KR970005441B1 - 붕소를 함유한 얇은 막의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

붕소를 함유한 얇은 막의 제조방법

제1도는, 본 발명의 실시예에서 사용하는 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 장치를 나타낸 설명도.

제2도의 (A)는, 본 발명에서 SiH₄등의 가스 공급관의 공급구의 배치를 나타낸 설명도.

제2도의 (B)는, 본 발명에서 O₂등의 가스 공급관의 가스 공급구의 배치를 나타낸 설명도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 히이터 2 : 반응관

3 : 배기장치 4 : 배기관

5 : 덮개체 6a,6b : 가스 공급관

6a₁∼6an, 6b₁∼6bn : 가스 공급구 7 :웨이퍼 보우트

8 : 웨이퍼

본 발명의 방법은, 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법에 관한 것이다.

종래로부터, 반도체 디바이스를 제조하는 경우에, 반도체 웨이퍼등으로 이루어지는 기초체 위에, CVD(Chemical Vapour Deposition)나 에피택셜(Epitaxial) 성장의 기술을 사용하여 얇은 막의 형성을 행하고 있다.

즉, 이와 같은 기술에 의하여, 반도체 웨이퍼 등의 기초체 위에 예를 들면 BPSG(Boron doped Phospno Silicate Glass)막, BSG(Boron Silicate Glass)막 등의 붕소를 함유하는 얇은 막을 형성하는 것이 행하여지고 있다.

이 경우에, 종래에는, 붕소의 원료 가스로서 디보란(B₂H₆)을 사용하여, 상압 CVD(Chemical Vapour Deposition)법에 의하여 붕소를 함유하는 얇은 막의 형성을 행하고 있다.

따라서, 상압 CVD법과 감압 CVD법과를 비교하였을 경우에, 감압 CVD법은 막 형성 속도가 느리지만, 핀 호울(Pin Hole)이 적은 막의 질이 양호한 얇은 막을 형성할 수가 있다. 또한, 감압 CVD법은, 막 형성 속도가 느리다.

이로 인하여, 감압 CVD법에서는, 1회의 웨이퍼 처리 매수를 수십매로 하는 배치(Batch)식이 주류를 이루고 있다. 그리하여, 감압 CVD법에서는, 가열 방식으로서, 반응로 전체를 가열하는 하트웰(Hot Wall)식이 주로 채용하고 있다.

이와 같은 감압 CVD법에 의하여, 붕소를 함유하는 얇은 막을 형성하는 것이 바람직한 경우가 있다. 그러나, 붕소를 함유한 얇은 막의 형성 방법에서는, 붕소의 원료 가스로서, 분해 온도가 낮은 디보란을 사용하고 있다.

이로 인하여, 하트월식의 감압 CVD법으로 얇은 막을 형성할 때에, 디보란이 반응관내에 도입됨과 동시에 붕소와 수소로 분해되어 버린다.

그 결과, 붕소가 얇은 막중에 첨가될 수가 없으므로, 소망하는 막형성을 행할 수가 없다는 문제가 있었다. 또한, 디보란은, 분해되기 쉽고, 저장 중에도 분해를 일으키고 있기 때문에, 그의 농도 관리가 곤란하다. 이로 인하여, 형성하는 얇은 막의 붕소 농도를 소망의 값으로 유지하는 것이 곤란하다. 또한, 붕소의 원료 가스로서 예를 들면 삼염화 붕소(BCl₃)를 사용하는 것도 고려되고 있다. 그러나, 삼염화 붕소는, 독성이 높기 때문에, 위험성도 높아지는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 붕소가 균일한 농도로 분포되고, 또한, 균일한 막두께를 갖는 품질이 좋은 얇은 막을 용이하게 형성할 수가 있는 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

즉, 본 발명은, 반응 가스를 도입하여 가열 분위기 중에서 붕소를 함유한 얇은 막을 형성하는 공정에 있어서, 피처리체를 수용한 반응실에 수용하는 공정과, 상기 반응 가스로서 적어도 삼불화 붕소를 함유하는 반응가스를 공급하여, 상기 피처리체의 표면에 붕소를 함유한 얇은 막을 형성하는 공정을 구비하는 반도체 기초체 위에서의 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법에 있다.

본 발명의 막 형성 방법에서는, 붕소의 원료 가스로서 삼불화 붕소(BF₃) 가스를 사용하여, 붕소를 함유하는 막, 예를 들면 BPSG막, BSG막, 보론 도우프(Boron Dope) 폴리실리콘 막 등을, 예를 들면 상압 CVD, 감압 CVD, 플라즈마 CVD, 에피택셜 성장 등에 의하여 형성한다.

여기에서, 고온 산화막(BSG막, BPSG막)들 CVD에 의하여 형성하는 경우에는, 예를 들면, Si의 원료 가스로서는, SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiCl₄등 예를 들면, P의 원료 가스로서는, POCl₃, PH₃등, O의 원료 가스로서는, 예를 들면, O₂, N₂O, NO 등을 사용한다.

또한, 예를 들면 저온 산화막(BSG막, BPSG막)을 CVD에 의하여 형성하는 경우에는, 예를 들면, Si의 원료 가스로서는, SIH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiCl₄등, P의 원료 가스로서는, 예를 들면 POCl₃, PH₃, O의 원료 가스로서는 예를 들면 O₂등을 사용한다.

또한, (C₂H5O)₄Si(테트라 에톡시 실란)을 사용하여 CVD에 의하여 BSG막 또는 BSPG막을 형성하는 경우에는, Si의 원료 가스로서는 (C₂H₅O)₄Si, P의 원료 가스로서는 예를 들면 (CH₃)₃P, (CH₃O)₃P, (CH₃)₃OP, (CH₃O)₃OP, PH₃, POCl₃등, O의 원료 가스로서는, O₂, N₂O, NO 등을 사용한다.

또한, 보론(즉, 붕소) 도우프 폴리 실리콘막을 CVD에 의하여 형성하는, Si의 원료 가스로서는 SiH₄가스, P의 원료 가스로서는 예를 들면 PH₃, POCl₃등을 사용한다.

또한, 에피택셜 성장에 의한 경우에는, Si의 원료 가스로서의 SiH₄가스등과 함께 BF₃가스를 사용한다. 삼불화 붕소 가스는, 디바이스에 비교하여 안정하며, 분해 온도도 높다.

따라서, 그의 농도 관리가 용이하므로, 막의 붕소 농도를 소망의 값으로 할 수가 있다. 또한, 막 형성 온도가 높은 감압 CVD에 의하여 막 형성을 행할 수가 있다. 또한, 핀 호울이 적어 막의 질이 좋은 막을 형성할 수가 있다. 또한, 독성도 적으므로, 취급시의 위험성도 적다.

다음에 본 발명의 방법을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는, 본 발명의 실시예에서 사용하는 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 장치의 1예를 나타내고 있다. 도면에서 (1)은, 석영으로 이루어진 횡형의 반응관(2)의 바깥쪽에 이것을 둘러 싸도록 하여 배치된 히이터이다. 반응관(2)은, 도시하지 아니한 가열로내에 배치되어 있다. 반응관(2)의 한쪽 끝단부에는, 배기관(4)이 접속되고, 이 배기관(4)은 배기 장치(3)에 접속한다. 또한, 반응관(2)의 다른쪽 끝단부에는, 웨이퍼 반출.반입용의 개구부가 형성되어 있다.

이 개구부에는, 반응시에 덮개체(5)에 의하여 기밀하게 폐색되도록 되어 있다. 또한 반응관(2)의 길이 방향을 따라 끼워 넣도록 하여, 2개의 가스 공급관(6a),(6b)이 형성되어 있다. 이들의 원료 가스(6a),(6b)에는, 그의 길이 방향을 따라 다수개의 가스 공급구(6a₁∼6a_n),(6b₁∼6b_n)가 소정의 간격으로 형성되어 있다.

이들의 가스 공급구(6a₁∼6a_n),(6b₁∼6b_n)로부터 반응관(29)내에 소정의 가스를 공급이 가능하게 구성되어 있고, 또한 이것은 종형로에 적용하여도 좋다.

여기에서, 가스 공급구(6a₁∼6a_n),(6b₁∼6b_n)의 배치는, 예를 들면, SiH₄등의 가스 공급관(6a)의 경우에는 제2도의 (A)에 나타낸 바와같이, 반응관(2)의 덮개체(5)쪽에서는 좁은 배치 간격(L₁)으로 하고, 배기관(4)쪽에서는 넓은 배치 간격(L₂)으로 한다.

또한, O₂등의 가스 공급관(6b)의 경우에는, 제2도의 (B)에 나타낸 바와 같이, 가스 공급관(6b)의 양쪽 끝단부 밑 중앙부에서 비교적 좁은 간격(L₃),(L₄),(L₅)으로 설정한다.

이와같은 장치를 사용하여 다음과 같이 하여 웨이퍼(8)위에 붕소를 함유한 얇은 막을 형성한다.

우선, 예를 들면 웨이퍼 보우트(7)위에 100매의 직경이 6인치인 반도체 웨이퍼(8)를 배치한다.

이 웨이퍼 보우트(7)를 소프트랜딩 기술에 의하여 반응관(2)내에 수용한다.

미리, 히이터(1)에 의하여 반응관(2)내의 온도를 430℃로 될 때까지 승온시킨다.

이어서, 배기 장치(3)에 의하여 반응관(2)내의 압력을 0.2Torr로 설정한다.

이와 같은 상태에서 반응관(2)내에 가스 공급관(6a)으로부터 예를 들면 SiH₄가스 60SCCM, 5%PH₃/Ar가스, 80SCCM, BF₃가스, 48SCCM의 조건에서 각각의 가스를 공급한다.

또한, 가스 공급관(6b)으로부터 O₂가스를 90SSCM으로 공급한다.

이와 같이 하여 웨이퍼(8)의 표면에 붕소를 함유한 얇은 막을 형성하였다.

이 결과, 인의 농도가 3.9중량%, 붕소의 농도가 2.7중량%로서 막두께가 약 5000Å인 붕소를 함유한 얇은 막을 웨이퍼(8)위에 형성할 수가 있었다.

이 경우에, 인 및 붕소의 농도는, 1매의 반도체 웨이퍼(8)의 중심부에, 중심부에서 십(＋)자로 직교하는 직선 위에서 반도체 웨이퍼(8)의 주변으로부터 약 21mm이 각 4점에서 측정한 값의 100매분(500점분)이 평균값이다.

그리고, 인 농도의 불균형은 3.8중량% 내지 4.7중량%이었다.

또한, 붕소 농도의 불균형은, 2.8중량% 내지 3.5중량%이었다.

또한, 붕소를 함유한 얇은 막의 막두께의 불균형은, 반도체 웨이퍼(8) 1매의 면내에서는 ±4.9%이고, 각 반도체 웨이퍼(8) 사이에서는, ±2.6%이었다.

또한, 다른 100매의 처리와 비교한 배치 사이에서의 막두께의 불균형은, ±0.04% 이하이었다.

이 경우에, 상기에서 설명한 농도 측정과 마찬가지로, 반도체 웨이퍼(8)의 중심을 포함하는 5개의 장소에서 막두께의 측정을 행하였다.

또한, 중심 이외의 4개의 장소는, 반도체 웨이퍼(8)의 주변에서 10mm의 지점(^{- -})으로 하였다.

이와 같은 측정 결과는, 처리 온도를 350 내지 430℃, 반응관(2)내의 압력을 0.3Torr 이하, BF₃가스의 흐름량을 20내지 70SCCM, SiH₄가스의 흐름량을 40 내지 100SCCM, PH₃/Ar 가스의 흐름량을 60내 120SCCM으로 설정되어 있는 범위내에서 얻어지는 것이 판명되었다.

따라서, 본 발명의 방법을 적용하여, 소위 저온 산화막에 속하는 붕소를 함유한 얇은 막을 제조하는 경우에는, 처리 농도 등의 조건을 다음의 범위에서 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 실시예에서는, 본 발명을 감압CVD 기술에 적용한 실시예에 대하여 설명하였지만, 이밖에도 예를 들면 상압 CVD 기술, 플라즈마 CVD 기술, 에피택셜 기술 등의 화학적인 반응에 의하여 붕소를 함유하는 막을 형성하는 경우에 적용할 수가 있는 것은 물론이다. 물론 배치식에만 한정하지 않고, 한매 한매씩 처리하는 매엽식으로 처리하여도 좋다.

Claims (11)

1. 피처리체를 수납한 반응관(2)내에 반응 가스를 도입하여 가열 분위기 중에서 붕소를 함유한 얇은 막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 반응 가스는 적어도 삼불화 붕소를 반응 가스를 공급하여, 상기 피처리체의 표면에 붕소를 함유한 얇은 막을 형성하는 공정을 구비하는 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 반응실내의 설정 온도가, 350 내지 430℃인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 반응실내의 압력이 0.05 내지 0.3Torr인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스가, Si을 함유하는 원료 가스, P를 함유하는 원료 가스, O를 함유하고 있는 것인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, Si를 함유하는 원료 가스가, SiH₄, Si₂H₆, Si₂Cl|₂, SiCl₄중의 어느것인가 하나이고, P를 함유하는 원료 가스가 POCl₃, PH₃중의 어느것인가 하나이며, O를 함유하는 원료 가스가 N₂O, NO, O₂중의 어느것인가 하나인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
6. 제4항에 있어서, Si를 함유하는 원료 가스가, 테트라 에톡시 실란이고, P를 함유하는 원료 가스가 (CH₃)₃P, (CH₃O)₃OP, (CH₃O)₃OP, (CH₃O)₃OP, PH₃,POCl₃중의 어느것인가 하나이며, O를 함유하는 원료 가스가 O₂, N₂O, NO중의 어느것인가 하나인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
7. 제4항에 있어서, Si를 함유하는 원료 가스가 SiH₄이고, P를 함유하는 원료 가스가 PH₃, POCl₃중의 어느것인가 하나이며, O를 함유하는 원료 가스가, O₂, N₂O, NO중의 어느것인가 하나인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는, 20 내지 70SCCM으로 공급되는 삼불화 붕소를 함유하는 가스와, 40 내지 100SCCM으로 공급되는 Si흘 함유하는 반응 가스와, 60 내지 120SCCM으로 공급되는 P를 함유하는 반응 가스와, 20 내지 200SCCM으로 공급되는 O를 함유하는 반응 가스로 구성되어 있는 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 붕소를 함유한 얇은 막이, 보론 및 인을 도우프한 실리콘막, 보론을 도우프한 실리콘막, 보론을 도우프한 폴리 실리콘막인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 피처리체의 표면에 반응 가스로서 얇은 막을 형성할 때의 반응이, 상압 CVD, 감압 CVD, 플라즈마 CVD, 에피택셜 성장중의 어느 것인가의 화학 반응인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 피처리체가, 반도체 웨이퍼(8)이고 반응실이 석영으로 이루어진 반응관(2)인 붕소를 함유한얇은 막의 제조 방법.

    루어진 반응관(2)인 붕소를 함유한 얇은 막의 제조 방법.

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