JPH07221034A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH07221034A
JPH07221034A JP2748194A JP2748194A JPH07221034A JP H07221034 A JPH07221034 A JP H07221034A JP 2748194 A JP2748194 A JP 2748194A JP 2748194 A JP2748194 A JP 2748194A JP H07221034 A JPH07221034 A JP H07221034A
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JP
Japan
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film
furnace
silicon
phosphorus
polysilicon film
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Application number
JP2748194A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Suzuki
達也 鈴木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form an HSG polysilicon film and a phosphorus doped polysilicon film while removing a natural oxide film using a general diffusion furnace. CONSTITUTION:The natural oxide film is removed from a silicon substrate 100 and is put in a furnace for the heat treatment. At the time of forming an HSG polysilicon film on the surface of a phosphorus doped amorphous silicon film 105, HCl gas diluted with superpure N2 gas is introduced, the natural oxide film formed again on the surface of the phosphorus doped amorphous silicon film 105 is etched off with silicon by etching and a highly clean silicon plane is provided. Thus, the capacity increase rate of the capacity electrode formed of the HSG polysilicon film 107, an insulating film 108 and the phosphorus doped silicon film 109 is increased or the contact resistance of the phosphorus doped polysilicon film to be buried in the contact hole is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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、特にシリコン基板やシリコン膜の表面を熱処理す
る方法、及びその表面にシリコン膜を形成する方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for heat treating the surface of a silicon substrate or a silicon film, and a method for forming a silicon film on the surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における半導体装置の各種素子の高
集積化、例えばDRAMの高集積化に伴って必要となる
容量電極における蓄積電荷容量確保の手段として、例え
ばApplied Physics Letters
Vol.61(1992)159−161に示されるよ
うに、表面に微細な凹凸を有するHSG(Hemisp
herical Grained)ポリシリコン膜をス
タック容量電極上に形成することが提案されている。
2. Description of the Related Art For example, as a means for securing a stored charge capacity in a capacitor electrode which is required in accordance with high integration of various elements of a semiconductor device, for example, high integration of DRAM, for example, Applied Physics Letters.
Vol. 61 (1992) 159-161, HSG (Hemisp) having fine irregularities on the surface.
It has been proposed to form a (herring grained) polysilicon film on the stack capacitance electrode.

【0003】このHSGポリシリコン膜を容量電極の表
面に形成する場合には、例えば、あらかじめ容量電極形
状にパターニングされたリンドープトアモルファスシリ
コン膜の表面上の自然酸化膜を希フッ酸により除去した
後、これを水洗し、続いて自然酸化膜の再成長が起こら
ないように400℃以下の低温で、しかもあらかじめ超
高真空雰囲気に保たれた炉内において570〜580℃
の温度まで超高真空雰囲気にて加熱する。その後、この
温度でSiH4 、又はSi2 6 ガスを10〜20SC
CMの流量で数分間炉内に導入し、リンドープトアモル
ファスシリコン膜上にHSGの核形成(核付け)を行
い、更にガス導入を停止して数分間熱処理(ポストアニ
ール)する。この処理によりリンドープトアモルファス
シリコン膜の表面上にHSGポリシリコン膜が形成され
る。
When this HSG polysilicon film is formed on the surface of the capacitor electrode, for example, after removing the natural oxide film on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film patterned in the shape of the capacitor electrode with dilute hydrofluoric acid. , This is washed with water, and subsequently at a low temperature of 400 ° C. or lower so that regrowth of a natural oxide film does not occur, and in a furnace previously kept in an ultra-high vacuum atmosphere at 570-580 ° C.
It is heated in the ultra-high vacuum atmosphere to the temperature of. After that, at this temperature, SiH 4 or Si 2 H 6 gas is supplied for 10 to 20 SC.
The gas is introduced into the furnace at a flow rate of CM for several minutes to nucleate (nucleate) HSGs on the phosphorus-doped amorphous silicon film, and then the gas introduction is stopped and heat treatment (post-annealing) is performed for several minutes. By this treatment, the HSG polysilicon film is formed on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film.

【0004】このようなHSGポリシリコン膜の形成に
際しては、リンドープトアモルファスシリコン膜を、そ
の表面に自然酸化膜が再成長されないように、超高真空
雰囲気の状態で炉内にセットする必要があり、そのため
に従来では図9に示すようなロードロック室を有するバ
ッチ式拡散炉が用いられている。このバッチ式拡散炉
は、外管1、内管2、架台3で炉室を形成し、その周囲
に抵抗加熱炉4が設けられる。また、炉室につながる排
気口5により炉室内を排気し、かつガス導入口6から各
種ガスを炉室内に導入できるようにする。また、炉室内
にはボートエレベータ7によってシリコン基板8を積層
支持する石英ボート9が内装可能とされる。また、架台
3の下部にはロードロック室10が設けられ、排気口1
1を通して排気することで内部を超高真空雰囲気にする
ことができる。そして、このロードロック室10にゲー
トバルブ12,13を介して基板移載室14、基板移載
機15、及びカセット室16を接続し、これらと前記ボ
ートエレベータ7により基板カセットを炉室内にセット
可能に構成されている。17はカセット室16の排気口
である。
In forming such an HSG polysilicon film, it is necessary to set the phosphorus-doped amorphous silicon film in the furnace in an ultrahigh vacuum atmosphere so that a natural oxide film is not regrown on the surface thereof. Therefore, conventionally, a batch type diffusion furnace having a load lock chamber as shown in FIG. 9 is used. In this batch type diffusion furnace, an outer tube 1, an inner tube 2, and a gantry 3 form a furnace chamber, and a resistance heating furnace 4 is provided around the furnace chamber. Further, the exhaust port 5 connected to the furnace chamber is used to exhaust the inside of the furnace chamber, and various gases can be introduced into the furnace chamber from the gas inlet port 6. A quartz boat 9 for stacking and supporting the silicon substrates 8 by the boat elevator 7 can be installed in the furnace chamber. In addition, a load lock chamber 10 is provided below the pedestal 3 and the exhaust port 1
By evacuating through 1, the inside can be made into an ultra-high vacuum atmosphere. A substrate transfer chamber 14, a substrate transfer machine 15, and a cassette chamber 16 are connected to the load lock chamber 10 via gate valves 12 and 13, and a substrate cassette is set in the furnace chamber by these and the boat elevator 7. It is configured to be possible. Reference numeral 17 is an exhaust port of the cassette chamber 16.

【0005】一方、デバイスの高集積化によりシリコン
基板と、その上層の導電膜とを接続するためのコンタク
トホール径は減少し、これによりコンタクト抵抗は増大
し、デバイス特性に悪影響を及ぼすことが知られてい
る。これを解消するための手段の一つとして、例えば、
リンドープトアモルファスシリコンからの結晶化熱処理
により、粒子径を大きくしたことで抵抗を下げたリンド
ープトポリシリコンによりコンタクトホールを埋め込ん
でシリコン基板と上層の導電膜とを接続する対策が提案
されている。この場合は、あらかじめコンタクトホール
を開孔したシリコン基板の自然酸化膜をコンタクト抵抗
を下げる目的で希フッ酸により除去した後、これを水洗
し、続いて自然酸化膜の再成長が起こらないように40
0℃以下の低温で、しかもあらかじめロードロック機構
により超高真空雰囲気に保たれた図9に示した炉にロー
ディングして450〜550℃の温度まで超高真空雰囲
気にて加熱し、この温度でSiH4 、又はSi2 6
スを100〜200SCCMの流量で、またPH3 ガス
を120〜240SCCMの流量で炉内に導入し、リン
ドープトアモルファスシリコン膜を形成する。その後、
これを結晶化熱処理(アニール)によりリンドープトポ
リシリコン膜にする方法がとられる。
On the other hand, it is known that the contact hole diameter for connecting the silicon substrate and the conductive film above it is reduced due to the high integration of the device, which increases the contact resistance and adversely affects the device characteristics. Has been. As one of the means for solving this, for example,
There has been proposed a method of connecting a silicon substrate and an upper conductive film by burying a contact hole with phosphorus-doped polysilicon whose resistance has been reduced by increasing the particle diameter by crystallization heat treatment from phosphorus-doped amorphous silicon. In this case, remove the natural oxide film of the silicon substrate with the contact holes previously opened with dilute hydrofluoric acid for the purpose of lowering the contact resistance, and then wash it with water to prevent re-growth of the natural oxide film. 40
At a low temperature of 0 ° C. or less, and further, by loading in a furnace shown in FIG. 9 which was previously kept in an ultra-high vacuum atmosphere by a load lock mechanism, and heated in an ultra-high vacuum atmosphere to a temperature of 450 to 550 ° C., at this temperature SiH 4 or Si 2 H 6 gas is introduced into the furnace at a flow rate of 100 to 200 SCCM, and PH 3 gas is introduced into the furnace at a flow rate of 120 to 240 SCCM to form a phosphorus-doped amorphous silicon film. afterwards,
A crystallization heat treatment (annealing) is used to form a phosphorus-doped polysilicon film.

【0006】しかしながら、前記したHSGポリシリコ
ン膜やリンドープトポリシリコン膜の形成では、図9に
示したロードロック室を有する超高真空雰囲気の拡散炉
が必要とされる。このため、ロードロック室10、基板
移載室14、ゲートバルブ12,13、或いは超高真空
廃棄のためのターボ分子ポンプ等を有するために拡散炉
のコストが通常の拡散炉やLPCVD炉の2倍以上かか
るという問題がある。また、拡散炉の構造が極めて複雑
なために、メンテナンス作業が困難であるという問題が
ある。
However, in forming the above-mentioned HSG polysilicon film and phosphorus-doped polysilicon film, an ultrahigh vacuum atmosphere diffusion furnace having a load lock chamber shown in FIG. 9 is required. Therefore, since the load lock chamber 10, the substrate transfer chamber 14, the gate valves 12 and 13, or the turbo molecular pump for ultra-high vacuum disposal is provided, the cost of the diffusion furnace is the same as that of an ordinary diffusion furnace or LPCVD furnace. There is a problem that it takes more than double. Further, since the structure of the diffusion furnace is extremely complicated, there is a problem that maintenance work is difficult.

【0007】更に、コンタクトホール内にリンドープト
ポリシリコン膜を埋め込む場合、コンタクトホール開孔
のドライエッチング時に、コンタクトホール内のシリコ
ン基板の表面付近にエッチングガスからフッ素或いはカ
ーボンが入り込むと、これは自然酸化膜除去のための希
フッ酸処理では除去できないため、希フッ酸処理直後に
図9の炉を用いてリンドープトアモルファスシリコンを
成長してもこれらのコンタミネーションによりコンタク
ト抵抗があまり下がらないという問題がある。
Further, when the phosphorus-doped polysilicon film is embedded in the contact hole, if fluorine or carbon enters from the etching gas near the surface of the silicon substrate in the contact hole during the dry etching of the contact hole opening, this naturally occurs. Since it cannot be removed by the dilute hydrofluoric acid treatment for removing the oxide film, even if phosphorus-doped amorphous silicon is grown in the furnace shown in FIG. 9 immediately after the dilute hydrofluoric acid treatment, the contact resistance does not decrease so much due to these contaminations. There is.

【0008】そこで、図9の炉を用いることなく、HS
Gポリシリコン膜やリンドープトポリシリコン膜を形成
する方法が提案されており、例えば特開平3−2252
7号公報に示されるように、H2 雰囲気中で高温熱処理
してリンドープトアモルファスシリコン膜の表面上、或
いはコンタクトホールの開孔されたシリコン基板の表面
上の自然酸化膜を除去した後、HSGポリシリコン形成
温度、又はリンドープトアモルファスシリコン成長温度
まで降温し、HSG形成やアモルファスシリコン成長を
行う方法がある。或いは、特公昭63−41210号公
報に示されるようにH2 雰囲気中で高温熱処理してリン
ドープトアモルファスシリコン膜の表面上、或いはコン
タクトホールの開孔されたシリコン基板の表面上の自然
酸化膜を除去した後、HSGポリシリコン形成温度、又
はリンドープトアモルファスシリコン成長温度まで自然
酸化膜再成長を防ぐ目的で炉内にHClガスを導入しな
がら降温し、HSG形成やアモルファスシリコン成長を
行う方法がある。
Therefore, the HS shown in FIG.
A method of forming a G polysilicon film or a phosphorus-doped polysilicon film has been proposed, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 32522/1993.
As shown in 7 JP, on the surface of phosphorus-doped amorphous silicon film and a high temperature heat treatment in an H 2 atmosphere, or after removal of the natural oxide film on the opening surface of the silicon substrate of the contact hole, HSG There is a method of performing HSG formation or amorphous silicon growth by lowering the temperature to the polysilicon formation temperature or the phosphorus-doped amorphous silicon growth temperature. Alternatively, as shown in Japanese Patent Publication No. 63-41210, a natural oxide film on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film or on the surface of the silicon substrate with the contact holes opened is subjected to a high temperature heat treatment in an H 2 atmosphere. After the removal, there is a method in which HSG formation or amorphous silicon growth is performed by introducing HCl gas into the furnace to lower the temperature up to the HSG polysilicon formation temperature or the phosphorus-doped amorphous silicon growth temperature to prevent natural oxide film regrowth. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】これら、特開平3−2
2527号公報や特公昭63−41210号公報の方法
では、図9に示すような炉は不要とされるものの、HS
Gポリシリコン膜を形成しようとする際には、H2 雰囲
気中で高温熱処理するために、一旦基板をHSG形成温
度以上に加熱する必要があり、そのためにリンドープト
アモルファスシリコン膜内部に部分的な結晶化を引き起
こされ、HSGポリシリコン膜の形成を妨げる結果を招
くという問題となる。また一方でコンタクトホール埋め
込みの場合では、H2 雰囲気中で高温熱処理してから降
温してアモルファスシリコン成長するために、1バッチ
当たりのプロセスタイムが長くなり、スループットを低
下させるという問題がある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
According to the methods of Japanese Patent No. 2527 and Japanese Patent Publication No. 63-41210, although the furnace as shown in FIG.
When a G polysilicon film is to be formed, it is necessary to heat the substrate at a temperature higher than the HSG formation temperature in order to perform a high temperature heat treatment in an H 2 atmosphere. There is a problem that crystallization is caused, resulting in hindering the formation of the HSG polysilicon film. On the other hand, in the case of filling the contact hole, there is a problem that the process time per batch becomes long because the amorphous silicon is grown by lowering the temperature after the high temperature heat treatment in the H 2 atmosphere and the throughput is reduced.

【0010】[0010]

【発明の目的】本発明の目的は、ロードロック室を有す
る拡散炉のように、複雑な構成の拡散炉を必要とするこ
となく、一般的な拡散炉において自然酸化膜再生を防止
してシリコンの熱処理を可能にした半導体装置の製造方
法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、
一般的な拡散炉を用いて、しかも好適にHSGポリシリ
コン膜を形成することができる半導体装置の製造方法を
提供する。この場合、本発明は更に、シリコン膜で形成
される容量電極の容量増加率を高めたHSGポリシリコ
ン膜を形成する半導体装置の製造方法を提供する。ま
た、本発明の更に他の目的は、一般的な拡散炉を用い
て、しかもプロセスタイムを長くすることなくコンタク
トホール内に不純物を含むポリシリコン膜を埋め込むこ
とが可能な半導体装置の製造方法を提供する。この場
合、本発明は更に、コンタクト抵抗の低いポリシリコン
膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供
する。
It is an object of the present invention to prevent natural oxide film regeneration in a general diffusion furnace without the need for a diffusion furnace having a complicated structure such as a diffusion furnace having a load lock chamber. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which enables the heat treatment of 1. Further, another object of the present invention is to
Provided is a method for manufacturing a semiconductor device, which is capable of forming an HSG polysilicon film suitably using a general diffusion furnace. In this case, the present invention further provides a method of manufacturing a semiconductor device, in which an HSG polysilicon film having an increased capacity increase rate of a capacitor electrode formed of a silicon film is formed. Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which can embed a polysilicon film containing impurities in a contact hole using a general diffusion furnace and without increasing the process time. provide. In this case, the present invention further provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a polysilicon film having a low contact resistance.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、炉内に載置さ
れたシリコン膜を高温下で処理するに際し、シリコン膜
の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈されたHClガスを
炉内に導入し、前記シリコン膜の表面上の自然酸化膜を
除去し、かつそのシリコン膜の熱処理を行うことを特徴
とする。
According to the present invention, when a silicon film placed in a furnace is treated at a high temperature, HCl gas diluted with ultra-high purity N 2 gas is heated in the furnace when the silicon film is heated. And removing the natural oxide film on the surface of the silicon film and heat treating the silicon film.

【0012】即ち、本発明は、炉内に載置されたシリコ
ン膜の表面にHSGポリシリコン膜を形成するに際し、
シリコン膜の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈されたH
Clガスを炉内に導入し、前記シリコン膜の表面上の自
然酸化膜を除去し、かつそのシリコン膜の表面にHSG
ポリシリコン膜を形成することを特徴とする。また、本
発明は、炉内に載置された基板に形成されたリンドープ
トアモルファスシリコン膜の表面にHSGポリシリコン
膜を形成するに際し、前記リンドープトアモルファスシ
リコン膜の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈されたHC
lガスを炉内に導入し、前記リンドープトアモルファス
シリコン膜の表面上の自然酸化膜を除去し、かつ前記リ
ンドープトアモルファスシリコン膜の表面にHSGポリ
シリコン膜を形成することを特徴とする。
That is, according to the present invention, when the HSG polysilicon film is formed on the surface of the silicon film placed in the furnace,
H diluted with ultra-high purity N 2 gas when heating the silicon film
Cl gas is introduced into the furnace to remove the natural oxide film on the surface of the silicon film, and to remove HSG on the surface of the silicon film.
It is characterized in that a polysilicon film is formed. The present invention also provides an ultra-high purity N 2 gas when heating the phosphorus-doped amorphous silicon film when forming the HSG polysilicon film on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film formed on the substrate placed in the furnace. HC diluted with
l gas is introduced into the furnace to remove the natural oxide film on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film, and form an HSG polysilicon film on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film.

【0013】例えば、炉内に載置されたシリコン基板の
表面に不純物を導入したポリシリコン膜を形成するに際
し、シリコン基板の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈さ
れたHClガスを炉内に導入し、前記シリコン基板の表
面上の自然酸化膜を除去し、かつそのシリコン基板の表
面に前記ポリシリコン膜を形成する。或いは、炉内に載
置されたシリコン基板の表面に絶縁膜を形成し、この絶
縁膜に開孔したコンタクトホール内に前記シリコン基板
に接する不純物を導入したポリシリコン膜を形成するに
際し、前記シリコン基板の加熱時に超高純度N2 ガスで
希釈されたHClガスを炉内に導入し、前記コンタクト
ホール内のシリコン基板の表面上の自然酸化膜を除去
し、かつそのコンタクトホール内のシリコン基板の表面
に前記ポリシリコン膜を形成する。
For example, when forming a polysilicon film having impurities introduced on the surface of a silicon substrate placed in a furnace, HCl gas diluted with ultra-high purity N 2 gas is heated in the furnace when the silicon substrate is heated. Then, the native oxide film on the surface of the silicon substrate is removed, and the polysilicon film is formed on the surface of the silicon substrate. Alternatively, when an insulating film is formed on the surface of a silicon substrate placed in a furnace, and a polysilicon film having impurities introduced into contact with the silicon substrate is formed in a contact hole opened in the insulating film, the silicon At the time of heating the substrate, HCl gas diluted with ultra-high purity N 2 gas is introduced into the furnace to remove the natural oxide film on the surface of the silicon substrate in the contact hole, and to remove the silicon substrate in the contact hole. The polysilicon film is formed on the surface.

【0014】[0014]

【作用】本発明によれば、希フッ酸によりあらかじめ自
然酸化膜除去されたアモルファスシリコン膜或いはシリ
コン基板をバッチ式の炉にローディングして加熱する際
に、自然酸化膜が再成長されることがあっても、超高純
度N2 ガスで希釈されたHClガスの作用により自然酸
化膜をシリコンと共にエッチングする。そのために、一
般の拡散炉を用いてもHSGポリシリコン膜の形成を可
能し、またコンタクトホールへの不純物を含むポリシリ
コン膜の埋め込みを可能とし、低コストの装置での製造
が可能となる。また、自然酸化膜を完全に除去した上に
HSGポリシリコン膜を形成することで、容量電極の容
量増加率を高めることが可能となる。
According to the present invention, when an amorphous silicon film or a silicon substrate whose natural oxide film has been previously removed by dilute hydrofluoric acid is loaded into a batch type furnace and heated, the natural oxide film is regrown. Even if there is, the natural oxide film is etched together with silicon by the action of HCl gas diluted with ultra-high purity N 2 gas. Therefore, the HSG polysilicon film can be formed even by using a general diffusion furnace, and the polysilicon film containing impurities can be embedded in the contact hole, so that the device can be manufactured at a low cost. Further, by forming the HSG polysilicon film after completely removing the natural oxide film, the capacity increase rate of the capacitor electrode can be increased.

【0015】一方、コンタクトホールへのポリシリコン
膜の埋込時には、HClによるシリコンのエッチング時
に、コンタクトホールドライエッチングに生じているフ
ッ素、カーボン等のコンタミネーションも除去されるの
でコンタクト抵抗を下げることが可能となる。また、一
旦温度を下げる必要がなく、高スループットの製造が可
能になる。
On the other hand, when the polysilicon film is embedded in the contact hole, the contamination of fluorine, carbon, etc. generated in the dry etching of the contact hole is also removed when the silicon is etched by HCl, so that the contact resistance can be lowered. It will be possible. Further, it is not necessary to lower the temperature once, and high-throughput manufacturing becomes possible.

【0016】[0016]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本実施例に用いる拡散炉の概略図であり、
従来から一般に提供されている減圧化学気相合成炉であ
る。即ち、外管1、内管2、架台3で炉室を構成し、そ
の周囲に抵抗加熱炉4を配置する。また、炉室には排気
口5を設けて炉室内を排気して減圧でき、また炉室には
ガス導入口6を設けて各種のガスを炉室内に導入可能と
する。また、炉室内にはボートエレベータ7によりシリ
コン基板8を積層状態に載置する石英ボート9が配置さ
れている。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a diffusion furnace used in this example,
It is a low pressure chemical vapor synthesis furnace that has been generally provided in the past. That is, the outer tube 1, the inner tube 2, and the gantry 3 constitute a furnace chamber, and the resistance heating furnace 4 is arranged around the furnace chamber. Further, an exhaust port 5 is provided in the furnace chamber to exhaust the inside of the furnace chamber to reduce the pressure, and a gas introduction port 6 is provided in the furnace chamber so that various gases can be introduced into the furnace chamber. Further, a quartz boat 9 for placing the silicon substrates 8 in a stacked state by the boat elevator 7 is arranged in the furnace chamber.

【0017】(実施例1)図1に示した拡散炉を用い
て、本実施例1ではHSGポリシリコン膜を形成する例
を説明する。先ず、図2(a)のように、直径150m
mのP型シリコン基板(シリコンウェハ)100上に選
択熱酸化法等によりシリコン酸化膜からなる素子分離膜
101を4000Å形成した後、N型拡散層102をリ
ンのイオン注入により形成する。加速電圧は50Ke
V、ドーズ量は5E13cm2とする。その後、シリコ
ン酸化膜等の絶縁膜103をCVD法により8000Å
成長し、フォトリソグラフィ技術により絶縁膜103を
選択エッチングして直径0.5μmのコンタクトホール
104を開孔する。このシリコン基板100上にリンド
ープトアモルファスシリコン膜105をLPCVD法に
より成長温度500℃、成長圧力20Pa、Si2 6
流量100SCCM、He希釈1%、PH3 流量120
SCCMの条件で8000Å成長する。
(Embodiment 1) In the present embodiment 1, an example of forming an HSG polysilicon film using the diffusion furnace shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in Fig. 2 (a), the diameter is 150m.
An element isolation film 101 made of a silicon oxide film is formed on the P-type silicon substrate (silicon wafer) 100 of m by a selective thermal oxidation method or the like by 4000 Å, and then an N-type diffusion layer 102 is formed by ion implantation of phosphorus. Accelerating voltage is 50 Ke
V and the dose amount are 5E13 cm2. After that, the insulating film 103 such as a silicon oxide film is formed by the CVD method at 8000Å
After growing, the insulating film 103 is selectively etched by a photolithography technique to open a contact hole 104 having a diameter of 0.5 μm. A phosphorus-doped amorphous silicon film 105 is grown on the silicon substrate 100 by LPCVD at a growth temperature of 500 ° C., a growth pressure of 20 Pa, and Si 2 H 6.
Flow rate 100 SCCM, He dilution 1%, PH 3 flow rate 120
Grow 8000Å under SCCM conditions.

【0018】その後、図2(b)のように、フォトリソ
グラフィ技術により前記リンドープトアモルファスシリ
コン膜105を容量電極106として所要の形状にパタ
ーニングする。次いで、シリコン基板100を1%のフ
ッ酸に1min間浸した後に、水洗を2min間行い、
容量電極106の表面の自然酸化膜を除去する。その
後、1時間以内に図1に示した炉内にボートエレベータ
7により室温で基板を入炉する。シリコン基板は石英ボ
ート9上に50枚水平積載した。
After that, as shown in FIG. 2B, the phosphorus-doped amorphous silicon film 105 is patterned into a desired shape as a capacitor electrode 106 by a photolithography technique. Next, after immersing the silicon substrate 100 in 1% hydrofluoric acid for 1 minute, water washing is performed for 2 minutes,
The natural oxide film on the surface of the capacitor electrode 106 is removed. Then, within 1 hour, the substrate is put into the furnace shown in FIG. 1 by the boat elevator 7 at room temperature. Fifty silicon substrates were horizontally loaded on the quartz boat 9.

【0019】次いで、前記容量電極106の表面上にH
SGポリシリコン膜を形成するが、この際に容量電極形
状としてのリンドープトアモルファスシリコン膜105
の表面上に自然酸化膜が再成長していたり、或いはその
一部が結晶化していたりすると、アモルファスシリコン
表面上のシリコン原子の表面拡散が阻害されるためにH
SG形成が妨げられることになる。そこで、図3(a)
のシーケンスで熱処理を施す。即ち、先ず炉内を1E−
3torr程度まで真空引きし、水分含有量1ppm以
下の超高純度N2 ガス1SLM+HClガス100SC
CMを炉内に導入して1torrの圧力で575℃まで
加熱した。これにより、再成長された自然酸化膜が除去
される。
Next, H on the surface of the capacitance electrode 106.
An SG polysilicon film is formed. At this time, a phosphorus-doped amorphous silicon film 105 having a shape of a capacitor electrode is formed.
If the natural oxide film is regrown on the surface of the amorphous silicon, or if part of it is crystallized, surface diffusion of silicon atoms on the amorphous silicon surface is hindered, and
SG formation will be hindered. Therefore, FIG. 3 (a)
Heat treatment is performed in the sequence of. That is, first, 1E-
Vacuumed down to about 3 torr, ultra-high purity N 2 gas with water content of 1 ppm or less 1 SLM + HCl gas 100 SC
CM was introduced into the furnace and heated to 575 ° C. at a pressure of 1 torr. As a result, the regrown natural oxide film is removed.

【0020】その後、超高純度N2 ガス+HClガスを
止め、炉内を充分真空引きした後、図2(c)のよう
に、SiH4 流量20SCCM、3minの条件で容量
電極106の表面に核付け処理を施す。次に、SiH4
ガスを止めて、1min間ポストアニールすることで、
図2(d)のように、容量電極106の表面にHSGポ
リシリコン膜107が形成される。その後、N2 雰囲気
で降温する。更に、容量電極106を構成するアモルフ
ァスシリコン膜105を結晶化熱処理(850℃、10
min、N2 雰囲気で熱処理)した後、前記HSGポリ
シリコン膜107の表面に容量膜としてCVD法により
100Åのシリコン酸化膜108を成長し、その上に上
部容量電極としてリンドープトポリシリコン膜109を
1000Å成長する。
After that, the ultra-high purity N 2 gas + HCl gas was stopped and the inside of the furnace was sufficiently evacuated. Then, as shown in FIG. 2 (c), nuclei were formed on the surface of the capacitive electrode 106 under the conditions of SiH 4 flow rate of 20 SCCM and 3 min. Apply attachment process. Next, SiH 4
By stopping the gas and post annealing for 1 min,
As shown in FIG. 2D, the HSG polysilicon film 107 is formed on the surface of the capacitor electrode 106. Then, the temperature is lowered in an N 2 atmosphere. Further, the amorphous silicon film 105 forming the capacitor electrode 106 is heat-treated for crystallization (850 ° C., 10
min, after heat treatment) in an N 2 atmosphere, the grown silicon oxide film 108 of 100Å by a CVD method as a capacitance film on the surface of the HSG polysilicon film 107, the phosphorus doped polysilicon film 109 as the upper capacitor electrode is formed thereon 1000Å grow.

【0021】このように形成されるHSGポリシリコン
膜との比較を行うために、参照試料を形成する。参照試
料1は、HSGポリシリコン膜の形成にのみ図9に示し
た炉を用い、他は前記実施例1と全く同様としたもので
ある。この場合、HSGポリシリコン膜の形成工程で
は、あらかじめ基板を1%の希フッ酸に1min間浸し
た後、水洗を2min行い、表面の自然酸化膜を除去し
た後、1時間以内に図9のカセット室16にシリコン基
板を50枚セットし、その後カセット室16を1E−7
torrまで排気する。ゲートバルブ12,13を開
き、基板移載機15を用いて基板移載室14を介して、
あらかじめ1E−8torrに真空引きされたロードロ
ック室10内の石英ボート9にシリコン基板を移載す
る。更に、ボートエレベータ7により炉室内に設置す
る。その後、図3(b)のようなシーケンスでHSG形
成を行なう。このとき、核付け条件、ポストアニール条
件は実施例1と同様にする。
A reference sample is formed for comparison with the HSG polysilicon film thus formed. The reference sample 1 is the same as that of the first embodiment except that the furnace shown in FIG. 9 is used only for forming the HSG polysilicon film. In this case, in the step of forming the HSG polysilicon film, the substrate was previously immersed in 1% dilute hydrofluoric acid for 1 min, and then washed with water for 2 min to remove the native oxide film on the surface, and then within 1 hour as shown in FIG. Set 50 silicon substrates in the cassette chamber 16 and then set the cassette chamber 16 to 1E-7.
Exhaust to torr. The gate valves 12 and 13 are opened, and the substrate transfer machine 15 is used to move through the substrate transfer chamber 14.
The silicon substrate is transferred to the quartz boat 9 in the load lock chamber 10 that has been evacuated to 1E-8 torr in advance. Furthermore, the boat elevator 7 is installed in the furnace chamber. After that, HSG formation is performed in a sequence as shown in FIG. At this time, the nucleating condition and the post-annealing condition are the same as in the first embodiment.

【0022】また、参照試料2は、HSGポリシリコン
膜の形成工程を図1に示した炉を用いて行い、熱処理シ
ーケンスは図4(b)のような特開平3−22527号
公報と特公昭63−41210号公報の方法を組み合わ
せたものとする。即ち、加熱時はH2 雰囲気とし、圧力
は1torrとする。600℃で高温熱処理、即ちH2
ベークを圧力1torrで4min間行って容量電極1
06としてのリンドープトアモルファスシリコン膜上の
自然酸化膜を除去した後、H2 流量1SLM/HCl流
量100SCCM、圧力1torrの条件で自然酸化膜
再成長を抑えつつ、575℃までH2 +HCl雰囲気で
降温した。その後、実施例1と同様の条件でHSGポリ
シリコン膜を形成し、N2 雰囲気で降温した。その他の
工程は実施例1と全く同様とする。
For the reference sample 2, the step of forming the HSG polysilicon film was performed using the furnace shown in FIG. 1, and the heat treatment sequence was as shown in FIG. 4 (b). The method of 63-41210 is combined. That is, during heating, the atmosphere is H 2 and the pressure is 1 torr. High temperature heat treatment at 600 ° C, ie H 2
Baking is performed at a pressure of 1 torr for 4 minutes to perform capacitive electrode 1
After removing the natural oxide film on the phosphorus-doped amorphous silicon film as 06, the temperature was lowered to 575 ° C. in an H 2 + HCl atmosphere while suppressing the natural oxide film regrowth under the conditions of H 2 flow rate 1 SLM / HCl flow rate 100 SCCM and pressure 1 torr. did. After that, an HSG polysilicon film was formed under the same conditions as in Example 1, and the temperature was lowered in an N 2 atmosphere. The other steps are exactly the same as in Example 1.

【0023】以上のようにして形成した実施例1、参照
試料1,2の各HSGポリシリコン膜を有する容量電極
の容量増加率(蓄積電荷容量比)を図4に比較して示
す。この図から判るように、実施例1の容量増加率は参
照試料1と同じ1.8であり、一方参照試料2は1.4
であった。この結果は、次のように説明される。即ち、
基板加熱時に、炉内の水分分圧は前処理により基板に吸
着していた水分の蒸発、或いは炉壁に吸着した水分(も
とはローディング時の大気巻き込みにより炉内に入り込
んだ水分)の再蒸発により上昇する。その結果、リンド
ープトアモルファスシリコン膜105(106)上に自
然酸化膜が再成長するが、これは温度上昇に連れ、HC
lガスによるシリコンのエッチング速度が増加すると、
HClガスによりシリコンと共に自然酸化膜がエッチン
グされるために、HSG形成までにはリンドープトアモ
ルファスシリコン膜105(106)の表面は清浄とな
る。
The capacitance increase rate (accumulated charge capacitance ratio) of the capacitance electrodes having the HSG polysilicon films of Example 1 and Reference Samples 1 and 2 formed as described above is shown in comparison with FIG. As can be seen from this figure, the capacity increase rate of Example 1 is 1.8, which is the same as that of Reference Sample 1, while that of Reference Sample 2 is 1.4.
Met. This result is explained as follows. That is,
When the substrate is heated, the water partial pressure in the furnace is adjusted by the evaporation of the water adsorbed on the substrate due to the pretreatment or the re-adhesion of the water adsorbed on the furnace wall (the water originally entered into the furnace due to the air entrainment during loading). It rises due to evaporation. As a result, a natural oxide film is regrown on the phosphorus-doped amorphous silicon film 105 (106).
When the etching rate of silicon by l gas increases,
Since the natural oxide film is etched together with silicon by the HCl gas, the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film 105 (106) is clean by the time HSG is formed.

【0024】したがって、実施例1の場合では、基板の
持込み水分、大気巻き込みによる持込み水分を抑えるた
めの複雑なロードロック機構を有する参照試料1に用い
た図9の炉と同等に充分なHSG形成が行われていく。
しかもこれはロードロック機構を有しないシンプルな構
成の炉に超高純度N2 ガス+HClガスの配管を接続す
るだけなので装置コストが安く、メンテナンスも容易で
ある。一方、参照試料2の場合では、H2 雰囲気中で6
00℃で高温処理するためにHSG形成温度以上に基板
を加熱するためにリンドープトアモルファスシリコン膜
105(106)内部に部分的に結晶化を引き起こすこ
とになり、これはHSG形成を妨げる結果となり容量増
加率が低下する。
Therefore, in the case of Example 1, sufficient HSG formation was achieved in the same manner as in the furnace of FIG. 9 used for the reference sample 1 having a complicated load-lock mechanism for suppressing the amount of water carried into the substrate and the amount of water carried into the atmosphere. Will be done.
Moreover, since this is simply connected to the ultra-high purity N 2 gas + HCl gas pipe to a simple furnace having no load lock mechanism, the apparatus cost is low and maintenance is easy. On the other hand, in the case of the reference sample 2, 6 in the H 2 atmosphere.
In order to heat the substrate to a temperature higher than the HSG formation temperature for high temperature treatment at 00 ° C., partial crystallization is caused inside the phosphorus-doped amorphous silicon film 105 (106), which hinders the HSG formation and results in a capacitance. The rate of increase decreases.

【0025】(実施例2)次に本発明の第2の実施例2
について説明する。実施例2は、シリコン基板上の絶縁
膜に開孔されたコンタクトホール内にリンドープトアモ
ルファスシリコンの成長を行い、その後結晶化熱処理を
施すことによりリンドープトポリシリコン膜を形成し、
これをコンタクトホールに埋め込んだ半導体装置を製造
する例である。
(Embodiment 2) Next, a second embodiment 2 of the present invention
Will be described. In the second embodiment, phosphorus-doped amorphous silicon is grown in a contact hole formed in an insulating film on a silicon substrate, and then a crystallization heat treatment is performed to form a phosphorus-doped polysilicon film,
This is an example of manufacturing a semiconductor device in which this is embedded in a contact hole.

【0026】先ず、図5(a)のように、直径150m
mのP型シリコン基板200上にシリコンの選択酸化法
によりシリコン酸化膜からなる素子分離膜201を40
00Å形成した後、N型拡散層202をリンのイオン注
入により形成する。このときの加速電圧は100Ke
V、ドーズ量は1E16cm2とする。その後、シリコ
ン酸化膜等の絶縁膜203をCVD法により8000Å
成長する。更に、図5(b)のように、フォトリソグラ
フィ技術により絶縁膜203に直径0.2〜1.2μm
のコンタクトホール204を開孔する。この基板200
を1%のフッ酸に1min間浸した後に、水洗を2mi
n間行い、コンタクトホール204内のシリコン基板表
面の自然酸化膜を除去する。その後、1時間以内に図1
に示した炉内にボートエレベータ7により室温で基板を
入炉した。基板は石英ボート9上に50枚水平積載す
る。
First, as shown in FIG. 5 (a), the diameter is 150 m.
The element isolation film 201 made of a silicon oxide film is formed on the P-type silicon substrate 200 of m by a selective oxidation method of silicon.
After the formation of 00Å, the N type diffusion layer 202 is formed by ion implantation of phosphorus. The acceleration voltage at this time is 100 Ke
V and dose amount are set to 1E16 cm2. After that, an insulating film 203 such as a silicon oxide film is formed by a CVD method at 8000Å
grow up. Further, as shown in FIG. 5B, the diameter of the insulating film 203 is 0.2 to 1.2 μm by the photolithography technique.
The contact hole 204 is opened. This board 200
Was soaked in 1% hydrofluoric acid for 1 min and then washed with water for 2 mi.
Then, the natural oxide film on the surface of the silicon substrate in the contact hole 204 is removed. After that, within 1 hour
The substrate was put into the furnace shown in FIG. Fifty substrates are horizontally loaded on the quartz boat 9.

【0027】その後、図6(a)のシーケンスでアモル
ファスシリコン成長を行なう。即ち、先ず炉内を1E−
3torr程度まで真空引きし、水分含有量1ppm以
下の超高純度N2 ガス1SLM+HClガス100SC
CMを炉内に導入して1torrの圧力で500℃まで
加熱する。その後、超高純度N2 ガス+HClガスを止
め、炉内を充分真空引きした後、図5(c)のように、
リンドープトアモルファスシリコン膜205を成長温度
500℃、成長圧力20Pa、Si2 6 流量100S
CCM、He希釈1%PH3 流量120SCCMの条件
で成長する。その後、N2 雰囲気で降温する。
After that, amorphous silicon is grown in the sequence shown in FIG. That is, first, 1E-
Vacuumed down to about 3 torr, ultra-high purity N 2 gas with water content of 1 ppm or less 1 SLM + HCl gas 100 SC
CM is introduced into the furnace and heated to 500 ° C. at a pressure of 1 torr. After that, the ultra-high purity N 2 gas + HCl gas was stopped, the inside of the furnace was sufficiently evacuated, and then, as shown in FIG.
The phosphorus-doped amorphous silicon film 205 is grown at a growth temperature of 500 ° C., a growth pressure of 20 Pa, and a Si 2 H 6 flow rate of 100 S.
CCM, He diluted 1% PH 3 grow under the condition of 120 SCCM flow rate. Then, the temperature is lowered in an N 2 atmosphere.

【0028】次いで、図5(d)のように、850℃、
10min、N2 雰囲気で結晶化熱処理を行い、リンド
ープトポリシリコン膜206を形成した。更に、絶縁膜
203上のリンドープトポリシリコン膜206をドライ
エッチングした後、アルミニウムスパッタし、これをパ
ターニングしてアルミニウム配線207を形成する。
Then, as shown in FIG. 5 (d), at 850 ° C.,
Crystallization heat treatment was performed in an N 2 atmosphere for 10 minutes to form a phosphorus-doped polysilicon film 206. Further, after the phosphorus-doped polysilicon film 206 on the insulating film 203 is dry-etched, aluminum is sputtered and this is patterned to form an aluminum wiring 207.

【0029】これに対して、コンタクト抵抗を比較する
ために、参照試料3,4を製造する。参照試料3は、リ
ンドープトアモルファスシリコン膜の形成のみ図9に示
した炉を用い、他は実施例2と全く同様とする。この場
合、リンドープトアモルファスシリコン膜の形成工程で
は、あらかじめ基板を1%の希フッ酸に1min間浸し
た後、水洗を2min行い、コンタクトホール内のシリ
コン基板表面の自然酸化膜を除去した後、1時間以内に
図9のカセット室16に基板を50枚セットし、その後
カセット室16を1E−7torrまで排気する。ゲー
トバルブ12,13を開き、基板移載機15を用いて基
板移載室14を介して、あらかじめ1E−8torrに
真空引きされたロードロック室10内の石英ボート9に
基板を移載する。更に、ボートエレベータ7により炉室
内に設置する。その後、図6(b)のようなシーケンス
でリンドープトアモルファスシリコン膜の形成を行な
う。リンドープトアモルファスシリコン成長条件は実施
例2と同様にした。
On the other hand, in order to compare the contact resistance, reference samples 3 and 4 are manufactured. As the reference sample 3, the furnace shown in FIG. 9 is used only for forming the phosphorus-doped amorphous silicon film, and the other conditions are the same as those of the second embodiment. In this case, in the step of forming the phosphorus-doped amorphous silicon film, the substrate is previously immersed in 1% dilute hydrofluoric acid for 1 min, followed by washing with water for 2 min to remove the natural oxide film on the surface of the silicon substrate in the contact hole. Within one hour, 50 substrates are set in the cassette chamber 16 shown in FIG. 9, and then the cassette chamber 16 is evacuated to 1E-7 torr. The gate valves 12 and 13 are opened, and the substrate is transferred to the quartz boat 9 in the load lock chamber 10 that has been evacuated to 1E-8 torr through the substrate transfer chamber 14 using the substrate transfer machine 15. Furthermore, the boat elevator 7 is installed in the furnace chamber. Then, a phosphorus-doped amorphous silicon film is formed in the sequence as shown in FIG. The phosphorus-doped amorphous silicon growth conditions were the same as in Example 2.

【0030】また、参照試料4は、リンドープトアモル
ファスシリコン膜の形成工程を図1に示した炉を用いて
行い、熱処理シーケンスのみ図6(b)のような特開平
3−22527号公報と特公昭63−41210号公報
の方法を組み合わせたものとする。即ち、加熱時はH2
雰囲気とし、圧力は1torrとする。600℃で高温
熱処理、即ちH2 ベークを圧力1torrで4min間
行ってコンタクトホール内のシリコン基板表面の自然酸
化膜を除去した後、H2 流量1SLM/HCl流量10
0SCCM、圧力1torrの条件で自然酸化膜再成長
を抑えつつ、500℃までH2 +HCl雰囲気で降温し
た。その後、実施例2と同様の条件でリンドープトアモ
ルファスシリコン膜を成長し、N2 雰囲気で降温する。
その他の工程は実施例2と全く同様とする。
In the reference sample 4, the step of forming the phosphorus-doped amorphous silicon film was performed using the furnace shown in FIG. 1, and only the heat treatment sequence was performed as in Japanese Patent Laid-Open No. 3-22527 as shown in FIG. 6B. The method disclosed in JP-A-63-41210 is combined. That is, when heating, H 2
The atmosphere is used and the pressure is 1 torr. After high temperature heat treatment at 600 ° C., that is, H 2 bake at a pressure of 1 torr for 4 minutes to remove the natural oxide film on the surface of the silicon substrate in the contact hole, H 2 flow rate 1 SLM / HCl flow rate 10
The temperature was lowered to 500 ° C. in an H 2 + HCl atmosphere while suppressing the natural oxide film regrowth under the conditions of 0 SCCM and a pressure of 1 torr. Then, a phosphorus-doped amorphous silicon film is grown under the same conditions as in Example 2, and the temperature is lowered in N 2 atmosphere.
The other steps are exactly the same as in the second embodiment.

【0031】以上のようにして形成した実施例2,参照
試料3,4の各リンドープトポリシリコン膜(206)
のコンタクト抵抗を比較した結果を図7に示す。コンタ
クト抵抗の測定はコンタクト1万個のチェーンの両端に
3Vのバイアスを印加して行い、その測定値をコンタク
ト1個当たりの抵抗に換算し、アルミニウム配線抵抗及
び拡散層抵抗を差し引いたポリシリコンプラグ抵抗及び
ポリシリコン/基板界面抵抗をコンタクト抵抗とした。
Each phosphorus-doped polysilicon film (206) of Example 2, Reference Samples 3 and 4 formed as described above
The results of comparing the contact resistances of the above are shown in FIG. The contact resistance is measured by applying a bias of 3 V to both ends of the chain of 10,000 contacts, and the measured value is converted into the resistance per contact, and the aluminum wiring resistance and diffusion layer resistance are subtracted from the polysilicon plug. The resistance and the polysilicon / substrate interface resistance were taken as the contact resistance.

【0032】図7に示されるように、実施例2、参照試
料4ではコンタクト抵抗は全く同一であり、一方参照試
料3ではコンタクト抵抗は高い。実施例2の場合、基板
加熱時に炉内残留水分の効果により、自然酸化膜の再成
長が起こるが、HClガスにより自然酸化膜はシリコン
ごとエッチングされ、しかもコンタクトホール開孔時の
ドライエッチングによるフッ素、カーボン等のコンタミ
ネーションも同時にエッチングされる。一方、参照試料
4の場合では、高温でのH2処理のために自然酸化膜は
エッチングされ、フッ素、カーボン等のコンタミネーシ
ョンも同時にエッチングされる。したがって、これらの
場合ではリンドープトポリシリコン膜15と基板の界面
には自然酸化膜やフッ素、カーボン等のコンタミネーシ
ョンは介在しないので、コンタクト抵抗は低くなる。し
かし、参照試料3の場合、希フッ酸処理により自然酸化
膜は除去されているが、フッ素、カーボン等のコンタミ
ネーションは除去されないためにコンタクト抵抗は高く
なる。
As shown in FIG. 7, the contact resistances of Example 2 and Reference Sample 4 are exactly the same, while the contact resistance of Reference Sample 3 is high. In the case of Example 2, the natural oxide film re-growth occurs due to the effect of the residual moisture in the furnace when the substrate is heated. However, the natural oxide film is etched together with silicon by HCl gas, and the fluorine by dry etching at the time of opening the contact hole is increased. Contamination such as carbon is also etched at the same time. On the other hand, in the case of the reference sample 4, the natural oxide film is etched due to the H 2 treatment at a high temperature, and the contaminations such as fluorine and carbon are also etched at the same time. Therefore, in these cases, since the natural oxide film, the contamination of fluorine, carbon, etc. are not present at the interface between the phosphorus-doped polysilicon film 15 and the substrate, the contact resistance becomes low. However, in the case of the reference sample 3, although the natural oxide film is removed by the dilute hydrofluoric acid treatment, the contamination such as fluorine and carbon is not removed, so that the contact resistance becomes high.

【0033】また、実施例2、参照試料3,4の間でリ
ンドープトアモルファスシリコン成長のスループットを
比較した結果を図8に示す。実施例2,参照試料3では
37.5枚/時間であるのに対し、参照試料4では25
枚/時間となっている。これは参照試料4ではH2 雰囲
気中で一度高温熱処理してから降温してアモルファスシ
リコン成長するために、1バッチ当たりのプロセスタイ
ムが長くなるためである。
FIG. 8 shows the results of comparison of the throughput of phosphorus-doped amorphous silicon growth between Example 2 and Reference Samples 3 and 4. In Example 2 and Reference Sample 3, the number is 37.5 sheets / hour, whereas in Reference Sample 4, it is 25.
Sheets / hour. This is because the reference sample 4 undergoes a high temperature heat treatment once in an H 2 atmosphere and then the temperature is lowered to grow amorphous silicon, so that the process time per batch becomes long.

【0034】なお、前記実施例1,2はいずれもリンを
ドープしたアモルファスシリコンやポリシリコンについ
ての例であるが、他の不純物をドープしたアモルファス
シリコンやポリシリコンについても本発明を同様にして
適用することが可能である。また、本発明における熱処
理は、前記した容量電極上でのHSGポリシリコン膜の
形成や、コンタクトホールに埋め込むポリシリコン膜の
形成以外の熱処理においても同様に適用することが可能
である。
Although the first and second embodiments are examples of amorphous silicon and polysilicon doped with phosphorus, the present invention is similarly applied to amorphous silicon and polysilicon doped with other impurities. It is possible to Further, the heat treatment in the present invention can be similarly applied to the heat treatment other than the formation of the HSG polysilicon film on the capacitor electrode and the formation of the polysilicon film embedded in the contact hole.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、炉内に載
置されたシリコン膜を高温下で処理するに際し、シリコ
ン膜の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈されたHClガ
スを炉内に導入し、シリコン膜の表面上の自然酸化膜を
除去してシリコン膜の熱処理を行うので、ロードロック
室を備えない拡散炉を用いてHSGポリシリコン膜の形
成を可能し、またコンタクトのリンドープトポリシリコ
ンによる埋め込みが実現できる。これにより、従来のバ
ッチ式炉に超高純度N2 ガス+HClガスの配管を接続
するだけというシンプルな構成で製造が可能となり、拡
散炉のコストの低減、容易なメンテナンス性という効果
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, when the silicon film placed in the furnace is processed at a high temperature, the HCl gas diluted with the ultra-high purity N 2 gas is heated in the furnace when the silicon film is heated. Introduced into the chamber, the natural oxide film on the surface of the silicon film is removed and the silicon film is heat-treated, so that the HSG polysilicon film can be formed using a diffusion furnace without a load lock chamber, and the contact Embedding with phosphorus-doped polysilicon can be realized. As a result, it is possible to manufacture with a simple configuration in which the piping of ultra-high purity N 2 gas + HCl gas is simply connected to the conventional batch type furnace, and the effect of reducing the cost of the diffusion furnace and easy maintainability can be obtained. it can.

【0036】特に、HSGポリシリコン膜を容量電極に
形成したときには、容量電極の容量増加率の高い容量電
極を製造することが可能となる。また、コンタクトホー
ルへのリンドープトポリシリコンの埋込みでは、HCl
によるシリコンのエッチング時に、コンタクトホールの
ドライエッチング時に生じるるフッ素、カーボンのコン
タミネーションも除去されるのでコンタクト抵抗を下げ
ることが可能となる。また、基板の温度を一旦降下させ
ることなくコンタクトホールへのリンドープトポリシリ
コンの埋込みが可能となることで、高スループットが実
現できる。
In particular, when the HSG polysilicon film is formed on the capacitor electrode, it is possible to manufacture a capacitor electrode having a high capacity increase rate of the capacitor electrode. In addition, when burying phosphorus-doped polysilicon in the contact hole,
Since the contamination of fluorine and carbon generated during dry etching of the contact hole is also removed during the etching of silicon by the above, it is possible to reduce the contact resistance. Further, since it becomes possible to embed phosphorus-doped polysilicon in the contact hole without temporarily lowering the temperature of the substrate, high throughput can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で用いたバッチ式拡散炉の一例の断面構
成図である。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of an example of a batch type diffusion furnace used in the present invention.

【図2】本発明の実施例1の製造方法の主要工程を示す
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main steps of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例1と従来方法を比較して示すプ
ロセスシーケンス図である。
FIG. 3 is a process sequence diagram showing a comparison between the first embodiment of the present invention and the conventional method.

【図4】実施例1と参照試料1,2の各HSGポリシリ
コン膜の容量電極の容量増加率を比較して示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a comparison of the capacitance increase rates of the capacitance electrodes of the HSG polysilicon films of Example 1 and Reference Samples 1 and 2, respectively.

【図5】本発明の実施例2の製造方法の主要工程を示す
断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main steps of a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例2と従来方法を比較して示すプ
ロセスシーケンス図である。
FIG. 6 is a process sequence diagram showing a comparison between a second embodiment of the present invention and a conventional method.

【図7】実施例2と参照試料3,4の各リンドープトア
モルファスシリコン膜のコンタクト抵抗を比較して示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing contact resistances of the phosphorus-doped amorphous silicon films of Example 2 and reference samples 3 and 4 for comparison.

【図8】実施例2と参照試料3,4の各リンドープトア
モルファスシリコン膜のスループットを比較して示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a comparison between the throughputs of the phosphorus-doped amorphous silicon films of Example 2 and reference samples 3 and 4;

【図9】ロードロック室を有するバッチ式拡散炉の一例
の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an example of a batch type diffusion furnace having a load lock chamber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 シリコン基板 103 絶縁膜 105 リンドープトアモルファスシリコン膜 106 容量電極 107 HSGポリシリコン膜 108 絶縁膜 109 ノンドープトポリシリコン膜 200 シリコン基板 203 絶縁膜 204 コンタクトホール 205 リンドープトアモルファスシリコン膜 206 リンドープトポリシリコン膜 100 Silicon Substrate 103 Insulating Film 105 Phosphorus-Doped Amorphous Silicon Film 106 Capacitive Electrode 107 HSG Polysilicon Film 108 Insulating Film 109 Non-Doping Polysilicon Film 200 Silicon Substrate 203 Insulating Film 204 Contact Hole 205 Phosphorous Doping Amorphous Silicon Film 206 Phosphorus Doping Polysilicon Film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/3065

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炉内に載置されたシリコン膜を高温下で
処理するに際し、シリコン膜の加熱時に超高純度N2
スで希釈されたHClガスを炉内に導入し、前記シリコ
ン膜の表面上の自然酸化膜を除去し、かつそのシリコン
膜の熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. When processing a silicon film placed in a furnace at a high temperature, an HCl gas diluted with an ultrahigh-purity N 2 gas is introduced into the furnace when the silicon film is heated, and the silicon film A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises removing a natural oxide film on a surface and heat-treating the silicon film.
【請求項2】 炉内に載置されたシリコン膜の表面にH
SGポリシリコン膜を形成するに際し、シリコン膜の加
熱時に超高純度N2 ガスで希釈されたHClガスを炉内
に導入し、前記シリコン膜の表面上の自然酸化膜を除去
し、かつそのシリコン膜の表面にHSGポリシリコン膜
を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The surface of a silicon film placed in a furnace is H
When forming the SG polysilicon film, HCl gas diluted with ultra-high purity N 2 gas is introduced into the furnace when the silicon film is heated to remove the natural oxide film on the surface of the silicon film and to remove the silicon. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming an HSG polysilicon film on the surface of the film.
【請求項3】 炉内に載置された基板に形成されたリン
ドープトアモルファスシリコン膜の表面にHSGポリシ
リコン膜を形成するに際し、前記リンドープトアモルフ
ァスシリコン膜の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈され
たHClガスを炉内に導入し、前記リンドープトアモル
ファスシリコン膜の表面上の自然酸化膜を除去し、かつ
前記リンドープトアモルファスシリコン膜の表面にHS
Gポリ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。
3. When forming an HSG polysilicon film on the surface of a phosphorus-doped amorphous silicon film formed on a substrate placed in a furnace, an ultrahigh-purity N 2 gas is used when the phosphorus-doped amorphous silicon film is heated. The diluted HCl gas is introduced into the furnace to remove the natural oxide film on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film, and the HS on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film.
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a G polysilicon film.
【請求項4】 炉内に載置されたシリコン基板の表面に
不純物を導入したポリシリコン膜を形成するに際し、シ
リコン基板の加熱時に超高純度N2 ガスで希釈されたH
Clガスを炉内に導入し、前記シリコン基板の表面上の
自然酸化膜を除去し、かつそのシリコン基板の表面に前
記ポリ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。
4. When forming a polysilicon film having impurities introduced on the surface of a silicon substrate placed in a furnace, H that has been diluted with ultra-high purity N 2 gas at the time of heating the silicon substrate is used.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising introducing Cl gas into a furnace to remove a natural oxide film on the surface of the silicon substrate and forming the polysilicon film on the surface of the silicon substrate.
【請求項5】 炉内に載置されたシリコン基板の表面に
絶縁膜を形成し、この絶縁膜に開孔したコンタクトホー
ル内に前記シリコン基板に接する不純物を導入したポリ
シリコン膜を形成するに際し、前記シリコン基板の加熱
時に超高純度N2 ガスで希釈されたHClガスを炉内に
導入し、前記コンタクトホール内のシリコン基板の表面
上の自然酸化膜を除去し、かつそのコンタクトホール内
のシリコン基板の表面に前記ポリ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。
5. When forming an insulating film on the surface of a silicon substrate placed in a furnace, and forming a polysilicon film into which impurities contacting the silicon substrate are introduced in a contact hole opened in the insulating film. At the time of heating the silicon substrate, HCl gas diluted with ultra-high purity N 2 gas is introduced into the furnace to remove the natural oxide film on the surface of the silicon substrate in the contact hole, and A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming the polysilicon film on a surface of a silicon substrate.
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