JPH043422A - Contact hole burying method - Google Patents
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野１
本発明はコンタクトホールの埋め込み方法に関し、多結
晶炭化珪素とその上のシリコンを自己整合的に埋め込む
ことによる平坦な表面形状をもつコンタクトホール埋め
込み方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field 1] The present invention relates to a method for burying a contact hole, and relates to a method for burying a contact hole having a flat surface shape by burying polycrystalline silicon carbide and silicon thereon in a self-aligned manner. Regarding the method.
［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点が出てきている。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。５ｉＨ２ＣＲ２などの塩化水素系
ガスにＨＣＱガス添加し、キャリアガスとして水素ガス
を用いて成長を行うことにより、酸化膜などの誘電体膜
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のみにシリ
コンが選択的に成長する。このようにして、シリコンを
選択的にコンタクトホール部分にのみ成長させることに
より、埋め込みを行うことができる。選択成長後に、イ
オン注入法により不純物を打ち込むことによりコンタク
ト抵抗をさげる。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
晶に不純物ドーピングを行っている。あるいは、このよ
うな選択エピタキシャル成長技術の応用として、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
の埋め込みを行うことも行われている。[Prior Art] As the size of elements becomes smaller year by year, it becomes necessary to fill contact holes with high aspect ratios. As the aspect ratio increases, problems arise such as it becomes difficult to completely embed conventional aluminum contacts alone. A silicon selective growth technique is one of the contact burying methods for such microscopic elements. By adding HCQ gas to hydrogen chloride gas such as 5iH2CR2 and performing growth using hydrogen gas as a carrier gas, silicon does not grow on dielectric films such as oxide films, but the silicon surface is exposed. Silicon is selectively grown only in the contact hole portion. In this way, by selectively growing silicon only in the contact hole portion, embedding can be performed. After selective growth, contact resistance is lowered by implanting impurities by ion implantation. Alternatively, the silicon crystal is doped with impurities by flowing an impurity gas such as PH3 together with the source gas during growth. Alternatively, as an application of such a selective epitaxial growth technique, a large amount of impurity is doped during growth to polycrystallize the crystal, and this is selectively grown to fill a contact hole.
［発明が解決しようとする課題１
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発生
する。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、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起こる可能性がある。このよう
な問題を避けるためには、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
が行われている。しかしながら、多結晶化する程に大量
にドーピングを行うと、表面が荒れてしまうという問題
が出てくる。一方、後工程を考えると、出来る限り平坦
な表面をもつ多結晶によりコンタクトホールを埋め込む
ことが要求されている。[Problem to be Solved by the Invention 1] For example, when a contact hole on a source or drain diffusion layer of a MOS transistor is buried by ordinary selective growth of silicon, the buried film becomes a single crystal. In this case, facets occur at the interface between the sidewall and the membrane. Since the growth rate of these facets is slower than that of other parts, a flat film cannot be obtained, and therefore contact failure may occur in the recessed parts. In order to avoid such problems, selective growth of polycrystals is required, but as mentioned above, polycrystals do not grow in normal selective growth of silicon. Therefore, attempts have been made to make the material polycrystalline by doping a large amount of impurities during growth. However, if doping is performed in such a large amount that it becomes polycrystalline, a problem arises in that the surface becomes rough. On the other hand, considering post-processing, it is required to fill the contact hole with polycrystalline material having a surface as flat as possible.
本発明の目的は前記課題を解決したコンタクトホールの
埋め込み方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a contact hole burying method that solves the above problems.
［課題を解決するための手段１
前記目的を達成するため、本発明に係るコンタクトホー
ルの埋め込み方法においては、シリコンの原料である塩
化シリコン系ガスと炭素の原料である炭化水素系ガスと
塩化水素ガスとを用いたＣＶＤ法により薄い多結晶炭化
珪素層を選択的にコンタクトホールに堆積させ、さらに
コンタクトホール内の薄い多結晶炭化珪素層上に多結晶
シリコンを選択的に成長させることによりコンタクトホ
ールを埋め込むものである。[Means for Solving the Problems 1] In order to achieve the above-mentioned object, in the contact hole filling method according to the present invention, a silicon chloride-based gas, which is a raw material for silicon, a hydrocarbon-based gas, which is a raw material for carbon, and hydrogen chloride are used. A thin polycrystalline silicon carbide layer is selectively deposited in the contact hole by a CVD method using a gas, and polycrystalline silicon is selectively grown on the thin polycrystalline silicon carbide layer in the contact hole to form a contact hole. It is intended to embed.
コンタクトホールを埋め込んだ膜の表面が平坦にならな
い原因は次の二つに大別される。第１に、コンタクトホ
ールをシリコン選択エピタキシャル成長技術により埋め
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。The reasons why the surface of the film in which the contact hole is buried are not flat can be broadly classified into the following two reasons. First, when a contact hole is filled using a silicon selective epitaxial growth technique, a structure called a facet is generated at a portion where a sidewall and a film are in contact with each other.
このファセット部分は、成長速度が遅いために、平坦な
表面ではなくその部分たけ凹んだ形状になる。このため
、このように形成したシリコンの上にアルミで電極を形
成した場合に、凹んだ部分でコンタクト不良を起こす可
能性がある。このようなファセット発生は、埋め込んだ
結晶が単結晶であることに起因している。そこで、ファ
セットを防ぐために、選択的に多結晶シリコンを成長さ
せる試みが行われている。通常の成長では単結晶が成長
することから、多結晶シリコンを選択成長させるために
、選択成長中にＰ（リン）などの不純物を大量にドーピ
ングすることが行われている。しかしながら、大量にド
ーピングを行うと、Ｐの偏析などが起こるなどの原因に
より表面が荒れてしまうことがある。以上のような理由
により、平坦な表面をもつ多結晶シリコンによりコンタ
クトホールを埋め込むことが困難となっている。Since the growth rate of this facet portion is slow, the facet portion has a concave shape instead of a flat surface. For this reason, when an electrode is formed using aluminum on the silicon thus formed, there is a possibility that a contact failure may occur in the recessed portion. The occurrence of such facets is due to the fact that the buried crystal is a single crystal. Therefore, attempts are being made to selectively grow polycrystalline silicon in order to prevent facets. Since a single crystal grows in normal growth, in order to selectively grow polycrystalline silicon, a large amount of impurity such as P (phosphorus) is doped during selective growth. However, if a large amount of doping is performed, the surface may become rough due to causes such as segregation of P. For the reasons mentioned above, it is difficult to fill contact holes with polycrystalline silicon having a flat surface.
これに対し、シリコン上に炭化珪素を成長させた場合、
成長温度が低いと多結晶の炭化珪素が成長する。このよ
うな炭化珪素は、炭素の原料ガスとシリコンの原料カス
の他にＨＣＱガスを用いた成長法により、選択的にシリ
コン上に成長させることが出来る。このように成長した
多結晶炭化珪素の上にシリコンを連続させる場合には、
シリコン単結晶ではなく、多結晶が成長する。さらに、
多結晶炭化珪素上とマスク材として用いた酸化膜などの
誘電体上では、シリコンの成長に際して選択性が表われ
る。すなわち、多結晶炭化珪素上には、多結晶シリコン
が成長するが、誘電体膜上には成長が起こらないように
することが可能である。この結果、コンタクトホールを
多結晶により完全に埋め込むことが可能となる。On the other hand, when silicon carbide is grown on silicon,
When the growth temperature is low, polycrystalline silicon carbide grows. Such silicon carbide can be selectively grown on silicon by a growth method using HCQ gas in addition to carbon raw material gas and silicon raw material waste. When silicon is continuously grown on polycrystalline silicon carbide grown in this way,
Instead of silicon single crystals, polycrystals are grown. moreover,
Selectivity appears when silicon grows on polycrystalline silicon carbide and on a dielectric material such as an oxide film used as a mask material. That is, although polycrystalline silicon grows on polycrystalline silicon carbide, it is possible to prevent growth from occurring on the dielectric film. As a result, it becomes possible to completely fill the contact hole with polycrystal.
Ｌ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。L Example] Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
本発明は、コンタクトホールを形成した後、シリコンの
原料である塩化シリコン系ガスと炭素の原料である炭化
水素系ガスと塩化水素ガスを用いたＣＶＤ法により薄い
多結晶炭化珪素層を選択的にコンタクトホールに堆積さ
せ、その後、多結晶シリコンをその上に選択的に成長さ
せることによりコンタクトホールを埋め込むことを特徴
とするコンタクトホール埋め込み方法である。In the present invention, after forming a contact hole, a thin polycrystalline silicon carbide layer is selectively formed by a CVD method using silicon chloride gas, which is a raw material for silicon, and hydrocarbon gas, which is a raw material for carbon, and hydrogen chloride gas. This contact hole filling method is characterized by filling the contact hole by depositing polycrystalline silicon into the contact hole and then selectively growing polycrystalline silicon thereon.
本発明によれば、平坦な表面をもつコンタクト埋め込み
層を、自己整合的に形成することができる。炭化珪素膜
ならびにシリコン膜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、 ）（Ｃ
Ｑガスの流量比は、原料ガスならびにキャリアガスの種
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。また、膜への不純物添加に関しても
、コンタクト埋め込み層を形成した後、イオン注入によ
り行うか、あるいは膜を堆積させる際の上記のガスの他
にドーピングガスを流すことによって行う。あるいは、
両方法を併用して行う。どの方法を用いるかは、適宜選
択され得る。According to the present invention, a contact buried layer having a flat surface can be formed in a self-aligned manner. Raw material gas, carrier gas, )(C
The flow rate ratio of Q gas varies depending on the types of raw material gas and carrier gas and the growth conditions, and can be appropriately selected at an optimal ratio that provides selectivity depending on the types of gases used and growth conditions. Further, impurities are added to the film either by ion implantation after forming the contact buried layer, or by flowing a doping gas in addition to the above-mentioned gases when depositing the film. or,
Both methods are used together. Which method to use can be selected as appropriate.
以下、本発明の実施例について説明する。Examples of the present invention will be described below.
第１図は本発明の方法に用いられる半導体成長装置の一
例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a semiconductor growth apparatus used in the method of the present invention.
図において、本発明に係る半導体成長装置は、反応管１
１と、Ｓｉの基板１８を保持するためのサセプタ（Ｓ
ｉ Ｃコートしたグラファイト製）１２と、基板１８な
らびにサセプタ１２を加熱する加熱装置１３と、ボンベ
＋４ａ、 １４ｂ、 １４ｃ、 １４ｄ、 １４ｅ と
、ガスミキサー１５と、流量制御部１６と、水素ガスの
精製装置１７とから構成されている。原料ガスとしては
１００％５ｉＨ２Ｃ１１ｚガス、１００％Ｃ３Ｈａガス
、エツチングガスとしては１００％Ｈ（４ガス、キャリ
アガスとしては水素、ドーピングガスとしてはＰＨ３を
使用している。キャリアガスは高純度精製装置１７によ
り精製して使用した。In the figure, the semiconductor growth apparatus according to the present invention includes a reaction tube 1
1 and a susceptor (S
iC-coated graphite) 12, a heating device 13 that heats the substrate 18 and the susceptor 12, cylinders +4a, 14b, 14c, 14d, 14e, a gas mixer 15, a flow rate control unit 16, and a hydrogen gas purification unit. It is composed of a device 17. The source gases are 100% 5iH2C11z gas and 100% C3Ha gas, the etching gas is 100% H (4 gases, the carrier gas is hydrogen, and the doping gas is PH3. The carrier gas is a high purity purifier 17 It was purified and used.
第２図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。第２図において、基板にはｐチャネル型
のＭＯＳを通常の方法にて作製した。FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of a substrate used in the method of the present invention. In FIG. 2, a p-channel MOS was fabricated on the substrate using a conventional method.
ソース拡散領域２１、ドレイン拡散層２２上のコンタク
トホール２３の形成後、コンタクトホール２３の部分を
炭化珪素とシリコンで埋め込むことを行った。After forming the contact hole 23 on the source diffusion region 21 and drain diffusion layer 22, the contact hole 23 was filled with silicon carbide and silicon.
基板の前処理としては、最初にブランソン洗浄を行った
。次に、５０倍に希釈した１−ＩＦ溶液中で洗浄し、コ
ンタクトホール２３の開口底部のシリコン表面の自然酸
化膜を除去した後、水洗し乾燥した後、反応管ｌｌ内に
セットした。その後、水素５１／ｍｉｎ、 Ｃ３ＨＢＩ
Ｏｃｃ／ｍｉｎ、 ５ｉＨ２（、Ｑ２５ｃｃ／ｍｉｎ、
ＨＣＱ１２０ｃｃ／ｍｉｎ、 ＰＨ３０，Ｉｃｅ／ｍ
ｉｎ、成長温度８００°Ｃ１成長圧力２５Ｔｏｒｒ、成
長時間５分の条件で成長を行った。その結果、膜厚２ｎ
ｍのＰドープ多結晶ＳｉＣ膜２４をコンタクトホール２
３内に選択的に成長できた。つづいて、５ｉＨ２ＣＱ２
３０ｃｃ／ｍｉｎ、ＨＣＱ２０ｃｃ／ｍｉｎ、 ＰＨ３
０，ｌｃｃ／ｍｉｎ、成長温度８００℃、成長圧力２５
Ｔｏｒｒ、成長時間１５分の条件で成長を行った。その
結果、ＳｉＣ膜２膜上４上択的に、Ｐドープされた多結
晶シリコン２５が選択的に成長し、コンタクトホール２
３が完全に埋め込まれた。コンタクトの電気的特性は、
はぼ線形の電流対電圧特性が得られ、構造的にも電気的
にも良好なコンタクトが形成された。今回、シリコンの
原料ガスとしては、今回使用したＳ ｉ Ｈ２ＣＱ２の
他に、５ｉＨＣ１！３、Ｓ ｉ ＣＱ＜などを用いても
良い。炭素の原料ガスとして、０２Ｈ２、ＣＨ４などを
用いても良い。As a pretreatment for the substrate, Branson cleaning was first performed. Next, it was washed in a 1-IF solution diluted 50 times to remove the natural oxide film on the silicon surface at the bottom of the opening of the contact hole 23, washed with water, dried, and then set in the reaction tube 11. After that, hydrogen 51/min, C3HBI
Occ/min, 5iH2(, Q25cc/min,
HCQ120cc/min, PH30, Ice/m
The growth was performed under the following conditions: growth temperature: 800° C., growth pressure: 25 Torr, and growth time: 5 minutes. As a result, the film thickness was 2n
m of P-doped polycrystalline SiC film 24 in contact hole 2.
I was able to selectively grow within 3. Next, 5iH2CQ2
30cc/min, HCQ20cc/min, PH3
0, lcc/min, growth temperature 800°C, growth pressure 25
Growth was performed under conditions of Torr and growth time of 15 minutes. As a result, P-doped polycrystalline silicon 25 selectively grows on the SiC film 2, and the contact hole 2
3 is fully embedded. The electrical characteristics of the contact are
A roughly linear current vs. voltage characteristic was obtained, and a good contact was formed both structurally and electrically. This time, as the raw material gas for silicon, in addition to the S i H2CQ2 used this time, 5iHC1!3, S i CQ<, etc. may be used. 02H2, CH4, etc. may be used as the raw material gas for carbon.
今回の実施例においては、ドーピングは成長中にドーピ
ングガスを流すことにより行ったが、イオン注入技術を
用いて行っても同様な効果が得られる。In this example, doping was performed by flowing a doping gas during growth, but similar effects can be obtained by using ion implantation technology.
［発明の効果］
以上、詳細に述べたとおり、本発明によれば、コンタク
トホールを埋め込む際に、コンタクトホールを開けた後
、最初に炭化珪素を選択的に成長させ、その後連続して
シリコンの選択成長を行うことにより、平坦な表面をも
つ多結晶シリコンでコンタクトホールを完全に埋め込む
ことが可能となる。[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, when filling a contact hole, after opening the contact hole, silicon carbide is first selectively grown, and then silicon carbide is continuously grown. By performing selective growth, it is possible to completely fill the contact hole with polycrystalline silicon having a flat surface.
第１図は本発明の方法に用いられる半導体装置の一例を
示す概略構成図、第２図は本発明の方法に用いられる基
板構造の一例を示す概略構成図である。
２１・・・ソース ２２・・・ドレイン２
３・・・コンタクトホール ２４・・・ＳｉＣ膜２５・
・・多結晶シリコンFIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a semiconductor device used in the method of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a substrate structure used in the method of the present invention. 21... Source 22... Drain 2
3... Contact hole 24... SiC film 25.
・Polycrystalline silicon
Claims (1)
の原料である炭化水素系ガスと塩化水素ガスとを用いた
ＣＶＤ法により薄い多結晶炭化珪素層を選択的にコンタ
クトホールに堆積させ、さらにコンタクトホール内の薄
い多結晶炭化珪素層上に多結晶シリコンを選択的に成長
させることによりコンタクトホールを埋め込むことを特
徴とするコンタクトホールの埋め込み方法。(1) A thin polycrystalline silicon carbide layer is selectively deposited in the contact hole by a CVD method using silicon chloride gas, which is a raw material for silicon, and hydrocarbon gas and hydrogen chloride gas, which are raw materials for carbon; 1. A contact hole filling method characterized by filling a contact hole by selectively growing polycrystalline silicon on a thin polycrystalline silicon carbide layer within the contact hole.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10417490A JPH043422A (en) | 1990-04-19 | 1990-04-19 | Contact hole burying method |
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| JPH043422A true JPH043422A (en) | 1992-01-08 |
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|---|---|
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-
1990
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