JP2701793B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2701793B2
JP2701793B2 JP14921295A JP14921295A JP2701793B2 JP 2701793 B2 JP2701793 B2 JP 2701793B2 JP 14921295 A JP14921295 A JP 14921295A JP 14921295 A JP14921295 A JP 14921295A JP 2701793 B2 JP2701793 B2 JP 2701793B2
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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、特に半導体基板の表面の処理方法に関する。
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 treating a surface of a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板の表面に形成された自然酸化
膜の除去は、超LSIなど半導体装置の製造工程におい
て必須な技術となっている。例えば、シリコン基板上に
化学気相成長(CVD)法でシリコンエピタキシャル成
長を行うプロセスがあるが、このプロセスでは自然酸化
膜を成長装置内で除去する必要がある。また、ダイナミ
ックRAM(DRAM)においては、シリコン基板上の
デバイス活性層と配線層とのコンタクトを形成するた
め、コンタクト孔をポリシリコンで埋設するプロセスが
あるが、このプロセスにおいてもコンタクト抵抗を低減
する目的からポリシリコン成長前に基板表面の自然酸化
膜を除去する必要がある。その他、半導体基板上に薄膜
成長を行うプロセスにおいては、基板/薄膜界面での自
然酸化膜残留がデバイス特性上問題となることが多く、
薄膜形成前に基板表面の自然酸化膜を除去する技術が必
要とされている。
2. Description of the Related Art Removal of a natural oxide film formed on the surface of a semiconductor substrate is an essential technique in a process of manufacturing a semiconductor device such as an VLSI. For example, there is a process of performing silicon epitaxial growth on a silicon substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method. In this process, it is necessary to remove a natural oxide film in a growth apparatus. In a dynamic RAM (DRAM), there is a process of burying a contact hole with polysilicon in order to form a contact between a device active layer and a wiring layer on a silicon substrate. In this process, the contact resistance is also reduced. For the purpose, it is necessary to remove a natural oxide film on the substrate surface before growing polysilicon. In addition, in a process of growing a thin film on a semiconductor substrate, a natural oxide film residue at a substrate / thin film interface often causes a problem in device characteristics.
There is a need for a technique for removing a native oxide film on a substrate surface before forming a thin film.

【0003】従来、基板表面に形成された自然酸化膜を
除去する方法としては、シリコン基板を対象とした技術
が多く研究開発されているので、ここではシリコン基板
上にシリコン薄膜を成長する場合について開発された水
素還元、高真空アニール、シラン還元、もしくはGeH
4 還元などの従来方法について、エピタキシャル成長お
よびポリシリコン成長を例に挙げて説明する。
Conventionally, as a method of removing a natural oxide film formed on the surface of a substrate, many technologies for a silicon substrate have been researched and developed. Therefore, here, a case of growing a silicon thin film on a silicon substrate will be described. Developed hydrogen reduction, high vacuum annealing, silane reduction, or GeH
Conventional methods such as 4 reduction will be described by taking epitaxial growth and polysilicon growth as examples.

【0004】シリコンエピタキシャル成長は、基板洗浄
工程、成長炉内での自然酸化膜除去工程、およびエピタ
キシャル膜の成長工程により行われる。通常、基板洗浄
は、70℃程度に加熱したH2 2 、アンモニア水、H
2 0の混合溶液を用い、基板表面の汚染物質を除去する
と同時に、表面を汚染から保護する自然酸化膜を形成す
る。その後、エピタキシャル成長炉内で水素還元、シラ
ン還元、もしくは高真空中アニールにより自然酸化膜を
除去し、シラン系ガスを用いた減圧CVD(LPCV
D)によりエピタキシャル膜を成長する。水素還元法
は、基板温度を900℃以上に加熱し、常圧、もしくは
数10Torrの減圧下で、水素ガスを基板表面に供給
して行う。この方法は、比較的容易に基板表面の自然酸
化膜を除去できることから、従来LSI製造工程として
最も一般的に使用されている技術である。高真空アニー
ル法は、到達真空度が1×10-9Torr以下の高真空
チャンバーを備えた分子線エピタキシー(MBE)装置
などで用いられている方法で、〜1×10-9Torr程
度の高真空下で950℃程度に基板を加熱することによ
り自然酸化膜を除去している。しかし、最近のLSIの
高集積化に伴う素子微細化の要請から、製造プロセス温
度を低減する必要があり、より低温で自然酸化膜を除去
できるシラン還元法が検討されている。この方法では、
例えば、基板温度を850℃とし、1×10-4Torr
の減圧下でSiH4 ガスを供給することにより自然酸化
膜を除去する。また、SiH4 の代わりにGeH4 ガス
を供給するGeH4 還元もSiGe薄膜成長などの特殊
なプロセスで用いられている。
[0004] Silicon epitaxial growth is performed by a substrate cleaning step, a natural oxide film removing step in a growth furnace, and an epitaxial film growing step. Usually, the substrate is cleaned by heating H 2 O 2 , ammonia water, H
Using a mixed solution of 2 0, and at the same time to remove contaminants on the substrate surface, to form a natural oxide film to protect the surface from contamination. Thereafter, the natural oxide film is removed by hydrogen reduction, silane reduction, or annealing in a high vacuum in an epitaxial growth furnace, and a low pressure CVD (LPCV) using a silane-based gas is performed.
An epitaxial film is grown by D). The hydrogen reduction method is performed by heating a substrate temperature to 900 ° C. or higher and supplying hydrogen gas to the substrate surface under normal pressure or a reduced pressure of several tens of Torr. This method is the most commonly used technology in the conventional LSI manufacturing process because a natural oxide film on the substrate surface can be relatively easily removed. The high vacuum annealing method is a method used in a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus having a high vacuum chamber with a degree of ultimate vacuum of 1 × 10 −9 Torr or less, and a high vacuum of about 1 × 10 −9 Torr. The natural oxide film is removed by heating the substrate to about 950 ° C. under vacuum. However, due to recent demands for element miniaturization accompanying high integration of LSIs, it is necessary to lower the manufacturing process temperature, and a silane reduction method capable of removing a natural oxide film at a lower temperature has been studied. in this way,
For example, the substrate temperature is set to 850 ° C. and 1 × 10 −4 Torr
The natural oxide film is removed by supplying SiH 4 gas under reduced pressure. GeH 4 reduction, which supplies GeH 4 gas instead of SiH 4 , is also used in special processes such as SiGe thin film growth.

【0005】また、基板−配線層間のコンコンタクト孔
をポリシリコンで埋設する工程においては、希弗酸(H
F)溶液で基板表面の自然酸化膜を除去した後、ポリシ
リコン成長炉に基板を導入する。この際、この希HF処
理から成長炉導入までの間に基板表面は再酸化される。
その後、エピタキシャル成長と同様に、成長炉内で水素
還元もしくはシラン還元により自然酸化膜を除去した
後、シラン系ガスを用いたLPCVDによりポリシリコ
ン薄膜を成長する。このようなポリシリコン埋設のコン
タクト孔形成の場合は、コンタクト抵抗の低減を目的と
しているので、エピタキシャル成長の場合ほど完全に自
然酸化膜を除去する必要はなく、部分的に除去できれば
よい。このため、エピタキシャル成長の場合と比較して
低温で処理可能である。例えば水素還元の場合は基板温
度750℃以上で、シラン還元の場合は基板温度650
℃以上で処理することによりコンタクト抵抗低減に効果
が見られている。
In the step of burying a contact hole between a substrate and a wiring layer with polysilicon, dilute hydrofluoric acid (H
F) After removing the natural oxide film on the substrate surface with the solution, the substrate is introduced into a polysilicon growth furnace. At this time, the substrate surface is reoxidized during the period from the dilute HF treatment to the introduction into the growth furnace.
Then, similarly to the epitaxial growth, after removing the natural oxide film by hydrogen reduction or silane reduction in a growth furnace, a polysilicon thin film is grown by LPCVD using a silane-based gas. In the case of forming such a contact hole buried with polysilicon, the purpose is to reduce the contact resistance. Therefore, it is not necessary to completely remove the natural oxide film as in the case of epitaxial growth, but it is sufficient to partially remove the natural oxide film. Therefore, processing can be performed at a lower temperature than in the case of epitaxial growth. For example, in the case of hydrogen reduction, the substrate temperature is 750 ° C. or higher, and in the case of silane reduction, the substrate temperature is 650 ° C.
The effect of reducing the contact resistance has been observed by treating at a temperature of not less than ℃.

【0006】このような低温化が可能なシラン還元法を
図7に基づいて説明する。図7は、シリコン基板の表面
に形成された自然酸化膜をシラン還元法で除去する方法
の工程順の断面図である。
A silane reduction method capable of reducing the temperature will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view in the order of steps of a method of removing a natural oxide film formed on the surface of a silicon substrate by a silane reduction method.

【0007】図7(a)に示すように、HF溶液から取
り出され純水で洗浄されたシリコン基板101の表面に
は、通常、膜厚が0.5nm程度の自然酸化膜102が
形成される。この自然酸化膜102は多孔性を有するシ
リコン酸化膜である。このようなシリコン基板101を
温度が650℃、雰囲気が微量のSiH4 を含むH2
ス雰囲気で熱処理する。
As shown in FIG. 7A, a natural oxide film 102 having a thickness of about 0.5 nm is usually formed on the surface of a silicon substrate 101 taken out of an HF solution and washed with pure water. . The natural oxide film 102 is a porous silicon oxide film. Such a silicon substrate 101 is heat-treated at a temperature of 650 ° C. in an H 2 gas atmosphere containing a small amount of SiH 4 .

【0008】この熱処理では、(1)式の化学反応によ
りシリコン基板上101の自然酸化膜102がSiH4
ガスによって還元されて除去される。
In this heat treatment, the natural oxide film 102 on the silicon substrate 101 is made of SiH 4 by the chemical reaction of the formula (1).
It is reduced and removed by the gas.

【0009】 [0009]

【0010】ここで、反応生成物であるSiOの揮発性
は高く、図7(b)に示すように気相中に飛散する。そ
して、多孔性の自然酸化膜は除去される。しかしなが
ら、シリコン基板101表面の自然酸化膜102の膜厚
が一定でないなどの理由で、自然酸化膜102は、シリ
コン基板101面内全ての領域に亘って同時に除去され
ることはない。すなわち、自然酸化膜の薄い部分が最初
に除去されて、基板表面で酸化膜が完全に除去された領
域と未だ酸化膜が残り残存自然酸化膜103のある領域
とが生じることになる。
Here, SiO, which is a reaction product, has a high volatility, and scatters in the gas phase as shown in FIG. 7 (b). Then, the porous natural oxide film is removed. However, the natural oxide film 102 is not simultaneously removed over the entire region within the surface of the silicon substrate 101 because the thickness of the natural oxide film 102 on the surface of the silicon substrate 101 is not constant. In other words, the thin portion of the natural oxide film is removed first, and a region where the oxide film is completely removed on the substrate surface and a region where the oxide film remains and the remaining natural oxide film 103 remains are generated.

【0011】この状態でシラン還元を継続すると、自然
酸化膜の残留している領域では自然酸化膜の除去が進む
が、一方、シリコン基板101が剥き出しになった領域
ではシリコン薄膜104の成長が始まる。そして、自然
酸化膜102を完全に除去した状態では、図7(c)に
示すように、シリコン基板101表面の一部領域に膜厚
が数十nmのシリコン薄膜104が形成されるようにな
る。
If the silane reduction is continued in this state, the removal of the native oxide film proceeds in the region where the native oxide film remains, while the growth of the silicon thin film 104 starts in the region where the silicon substrate 101 is exposed. . Then, when the natural oxide film 102 is completely removed, as shown in FIG. 7C, a silicon thin film 104 having a thickness of several tens nm is formed in a partial region of the surface of the silicon substrate 101. .

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
基板表面の自然酸化膜除去方法としては、水素還元、高
真空アニール、シラン系ガス還元、およびGeH4 ガス
還元などの方法があるが、半導体素子寸法の微細化への
要請から処理温度を低減する必要があり、シラン系ガス
還元法もしくはGeH4 ガス還元法が重要となる。しか
しながら、前述した従来のシラン還元法およびGeH4
還元法は、還元処理後に成膜した薄膜の表面に凹凸が形
成されるという問題があり、LSIのさらなる高集積化
の障壁となる。この点について、シラン還元法の場合に
ついて以下に詳細に述べる。GeH4 還元法の場合もシ
ラン還元法と同様である。
As described above,
Methods for removing the natural oxide film on the substrate surface include methods such as hydrogen reduction, high vacuum annealing, silane-based gas reduction, and GeH 4 gas reduction, but the processing temperature is reduced due to the demand for miniaturization of semiconductor element dimensions. It is necessary to use a silane-based gas reduction method or a GeH 4 gas reduction method. However, the above-mentioned conventional silane reduction method and GeH 4
The reduction method has a problem that irregularities are formed on the surface of a thin film formed after the reduction treatment, and this becomes a barrier to further high integration of LSI. This will be described in detail below in the case of the silane reduction method. The GeH 4 reduction method is the same as the silane reduction method.

【0013】先述したように、シラン還元による自然酸
化膜の除去方法では、シリコン基板表面において自然酸
化膜の除去とシリコン薄膜の成長とが同時に起こり、シ
リコン基板表面に凹凸が形成される。この凹凸の段差
は、シラン還元の条件にも依存するが、例えば、従来技
術の項で説明した650℃の条件では、50nm程度に
までに達する。
As described above, in the method of removing the natural oxide film by silane reduction, the removal of the natural oxide film and the growth of the silicon thin film occur simultaneously on the surface of the silicon substrate, so that irregularities are formed on the surface of the silicon substrate. The level difference of the unevenness depends on the conditions of silane reduction, but reaches up to about 50 nm under the condition of 650 ° C. described in the section of the prior art.

【0014】以下、このようなシリコン薄膜の凹凸が形
成されることにより発生するULSI製造上の問題につ
いて、ポリシリコン埋設のコンタクト孔形成を例に挙げ
て説明していく。
Hereinafter, a problem in the production of the ULSI caused by the formation of the unevenness of the silicon thin film will be described with reference to an example of forming a contact hole buried in polysilicon.

【0015】DRAMなど半導体メモリーの高集積化に
より伴いコンタクト径も縮小される。例えば、設計基準
が0.25μmレベルのULSIにおけるコンタクト孔
のでき上がり寸法は、直径0.15μm程度で、高さ1
μm程度になる。このような高アスペクト比のコンタク
ト孔をポリシリコン膜で充填する場合、ノンドープポリ
シリコンでコンタクト孔を埋設した後にリン拡散もしく
はイオン注入などにより不純物を導入する方法ではコン
タクト孔底部まで十分に不純物を導入することができな
い。このため、成膜時に同時に不純物をドーピングする
方法が使用される。例えば、SiH4 −PH3 系もしく
はSiH4 −B26 系のLPCVDによるリンドープ
トもしくはボロンドープトポリシリコン膜でコンタクト
孔を埋設する。
[0015] With the high integration of semiconductor memories such as DRAM, the contact diameter is also reduced. For example, the finished dimensions of a contact hole in a ULSI having a design standard of 0.25 μm are about 0.15 μm in diameter and 1 μm in height.
It becomes about μm. In the case of filling such a high aspect ratio contact hole with a polysilicon film, the method of filling the contact hole with non-doped polysilicon and then introducing the impurity by phosphorus diffusion or ion implantation sufficiently introduces the impurity to the bottom of the contact hole. Can not do it. For this reason, a method of doping impurities at the same time as film formation is used. For example, burying the contact hole with a phosphorus-doped or boron-doped polycrystalline silicon film by LPCVD of SiH 4 -PH 3 system or SiH 4 -B 2 H 6 system.

【0016】シラン還元法による自然酸化膜の除去法を
用い、リンドープトポリシリコンをコンタクト孔に埋設
する場合、シラン還元処理によりコンタクト底面の自然
酸化膜除去を行った後に引き続いてリンドープトポリシ
リコン膜でコンタクト孔を埋設する。しかしながら、従
来のシラン還元法では、シラン還元処理時にすでに数十
nmのシリコン膜が成長し、0.15μm径のコンタク
ト孔の大部分がノンドープトポリシリコン膜で埋設され
てしまうことになる。このため、シラン還元処理後にリ
ンドープトポリシリコン膜を成長しても、コンタクト孔
内のポリシリコンの平均リン濃度が低下し、ポリシリコ
ン抵抗が増大するという問題がある。ボロンドープの場
合もリンドープと同様にポリシリコン抵抗が増大すると
いう問題がある。
In the case where a phosphorus-doped polysilicon is buried in a contact hole by using a method of removing a natural oxide film by a silane reduction method, a phosphorus-doped polysilicon film is successively removed after removing a natural oxide film on a contact bottom surface by a silane reduction treatment. To bury the contact hole. However, in the conventional silane reduction method, a silicon film of several tens of nm has already grown during the silane reduction treatment, and most of the contact holes having a diameter of 0.15 μm are buried with the non-doped polysilicon film. For this reason, even if the phosphorus-doped polysilicon film is grown after the silane reduction treatment, there is a problem that the average phosphorus concentration of the polysilicon in the contact hole decreases and the polysilicon resistance increases. Also in the case of boron doping, there is a problem that the polysilicon resistance increases as in the case of phosphorus doping.

【0017】また、シリコン基板上に堆積したシリコン
エピタキシャル膜に絶縁ゲート電界効果トランジスタ
(以下、MOSトランジスタと呼称する)のチャネル層
を形成して、微細MOSトランジスタの短チャネル効果
を抑制する方法が検討されているが、このシリコンエピ
タキシャル膜の表面に凹凸があるとMOSトランジスタ
のゲート酸化膜耐圧が劣化したり電荷の易動度が低下し
動作速度が低下するなどの問題が生じる。
Further, a method for forming a channel layer of an insulated gate field effect transistor (hereinafter, referred to as a MOS transistor) on a silicon epitaxial film deposited on a silicon substrate to suppress a short channel effect of a fine MOS transistor has been studied. However, if the surface of the silicon epitaxial film has irregularities, there arise problems such as deterioration of the gate oxide film breakdown voltage of the MOS transistor, lowering of mobility of electric charges and lowering of operation speed.

【0018】本発明の目的は、以上の問題点を解決する
ためになされたものであり、シラン系ガス還元、GeH
4 ガス還元などの還元ガスを用いて自然酸化膜除去を施
しても、前述したような表面凹凸を形成させない還元法
を提供する。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to reduce silane-based gas, GeH
Provided is a reduction method that does not form the above-described surface unevenness even when a natural oxide film is removed using a reducing gas such as a 4- gas reduction.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】このために本発明では、
半導体基板の主面あるいは半導体材料の表面に形成され
る自然酸化膜を除去する処理方法において、シラン系ガ
スとPH3 ガスの混合ガスまたはGeH4 ガスとPH3
ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混合
ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板あるいは前記半
導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還元除去する。
According to the present invention, there is provided:
In a processing method for removing a natural oxide film formed on a main surface of a semiconductor substrate or a surface of a semiconductor material, a mixed gas of a silane-based gas and a PH 3 gas or a mixed gas of a GeH 4 gas and a PH 3 gas is used.
The semiconductor substrate or the semiconductor thin film is heated in a reduced-pressure gas atmosphere containing a gas mixture or a gas atmosphere diluted with the gas mixture to reduce and remove the natural oxide film.

【0020】ここで、前記シラン系ガスとしてSiH4
あるいはSi2 6 ガスが用いられる。
Here, SiH 4 is used as the silane-based gas.
Alternatively, Si 2 H 6 gas is used.

【0021】あるいは、本発明は、半導体基板上に形成
する絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ンを構成する拡散層上の絶縁膜にコンタクト孔を形成す
る工程と、シラン系ガスとPH3 ガスの混合ガスまたは
GeH4 ガスとPH3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰
囲気あるいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導
体基板を加熱する工程と、前記半導体基板を加熱した
後、前記コンタクト孔を埋設して不純物を含有する半導
体膜を堆積する工程とを含む。
[0021] Alternatively, the present invention includes the steps of forming a contact hole in an insulating film on the diffusion layer constituting the source and the drain of the insulated gate field effect transistor formed on a semiconductor substrate, the silane-based gas and PH 3 gas Heating the semiconductor substrate in a reduced-pressure gas atmosphere containing a mixed gas or a mixed gas of GeH 4 gas and PH 3 gas or a diluting gas atmosphere of the mixed gas, and filling the contact holes after heating the semiconductor substrate. Depositing a semiconductor film containing an impurity by the method.

【0022】あるいは、本発明は、シラン系ガスとPH
3 ガスの混合ガスまたはGeH4 ガスとPH3 ガスの混
合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混合ガスの希
釈ガス雰囲気で前記半導体基板を加熱し、前記半導体基
板の主面の自然酸化膜を還元除去する工程と、前記自然
酸化膜の除去後、単結晶半導体薄膜を前記半導体基板の
主面に堆積する工程とを含む。
Alternatively, according to the present invention, a silane-based gas and PH
The semiconductor substrate is heated in a reduced-pressure gas atmosphere containing a mixed gas of 3 gases or a mixed gas of GeH 4 gas and PH 3 gas or a diluted gas atmosphere of the mixed gas to reduce and remove a natural oxide film on a main surface of the semiconductor substrate. And removing the natural oxide film, and depositing a single crystal semiconductor thin film on the main surface of the semiconductor substrate.

【0023】また、前記SiH4 ガスとPH3 ガスの混
合ガスでの還元による自然酸化膜除去において、前記S
iH4 ガスに対するPH3 ガスの分圧比が2.5×10
-2以上に設定される。
In the removal of a natural oxide film by reduction with a mixed gas of SiH 4 gas and PH 3 gas, the S
The partial pressure ratio of PH 3 gas to iH 4 gas is 2.5 × 10
Set to -2 or higher.

【0024】[0024]

【作用】先述したように、自然酸化膜はSiH4 ガスと
の(1)式の化学反応でSiOとH2 ガスに変化し、シ
リコン基板の表面から除去される。すなわち、自然酸化
膜の還元除去がなされる。しかし、この場合に自然酸化
膜の除去は不均一になされ、シリコン基板表面で自然酸
化膜の除去された領域と除去されていない領域が形成さ
れる。そして、除去されシリコン基板表面の露出したと
ころにSiH4 ガスが供給され、その領域にシリコン薄
膜が形成されるようになる。
As described above, the natural oxide film is changed into SiO and H 2 gas by the chemical reaction of the formula (1) with the SiH 4 gas, and is removed from the surface of the silicon substrate. That is, the natural oxide film is reduced and removed. However, in this case, the removal of the native oxide film is uneven, and a region where the native oxide film is removed and a region where the native oxide film is not removed are formed on the silicon substrate surface. Then, the SiH 4 gas is supplied to the exposed portion of the silicon substrate surface, and a silicon thin film is formed in that region.

【0025】これに対し、本発明では、自然酸化膜の還
元除去のためSiH4 ガス等のシラン系ガスあるいはG
eH4 ガスにPH3 ガスを混入する。このPH3 ガスは
一般にシラン系ガスあるいはGeH4 ガスが熱分解して
シリコン膜あるいはゲルマニウム膜が形成されるのを抑
制する。そして、PH3 ガスのこのような抑制力はその
濃度の高い程顕著になる。
On the other hand, in the present invention, a silane-based gas such as SiH 4 gas or G
mixing a PH 3 gas eH 4 gas. The PH 3 gas generally suppresses the formation of a silicon film or a germanium film due to thermal decomposition of a silane-based gas or a GeH 4 gas. Such a suppressing power of the PH 3 gas becomes more remarkable as its concentration is higher.

【0026】具体的には、自然酸化膜の還元除去のため
に上述したようにシラン系ガスあるいはGeH4 ガスに
PH3 ガスを混入すると、先述したように不均一に自然
酸化膜が除去されシリコン基板等の半導体基板表面が露
出した領域に優先的にPH2が化学吸着するようにな
る。そして、Si原子あるいはSiH2 のこの自然酸化
膜の除去された領域への付着が阻止されるようになる。
このようにして、従来の技術でみられたようなシリコン
薄膜の形成は抑制され、半導体基板表面の凹凸は大幅に
低減される。
More specifically, when a PH 3 gas is mixed into a silane-based gas or a GeH 4 gas for reducing and removing a natural oxide film as described above, the natural oxide film is removed non-uniformly and silicon PH 2 is chemically adsorbed preferentially to a region where the surface of a semiconductor substrate such as a substrate is exposed. Then, the attachment of Si atoms or SiH 2 to the region where the natural oxide film has been removed is prevented.
In this way, the formation of a silicon thin film as in the prior art is suppressed, and the irregularities on the surface of the semiconductor substrate are greatly reduced.

【0027】[0027]

【実施例】次に、図1に基づいて本発明の詳細な説明を
する。図1は、シリコン基板の表面に形成される自然酸
化膜を本発明の方法で除去する場合の工程順の断面図で
ある。
Next, the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view in the order of steps in a case where a natural oxide film formed on the surface of a silicon substrate is removed by the method of the present invention.

【0028】従来の技術で説明したと同様に、図1
(a)に示すように、希HF溶液から取り出され純水で
洗浄されたシリコン基板1の表面に、通常、膜厚が0.
5nm程度の自然酸化膜2が形成される。この自然酸化
膜2は多孔性を有するシリコン酸化膜である。このよう
なシリコン基板1を温度が600〜700℃、雰囲気が
PH3 とSiH4 を含むH2 ガスで熱処理する。
As described in the prior art, FIG.
As shown in (a), the surface of the silicon substrate 1 which has been taken out of the dilute HF solution and washed with pure water usually has a film thickness of 0.
A native oxide film 2 of about 5 nm is formed. The natural oxide film 2 is a porous silicon oxide film. Such a silicon substrate 1 is heat-treated at a temperature of 600 to 700 ° C. and an H 2 gas containing an atmosphere of PH 3 and SiH 4 .

【0029】この熱処理で、先述した(1)式の化学反
応によりシリコン基板上1の自然酸化膜2がSiH4
スによって還元されて除去される。
By this heat treatment, the natural oxide film 2 on the silicon substrate 1 is reduced and removed by the SiH 4 gas by the chemical reaction of the above-mentioned formula (1).

【0030】ここで、従来の技術を説明した図7(b)
に示したように、シリコン基板1表面の自然酸化膜1の
膜厚が一定でないなどの理由で、自然酸化膜2は、シリ
コン基板1面内全ての領域に亘って同時に除去されるこ
とはない。すなわち、自然酸化膜の薄い部分が最初に除
去されて、基板表面で酸化膜が完全に除去された領域と
未だ酸化膜が残った領域とが生じることになる。
Here, FIG. 7 (b) illustrating the prior art.
As shown in (1), the natural oxide film 2 is not simultaneously removed over the entire region within the silicon substrate 1 because the thickness of the natural oxide film 1 on the surface of the silicon substrate 1 is not constant. . That is, the thin portion of the natural oxide film is removed first, and a region where the oxide film is completely removed and a region where the oxide film still remains are generated on the substrate surface.

【0031】しかし、本発明の場合では図1(b)に示
すように、シリコン基板1が剥き出しになった領域には
SiH4 ガスと同時に導入したPH3 ガスのP原子が結
合する。このために、自然酸化膜2の除去された領域の
シリコン基板表面で、シリコン薄膜の成長が抑制され
る。
However, in the case of the present invention, as shown in FIG. 1B, the P atoms of the PH 3 gas introduced simultaneously with the SiH 4 gas are bonded to the exposed region of the silicon substrate 1. Therefore, the growth of the silicon thin film on the silicon substrate surface in the region where the natural oxide film 2 has been removed is suppressed.

【0032】次に、このPH3 ガスの添加の効果につい
て図2で説明する。図2は、シリコン基板上にSiH4
およびPH3 ガスを同時に供給し、LPCVD法により
シリコン薄膜すなわちポリシリコン膜の成長を行った場
合の成長速度を測定したものである。ここで、この成長
は、反応管内温度を650℃とし、PH3 /SiH4
圧比を1×10-5〜2.5×10-1になるようにPH3
およびSiH4 ガスを供給して行った。この際、いずれ
の成長においても、反応管内の真空度が0.2Torr
となるよう水素ガスを適当量供給した。具体的には、水
素ガス流量が2slm、H2 で50倍に希釈されたSi
4 ガス流量が20sccm、H2 で希釈したPH3
スが所定の流量で供給される。このように、実質H2
スに含まれるSiH4 ガスの量は0.02vol%であ
る。
Next, the effect of the addition of the PH 3 gas will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows that SiH 4 is formed on a silicon substrate.
And PH 3 gas are supplied at the same time, in which the growth rate in the case of performing growth of the silicon thin film i.e. polysilicon film was measured by the LPCVD method. Here, the growth reaction tube temperature was 650 ℃, PH 3 / SiH 4 min pressure ratio 1 × 10 -5 ~2.5 × 10 so as to -1 PH 3
And SiH 4 gas were supplied. At this time, in any growth, the degree of vacuum in the reaction tube was 0.2 Torr.
An appropriate amount of hydrogen gas was supplied so that Specifically, the hydrogen gas flow rate was 2 slm, and Si diluted 50 times with H 2 was used.
An H 4 gas flow rate of 20 sccm and a PH 3 gas diluted with H 2 are supplied at a predetermined flow rate. Thus, the amount of the SiH 4 gas contained in the substantial H 2 gas is 0.02 vol%.

【0033】2図に示されるように、SiH4 ガスに対
するPH3 ガス分圧比の増加に伴い、シリコン薄膜の成
長速度は低下する。図示されていないが、SiH4 ガス
のみの場合のシリコン薄膜の成長速度は、PH3 /Si
4 分圧比が1×10-5の場合とほぼ同一になる。図2
より、SiH4 ガスに対して2.5%のPH3 ガスを供
給することにより、シリコン薄膜の成長速度を1/10
0程度に低減できることがわかる。
As shown in FIG. 2, as the partial pressure ratio of the PH 3 gas to the SiH 4 gas increases, the growth rate of the silicon thin film decreases. Although not shown, the growth rate of the silicon thin film in the case of using only SiH 4 gas is PH 3 / Si
This is almost the same as when the H 4 partial pressure ratio is 1 × 10 −5 . FIG.
By supplying 2.5% of PH 3 gas to SiH 4 gas, the growth rate of the silicon thin film is reduced to 1/10.
It can be seen that it can be reduced to about 0.

【0034】この状態でシラン還元を継続すると、図1
(c)に示すように、残存自然酸化膜3の除去が進む
が、一方、シリコン基板1が剥き出しになった領域では
シリコン薄膜の成長は抑制される。そして、自然酸化膜
2を完全に除去した状態では、図1(c)に示すよう
に、シリコン基板1表面には平滑性の高いシリコン面が
形成されるようになる。
When silane reduction is continued in this state, FIG.
As shown in (c), while the removal of the remaining native oxide film 3 proceeds, the growth of the silicon thin film is suppressed in the region where the silicon substrate 1 is exposed. Then, when the natural oxide film 2 is completely removed, a silicon surface having high smoothness is formed on the surface of the silicon substrate 1 as shown in FIG.

【0035】次に、図3で本発明の効果を説明する。こ
こで、図3は、SiH4 およびPH3 ガスを同時に供給
してシラン還元処理を施した後、アモルファスシリコン
膜を成長し、膜表面の凹凸を原子間力顕微鏡(AFM)
で測定したものである。この膜成長は、まず、シリコン
基板を70℃に加熱したH2 2 、アンモニア水、H2
Oの混合溶液で洗浄した後、LPCVD装置内で炉内温
度650℃、SiH4およびPH3 ガスを同時に供給し
てシリコン基板表面の自然酸化膜を除去し、さらに、5
50℃でSiH4 ガスを供給してアモルファスシリコン
膜を100nm成長した。
Next, the effect of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 shows that an SiH 4 gas and a PH 3 gas are simultaneously supplied to perform a silane reduction treatment, and then an amorphous silicon film is grown.
It was measured in. In this film growth, first, a silicon substrate was heated to 70 ° C., H 2 O 2 , ammonia water, H 2
After cleaning with a mixed solution of O, a furnace temperature of 650 ° C. and a SiH 4 and PH 3 gas are simultaneously supplied in an LPCVD apparatus to remove a natural oxide film on the silicon substrate surface.
An SiH 4 gas was supplied at 50 ° C. to grow an amorphous silicon film to a thickness of 100 nm.

【0036】図3に示されるように、PH3 /SiH4
分圧比を2.5×10-2以上にすることにより表面凹凸
は大幅に改善される。すなわち、表面凹凸の段差は1n
m以下に低減されるようになる。このアモルファスシリ
コン膜は、例えば850℃30分の結晶化熱処理により
ポリシリコン化されるが、結晶化による表面凹凸の増加
は見られないことも確認された。
As shown in FIG. 3, PH 3 / SiH 4
By setting the partial pressure ratio to 2.5 × 10 −2 or more, the surface unevenness is greatly improved. That is, the surface unevenness is 1n.
m or less. This amorphous silicon film is converted to polysilicon by, for example, crystallization heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes, but it was also confirmed that no increase in surface irregularities due to crystallization was observed.

【0037】以上説明したように、本発明の方法により
シリコン基板表面の自然酸化膜を除去できる。そして、
表面凹凸の小さいポリシリコン膜を形成できることが確
認された。
As described above, the natural oxide film on the surface of the silicon substrate can be removed by the method of the present invention. And
It was confirmed that a polysilicon film having small surface irregularities could be formed.

【0038】以上の還元方法では、PH3 とSiH4
スがH2 ガスで希釈される場合について説明された。こ
のH2 ガスの代りにHe、Ar等の不活性ガスあるいは
2ガスが用いられても同様の効果がある。また、この
還元法ではLPCVD炉が用いられ雰囲気ガスの真空度
が0.2Torrの場合について説明されているが、P
3 あるいはSiH4 ガスを希釈すれば雰囲気ガスが常
圧の場合でも同様の効果が生じる。
In the above reduction method, the case where PH 3 and SiH 4 gases are diluted with H 2 gas has been described. The same effect can be obtained by using an inert gas such as He or Ar or an N 2 gas instead of the H 2 gas. In this reduction method, an LPCVD furnace is used and the degree of vacuum of the atmosphere gas is 0.2 Torr.
If the H 3 or SiH 4 gas is diluted, the same effect can be obtained even when the atmospheric gas is at normal pressure.

【0039】次に、図4に基づいて本発明の第2の実施
例を説明する。図4は、本発明の方法を用い、MOSト
ランジスタのソース、ドレイン領域のコンタクト孔にポ
リシリコンを埋設する場合の工程順の断面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view in the order of steps when polysilicon is buried in the contact holes of the source and drain regions of a MOS transistor by using the method of the present invention.

【0040】図4に示すように、まず、面方位(10
0)、抵抗率1Ω・cmのP型のシリコン基板11上に
LOCOS法によりフィールド酸化膜12を選択的に形
成する。次に、ゲート酸化膜13およびゲート電極14
を形成し、ソース拡散層15とドレイン拡散層16を形
成してMOSトランジスタを形成する。さらにCVD法
により層間絶縁膜17を形成した後、拡散層に接続する
コンタクト孔18を形成する。ここで、このコンタクト
孔のでき上がりの直径は0.15μmでありその深さは
1μmである。
As shown in FIG. 4, first, the plane orientation (10
0), a field oxide film 12 is selectively formed on a P-type silicon substrate 11 having a resistivity of 1 Ω · cm by a LOCOS method. Next, the gate oxide film 13 and the gate electrode 14
Is formed, and a source diffusion layer 15 and a drain diffusion layer 16 are formed to form a MOS transistor. Further, after forming an interlayer insulating film 17 by the CVD method, a contact hole 18 connected to the diffusion layer is formed. Here, the completed diameter of the contact hole is 0.15 μm and the depth thereof is 1 μm.

【0041】このようにした後、第1の実施例で説明し
たように、H2 2 、アンモニア水、H2 Oの混合溶液
で基板を洗浄した後、LPCVD装置を用い、炉内温度
650℃、PH3 /SiH4 分圧比2.5×10-2、全
ガス圧力0.2Torrの条件で自然酸化膜を除去し、
次に、550℃でSiH4 ガスおよびPH3 ガスをPH
3 /SiH4 分圧比1×10-3、全圧0.2Torrの
条件で供給してリンドープトアモルファスシリコン膜を
100nm成長し、図4(b)に示すように、コンタク
ト孔18をアモルファスシリコン膜19で埋設する。次
に、化学的機械研磨(CMP)法で層間絶縁膜17上の
アモルファスシリコン膜19を除去する。さらに、85
0℃で30分間の熱処理を施してアモルファスシリコン
膜19を結晶化すると同時にリン原子を活性化し、図4
(c)に示すように、リンドープトポリシリコンで形成
されるコンタクトプラグ20を形成する。
After the above, as described in the first embodiment, the substrate is washed with a mixed solution of H 2 O 2 , ammonia water, and H 2 O, and then the furnace temperature is set to 650 using an LPCVD apparatus. Temperature, PH 3 / SiH 4 partial pressure ratio 2.5 × 10 −2 , total gas pressure 0.2 Torr.
Next, at 550 ° C., the SiH 4 gas and PH 3
A 3 / SiH 4 partial pressure ratio of 1 × 10 -3 and a total pressure of 0.2 Torr were supplied to grow a phosphorus-doped amorphous silicon film to a thickness of 100 nm. As shown in FIG. It is buried at 19. Next, the amorphous silicon film 19 on the interlayer insulating film 17 is removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method. In addition, 85
A heat treatment is performed at 0 ° C. for 30 minutes to crystallize the amorphous silicon film 19 and activate phosphorus atoms at the same time.
As shown in FIG. 1C, a contact plug 20 made of phosphorus-doped polysilicon is formed.

【0042】最後に、MOSトランジスタのソース・ド
レインの電極21をコンタクトプラグ20に電気接続す
るように形成する。
Finally, a source / drain electrode 21 of the MOS transistor is formed so as to be electrically connected to the contact plug 20.

【0043】以上の本発明の方法で形成したコンタクト
プラグでは、ソース・ドレイン拡散層/リンドープトポ
リシリコン界面に自然酸化膜が無く、かつ、コンタクト
プラグとなるポリシリコン中に電気的に活性なリン原子
が十分存在するため、コンタクト抵抗が大幅に低減され
る。例えば、拡散層/コンタクトプラグの界面抵抗は、
シラン還元を施さないでコンタクトプラグ形成した場合
のほぼ1/5に低減される。この場合には、全体のコン
タクト抵抗としては60%に低減されるようになる。ま
た、従来法のシラン還元法により自然酸化膜除去を行っ
た場合との比較では、拡散層/コンタクトプラグ界面の
抵抗はほぼ1/2に低減される。そして、全体のコンタ
クト抵抗としては75%に低減する。
In the contact plug formed by the above-described method of the present invention, there is no natural oxide film at the interface between the source / drain diffusion layer and the phosphorus-doped polysilicon, and the electrically active phosphorus is contained in the polysilicon to be the contact plug. Because there are enough atoms, the contact resistance is greatly reduced. For example, the interface resistance of the diffusion layer / contact plug is:
This is reduced to about 1/5 of the case where a contact plug is formed without performing silane reduction. In this case, the overall contact resistance is reduced to 60%. In addition, the resistance at the interface between the diffusion layer and the contact plug is reduced to almost half as compared with the case where the natural oxide film is removed by the conventional silane reduction method. Then, the overall contact resistance is reduced to 75%.

【0044】以上の説明では、MOSトランジスタのソ
ースあるいはドレイン拡散層にコンタクトプラグを形成
する場合に本発明を適用する例である。これ以外にDR
AMで、1個のMOSトランジスタと1個のキャパシタ
とで構成されるメモリセルの形成に本発明を適用しても
同様の効果が生じる。この場合には、MOSトランジス
タの一方のコンタクト孔に埋設されるリンドープトポリ
シリコンは、そのままキャパシタの下部電極に電気接続
されるようになる。
The above description is an example in which the present invention is applied to the case where a contact plug is formed in a source or drain diffusion layer of a MOS transistor. Other than this
A similar effect can be obtained by applying the present invention to the formation of a memory cell composed of one MOS transistor and one capacitor in AM. In this case, the phosphorus-doped polysilicon buried in one contact hole of the MOS transistor is electrically connected to the lower electrode of the capacitor as it is.

【0045】また、この実施例ではリンドープトポリシ
リコンについての例を示したが、SiH4 −B2 6
ス系のLPCVDによるボロンドープトポリシリコンの
成長に適用しても効果がある。この場合、自然酸化膜除
去時にPH3 を添加しているため、ボロンドープトポリ
シリコン膜中へのリン残留が懸念されるが、前述したよ
うに自然酸化膜除去時の膜成長が僅かであるため、正味
のリン濃度は十分低くデバイス動作上問題にはならな
い。
In this embodiment, an example of phosphorus-doped polysilicon has been described. However, the present invention is also effective when applied to the growth of boron-doped polysilicon by LPCVD using a SiH 4 -B 2 H 6 gas. In this case, since PH 3 is added at the time of removing the natural oxide film, there is a concern that phosphorus remains in the boron-doped polysilicon film, but as described above, the film growth at the time of removing the natural oxide film is slight. Therefore, the net phosphorus concentration is sufficiently low and does not pose a problem in device operation.

【0046】以上の実施例では、シリコン基板表面の拡
散層のコンタクト孔にポリシリコンを埋設する場合につ
いて説明した。その他、ゲート電極等に用いられるポリ
シリコン膜あるいはシリサイド層上のコンタクト孔に、
実施例と同様にしてポリシリコンを埋設できることに言
及しておく。
In the above embodiment, the case where polysilicon is buried in the contact hole of the diffusion layer on the surface of the silicon substrate has been described. In addition, a contact hole on the polysilicon film or silicide layer used for the gate electrode, etc.
Note that polysilicon can be buried in the same manner as in the embodiment.

【0047】次に、図5と図6に基づいて本発明の第3
の実施例を説明する。ここで、図5はシリコン基板上に
シリコンエピタキシャル層を形成した構造の断面図であ
り、図6はシリコンエピタキシャル層の表面の凹凸段差
を示すグラフである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
An example will be described. Here, FIG. 5 is a cross-sectional view of a structure in which a silicon epitaxial layer is formed on a silicon substrate, and FIG. 6 is a graph showing uneven steps on the surface of the silicon epitaxial layer.

【0048】まず、図5に示すシリコン基板31をH2
2 、アンモニア水、H2 Oの混合溶液で洗浄する。次
に、高真空CVD装置のロードロック室に導入し、1×
10-6Torr以下の真空度にした後、シリコン基板3
1をシリコンエピタキシャル成長室に移載する。次に、
この成長室内の真空度が1×10-8Torr以下に達し
た後、シリコン基板31を650℃に加熱し、PH3
SiH4 を分圧比1×10-5〜2.5×10-2、全ガス
圧力を1×10-4Torrにして自然酸化膜を除去す
る。
Firstly, the silicon substrate 31 shown in FIG. 5 H 2
The substrate is washed with a mixed solution of O 2 , aqueous ammonia, and H 2 O. Next, it was introduced into a load lock chamber of a high vacuum CVD apparatus, and 1 ×
After evacuating to a degree of vacuum of 10 -6 Torr or less, the silicon substrate 3
1 is transferred to a silicon epitaxial growth chamber. next,
After the degree of vacuum in the growth chamber reaches 1 × 10 −8 Torr or less, the silicon substrate 31 is heated to 650 ° C. and the PH 3 /
The natural oxide film is removed by setting the partial pressure ratio of SiH 4 to 1 × 10 −5 to 2.5 × 10 −2 and the total gas pressure to 1 × 10 −4 Torr.

【0049】次に、シリコン基板31の温度は同一のま
まで、前述のシリコンエピタキシャル成長室にSi2
6 ガスおよびB2 6 ガスを導入する。ここで、B2
6 /Si2 6 の分圧比を5×10-4、全ガス圧力を1
×10-4Torrに設定してボロンドープのシリコンエ
ピタキシャル膜32を成長する。このようにして成長さ
せるシリコンエピタキシャル膜32の膜厚は、100n
m〜1μmで所定の値に設定される。
Next, while keeping the temperature of the silicon substrate 31 the same, Si 2 H was introduced into the above-mentioned silicon epitaxial growth chamber.
6 gas and B 2 H 6 gas are introduced. Where B 2 H
The partial pressure ratio of 6 / Si 2 H 6 is 5 × 10 -4 and the total gas pressure is 1
A boron-doped silicon epitaxial film 32 is grown at a setting of × 10 -4 Torr. The thickness of the silicon epitaxial film 32 thus grown is 100 n
It is set to a predetermined value between m and 1 μm.

【0050】次に、本発明の効果を調べるために、以上
の条件で成長したシリコンエピタキシャル膜32のエピ
タキシャル表面33の表面凹凸をAFMで測定した。こ
こで、シリコンエピタキシャル膜32の膜厚は500n
mである。図6は、この表面凹凸の段差のPH3 /Si
4 分圧比依存性を示す。図6から判るように、PH3
/SiH4 分圧比が1×10-2以上になると、この表面
凹凸段差は1nm以下になり、非常に平坦な表面を持つ
シリコンエピタキシャル膜32が形成されるようにな
る。
Next, in order to examine the effect of the present invention, the surface irregularities of the epitaxial surface 33 of the silicon epitaxial film 32 grown under the above conditions were measured by AFM. Here, the thickness of the silicon epitaxial film 32 is 500 n
m. FIG. 6 shows PH 3 / Si of the step of the surface unevenness.
The H 4 partial pressure ratio dependency is shown. As can be seen from FIG. 6, PH 3
When the / SiH 4 partial pressure ratio is 1 × 10 −2 or more, the surface unevenness becomes 1 nm or less, and the silicon epitaxial film 32 having a very flat surface is formed.

【0051】さらに、シリコンエピタキシャル膜32の
結晶性およびシリコンエピタキシャル膜/シリコン基板
界面の不純物量を透過型電子顕微鏡(TEM)およびS
IMSで評価した。TEM観察からは、シリコンエピタ
キシャル膜中に格子欠陥や析出物などの結晶欠陥は認め
られず、良好な結晶性の膜であることが確認された。ま
た、SIMS測定より、シリコンエピタキシャル膜/シ
リコン基板界面への酸素、炭素などの不純物残留はない
ことが確認された。
Further, the crystallinity of the silicon epitaxial film 32 and the amount of impurities at the interface between the silicon epitaxial film and the silicon substrate were measured by a transmission electron microscope (TEM) and
It was evaluated by IMS. From TEM observation, no crystal defects such as lattice defects and precipitates were found in the silicon epitaxial film, and it was confirmed that the film was a good crystalline film. SIMS measurement confirmed that there was no impurity such as oxygen or carbon remaining at the silicon epitaxial film / silicon substrate interface.

【0052】以上より、本発明の方法でシリコン基板表
面の自然酸化膜除去が完全に行われ、かつ、表面平坦度
の高いシリコンエピタキシャル膜が形成できることが確
認された。
From the above, it was confirmed that the method of the present invention completely removed the natural oxide film on the silicon substrate surface and formed a silicon epitaxial film having high surface flatness.

【0053】この低温エピタキシャル成長技術は、MO
Sトランジスタの短チャネル効果抑制を目的とするシリ
コンエピタキシャル膜のチャネル部への適用、拡散層の
浅接合を可能にするシリコンエピタキシャル膜のソース
およびドレイン領域への適用、等を容易にする。
This low-temperature epitaxial growth technique uses MO
The present invention facilitates application of a silicon epitaxial film to a channel portion for the purpose of suppressing a short channel effect of an S transistor, application of a silicon epitaxial film to a source and drain region that enables a shallow junction of a diffusion layer, and the like.

【0054】この実施例では、シリコンエピタキシャル
膜成長に関して説明したが、ゲルマニウム(Ge)膜や
シリコンとゲルマニウムの合金であるSi1-x GeX
の成長の場合についてもシリコンエピタキシャル膜の成
長と同様の効果のあることが確認されている。
In this embodiment, the growth of the silicon epitaxial film has been described. However, the growth of the germanium (Ge) film or the Si 1-x Ge x film, which is an alloy of silicon and germanium, is similar to the growth of the silicon epitaxial film. Has been confirmed to be effective.

【0055】また、以上の実施例では、還元ガスとして
SiH4 とPH3 の混合ガスを用いる場合について説明
したが、SiH4 ガスの代りにSi2 6 ガスを用いて
も同様の効果が生じる。このSi2 4 ガスを用いる場
合は、自然酸化膜除去のための処理温度は、SiH4
スの場合より100℃程度低下する。しかし、この場合
にPH3 /Si2 6 のガス分圧比は、PH3 /SiH
4 のガス分圧比より大きくする必要がある。これは、S
2 6 ガスはSiH4 ガスより熱分解が生じ易いため
である。
In the above embodiment, the case where a mixed gas of SiH 4 and PH 3 is used as the reducing gas has been described. However, the same effect can be obtained by using Si 2 H 6 gas instead of SiH 4 gas. . In the case of using this Si 2 H 4 gas, the processing temperature for removing the natural oxide film is lower by about 100 ° C. than in the case of using the SiH 4 gas. However, in this case, the gas partial pressure ratio of PH 3 / Si 2 H 6 is PH 3 / SiH
It is necessary to make the gas partial pressure ratio larger than 4 . This is S
This is because i 2 H 6 gas is more likely to be thermally decomposed than SiH 4 gas.

【0056】また、還元ガスとしてSiH4 とPH3
混合ガスの代りに、GeH4 とPH3 の混合ガスを用い
ても同様の効果がある。この場合には、自然酸化膜除去
の処理温度あるいはPH3 /GeH4 のガス分圧比は、
SiH4 −PH3 系の場合と同一の条件に設定して行っ
てよい。
The same effect can be obtained by using a mixed gas of GeH 4 and PH 3 instead of a mixed gas of SiH 4 and PH 3 as the reducing gas. In this case, the processing temperature of the natural oxide film removal or the gas partial pressure ratio of PH 3 / GeH 4 is:
The conditions may be set under the same conditions as in the case of the SiH 4 -PH 3 system.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明の半導体基板上の自然酸化膜除去
の方法では、半導体基板を減圧下で加熱し、シラン系ガ
スもしくはGeH4 ガスを供給することにより半導体基
板表面の自然酸化膜を除去する半導体基板の表面処理方
法において、前記シラン系ガスもしくはGeH4 ガスと
同時にPH3 ガスを供給する。
According to the method for removing a native oxide film on a semiconductor substrate according to the present invention, the native oxide film on the surface of the semiconductor substrate is removed by heating the semiconductor substrate under reduced pressure and supplying a silane-based gas or a GeH 4 gas. In the semiconductor substrate surface treatment method described above, a PH 3 gas is supplied simultaneously with the silane-based gas or GeH 4 gas.

【0058】このため、シラン還元、GeH4 還元など
の自然酸化膜除去を施した後にポリシリコンあるいは単
結晶シリコン等の半導体薄膜成長を行っても、これらの
半導体薄膜表面の表面凹凸は形成されなくなる。
Therefore, even if a semiconductor thin film such as polysilicon or single crystal silicon is grown after removing a natural oxide film such as silane reduction or GeH 4 reduction, surface irregularities on the surface of these semiconductor thin films are not formed. .

【0059】また、本発明を用いた半導体薄膜形成方法
をULSIのコンタクトプラグ形成に適用することによ
り、コンタクト抵抗は大幅に低減されるようになる。
By applying the method of forming a semiconductor thin film according to the present invention to the formation of a contact plug of a ULSI, the contact resistance can be greatly reduced.

【0060】さらに、本発明を半導体エピタキシャル成
長に適用することにより、低温で表面平坦度が良く、結
晶性に優れる半導体エピタキシャル膜が成長されるよう
になる。
Further, by applying the present invention to semiconductor epitaxial growth, a semiconductor epitaxial film having good surface flatness and excellent crystallinity at a low temperature can be grown.

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

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view in the order of steps for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例での処理条件を示すグラ
フである。
FIG. 2 is a graph showing processing conditions in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の効果を説明するための
グラフである。
FIG. 3 is a graph for explaining the effect of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view in the order of steps for explaining a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例を説明するための断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view for explaining a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の効果を説明するための
グラフである。
FIG. 6 is a graph for explaining the effect of the third embodiment of the present invention.

【図7】従来の技術を説明するための工程順の断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view in the order of steps for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,31,101 シリコン基板 2,102 自然酸化膜 3,103 残存自然酸化膜 12 フィールド酸化膜 13 ゲート酸化膜 14 ゲート電極 15 ソース拡散層 16 ドレイン拡散層 17 層間絶縁膜 18 コンタクト孔 19 アモルファスシリコン膜 20 コンタクトプラグ 21 電極 32 シリコンエピタキシャル膜 33 エピタキシャル表面 104 シリコン薄膜 Reference Signs List 1,11,31,101 Silicon substrate 2,102 Natural oxide film 3,103 Remaining native oxide film 12 Field oxide film 13 Gate oxide film 14 Gate electrode 15 Source diffusion layer 16 Drain diffusion layer 17 Interlayer insulation film 18 Contact hole 19 Amorphous Silicon film 20 Contact plug 21 Electrode 32 Silicon epitaxial film 33 Epitaxial surface 104 Silicon thin film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板の主面あるいは半導体材料の
表面に形成される自然酸化膜を除去する処理方法におい
て、シラン系ガスとPH3 ガスの混合ガスまたはGeH
4 ガスとPH3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あ
るいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板
あるいは前記半導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還
元除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a processing method for removing a natural oxide film formed on a main surface of a semiconductor substrate or a surface of a semiconductor material, a mixed gas of silane-based gas and PH 3 gas or GeH
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate or the semiconductor thin film is heated in a reduced-pressure gas atmosphere containing a mixed gas of 4 gas and PH 3 gas or a diluted gas atmosphere of the mixed gas to reduce and remove the natural oxide film. Production method.
【請求項2】 前記シラン系ガスがSiH4 あるいはS
2 6 ガスであることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the silane-based gas is SiH 4 or S
2. The method according to claim 1, wherein the gas is i 2 H 6 gas.
【請求項3】 半導体基板上に形成する絶縁ゲート電界
効果トランジスタのソース・ドレインを構成する拡散層
上の絶縁膜にコンタクト孔を形成する工程と、シラン系
ガスとPH3 ガスの混合ガスまたはGeH4 ガスとPH
3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混
合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板を加熱する工
程と、前記半導体基板を加熱した後、前記コンタクト孔
を埋設して不純物を含有する半導体膜を堆積する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a contact hole in an insulating film on a diffusion layer constituting a source / drain of an insulated gate field effect transistor formed on a semiconductor substrate; a mixed gas of silane-based gas and PH 3 gas or GeH 4 gas and PH
Heating the semiconductor substrate in a reduced-pressure gas atmosphere containing a mixed gas of 3 gases or a diluent gas atmosphere of the mixed gas, and after heating the semiconductor substrate, burying the contact holes to form a semiconductor film containing impurities. Depositing a semiconductor device.
【請求項4】 シラン系ガスとPH3 ガスの混合ガスま
たはGeH4 ガスとPH3 ガスの混合ガスを含む減圧ガ
ス雰囲気あるいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記
半導体基板を加熱し、前記半導体基板の主面の自然酸化
膜を還元除去する工程と、前記自然酸化膜の除去後、単
結晶半導体薄膜を前記半導体基板の主面に堆積する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. The semiconductor substrate is heated in a reduced-pressure gas atmosphere containing a mixed gas of a silane-based gas and a PH 3 gas, a mixed gas of a GeH 4 gas and a PH 3 gas, or a diluted gas atmosphere of the mixed gas. Manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of reducing and removing a natural oxide film on a main surface of the semiconductor device; and a step of depositing a single-crystal semiconductor thin film on the main surface of the semiconductor substrate after removing the natural oxide film. Method.
【請求項5】 前記SiH4 ガスに対するPH3 ガスの
分圧比が2.5×10-2以上であることを特徴とする請
求項1、請求項2、請求項3または請求項4記載の半導
体装置の製造方法。
5. The semiconductor according to claim 1, wherein a partial pressure ratio of the PH 3 gas to the SiH 4 gas is 2.5 × 10 −2 or more. Device manufacturing method.
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