JPS63299363A - リンをド−プしたポリシリコン膜の形成方法 - 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 本発明は半導体デバイスのゲート電極や配線材料として
用いられるリンをドープしたポリシリコン膜の形成方法
に関するものである。

従来の技術 リンをドープしたポリシリコン膜は、シリコンゲー）Ｍ
ＯＳデバイスのゲート電極、あるいは配線材料として重
要な技術となっている。以下、まず従来から行われてい
りリンをドープしたポリシリコン膜の形成方法について
説明する。

初めにポリシリコン膜を気相成長法により堆積させる。

第２図に一般に使用されている気相成長装置の概略図を
示す。石英チューブでできた反応管１の中に石英ボート
２に多数枚並べた半導体ウェハ３を投入して０．１〜Ｉ
　Ｔｏｒｒの減圧下でモノシランガス（ＳｔＨ４）をガ
ス導入口４から流しながら、反応管１の周囲に設けた抵
抗加熱ヒータ６でＳＯＯ〜６６０℃に加熱して成長させ
る。次に拡散炉（上記の気相成長装置と類似した反応管
を有する）に半導体ウェハを移してホスフィン（ＰＨ３
）と酸素（ｏ２）を常圧下で流しながら約１ｏＯｏ℃で
処理する。ご五によりリンをドープしたポリシリコン膜
が形成される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような方法では、ポリシリコン膜表
面が酸化されるため、後でフッ酸等のエツチング液によ
り表面の酸化膜を除去する工程が必要となる。また、ポ
リシリコン膜の気相成長においては一般に半導体ウニへ
間の膜厚を均一にするため反応管１のガス導入側の温度
を低くして排気側はど温度が高くなるよって設定してい
る。従って生成したポリシリコン膜はそれぞれの半導体
ウェハで膜厚はほぼ均一となるが粒径が異なってしまう
。さらに拡散炉におけるリンをドープする際粒径の増大
を招いてしまい、最終的に形成されたポリシリコン膜は
結晶粒が大きく、かつ不均一なものとなってしまう。ま
たエツチングに際しては、結晶粒にそって起こりやすい
ため高精度な回路形成が困難となり、今後微細化、高集
積度化がますます進んでいくデバイスに適用するための
課題の一つとなっている。

そこで、これらを解決する手段として、ポリシリコン膜
の気相成長と同時にリンを堆積させる方法が提唱されて
いる。しかしながら、原料ガスにシランガスを使用した
場合、リンの発生源であるホスフィンガスの添加により
成長速度が大巾に低下してしまう。また、この方法で形
成したリンをドープしたポリシリコン膜はそのままでは
抵抗が高くゲート電極などに使用できないため、後工程
として熱処理が必要となるが、この時に粒径の増大を招
くことになり問題が残る。

そこで本発明は、今後の半導体デバイスの微細化、高集
積度化に対応しうる良好な粒径を有するリンをドープし
たポリシリコン膜の形成方法を提供するものである。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決する本発明の技術的な手段は、
まず原料ガスにジシランガスとホスフィンガスを用いて
気相成長によりリンをドープした非晶質のシリコン膜を
形成し、次に熱処理を施してリンをドープしたポリシリ
コン膜を得ようというものである。

作　　用 この技術的手段による作用−次のようＫなる。

すなわち、原料ガスにジシランガスを用いるとホスフィ
ンを添加しても成長速度が低下せず、しかもこの気相成
長において、非晶質のシリコン膜を形成することで、次
に熱処理を施しても粒径を従来方法より小さな状態に維
持でき、微細化に適した良好なリンをドープしたポリシ
リコア膜ヲ９ｊＪ果的に形成できるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照しながら説明
する。まず、リンをドープした非晶質シリコン膜を気相
成長する。第１図は本実施例で使用した気相成長装置の
概略図を示したものである。

反応室６は内部に水冷溝７が施されたステンレスよりな
る壁面部材８と、上部に設けた透明石英プレート９から
構成されている。この透明石英プレート９はｏリング等
の既知のガスシール手段で上記壁面部材８に固定されて
いる。反応室６の側壁の一端にはガス供給口１ｏが設け
てあり、該ガス供給口１０にはジシラン、ホスフィンお
よびキャリアガスとして窒素ガスを所定流量供給すべく
流量計１１．１２．１３を介して設けられたガス供給管
１４が結合している。反応室６の他端には図示しないロ
ータリーポンプなどの真空排気装置と連結したガス排気
口１５が設けである。また反応室６の外部上方には、加
熱ブロック１６が取り付けである。この加熱ブロック１
６は赤外線ラング１７が複数本配列され、それらの上部
には反射鏡１８が配置された構造になっている。反応室
６の内部には、ウェハを載置するＳｉＣでコーティング
されたグラファイトよりなるウェハ支持台１９が設置さ
れている。ウェハ支持台１９は支持ポスト２０により回
転手段２１に連結されている。また反応室６の排気側壁
面には、その途中に流量計２２を設けた不活性ガス供給
管２３に連結され、透明石英プレート９の下面に近接し
た位置に開口を有する不活性ガス供給口２４が形成され
ている。更に、不活性ガス供給口２４の下方近接した位
置に反応室側壁の突出部２６に外周を支持され、透明石
英プレート９の下面との間で不活性ガス供給口２４から
供給される不活性ガスが矢印のようにまず透明石英プレ
ート９の下面に沿って流れ、続いてガス供給口１０側で
折り返して反応室６内に噴出するように、流路を形成す
る透明石英製の仕切板２６が設けである。これは、仕切
板２６から不活性ガスを噴出させることによりジシラン
あるいはホスフィンガスが前記透明石英プレート９．お
よび仕切板２６に接触することを防止して不要な膜付着
を起こさないためである。

上記構成による気相成長装置を用いてリンをドープした
非晶質シリコン膜を成長させた。まずウェハをウェハ支
持台１９に載置し、回転手段で回転させながら赤外線ラ
ンプ１７によりウェハ温度を６５０℃に設定した。つい
で流量計１３によりキャリアガスとしての窒素ガスをＱ
　５７３　／　ｍｉ　ｎ　。

および流量計２２で不活性ガスとして同様に窒素ガス２
１ｊ　／　ｍｉｎをそれぞれガス供給口１０．および不
活性ガス供給口２４から反応室ｅ内に供給し、同時にガ
ス排気口１５から排気しながら反応室６の圧力をほぼ５
　Ｔｏｒｒに保持した。次にこの状態で流量計１１．１
２を通じてジシラン２０ｃｃ／　ｍｉｎ　。

ホスフィン２．４　ｃｃ／　ｍｉｎの割合で供給し２分
間成長を行った。ウェハ上に形成された膜は電子線回折
で確認したところノ・ローパターンが示され非晶質であ
った。

次に結晶化をはかるため熱処理をほどこし丸。

従来例で説明した拡散炉にウェハを投入し窒素雰囲気下
１０００’Ｃ，３０分処理した。このようにして形成し
たリンをドープしたポリシリコン膜を従来方法で形成し
た膜と透過型電子顕微鏡を用いて比較評価した結果、本
実施例で形成したポリシリコン膜は結晶粒の均一性、大
きさも良好なものであることがわかった。

なお、上記の実施例ではキャリアガスおよび不活性ガス
として窒素を用いたが、これに限定されるものでなく例
えばヘリウム等反応を起さないガスであれば使用可能で
ある。また、本実施例では熱処理に抵抗加熱ヒータを加
熱源とする装置を使用したが、ランプ加熱を採用した熱
処理炉のほうが処理時間が短かくてすみ本発明の効果が
さらにあがることが期待される。

発明の効果 以上のように本発明は、まず気相成長でリンをドープし
た非晶質シリコンを形成後、熱処理により多結晶化を行
うものであり、良好な粒径を有するリンをドープしたポ
リシリコン膜を効率的に得ることができ、微細化、高集
積化が進む半導体デバイスに適した方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で使用した気相成長装置の概略
図、第２図は従来の気相成長に使用された気相成長装置
の断面概略図である。 ６・・・・・・反応室、１７・・・・・・赤外線ランプ
、１９・・・・・・ウェハ支持台。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ホスフィンガスとジシランガスの気相成長により、リン
   をドープした非晶質シリコン膜を形成した後、熱処理に
   よりシリコンの多結晶化を行うことを特徴とするリンを
   ドープしたポリシリコン膜の形成方法。