专利名称:用反应气体淀积的材料制作半导体器件的方法及其设备的制作方法
本发明涉及一种制作半导体器件的方法。按此方法将一些片状半导体材料安放在炉管内的反应管中加热。反应管的管壁上开有一些孔，使得每一种反应气体经过开孔进入反应管都在基片上淀积一层材料。然后，剩余气体从反应管的开放端排出。
本发明也涉及实现此方法的设备。
所说的方法特别适用于制造半导体器件，例如，器件中的多晶硅、SiO2或Si3N4分别作为接触层、绝缘层和掩膜层。这种方法按严格要求来控制器件，特别是各层的厚度和成分。在按此法淀积各层时，反应管内的气压最好是低于一个大气压，这种工艺叫做“低压化学气相淀积”工艺，或简称LPCVD工艺。
由US-PSNO4232063中得知在公开段落中所描述的一种方法。反应气体流通过炉管，经过管壁上的开孔，从基片上流过反应管，使反应气体与反应管内的基片接触。反应管的作用是使反应气体在硅片上产生均匀分布，因而使基片上的半导体材料分布均匀。
上述已知加法的不足之处在于特别接近反应管壁开孔的基片上会淀积上成分不同于所用材料的微粒。当淀积含硅层(诸如多晶硅层、二氧化硅层或氮化硅层)时在工艺中以硅烷或二氯硅烷(如果必要还添含氧或氮的化合物)作为反应气体那么硅微粒可能含有氢、氯，有时可能还含有氧、氮。所以在所说的微粒层存在的部分，能显著地改变没有或稍微有一点微粒的那部分的厚度和成分。不希望的微粒的存在可以很容易地被观测到，因为有微粒层的部分有暗淡的外观(多晶硅)或变色(SiO2，Si3N4)，而不是光亮的外观。
特别针对此目的，本发明必须提供一种在公开段落中所描述的方法，使得有可能在一些半导体片上淀积一层半导体材料，并且大大地减小所说的成分不同的微粒的出现。
本发明基于公认的事实所说的成分不同的微粒是在反应气体中分子间碰撞时发生作用得到的，也就有可能通过使气体恰当地输运的方法来防止这些微粒淀积到基片上。
为此目的，依照本发明，在公开段落中所提到的方法其特征是沿着反应管壁的外侧在炉子内产生反应气体流，仅气流的一部分经管壁的开孔进入反应管，使反应气体通过基片。试验表明，由于采用此种方法，片子不出现或基本不出现变色或暗淡斑点，因而淀积在基片上成分不同的微粒显著地减少。可以推测，仅由沿着反应管壁的外边的气流来携带比较大的微粒。因而通过管壁上的开孔进入反应管的气体中，大量的是分子较小的反应气体，少量的是气流中较大的微粒。因此，进入反应管的气体的大微粒很少，这不仅与沿反应管壁流动的气体相比较，而且特别与已知的已说明的方法通过反应管的气体相比较是很少的。因为按照本发明的方法，进一步说是基片的放置距反应管壁上的开孔很近，而且还因为反应管内部的反应气体的浓度较低，所以在气体碰到基片之前在反应气体内因不流动而形成微粒的可能性是很小的。因此，在到达基片的气体中，所说的大微粒也是微乎其微的，以致大大地减小的基片上的淀积。
依本发明的最佳方案其特征是，在管壁开孔的前边、反应管的内部安置一个致密的挡板。依本发明在一个很实用的方案中，用一个一端封闭的基片载体制成致密的挡板。基片载体一放在反应管的位置，反应管壁上的开孔就被屏蔽了。其结果是淀积在基片上的大微粒甚至可进一步减少。而且，这种挡板与有一层淀积物的基片一起从加热炉取出后，是很容易清洗的。
本发明还涉及实现此方法的设备。这种设备具有一个安置在炉子内部的反应管，管内的若干半导体材料可以用安置在炉管外边的加热单元加热。反应管的管壁上开有一些孔，用来使反应气体进入反应管，并有一个开放端，用来排放剩余气体。依本发明，这种安排的特征是，反应管还有一个封闭端，与开放端信对。在工作期间，封闭端是对着从反应管通过的反应气体流动的方向的。于是所要求的气流能够仅仅沿反应管壁的外侧产生。为了用简单方法清洗两个管道，最好将反应管与炉管安装成可拆卸的。
下面参照附图，将以举例的方式，更完整地说明本发明。在附图中图1和图2表示依本发明的方法制造半导体器件的继续步骤。
图3是实现本发明的方法纵剖面结构视图。
图4是图3所示的从Ⅳ-Ⅳ线剖视的横截面的结构图。
附图只是简单示意图，没有给出标尺，但相应的部件是用相同的参考数码表示的。
图1和图2表示依本发明的方法制造半导体器件的剖面连续步骤。原始材料是P-型硅片(1)，掺杂浓度大约为1016/Cm3。按通常方法，在其上热淀积一层厚度大约为20nm的栅氧化物(2)，用本发明的方法，在其上生长一层厚度为0.05μM的多晶硅(3)。为止目的，在大约50帕(斯卡)的气压，以每分钟50SCC的SiH4和100SCC的Ar(含有0.2SCC的PH3)通过反应器。(SCC＝标准CC＝常温常压下的1CC)在反应器内，放置70片基片，片距4.2mm。所有基片全部加热到大约为600℃的温度，然后以每分钟3.5nM的速率在基片上淀积掺磷的多晶硅。在大约1000℃热处理之后，多晶硅层电阻率变为1.0～1.7MΩ-cm。每片的层(3)的厚度大约有3%的变化，即所有的70片基片的厚度都有3%的变化。因为没有暗点，显然在基片上不会出现其成分不同于多晶硅的微粒。借助于通常的光胶掩膜(4)，多晶硅层(3)现在被刻蚀剩下图形(5)。然后，用通常的离子注入和热处理的方法，提供了掺杂浓度大约为1019/Cm3的n-型导电的源和漏区(6)。然后。用通常的方法，例如氧化多晶硅法制备使图形(5)绝缘的层(7)。然后，形成电极(8)，则得到一个场效应晶体管。
在多晶硅层(3)淀积之前，按图3和图4所示，将硅片(1)安排在炉管(10)内的反应管(11)中，由图中所示的加热单元(12)来加热。反应管(11)的管壁(13)有许多开孔(14)，反应气体通过这些孔按箭头(15)所指的方向通过基片(1)，用来淀积半导体材料层(2、3、4)。依本发明，上述过程是在以下步骤中实现的。在炉管(10)之内，沿着邀应管(11)的管壁(13)的外侧，按箭头(16)所指的方向产生反应气体流，仅仅是气流(16)的一部分按箭头(17)所示的方向，经管壁(13)上的开孔(14)流入反应管(11)。反应管(11)有一个开放端(18)，通过它排放反应管(11)内的剩余气体。从反应管(11)排出的剩余气体与沿管壁(13)按气流(16)的方向所排出的剩余气体一起如箭头(19)所示的方向排出炉管(10)。
在反应气体(15)内，特别是在炉管(10)内部，用加热单元(12)加热的区域段，由于气体分子间的碰撞发生反应，可能形成大的微粒。这些微粒可能包括硅、氢、氯、有时可能还有氧和氮。在基片(1)上是不希望有这类微粒出现的。根据下面的事实;暗点基本上不会出现在依发明按结构淀积在基片(1)上的多晶硅的层内，不希望的微粒似乎也不或基本上不穿透反应管(11)。虽然，还会有极少数的不希望的大微粒从气流(16)沿着管壁(13)通过开孔(14)进入反应管(11)。进一步说，因所安排的基片(1)距开孔(14)的距离小。又因为气体(17)在反应管(11)内部的密度低，气体分子间碰撞几率小，所以在气体到达基片之前在气体中形成不流动的、不希望的大微粒的几率也是小的。
为了进一步减弱大的不希望的微粒淀积在基片(1)上，可以在管壁(13)上的开孔(14)的前面安置一个致密的挡板。依本发明的方法的一个很实际的方案中，挡板是一个基片载体(23)的封闭侧(22)。反应管(11)基本上是水平放置的。同时，管壁(13)上的开孔(14)只在下侧(20)基本上是在反应管(11)纵的方向上延伸的一条线上排列的。反应管(11)装备有支座(21)，由支座(21)将管道(11)压在炉管(10)上。基片载体(23)有一排脚(24)，载体(23)靠这些脚(24)立于反应管(11)内。一旦基片载体(23)在反应管(11)中入位，则开孔(14)就被屏掩起来。
管壁(13)上的开孔(14)是经优选而定出这些的大小和这样的距离的，以致如果调节沿反应管纵方向上的温度，使之一致，那么所有的基片(11)上的淀积层的厚度都是相等的。因而，为了用简单的方法也能调节基片(1)的温度，用一个单个加热单元即可。再者，全部的基片在相同温度下淀积的层基本上有相同的晶粒线度。
气体(16)可能沿反应管(11)的管壁(13)以不同的方式流动。例如，反应管和炉管可以按一种方式用法兰盘互相连接，使得在两个管道之间形成了一个封闭空间。把供气和排气通路分开，则反应气体流就可以经这个封闭的空间流过。然而，更为实际的是，为反应管(11)在远距开放端(18)设置一封闭端(25)。封闭端(25)在工作是对着通过炉管(10)流过的反应气流(15)的方向的。那么所需要的气体流(16)在两个管道(10和11)所围起来的空间自动形成。
反应管(11)和基片载体(23)最好常清洗。为此目的，反应管(11)是可拆卸地安置在炉子(10)之内，而基片载体(23)是可拆卸地安置在反应管(11)之内。
当然，本发明并不限于上述具体设备，没有脱离本发明的范围，在技巧上熟练的工作人员来说，可以有象种变化。例如炉管(10)和反应管(11)表示为圆管道，当然可以是方形的，长方形的或截面不同的。在这些例子中，含硅层可以被淀积在基片上，但依本发明的方法和安排，也特别适合于淀积元素周期表中Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族的元素化合物的淀积层。
权利要求
1.一种制作半导体器件的方法，按此方法将若干半导体材料基片在安置于炉管内的反应管中加热，并有一个开有许多孔的管壁，反应气体通过这些开孔进入反应管，在基片上淀积一层材料，然后剩余气体经反应管的开放端排放出去，其特征是在炉管内沿着反应管管壁的外侧产生反应气体流，其中只有一部分气流，经管壁上的开孔通入反应管中，使反应气体流经反应管内的基片上。
2.根据权利要求
1所要求的方法，其特征是在反应管的内侧管壁上的开孔的前面，放置一个致密的挡板。
3.根据权利要求
2所要求的方法，其特征是致密的挡板用基片载体的封闭侧代替。
4.根据权利要求
3所要求的方法，其特征是管壁上的开孔基本上安排在沿反应管的纵方向延伸的一条路上。
5.根据前述任何一个权利要求
所要求的方法其特征是反应管管壁上的开孔的大小和位置是这样安排的，即如果从反应器的纵方向上看，能把温度调节到一致，则全部基片上的淀积层的厚度是相等的。
6.实现权利要求
1中所要求的方法的设备，有一个安置在炉管之内的反应管，在反应管内可装载若干片半导体材料基片，在炉管外部安置加热单元，用来加热反应管内的半导体基片，在反应管的壁上开有若干个孔，用来使反应气体通入反应管，该反应管有一个开放端，用来排放剩余气体，其特征是反应管还有一个封闭端，它与开放端相对，在工作期间，它对着经炉子通入的反应气体流的方向。
7.根据权利要求
6所要求的设备，其特征是反应管是可拆卸地安置在炉管内。
8.根据权利要求
7所要求的设备，其特征是用于容纳基片的一个基片载体是可拆卸地安置在反应管内。
9.根据权利要求
8所要求的设备，其特征是基片载体的一侧是封闭的。
专利摘要
用反应气体淀积的材料制作半导体器件的方法及其设备。
文档编号H01L21/205GK85102326SQ85102326
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者西杰森, 龙杰, 范德普特尔 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan