JPH0722618A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0722618A
JPH0722618A JP15233093A JP15233093A JPH0722618A JP H0722618 A JPH0722618 A JP H0722618A JP 15233093 A JP15233093 A JP 15233093A JP 15233093 A JP15233093 A JP 15233093A JP H0722618 A JPH0722618 A JP H0722618A
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JP
Japan
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film
polycrystalline
amorphous
gate oxide
gate electrode
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Withdrawn
Application number
JP15233093A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Morii
啓之 森井
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】従来よりも低抵抗のゲート電極を形成する半導
体装置の製造方法を提供する。 【構成】Si基板10の表面に形成されたゲート酸化膜
12を介して、厚さ1000ÅアモルファスSi膜22
を形成する(図1(a))。次に、厚さ2500Åの多
結晶Si膜24を形成する(図1(b))。次に、多結
晶Si膜24に、Pイオンを100KeVで1×1016
cm-2注入する。これにより、多結晶Si膜24は、P
を高濃度に含有したアモルファスSi膜26に変化する
(図1(c))。その後、熱処理によりアモルファスS
i膜22,26は結晶粒径の大きな多結晶Si膜28に
変化する(図1(d))。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート酸化膜の上にゲ
ート電極を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSFET(MOSトランジスタ)の
基本構造は、Si基板の表面に厚さ数100Åのゲート
酸化膜(SiO2 )を介してゲート電極が形成され、こ
れらの左右にソースとドレインが形成された構造であ
り、一般にゲート電極は多結晶Siで形成されている。
図2を参照してゲート電極の従来の形成方法を説明す
る。
【0003】図2は、ゲート電極の従来の形成方法を示
す断面図である。先ず、Si基板10の表面に、厚さ数
100Åのゲート酸化膜12を介して、多結晶Si膜1
4を形成する(図2(a))。多結晶Siの抵抗を低下
させるために、多結晶Si膜14にP(燐)をドープ
し、Pを高濃度に含有した多結晶Si膜16を形成する
(図2(b))。多結晶Si膜14へのPドープの方法
は、リンデポ工程といわれる方法が主流である。リンデ
ポ工程とは、図2(a)に示される構造のSi基板を炉
に装入し、この炉に、POCl3 蒸気、O2 ガス、N 2
ガスを流し、900℃程度の温度で熱処理して、多結晶
Si膜14にPを拡散させるものである。このリンデポ
工程以外にも、多結晶Si膜14へPイオンをイオン注
入することにより、多結晶Si膜14にPを高濃度ドー
プする方法もある。Pを高濃度に含有した多結晶Si膜
16を形成した後は、レジスト18を用いて所定の形状
に多結晶Si膜16をエッチングし(図2(c))、そ
の後レジスト18を除去してゲート電極20を形成する
(図2(d))。
【0004】ところで、デバイスが微細化するに伴い、
抵抗が一層低いゲート電極が要求されている。ゲート電
極の抵抗を一層低くするためには、このゲート電極を構
成する多結晶Siの結晶粒内に多くのPを均一に拡散さ
せることが必要である。しかし、多結晶Siの結晶粒が
小さいと多くの結晶粒界があり、この結晶粒界にPが偏
析するため、多くのPを結晶粒内に均一に拡散させるこ
とが困難となる。
【0005】そこで、図2(a)で示される工程におい
て、多結晶Si膜14に代えてアモルファスSi膜を形
成し、このアモルファスSi膜にPをイオン注入する方
法が研究され、実施されている。この方法によれば、ア
モルファスSi膜を形成した後の熱処理でアモルファス
Si膜が結晶粒の大きな多結晶Si膜に変化し、このた
め、多くのPを結晶粒内に均一に拡散させることができ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、多結晶Si
膜は、約620℃〜630℃の範囲の温度で成膜レート
100Å/min.で形成されるのに対し、アモルファ
スSi膜は、約520℃〜550℃の範囲の温度で成膜
レート20Å/min.で形成される。従って、図2
(a)で示される工程において、多結晶Si膜14に代
えてアモルファスSi膜を同じ膜厚形成すると、処理時
間が約5倍になり、処理能力が大きく低下しスループッ
トが小さくなってしまう。また、上記のアモルファスS
i膜はシランガスを用いて形成されるが、このシランガ
スに代えてジシランガスを用いると、成膜レートが速く
なることが知られている。しかし、ジシランガスを用い
る方法では、例えば100枚のウエハを一つの炉に装入
してまとめて処理すると、1枚のウエハ内や各ウエハ間
において膜厚の均一性が悪くなり、1バッチにおける処
理枚数を減らさなければならないという問題が新たに生
じる。
【0007】また、ゲート酸化膜の上に、従来のように
多結晶Si膜のみ形成し、この多結晶Si膜に不純物を
イオン注入することにより、この多結晶Si膜をアモル
ファスSi膜に変化させる方法も考えられる。しかし、
この方法で、多結晶Si膜の全てをアモルファスSi膜
に変化させるためには、不純物イオンがゲート酸化膜を
突き抜けてしまう程度のエネルギーで不純物イオンを打
込まなくてはならない。不純物イオンがゲート酸化膜を
突き抜けてSi基板に到達すると、しきい値電圧のシフ
ト等の問題が発生する。このため、ゲート酸化膜の上に
多結晶Si膜のみを形成して不純物イオンの注入を行う
方法は採用できない。
【0008】本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも低
抵抗のゲート電極を形成する半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の半導体装置の製造方法は、ゲート酸化膜の上
にゲート電極を形成する半導体装置の製造方法におい
て、前記ゲート酸化膜の上に第1のアモルファスSi膜
を形成し、該第1のアモルファスSi膜の上に多結晶S
i膜を形成し、該多結晶Si膜に不純物イオンを注入す
ることにより該多結晶Si膜を第2のアモルファスSi
膜に変化させ、該第2のアモルファスSi膜が形成され
た基板を熱処理することにより前記第1及び第2のアモ
ルファスSi膜を多結晶Si膜に変化させることを特徴
とするものである。
【0010】ここで、ゲート酸化膜の上に形成する第1
のアモルファスSi膜に代えて、ゲート酸化膜の上に単
結晶Si膜を形成してもよい。
【0011】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法によれば、ゲー
ト酸化膜の上に第1のアモルファスSi膜が形成され、
この第1のアモルファスSi膜の上に多結晶Si膜が形
成される。この多結晶Si膜に不純物がイオン注入され
るが、このイオン注入の際のダメージ効果により、即ち
不純物イオンがSi原子に衝突して多結晶Si膜の結晶
性が破壊されることにより、多結晶Si膜は第2のアモ
ルファスSi膜に変化する。このイオン注入により形成
された第2のアモルファスSi膜及びゲート酸化膜の上
に形成された第1のアモルファスSi膜は、その後熱処
理により、結晶粒径の大きな多結晶Si膜に変化する。
このため、不純物が偏析する結晶粒界が少なくなり、不
純物はSi結晶粒内に均一に拡散する。この結果、従来
よりも一層低抵抗のゲート電極を形成することができ
る。また、不純物イオンの注入前にゲート酸化膜の上に
形成されるSi膜は、一部がアモルファスSi膜で、残
りは多結晶Si膜であるため、全てをアモルファスSi
膜にする場合に比べるとスループットは大きくなる。
尚、ゲート酸化膜の上に一旦アモルファスSi膜を形成
し、このアモルファスSi膜の上に多結晶Si膜を形成
するため、ゲート酸化膜を突き抜けてしまう程度のエネ
ルギーで不純物イオンを打込まなくても、多結晶Si膜
をアモルファスSi膜に変化させることができる。
【0012】ここで、ゲート酸化膜の上に形成する第1
のアモルファスSi膜に代えて、ゲート酸化膜の上に単
結晶Si膜を形成した場合は、この上に形成されるSi
膜も単結晶膜にかなり近い膜になる。単結晶膜に近い膜
であるほど、ウェハ面内均一性はよくなり抵抗値の抑制
も容易となる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の半導体装置の
製造方法の一実施例を説明する。図1はゲート電極の形
成を示す断面図である。先ず、Si基板10の表面に形
成された厚さ数100Åのゲート酸化膜12を介して、
SiH2 ガスを使用した減圧CVDにより約500℃の
温度で、厚さ1000ÅのアモルファスSi膜22を形
成する(図1(a))。引き続き、温度を610℃に変
え、他の条件は同じまま、厚さ2500Åの多結晶Si
膜24を形成する(図1(b))。これにより、厚さ3
500ÅのSi膜が形成される。次に、多結晶Si膜2
4にPをドープさせると共に多結晶Si膜24をアモル
ファスSi膜に変化させるために、多結晶Si膜24
に、Pイオンを100KeVで1×1016cm-2注入す
る。これにより、多結晶Si膜24は、Pを高濃度に含
有したアモルファスSi膜26に変化する(図1
(c))。その後、酸化工程などの熱処理が施される
が、これらの熱処理によりアモルファスSi膜22,2
6は結晶粒径の大きな多結晶Si膜28に変化する(図
1(d))。図2に示される従来の方法により、620
℃程度で成膜した多結晶Siの粒径は0.1〜0.2μ
m程度であるが、多結晶Si膜28の結晶粒径は1.0
μm以上となる。このため、Pが偏析する結晶粒界が少
なくなり、PはSi結晶粒内に均一に拡散する。この結
果、1×1016cm-2程度のイオン注入により、多結晶
Siの抵抗は100Ω/□となる。また、不純物イオン
の注入前にゲート酸化膜の上に形成されるSi膜は、ア
モルファスSi膜22が厚さ1000Åで、多結晶Si
膜24が厚さ2500Åである。前述のように、多結晶
Si膜の成膜レートを100Å/min.、アモルファ
スSi膜の成膜レートを20Å/min.とすると、ア
モルファスSi膜22と多結晶Si膜を形成する合計の
時間は、約75分である。これに対し、3500Åの厚
さのアモルファスSi膜を形成する時間は、約175分
になる。従って、本実施例の半導体装置の製造方法によ
れば、ゲート電極を低抵抗にでき、しかもSi膜の全て
をアモルファスSi膜にする場合に比べるとスループッ
トは大きくなる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、不純物のイオン注入を利用して多
結晶Si膜をアモルファスSi膜に変化させ、その後の
熱処理によりアモルファスSi膜を結晶粒径の大きな多
結晶Si膜に変化させているため、ゲート電極を低抵抗
にでき、しかもSi膜の全てをアモルファスSi膜にす
る場合に比べるとスループットを大きくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法によりゲート電
極を形成する工程を示す断面図である。
【図2】ゲート電極の従来の形成方法を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
10 Si基板 12 ゲート酸化膜 22 アモルファスSi膜 24 多結晶Si膜 26 Pを高濃度に含有したアモルファスSi膜 28 結晶粒径の大きな多結晶Si膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート酸化膜の上にゲート電極を形成す
    る半導体装置の製造方法において、 前記ゲート酸化膜の上に第1のアモルファスSi膜を形
    成し、 該第1のアモルファスSi膜の上に多結晶Si膜を形成
    し、 該多結晶Si膜に不純物イオンを注入することにより該
    多結晶Si膜を第2のアモルファスSi膜に変化させ、 該第2のアモルファスSi膜が形成された基板を熱処理
    することにより前記第1及び第2のアモルファスSi膜
    を多結晶Si膜に変化させることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1のアモルファスSi膜に代え
    て、単結晶Si膜を形成することを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置の製造方法。
JP15233093A 1993-06-23 1993-06-23 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH0722618A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211455B1 (en) * 1998-07-02 2001-04-03 Astropower Silicon thin-film, integrated solar cell, module, and methods of manufacturing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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