JPH0786174A - 成膜装置 - Google Patents

成膜装置

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JPH0786174A
JPH0786174A JP5255051A JP25505193A JPH0786174A JP H0786174 A JPH0786174 A JP H0786174A JP 5255051 A JP5255051 A JP 5255051A JP 25505193 A JP25505193 A JP 25505193A JP H0786174 A JPH0786174 A JP H0786174A
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Atsushi Hosaka
篤 保坂
Mitsuaki Iwashita
光秋 岩下
Toshiharu Nishimura
俊治 西村
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体にド−プされる不純物濃度の面間均
一性を高めることのできる成膜装置を提供すること。 【構成】 2重管構造の反応管2に第1のド−プ用ガス
導入管71及び第2のド−プ用ガス導入管72を、第1
のド−プ用ガス導入管71はそのガス流出口71aがウ
エハ群よりも下端位置に位置するように、第2のド−プ
用ガス導入管72はそのガス流出口72aがウエハ群の
上部に開口するように設ける。ここで第1のド−プ用ガ
ス導入管71からは薄膜中のリン濃度を決定するよう
に、また第2のド−プ用ガス導入管72からは反応管2
の上方で不足したフォスフィンガスを補償するように、
それぞれのガス導入管から供給されるフォスフィンガス
の流量は制御されているので、薄膜中のリン濃度につい
てウエハの面間の均一性が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス
の製造工程における成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスにおいて、ポリシリコン
膜はトランジスタのゲート電極などをはじめ広範囲に用
いられており、特にデバイスの微細化が進んでディープ
サブミクロン領域になると、コンタクトホールの埋め込
み電極などを形成する場合に信頼性の高い材料として不
可欠のものになっている。このようなことからポリシリ
コン膜に不純物をドーピングする方法についても今後一
層検討を重ねなければならない状況にある。
【0003】ところで、不純物例えばリン(P)をドー
プしたポリシリコン膜を形成する方法として、従来イオ
ン注入によりリンをポリシリコン膜内に打ち込み、その
後アニール処理する方法や、あるいはPOCl3 ガスを
用いてP2 5 膜をポリシリコン膜の表面に形成し、そ
の後拡散処理する方法などが知られている。またHOT
−WALL型減圧CVDを利用した方法として、in−
situ法も知られている。
【0004】しかしながらイオン注入によりリンをドー
プする方法は、イオン注入の衝撃によりポリシリコン膜
中の結晶が破壊する欠点があるし、またPOCl3 ガス
を用いた方法は、深さ方向の濃度均一性が悪く、更にP
2 5 膜を削る工程を必要とするので工程が繁雑である
という欠点がある。
【0005】これに対し、in−situ法は、上述の
ような欠点がないし、またドープ用ガスの流量を調整す
ることにより薄膜中のリン濃度をコントロールできるな
どの利点があり、ポリシリコン膜を成膜する有効な方法
として広く実施されている。
【0006】この方法について図4に示す断面図を参照
しながら説明すると、9は二重管構造の反応管であり、
この反応管9の下端には、成膜ガス導入管91、ド−プ
用ガス導入管92、及び排気管93を備えたマニホール
ド94が配置されている。先ずウエハWが多数枚例えば
100枚搭載されたウエハボート95を、ボートエレベ
ータ96により反応管9内に、その下端開口部から搬入
してウエハWをロードする。ウエハWのロード時におい
て反応管9内はヒータ97により所定温度に加熱されて
いる。次いで反応管9内が所定の真空度となるように排
気しながらモノシラン(SiH4 )ガスまたはジシラン
(Si2 6 )ガスを例えばヘリウムガスで希釈した成
膜用ガスを成膜ガス導入管91より反応管1内に供給す
ると共に、例えばヘリウム(He)ガスでフォスフィン
(PH3 )ガスを希釈したドープ用ガスをド−プ用ガス
導入管92により反応管9内に供給し、処理ガスの気相
反応によりウエハW表面に薄膜を形成(成膜)する。
【0007】ここで最近において、デバイスの微細化、
高信頼性の要求に伴い、膜質や膜厚の許容範囲が狭くな
って来ており、in−situ法においてもウエハ面内
やウエハ面間(反応管の長さ方向に配列されたウエハ
間)の膜質や膜厚についてより一層高い均一性が要求さ
れている。このため反応管9の周囲にヒータ97を分割
して設けたり、反応管9の長さ方向の温度を変えて、反
応温度を制御し、ウエハ面内の膜質や膜厚の均一性を高
めることも行われている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の方
法では、リンは反応管9の下端に設けられたド−プ用ガ
ス導入管92により反応管9内へ供給されるため、ド−
プ用ガスが上方に流れるにつれてウエハ上で消費される
ので反応管9の上方ほどリンの濃度が低くなる。これに
よりウエハ面間におけるリンの濃度の均一性が悪くな
り、この結果製品の歩留まりが低くなるという問題があ
った。
【0009】また本発明者らは、この問題を解決するた
めに、上端部がウエハボート95の上部に位置するよう
に上方に向けてL字状に曲折されると共に、複数のガス
吹き出し口が形成されたド−プ用ガス導入管について検
討したが、ガス導入管の下方側に形成されたガス吹き出
し口から排出されるガスと、ガス導入管の上方側に形成
されたガス吹き出し口から排出されるガスとは圧力に差
があって流速が異なるため、反応管9内に均一にガスを
供給するためには、ガス吹き出し口の径や間隔を変化さ
せる必要があり、この設定が極めて困難であるという問
題があった。さらにガス導入管は成膜処理後フッ酸で洗
浄しているが、フッ酸は金属を溶解する性質があるた
め、吹き出し口の径が変化し、初期の設定が崩れるおそ
れがあるいう問題があった。
【0010】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は、被処理体にドープされる不純
物濃度の面間均一性を高めることのできる成膜装置を提
供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】成膜ガス導入管及びドー
プ用ガス導入管を備え、一端側から他端側に処理ガスが
通流する反応管内に、多数の被処理体を保持した保持具
を搬入して被処理体に対して成膜処理を行う成膜装置に
おいて、流出口が被処理体の群よりも反応管の一端側に
位置する第1のドープ用ガス導入管と、流出口が第1の
ドープ用ガス導入管の流出口よりも反応管の他端側に位
置し、第1のドープ用ガス導入管よりのドープ用ガスの
不足分を補償するためにドープ用ガスを供給する第2の
ドープ用ガス導入管とを設けたことを特徴とする。
【0012】
【作用】例えば成膜ガスとドープ用ガスとを同時に反応
管に供給して、不純物がドープされた薄膜を形成する処
理が行われるが、第1のドープ用ガス導入管より不純物
濃度を決定する流量でドープ用ガスを供給すると、被処
理体中に取り込まれることにより他端側におけるドープ
用ガスが不足する。ここで第2のドープ用ガス導入管に
より不足分のドープ用ガスを供給して補償することによ
り被処理体群の一端から他端に亘っての薄膜中の不純物
濃度の均一性が高まる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の成膜装置の一例を示す縦断側
面図である。加熱炉1はベースプレート10上に設置さ
れており、断熱層11の内周面に、後述の反応管を囲統
するようにヒ−タ12を設けて構成される。
【0014】前記加熱炉1内には、例えば石英からな
る、上端が閉じている外筒21と、この外筒21内に同
心状に配置された例えば石英からなる内筒22とを備え
た、被処理雰囲気を形成する2重管構造の反応管2が設
けられている。
【0015】前記外筒21及び内筒22は、各々その下
端にてステンレス等からなる筒状のマニホールド3に保
持されており、このマニホールド3の下端開口部には、
当該開口部を気密に封止するためのキャップ部31が開
閉自在に設けられている。
【0016】前記キャップ部31の中心部には、例えば
磁気シールにより気密な状態で回転可能な回転軸32が
挿通されており、回転軸32の下端は昇降台4の図示し
ない回転機構に接続されると共に、上端はターンテーブ
ル33に固定されている。前記ターンテーブル33の上
方側には、保温筒34を介して例えば高さが800mm
の被処理体保持具であるウエハボート5が搭載されてお
り、このウエハボート5は、例えば150枚の半導体ウ
エハWを所定の間隔で積み重ねて収容できるようになっ
てる。
【0017】前記マニホールド3の下部側面には、成膜
用ガス例えばモノシラン(SiH4)ガスやジシランガ
ス(Si2 6 )ガスを例えばヘリウムガスなどのキャ
リアガスと混合して反応管2内に導入するための成膜ガ
ス導入管61が水平に挿設されておりこのガス導入管6
1は図示しないガス供給源に接続されている。
【0018】また前記マニホールド3の下部側面には、
ドープ用ガス例えばフォスフィンガス(PH3 )をヘリ
ウムガスなどのキャリアガスと混合して反応管2内に導
入するための第1のド−プ用ガス導入管71及び第2の
ド−プ用ガス導入管72が挿設されており、これら第1
のド−プ用ガス導入管71及び第2のド−プ用ガス導入
管72は、それぞれ第1のマスフローコントローラ7
3、第2のマスフローコントローラ74を介して別系統
の図示しない共通のガス供給源に接続されている。
【0019】ここで第1のド−プ用ガス導入管71は、
先端のガス流出口71aがウエハボート5に配列された
ウエハW群よりも下端位置例えば保温筒34の下端付近
に位置するように上方に向けてL字状に曲折されると共
に、第2のド−プ用ガス導入管72は、先端のガス流出
口72aがウエハW群の上部に開口するように同様にL
字状に曲折されている。
【0020】これらのガス導入管の長さは、反応管2の
大きさ、ウエハの処理枚数や薄膜中の予定のリンの濃度
などに応じて設定されるものであり、この例において
は、第1のド−プ用ガス導入管71の垂直部分の長さは
例えば50mm、第2のド−プ用ガス導入管72の垂直
部分の長さは例えば700mmにそれぞれ設定されてい
る。この場合ガス流出口72aは上から10番目のウエ
ハ付近に位置する。
【0021】一方前記マニホールド3の上部側面には、
外筒21と内筒22との間隙から処理ガスを排出して反
応管2内を所定の減圧雰囲気に設定するために、真空ポ
ンプ81に連結された排気管8が接続されている。
【0022】このように構成された成膜装置では、先ず
ヒ−タ12により、ウエハボート5のセンター部(上下
方向の中央部)の温度が例えば600℃となるように反
応管2内の被処理雰囲気を加熱しておいて、反応管2内
に下方開口部から昇降台4により、例えば4.76mm
のピッチで150枚のウエハWを収容したウエハボート
5をロードする。
【0023】次に反応管2内を所定の真空度例えば1×
10-3Torrまで真空引きした後に成膜ガス導入管6
1から薄膜の主成分を含む成膜用ガスである100%の
モノシランガスを1000SCCMの流量で内筒22内
に導入すると共に、第1のド−プ用ガス導入管71及び
第2のド−プ用ガス導入管72からドープ用ガスである
例えばフォスフィンガスをヘリウムガスで1%に希釈し
た混合ガスを内筒22内に導入し、反応管2内を0.5
Torrの圧力となるように排気を行い、ウエハボート
5を例えば1〜3rpmの回転数で回転させながら30
分間成膜を行う。
【0024】ここで第1のド−プ用ガス導入管71及び
第2のド−プ用ガス導入管72から供給されるドープ用
ガスの流量は、それぞれ第1のマスフローコントローラ
73及び第2のマスフローコントローラ74により制御
されており、第1のド−プ用ガス導入管71の流量は薄
膜中のリン濃度を決定し、また第2のド−プ用ガス導入
管72の流量は、内筒22の上方で不足したフォスフィ
ンガスを補償する量のドープ用ガスが供給されるように
夫々設定される。具体的には、反応管2の大きさや、第
1のド−プ用ガス導入管71、第2のド−プ用ガス導入
管72の長さ、薄膜中のリン濃度との関係に応じて決定
され、この例では例えば第1のド−プ用ガス導入管71
からは200cc/min、第3のガス導入管からは3
0cc/minの流量でドープ用ガスが供給されてい
る。
【0025】そしてこのようにして成膜処理を行った後
に、例えば別途の熱処理装置により窒素(N2 )ガス雰
囲気下で900℃に加熱して、成膜処理後のウエハに対
してアニール処理を30分間行うことにより、リンが拡
散したポリシリコン薄膜が形成される。
【0026】上述の実施例では、長短の2本のドープ用
ガス導入管71、72を設け、短いドープ用ガス導入管
71の流量の不足分を長いドープ用ガス導入管72によ
り補償している。即ちウエハボートの下端側に位置する
第1のドープ用ガス導入管71の流出口から流出したド
ープ用ガスは反応管2内を上昇していくが、途中でウエ
ハ内に取り込まれて消費されるので上方側の流量が下方
側の流量よりも不足する。
【0027】そこで上方位置にて第2のドープ用ガス導
入管72の流出口から少量のドープ用ガスを供給して上
部領域におけるドープ用ガスの不足分を補償すれば、第
1のドープ用ガス導入管71に頼った場合に上部領域の
流量が不足したことによる長さ方向の流量の不均一性が
緩和され、この結果薄膜中の不純物濃度についてのウエ
ハの面間の均一性が高くなり、従って所定の不純物濃度
が得られる領域が広がるので歩留まりが向上する。そし
てこのようなリンをドープした薄膜を例えば抵抗素子と
して用いる場合、デバイスの微細化に伴い非常に薄くな
っており、濃度の許容範囲が一層厳しくなっていること
から、上述の装置は非常に有効である。
【0028】次に実際に本実施例の成膜装置を用いてウ
エハの成膜処理を行い、その効果について確認を行っ
た。実験で用いた装置では、第1のド−プ用ガス導入管
の垂直部分の長さを50mm、第2のド−プ用ガス導入
管の長さを700mm(ガス流出口が上から10枚目の
ウエハ付近に位置している)に設定し、成膜ガス導入管
からモノシランガスを1300SCCMの流量で反応管
内に供給すると共に、第2のガス導入管及び第3のガス
導入管からフォスフィンガスをそれぞれ200SCC
M、30SCCMの流量で供給し、装置内を約580℃
となるように加熱して、装置内圧力0.5Torrの下
で、ウエハボートを1rpm回転数で回転させながら4
5分間成膜処理を行った。
【0029】そしてこの後反応管内に窒素ガスを20S
LM、酸素ガスを1SLMの流量で供給し、850℃の
下で60分間アニール処理を行った。このときウエハボ
ートには150枚のウエハを収容し、上から12枚目、
38枚目、64枚目、90枚目、116枚目のウエハを
選択して、アニール前の反応管内のウエハについてそれ
ぞれの位置のリン濃度を測定すると共に、アニール後の
ウエハの膜厚とシート抵抗をそれぞれのウエハについて
測定した。ここでリン濃度の測定は5回、ウエハの膜厚
とシート抵抗の測定は9回ずつ行った。
【0030】リン濃度の測定結果を図2に示す。この図
はウエハの位置とリン濃度との関係とを表しており、図
中○はリン濃度、△はリン濃度の面内均一性を示してい
る。尚、図3は比較例として従来の成膜装置を用いて同
様の実験を行ったものの測定結果である。ここで図2と
図3の測定結果を比較すると、図3ではウエハの反応管
内における位置が高くなるにつれてリン濃度が低くなる
のに対して、図2ではウエハの位置に対してリン濃度は
ほぼ一定であり、このことは従来の装置では反応管内に
おいて上方ほどリン濃度が低くなるのに対し、本実施例
の装置では、反応管内におけるリン濃度はほぼ一定であ
ることを示している。
【0031】即ちこの結果により、長短2本のドープ用
ガスの導入管を設け、短い導入管からはウエハのリン濃
度を決定する量のドープ用ガスを供給し、長い導入管か
らは反応管の上方で低くなったリン濃度を補償する量の
ドープ用ガスを供給するように、それぞれの導入管に供
給されるガスの流量を調整することによって、反応管内
にドープ用ガスを均一に供給でき、反応管内のリン濃度
を均一にできることが確認された。
【0032】またウエハの膜厚に関しては、それぞれの
位置の測定値を平均して、上から12枚目、38枚目、
64枚目、90枚目,116枚目について各位置毎のウ
エハの膜厚の平均値を求め、さらにこの平均値を平均し
てウエハの膜厚の平均値とそのばらつきを求めたとこ
ろ、ウエハの膜厚の平均値は1663オングストロ−
ム、ばらつきは±2.13%であり、従来の装置で処理
した場合と同等の結果であることが認められた。またウ
エハのシート抵抗についても同様の方法で平均値とばら
つきを求めたところ、平均値は70.76Ω/シ−ト、
ばらつきは±8.83%であり、従来の装置で処理した
場合と同等の結果であることが認められた。即ち2本の
ガス導入管を用いて、ドープ用ガスを反応管内に均一に
供給しても、ウエハの成膜処理には悪影響を及ぼすもの
ではないことが確認された。
【0033】以上において薄膜中にド−プする不純物と
してはリンに限られるものではなく、例えばB2 H6 ガ
スを供給してボロンをド−プする場合にも適用できる。
また被処理体としては、液晶パネルの製造工程時におけ
るガラス基板であってもよい。
【0034】
【発明の効果】本発明では第1のドープ用ガス導入管よ
り供給されたドープ用ガスの不足分を被処理体の群の途
中で第2のドープ用ガス導入管からのドープ用ガスによ
り補償するようにしているため、薄膜中の不純物濃度に
ついて被処理体の面間の均一性(反応管の長さにおける
被処理体間の均一性)が高くなり、歩留まりが向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成膜装置の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の成膜装置の効果を確認するために行っ
た実験の結果を示すグラフである。
【図3】比較例として従来の成膜装置に対して行った実
験の結果を示すグラフである。
【図4】従来の成膜装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 加熱炉 2 反応管 21 外筒 22 内筒 3 マニホ−ルド 5 ウエハボ−ト 61 成膜ガス導入管 71 第1のド−プ用ガス導入管 72 第2のド−プ用ガス導入管 73 第1のマスフロ−コントロ−ラ 74 第2のマスフロ−コントロ−ラ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成膜ガス導入管及びドープ用ガス導入管
    を備え、一端側から他端側に処理ガスが通流する反応管
    内に、多数の被処理体を保持した保持具を搬入して被処
    理体に対して成膜処理を行う成膜装置において、 流出口が被処理体の群よりも反応管の一端側に位置する
    第1のドープ用ガス導入管と、 流出口が第1のドープ用ガス導入管の流出口よりも反応
    管の他端側に位置し、第1のドープ用ガス導入管よりの
    ドープ用ガスの不足分を補償するためにドープ用ガスを
    供給する第2のドープ用ガス導入管と、 を設けたことを特徴とする成膜装置。
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