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JPH05234900A - 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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Publication number
JPH05234900A
JPH05234900A JP4031169A JP3116992A JPH05234900A JP H05234900 A JPH05234900 A JP H05234900A JP 4031169 A JP4031169 A JP 4031169A JP 3116992 A JP3116992 A JP 3116992A JP H05234900 A JPH05234900 A JP H05234900A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
film
semiconductor device
impurities
silicon film
Prior art date
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Withdrawn
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JP4031169A
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English (en)
Inventor
Shizuo Oguro
志津夫 小黒
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】不純物を混入させた多結晶シリコン膜を半導体
記憶装置の容量電極等に適用するために充分なステップ
カバレッジを得ることを可能とする。 【構成】多結晶シリコン膜を堆積させる工程において、
不純物を混入させるためのガスを同時に導入して非晶質
シリコンを堆積し、後の熱処理により伝導性の高い多結
晶シリコンとする。 【効果】ステップカバレッジの良好な多結晶シリコン膜
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、とくに多結晶シリコン薄膜の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置の容量電極やコンタクト
埋没などに適用される従来の不純物を混入した多結晶シ
リコン薄膜の製造方法の一例として、シリコン基板1表
面に形成し、図2に示すように、井戸型の形状をしたシ
リコン酸化膜2上にCVD法によりSiH4 などの成膜
ガスを用いて600〜750℃の成膜温度で多結晶シリ
コン膜4を堆積した後、オキシ酸化リン(POSl3
などを用いて不純物(この場合はリン:P)の拡散源を
多結晶シリコン膜表面に作り、800〜1000℃,3
0分程度の熱処理で不純物を多結晶シリコン膜中に拡散
させた後に、膜表面の拡散源を取り除いて低抵抗の電極
を製造する方法がある(拡散法)。またこの不純物を拡
散させる工程を簡略化するために、多結晶シリコン4を
堆積させる際、成長ガスと同時に不純物を供給するため
のホスフィン(PH3 )などのガスを用いてin si
tu ドーピング(不純物を膜中に混入させるためのガ
スを同時に導入しこれによるドーピング)し、不純物
(P)を膜中に混入させて電極を製造する方法もある。
この技術はT.Morie and J.Murot
a:Jpn.J.Appl.Phys.23(198
4)L482.に記してある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このin situ
ドーピングにより方法として、ドーピングを行いながら
600℃程度の成膜温度で多結晶シリコンを堆積する
と、同じ温度でドーピングを行わずに堆積した場合に比
べて、不純物を導入するためのガスやそれらから発生す
る反応物質により井戸型の内部での堆積が抑制され、井
戸型の内部に比べて開孔部が狭くなる。この様にステッ
プカバレッジ(下地の形状に沿った堆積の度合)が非常
に悪く、その結果、後に作製する容量絶縁膜が均一な膜
厚にならずに局所的な電解集中などによる耐圧の減少が
起こり、また極度に薄い容量電極部分ではそれ自体の断
線も起こり易い。特に半導体装置の高集積化が進むにつ
れて容量部の微細化も重要となり、十分なステップカバ
レッジが得られないと、その容量特性が著しく劣ってし
まい、容量電極としての信頼性が悪くなる。
【0004】また、半導体装置の高集積化の中、上層部
と下層部を電気的につなぐための接続孔(コンタクトホ
ール)を低抵抗で完全に埋める技術が必要とされている
が、従来の技術のin situ ドーピング法におい
ては、ステップカバレッジが悪いために、コンタクトホ
ールの内部が完全に多結晶シリコンで埋め尽くされず、
高抵抗で信頼性の悪いコンタクトとなってしまう。
【0005】以上の様に、高集積化の進んだ半導体装置
への適用を満足するためには、完全なステップカバレッ
ジが得られる低抵抗な電極の作製方法が必要である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、各種半導体装
置製造工程中、不純物を混入させた多結晶シリコン膜を
平坦でない下地の形状に忠実に沿って堆積させる工程に
おいて、CVD法により450〜550℃で非晶質シリ
コン膜を堆積させる。また、その非晶質シリコンを堆積
する際にin situ ドーピングを行う。また、そ
の後の600〜1000℃の熱処理により抵抗率10m
Ω・cm以下の多結晶シリコンを成膜する。
【0007】非晶質状態で成膜することにより、不純物
を導入するガスの影響がほとんど現れず、直接多結晶成
膜させた場合に比べてステップカバレッジが向上する。
また、熱処理で多結晶化させた後もそのステップカバレ
ッジは維持されたままで、伝導性の高い多結晶シリコン
となる。
【0008】
【実施例】次に添付図面を参照しながら、本発明の実施
例を具体的に説明する。
【0009】第1の実施例として、シリコン基板1上
に、図1に示す様な幅0.6μm,深さ1μmの溝を持
った膜厚1.5μmの酸化膜2を作成し、その上に非晶
質シリコン3を堆積させた。その際、縦型減圧CVD装
置を使用し、堆積温度470℃,圧力0.2Torr一
定に保ち、非晶質シリコンの成長ガスとしてジシランを
100sccm,不純物としてリン(P)を混入させる
ためのガスとしてはヘリウム(He)によるPH3 の4
%希釈ガスを120sccm,また窒素ガスを180s
ccm流して非晶質シリコン3を200nm堆積させ、
その結果得られた非晶質シリコンを窒素雰囲気中900
℃,20分の熱処理を行い、完全に結晶化させた。そう
して得られた多結晶シリコン薄膜の様子を走査型電子顕
微鏡で観測し、ステップカバレッジの程度を図3の手法
で算出した。また比較のために、従来の方法を用いて直
接多結晶シリコン膜の成膜も行った。その時の条件とし
ては、in situ ドーピング法では堆積温度を6
00℃とした以外は先の条件と同様である。また拡散法
の例として、ドーピングを行わずに堆積温度600℃,
ジシラン100sccm,窒素300sccmで多結晶
シリコン膜を成膜した。その結果、in situ ド
ーピング法でのステップカバレッジがb/a=0.3
7,c/a=0.42と非常に悪く、拡散法においては
b/a=0.82,c/a=0.82であるのに対し、
本発明の方法を用いるとb/a=0.88,c/a=
0.90と改善された。
【0010】今回は非晶質シリコン膜の堆積温度を47
0℃としたが、450〜550℃の範囲で非晶質シリコ
ンを堆積しても同様にステップカバレッジの向上が見ら
れる。
【0011】また、実際に半導体記憶装置の容量電極に
適用した場合を以下に示す。
【0012】シリコン基板1上に、図4に示す様な広さ
1μm×1μm,深さ1μmの井戸型の穴を作った酸化
膜2を作成し、その上に下部電極5として非晶質シリコ
を200nm堆積させた(図4(a))。その時の条件
は、先の例と同様である。その上に10nmと容量絶縁
膜6を堆積し(図4(b))、再び上部電極7として非
晶質シリコンを堆積,900℃,20分の熱処理をして
再非晶質シリコンを結晶化させた(図4(c))。こう
して作製した容量の耐圧測定を行ったところ、図5
(a)の様に9MV/cm以上の耐圧を示したものが9
8%と、従来の方法のうち拡散法による図5(b)の9
2%に比べ、良品率が増加している。
【0013】第2の実施例として、半導体装置のコンタ
クトホールの埋め込みに本発明を用いた例を示す。
【0014】図6に様に、シリコン基板1上の、圧さ1
μmの酸化膜2に直径0.4μmの孔を開け、そこに非
晶質シリコンおよび多結晶シリコンをそれぞれ堆積温度
470℃,600℃でin situ ドーピングしな
がら堆積させ、900℃,20分の熱処理を行った。以
上プロセスにおける他の条件は第1の実施例と同様であ
る。その結果得られたコンタクトホールの断面図を図6
(a),(b)に示す。多結晶成膜した場合には、図6
(b)の様に孔の途中に空乏8ができてしまっているの
に対し、非晶質成膜した場合は図6(a)の様に完全に
孔を埋め尽くしている。また、シリコン基板と多結晶シ
リコン間の抵抗を測定したところ、多結晶成膜した物は
1.5kΩと、コンタクトホール中の空乏8が抵抗値を
引き上げており、一方、本発明の方法では450Ωと充
分低い抵抗値を示している。
【0015】以上第1の実施例および第2の実施例にお
いて、非晶質シリコンの熱処理温度を900℃で行った
が、それは600〜1000℃の範囲で行っても同様の
効果が得られる。しかしながら、600℃より低い温度
では結晶化するのにかなりの長時間が必要となり実用的
ではい。一方高温での熱処理においては、非晶質シリコ
ンから下地の基板への不純物の拡散や他の部分での望ま
しくない不純物の拡散が起こり、その他、半導体装置へ
熱の影響を考えると1000℃が限界である。
【0016】また、抵抗率の制御に関しては、電極とし
て使用する以上、低抵抗になることが望ましい。実際、
今回の実施例の成膜条件では、熱処理後の多結晶シリコ
ンの抵抗率は0.55mΩ・cmと低い値になってい
る。しかし、許容される抵抗値の上限から考えると、各
種半導体装置の電極やコンタクトホールのサイズにもよ
るが、10mΩ・cm以下の抵抗率を有する多結晶シリ
コンであるならば、コンタクトとして利用可能である。
【0017】
【発明の効果】この発明は以上説明した通り、不純物を
混入させながら非晶質シリコンを堆積させ、後の熱処理
により多結晶化させる事におり、ステップカバレッジの
良好な低抵抗の多結晶シリコン薄膜を得ることができ、
半導体記憶装置の容量特性が向上するという効果があ
る。また、コンタクトホールの埋め込みにおいても、途
中に空乏を作ることなく、低抵抗のコンタクトを作るこ
とができる。
【0018】同様に良好なステップカバレッジが得られ
る方法として、不純物を混入せずに多結晶シリコン膜を
堆積し、後に不純物を多結晶シリコン内部に拡散させる
方法があるが、この方法では、微細化するコンタクトの
内部に均一に不純物を拡散することは不可能になる。こ
れに対して本発明の方法を用いることにより、不純物を
拡散させる工程を減らすことができ、かつ微細コンタク
トに対しても均一な不純物ドーピングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における非晶質シリコン
膜堆積時の断面図。
【図2】従来の技術により多結晶シリコン膜堆積時の断
面図。
【図3】ステップカバレッジ評価方法を示した図。
【図4】本発明の第1の実施例における容量作成時各工
程の断面図。
【図5】本発明の第1の実施例における耐圧測定結果を
示す図、(a)は本発明による方法を用いた結果であ
り、(b)は従来の拡散法を用いた結果である。
【図6】本発明の第2の実施例における断面構造図、
(a)は本発明による方法を用いた結果であり、(b)
は従来のin situ ドーピング法を用いた結果で
ある。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 非晶質シリコン 4 多結晶シリコン 5 容量下部電極 6 容量絶縁膜 7 容量上部電極 8 空乏

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置製造工程中、不純物を混入さ
    せた多結晶シリコン膜を段差のある下地の形状に沿って
    堆積させる工程において、化学的気相成長(CVD)法
    により、シラン(SiH4 )もしくはジシラン(Si2
    6 )を成膜ガスとして、450〜550℃の堆積温度
    で非晶質シリコン膜を堆積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CVD法による非晶質シリコン膜の
    堆積において、不純物を膜中に混入させるためのガスを
    同時に導入して、後の熱処理により低抵抗率の多結晶シ
    リコを成膜することを特徴とする、請求項1に記載の半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記非晶質シリコンの熱処理において、
    その温度範囲が600〜1000℃であることを特徴と
    する、請求項1もしくは請求項2に記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記低抵抗率の多結晶シリコンにおい
    て、その低抵抗率が10mΩ・cm以下であることを特
    徴とする、請求項1もしくは請求項2に記載の半導体装
    置の製造方法。
JP4031169A 1992-02-19 1992-02-19 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH05234900A (ja)

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