A) 、 (B)及び第3図(A)。 (B)は従来方法による薄膜形成法と膜厚及び抵抗率の
均一性との関係を示す図、第4図は本発明の実施例1に
よる方法で形成したエピタキシャル膜の膜厚及び抵抗率
分布を示す図、第5図は本発明の実施例1によるウェー
ハの不純物深さ分布を示す図、第6図は本発明の実施例
2の方法で形成した多結晶シリコン膜の膜厚及びシート
抵抗分布を示す図である。 1・・・外管       2・・・内管3・・・ノズ
ル管 5・・・排気口 ア・・・架台 9・・・ウェーへホールダ 4・・・ガス排出孔 6・・・抵抗加熱炉 8・・・ウェーハ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応管内に複数枚の被成長基板(ウェーハ)を所
    定の間隔でほぼ水平に積み重ねて保持し、その長手方向
    に複数のガス放出孔を有する複数本のノズル管より、前
    記複数枚の被成長基板のそれぞれの被成長面にほぼ平行
    に反応ガスを流し、気相成長法で前記被成長基板上にN
    型あるいはP型の薄膜を形成する方法であって、 膜成長に係わる反応ガスを供給する工程と、N型あるい
    はP型のドーピングガスを供給する工程とを交互に順次
    繰り返し行うことを特徴とする薄膜形成方法。
  2. (2)前記ドーピングガスを供給する工程と膜成長に係
    わる反応ガスを供給する工程との間に、薄膜に対しアニ
    ール処理を施す工程を行うことを特徴とする請求項第(
    1)項に記載の薄膜形成方法。
  3. (3)前記膜成長に係わる反応ガスを供給する工程とド
    ーピングガスを供給する工程とを順次繰り返して所望の
    厚さの薄膜を契約した後、薄膜に対しアニール処理を施
    すことを特徴とする請求項第(1)項に記載の薄膜成長
    方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7273186B2 (en) 2003-06-04 2007-09-25 Bosch Automotive Systems Corp. Fuel injection device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7273186B2 (en) 2003-06-04 2007-09-25 Bosch Automotive Systems Corp. Fuel injection device

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