(57)【要約】【課題】アモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法において、成膜したアモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止可能とした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板を減圧ＣＶＤ装置の反応炉内に挿入し、同反応炉内を成膜温度として半導体基板上にアモルファスシリコン膜を成膜した後、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域にまで反応炉内を降温して出炉処理を行なう。特に、温度域は４２０〜４８０℃とする。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板を減圧ＣＶＤ装置の反応炉内に挿入し、同反応炉内を成膜温度として前記半導体基板上にアモルファスシリコン膜を成膜した後、前記アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ前記反応炉内表面に成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域にまで前記反応炉内を降温して出炉処理を行なうことを特徴とするアモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記温度域を４２０〜４８０℃とすることを特徴とする請求項１記載のアモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、所要の処理を施した半導体基板上にＣＶＤ法（化学的気相成長法）によりアモルファスシリコン膜を形成することは広く行なわれている。かかるアモルファスシリコン膜の成膜においては、減圧ＣＶＤ装置を用いることが多い。
【０００３】
この減圧ＣＶＤ装置においては、半導体基板を減圧ＣＶＤ装置の反応炉内に挿入した後に、外部ヒーターを用いて反応炉内を５００〜５６０℃に加熱するとともに、真空ポンプによって反応炉内を０．１〜１．０Ｔｏｒｒに減圧し、次いでシランガスを反応炉内に送入して熱分解させることにより半導体基板上にアモルファスシリコン膜を成膜している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このようにして減圧ＣＶＤ装置によりアモルファスシリコン膜を成膜する場合には、半導体基板を反応炉内に挿入し、反応炉内を所定の気圧にまで減圧する入炉処理の作業中から、アモルファスシリコン膜を成膜して、その後、反応炉内の残留ガスの置換を行なうとともに反応炉内を常圧に戻す出炉処理を行なって半導体基板を出炉するまで、図４に示すように、減圧ＣＶＤ装置では反応炉内を常に成膜温度（図４の場合には約５３０℃）に維持しており、アモルファスシリコン膜の成膜終了から次の成膜開始までに反応炉内の温度調整のみに要する時間を不要として、アモルファスシリコン膜の成膜終了から次の成膜開始までの時間を短縮させて作業効率を向上させていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−９４９５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アモルファスシリコン膜成膜後の出炉処理の作業中も、反応炉内の温度は成膜温度としているために、アモルファスシリコン膜は出炉処理の作業中はアニール状態となり、アモルファス状態のシリコンに部分的に結晶化が生じて、アモルファスシリコン膜中に多結晶部分が生起されるという問題があった。
【０００７】
この多結晶部分を含むアモルファスシリコン膜は、アモルファスシリコン膜成膜後のエッチング工程において、アモルファス状態部分のシリコンよりも多結晶部分のシリコンの方がエッチングされやすいために、エッチング後にアモルファスシリコン膜表面に荒れが生じ、半導体装置の製造歩留りを低下させる原因となっていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明のアモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法では、半導体基板を減圧ＣＶＤ装置の反応炉内に挿入し、同反応炉内を成膜温度として半導体基板上にアモルファスシリコン膜を成膜した後、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域にまで反応炉内を降温して出炉処理を行なうこととした。
【０００９】
また、温度域を４２０〜４８０℃としたことにも特徴を有するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のアモルファスシリコン膜を有する半導体装置の製造方法では、減圧ＣＶＤ装置の反応炉内をアモルファスシリコン膜を成膜するための成膜温度として成膜を行なった後、反応炉内の温度を低下させて出炉処理を行ない、生成したアモルファスシリコン膜中に多結晶化が生じることを抑止しているものである。
【００１１】
特に、反応炉内の温度を単に低下させるだけではなく、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域の温度としているものである。
【００１２】
すなわち、半導体基板上にアモルファスシリコン膜を成膜した場合には、反応炉の内周面にもアモルファスシリコン膜の成膜が生じており、アモルファスシリコン膜の成膜後に反応炉内の温度を低下させた場合には、反応炉自体の熱膨張率と、同反応炉の内周面に成膜されたアモルファスシリコン膜の熱膨張率との差によって反応炉の内周面からアモルファスシリコン膜の剥離が生じ、反応炉内には剥離したアモルファスシリコン膜片からなるダストが急増し、このダストが反応炉内の半導体基板に付着するおそれがあり、それを抑止するためにも減圧ＣＶＤ装置では反応炉内の温度を常に成膜温度としているが、反応炉内を降温した際に、反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上で、かつ、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下に降温することにより、良質のアモルファスシリコン膜を形成することができる。
【００１３】
ここで、良質のアモルファスシリコン膜とは、多結晶部分を含んでいないことによって、アモルファスシリコン膜成膜後のエッチング工程においてアモルファスシリコン膜表面に荒れが生じることがほとんどなく、かつ、アモルファスシリコン膜片からなるダストの付着がほとんどないアモルファスシリコン膜である。
【００１４】
従って、このアモルファスシリコン膜を有する半導体基板を用いて半導体装置を形成することにより、同半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。
【００１５】
上記したアモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下とは、図１に示す成膜後炉内温度と欠陥製品数との相関を試験した試験結果のグラフから得られたものである。
【００１６】
図１からわかるように、アモルファスシリコン膜の成膜後、反応炉内の温度を低下させることにより欠陥製品数を低減可能なことは明らかであり、特に、約４８０℃以下に低下させることによって、欠陥製品の発生数を大きく抑制可能であることがわかる。
【００１７】
ここで、欠陥製品数とは、半導体装置の製造工程で発生した不良品のうち、アモルファスシリコン膜の多結晶化に起因していると考えられる不良項目の不良品数をカウントしたものである。
【００１８】
また、上記した反応炉内表面に成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度とは、図２に示す成膜後炉内温度と反応炉内のダストのパーティクル数との相関を試験した試験結果のグラフから得られたものである。
【００１９】
図２からわかるように、アモルファスシリコン膜の成膜後、反応炉内の温度を低下させることにより、ダストのパーティクル数が増加することは明らかであり、特に、約４２０℃以下に低下させることによって、ダストのパーティクル数が大きく増加していることがわかる。
【００２０】
従って、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域は、４２０〜４８０℃とすることが望ましい。
【００２１】
特に、アモルファスシリコン膜の成膜後における反応炉内の温度を４２０〜４８０℃とした場合には、出炉処理の後、次の半導体基板を反応炉内に挿入して入炉処理を行なう際に、入炉処理の最中に反応炉内の温度を成膜温度にまで昇温させることができ、半導体基板の入炉から出炉までの全作業時間が長くなることがなく、作業効率を低下させることなく製造歩留りを向上させることができる。
【００２２】
図３は、これらの結果に基づいて得られた減圧ＣＶＤ装置における一実施形態の反応炉内の温度プロファイルである。アモルファスシリコン膜の成膜温度は従来通り５３０℃としており、成膜終了後、４２０〜４８０℃の温度域内の約４５０℃に維持しながら出炉処理を行なっている。
【００２３】
入炉から出炉までをより詳細に説明すると、まず、所定数の半導体基板を反応炉内に挿入してこの反応炉を密封することにより半導体基板の入炉を行なう。
【００２４】
その後、反応炉は同反応炉内の減圧を開始する。このとき、反応炉内の温度は約４５０℃に維持しており、半導体基板の入炉直後には、このように反応炉内の温度を約４５０℃に維持しながら反応炉内を減圧する入炉初期処理を行なっている。
【００２５】
所定時間の入炉初期処理の後、反応炉内の温度を約５３０℃の成膜温度とすべく昇温を開始する。反応炉内の温度を約４５０℃から成膜温度の約５３０℃にまで昇温する処理が昇温処理である。この昇温処理の最中にも反応炉内の減圧は続行している。
【００２６】
所定時間の入炉初期処理の後に昇温処理を行なうことにより、昇温処理によって加温した空気が減圧処理によって排出されることによるエネルギーロスをできるだけ抑制している。
【００２７】
昇温処理は、反応炉内が所定の減圧状態となるまでに終了していればよい。特に、昇温処理では、反応炉内温度を約４５０℃から約５３０℃にまで昇温させればよく、比較的短時間で昇温させることができ、入炉処理の作業時間を従来の作業時間よりも延長させることなく昇温できる。
【００２８】
反応炉内を成膜温度に昇温し、この反応炉内に挿入した半導体基板に所要の前処理を行なって半導体基板表面の清浄化を行ない、かつ、反応炉内が所定の減圧状態となることにより反応炉内にシランガスを送給してアモルファスシリコン膜の成膜を開始する。
【００２９】
そして、半導体基板上に所定厚みのアモルファスシリコン膜を成膜した後、反応炉内へのシランガスの送給を停止してアモルファスシリコン膜の成膜を終了する。アモルファスシリコン膜の成膜開始から成膜終了までが成膜処理である。
【００３０】
アモルファスシリコン膜の成膜終了にともなって、反応炉内の温度を上記した温度域、すなわち、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域へ降温する。本実施の形態では、反応炉内の降温は、反応炉内温度の管理条件を５３０℃から４５０℃に切換えることによって、反応炉内の温度が４５０℃以下になるまで反応炉を加温するヒーターの作動を停止させることによって行なっている。反応炉内温度を５３０℃から４５０℃に降温させる処理が降温処理である。
【００３１】
降温処理にともなって反応炉内の温度が４５０℃に達したところで、反応炉はヒーターを断続運転させて反応炉内の温度を約４５０℃に維持している。また、反応炉は、降温処理の開始とともに反応炉内の残留ガスの置換を行なうとともに反応炉内を常圧に戻す出炉処理を行なっている。
【００３２】
そして、出炉処理の終了にともなって、反応炉から半導体基板を取出す出炉を行なっている。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、半導体基板を減圧ＣＶＤ装置の反応炉内に挿入し、同反応炉内を成膜温度として半導体基板上にアモルファスシリコン膜を成膜した後、アモルファスシリコン膜の多結晶化を抑止できる温度以下で、かつ反応炉内表面にも成膜されたアモルファスシリコン膜の剥離を抑止できる温度以上の温度域にまで反応炉内を降温して出炉処理を行なうことによって、アモルファスシリコン膜に多結晶化が生じることを抑制して、アモルファスシリコン膜成膜後のエッチング工程においてアモルファスシリコン膜表面に荒れが生じることがほとんどなく、そのうえ、アモルファスシリコン膜片からなるダストの付着がほとんどないアモルファスシリコン膜を生成することができる。従って、このアモルファスシリコン膜を有する半導体基板を用いて製造した半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、温度域を４２０〜４８０℃としたことによって、出炉処理の後に次の半導体基板を反応炉内に挿入して入炉処理を行なう際に、入炉処理の最中に反応炉内の温度を成膜温度にまで昇温することができ、アモルファスシリコン膜の成膜後、反応炉内の温度を低下させたことによって半導体基板の入炉から出炉までの全作業時間が長くなることはなく、作業効率を低下させることなく製造歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】成膜後炉内温度と欠陥製品数との相関を試験した試験結果を示すグラフである。
【図２】成膜後炉内温度と反応炉内ダストのパーティクル数との相関を試験した試験結果のグラフである。
【図３】本発明にかかる製造方法での減圧ＣＶＤ装置における反応炉内の温度プロファイルである。
【図４】従来の減圧ＣＶＤ装置における反応炉内の温度プロファイルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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