(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をＮ２雰囲気中で予備室から成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後に前記成膜室または前記予備室において前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面に不純物の揮発を防止するための酸化膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
予備室と成膜室とをＮ２雰囲気とした状態で基板を前記予備室から前記成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後、前記予備室と前記成膜室とをＮ２雰囲気とした状態で前記不純物をドーピングしたシリコン膜が形成された基板を前記成膜室から前記予備室へ搬出する工程と、
前記搬出工程後、前記成膜室と前記予備室との間に設けられたゲートバルブを閉じる工程と、
前記ゲートバルブを閉じてから１分以内に、前記予備室を大気開放するか前記予備室にＯ２ガスを供給して、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
前記不純物をドーピングしたシリコン膜が、リンをドーピングしたポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造方法に関し、特に、半導体製造装置の１つであるロードロック式ＣＶＤ装置を用いたポリシリコン膜の成膜工程を備える半導体製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３にロードロック室を有しない通常のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置３００を示す。ロードロック室を有しない通常のＣＶＤ装置３００においては、ウェーハ冷却室１１は大気と同じ状態である。
【０００３】
このＣＶＤ装置を使用してＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ（リンドープポリシリコン）を成膜すると、成膜したポリシリコン膜のＰ（リン）濃度の経時変化は発生しなかった。
【０００４】
しかし、この装置３００では、炉口ゲートバルブ４を開いてウェーハ冷却室１１から反応管１内へボート２及びウェーハ３を挿入する際に直接大気がウェーハ冷却室１１から反応管１に入り込み、また反応管１内は加熱された状態であるので、ウェーハ３の表面に自然酸化膜が形成されてしまう。従って、その上からＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ（リンドープポリシリコン）膜が形成されることになってしまい、製品の品質を低下させるという問題がある。
【０００５】
これを解決する手段として少なくとも反応室内へウェーハを出し入れする予備室をロードロック室とするものがあり次に説明する。
【０００６】
図２は、このロードロック式ＣＶＤ装置２００の概略縦断面図であり、このＣＶＤ装置２００を用いた従来のＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の成膜手順を以下に示す。
【０００７】
イ）まず、ロードロック室６内において、ロードロックゲートバルブ５を介してボート２に複数のウェーハ３を搭載し、その後ロードロック室６内をＮ２  雰囲気にする。
【０００８】
ロ）その後、５００〜６００℃に設定されたヒータ（図示せず。）内に納められた反応管１内にボート２をロードロック室６から上昇させる。ボート２には水平姿勢のウェーハ３が多段に収容されている。この時、ウェーハ３上に自然酸化膜が形成されるのを防ぐ為に、ロードロック室６及び反応管１内はＮ２  雰囲気となっている。
【０００９】
ハ）その後、反応管１内を真空ポンプにより真空状態にし、反応ガスであるＳｉＨ４  ガスをＳｉＨ４  ポート７より、ＰＨ３  ガスをＰＨ３  ポート８よりそれぞれ供給し、成膜を行う。供給されたＳｉＨ４  ガスとＰＨ３  ガスはインナーチューブ１２の内側を上昇し、最上部で反転し、インナーチューブ１２の外側を下降し反応ガス排気口１３より排気される。
【００１０】
ニ）その後、成膜終了の為に反応ガスＳｉＨ４  とＰＨ３  の供給を同時にストップする。
【００１１】
ホ）その後、Ｎ２  ガスにより反応管１内を大気圧に戻した後、Ｎ２  雰囲気のロードロック室６へ５００〜６００℃に加熱されたボート２及びウェーハ３を下降させ冷却を行う。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この成膜方法においては、成膜直後と、成膜してから数日後では成膜したポリシリコン膜のＰ濃度が変化してしまうという問題があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ロードロック式ＣＶＤ装置を用いて、Ｐ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜を成膜した場合に、その膜中のＰ濃度の経時変化を防ぐことができる半導体製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、以下のことを見いだした。すなわち、ボート２を下降するときにロードロック室６はＮ２  雰囲気（ロードロック室６にはＮ２  供給口９よりＮ２  を供給し、Ｎ２  排気口１０よりＮ２  を排気しているため酸素濃度は１ｐｐｍ以下である。）であり、このＮ２  雰囲気中でウェーハ３が冷却されるためウェーハ３表面のＰ（リン）が酸化されず不安定な状態になり、結果的にＰが揮発しやすい状態になってしまう。その為、成膜直後と、成膜してから数日後では膜中Ｐ濃度が変化してしまう。一方ロードロック式ではない、ウェーハ予備室１１が大気開放のＣＶＤ装置３００においては、ウェーハ冷却室１１は大気と同じ状態であり、成膜終了後ボート２を下降するときには２０％程度のＯ２  がウェーハ冷却室１１内に存在するため、ウェーハ３自身の熱と大気中の酸素とによりＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の表面は必然的に酸化され、その酸化膜がＰ揮発を防いでおり、その結果、Ｐが安定化し、Ｐ濃度の経時変化は発生しない。
【００１５】
本発明は、以上の知見に基づくものであり、本発明によれば、
基板をＮ２雰囲気中で予備室から成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後に前記成膜室または前記予備室において前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面に不純物の揮発を防止するための酸化膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【００１６】
このようにすれば、不純物をドーピングしたシリコン膜の表面が酸化されるので、この酸化膜により不純物の揮発が防止され、不純物濃度の経時変化が防止される。
【００１７】
好ましくは、
前記成膜室において、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化し、その後、前記基板を前記成膜室から前記予備室に搬出する。
【００１８】
このようにすれば、不純物をドーピングしたシリコン膜の表面が酸化された後に予備室に搬出されるので、この酸化膜により不純物の揮発が防止され、不純物濃度の経時変化が防止される。
【００１９】
また、好ましくは、
前記基板を前記成膜室から前記予備室に搬出した後に、前記予備室において、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化する。
【００２０】
このように、不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を予備室において酸化することもできるが、この場合には、ウェーハが冷却されてしまうまでに酸化を行うことが好ましい。ウェーハが冷却されてしまうと、不純物の揮発を防止可能な酸化膜を形成することが困難となるからである。なお、予備室において酸化する場合には、予備室に大気または酸素を供給して行うことが好ましい。
【００２１】
また、本発明によれば、
予備室と成膜室とをＮ２雰囲気とした状態で基板を前記予備室から前記成膜室へ挿入する工程と、
前記成膜室において前記基板上に不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する工程と、
前記成膜工程後、前記予備室と前記成膜室とをＮ２雰囲気とした状態で前記不純物をドーピングしたシリコン膜が形成された基板を前記成膜室から前記予備室へ搬出する工程と、
前記搬出工程後、前記成膜室と前記予備室との間に設けられたゲートバルブを閉じる工程と、
前記ゲートバルブを閉じてから１分以内に、前記予備室を大気開放するか前記予備室にＯ２ガスを供給して、前記不純物をドーピングしたシリコン膜の表面を酸化する工程と、
を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
好ましくは、
前記不純物をドーピングしたシリコン膜が、リンをドーピングしたポリシリコン膜（Ｐ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜）である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の成膜方法に使用されるロードロック式縦型ＣＶＤ装置の概略縦断面図である。
【００２４】
このＣＶＤ装置１００は、成膜室２０とその下のロードロック室６とを備えている。成膜室２０は、反応管１内に画成される。反応管１内には、インナーチューブ１２が設けられ、インナーチューブ１２の下部には、ＳｉＨ４  ガスポート７、ＰＨ３  ガスポート８およびＯ２  ガスポート１４が連通している。インナーチューブ２内には、複数の水平姿勢のシリコンウェーハ３を垂直方向に積層して搭載したボート２が挿入されている。反応管１の下部には反応ガス排気口１３が連通している。
【００２５】
反応管１とロードロック室６との間には、炉口ゲートバルブ４が設けられている。ロードロック室６には、Ｎ２  供給口９とＮ２  排気口１０とがそれぞれ連通している。また、ロードロック室６の側壁にはロードロックゲートバルブ５が設けられている。なお、図には示されていないが、反応管１の外側にはヒータが設けられている。
【００２６】
このＣＶＤ装置１００を用いた本発明の第１の実施の形態であるＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の成膜方法を以下に示す。
【００２７】
イ）まず、ボート２をロードロック室６に降ろし、炉口ゲートバルブ４を閉じた状態で、ロードロックゲートバルブ５を介して、複数のシリコンウェーハ３をボート２に搭載する。この際、複数のウェーハ３は水平姿勢であり、垂直方向に積層されてボート２に搭載される。
【００２８】
ロ）次に、ロードロックゲートバルブ５を閉じ、ロードロック室６を一旦減圧にし、その後、ロードロック室６にＮ２  供給口９よりＮ２  を供給し、Ｎ２  排気口１０よりＮ２  を排気して、ロードロック室６内を、酸素濃度が１ｐｐｍ以下のＮ２  雰囲気とする。
【００２９】
ハ）次に、炉口ゲートバルブ４を開き、５００〜６００℃に設定されたヒータ（図示せず。）内に納められた反応管１内のインナーチューブ１２内にボート２をロードロック室６から上昇させる。この時、ウェーハ３上に自然酸化膜が形成されるのを防ぐ為に、ロードロック室６及び反応管１内はＮ２  雰囲気となっている。
【００３０】
ニ）次に、炉口ゲートバルブ４を閉じ、反応管１内を真空ポンプ（図示せず。）により真空状態にし、反応ガスであるＳｉＨ４  ガスをＳｉＨ４  ポート７より、ＰＨ３  ガスをＰＨ３  ポート８よりそれぞれ供給し、ウェーハ３上にＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の成膜を行う。供給されたＳｉＨ４  ガスとＰＨ３  ガスはインナーチューブ１２の内側を上昇し、最上部で反転し、インナーチューブ１２の外側を下降し反応ガス排気口１３より排気される。
【００３１】
ホ）次に、ＳｉＨ４  ガスとＰＨ３  ガスの供給をストップし、成膜を終了する。
【００３２】
ヘ）次に、Ｏ２  ガスをＯ２  ポート１４から供給し、これによりＰ−ＤｏｐｅｄＰｏｌｙ  Ｓｉ膜の表面の酸化を行う。
【００３３】
Ｏ２  を流す条件としてはできるだけ高圧、大流量が望ましいが上限は真空ポンプの性能で自ら決まってしまうので、ここでは一例として圧力は３００ｐａ以上、流量は１ｌ／ｍｉｎ以上とする。
【００３４】
ト）次に、酸化を終了するためにＯ２  ガスの供給をストップし、反応管１内の残留Ｏ２  を取り除くために反応管１内を一旦真空状態にし、その後、Ｎ２  ガスにより反応管１内を大気圧に戻す。
【００３５】
チ）次に、Ｎ２  雰囲気のロードロック室６へ５００〜６００℃に加熱されたボート２及びウェーハ３を下降させ冷却を行う。
【００３６】
リ）ウェーハ３が冷却された後に、ロードロックゲートバルブ５を介してウェーハ３をロードロック室６から取り出す。
【００３７】
以上の如く、本実施の形態においては、反応管１内においてＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の表面を酸化した後に、ロードロック６室にウェーハ３が搬出されるので、この酸化膜によりＰの揮発が防止され、Ｐ濃度の経時変化が防止される。
【００３８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態は反応管１内にＯ２  を流す方法であったがそれが困難な場合には本実施の形態の方法を採ることができる。
【００３９】
図２は、本実施の形態の成膜方法に使用されるロードロック式縦型ＣＶＤ装置の概略縦断面図である。このＣＶＤ装置２００は、Ｏ２  ポート１４を設けていない点が上述したＣＶＤ装置１００と異なるが他の点は同じである。
【００４０】
まず、上述した第１の実施の形態と同様の工程イ）乃至ニ）により、ＳｉＨ４  ガスとＰＨ３  ガスによりＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜を成膜する。
【００４１】
次に、ＳｉＨ４  ガスとＰＨ３  ガスの供給をストップし成膜を終了する。
【００４２】
次に、反応管１内を一旦減圧にし、その後Ｎ２  ガスにより大気圧に戻す。
【００４３】
次に、Ｎ２  雰囲気のロードロック室６へ５００〜６００℃に加熱されたボート２及びウェーハ３を下降させる。ボート２の下降が終了し、炉口ゲートバルブ４を閉じたと同時にロードロックゲートバルブ５を開き、ロードロック室６を大気開放とする。そして、ボート２及びウェーハ３の余熱によってＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の表面の大気による酸化を行う。
【００４４】
なお、ここで注意する点は、ロードロックゲートバルブ５を開くタイミングを、ボート２の下降が終了し炉口ゲートバルブ４が閉じてからできるだけ早くしないと、本発明の効果が得られなくなってしまうことである。なぜならロードロック室６内のＮ２  雰囲気中でウェーハ３が冷却されてしまうとウェーハ３上に形成されたＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜への酸化が起きずらくなりＰの揮発を防ぐには至らなくなるからである。実験的には炉口ゲートバルブ４を閉じてから１分以内にロードロックゲートバルブ５を開けば酸化の効果は見られる。
【００４５】
最後に、ウェーハ３が冷却された後に、ロードロックゲートバルブ５を介してウェーハ３をロードロック室６から取り出す。
【００４６】
（第３の実施の形態）
また、大気で酸化させる事が好まれない場合は、ロードロック室６へのＮ２  供給口９を通してＯ２  を流しても何らさしつかえない。この実施の形態において、Ｏ２  ガスを流すタイミングは、上記第２の実施の形態において大気を取り込む場合と同じでよい。
【００４７】
以上の如くＰ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜の表面を酸化しＰを安定化することによってＰの揮発を防ぐことができる。従来技術におけるＰ濃度の経時変化が８％であったものが上記各実施の形態においては、２％程度まで向上した。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、ロードロック式ＣＶＤ装置を用いて、Ｐ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜等の不純物をドーピングしたシリコン膜を成膜する場合において、その膜中のＰ濃度等の不純物濃度の経時変化を防ぐことができ、膜品質の向上を図ることができ、ひいては製品半導体の機能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の成膜方法に使用されるロードロック式縦型ＣＶＤ装置の概略縦断面図である。
【図２】本発明の第２および第３の実施の形態ならびに従来の成膜方法に使用されるロードロック式縦型ＣＶＤ装置の概略縦断面図である。
【図３】従来の成膜方法に使用される縦型ＣＶＤ装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１…反応管
２…ボート
３…ウェーハ
４…炉口ゲートバルブ
５…ロードロックゲートバルブ
６…ロードロック室
７…ＳｉＨ４  ガスポート
８…ＰＨ３  ガスポート
９…Ｎ２  供給口
１０…Ｎ２  排気口
１１…ウェーハ冷却室
１２…インナチューブ
１３…反応ガス排気口
１４…Ｏ２  ガスポート
１００、２００…ロードロック式縦型ＣＶＤ装置
３００…縦型ＣＶＤ装置
【図１】
0003556795.tif 000002
【図２】
0003556795.tif 000003
【図３】
0003556795.tif 000004