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JP2018515928A - 非晶質薄膜の形成方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施例によると，非晶質薄膜を形成する方法は，下地にアミノシラン系ガスを流して前記下地の表面にシード層を形成する工程と，前記シード層にボロン系ガスを含む第１ソースガスを供給してボロンがドーピングされた第１非晶質薄膜を形成する工程と，前記第１非晶質薄膜にボロン系ガスを含む第２ソースガスを供給してボロンがドーピングされた第２非晶質薄膜を形成する工程と，を含む。【選択図】図３

Description

本発明は，非晶質薄膜を形成する方法に関し，より詳しくは，ボロンがドーピングされた第１非晶質薄膜を形成した後，ボロンがドーピングされた第２非晶質薄膜を形成して，第２非晶質薄膜の表面粗さを最小化することができる成膜方法に関する。
非晶質薄膜（amorphous thin film）を低温（３００℃未満）で蒸着する場合，ボロンをドーピングすると表面粗さが急激に悪化する。特に，非晶質薄膜の目標厚さを２００Åにすると，表面粗さ（ＲＭＳ）が０．３nm以下の非晶質薄膜を形成することが困難である。よって，これを改善し得る技術が要求されている。
本発明の目的は，非晶質薄膜の表面粗さを最小化することができる成膜方法を提供することにある。
本発明の他の目的は，以下の発明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。
本発明の一実施例によると，非晶質薄膜を形成する方法は，下地にアミノシラン系ガスを流して前記下地の表面にシード層を形成する工程と，前記シード層の上に予め設定された厚さの非晶質薄膜を形成する工程とを含み，前記非晶質薄膜を形成する工程は，ボロンがドーピングされて第１厚さを有する第１非晶質薄膜を前記シード層の上に形成する工程と，ボロンがドーピングされて第２厚さを有する第２非晶質薄膜を前記第１非晶質薄膜の上に形成する工程とを含み，前記第１非晶質薄膜を形成する工程に使用される第１ソースガスは，ボロン系ガス及びシラン系ガスを含んで前記シード層に供給され，前記第２非晶質薄膜を形成する工程に使用される第２ソースガスは，ボロン系ガスを含んで前記第１ソースガスとは異なり，前記第１非晶質薄膜に供給される。
前記ボロン系ガスはＢ２Ｈ６である。
前記第１ソースガスに含まれるシラン系ガスはＳｉＨ４である。
前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスはＳｉ２Ｈ６であり，前記第２非晶質薄膜はシリコン薄膜であるが，前記第１非晶質薄膜を形成する工程は３００℃で行われ，前記第２非晶質薄膜を形成する工程は４００℃で行われる。
前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスはＳｉＨ４とＳｉ２Ｈ６が４：１に混合され，前記第２非晶質薄膜はシリコン薄膜である。
前記第２ソースガスはシラン系ガス及びゲルマニウム系ガスを更に含むが，前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスとゲルマニウム系ガスは１：２に混合される。
前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスはＳｉＨ4であり，前記第２非晶質薄膜はシリコン薄膜であるが，前記第１ソースガスはＮ２ １５０００ｓｃｃｍを含み，前記第２ソースガスはＮ２ ５０００ｓｃｃｍ，Ｈ２ ３０００ｓｃｃｍを含む。
前記第２ソースガスはゲルマニウム系ガスを含み，前記第２非晶質薄膜はゲルマニウム薄膜である。
前記第１厚さは２０Å以上５０Å以下であり，前記第２厚さは１００Å以上である。前記予め設定された厚さは２００Å以上である。
本発明の一実施例によると，第１薄膜を形成してから第２薄膜を形成することで，第２薄膜の表面粗さを最小化することができる。
工程条件の変化によって改善された非晶質薄膜の表面粗さを示すグラフである。 厚さの増加による非晶質薄膜の表面粗さを示すグラフである。 本発明の第１乃至第４実施例によって改善された非晶質薄膜の表面粗さを示すグラフである。
以下，本発明の好ましい実施例を添付した図１及び図３を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形されてもよく，本発明の範囲が以下で説明する実施例に限ると解析されてはならない。本実施例は，該当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な説明を強調するために誇張されている可能性がある。
図１は，工程条件の変化によって改善された非晶質薄膜の表面粗さを示すグラフである。まず，シリコン基板の上に下地が形成されるが，下地はシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜である。下地の上にアミノシラン系ガス（例えば，DIPAS）を基板の表面に流してシード層を形成し，次に非晶質薄膜をシード層の上に形成する。
図１に示す非晶質薄膜は下記表１のような工程条件で形成され，アミノシラン系ガスを３０秒間流してシード層を形成した後，図１に示す非晶質薄膜が２００Å形成される。ちなみに，Ｄ／Ｒは蒸着率を意味する。
一方，ジボラン（Ｂ２Ｈ６）はボロン系ガスの例であって，以下の工程条件とは異なって他のボロン系ガスに代替されてもよい。
Figure 2018515928
図１に示すように，工程条件を基準工程（３００℃ Ｒｅｆ）から変化させることで，表面粗さが改善されることが分かる。図１を見ると，改善効果は以下のようである。
第一に，非晶質薄膜の工程条件のうち，工程温度を３００℃から４００℃に増加させた場合であって，この場合，表面粗さが０．６１４から０．４５７に改善されていた。
第二に，シラン系ガスをモノシラン（ＳｉＨ４）からモノシラン（ＳｉＨ４）とジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）の混合ガスに変更した場合であって，モノシランとジシランは４：１の割合で混合される。この場合，表面粗さが０．６５１から０．４８４に改善されていた。
第三に，ＧｅＨ４を供給した場合であって，この場合，表面粗さが０．５６１から０．４０１に改善されていた。
第四に，水素ガスを供給した場合であって，この場合，表面粗さが０．５３４から０．４３３に改善されていた。
しかし，非晶質薄膜は厚さが増加するにつれ，表面粗さが以下のように異なる。表２をグラフに示すと，図２のようである。
Figure 2018515928
つまり，表２及び図２のように，５０Åにおける非晶質薄膜の表面粗さは基準工程が残りの工程に比べ最も優秀であるが，基準工程の場合，非晶質薄膜の厚さが増加するにつれ表面粗さが急激に増加する。一方，残りの工程の場合，非晶質薄膜の厚さによる表面粗さの変化が微々である。
このような点を考慮すると，基準工程を利用して第１非晶質薄膜を形成した後，それぞれの工程条件を介して第２非晶質薄膜を形成することで，第２非晶質薄膜の表面粗さを図３に示すように大きく改善することができる。
一方，表１の５番目の項目に記載したように，基準工程のシラン系ガス（モノシラン又はジシラン）はゲルマニウム系に代替されてもよく，この場合，非晶質薄膜はシリコン薄膜ではなくゲルマニウム薄膜である。上述した第１非晶質薄膜の上にゲルマニウム薄膜である第２薄膜を形成する場合，第２非晶質薄膜の表面粗さが同じく改善されていることが分かる。
本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載する請求項の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限らない。
本発明は，多様な形態の半導体の製造設備及び製造方法に応用されることができる。

Claims (10)

  1. 下地にアミノシラン系ガスを流して前記下地の表面にシード層を形成する工程と，
    前記シード層の上に予め設定された厚さの非晶質薄膜を形成する工程とを含み，
    前記非晶質薄膜を形成する工程は，
    ボロンがドーピングされて第１厚さを有する第１非晶質薄膜を前記シード層の上に形成する工程と，
    ボロンがドーピングされて第２厚さを有する第２非晶質薄膜を，前記第１非晶質薄膜の上に形成する工程と，を含むが，
    前記第１非晶質薄膜を形成する工程に使用される第１ソースガスは，ボロン系ガス及びシラン系ガスを含んで前記シード層に供給され，
    前記第２非晶質薄膜を形成する工程に使用される第２ソースガスは，ボロン系ガスを含んで前記第１ソースガスとは異なり，前記第１非晶質薄膜に供給される非晶質薄膜の形成方法。
  2. 前記ボロン系ガスはＢ２Ｈ６である請求項１記載の非晶質薄膜の形成方法。
  3. 前記第１ソースガスに含まれるシラン系ガスは，ＳｉＨ４である請求項１又は請求項２記載の非晶質薄膜の形成方法。
  4. 前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスはＳｉ２Ｈ６であり，前記第２非晶質薄膜はシリコン薄膜であって，
    前記第１非晶質薄膜を形成する工程は３００℃で行われ，
    前記第２非晶質薄膜を形成する工程は４００℃で行われる請求項３記載の非晶質薄膜の形成方法。
  5. 前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスはＳｉＨ４とＳｉ２Ｈ６が４：１の割合で混合され，
    前記第２非晶質薄膜はシリコン薄膜である請求項３記載の非晶質薄膜の形成方法。
  6. 前記第２ソースガスはシラン系ガス及びゲルマニウム系ガスを更に含み，
    前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスとゲルマニウム系ガスは１：２の割合で混合される請求項３記載の非晶質薄膜の形成方法。
  7. 前記第２ソースガスに含まれたシラン系ガスはＳｉＨ4であり，前記第２非晶質薄膜はシリコン薄膜であって，
    前記第１ソースガスはＮ２ １５０００ｓｃｃｍを含み，
    前記第２ソースガスはＮ２ ５０００ｓｃｃｍ，Ｈ２ ３０００ｓｃｃｍを含む請求項３記載の非晶質薄膜の形成方法。
  8. 前記第２ソースガスはゲルマニウム系ガスを含み，
    前記第２非晶質薄膜はゲルマニウム薄膜である請求項３記載の非晶質薄膜の形成方法。
  9. 前記第１厚さは２０Å以上５０Å以下であり，
    前記第２厚さは１００Å以上である請求項１記載の非晶質薄膜の形成方法。
  10. 前記予め設定された厚さは２００Å以上である請求項１記載の非晶質薄膜の形成方法。
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