JPH05206034A - 低温高圧のシリコン蒸着方法 - Google Patents

低温高圧のシリコン蒸着方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 複数段階反応装置で単一基板へのシリコン蒸
着速度を高め処理量を向上させるプロセスを提供する。 【構成】 シリコン層の高速度蒸着用反応装置３１はウ
エハー３５の単一基板を装填でき、頂壁３２、側壁３３
及び底壁３４で画定された反応チャンバ３０を備える。
ウエハーは支持筒３６上に載置され、均一に蒸着するた
めモータ３７で回転される。ウエハーは大強度ランプ３
８，３９の光により加熱されるため、頂壁及び底壁は可
視光及び紫外光に対し透明で強度の大きい石英製であ
る。反応ガスは入口３１０から流入しウエハーを横切っ
て排気口３１１へ流れる。各反応ガスの濃度及び流量は
処理の均一性を最適にするよう選択する。基板を反応チ
ャンバ内に装填し、所望の結晶化度のＳｉ蒸着層を得る
ため基板温度を調整し、シランと水素またはフォスフィ
ンを含む水素を供給して、２５〜３５０Ｔｏｒｒのガス
圧で毎分５００〜３０００ÅのＳｉ蒸着速度が達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】この発明は、高成長速度で、ドーピングさ
れていない又はドーピングされているシリコンを蒸着さ
せるプロセスに関する。特に、この発明は、実用的な蒸
着速度で単一ウェーハーチャンバ内で、ドーピングされ
又はドーピングされていないシリコンを蒸着させるプロ
セスに関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】在来の従来技術によると、ド
ーピングされ又はドーピングされていないシリコンは低
圧化学蒸着プロセス（ＬＰＣＶＤ）によって実行され
る。シラン、ジシラン、四塩化シリコン等々のガス源
（これは、ホスフィン又はアルシンなどのドーパント・
ガスを運ぶことも出来る）が、シリコン層が蒸着される
べき基板を内蔵するチャンバに供給される。該基板は蒸
着温度に熱せられ、該チャンバに供給されたガスはそこ
で分解し、そこでシリコンが該基板の表面に蒸着する。
【０００３】これらのシステムは一般的には約２００〜
４００mTorr の圧力で運転されるので、低圧の名称があ
る。しかし、この様な圧力ではシリコン蒸着速度は非常
に遅くて、ドーピングされないシリコンについては毎分
約１００Å程度であり、ドーピングされるシリコンにつ
いては僅かに毎分約５０Å程度である。従来技術のプロ
セスは、例えば約１００個におよぶ、複数の基板を一度
にチャンバ内に装填して処理することによって蒸着速度
の遅さを補っている。
【０００４】図１に示されているＬＰＣＶＤシステムで
は、チャンバ１０は、複数のシリコン・ウェーハー１２
を担持するボート１１を包含する。ガス源１３からのガ
ス供給は、流量コントローラ１４によって制御されて、
ガス入口ポート１５からチャンバ１０に入る。ガス供給
は、ウェーハー１２を横切って矢印の方向に維持され
る。チャンバ１０内の低圧は、排気システム１６によっ
て維持される。供給ガスの濃度は、排気システム１６に
向かって流れる間に低下する可能性があるので、チャン
バは、別々に制御される３個のヒーター要素１７も包含
しており、これはチャンバ１０内の反応ガスの濃度の変
動を補正するためにチャンバ１０内の温度を変化させ
る。
【０００５】図２は、他の従来技術のＬＰＣＶＤバッチ
型シリコン蒸着チャンバを示す。このチャンバ内に、複
数のウェーハー２１が垂直に積み重ねられ、ガス、イン
ジェクタ２２の複数の穴２３を通して反応ガスが注入さ
れる。ガス、インジェクタ２２は、ウェーハー２１の二
つの列の間にある。このチャンバ内の低圧は、充分な蒸
着均一度を可能にするので、蒸着をバッチ型プロセスで
行うことが出来る。
【０００６】ガス圧と温度とを慎重に調整することによ
って、この様にして滑らかで均一なシリコン・フィルム
を基板上に蒸着させることが出来るけれども、例えば停
電や、供給ガス中の不純物など、蒸着中に不具合が生じ
ると、大量のウェーハーのバッチが傷物になり、役に立
たなくなる。更に、もっと新しい装置は、シリコン・ガ
リウム砒素などの素子を基板に作成する複数のプロセス
・ステップのために複数のチャンバを使用する。一連
の、相互に結合した、全て真空のチャンバ内で、単一の
ウェーハーに対して幾つかのプロセスが順次行われる。
これにより、プロセス・ステップ間で圧力を上げたり下
げたりする必要が無くなる（この様な必要は、コストが
かかると共に、基板を周囲の汚染物にさらすことにな
る。）しかし、ＬＰＣＶＤプロセスにおけるシリコンの
蒸着は遅いので、一度に一つのウェーハーを処理するの
に要する時間は不当に長く、装置を製造するコストを大
いに増大させる。更に、シリコン蒸着ステップは、複数
段階プロセス装置における障害となる。
【０００７】よって、複数段階反応装置における単一基
板へのシリコン蒸着の処理量を向上させるプロセスが大
いに望ましい。
【０００８】
【発明の概要】本発明者は、単一基板ＣＶＤチャンバ内
の圧力を高めることによって、ドーピングされ又はドー
ピングされていないシリコンの蒸着速度を大いに高める
ことが出来ることを発見した。約２５〜３５０Torrのガ
ス圧で５００〜３０００Åの蒸着速度を達成することが
出来る。
【０００９】
【実施例】本発明によると、単一の基板が複数チャンバ
反応装置のチャンバに装填され、ウェーハーの温度が所
望の蒸着温度に調整され、所望の圧力で所望の期間にわ
たって蒸着ガスを該チャンバに供給してドーピングされ
又はドーピングされていないシリコンを所望の厚みに蒸
着させる。
【００１０】ドーピングされ又はドーピングされていな
いシリコンの蒸着速度を向上させるために、該チャンバ
内の圧力を約１０〜３５０Torrに、好ましくは約２５な
いし約１５０Torrに維持しなければならない。このよう
な圧力で、毎分約３０００Åに及ぶシリコン蒸着速度を
達成することが出来る。より低い圧力では、蒸着速度は
毎分約５００Åまで低下するが、これは、毎分約１００
０Åの実用的な速度を幾分下回る。約３５０Torr以上で
は、反応チャンバの壁や固定物に相当な量の蒸着が起こ
り、基板を汚染する恐れのある微粒子も形成する恐れが
あるが、これは望ましくない。本発明によると、蒸着速
度が予想外に大きく向上するので、依然として複数基板
バッチ処理と競合する様な時間で単一基板処理を行うこ
とが可能である。
【００１１】このプロセスは、ドーピングされていない
シリコン層及びドーピングされていないシリコン層の両
方を蒸着させるために経済的である。シラン、ジシラ
ン、四塩化シリコン、三塩化シリコン、二塩化シリコン
等々を使って、ドーピングされていないシリコンを蒸着
させることが出来る。蒸着されるシリコンの正確な結晶
学的性質は、蒸着の温度に依存する。例えば、約６００
〜６５０℃の低蒸着温度では、蒸着されるシリコンは主
として非晶質である。幾分高い、約６５０〜６９０℃の
温度では、非晶質及びポリシリコンの混合物が得られ
る。もっと高い約６９０〜７５０℃の温度では、蒸着す
るシリコンは主として多結晶シリコンとなる。
【００１２】ＣＶＤによって，一般には比較的に遅い蒸
着速度で、ドーピングされたシリコン層を作ることも出
来る。更に、図１及び２の装置内での従来技術のＬＰＣ
ＶＤ蒸着プロセスは、不均一な厚みのフィルムを生じさ
せる。供給ガスは、シリコン前駆物質ガスに適当な量の
ドーパント・ガスを混合するために調整される。例え
ば、小量のホスフィンを加えて、リンをドーピングした
シリコンを作ることが出来、小量のアルシンを加えて砒
素をドーピングしたシリコンを作ることが出来る。
【００１３】本プロセスは、従来技術の層より均一な厚
みのドーピングされたシリコン層について大幅に向上し
た蒸着速度をもたらす。本プロセスについて、図３を参
照して更に説明をする。図３は、ドーピングされ或いは
ドーピングされていないシリコン層のいずれをも商業的
に魅力のある速度で蒸着させることの出来る単一ウェー
ハー反応装置３１を示す。この反応装置は、ウェーハー
３５などの単一基板を装填することの出来る反応チャン
バ３０を画定する頂壁３２、側壁３３及び低壁３４を有
する。ウェーハー３５はペデスタル３６上に置かれる
が、これは、円筒対称なウェーハーについて時間平均さ
れた環境を提供するためにモーター３７によって回転さ
せられる。ウェーハー３５は、大強度ランプ３８及び３
９からの光によって熱せられる。ランプ３８及び３９か
らの光がチャンバ３０に入れる様にするために、頂壁３
２と低壁３４とは光に対して実質的に透明であるべきで
ある。石英は、可視周波数及び紫外周波数の光に対して
透明であり、これらの壁を横切っての大きな圧力差を支
えることの出来る比較的に強度の大きな材料であり、低
い脱ガス速度を有するので、頂壁３２及び底壁３４のた
めには特に有益な選択肢である。
【００１４】反応ガスは、ガス入口ポート３１０からウ
ェーハー３５を横切って排気ポート３１１へ流れる。ガ
ス入口ポート３１０は、いろいろなガスのうちの一つ又
はその混合物が複数のパイプを介してこのスロットに入
らせるガス・マニホールドに接続されている。これらの
パイプの入力端の位置と、ガス濃度及び／又はこれらの
パイプの各々を通して流量とは、処理の均一性を最適に
する反応ガス流量及び濃度プロフィールを作る様に選択
される。ウェーハーの回転と、ランプ３８及び３９から
の熱に起因する温度勾配とは、反応チャンバ３０内のガ
スの流れプロフィールに大きな影響を及ぼすけれども、
その流れプロフィールの支配的な形は、ガス入口ポート
からウェーハーを横切って排気ポート３１１まで層流で
ある。
【００１５】ドーピングされていないシリコン層をシリ
コン・ウェーハー上に作る典型的なプロセスでは、毎分
約１０リットルの水素を該チャンバの中に送り込み、ウ
ェーハー温度が６５０℃に達した後に約５２５sccmのシ
ランを加えることによって８０Torrの圧力を真空チャン
バ内に維持した。約５０：５０の多結晶シリコン及び非
晶質シリコンの混合物が毎分２０００Åの速度で蒸着さ
せた。
【００１６】約７００℃の、比較的に高いウェーハー温
度で、約２５０sccmを使って、蒸着したシリコンは多結
晶シリコンであった。６５０℃の温度で５２５sccmのシ
ランと、３００sccmの、ホスフィン１％を含む水素との
混合物を供給することによって、リンをドーピングした
多結晶シリコンが図３のチャンバにおいてウェーハー上
に蒸着された。その結果として得られたシリコン層は、
約1.５×１０21cm-3のリンを含有しており、毎分約１５
００Åの速度で蒸着させた。
【００１７】特定の圧力、温度及び特定の種類の反応チ
ャンバを参照して本発明を説明したけれども、当業者
は、他の圧力、温度、ガス原料蒸着チャンバを代用する
ことが出来、それらをここに含めるものとする。本発明
は、特許請求の範囲の欄の記載内容によってのみ限定さ
れるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェーハーのバッチ上にドーピングされ又はド
ーピングされていないシリコン層を蒸着するための在来
のＬＰＣＶＤ反応装置を示す。
【図２】ウェーハーのバッチ上にドーピングされ又はド
ーピングされていないシリコン層を蒸着するための他の
既存のＬＰＣＶＤ反応装置を示す。
【図３】本発明に従って高圧でシリコンをウェーハー上
に蒸着する単一ウェーハー反応装置を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド ケイ カールソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95051 サンタ クララ ダンディー ド ライヴ 2308

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ドーピングされ又はドーピングされてい
    ないシリコンを基板上に蒸着させる方法であって、 a) 温度制御の手段を備えた真空チャンバの中に基板を
    装填し、 b) 該基板の温度を約６００℃ないし７５０℃の間に制
    御し、 c) 所望の厚みのシリコン層が得られるまで、約１０To
    rrと３５０Torrとの間の圧力を提供する様にシリコン前
    駆物質ガスを加えることから成る方法。
  2. 【請求項２】 該圧力は約２５Torrと１９０Torrとの間
    に保たれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 該ガスと温度とは、非晶質シリコンを作
    るために制御されることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 該ガスと温度とは、非晶質シリコンと多
    結晶シリコンとの混合物を作るために制御されることを
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 該ガスと温度とは、多結晶シリコンを作
    るために制御されることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 該ガスと温度とは、リンをドーピングさ
    れたシリコンを作るために制御されることを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 該ガスと温度とは、リンをドーピングさ
    れた多結晶シリコンを作るために制御されることを特徴
    とする請求項６に記載の方法。
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