JPH043422A - コンタクトホールの埋め込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野１ 本発明はコンタクトホールの埋め込み方法に関し、多結
晶炭化珪素とその上のシリコンを自己整合的に埋め込む
ことによる平坦な表面形状をもつコンタクトホール埋め
込み方法に関する。

［従来の技術］ 素子のサイズが年々小さくなり、それに伴いアスペクト
比の高いコンタクトホールを埋め込む必要が出てきてい
る。このように、アスペクト比が高くなってくると、従
来のアルミコンタクトだけでは、完全に埋め込むことが
困難となるなどの問題点が出てきている。このような微
細素子のコンタクト埋め込み法の一つとして、シリコン
選択成長技術がある。５ｉＨ２ＣＲ２などの塩化水素系
ガスにＨＣＱガス添加し、キャリアガスとして水素ガス
を用いて成長を行うことにより、酸化膜などの誘電体膜
上にはシリコンが成長しないが、シリコン表面が露出し
ている部分、すなわちコンタクトホール部分のみにシリ
コンが選択的に成長する。このようにして、シリコンを
選択的にコンタクトホール部分にのみ成長させることに
より、埋め込みを行うことができる。選択成長後に、イ
オン注入法により不純物を打ち込むことによりコンタク
ト抵抗をさげる。あるいは、成長中に原料ガスとともに
ＰＨ３などの不純物ガスを流すことにより、シリコン結
晶に不純物ドーピングを行っている。あるいは、このよ
うな選択エピタキシャル成長技術の応用として、成長中
に大量に不純物をドーピングさせることにより結晶を多
結晶化し、それを選択的に成長させ、コンタクトホール
の埋め込みを行うことも行われている。

［発明が解決しようとする課題１ 例えば、ＭＯＳトランジスタのソースあるいはドレイン
拡散層上のコンタクトホールの埋め込みを、通常のシリ
コンの選択成長により行うと、埋め込んだ膜は単結晶に
なる。この場合、側壁と膜の界面にはファセットが発生
する。このファセットは、他の部分と比較して成長速度
が遅いため、平坦な膜が得られない、このため、凹んだ
部分でコンタクト不良が起こる可能性がある。このよう
な問題を避けるためには、多結晶を選択成長することが
要求されるが、先に述べたように通常のシリコン選択成
長では、多結晶は成長しない。そこで、成長中に不純物
を大量にドーピングすることにより多結晶化させる試み
が行われている。しかしながら、多結晶化する程に大量
にドーピングを行うと、表面が荒れてしまうという問題
が出てくる。一方、後工程を考えると、出来る限り平坦
な表面をもつ多結晶によりコンタクトホールを埋め込む
ことが要求されている。

本発明の目的は前記課題を解決したコンタクトホールの
埋め込み方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 前記目的を達成するため、本発明に係るコンタクトホー
ルの埋め込み方法においては、シリコンの原料である塩
化シリコン系ガスと炭素の原料である炭化水素系ガスと
塩化水素ガスとを用いたＣＶＤ法により薄い多結晶炭化
珪素層を選択的にコンタクトホールに堆積させ、さらに
コンタクトホール内の薄い多結晶炭化珪素層上に多結晶
シリコンを選択的に成長させることによりコンタクトホ
ールを埋め込むものである。

〔作用〕

コンタクトホールを埋め込んだ膜の表面が平坦にならな
い原因は次の二つに大別される。第１に、コンタクトホ
ールをシリコン選択エピタキシャル成長技術により埋め
込んだ場合、ファセットと呼ばれる構造が側壁と膜が接
した部分に発生する。

このファセット部分は、成長速度が遅いために、平坦な
表面ではなくその部分たけ凹んだ形状になる。このため
、このように形成したシリコンの上にアルミで電極を形
成した場合に、凹んだ部分でコンタクト不良を起こす可
能性がある。このようなファセット発生は、埋め込んだ
結晶が単結晶であることに起因している。そこで、ファ
セットを防ぐために、選択的に多結晶シリコンを成長さ
せる試みが行われている。通常の成長では単結晶が成長
することから、多結晶シリコンを選択成長させるために
、選択成長中にＰ（リン）などの不純物を大量にドーピ
ングすることが行われている。しかしながら、大量にド
ーピングを行うと、Ｐの偏析などが起こるなどの原因に
より表面が荒れてしまうことがある。以上のような理由
により、平坦な表面をもつ多結晶シリコンによりコンタ
クトホールを埋め込むことが困難となっている。

これに対し、シリコン上に炭化珪素を成長させた場合、
成長温度が低いと多結晶の炭化珪素が成長する。このよ
うな炭化珪素は、炭素の原料ガスとシリコンの原料カス
の他にＨＣＱガスを用いた成長法により、選択的にシリ
コン上に成長させることが出来る。このように成長した
多結晶炭化珪素の上にシリコンを連続させる場合には、
シリコン単結晶ではなく、多結晶が成長する。さらに、
多結晶炭化珪素上とマスク材として用いた酸化膜などの
誘電体上では、シリコンの成長に際して選択性が表われ
る。すなわち、多結晶炭化珪素上には、多結晶シリコン
が成長するが、誘電体膜上には成長が起こらないように
することが可能である。この結果、コンタクトホールを
多結晶により完全に埋め込むことが可能となる。

Ｌ実施例］ 次に本発明について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、コンタクトホールを形成した後、シリコンの
原料である塩化シリコン系ガスと炭素の原料である炭化
水素系ガスと塩化水素ガスを用いたＣＶＤ法により薄い
多結晶炭化珪素層を選択的にコンタクトホールに堆積さ
せ、その後、多結晶シリコンをその上に選択的に成長さ
せることによりコンタクトホールを埋め込むことを特徴
とするコンタクトホール埋め込み方法である。

本発明によれば、平坦な表面をもつコンタクト埋め込み
層を、自己整合的に形成することができる。炭化珪素膜
ならびにシリコン膜をコンタクトホール部分に選択的に
成長させるための、原料ガス、キャリアガス、　）（Ｃ
Ｑガスの流量比は、原料ガスならびにキャリアガスの種
類や成長条件によって異なり、使用されるガスの種類な
らびに成長条件によって選択性が得られる最適の割合に
適宜選択され得る。また、膜への不純物添加に関しても
、コンタクト埋め込み層を形成した後、イオン注入によ
り行うか、あるいは膜を堆積させる際の上記のガスの他
にドーピングガスを流すことによって行う。あるいは、
両方法を併用して行う。どの方法を用いるかは、適宜選
択され得る。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の方法に用いられる半導体成長装置の一
例を示す概略構成図である。

図において、本発明に係る半導体成長装置は、反応管１
１と、Ｓｉの基板１８を保持するためのサセプタ（Ｓ　
ｉ　Ｃコートしたグラファイト製）１２と、基板１８な
らびにサセプタ１２を加熱する加熱装置１３と、ボンベ
＋４ａ、　１４ｂ、　１４ｃ、　１４ｄ、　１４ｅ　と
、ガスミキサー１５と、流量制御部１６と、水素ガスの
精製装置１７とから構成されている。原料ガスとしては
１００％５ｉＨ２Ｃ１１ｚガス、１００％Ｃ３Ｈａガス
、エツチングガスとしては１００％Ｈ（４ガス、キャリ
アガスとしては水素、ドーピングガスとしてはＰＨ３を
使用している。キャリアガスは高純度精製装置１７によ
り精製して使用した。

第２図は本発明の方法に用いられる基板の構造の一例を
示す図である。第２図において、基板にはｐチャネル型
のＭＯＳを通常の方法にて作製した。

ソース拡散領域２１、ドレイン拡散層２２上のコンタク
トホール２３の形成後、コンタクトホール２３の部分を
炭化珪素とシリコンで埋め込むことを行った。

基板の前処理としては、最初にブランソン洗浄を行った
。次に、５０倍に希釈した１−ＩＦ溶液中で洗浄し、コ
ンタクトホール２３の開口底部のシリコン表面の自然酸
化膜を除去した後、水洗し乾燥した後、反応管ｌｌ内に
セットした。その後、水素５１／ｍｉｎ、　Ｃ３ＨＢＩ
Ｏｃｃ／ｍｉｎ、　５ｉＨ２（、Ｑ２５ｃｃ／ｍｉｎ、
　ＨＣＱ１２０ｃｃ／ｍｉｎ、　ＰＨ３０，Ｉｃｅ／ｍ
ｉｎ、成長温度８００°Ｃ１成長圧力２５Ｔｏｒｒ、成
長時間５分の条件で成長を行った。その結果、膜厚２ｎ
ｍのＰドープ多結晶ＳｉＣ膜２４をコンタクトホール２
３内に選択的に成長できた。つづいて、５ｉＨ２ＣＱ２
３０ｃｃ／ｍｉｎ、ＨＣＱ２０ｃｃ／ｍｉｎ、　ＰＨ３
０，ｌｃｃ／ｍｉｎ、成長温度８００℃、成長圧力２５
Ｔｏｒｒ、成長時間１５分の条件で成長を行った。その
結果、ＳｉＣ膜２膜上４上択的に、Ｐドープされた多結
晶シリコン２５が選択的に成長し、コンタクトホール２
３が完全に埋め込まれた。コンタクトの電気的特性は、
はぼ線形の電流対電圧特性が得られ、構造的にも電気的
にも良好なコンタクトが形成された。今回、シリコンの
原料ガスとしては、今回使用したＳ　ｉ　Ｈ２ＣＱ２の
他に、５ｉＨＣ１！３、Ｓ　ｉ　ＣＱ＜などを用いても
良い。炭素の原料ガスとして、０２Ｈ２、ＣＨ４などを
用いても良い。

今回の実施例においては、ドーピングは成長中にドーピ
ングガスを流すことにより行ったが、イオン注入技術を
用いて行っても同様な効果が得られる。

［発明の効果］ 以上、詳細に述べたとおり、本発明によれば、コンタク
トホールを埋め込む際に、コンタクトホールを開けた後
、最初に炭化珪素を選択的に成長させ、その後連続して
シリコンの選択成長を行うことにより、平坦な表面をも
つ多結晶シリコンでコンタクトホールを完全に埋め込む
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いられる半導体装置の一例を
示す概略構成図、第２図は本発明の方法に用いられる基
板構造の一例を示す概略構成図である。 ２１・・・ソース　　　　　　　２２・・・ドレイン２
３・・・コンタクトホール　２４・・・ＳｉＣ膜２５・
・・多結晶シリコン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコンの原料である塩化シリコン系ガスと炭素
   の原料である炭化水素系ガスと塩化水素ガスとを用いた
   ＣＶＤ法により薄い多結晶炭化珪素層を選択的にコンタ
   クトホールに堆積させ、さらにコンタクトホール内の薄
   い多結晶炭化珪素層上に多結晶シリコンを選択的に成長
   させることによりコンタクトホールを埋め込むことを特
   徴とするコンタクトホールの埋め込み方法。