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Info
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- JPH05206034A JPH05206034A JP4206715A JP20671592A JPH05206034A JP H05206034 A JPH05206034 A JP H05206034A JP 4206715 A JP4206715 A JP 4206715A JP 20671592 A JP20671592 A JP 20671592A JP H05206034 A JPH05206034 A JP H05206034A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US742954 | 1985-06-10 | ||
US74295491A | 1991-08-09 | 1991-08-09 | |
US07/742954 | 1991-08-09 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000182440A Division JP2001028344A (ja) | 1991-08-09 | 2000-06-19 | 単一基板反応装置 |
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