(57)【要約】  本発明の一実施例によると，チャンバ内部に基板をローディングした状態でソースガスと雰囲気ガスとを供給して前記基板上にアモルファスシリコン膜を蒸着し，前記雰囲気ガスは，水素とヘリウムのうちの何れか一つ以上である。前記ガスは，シラン（ＳｉＨ２），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン （ＳｉＣｌ２Ｈ２）のうちの何れか一つ以上であってもよい。
2016539495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバの内部に基板をローディングした状態でソースガスと雰囲気ガスとを供給して，前記基板上にアモルファスシリコン膜を蒸着し，
前記雰囲気ガスは，水素とヘリウムのうち，何れか一つ以上であることを特徴とするアモルファスシリコン膜の蒸着方法。
【請求項２】
前記ソースガスは，シラン（ＳｉＨ２），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）のうち，何れか一つ以上であ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の蒸着方法。
【請求項３】
前記ソースガスの流量は，０．５〜３００ｓｃｃｍであり，
前記雰囲気ガスの流量は，１００〜２５０００ｓｃｃｍであ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の蒸着方法。
【請求項４】
前記蒸着工程は，１〜３００Ｔｏｒｒにおいて行われることを特徴とする請求項１ないし３のうちの何れか１項記載のアモルファスシリコン膜の蒸着方法。
【請求項５】
前記蒸着工程は，２００〜８００℃において行われることを特徴とする請求項１ないし３のうちの何れか１項記載のアモルファスシリコン膜の蒸着方法。
【請求項６】
基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと，
前記チャンバ内に提供されて，前記基板を支持する基板支持部と，
前記チャンバの一側に形成された導入部に連結され，前記導入部を介して前記チャンバの内部にソースガス及び雰囲気ガスをそれぞれ供給する第１及び第２供給ラインと，
前記第１及び第２供給ラインにそれぞれ連結され，前記ソースガス及び前記雰囲気ガスが貯蔵された第１及び第２貯蔵タンクを含み，
前記雰囲気ガスは，水素とヘリウムのうちの何れか一つであることを特徴とするアモルファスシリコン膜の蒸着装置。
【請求項７】
前記ソースガスは，シラン（ＳｉＨ２），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン（ＤＣＳ）のうち，何れか一つ以上であることを特徴とする請求項６記載のアモルファスシリコン膜の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，アモルファスシリコン膜を蒸着する方法及び装置に関するものであり，より詳しくは，雰囲気ガスを利用してアモルファスシリコン膜を蒸着する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アモルファスシリコンは，半導体集積回路装置のコンタクトホールまたはラインの埋め込みに使用されているが，最近では，半導体集積回路装置の微細化につれて，コンタクトホールまたはラインの埋め込み基準が益々厳しくなっている。
【０００３】
アモルファスシリコンで微細化されたコンタクトホールまたはラインを埋め込みする場合，アモルファスシリコンがコンタクトホール部分においてカバレッジが悪いか，または大きなボイド（void）が発生し得る。大きなボイドがコンタクトホールまたはライン内に発生すると，例えば，抵抗値の増加要因のうちの一つになり得る。また，表面粗さの精密度が悪いことも要因になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は，表面粗さの精度を改善できるアモルファスシリコン膜の蒸着方法及び蒸着装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は，コンタクトホールまたはラインなどの微細化に対応できるアモルファスシリコン膜の蒸着方法及び蒸着装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は，次の詳細な説明と添付した図面からより明確になるはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば，チャンバの内部に基板をローディングした状態でソースガスと雰囲気ガスとを供給して，前記基板上にアモルファスシリコン膜を蒸着する。前記雰囲気ガスは，水素とヘリウムのうち，何れか一つ以上である。
【０００８】
前記ソースガスは，シラン（ＳｉＨ２），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）のうち，何れか一つ以上であってもよい。
【０００９】
前記ソースガスの流量は，０．５〜３００ｓｃｃｍであり，前記雰囲気ガスの流量は，１００〜２５０００ｓｃｃｍであってもよい。
【００１０】
前記蒸着工程は，１〜３００Ｔｏｒｒにおいて行うことができる。
【００１１】
前記蒸着工程は，２００〜８００℃において行うことができる。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば，アモルファスシリコン膜の蒸着装置は，基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと，前記チャンバ内に提供されて，前記基板を支持する基板支持部と，前記チャンバの一側に形成された導入部に連結され，前記導入部を介して前記チャンバの内部にソースガス及び雰囲気ガスをそれぞれ供給する第１及び第２供給ラインと，前記第１及び第２供給ラインにそれぞれ連結され，前記ソースガス及び前記雰囲気ガスが貯蔵された第１及び第２貯蔵タンクを含む。前記雰囲気ガスは，水素とヘリウムのうちの何れか一つである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一実施形態によると，表面粗さの精度をさらに改善することができる。また，コンタクトホールまたはラインなどの微細化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態によるアモルファスシリコン膜の蒸着装置を概略的に示す図である。
【図２】窒素ガスを雰囲気ガスとするアモルファスシリコン膜の蒸着結果を示すグラフである。
【図３】ヘリウムガスを雰囲気ガスとするアモルファスシリコン膜の蒸着結果を示すグラフである。
【図４】雰囲気ガスを窒素ガスとヘリウムガスとするアモルファスシリコン膜の蒸着率を蒸着温度に応じて比較したグラフである。
【図５】雰囲気ガスに応じる表面粗さを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下，本発明の好ましい実施形態を添付した図１乃至図５を参照して，より詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形に変形されてもよく，本発明の範囲が後述する実施形態に限定されると解釈してはならない。本実施形態は当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に，本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状はより明確に発明を強調するために誇張されている可能性がある。
【００１６】
一方，以下ではアモルファスシリコンは，単にアモルファスシリコンだけを意味する用語ではなく，アモルファスシリコン，以下で説明する表面粗さの精度を達成することができるアモルファス〜ナノサイズの結晶粒が集まったナノ結晶シリコン及び前記アモルファスシリコンと前記ナノ結晶シリコンとが混在したシリコンともを含む。
【００１７】
図１は，本発明の一実施形態によるアモルファスシリコン膜の蒸着装置を概略的に示す図である。一般に，化学気相蒸着は，気体状態のソースガスを供給して基板との化学的反応を誘導することによって，半導体基板上に薄膜を形成する工程である。
【００１８】
図１に示すように，チャンバ１１は，外部から遮断された内部空間を提供し，チャンバ１１の上部には，内部空間にソースガスを導入するための導入部１２が提供される。導入部１２には，主供給ライン１２ａと主供給ライン１２ａに連結した第１供給ライン１８ａ，及び第２供給ライン１９ａが連結される。第１供給ライン１８ａは，チャンバ１１の内部にソースガスを供給し，第２供給ライン１８ｂは，チャンバ１１の内部に雰囲気ガスを供給する。ソースガスは，シラン（ＳｉＨ２），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２，ＤＣＳ）を含むシラン系ガスであってもよく，雰囲気ガスは，水素とヘリウムのうちのいずれか一つ以上である。ソースガスは，第１供給ライン１８ａに連結した第１貯蔵タンク１８ｄに貯蔵され，雰囲気ガスは，第２供給ライン１９ａに連結した第２貯蔵タンク１９ｄに貯蔵される。
【００１９】
また，第１供給ライン１８ａ上には，第１流量制御機１８ｂ及び第１バルブ１８ｃが設置され，第２供給ライン１９ａ上には，第２流量制御機１９ｂ及び第２バルブ１９ｃが設置される。一方，導入部１２により流入したガスは，チャンバ１１の内部に設置されたシャワーヘッド１３を介してチャンバ１１の内部に噴射される。
【００２０】
また，蒸着の対象になるウエハ１５は，ヒータ１４上に置かれ，ヒータ１４は，ヒータ支持台１６により支持された状態でウエハ１５を加熱して工程温度を生成する。蒸着が完了すると，チャンバ１１の内部の未反応ガス及び反応副産物は，真空ポート１７により排出する。真空ポート１７には，排出ライン１７ａ及び真空ポンプ１７ｂが連結され，チャンバ１１の内部の未反応ガス及び反応副産物を強制的に排出する。その他に，排出ライン１７ａ及び真空ポンプ１７ｂを利用して，チャンバ１１の内部の工程圧力を調節することができる。
【００２１】
このような方法によりウエハ１５上にソースガス及び雰囲気ガスをチャンバ１１の内部に供給し，ヒータ１４の熱分解により分解されたソースガスを介してウエハ１５上にアモルファスシリコン膜を蒸着する。一方，工程温度を調節するためのヒータ１４及び工程圧力を調節するための真空ポンプ１７ｂ，そしてソースガス及び雰囲気ガスの供給流量を調節するための第１及び第２流量制御機１８ｂ，１９ｂは，制御部２０を介して制御される。制御部２０は，チャンバ１１内部の工程温度を２００〜８００℃に調節し，チャンバ１１内部の工程圧力を１〜３００Ｔｏｒｒに調節する。また，制御部２０は，ソースガスの供給流量を０．５〜３００ｓｃｃｍに調節し，雰囲気ガスの供給流量を１００〜２５０００ｓｃｃｍに調節する。
【００２２】
上述のように，ウエハ１５は，チャンバ１１の内部にローディングされ，以後ソースガスと雰囲気ガスとをほぼ同時に供給して，ウエハ１５上にアモルファスシリコン膜が蒸着される。ソースガスは，シラン（ＳｉＨ２），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２，ＤＣＳ）を含むシラン系ガスであってもよい。また，ウエハ１５は，上部面にシード層の形成された状態でチャンバ１１の内部にローディングされ，アモルファスシリコン膜を，シード層上に形成することができる。
【００２３】
図２は，窒素ガスを雰囲気ガスにするアモルファスシリコン膜の蒸着結果を示すグラフであり，５３０℃及び５４０℃にて１０００Åの厚さに蒸着した場合と，５５０℃及び５７０℃にて７５００Åの厚さに蒸着した場合，各アモルファスシリコン膜の表面粗さを示す（工程圧力＝２Ｔｏｒｒ，ソースガスは，ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６））。図３は，ヘリウムガスを雰囲気ガスにするアモルファスシリコン膜の蒸着結果を示すグラフであり，５３０℃及び５４０℃にて１０００Åの厚さに蒸着した場合と，５５０℃及び５７０℃にて７５００Åの厚さに蒸着した場合，各アモルファスシリコン膜の表面粗さを示す。
【００２４】
図２に示すように，窒素ガスを雰囲気ガスにする場合，アモルファスシリコン膜の厚さが１０００Åであるとき，１ｎｍ以下であるが，アモルファスシリコン膜の厚さが７５００Åであるとき，２ｎｍ以上であることが分かる。すなわち，アモルファスシリコン膜の厚さが増加することによって，表面粗さが急激に増加することが分かる。これに対し，図３に示すように，ヘリウムガスを雰囲気ガスにする場合，アモルファスシリコン膜の厚さが１０００Åであるとき，１ｎｍ以下であり，アモルファスシリコン膜の厚さが７５００Åであるときにも，１ｎｍ以下であることが分かる。すなわち，アモルファスシリコン膜の厚さが増加するにもかかわらず，表面粗さを同等な水準で維持することが分かる。
【００２５】
一般に，バッチ式（batch type）蒸着装置は，図１に示した枚葉式（single type）蒸着装置に比べて改善された表面粗さを示し，表面粗さは，薄膜の厚さが増加することによって増加する。しかしながら，図３に示したように，ヘリウムガスを雰囲気ガスにする場合，アモルファスシリコン膜の表面粗さは，薄膜の厚さと関係なく同等な水準を示す。特に，アモルファスシリコン膜の厚さが７５００Åであるとき，表面粗さは，バッチ式蒸着装置と同等な水準の表面粗さを示す。
【００２６】
図４は，雰囲気ガスを窒素ガスとヘリウムガスにするアモルファスシリコン膜の蒸着率（Å／ｓｅｃ）を蒸着温度に応じて比較したグラフである。図４に示すように，蒸着温度が５３０℃であるとき，蒸着率は，１１．０７（雰囲気ガス＝窒素）と１１．１９（雰囲気ガス＝ヘリウム）で大きな差がないことが分かる。しかしながら，蒸着温度が増加することによって蒸着率の差は増加し，蒸着温度が５７０℃であるとき，蒸着率は，２６．４８（雰囲気ガス＝窒素）と３５．５１（雰囲気ガス＝ヘリウム）で３０％以上差があることが分かる。
【００２７】
結論的に，ヘリウムガスを雰囲気ガスにする場合，薄膜が厚さが増加（例えば，７５００Å）するとき，表面粗さが増加するのを防止することができ，枚葉式蒸着装置を利用してバッチ式蒸着装置と同等な水準の表面粗さを確保することができる。特に，高い温度（例えば，５４０℃以上）で蒸着率を大きく改善することができる。
【００２８】
図５は，雰囲気ガスに応じる表面粗さを示すグラフである。雰囲気ガスを窒素，アルゴン，ヘリウム，水素にし，ソースガスをジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）にして，以下の表１と同じ条件でアモルファスシリコン膜を蒸着した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
その結果，上述のように，ヘリウムは，窒素だけでなくアルゴンに比べて改善された表面粗さを示した。すなわち，窒素及びアルゴンは，０．３を超える表面粗さを示したが，ヘリウムは，０．３（ｎｍ）未満の表面粗さを示して１５％以上の表面粗さを改善できることが分かる。また，水素は，ヘリウムより改善された表面粗さを示し，蒸着率においてもヘリウム（０．７２Å）より高い数値（０．７６）を示した。
【００３１】
上述のアモルファスシリコン膜は，例えば，シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を含む層間絶縁膜中に形成されたコンタクトホールの埋め込みまたは層間絶縁膜中に形成されたライン，例えば，内部配線用の溝の埋め込みに有用である。特に，アモルファスシリコン膜の表面粗さが大きな場合，コンタクトホールの埋め込みのとき，大きなボイドが発生できることに対し，アモルファスシリコン膜の表面粗さが小さな場合，ボイドが小さくなるので，コンタクトホールの内部に埋め込まれたアモルファスシリコン膜の抵抗値の増大を抑制できる。
【００３２】
好ましい実施形態を介して本発明を詳細に説明したが，それとは異なる実施形態ないし実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は多様な形態の半導体製造設備及び製造方法に応用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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