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JPH06120150A - Thin film treatment - Google Patents

Thin film treatment

Info

Publication number
JPH06120150A
JPH06120150A JP3878892A JP3878892A JPH06120150A JP H06120150 A JPH06120150 A JP H06120150A JP 3878892 A JP3878892 A JP 3878892A JP 3878892 A JP3878892 A JP 3878892A JP H06120150 A JPH06120150 A JP H06120150A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film
temperature
reaction tube
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3878892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Mikata
裕一 見方
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
Reiji Niino
礼二 新納
Yoshiyuki Fujita
義幸 藤田
Hiroshi Suzuki
博 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
Tokyo Electron Tohoku Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Electron Ltd, Tokyo Electron Tohoku Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP3878892A priority Critical patent/JPH06120150A/en
Publication of JPH06120150A publication Critical patent/JPH06120150A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To perform a surface treatment being high in uniformity by forming a thin film in a temperature region excepting the boundary temperature region between a temperature for attaining an amorphous state and that for attaining a polycrystalline state. CONSTITUTION:A treated atmosphere in a reaction tube 2 is heated by a heater 13 so that the temperature of the center part of a wafer boat 5 is 580 deg.C and below for attaining an amorphous state or 60 deg.C and over for attaining a polycrystalline state. After that, the inside of the reaction tube 2 is loaded with the wafer boat 5, which contains e.g. 100 wafers W arranged at 4.76mm pitch, from a lower opening by a ramp 4. Then, the inside of the reaction tube 2 is brought to a predetermined degree of vacuum, a film-forming gas containing the main component of a thin film is introduced from a second gas introduction tube 62 into an inner cylinder 22, air is discharged from the reaction tube 2 so that the inside of the reaction tube is put under 0.4Torr pressure, and film forming is performed while the wafer boat 5 is rotated. Thus, the uniformity of smoothness of the surface of the thin film is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の処理方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film processing method.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
デバイスにおいて、ポリシリコン膜はDRAMの電極層
などをはじめ広範囲に用いられており、信頼性の高い材
料として不可欠なものとなっている。ここに半導体デバ
イスの高集積化に伴い、デバイスの構造が複雑化すると
共に、酸化膜や電極膜などにおける特性、あるいは膜厚
などに対して厳しい要求がされており、このためポリシ
リコン膜についても同一ウエハ内及びウエハ間における
膜厚の均一性や不純物濃度の均一性をより一層向上させ
なければならない。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, a polysilicon film is widely used including an electrode layer of DRAM and is indispensable as a highly reliable material. Here, with the high integration of semiconductor devices, the structure of the device has become complicated, and strict requirements have been placed on the characteristics of the oxide film and electrode film, or the film thickness. Therefore, the polysilicon film is also required. It is necessary to further improve the uniformity of film thickness and the uniformity of impurity concentration within the same wafer and between wafers.

【0003】このようなことから処理装置の構造やガス
の供給方法について種々の改良がなされているが、一方
において量産性を向上させるために一バッチあたりの処
理枚数が増えてきており、このため例えば縦型熱処理装
置にて、ポリシリコン膜を成膜し更にこの表面に不純物
を含む化合物層例えばPOCl層を形成した後熱処理
により化合物層内の不純物を拡散したポリシリコン膜を
得る場合、ポリシリコン膜の膜厚や不純物濃度について
面内均一性(高さ位置の異なるウエハ間における均一
性)、及び異なるバッチ間における均一性を得ることが
難しく、ウエハの歩留まり低下の一因となっている。
Under the circumstances, various improvements have been made to the structure of the processing apparatus and the gas supply method. On the other hand, the number of processed sheets per batch is increasing in order to improve mass productivity. For example, when a polysilicon film is formed by a vertical heat treatment apparatus and a compound layer containing impurities, for example, a POCl 3 layer is formed on the surface of the polysilicon film, and then a heat treatment is performed to obtain a polysilicon film in which impurities in the compound layer are diffused, It is difficult to obtain in-plane uniformity (uniformity between wafers having different height positions) and uniformity between different batches with respect to the film thickness and impurity concentration of the silicon film, which is one of the causes of lowering the yield of wafers. .

【0004】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、薄膜の表面処理を行う場合例
えば薄膜の表面に、拡散すべき不純物を含む層を形成し
たりあるいはエッチングなどを行う場合、同一被処理体
上において及び異なる被処理体間において均一性の高い
表面処理を行うことのできる薄膜の処理方法を提供しよ
うとするものである。
The present invention has been made under the above circumstances, and an object thereof is to form a layer containing impurities to be diffused or to perform etching on the surface of a thin film when performing surface treatment of the thin film. The present invention aims to provide a thin film processing method capable of performing highly uniform surface treatment on the same target object and between different target objects.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、薄膜に対して
上述のような表面処理が薄膜の表面状態によって左右さ
れる点に着目し、薄膜の主成分のアモルファス状態と多
結晶状態とが混在している場合には固相状態が不均一で
あるため薄膜の表面の平滑性が同一バッチ間においても
異なることを把握し、このためアモルファス状態になる
温度と多結晶状態になる温度との境界温度領域を外した
温度領域にて薄膜を成膜しようとする方法である。
The present invention focuses on the fact that the surface treatment of a thin film as described above depends on the surface state of the thin film, and the amorphous state and the polycrystalline state of the main components of the thin film are When mixed, it was understood that the surface smoothness of the thin film was different even in the same batch because the solid state was non-uniform. This is a method for forming a thin film in a temperature range outside the boundary temperature range.

【0006】具体的に本発明は、薄膜の主成分を含む成
膜ガスを被処理雰囲気に供給して被処理体上に薄膜を成
膜し、その後前記薄膜の表面に対して処理を行う方法に
おいて、前記薄膜の主成分の全部または略全部がアモル
ファス状態になる温度の上限値をT、前記薄膜の主成
分の全部または略全部が多結晶状態となる温度の下限値
をTとすると、前記薄膜の成膜工程を、被処理雰囲気
の温度をT以下またはT以上に設定して行うことを
特徴とする。
More specifically, the present invention provides a method of supplying a film-forming gas containing a main component of a thin film to an atmosphere to be processed to form a thin film on an object to be processed, and then processing the surface of the thin film. In Table 1 , the upper limit of the temperature at which all or substantially all of the main components of the thin film are in an amorphous state is T 1 , and the lower limit of the temperature at which all or substantially all of the main components of the thin film are in the polycrystalline state is T 2. The thin film forming step is performed by setting the temperature of the atmosphere to be processed to T 1 or lower or T 2 or higher.

【0007】そして薄膜がシリコンよりなるものである
場合には、薄膜の成膜工程を、被処理雰囲気の温度を5
80℃以下または610℃以上に設定する。
When the thin film is made of silicon, the thin film forming step is performed by setting the temperature of the atmosphere to be processed to 5
The temperature is set to 80 ° C or lower or 610 ° C or higher.

【0008】[0008]

【作用】例えばシラン系のガスを被処理雰囲気に供給す
ると共に、被処理雰囲気の温度を620℃以上または5
80℃以下に設定して被処理体上に成膜を行うと、温度
が620℃以上の時多結晶状態または温度が580℃以
下の時アモルファス状態の薄膜が得られる。これら薄膜
の表面は固相状態が均一であるため表面の平滑性の均一
性が良く、従ってその後薄膜の表面に例えば不純物を含
む化合物層あるいは不純物層を形成し更に当該不純物を
薄膜内に拡散する場合、各被処理体間における薄膜中の
不純物濃度の均一性が高いし、あるいは薄膜の表面をエ
ッチングする場合などにおいても、各被処理体間におい
て均一性の高い表面処理を行うことができる。
For example, a silane-based gas is supplied to the atmosphere to be treated, and the temperature of the atmosphere to be treated is 620 ° C. or higher or 5
When a film is formed on the object to be processed with the temperature set at 80 ° C. or lower, a thin film in a polycrystalline state at a temperature of 620 ° C. or higher or in an amorphous state at a temperature of 580 ° C. or lower is obtained. The surface of each of these thin films has a uniform solid phase, so that the smoothness of the surface is good. Therefore, for example, a compound layer containing impurities or an impurity layer is formed on the surface of the thin film, and then the impurities are diffused into the thin film. In this case, the uniformity of the impurity concentration in the thin film between the objects to be processed is high, or even when the surface of the thin film is etched, highly uniform surface treatment can be performed between the objects to be processed.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明方法を実施するための成膜装置
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、金属板11の内面に積層
された断熱層12の内周面に、後述の反応管を囲統する
ようにヒータ13を設けて構成される。
EXAMPLE FIG. 1 is a vertical cross-sectional side view showing an example of a film forming apparatus for carrying out the method of the present invention. The heating furnace 1 is installed on a base plate 10, and is provided with a heater 13 on the inner peripheral surface of a heat insulating layer 12 laminated on the inner surface of a metal plate 11 so as to surround a reaction tube described later.

【0010】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。
In the heating furnace 1, there is provided an outer cylinder 21 made of, for example, quartz and having a closed upper end, and an inner cylinder 22 concentrically arranged in the outer cylinder 21, made of, for example, quartz. A reaction tube 2 having a double tube structure that forms an atmosphere to be processed is provided.

【0011】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は前記ベースプレー
ト10の開口部に挿入された状態で固定されている。前
記マニホールド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。
The outer cylinder 21 and the inner cylinder 22 are respectively held at their lower ends by a cylindrical manifold 3 made of stainless steel or the like, and the manifold 3 is fixed in a state of being inserted into the opening of the base plate 10. Has been done. A cap portion 31 for hermetically sealing the opening is provided at the lower end opening of the manifold 3 so as to be openable and closable.

【0012】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
になっている。
A rotating shaft 32, which is rotatable in an airtight state by, for example, a magnetic seal, is inserted through a central portion of the cap portion 31, and a lower end of the rotating shaft 32 is connected to a rotating mechanism (not shown) of the lifting table 4. In addition, the upper end is fixed to the turntable 33. A wafer boat 5 is mounted on the upper side of the turntable 33 via a heat insulating cylinder 34, and the wafer boat 5 can accommodate, for example, 150 semiconductor wafers W stacked at a predetermined interval. ing.

【0013】前記昇降台4は、昇降軸41に沿って昇降
し、ウエハボート5を反応管2内に対してロード、アン
ロードする役割をもつものである。
The elevating table 4 moves up and down along the elevating shaft 41 to load and unload the wafer boat 5 into the reaction tube 2.

【0014】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(SiH)ガスやジシランガ
ス(Si)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第1の
ガス導入管61及び第2のガス導入管62が挿設されて
おり、これらガス導入管61、62は共通の図示しない
ガス供給源に接続されている。そして第1のガス導入管
61は、ガス流出口がウエハボート5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、第2の
ガス導入管62はガス流出口がウエハボート5の下端部
付近に位置するように同様にL字状に曲折されている。
このように成膜用ガスの導入管を長短2本の構造とする
ことにより、成膜用ガスをウエハボート5上の各ウエハ
Wに対してより均一に供給することができる。
On the lower side surface of the manifold 3, a film forming gas such as monosilane (SiH 4 ) gas or disilane gas (Si 2 H 6 ) gas is mixed with a carrier gas such as helium gas and introduced into the reaction tube 2. A first gas introduction pipe 61 and a second gas introduction pipe 62 for insertion are inserted, and these gas introduction pipes 61 and 62 are connected to a common gas supply source (not shown). The first gas inlet pipe 61 is bent upward in an L-shape so that the gas outlet is located above the wafer boat 5, and the second gas inlet pipe 62 has a gas outlet at the wafer outlet. Similarly, the boat 5 is bent in an L-shape so as to be located near the lower end thereof.
By forming the film-forming gas introduction pipe into a long and short structure, the film-forming gas can be supplied to each wafer W on the wafer boat 5 more uniformly.

【0015】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(PH)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3の導入管7が水平に挿設されている。
On the lower side surface of the manifold 3,
A third introducing pipe 7 for mixing a doping gas such as phosphine (PH 3 ) with a carrier gas such as helium gas and introducing the mixed gas into the reaction tube 2 is horizontally installed.

【0016】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の、図示し
ない真空ポンプに連結された排気管8が接続されてい
る。
On the other hand, on the upper side surface of the manifold 3,
An exhaust pipe 8 connected to a vacuum pump (not shown) is connected for discharging the processing gas from the gap between the outer cylinder 21 and the inner cylinder 22 to set the inside of the reaction tube 2 to a predetermined reduced pressure atmosphere.

【0017】次に上述の成膜装置を用いた本発明方法の
実施例について説明する。先ずヒータ13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620℃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100枚のウ
エハWを収容したウエハボート5をロードする。
Next, an embodiment of the method of the present invention using the above-mentioned film forming apparatus will be described. First, the heater 13 heats the atmosphere to be treated in the reaction tube 2 so that the temperature of the central portion (the central portion in the vertical direction) of the wafer boat 5 becomes 620 ° C. The wafer boat 5 accommodating 100 wafers W is loaded at a pitch of, for example, 4.76 mm from the section by the elevating table 4.

【0018】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第2のガス導入
管62(短い方のガス導入管)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180S
CCMの流量で内筒22内に導入すると共に、反応管2
内を0.4Torr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3rpmの回転数で回転させなが
ら10分間成膜を行う。
Next, the inside of the reaction tube 2 has a predetermined degree of vacuum, for example, 1 ×.
After evacuation to 10 −3 Torr, 100% monosilane gas, which is a film forming gas containing the main component of the thin film, is supplied from the second gas introduction pipe 62 (shorter gas introduction pipe) for 180 S.
It is introduced into the inner cylinder 22 at the flow rate of CCM and the reaction tube 2
The interior is evacuated to a pressure of 0.4 Torr, and film formation is performed for 10 minutes while rotating the wafer boat 5 at a rotation speed of 3 rpm, for example.

【0019】続いてモノシランガスの供給を止め、反応
管2内のガス(モノシランガス)を排出するために、排
気管8に接続された図示しない真空ポンプにより例えば
30秒間程度真空引きする。
Subsequently, the supply of the monosilane gas is stopped, and in order to discharge the gas (monosilane gas) in the reaction tube 2, a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust pipe 8 evacuates the gas for about 30 seconds.

【0020】しかる後第3のガス導入管7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
0%に希釈した混合ガスを100SCCMの流量で内筒
22内に導入すると共に、反応管2内を0.5Torr
の圧力となるように排気を行い例えば1分間処理を行
う。
Then, from the third gas introducing pipe 7, for example, phosphine gas, which is a doping gas, is replaced with helium gas.
The mixed gas diluted to 0% was introduced into the inner cylinder 22 at a flow rate of 100 SCCM, and the inside of the reaction tube 2 was 0.5 Torr.
The gas is evacuated so that the pressure becomes, and the treatment is performed for 1 minute, for example.

【0021】このような処理を行うことによってウエハ
Wの表面にシリコン層及びリン吸着層がこの順に形成さ
れる。ここで上述の処理において、シリコン層の成膜工
程における被処理雰囲気の温度、この例ではウエハボー
ト5のセンター部の温度を620℃に設定する代りに、
610℃、600℃、595℃、590℃、580℃の
5通りに設定し、他の条件は全く同様にしてウエハWの
表面にシリコン層及びリン吸着層をこの順に形成した。
そしてウエハボート5上におけるウエハW群のうち最上
段、中央、最下段に置かれているウエハWの位置を夫々
トップ部、センター部、ボトム部とすると、これら3ヶ
所に位置するウエハWについて、成膜工程の温度とリン
吸着量(リン吸着層の量)との関係を調べたところ図2
に示す結果が得られた。図2中□印、△印、○印で示す
グラフは夫々トップ部、センター部、ボトム部に対応す
る。
By carrying out such a treatment, a silicon layer and a phosphorus adsorption layer are formed in this order on the surface of the wafer W. Here, in the above-described process, instead of setting the temperature of the atmosphere to be processed in the step of forming the silicon layer, in this example, the temperature of the center part of the wafer boat 5 to 620 ° C.,
Five settings of 610 ° C., 600 ° C., 595 ° C., 590 ° C., and 580 ° C. were set, and the silicon layer and the phosphorus adsorption layer were formed in this order on the surface of the wafer W under exactly the same conditions.
If the positions of the wafers W placed at the top, center, and bottom of the wafer W group on the wafer boat 5 are the top portion, the center portion, and the bottom portion, respectively, the wafers W located at these three locations are The relationship between the temperature in the film forming process and the phosphorus adsorption amount (phosphorus adsorption layer amount) was investigated, and FIG.
The results shown in are obtained. Graphs indicated by □, Δ, and ◯ in FIG. 2 correspond to the top portion, the center portion, and the bottom portion, respectively.

【0022】図2の結果からわかるように、580〜6
10℃の間にて設定された温度条件ではウエハボート5
上のウエハWの高さ位置によってリンの吸着量が大きく
異なっているが、580℃、610℃及び620℃の温
度条件においては、ウエハWの各高さ位置(トップ部、
センター部、ボトム部)におけるリンの吸着量が揃って
いる。
As can be seen from the results of FIG. 2, 580-6
Under the temperature condition set between 10 ° C, the wafer boat 5
The adsorption amount of phosphorus varies greatly depending on the height position of the upper wafer W, but under the temperature conditions of 580 ° C., 610 ° C. and 620 ° C., the respective height positions of the wafer W (top portion,
The amount of phosphorus adsorbed at the center and bottom is uniform.

【0023】更に上述のように設定したシリコン層の成
膜工程の温度範囲の高温側について、反応管2内の圧力
を0,6Torr及び0,8Torrに設定してリンの
吸着量の面間(トップ部、センター部、及びボトム部
間)のばらつきを調べたところ、夫々図3の(A)及び
(B)に示す結果が得られた。この結果からわかるよう
に成膜工程の温度が620℃では面間におけるリンの吸
着量が揃っているが、610℃ではばらつきが大きい。
一方図2に示したように反応管2内の圧力が0,4To
rrの場合には前記温度が610℃ではリンの吸着量が
揃っていたが、図3、図4の結果と併せて考察すると、
前記温度が620℃以上のときにウエハの表面状態が安
定して表面の平滑性の均一性がよくなり、リンの吸着量
の面間均一性を確保できると考えられる。
Further, on the high temperature side of the temperature range of the silicon layer forming process set as described above, the pressure in the reaction tube 2 is set to 0,6 Torr and 0,8 Torr, and the phosphorus adsorption amount between the surfaces ( When the variations among the top portion, the center portion, and the bottom portion) were examined, the results shown in FIGS. 3A and 3B were obtained. As can be seen from these results, the amount of phosphorus adsorbed between the surfaces is uniform when the temperature of the film forming step is 620 ° C., but the variation is large at 610 ° C.
On the other hand, as shown in FIG. 2, the pressure in the reaction tube 2 is 0.4 To
In the case of rr, the adsorption amount of phosphorus was uniform at the temperature of 610 ° C., but considering together with the results of FIG. 3 and FIG.
It is considered that when the temperature is 620 ° C. or higher, the surface state of the wafer becomes stable and the uniformity of the surface smoothness is improved, and the surface-to-surface uniformity of the adsorption amount of phosphorus can be secured.

【0024】このような現象は、次のように推察され
る。即ちシリコン層の成膜工程の温度が580℃以下で
は表面はアモルファス状態、620℃以上では多結晶状
態である。ここにアモルファスシリコン膜は平滑な表面
状態であり、一方ポリシリコン膜は細かい凹凸がある
が、凹凸の均一性がよく、従って580〜620℃の温
度範囲ではそれら2つの状態が共存し、このためシリコ
ン層の表面がウエハ毎に不均一になって、リンの吸着量
にばらつきが出てくると推察される。また前記温度が6
00℃及び620℃におけるシリコン層の表面を夫々S
EM写真で観察したところ、前者については表面の平坦
性に差があるが、後者については表面の平滑性が均一で
あり、この結果からも上述の推察が正しいことが裏付け
られている。
This phenomenon is presumed as follows. That is, the surface is in an amorphous state at a temperature of 580 ° C. or lower in the film forming step of the silicon layer, and is in a polycrystalline state at 620 ° C. or higher. Here, the amorphous silicon film has a smooth surface state, while the polysilicon film has fine unevenness, but the unevenness is good, and therefore these two states coexist in the temperature range of 580 to 620 ° C. It is presumed that the surface of the silicon layer becomes non-uniform for each wafer and the adsorption amount of phosphorus varies. The temperature is 6
The surface of the silicon layer at 00 ℃ and 620 ℃ is S
When observed by an EM photograph, the former has a difference in surface flatness, but the latter has a uniform surface smoothness, and this result also confirms that the above inference is correct.

【0025】以上のことからシリコン層の表面状態を面
間で均一にするためには、成膜温度を580℃以下また
は620℃以上とすることが必要であり、これによって
例えばシリコン層の表面にリンを吸着した場合に、面間
におけるリンの吸着量を均一にすることができ、従って
その後リン吸着層からシリコン層内にリンを拡散したと
きに面間におけるリン濃度の均一性を確保することがで
きる。これに対しリンの吸着量が不均一であれば、リン
濃度は面間においてばらつきを生じる。
From the above, in order to make the surface condition of the silicon layer uniform between the surfaces, it is necessary to set the film forming temperature to 580 ° C. or lower or 620 ° C. or higher. When phosphorus is adsorbed, the amount of phosphorus adsorbed between the surfaces can be made uniform. Therefore, when phosphorus is diffused from the phosphorus adsorption layer into the silicon layer thereafter, the uniformity of the phosphorus concentration between the surfaces can be ensured. You can On the other hand, if the adsorption amount of phosphorus is non-uniform, the phosphorus concentration varies among the surfaces.

【0026】そして前記温度が580℃及び620℃の
場合について夫々シリコン層の成膜速度を計測したとこ
ろ、5オングストローム/分及び25オングストローム
/分であり、従ってスループット向上の点からすれば、
成膜工程の温度は620℃以上とすることが得策であ
る。なお成膜速度の計測時間は、シリコン層の成膜開始
時点からリン吸着層の形成終了時点までのトータル時間
としている。
When the film forming rates of the silicon layer were measured at the temperatures of 580 ° C. and 620 ° C., respectively, they were 5 Å / min and 25 Å / min. Therefore, from the viewpoint of improving the throughput,
It is a good idea to set the temperature of the film forming step to 620 ° C. or higher. The film formation rate measurement time is the total time from the start of film formation of the silicon layer to the end of formation of the phosphorus adsorption layer.

【0027】次に上述実施例と同様に成膜工程の温度を
620℃に設定してシリコン層を形成し、その後排気、
リン吸着層形成の各工程を経た後フォスフィンガスの供
給を止め、反応管2内のガスを排出するために例えば3
0秒間程度真空引きし、続いて第1のガス導入管61及
び第2のガス導入管62からモノシランガスを夫々10
0SCCM及び80SCCMの流量で内筒22内に導入
すると共に反応管2内を0,4Torrの圧力となるよ
うに排気を行い、例えば10分間成膜を行う。更にその
後反応管2内を上述のように30秒間程度真空引きす
る。
Then, the temperature of the film forming step is set to 620 ° C. to form a silicon layer as in the above-mentioned embodiment, and thereafter, exhaustion,
After each step of forming the phosphorus adsorption layer, the supply of the phosphine gas is stopped and the gas in the reaction tube 2 is discharged by, for example, 3
The vacuum is evacuated for about 0 seconds, and then monosilane gas is supplied from the first gas introduction pipe 61 and the second gas introduction pipe 62 respectively for 10 seconds.
The film is introduced into the inner cylinder 22 at a flow rate of 0 SCCM and 80 SCCM, and the reaction tube 2 is evacuated to a pressure of 0.4 Torr, and film formation is performed for 10 minutes, for example. After that, the inside of the reaction tube 2 is evacuated for about 30 seconds as described above.

【0028】そしてリン吸着層形成工程以後の各工程、
即ちリン吸着層形成→排気→シリコン層形成→排気を2
0回繰り返して図4に示すようにシリコン層91とリン
吸着層92と交互に積層した積層体9が得られた。しか
る後反応管2内を窒素ガス(Nガス)雰囲気下で90
0℃に加熱して、上述の積層体9に対してアニール処理
を60分間行ったところリン濃度が2×1020個/C
C、膜厚が4000オングストロームのシリコン薄膜が
得られた。
Then, each step after the phosphorus adsorption layer forming step,
That is, phosphorus adsorption layer formation → exhaust → silicon layer formation → exhaust 2
Repeated 0 times to obtain a laminate 9 in which silicon layers 91 and phosphorus adsorption layers 92 are alternately laminated as shown in FIG. Thereafter, the inside of the reaction tube 2 is set to 90 in a nitrogen gas (N 2 gas) atmosphere.
When the laminated body 9 was heated to 0 ° C. and annealed for 60 minutes, the phosphorus concentration was 2 × 10 20 pieces / C.
A silicon thin film having a thickness of C and a thickness of 4000 Å was obtained.

【0029】この薄膜についてリン濃度の面間均一性
(ウエハボート5に積み重ねられたウエハW間の均一
性)を調べたところ、5%前後であり、良好な結果が得
られた。このことはシリコン層の表面状態について面間
均一性が高いため、リンの吸着量についても面間均一性
が高いことに基ずくものであるといえる。
When the phosphorus concentration inter-plane uniformity (uniformity between the wafers W stacked on the wafer boat 5) of this thin film was examined, it was around 5%, and a good result was obtained. It can be said that this is based on the fact that the surface state of the silicon layer is high in the face-to-face uniformity, and thus the phosphorus adsorption amount is also high in the face-to-face uniformity.

【0030】そして上述のようにシリコン層とリン吸着
層とを交互に形成し、その後アニール処理をして、リン
をドープしたシリコン層を得るようにすれば、シラン系
のガスとフォスフィンガスとを同時に反応管内に導入し
て成膜を行う場合に比べて、薄膜の膜厚における面内均
一性が良好であり、成膜速度も可成り早い。従って本発
明方法をこうした成膜法に適用すれば、実用上非常に有
効である。
If the silicon layers and the phosphorus adsorption layers are alternately formed as described above and then annealed to obtain a silicon layer doped with phosphorus, a silane-based gas and a phosphine gas are obtained. In-plane uniformity in the film thickness of the thin film is better and the film formation rate is considerably faster than in the case where the film formation is carried out by simultaneously introducing into the reaction tube. Therefore, if the method of the present invention is applied to such a film forming method, it is very effective in practice.

【0031】以上において本発明は、シリコン層におけ
る他の表面処理を行う場合にも適用でき、例えばシリコ
ン層にPOCl層を形成した後リン拡散を行う場合に
リン濃度の面間均一性を高めることができるし、またシ
リコン層をエッチングする場合にも加工状態の面間均一
性を向上させることができる。
In the above, the present invention can be applied to the case where another surface treatment is performed on the silicon layer. For example, when the POCl 3 layer is formed on the silicon layer and then phosphorus diffusion is performed, the inter-plane uniformity of the phosphorus concentration is enhanced. In addition, it is possible to improve the surface-to-surface uniformity in the processed state even when the silicon layer is etched.

【0032】なお本発明において、薄膜の主成分はシリ
コンに限定されるものではない。
In the present invention, the main component of the thin film is not limited to silicon.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、薄膜の主成分の全部ま
たは略全部がアモルファス状態になる温度領域あるいは
薄膜の主成分の全部または略全部が多結晶状態になる温
度領域で薄膜を成膜しているため、例えばシリコン膜の
場合580℃以下、あるいは620℃以上で成膜してい
るため、薄膜の表面の平滑性の均一性が高く、表面状態
が常に揃っており、従って同一バッチ内あるいは異なる
バッチ間において薄膜の表面状態が均一であり、この結
果不純物の拡散やエッチングなどの表面処理についても
均一化をはかることができ、常に安定した表面処理を行
うことができる。
According to the present invention, a thin film is formed in a temperature range in which all or almost all of the main components of the thin film are in an amorphous state or in a temperature range in which all or substantially all of the main components of the thin film are in a polycrystalline state. Therefore, for example, in the case of a silicon film, since the film is formed at 580 ° C. or lower, or 620 ° C. or higher, the thin film surface has high uniformity of smoothness, and the surface condition is always uniform. Alternatively, the surface condition of the thin film is uniform between different batches, and as a result, the surface treatment such as the diffusion of impurities and the etching can be made uniform, and the stable surface treatment can be always performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例で用いる装置の一例を示す縦断
側面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an example of an apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】成膜工程の温度とリン吸着量との関係を示す特
性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a temperature of a film forming process and a phosphorus adsorption amount.

【図3】成膜工程の温度とリン吸着量との関係を示す特
性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a temperature of a film forming process and a phosphorus adsorption amount.

【図4】熱処理前の積層体を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a laminated body before heat treatment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加熱炉 2 反応管 3 マニホールド 4 昇降台 5 ウエハボート 61、62、7 ガス導入管 8 排気管 91 シリコン層 92 リン層 1 Heating Furnace 2 Reaction Tube 3 Manifold 4 Lifting Table 5 Wafer Boat 61, 62, 7 Gas Introducing Pipe 8 Exhaust Pipe 91 Silicon Layer 92 Phosphorus Layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝多摩川工場内 (72)発明者 新納 礼二 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東京 エレクトロン株式会社内 (72)発明者 藤田 義幸 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東京 エレクトロン株式会社内 (72)発明者 鈴木 博 岩手県江刺市岩谷堂字松長根52番地 東京 エレクトロン東北株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsuya Okumura 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Tamagawa factory (72) Inventor Reiji Shinna 2-3-3 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. Tokyo Electron Ltd. (72) Inventor Yoshiyuki Fujita 2-3-1, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Tokyo Electron Ltd. (72) Inventor Hiroshi Suzuki 52, Matsunane, Iwatani, Esashi, Iwate Tokyo Electron Tohoku Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜の主成分を含む成膜ガスを被処理雰
囲気に供給して被処理体上に薄膜を成膜し、その後前記
薄膜の表面に対して処理を行う方法において、 前記薄膜の主成分の全部または略全部がアモルファス状
態になる温度の上限値をT、前記薄膜の主成分の全部
または略全部が多結晶状態となる温度の下限値をT
すると、前記薄膜の成膜工程を、被処理雰囲気の温度を
以下またはT以上に設定して行うことを特徴とす
る薄膜の処理方法。
1. A method of supplying a film-forming gas containing a main component of a thin film to an atmosphere to be processed to form a thin film on an object to be processed, and then performing a process on a surface of the thin film, When the upper limit of the temperature at which all or substantially all of the main components are in the amorphous state is T 1 and the lower limit of the temperature at which all or substantially all of the main components of the thin film are in the polycrystalline state is T 2 , the growth of the thin film is defined. A method for processing a thin film, wherein the film process is performed by setting a temperature of an atmosphere to be processed to T 1 or lower or T 2 or higher.
【請求項2】 被処理体上にシリコンよりなる薄膜を成
膜した後、当該薄膜の表面に対して処理を行う方法にお
いて、 前記薄膜の成膜工程を、被処理雰囲気の温度を580℃
以下または620℃以上に設定して行うことを特徴とす
る薄膜の処理方法。
2. A method of forming a thin film of silicon on a target object and then performing a process on the surface of the thin film, wherein the step of forming the thin film comprises setting a temperature of a target atmosphere at 580 ° C.
A method for treating a thin film, which is performed below or at 620 ° C. or higher.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100756310B1 (en) * 2006-02-07 2007-09-07 한국화학연구원 High Pressure Fluidized Bed Reactor for Particle Polycrystalline Silicon Production

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