JPS6180817A - シリコン半導体への不純物ド−ピング法 - 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） 本発明は半導体装置の製造に用いられるシリコン半導体
への不純物ドーピング法に関し、特にシリコン基板上に
形成された溝の底面及び側面へ不純物を制御性よくドー
プさせる方法に関する。

（従来技術） 近年、集積回路は、主としてホトエツチングプロセスの
進歩によりその高集積化が進められてきた。しかしなが
ら更に高集積度を実現するには、ホトエツチングプロセ
スの進歩による２次元的寸法の縮小のみでは不充分であ
る。このような観点から、平面の面積の使用を極カ抑え
るプロセスが探求されておシ、例えばＬＯＣＯ３法に代
る溝素子分離やＭＯ５型ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒ
ａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ　）における溝
キャパシター等が提案されている。これらの技術はいず
れも、シリコン基板に形成された深い溝を利用するもの
である。これに伴って、狭い溝を構成するシリコン表面
に不純物を十分によい精度で拡散させる技術が必要とな
ってきた。

（発明が解決しようとする問題点） シリコン基板の表面へ精度よく不純物をドープする方法
としてはイオン注入法が知られているが、溝の側面へ不
純物を注入することは困難である。

現在、溝の内面へ不純物をドープさせる方法としては、
不純物をちらかじめドープせしめた酸化シリコン膜を溝
の内部を被う様に形成し、その後、１０００℃付近の温
度でアニールを行って、酸化シリコン膜から不純物を拡
散させる方法が実施されている。しかしながら、この方
法では１０　”　ａｎ−３以上の高濃度拡散がむつかし
く、また１０３　　以下の低い濃度における不純物濃度
の制御性が悪い等々の欠点がある。

更に、溝幅がｌＰｍ以下の様な狭い溝においては、平坦
面の約２０〜３０チの膜厚の酸化シリコン膜しか溝内に
堆積されないために、溝内の不純物濃度が５０〜８０％
に低下してしまう欠点もある。シリコン基板に形成され
た深い溝の内面へ不純物を十分よい精度でドーグする技
術は三次元集積回路の様に縦方向への素子形成を行う場
合には極めて有用である。

本発明の目的は上記問題点を解決し、溝の内面へ不純物
を十分な精度でドープするシリコン半導体への不純物ド
ーピング方法を提供することにある。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、単結晶基板表面に備えた単結晶シリコン層の
表面に溝を形成した後、少なくとも該溝の底面及び側面
及び該溝を囲んだシリコン表面に金属シリサイド膜を形
成する工程と、該金属シリサイド膜の表面の少なくとも
一部に不純物を拡散させるための開口を形成した後、該
開口より不純物ドーピングを行って、前記金属７リサイ
ドに接した前記溝内部及び周囲の単結晶シリコン表面に
不純物をドープさせる工程とを行うことを特徴とするシ
リコン半導体への不純物ドーピング法である。

（発明の原理、作用） 本発明の作用及び原理を第１図を用いて説明する。シリ
コン単結晶基板１０１に設けた溝の底面１０２及び側面
１０３及び溝を囲むシリコン単結晶基板表面１０４ｔ−
被って金属シリサイド膜１０５が形成　　１されておυ
、金属シリサイド膜の表面の一部分に不純物ドーピング
用の開口１０７が設けられている。

開口１０７より導入された不純物の金属シリサイド膜１
０５に沿っての拡散は単結晶シリコン中の拡散に比して
１０６〜１０７倍も速いために、９００℃付近のアニー
ルによって〜ｌ　Ｑ　１９ｃｍ−３の高強度不純物ドー
プ層１０８を金属シリサイドに接する溝の周囲及び内部
のシリコン表面に形成することができた。

不純物のドーピング方法としては熱拡散法及びイオン注
入法のいずれの方法を用いることも可能であったが、ド
ーピング層の濃度をより正解に制御するという観点から
はイオン注入法によった場合がより有効であった。更に
、本発明によるドーピング方法では、１μｍ以下の狭い
溝に対しても適用できる利点がある。現在、実施されて
いるドーグドオキサイド膜を通してのドーピングにおい
ては、ドープドオキサイド膜厚によって形成される不純
物拡散層の濃度が著しく影響されるため、特に１μｍ以
下の狭い清ではドープドオキサイド膜厚の減少に伴う不
純物両度の低下がみられたが、本発明では不純物拡散層
の濃度は金属７リサイド膜の膜厚の影響は殆ど受けない
ので、狭い溝内において金属ノリサイド膜が溝内におい
て薄く形成された場合にも不純物濃度の低下は殆ど生じ
なかった。

（実施例） 以下詳細な実施例を用いて本発明を説明する。

第２図は本発明の第１の実施例を説明するための概略工
程断面図である。第２図（ａ）に示した様に、まず酸化
シリコン膜２０２をマスクにしてドライエツチング法に
より溝２０３をシリコン基板２０１に形成した。次に、
マスクとして使用した酸化シリコ／膜２０２をエツチン
グした後、　　２０００人のＷシリサイド２０５を試料
全面に形成した後、ドライエッチ法により、溝及び溝周
囲のシリコン表面上以外のシリコン表面上のＷシリサイ
ド２０５をエツチングすることにより、第２図の）に示
した構造が得られた。

次に第２図（Ｃ）に示しだ様に全面に気相成長法によシ
酸化シリコン膜２０８を７５００Ａ形成し、水蒸気雰囲
気で酸化シリコン瞑の緻密化を行った後、通常のホトエ
ツチング法によシ開口２０９を形成した。次に、第２図
（ｄ）に示す様に、燐を８５０℃で２０分間拡散し不純
物ドープ層２１０をＷシリサイド膜２０６に接したシリ
コン表面に形成した。

第３図は本発明の第２の実施例を説明するための概略工
程断面図である。第３図（ａ）は第１の実施例と同様に
酸化シリコン膜３０２をマスクとして溝３０３をシリコ
ン基板３０１に形成した後、第３図の）に示しだように
、酸化シリコン膜３０２に通常のホ形成し、次に、Ｓｉ
イオンを加速電圧ｇ　Ｑ　ＫｅＶで５Ｘ　Ｉ　Ｑ　１５
ｃｍ−２注入しＭａとＳｉとの界面を混合させた後５５
０℃で２０分間の７エールを行ってＭｅとＳｉとが接す
る界面でシリサイド反応を生じさせて、その後、Ｈ２Ｏ
２系エツチング液にて酸化シリコン膜３０２上に未反応
で残存するＭ、をエツチングする−ことによシ、約１０
０ＯＡのＭｏシリサイド膜３０４を溝及びその周囲のシ
リコン表面に形成した。次に、ｄ３図（Ｃ）　Ｉｃ示し
た様に、全面に酸化シリコン膜３０５を７５０ＯＡ気相
成長法によって形成し、水蒸気算囲気で酸化シリコン膜
３０５の緻密化を行った後、通常のホトエツチング法に
よシ開口３０６を形成した。次に第３図（ｄ）に示す様
に、燐をイオン注入法によ、り　３ＱＫｅＶでｌ　Ｑ１
５ｃｍ−”注入した後、８５０℃、２０分間のアニール
を行って、燐ドープ層３０７を、鵠シリサイド膜３０４
に接したシリコン表面に形成した。また、本実施例にお
いて、ＭｅシリサイドはＭ、とＳｉとの界面の混合を目
的としたＳｉイオン注入を行ってから５５０℃のアニー
ルを行りて形成されているが、この方法は、単にアニー
ルのみによってシリナイド形成を行う場合に比較して、
得られるシリサイドの均一性や平滑性がよくかつ、開口
部への自己整合形成が可能である等々の長所があること
が知られた方法である。更に、上記の実施例では、金属
シリサイドとしてはＷ、Ｍ、シリサイドの場合について
示したが、Ｔａ、Ｔｉシリサイドにおいても、また不純
物については、燐以外にＡｓ又、ホウ素の場合について
も同様な卓効がありた。　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｉ（発明の効果） 以上のように本発明によれば、シリコン基板表面に形成
された溝の底面及び側面に不純物ドーグ居を濃度の制御
性よく形成することができる。また、不純物ドープ法と
してイオン注入を用いることにより、従来のドープドオ
キサイドからの拡散では不可能な〜ｌ　Ｑ　１７ｃｍ−
３の低濃度拡散も精度よ〈実施でき、更に　ｌ　ｐｍ程
度の狭い溝においても、昨以外の平坦なシリコン表面と
同じ濃度でドーピングを行うことができる効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためで６９、第２図、
第３図は本発明の詳細な説明するだめの概略工程断面図
である。 １０１、２０１．３ｏｌ−−−−−一基板、　　２０２
．３０２−・−・−酸化シ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板表面に備えた単結晶シリコン層に溝を形成し
   た後、金属シリサイド膜を少なくとも溝の底面及び側面
   及び溝の周囲のシリコン表面に形成する工程と、該金属
   シリサイド膜の表面の少なくとも一部分に不純物をドー
   ピングさせるための開口を形成した後、該開口部より不
   純物のドーピングを行うことによって、前記金属シリサ
   イドに接した前記溝内部及び周囲の単結晶シリコン表面
   に不純物を拡散させる工程とを行うことを特徴とするシ
   リコン半導体への不純物ドーピング法。