專利名稱：薄膜的形成方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜的形成方法及其裝置，特別適用于均勻性良好的薄膜。
圖8是表示以往的薄膜形成方法所用的縱型LPCVD(低壓化學(xué)汽相淀積)爐的截面圖。上述縱型LPCVD爐在半導(dǎo)體裝置制造工藝中用以將氧化硅膜或多晶硅膜形成在多個(gè)半導(dǎo)體基板上。
反應(yīng)爐2設(shè)置在園筒形加熱器1的內(nèi)側(cè)，此反應(yīng)爐2由第一和第二石英管3，4構(gòu)成。
也就是說第一石英管3設(shè)置在上述加熱器1的內(nèi)側(cè)，該石英管的一端是密封的。岐管5的一端設(shè)置在上述石英管3的另一端，此岐管5的另一端用封閉部6封閉。第一、第二氣體噴管7，8和排氣口9設(shè)置在上述岐管5的側(cè)面。上述第二石英管4的一端設(shè)置在上述岐管5的內(nèi)側(cè)，此石英管4的另一端位于第一石英管3的一端附近。即第二石英管4位于第一石英管3的內(nèi)側(cè)。
上述第一氣體噴管7的頂端位于第二石英管4另一端附近的內(nèi)側(cè)。多個(gè)氣體導(dǎo)入口7a設(shè)置在上述氣體噴管7上，這些氣體導(dǎo)入口7a對(duì)著第二石英管4的中心軸側(cè)。上述第二氣體噴管8的頂端位于第二石英管4的一端附近的內(nèi)側(cè)。
保溫筒10設(shè)置在上述封閉部6的上面，并位于第二石英管4的內(nèi)側(cè)。置放晶片11的舟皿12設(shè)置在上述保溫筒10的上面。
在上述結(jié)構(gòu)中舟皿12里置放有多個(gè)晶片11，并放入反應(yīng)爐2中。然后，用加熱器1加熱上述反應(yīng)爐2，使上述晶片11升至規(guī)定的溫度。接著將圖中未示出的原料氣體從第一和第二氣體噴管7，8導(dǎo)入反應(yīng)爐2內(nèi)，供給晶片11的表面。這時(shí)，上述原料氣體沿箭頭13的方向流動(dòng)。因此，在上述晶片11上的上述原料氣體被分解，在晶片11上形成圖中未示出的薄膜。這時(shí)，為使所形成的薄膜厚度均勻，上述晶片11的表面溫度要保持恒定。具有地說，上述晶片11表面的溫差要在1℃以內(nèi)。
在上述以往的薄膜形成方法中，為使形成的薄膜厚度均勻，就要使晶片11的表面溫度保持恒定。然而，即使將晶片11的表面溫度保持恒定，在晶片11上所形成的薄膜厚度仍存在不均勻的情況。
例如在原料氣體為TEOS，PH3，反應(yīng)爐2內(nèi)的溫度是600℃，壓力為0.5 的條件下，用圖8所示的縱型LPCVD爐，在晶片11上形成摻雜磷的SiO2膜時(shí)，此SiO2膜的膜厚分布如圖9所示，即在晶片的周邊部上述SiO2膜的厚度較厚。
在原料氣體為SiH4，PH3，反應(yīng)爐2內(nèi)的溫度是600℃，壓力為0.5 的條件下，用圖8所示的LPCVD爐，在晶片11上形成摻雜磷的多晶硅膜時(shí)，此多晶硅膜的厚度分布如

圖10所示，即與上述SiO2模一樣，在晶片的周邊部，上述多晶硅膜的厚度厚。
如上所述，在晶片上形成的薄膜厚度的均勻性一旦惡化，就存在在膜厚度的部分布線間不能接觸、不能順利進(jìn)行加工等問題。因此，也存在半導(dǎo)體裝置不能正常工作的問題。
圖11是表示以往的薄膜形成裝置的主要部分的截面圖。為防止像上述那樣在晶片上面形成的薄膜厚度不均勻，即為使上述薄膜厚度的均勻性好，此薄膜形成裝置是在圖8所示的以往的縱型LPCVD爐上安裝環(huán)形擋板15。
也就是說，在置放在上述舟皿12中的晶片11的端部之間插入環(huán)狀擋板15。由于能用此環(huán)形擋板15遮擋上述原料氣體在上述晶11的相互之間流動(dòng)，所以能在晶片11的表面上形成厚度均勻的薄膜。
圖12是表示以往的另一種薄膜形成裝置的主要部分的截面圖。為防止在晶片上上述那樣形成的薄膜厚度不均勻，此薄膜形成裝置是在圖8所示的以往的縱型LPCVD爐上安裝園盤形的擋板16。
即，將比晶片11大的園盤狀擋板16安裝在上述舟皿12內(nèi)，晶片11裝載在此園盤形擋板16的上面。由于厚的膜形成在上述園盤形擋板16的周邊部分，因此，在晶片11的表面上能形成厚度均勻的薄膜。
然而，使用上述以往的薄膜形成裝置，盡管也能在晶片11的表面上形成厚度均勻的薄膜，但由于存在上述擋板15，16，使可放入薄膜形成裝置中的晶片個(gè)數(shù)減少，因而使制造成本增加，同時(shí)還產(chǎn)生使薄膜形成裝置的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜使裝置成本增加、裝置維修困難等問題。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種既能在晶片表面上形成厚度均勻的薄膜還能使制造成本和裝置成本降低，容易進(jìn)行裝置維修的薄膜形成方法及其裝置。
為解決上述課題，本發(fā)明使用用CVD法在半導(dǎo)體基片上形成薄膜的方法，為使在上述半導(dǎo)體基板上形成的薄膜厚度均勻，本發(fā)明的特征是在形成上述薄膜時(shí)，在上述半導(dǎo)體基片上建立溫度差。
另外，作為用CVD法在半導(dǎo)體基片上形成薄膜的裝置，其特征是它配備有置放上述半導(dǎo)體基片的反應(yīng)爐;和為了在上述半導(dǎo)體基片上形成厚度均勻的薄膜，設(shè)置在上述反應(yīng)爐的外側(cè)，通過升溫或降溫在上述半導(dǎo)體基片上的中央部和周邊部建立溫度差的加熱器。
另外，作為用CVD法在多個(gè)半導(dǎo)體基片上形成薄膜的裝置，其特征在于它配備有保持上述各半導(dǎo)體基片有規(guī)定的相互間隔的保持裝置;和為了在上述半導(dǎo)體基片上形成厚度均勻的薄膜，在上述半導(dǎo)體基片上的中央部和周邊部建立溫度差的裝置。
另外，作為用CVD法在多個(gè)半導(dǎo)體基片上形成薄膜的裝置，其特征在于它配備有能使上述半導(dǎo)體基片保持規(guī)定的相互間隔的保持卡具;安放上述保持卡具的反應(yīng)爐;設(shè)置在上述反應(yīng)爐的外側(cè)，為了在上述半導(dǎo)體基片上形成厚度均勻的薄膜，用來通過升溫或降溫在上述半導(dǎo)體基片的中央部和周邊部建立溫度差的加熱器。
另外，作為用CVD法在多個(gè)半導(dǎo)體基片上形成薄膜的裝置，其特征在于它配備有使上述半導(dǎo)體基片保持規(guī)定相互間隔的保持卡具;收納上述保持卡具的反應(yīng)爐;設(shè)置在上述反應(yīng)爐的外側(cè)使上述半導(dǎo)體基片升溫的加熱器;和將空氣送入上述加熱器和上述反應(yīng)爐之間的送風(fēng)裝置。
本發(fā)明由于在半導(dǎo)體基片上建立溫度差，也就是使成膜速度慢的區(qū)域溫度高，使該區(qū)域的成膜速度加快，從而使上述半導(dǎo)體基片上的成膜速度幾乎相同。結(jié)果，能在上述半導(dǎo)體基片上形成膜厚原均勻的薄膜。
而且，用保持卡具使半導(dǎo)體基片保持規(guī)定的相互間隔，將上述保持卡其安放在反應(yīng)爐中，通過用設(shè)置在此反應(yīng)爐外側(cè)的加熱器，從半導(dǎo)體基片的周邊部側(cè)升溫或降溫，在上述半導(dǎo)體基片的中央部和周邊部建立溫度差，在上述半導(dǎo)體基片上形成薄膜。即由于使成膜速度低的區(qū)域溫度升高，而使該區(qū)域的成膜速度加快。從而，能在上述半導(dǎo)體基片上形成厚度均勻的薄膜。
下面將參照附圖，用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明第一、第二實(shí)施例所用的薄膜形成裝置，即縱型LPCVD爐的截面圖。
圖2是分別表示在本發(fā)明圖1所示的縱型LPCVD爐中晶片中央部的溫度、晶片周邊部的溫度和所供給的原料氣體的流量與時(shí)間的關(guān)系。
圖3是表示在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在晶片上的周邊部和中央部所形成的多晶硅膜的膜厚。
圖4是表示在用本發(fā)明圖1所示的縱型LPCLD爐使晶片升降溫時(shí)的升降溫速度與在上述晶片的中央部和周邊部的溫度差的關(guān)系。
圖5是表示使用本發(fā)明圖1所示的縱型LPCVD爐，按照第一實(shí)施例的條件，在晶片上形成多晶硅膜時(shí)的成膜速度特性。
圖6是表示在本發(fā)明第二實(shí)施例中，在晶片上的周邊部直到中央部形成的多晶硅膜的膜厚。
圖7是表示使用本發(fā)明圖1所示的縱型PLCVD爐，按照第二實(shí)施例的條件，在晶片上形成SiO2膜時(shí)的成膜速度特性。
圖8是以往的薄膜形成方法中所用的縱型LPCVD爐的截面圖。
圖9是表示用圖8所示的縱型LPCVD爐，在晶片上的周邊部直到中央部形成SiO2膜的厚度。
圖10是表示用圖8所示的縱型LPCVD爐在晶片上的周邊部直到中央部形成多晶硅膜的厚度。
圖11是以往的薄膜形成裝置的主要部分的截面圖。
圖12是以往的另一種薄膜形成裝置的主要部分的截面圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜形成裝置，即縱型LPVCD爐的截面圖。反應(yīng)爐22設(shè)置在能快速加熱的園筒形成加熱器21的內(nèi)側(cè)，用以使此加熱器21快速冷卻的送風(fēng)裝置20設(shè)置在上述加熱器21的近旁。送風(fēng)噴管20a安裝在此送風(fēng)裝置20上，此送風(fēng)噴管20a的頂端位于加熱器21和反應(yīng)爐22之間。上述反應(yīng)爐22由第一和第二石項(xiàng)管23、24構(gòu)成。
也說是說，第一石英管23設(shè)置在上述加熱器21的內(nèi)側(cè)，此石管23的一端是封閉的。岐管25的一端設(shè)置在上述石英管23的另一端上，此岐管25的另一端用封閉部26封閉。第一、第二氣體噴管27，28和排氣口29設(shè)置在上述岐管25的側(cè)部。上述第二石英管24的一端設(shè)置在上述岐管25的內(nèi)側(cè)部，此石英管24的另一端設(shè)置在第一石英管23一端的近旁。即第二石英管24位于第一石英管23的內(nèi)側(cè)。
上述第一氣體噴管27的頂端位于第二石英管24另一端的內(nèi)側(cè)附近。多個(gè)氣體導(dǎo)入口27a設(shè)置在上述氣體噴管27上，并朝向第二石英管24的中心軸側(cè)。上述第二氣體噴管28的頂端位于第二石英管24的一端的內(nèi)側(cè)附近。
保溫筒30設(shè)置在上述封閉部26的上面，并位于第二石英管24的內(nèi)側(cè)。安放多個(gè)晶片31的舟皿32設(shè)置在上述保溫筒30的上面。
在上述結(jié)構(gòu)中，多個(gè)直徑8英寸的晶片31以4mm的間距相互平行地裝放在舟皿32中，上述舟皿32安放在反應(yīng)爐22的內(nèi)部。接著像圖2所示那樣控制晶片31的溫度和原料氣體的流量。
也就是說，由于用加熱器21加熱上述反應(yīng)爐22，使晶片31溫度升溫到650℃。然后，用送風(fēng)裝置20將空氣從送風(fēng)噴管20a送進(jìn)上述加熱器21和反應(yīng)爐22之間，使上述加熱器21和反應(yīng)爐22快速冷卻。因此，晶片31以17℃/分的速度降溫到550℃左右。這時(shí)，只在晶片31的周邊部的溫度比晶片31中央部的溫度低30℃的情況下才將原料氣體PH3和SiH4從第一和第二氣體噴管27，28送時(shí)反應(yīng)爐22內(nèi)。也就是使上述原料氣體沿箭頭的方向流動(dòng)，在晶片31上，使SiH4和PH3分解。這時(shí)，上述SiH4的流量可以是100sccm，上述PH3的流量可以是1sccm，反應(yīng)爐22內(nèi)的壓力可以是0.5 。
隨后，當(dāng)上述晶片31周邊部和中央部的溫度差不是30℃時(shí)，就停止向反應(yīng)爐22內(nèi)供給上述原料氣體。然后，再次以100℃/分的速度使晶片31溫度升溫到650℃。就這樣，晶片31的升降溫和向反應(yīng)爐22內(nèi)供給上述原料氣體的操作反復(fù)進(jìn)行，就在晶片31的表示上形成圖中未示出的摻雜磷的多晶硅膜。
圖3示出用上述方法在上述晶片31上形成多晶硅膜的厚度。由此圖可見，上述多晶硅膜的厚度均勻了，即在晶片31的周邊部和其中央部之間已無膜厚差。
圖4示出在圖1所示的縱型LPCVD爐中的加熱器的升降溫速度與晶片的中央部和周邊部的溫度差的關(guān)系。加熱器21升溫時(shí)晶片31周邊部的溫度比中央部的溫度變高，而在它降溫時(shí)晶片31周邊部的溫度比中央部的溫度變低。
圖5示出使用圖1所示的縱型LPCVD爐在上述第一實(shí)施例的條件下，在晶片上形成多晶硅膜時(shí)的成膜速度特性。
根據(jù)上述第一實(shí)施例，使晶片31溫度升溫至650℃后，再將上述晶片31以17℃/分的速度將溫度降到約550℃左右。這時(shí)晶片31周邊部的溫度如圖4所示比晶片31中央部的溫度變成低30℃。只在溫差為30℃期間向反應(yīng)爐22內(nèi)供給原料氣體。結(jié)果如圖5所示，由于晶片31的溫度低處成膜速度慢，能使晶片31周邊部的成膜速度得到抑制?？傊?，由于像以以往的薄膜形成方法所進(jìn)行的說明那樣，晶片31周邊部的成膜速度比中央部快，所以通過使晶片31周邊部的溫度比中央部為低，就能使周邊部和中央部的成膜速度達(dá)到一致。從而，在上述晶片31上能形成膜厚均勻的多晶硅膜。即如圖3所示，能使晶片31周邊部和中央部之間的多晶硅膜的膜厚差消失，從而大大地提高了膜厚的均勻性。
而且無須像以往的薄膜形成方法那樣使用設(shè)置擋板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝置就能達(dá)到提高膜厚的均勻性。因而也不存在因上述擋板等而使能裝入薄膜形成裝置中的晶片個(gè)數(shù)減少的問題，能防止制造成本增加，同時(shí)因?yàn)椴槐卦O(shè)置擋板等能降低裝置成本，也便于進(jìn)行裝置維修。
還有，盡管在上述第一實(shí)施例中是使用PH3和SiH4作為原料氣體在晶片31上形成產(chǎn)晶硅膜，但使用其它的原料氣體也能在晶片上形成其它的膜。
而且，在晶片31降溫時(shí)由于在晶片31的中央部和周邊部建立溫度差，使在晶片31上形成的薄膜厚度變均勻，而在晶片升溫時(shí)由于也在上述晶片中央部和周邊部建立溫度差，也可能使在晶片上形成的薄膜厚度變均勻。
圖1是本發(fā)明第二實(shí)施例所用的薄膜成形裝置，即縱型LPCVD爐的截面圖，只對(duì)與第一實(shí)施例不同的部分進(jìn)行說明。
將裝放晶片31的舟皿32放入反應(yīng)爐22內(nèi)，接著像圖2所示那樣控制晶片31的溫度和原料氣體的流量。
也就是說，只在晶片31的周邊部溫度比中央部的溫度變成低30℃期間，才由第一氣體噴管27向反應(yīng)爐22內(nèi)供應(yīng)作為原料氣體的10%He基的PH3，由第二氣體噴管28向應(yīng)爐22內(nèi)供應(yīng)TEOS。這時(shí)上述TEOS的流量可為100sccm，上述PH3的流量可為100sccm。由此在晶片31的表面上形成圖中未示出的SiO2膜。
圖6示出用上述方法在上述晶片31上形成的SiO2膜的膜厚分布。由此圖可見，上述SiO2膜的厚度已變成均勻了。
圖7示出使用圖1所示的縱型LPCVD爐，按上述第二實(shí)施例的條件，在晶片上形成SiO2膜時(shí)的成膜速度特性。
在上述第二實(shí)施例中也能獲得與第一實(shí)施例相同的效果。在本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)范圍的各構(gòu)成要素中所用的附圖參考符號(hào)是為了使本發(fā)明容易理解，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于附圖所示的實(shí)施例。
綜上所述，根據(jù)本明，通過在半導(dǎo)體基片上建立溫度差，既能在上述半導(dǎo)體基片上形成厚度均勻的薄膜。也能降低制造成本和裝置成本，還能使裝置容易維修。
權(quán)利要求
1.一種用CVD法在半導(dǎo)體基片上形成薄膜的方法，其特征是為使在上述半導(dǎo)體基片上形成的薄膜厚度均勻，形成上述薄膜時(shí)，在上述半導(dǎo)體基片上建立溫度差。
2.一種用CVD法在半導(dǎo)體基片上形成薄膜的薄膜形成裝置，其特征在于它配備有安放上述半導(dǎo)體基片的反應(yīng)爐;設(shè)置在上述反應(yīng)爐外側(cè)，為在上述半導(dǎo)體基片上形成膜厚均勻的薄膜，用以通過升溫或降溫在上述半導(dǎo)體基片上建立溫度差的加熱器。
3.一種用CVD法在多個(gè)半導(dǎo)體基片上形成薄膜的薄膜形成裝置，其特征是它配備有使上述半導(dǎo)體基片相互間保持規(guī)定間隔的保持裝置;為在上述半導(dǎo)體基片上形成膜厚均勻的薄膜，在上述半導(dǎo)體基片中央部和周邊部建立溫度差的裝置。
4.一種用CVD法在多個(gè)半導(dǎo)體基片上形成薄膜的薄膜形成裝置，其特征在于它配備有使上述半導(dǎo)體基片相互間保持規(guī)定間隔的保持卡具;安放上述保持卡具的反應(yīng)爐;設(shè)置在上述反應(yīng)爐的外側(cè)，為在上述半導(dǎo)體基片上形成膜厚均勻的薄膜，用以通過升溫或降溫在上述半導(dǎo)體基片的中央部和周邊建立溫度差的的加熱器。
5.一種用CVD法在多個(gè)半導(dǎo)體基片上形成薄膜的薄膜形成裝置，其特征在于它配備有使上述半導(dǎo)體基片相互間保持規(guī)定間隔的保持卡具;安放上述保持卡具的反應(yīng)爐;設(shè)置在上述反應(yīng)爐外側(cè)，使上述半導(dǎo)體基片升溫的加熱器;將空氣送入上述加熱器和上述反應(yīng)爐之間的送風(fēng)裝置。
全文摘要
將多個(gè)晶片31裝進(jìn)舟皿32，用加熱器21加熱反應(yīng)爐22，使晶片31升溫。接著，用送風(fēng)裝置20將空氣由送風(fēng)噴管20a輸送到加熱器21和反應(yīng)爐22之間，快速冷卻加熱器21使晶片31以17℃/分的速度降溫，只在晶片31的周邊部溫度比中央部溫度變成低30℃期間由第一、第二氣體噴管27、28向反應(yīng)爐22內(nèi)供應(yīng)pH
文檔編號(hào)H01L21/205GK1098329SQ9410696
公開日1995年2月8日 申請(qǐng)日期1994年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月10日
發(fā)明者見方裕一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝