JPH05251358A - 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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JPH05251358A
JPH05251358A JP4039999A JP3999992A JPH05251358A JP H05251358 A JPH05251358 A JP H05251358A JP 4039999 A JP4039999 A JP 4039999A JP 3999992 A JP3999992 A JP 3999992A JP H05251358 A JPH05251358 A JP H05251358A
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JP
Japan
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film
polycrystalline silicon
silicon film
opening
semiconductor device
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JP4039999A
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English (en)
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Toru Aoyama
亨 青山
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】多結晶シリコンの粒径を小さくして、多結晶シ
リコン膜中の不純物拡散速度を高め、特性の向上した半
導体装置を得る。 【構成】シリコン基板1の露出した開口部3に酸素と窒
素の混合ガスを流して、薄いシリコン酸化膜層5を得
る。次でこのシリコン酸化膜層5上に多結晶シリコン膜
6を形成する。

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
関し、特にコンタクト孔の穴埋め等、シリコン基板上に
形成された絶縁膜の開口部に選択的に多結晶シリコン膜
を埋設する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】選択的多結晶シリコン膜の成長は、図3
に示すように、単結晶のシリコン基板1上をシリコン酸
化膜、シリコン窒化膜などの絶縁膜11で被ったのち開
口部3を形成し、この開口部3の中を埋めるように多結
晶シリコン膜6を堆積させる成長法であり、開口部の穴
埋めや開口部を埋めた多結晶シリコン膜を拡散源とする
薄いP−N接合の形成技術として利用されている。この
多結晶シリコン膜6は、ジクロロシラン(SiH2 Cl
2 )等のシラン系ガスを熱分解するか、あるいは水素
(H2 )で還元することによって堆積させる。選択性
は、多結晶シリコン膜のエッチング速度が絶縁膜11上
とシリコン基板1上の場合とで異なることを利用して、
シラン系ガスと同時に塩化水素ガス(HCl)も適量流
すことによって得られる。選択成長に必要な塩化水素ガ
スの流量は、成長温度、圧力、ジクロロシランの流量に
よって様々であるが、成長温度800℃、圧力100T
orr、ジクロロシランの流量300cc/minの場
合では、塩化水素300cc/minの条件で選択的な
多結晶シリコン成長となる。
【0003】本成長方法は様々な半導体分野に適用可能
であるが、特にバイポーラトランジスタのエミッタ用の
多結晶シリコンへの適用が期待されている。本成長法を
バイポーラトランジスタの1μmよりも小さいエミッタ
電極の形成に適用した場合、エミッタ抵抗の増大を抑え
るのに非常に効果があることを発明者は、エクステンデ
ット アブストラクト オブ ザ トエンティセカンド
コンファレンスオン ソリッド ステート デバイセ
ス アンド マテリアルズ(Extended Abs
truct of the 22nd Confere
nce on Solid State Device
s and Materials)1990,p.66
5)に報告した。以下図4を用いて説明する。
【0004】まず、単結晶のシリコン基板1上に絶縁膜
11を形成したのちパターニングし、開口部を形成す
る。次でボロン等の不純物を導入しベース領域4を形成
する。次にこの開口部内に選択的に多結晶シリコン膜6
を形成したのち、ヒ素イオンを注入し熱処理することに
よってエミッタ領域7を形成する。さらにエミッタ引き
出し電極として、白金と多結晶シリコン膜6を反応させ
て白金シリサイド層12を形成後に、タングステン膜1
3を形成する。エミッタ領域7は、多結晶シリコン膜6
にヒ素を成長中または成長後にドーピングし、その後に
熱処理を施してヒ素を拡散させて形成する。トランジス
タの高速化にベース領域4の深さを浅くすることが必要
であり、そのためにはヒ素拡散の熱処理時間を極力短く
してベース領域4中のボロンの拡散を抑えることが大切
である。熱処理時間は多結晶シリコン膜6中のヒ素拡散
速度によって決まるため、多結晶シリコン膜6の膜質が
バイポーラトランジスタの特性に非常に重要になってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法における多結晶シリコン膜の成長では、
被成長表面に単結晶のシリコン基板が直接露出している
ために、多結晶シリコン膜の結晶粒は、シリコン基板と
結晶方位が揃って大粒径化してしまう。そのために、従
来の多結晶シリコン膜では、膜中のヒ素,リン,ホウ素
などの不純物の拡散速度が、通常の多結晶シリコン膜に
比べて遅いという欠点を有する。従って、この多結晶シ
リコン膜をエミッタ形成の拡散源として用いた際に、エ
ミッタ領域の形成に時間がかかるためにベース領域が深
くなってしまい、トランジスタ特性を損ねるという問題
点がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
の製造方法は、シリコン基板上の絶縁膜に開口部を形成
したのち開口部内にCVD法により選択的に多結晶シリ
コ膜を形成する半導体装置の製造方法において、前記開
口部内を酸素ガス、または不活性ガスで希釈された酸素
ガスで処理したのち多結晶シリコン膜を形成するもので
ある。
【0007】第2の発明の半導体装置の製造方法は、シ
リコン基板上の絶縁膜に開口部を形成したのち開口部内
にCVD法により選択的に多結晶シリコン膜を形成する
半導体装置の製造方法において、多結晶シリコン膜の成
長途中に成長ガスを止め、この多結晶シリコン膜の表面
を酸素ガスまたは不活性ガスで希釈された酸素ガスで処
理したのち再び多結晶シリコン膜の成長を行うものであ
る。
【0008】成長前に被成長表面である単結晶のシリコ
ン基板を薄い酸化膜で被うことは、選択的に形成する多
結晶シリコン膜に対する下のシリコン基板からの影響を
少なくし、多結晶シリコン膜の結晶粒の結晶方位がシリ
コン基板に揃うのを防いで、結晶粒径を縮小化させる。
また成長ガスを一端止めて薄い酸化膜を成長させること
も、シリコン基板と結晶方位の揃った結晶粒の成長を止
めて結晶粒径の増大を防ぐと共に、次に成長させる多結
晶シリコン膜の結晶粒径を縮小化させる。
【0009】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)〜(c)は本発明の第1の実施例を説明
するための半導体チップの断面図である。
【0010】まず図1(a)に示すように、表面をシリ
コン酸化膜2で被われた単結晶のシリコン基板1をパタ
ーニングし、開口部3を形成する。次で、ボロンを1×
1019/cm3 ドーピングし、100nmの深さのベー
ス領域4を形成する。シリコン酸化膜2の膜厚は500
nmであり、開口部3の大きさは0.5×0.5μm2
から100×100μm2 の間である。
【0011】次に開口部内にCVD法により多結晶シリ
コン膜を成長させる成長前に、800℃において酸素と
窒素の混合ガスを5分間流し、単結晶のシリコン基板1
の表面にシリコン酸化膜5を約1nm成長させた。この
程度の厚さのシリコン酸化膜はトランジスタの特性に影
響を与えることはない。
【0012】次に図1(b)に示すように、800℃、
100Torrの従来と同じ条件で、開口部3に厚さ1
50nmの多結晶シリコン膜6を成長させた。成長前に
薄い酸化膜を成長させることは、下の単結晶のシリコン
基板1からの影響を少なくして、多結晶シリコン膜の粒
径を小さくする効果がある。電子顕微鏡で観察すると、
多結晶シリコンの粒径が本実施例では50〜100nm
くらいであり、従来法の200nmに比べて半分以下に
なった。
【0013】次に図1(c)に示すように、多結晶シリ
コン膜6にヒ素をイオン注入した後熱処理することによ
って、ヒ素を1×1022/cm3 含むエミッタ領域7を
形成した。50nmの深さのエミッタ接合を形成するの
に、従来の多結晶シリコン膜からの拡散では熱処理温度
1000℃で30秒必要としていたのが、第1の実施例
の多結晶シリコン膜6からの拡散では、同じ1000℃
において15秒で実現できた。このように第1の実施例
によれば、エミッタ領域7の形成の熱処理時間を従来の
半分に短縮できるため、拡散によるベース領域4の深さ
の広がりを抑えることができた。
【0014】図2(a)〜(c)は本発明の第2の実施
例を説明するための半導体チップの断面図である。
【0015】図1で説明した第1の実施例においては、
絶縁膜にシリコン酸化膜2を用いていたが、この構造で
は開口部3を異方エッチングで形成する際に、直接単結
晶のシリコン基板1のベース領域4もエッチングされる
ことになる。これは、素子領域を直接イオンでたたくた
めに電気特性の不安定化につながる。この問題を避ける
ために、異方エッチングによる開口の際に、約50nm
の厚さのシリコン酸化膜2を残しておき、沸酸により等
方エッチングして、残りのシリコン酸化膜2を取り除い
てシリコン基板1を露出させるという方法がある。その
際に、開口部3の側壁や絶縁膜表面がシリコン酸化膜で
あると、沸酸エッチングの際に側面や表面もエッチング
されてしまうため、絶縁膜にシリコン酸化膜とシリコン
窒化膜を用いる。第2の実施例では、この2層構造の絶
縁膜を用いる。
【0016】まず図2(a)に示すように、単結晶のシ
リコン基板1上に、シリコン酸化膜2、さらにその上に
シリコン窒化膜を堆積した後、異方エッチングにより開
口部3Aを形成する。その際に開口部3A内のシリコン
酸化膜2を約50nm残しておく。その後、シリコン窒
化膜8を堆積して、開口部3A内にシリコン酸化膜2が
露出するまで異方エッチングしたのち、沸酸により開口
部内のシリコン酸化膜2を除去する。
【0017】次に図2(b)に示すように、従来条件の
800℃、100Torrで開口部3A内のシリコン基
板1上に第1の多結晶シリコン膜6Aを10〜20nm
の厚さに成長させた。しかるのちに一度成長ガスを止め
て、800℃において酸素とアルゴンの混合ガスを5分
間流すことにより、第1の多結晶シリコン膜6Aの表面
にシリコン酸化膜5Aを約2nmの厚さに堆積させた。
【0018】次に図2(c)に示すように、従来と同じ
条件で開口部3A内に厚さ130〜140nmの第2の
多結晶シリコン膜6Bを成長させ、合計150nmの多
結晶シリコンを成長させた。この第2の実施例では、成
長の途中に薄い酸化膜を成長させることによって、第1
の多結晶シリコン膜6Aの結晶粒の成長を止めて結晶粒
径の増大化を防ぐと共に、第2の多結晶シリコン膜6B
を第1の多結晶シリコン膜6Aと分離することにより、
第2の多結晶シリコン膜6Bの結晶粒を細粒化した。電
子顕微鏡で観察すると、多結晶シリコンの粒径が第2の
実施例のものでは30〜50nmくらいであり、従来法
の200nmに比べ1/4以下になった。 さらに、第
1及び第2の多結晶シリコン膜6A,6Bにもヒ素をイ
オン注入した後熱処理することによって、1×1022
cm3 のエミッタ領域7を形成した。50nmの深さの
エミッタ接合を形成するのに、従来の多結晶シリコン膜
からの拡散では熱処理温度1000℃で30秒必要とし
ていたのが、第2の実施例における多結晶シリコン膜か
らの拡散では、同じ1000℃において10秒で実現で
きた。このように第2の実施例によれば、エミッタ領域
7の形成の熱処理時間を従来の1/3に短縮できるた
め、拡散によるベース領域4の深さの広がりをより抑え
ることができた。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、結
晶粒を小さくし結晶粒界の総面積を増加させることによ
り、開口部内に形成した多結晶シリコン膜中の不純物の
拡散速度を高めることができるため、多結晶シリコン膜
から下のシリコン基板への不純物の拡散を短時間ででき
るという効果がある。従って特性の向上した半導体装置
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図3】選択的多結晶シリコン膜の形成方法を説明する
ための半導体チップの断面図。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
半導体チップの断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3,3A 開口部 4 ベース領域 5,5A シリコン酸化膜 6,6A,6B 多結晶シリコン膜 7 エミッタ領域 8 シリコン窒化膜 11 絶縁膜 12 白金シリサイド膜 13 タングステン膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上の絶縁膜に開口部を形成
    したのち開口部内にCVD法により選択的に多結晶シリ
    コン膜を形成する半導体装置の製造方法において、前記
    開口部内を酸素ガス、または不活性ガスで希釈された酸
    素ガスで処理したのち多結晶シリコン膜を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 シリコン基板上の絶縁膜に開口部を形成
    したのち開口部内にCVD法により選択的に多結晶シリ
    コン膜を形成する半導体装置の製造方法において、多結
    晶シリコン膜の成長途中に成長ガスを止め、この多結晶
    シリコン膜の表面を酸素ガス、または不活性ガスで希釈
    された酸素ガスで処理したのち再び多結晶シリコン膜の
    成長を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 絶縁膜はシリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜である請求項1または請求項2記載の半導体装置
    の製造方法。
JP4039999A 1992-02-27 1992-02-27 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH05251358A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1282158A1 (fr) * 2001-07-31 2003-02-05 STMicroelectronics S.A. Prcédé de fabrication de transistor bipolaire dans une circuit intégré CMOS
US6641888B2 (en) 1999-03-26 2003-11-04 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon single crystal, silicon wafer, and epitaxial wafer.
US6878451B2 (en) 1999-07-28 2005-04-12 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation Silicon single crystal, silicon wafer, and epitaxial wafer

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Effective date: 19990518