JPH04372125A - 多結晶シリコンの選択成長方法 - Google Patents
多結晶シリコンの選択成長方法Info
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- JPH04372125A JPH04372125A JP14912791A JP14912791A JPH04372125A JP H04372125 A JPH04372125 A JP H04372125A JP 14912791 A JP14912791 A JP 14912791A JP 14912791 A JP14912791 A JP 14912791A JP H04372125 A JPH04372125 A JP H04372125A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコンの選択成
長方法に関する。
長方法に関する。
【0002】
【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が生じてきている
。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。これはジクロルシ
ラン(SiH2 Cl2 )などの塩化水素シリコン系
ガスに塩化水素(HCl)ガスを添加し、キャリアガス
として水素(H2 )ガスを用いて行なうものである。 この方 法によれば、酸化膜等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にのみ成長させること
により、自己整合的にコンタクトの埋め込みを行なうこ
とが出来る。選択成長後に、イオン注入法で不純物を打
ち込むことより、コンタクト抵抗を下げるか、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のドーピングを
行なっている。あるいは、このような選択成長中に大量
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
め込みを行なうことも行なわれている。
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が生じてきている
。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。これはジクロルシ
ラン(SiH2 Cl2 )などの塩化水素シリコン系
ガスに塩化水素(HCl)ガスを添加し、キャリアガス
として水素(H2 )ガスを用いて行なうものである。 この方 法によれば、酸化膜等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にのみ成長させること
により、自己整合的にコンタクトの埋め込みを行なうこ
とが出来る。選択成長後に、イオン注入法で不純物を打
ち込むことより、コンタクト抵抗を下げるか、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のドーピングを
行なっている。あるいは、このような選択成長中に大量
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
め込みを行なうことも行なわれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】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
なうと、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形成される。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に、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
不良がおこる可能性がある。このような問題をさけるた
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なわれている
。しかしながら、膜にドーピングされる不純物濃度が、
実用上不十分でありイオン注入を行なう必要があったり
、あるいは基板の面方位が(100)の場合には、多結
晶化させることが困難である等の問題がある。一方、後
工程を考えると、イオン注入後のアニールを避けること
が望まれている。
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
なうと、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形成される。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に、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
不良がおこる可能性がある。このような問題をさけるた
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なわれている
。しかしながら、膜にドーピングされる不純物濃度が、
実用上不十分でありイオン注入を行なう必要があったり
、あるいは基板の面方位が(100)の場合には、多結
晶化させることが困難である等の問題がある。一方、後
工程を考えると、イオン注入後のアニールを避けること
が望まれている。
【0004】また不純度を高濃度に含んだ多結晶シリコ
ンを選択的に成長する技術は、何もコンタクトホールの
埋めこみに限らず、例えばバイポーラトランジスタのエ
ミッタポリシリコンの形成の際にも必要なものである。
ンを選択的に成長する技術は、何もコンタクトホールの
埋めこみに限らず、例えばバイポーラトランジスタのエ
ミッタポリシリコンの形成の際にも必要なものである。
【0005】本発明の目的は前記課題を解決した多結晶
シリコンの選択成長方法を提供することにある。
シリコンの選択成長方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の成長方法は、シ
リコンの原料である塩化シリコン系ガスと塩化水素ガス
とドーピングガスの他に、希釈した酸素ガスを流すこと
により、選択的に成長している結晶を多結晶化させ、高
濃度に不純物がドーピングされた多結晶膜でコンタクト
ホール等を埋め込むものである。
リコンの原料である塩化シリコン系ガスと塩化水素ガス
とドーピングガスの他に、希釈した酸素ガスを流すこと
により、選択的に成長している結晶を多結晶化させ、高
濃度に不純物がドーピングされた多結晶膜でコンタクト
ホール等を埋め込むものである。
【0007】
【作用】従来のシリコン選択エピタキシャル成長により
コンタクトホールを単結晶シリコンで埋め込んだ場合、
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。ファセット部分では成長速度が遅く、その上に
形成したアルミ電極との間でコンタクト不良を起こす可
能性がある。コンタクト不良の原因であるファセットの
形成は、膜が単結晶であることに起因している。そこで
、ファセットの形成を防ぐために、選択的に多結晶シリ
コンを成長させる技術が要求されている。従来、多結晶
化を実現するために、成長中にPあるいはAsなどの不
純物を大量にドーピングすることが行なわれている。 しかしながら、先に述べた問題点が存在する。
コンタクトホールを単結晶シリコンで埋め込んだ場合、
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。ファセット部分では成長速度が遅く、その上に
形成したアルミ電極との間でコンタクト不良を起こす可
能性がある。コンタクト不良の原因であるファセットの
形成は、膜が単結晶であることに起因している。そこで
、ファセットの形成を防ぐために、選択的に多結晶シリ
コンを成長させる技術が要求されている。従来、多結晶
化を実現するために、成長中にPあるいはAsなどの不
純物を大量にドーピングすることが行なわれている。 しかしながら、先に述べた問題点が存在する。
【0008】これに対して、本発明はコンタクトホール
を埋め込むシリコン膜の多結晶化を不純物ではなく酸素
により行なう。シリコンエピタキシャル成長中に酸素ガ
スを添加すると、成長中に表面に吸着した酸素は、エピ
タキシャル成長を阻害する。その結果、成長層が多結晶
化する。しかしながら、大量の酸素が膜中に含まれると
コンタクト抵抗が上昇する等電気的に悪影響を与える。 さらに多くの酸素が膜に含まれた場合、シリコン膜では
なく酸化膜となってしまう。そこで、膜に添加する酸素
の量は、1x102 0 〜1x102 1 atom
s/ccの間に制御するとよい。1x102 0 at
oms/ccより低濃度になると膜が多結晶化しなくな
ってしまう。 また1x102 1 atoms/ccを越えると抵抗
が次第に高くなり、コンタクトホール埋め込み用として
は適さなくなってくる。しかし抵抗が少し高くてもかま
わない用途であれば1x102 1 atoms/cc
以上ドープしてもかまわない。
を埋め込むシリコン膜の多結晶化を不純物ではなく酸素
により行なう。シリコンエピタキシャル成長中に酸素ガ
スを添加すると、成長中に表面に吸着した酸素は、エピ
タキシャル成長を阻害する。その結果、成長層が多結晶
化する。しかしながら、大量の酸素が膜中に含まれると
コンタクト抵抗が上昇する等電気的に悪影響を与える。 さらに多くの酸素が膜に含まれた場合、シリコン膜では
なく酸化膜となってしまう。そこで、膜に添加する酸素
の量は、1x102 0 〜1x102 1 atom
s/ccの間に制御するとよい。1x102 0 at
oms/ccより低濃度になると膜が多結晶化しなくな
ってしまう。 また1x102 1 atoms/ccを越えると抵抗
が次第に高くなり、コンタクトホール埋め込み用として
は適さなくなってくる。しかし抵抗が少し高くてもかま
わない用途であれば1x102 1 atoms/cc
以上ドープしてもかまわない。
【0009】不純物の固溶限界は、不純物が膜に取込ま
れることにより発生する歪エネルギーに大きく依存して
いる。AsやPなどの不純物は、シリコンと比較して大
きな原子半径を有している。一方、膜中の酸素は、その
原子半径がシリコンと比較して小さいため、不純物が膜
に取込まれることにより生じる歪エネルギーを緩和し、
固溶限界を上げる効果が生じる。 以上の結果、高濃
度に不純物が添加された多結晶シリコンにより、コンタ
クトホール等を完全に埋め込むことが可能となる。
れることにより発生する歪エネルギーに大きく依存して
いる。AsやPなどの不純物は、シリコンと比較して大
きな原子半径を有している。一方、膜中の酸素は、その
原子半径がシリコンと比較して小さいため、不純物が膜
に取込まれることにより生じる歪エネルギーを緩和し、
固溶限界を上げる効果が生じる。 以上の結果、高濃
度に不純物が添加された多結晶シリコンにより、コンタ
クトホール等を完全に埋め込むことが可能となる。
【0010】
【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。
説明する。
【0011】本発明は、シリコンの原料である塩化シリ
コン系ガスと塩化水素ガスとドーピングガスとO2 ガ
スを用いたCVD法によりシリコン多結晶する程度にO
2 を添加することにより、高濃度に不純物がドーピン
グされた多結晶を選択的に成長することで、コンタクト
ホールの自己整合的な埋め込み等に用いることを特徴と
する。
コン系ガスと塩化水素ガスとドーピングガスとO2 ガ
スを用いたCVD法によりシリコン多結晶する程度にO
2 を添加することにより、高濃度に不純物がドーピン
グされた多結晶を選択的に成長することで、コンタクト
ホールの自己整合的な埋め込み等に用いることを特徴と
する。
【0012】本発明によれば、充分な濃度の不純物がド
ーピングされた多結晶により、コンタクトホールの埋め
込み層を、自己整合的に形成することが出来る。高濃度
ドーピング層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、、HClガスの
流量比は、原料ガスや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。成長層へのドーピング量およびドーパントの種類は
、成長条件や素子条件により適宜選択される。また、結
晶中に取込まれる酸素の量は、成長条件においてO2
流量を変化させることにより1x102 0 〜1x1
02 1 atoms/ccに制御する。
ーピングされた多結晶により、コンタクトホールの埋め
込み層を、自己整合的に形成することが出来る。高濃度
ドーピング層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、、HClガスの
流量比は、原料ガスや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。成長層へのドーピング量およびドーパントの種類は
、成長条件や素子条件により適宜選択される。また、結
晶中に取込まれる酸素の量は、成長条件においてO2
流量を変化させることにより1x102 0 〜1x1
02 1 atoms/ccに制御する。
【0013】図1は本発明の方法に用いる半導体成長装
置の一例を示す概略構成図である。
置の一例を示す概略構成図である。
【0014】図において、本発明に係わる半導体成長装
置は、反応管11とSi 基板18を保持するためのサ
セプタ(SiCコートしたグラファイト製)12とSi
基板18ならびにサセプタ12を加熱する加熱装置1
3と、ボンベ14a ,14b ,14c ,14d
,14e とガスミキサー15と流量制御部(MFC:
マスフローコントローラ)16とH2 ガスの精製装置
17から構成されている。原料ガスとしては100%S
iH2 Cl2 ガス、エッチングガスとしては100
%HClガス、キャリアガスとしてはH2 ガス、ドー
ピングガスとしてAsH3 、N2 により希釈された
O2 ガスを使用している。 キャリアガスガスは高純度精製装置17により精製して
使用した。
置は、反応管11とSi 基板18を保持するためのサ
セプタ(SiCコートしたグラファイト製)12とSi
基板18ならびにサセプタ12を加熱する加熱装置1
3と、ボンベ14a ,14b ,14c ,14d
,14e とガスミキサー15と流量制御部(MFC:
マスフローコントローラ)16とH2 ガスの精製装置
17から構成されている。原料ガスとしては100%S
iH2 Cl2 ガス、エッチングガスとしては100
%HClガス、キャリアガスとしてはH2 ガス、ドー
ピングガスとしてAsH3 、N2 により希釈された
O2 ガスを使用している。 キャリアガスガスは高純度精製装置17により精製して
使用した。
【0015】図2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。図において、pチャネル型M
OSを(100)面方位のシリコン基板上に通常の方法
で作製した。ソース拡散領域21、ドレイン拡散領域2
2上のコンタクトホール23の形成後、高濃度にドーピ
ングされた多結晶24を選択的に成長させ、埋め込みを
行なった。基板の前処理としては、最初にブランソン洗
浄を行なった。次に純水により50倍に希釈したHF溶
液中で洗浄し、コンタクトホールのシリコン表面の自然
酸化膜を除去した。次に水洗して乾燥させた後、反応管
内にセットした。その後、H2 10l/min、Si
H2 Cl2 100cc/min、HCl5cc/m
in、AsH3 0.01cc/min、O2 0.0
1cc/min成長温度800℃、成長圧力25Tor
r、成長時間15分の条件で成長を行なった。その結果
、Asがドーピングされた平坦な表面を有する多結晶膜
が選択的に成長した。膜中に含まれるAsの濃度は、約
102 0 atoms/ccに達し、酸素を添加しな
いで成長を行なった場合と比較して約1桁多くドーピン
グされ、電気的に良好なコンタクトが形成された。この
ときの膜中の酸素濃度は1〜2x102 0 atom
s/ccであった。 O2 の流量を0.1cc/minにすると多結晶膜中
には一桁多い102 1 atoms/ccの酸素がド
ープされる。今回使用したSiH2 Cl2 の他に、
SiHCl3 、SiCl4 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AsH3
ガスを流すことにより行なったが、PH3 など他の
ドーピングガスを用いて行なっても同様な効果が得られ
る。
造の一例を示す図である。図において、pチャネル型M
OSを(100)面方位のシリコン基板上に通常の方法
で作製した。ソース拡散領域21、ドレイン拡散領域2
2上のコンタクトホール23の形成後、高濃度にドーピ
ングされた多結晶24を選択的に成長させ、埋め込みを
行なった。基板の前処理としては、最初にブランソン洗
浄を行なった。次に純水により50倍に希釈したHF溶
液中で洗浄し、コンタクトホールのシリコン表面の自然
酸化膜を除去した。次に水洗して乾燥させた後、反応管
内にセットした。その後、H2 10l/min、Si
H2 Cl2 100cc/min、HCl5cc/m
in、AsH3 0.01cc/min、O2 0.0
1cc/min成長温度800℃、成長圧力25Tor
r、成長時間15分の条件で成長を行なった。その結果
、Asがドーピングされた平坦な表面を有する多結晶膜
が選択的に成長した。膜中に含まれるAsの濃度は、約
102 0 atoms/ccに達し、酸素を添加しな
いで成長を行なった場合と比較して約1桁多くドーピン
グされ、電気的に良好なコンタクトが形成された。この
ときの膜中の酸素濃度は1〜2x102 0 atom
s/ccであった。 O2 の流量を0.1cc/minにすると多結晶膜中
には一桁多い102 1 atoms/ccの酸素がド
ープされる。今回使用したSiH2 Cl2 の他に、
SiHCl3 、SiCl4 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AsH3
ガスを流すことにより行なったが、PH3 など他の
ドーピングガスを用いて行なっても同様な効果が得られ
る。
【0016】またコンタクトホールの埋め込みに限らず
、バイポーラトランジスタの高濃度ポリシリコンエミッ
タを形成する際に有用である。
、バイポーラトランジスタの高濃度ポリシリコンエミッ
タを形成する際に有用である。
【0017】
【発明の効果】以上、詳細に述べた通り、本発明によれ
ば、ドーピングガスと酸素ガスを同時に流し、シリコン
膜中に1x102 0 atoms/cc以上の濃度の
酸素をドーピングすることにより成長層を多結晶化し、
同時にAsやPなどの不純物の固溶限界を高くすること
が出来る。その結果、不純物が高濃度にドーピングされ
た多結晶シリコンにより、コンタクトホールを完全に埋
め込むことやバイポーラトランジスタの高濃度ポリシリ
コンエミッタの形成が可能となる。
ば、ドーピングガスと酸素ガスを同時に流し、シリコン
膜中に1x102 0 atoms/cc以上の濃度の
酸素をドーピングすることにより成長層を多結晶化し、
同時にAsやPなどの不純物の固溶限界を高くすること
が出来る。その結果、不純物が高濃度にドーピングされ
た多結晶シリコンにより、コンタクトホールを完全に埋
め込むことやバイポーラトランジスタの高濃度ポリシリ
コンエミッタの形成が可能となる。
【図1】本発明の方法に用いる半導体装置の一例を示す
概略構成図。
概略構成図。
【図2】本発明の方法に用いる基板構造の一例を示す概
略構成図である。
略構成図である。
11 反応管
12 サセプタ
13 加熱装置
14 ボンベ
15 ガスミキサー
16 流量制御部
17 精製装置
18 基板
21 ソース拡散領域
22 ドレイン拡散領域
23 コンタクトホール
24 多結晶シリコン
Claims (1)
- 【請求項1】 水素還元法によるシリコン選択成長中
に、ドーピングガスと同時に酸素ガスを流し膜中に1x
102 0 atoms/cc以上の酸素をドーピング
することにより、不純が高濃度にドーピングされた多結
晶シリコンをシリコン表面が露出した部分にのみ選択的
に成長させることを特徴とする多結晶シリコンの選択成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14912791A JP2727795B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 多結晶シリコンの選択成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14912791A JP2727795B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 多結晶シリコンの選択成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04372125A true JPH04372125A (ja) | 1992-12-25 |
| JP2727795B2 JP2727795B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=15468321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14912791A Expired - Fee Related JP2727795B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 多結晶シリコンの選択成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2727795B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0717435A1 (en) * | 1994-12-01 | 1996-06-19 | AT&T Corp. | Process for controlling dopant diffusion in a semiconductor layer and semiconductor layer formed thereby |
| US6713359B1 (en) | 1999-05-06 | 2004-03-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same including raised source/drain comprising SiGe or SiC |
| JP2012169391A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Sumco Corp | トレンチ埋め込みエピタキシャル成長条件の最適化方法 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP14912791A patent/JP2727795B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0717435A1 (en) * | 1994-12-01 | 1996-06-19 | AT&T Corp. | Process for controlling dopant diffusion in a semiconductor layer and semiconductor layer formed thereby |
| US5731626A (en) * | 1994-12-01 | 1998-03-24 | Lucent Technologies Inc. | Process for controlling dopant diffusion in a semiconductor layer and semiconductor layer formed thereby |
| US6713359B1 (en) | 1999-05-06 | 2004-03-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same including raised source/drain comprising SiGe or SiC |
| US6794713B2 (en) | 1999-05-06 | 2004-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same including a dual layer raised source and drain |
| JP2012169391A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Sumco Corp | トレンチ埋め込みエピタキシャル成長条件の最適化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2727795B2 (ja) | 1998-03-18 |
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