JP3018408B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、
特にコンタクト孔の穴埋め等、シリコン基板上の開口部
に選択的に多結晶シリコンを埋設する方法に関するもの
である。
特にコンタクト孔の穴埋め等、シリコン基板上の開口部
に選択的に多結晶シリコンを埋設する方法に関するもの
である。
選択多結晶シリコン成長は、第４図に示すように被成
長基板上を被った絶縁膜18に開いたコンタクト孔11内の
シリコン19上にだけ多結晶シリコン膜12を堆積させる成
長法で、バイポーラトランジスタのエミッタなどの配線
の引出しやコンタクト孔の穴埋めによる平坦化の技術と
して重要である。
長基板上を被った絶縁膜18に開いたコンタクト孔11内の
シリコン19上にだけ多結晶シリコン膜12を堆積させる成
長法で、バイポーラトランジスタのエミッタなどの配線
の引出しやコンタクト孔の穴埋めによる平坦化の技術と
して重要である。
選択多結晶シリコン成長は、多結晶シリコン12をジク
ロロシラン（SiH2Cl2）等のシラン系ガスを熱分解する
か、あるいは水素（H2）で還元して堆積させると同時
に、絶縁膜18上のシリコンのみをエッチングするように
塩化水素（HCl）も適量流すことによって実現できる。
これは、多結晶シリコンのエッチング速度が下地が絶縁
膜18とシリコン19の場合とで異なることを利用したもの
で、塩化水素の流量を適当に選ぶことによってコンタク
ト孔11内のシリコン19上の多結晶シリコン12には成長条
件になるが、絶縁膜18上に堆積するシリコンにはエッチ
ング条件にすることができる。しかし、コンタクト孔11
内にのみ多結晶シリコン12が成長するような完全な選択
性をもつ条件範囲が狭いため、絶縁膜18上に全くシリコ
ンを残さないというのは現状では難しい。
ロロシラン（SiH2Cl2）等のシラン系ガスを熱分解する
か、あるいは水素（H2）で還元して堆積させると同時
に、絶縁膜18上のシリコンのみをエッチングするように
塩化水素（HCl）も適量流すことによって実現できる。
これは、多結晶シリコンのエッチング速度が下地が絶縁
膜18とシリコン19の場合とで異なることを利用したもの
で、塩化水素の流量を適当に選ぶことによってコンタク
ト孔11内のシリコン19上の多結晶シリコン12には成長条
件になるが、絶縁膜18上に堆積するシリコンにはエッチ
ング条件にすることができる。しかし、コンタクト孔11
内にのみ多結晶シリコン12が成長するような完全な選択
性をもつ条件範囲が狭いため、絶縁膜18上に全くシリコ
ンを残さないというのは現状では難しい。
上述した従来の選択多結晶シリコン成長では、完全に
は選択成長することができず、絶縁膜上にシリコン塊が
点在するという問題点を有する。特に厚い多結晶シリコ
ンの膜を成長させるときにこの問題が顕著で、長時間成
長させるため絶縁膜上にシリコン塊が多数存在し選択性
を保つことが難しくなる。
は選択成長することができず、絶縁膜上にシリコン塊が
点在するという問題点を有する。特に厚い多結晶シリコ
ンの膜を成長させるときにこの問題が顕著で、長時間成
長させるため絶縁膜上にシリコン塊が多数存在し選択性
を保つことが難しくなる。
本発明の目的はシリコン塊を絶縁膜上に残すことのな
い完全な選択多結晶シリコン成長を実現させる半導体装
置の製造方法を提供することにある。
い完全な選択多結晶シリコン成長を実現させる半導体装
置の製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の
製造方法は、成長工程と、エッチング工程とを有し、被
成長基板を被う絶縁膜に開口したコンタクト孔内のみに
多結晶シリコン薄膜を選択成長させる半導体装置の製造
方法であって、 前記成長工程は、成長ガスとエッチングガスとを同時
に流して多結晶シリコンを前記コンタクト孔内に選択成
長させるものであり、 前記エッチング工程は、エッチングガスのみを流して
前記絶縁膜上のシリコンのみを取除くものである。
製造方法は、成長工程と、エッチング工程とを有し、被
成長基板を被う絶縁膜に開口したコンタクト孔内のみに
多結晶シリコン薄膜を選択成長させる半導体装置の製造
方法であって、 前記成長工程は、成長ガスとエッチングガスとを同時
に流して多結晶シリコンを前記コンタクト孔内に選択成
長させるものであり、 前記エッチング工程は、エッチングガスのみを流して
前記絶縁膜上のシリコンのみを取除くものである。
また前記成長工程と前記エッチング工程とは、交互に
組合せて行なわれるものであり、この組合せにより前記
コンタクト孔内のみに膜成長させるものである。
組合せて行なわれるものであり、この組合せにより前記
コンタクト孔内のみに膜成長させるものである。
本発明の選択多結晶シリコン成長は、従来の成長方法
による成長処理に加えて、塩化水素（HCl）のみを流す
エッチング処理を行なう工程を有し、それらの交互に組
合せて膜成長させるものである。
による成長処理に加えて、塩化水素（HCl）のみを流す
エッチング処理を行なう工程を有し、それらの交互に組
合せて膜成長させるものである。
次に本発明について図面を参照して説明する。
（実施例１） 第１図はポリシリコン等の種々の成膜に使われている
気相成長装置を示したものである。架台３上には、１回
の成長で数十枚の被成長基板４を処理するための縦に長
い内外管1,2の二重構造とした円筒ドーム形の石英製炉
心管を配し、その回りは抵抗加熱炉６で囲われている。
内管２の中心には基板ホルダー５が、被成長基板４をあ
る間隔で水平に積み重ねるように保持している。基板ホ
ルダー５の下端中心軸は、架台３の下まで伸びており、
下端中心軸のまわりに回転できるようになっている。ま
た架台３の下からは、縦長の細いガス導入管７が内管２
の壁に沿うように伸びており、そのガス導入管７よりジ
クロロシラン（SiH2Cl2）等のシラン系ガス、水素
（H2）が各被成長基板４に向かって放出され、その上に
選択的に多結晶シリコン膜を成長させる。成長に関与し
なかったガスは、ガス排出孔８を通って排気される。
気相成長装置を示したものである。架台３上には、１回
の成長で数十枚の被成長基板４を処理するための縦に長
い内外管1,2の二重構造とした円筒ドーム形の石英製炉
心管を配し、その回りは抵抗加熱炉６で囲われている。
内管２の中心には基板ホルダー５が、被成長基板４をあ
る間隔で水平に積み重ねるように保持している。基板ホ
ルダー５の下端中心軸は、架台３の下まで伸びており、
下端中心軸のまわりに回転できるようになっている。ま
た架台３の下からは、縦長の細いガス導入管７が内管２
の壁に沿うように伸びており、そのガス導入管７よりジ
クロロシラン（SiH2Cl2）等のシラン系ガス、水素
（H2）が各被成長基板４に向かって放出され、その上に
選択的に多結晶シリコン膜を成長させる。成長に関与し
なかったガスは、ガス排出孔８を通って排気される。
第２図（ａ）に示すような被成長基板４として、単結
晶シリコン基板９を500nm厚のシリコン酸化膜10で被
い、さらにシリコン酸化膜10に１μｍ×１μｍの大きさ
の単結晶シリコン９を露出させたコンタクト孔11を設け
たウェーハを用いた。
晶シリコン基板９を500nm厚のシリコン酸化膜10で被
い、さらにシリコン酸化膜10に１μｍ×１μｍの大きさ
の単結晶シリコン９を露出させたコンタクト孔11を設け
たウェーハを用いた。
成長時の圧力は、30Torrで、温度800℃でジクロロシ
ランを300sccm、塩化水素を150sccm15分間流し、コンタ
クト孔11内の単結晶シリコン９上に選択的に多結晶シリ
コン膜12を100nm堆積させた。しかし、第２図（ｂ）に
示すように、シリコン酸化膜10上にもシリコン塊13が残
り点在するため、それらを取り除くために、次に一旦ジ
クロロシランを止め、塩化水素のみを300sccm流して15
分間エッチングを行なった。それによりコンタクト孔11
内の多結晶シリコン膜12をエッチングすることなく、シ
リコン酸化膜10上のシリコン塊13のみをエッチングして
取り除いた。
ランを300sccm、塩化水素を150sccm15分間流し、コンタ
クト孔11内の単結晶シリコン９上に選択的に多結晶シリ
コン膜12を100nm堆積させた。しかし、第２図（ｂ）に
示すように、シリコン酸化膜10上にもシリコン塊13が残
り点在するため、それらを取り除くために、次に一旦ジ
クロロシランを止め、塩化水素のみを300sccm流して15
分間エッチングを行なった。それによりコンタクト孔11
内の多結晶シリコン膜12をエッチングすることなく、シ
リコン酸化膜10上のシリコン塊13のみをエッチングして
取り除いた。
以上のように、成長工程とエッチング工程との１回の
組合せで膜厚100nmの完全な選択多結晶シリコン成長を
実現した（第２図（Ｃ））。
組合せで膜厚100nmの完全な選択多結晶シリコン成長を
実現した（第２図（Ｃ））。
絶縁膜であるシリコン酸化膜10上に点在するシリコン
塊13は、大きく成長してしまってからではエッチングし
て取り除くことは難しいが、このように成長の初期の段
階ではエッチングガスを流すことによって容易に取り除
けた。さらに、これらの成長工程とエッチング工程との
組合せを２回繰り返すことで、200nmの多結晶シリコン
膜12が、コンタクト孔11内にのみ成長する完全な選択多
結晶シリコン成長が実現できた（第２図（ｄ））。
塊13は、大きく成長してしまってからではエッチングし
て取り除くことは難しいが、このように成長の初期の段
階ではエッチングガスを流すことによって容易に取り除
けた。さらに、これらの成長工程とエッチング工程との
組合せを２回繰り返すことで、200nmの多結晶シリコン
膜12が、コンタクト孔11内にのみ成長する完全な選択多
結晶シリコン成長が実現できた（第２図（ｄ））。
（実施例２） 第３図（ａ）〜（ｄ）は多層構造を示す被成長基板４
に用いた例を示すものである。第３図（ａ）において、
被成長基板４は、単結晶シリコン９上に、下からシリコ
ン酸化膜14−100nm、多結晶シリコン膜15−100nm、シリ
コン酸化膜16−400nm、窒化膜17−100nmの４層を堆積さ
せたのち、窒化膜17、シリコン酸化膜16を貫いてコンタ
クト孔11を多結晶シリコン膜15が露出するように開口し
たものである。この構造は、多結晶シリコンを動作領域
とするトランジスタであるTFT（Thin Film Transisto
r）の配線コンタクトのものである。また、絶縁膜とし
て、実施例１がシリコン酸化膜なのに対して実施例２で
は窒化膜を用いた。
に用いた例を示すものである。第３図（ａ）において、
被成長基板４は、単結晶シリコン９上に、下からシリコ
ン酸化膜14−100nm、多結晶シリコン膜15−100nm、シリ
コン酸化膜16−400nm、窒化膜17−100nmの４層を堆積さ
せたのち、窒化膜17、シリコン酸化膜16を貫いてコンタ
クト孔11を多結晶シリコン膜15が露出するように開口し
たものである。この構造は、多結晶シリコンを動作領域
とするトランジスタであるTFT（Thin Film Transisto
r）の配線コンタクトのものである。また、絶縁膜とし
て、実施例１がシリコン酸化膜なのに対して実施例２で
は窒化膜を用いた。
この被成長基板４に、多結晶シリコン膜12を窒化膜17
には成長させることなしに多結晶シリコン膜15上にコン
タクト孔11内を300nm埋めるような選択成長を試みた。
実施例１と同じ装置を用いて、また圧力も実施例１と同
じ30Torrで行なった。
には成長させることなしに多結晶シリコン膜15上にコン
タクト孔11内を300nm埋めるような選択成長を試みた。
実施例１と同じ装置を用いて、また圧力も実施例１と同
じ30Torrで行なった。
まず、温度800℃でジクロロシランを300sccm、塩化水
素を150sccm15分間流し、多結晶シリコン膜12を100nmコ
ンタクト孔11内に堆積させた（第３図（ｂ））。つぎに
ジクロロシランを止め、塩化水素のみを600sccm,10分間
流して窒化膜17上のシリコン塊13をエッチングして、多
結晶シリコン膜12を完全にコンタクト孔11のみを埋める
選択多結晶シリコン成長を実現した（第３図（ｃ））。
実施例２は、実施例１の場合と異なりエッチング段階で
の塩化水素の流量を増やした分、成長時間が短縮され
た。この１サイクル25分で90nmの多結晶シリコン膜12を
成長できた。選択性の説明としては絶縁膜がシリコン酸
化膜の場合に限り、Extended Abstracts of the 18th C
onference on Solid State Devices and Meterials,198
6,pp49−52の論文が存在するが、それによるとシリコン
酸化膜上に堆積したシリコンはシリコン酸化膜と反応し
てSiOとなり、気相中に逃げるためにシリコン酸化膜上
にはシリコンが堆積しないとしている。しかし、この実
施例２の場合には絶縁膜に窒化膜を用いており、絶縁膜
がシリコン酸化膜でなくても選択多結晶シリコン成長が
実現できることがわかった。
素を150sccm15分間流し、多結晶シリコン膜12を100nmコ
ンタクト孔11内に堆積させた（第３図（ｂ））。つぎに
ジクロロシランを止め、塩化水素のみを600sccm,10分間
流して窒化膜17上のシリコン塊13をエッチングして、多
結晶シリコン膜12を完全にコンタクト孔11のみを埋める
選択多結晶シリコン成長を実現した（第３図（ｃ））。
実施例２は、実施例１の場合と異なりエッチング段階で
の塩化水素の流量を増やした分、成長時間が短縮され
た。この１サイクル25分で90nmの多結晶シリコン膜12を
成長できた。選択性の説明としては絶縁膜がシリコン酸
化膜の場合に限り、Extended Abstracts of the 18th C
onference on Solid State Devices and Meterials,198
6,pp49−52の論文が存在するが、それによるとシリコン
酸化膜上に堆積したシリコンはシリコン酸化膜と反応し
てSiOとなり、気相中に逃げるためにシリコン酸化膜上
にはシリコンが堆積しないとしている。しかし、この実
施例２の場合には絶縁膜に窒化膜を用いており、絶縁膜
がシリコン酸化膜でなくても選択多結晶シリコン成長が
実現できることがわかった。
コンタクト孔11内に300nmの多結晶シリコン膜12を成
長させるのには、のサイクルを３回繰り返すことで実現
できた（第３図（ｄ））。
長させるのには、のサイクルを３回繰り返すことで実現
できた（第３図（ｄ））。
以上の実施例において、選択多結晶シリコン成長ガス
としてジクロロシランを用いた場合について述べたが、
モノシラン（SiH4）、ジシラン（Si2H6）ガスでもよ
い。又成長時の温度とエッチング時の温度は必ずしも同
一である必要はなく、それ等の温度は400℃〜900℃であ
ればよい。
としてジクロロシランを用いた場合について述べたが、
モノシラン（SiH4）、ジシラン（Si2H6）ガスでもよ
い。又成長時の温度とエッチング時の温度は必ずしも同
一である必要はなく、それ等の温度は400℃〜900℃であ
ればよい。
以上説明したように本発明を用いることによって、従
来問題になっていたシリコン塊を絶縁膜上に残すことの
ない完全な選択多結晶シリコン成長を実現できた。ま
た、本発明により長時間の選択多結晶シリコン成長が可
能になった。
来問題になっていたシリコン塊を絶縁膜上に残すことの
ない完全な選択多結晶シリコン成長を実現できた。ま
た、本発明により長時間の選択多結晶シリコン成長が可
能になった。
第１図は本発明で用いた選択多結晶シリコン成長の気相
成長装置を示す縦断面図、第２図（ａ）は本発明の実施
例１で使用した被成長基板の一部分を示す断面図、第２
図（ｂ）は本発明の実施例１での第１回目の成長工程を
行った状態を示す断面図、第２図（ｃ）は実施例１の成
長工程とエッチング工程との１サイクルを終えた状態を
示す断面図、第２図（ｄ）は実施例１の選択多結晶シリ
コン成長が完了した状態を示す断面図、第３図（ａ）は
本発明の実施例２で使用した被成長基板の一部分を示す
断面図、第３図（ｂ）は本発明の実施例２での第１回目
の成長工程を行った状態を示す断面図、第３図（ｃ）は
実施例２の成長工程とエッチング工程との１サイクルを
終えた状態を示す断面図、第３図（ｄ）は実施例２の選
択多結晶シリコン成長が完了した状態を示す断面図、第
４図は一般の選択多結晶シリコン成長を示す断面図であ
る。 １……外管、２……内管 ３……架台、４……被成長基板 ５……基板ホルダー、６……抵抗加熱炉 ７……ガス導入管、８……ガス排出孔 ９……単結晶シリコン基板 10……シリコン酸化膜、11……コンタクト孔 12……多結晶シリコン膜、13……シリコン塊 14……シリコン酸化膜、15……多結晶シリコン膜 16……シリコン酸化膜、17……窒化膜 18……絶縁膜、19……シリコン
成長装置を示す縦断面図、第２図（ａ）は本発明の実施
例１で使用した被成長基板の一部分を示す断面図、第２
図（ｂ）は本発明の実施例１での第１回目の成長工程を
行った状態を示す断面図、第２図（ｃ）は実施例１の成
長工程とエッチング工程との１サイクルを終えた状態を
示す断面図、第２図（ｄ）は実施例１の選択多結晶シリ
コン成長が完了した状態を示す断面図、第３図（ａ）は
本発明の実施例２で使用した被成長基板の一部分を示す
断面図、第３図（ｂ）は本発明の実施例２での第１回目
の成長工程を行った状態を示す断面図、第３図（ｃ）は
実施例２の成長工程とエッチング工程との１サイクルを
終えた状態を示す断面図、第３図（ｄ）は実施例２の選
択多結晶シリコン成長が完了した状態を示す断面図、第
４図は一般の選択多結晶シリコン成長を示す断面図であ
る。 １……外管、２……内管 ３……架台、４……被成長基板 ５……基板ホルダー、６……抵抗加熱炉 ７……ガス導入管、８……ガス排出孔 ９……単結晶シリコン基板 10……シリコン酸化膜、11……コンタクト孔 12……多結晶シリコン膜、13……シリコン塊 14……シリコン酸化膜、15……多結晶シリコン膜 16……シリコン酸化膜、17……窒化膜 18……絶縁膜、19……シリコン
Claims (2)
- 【請求項１】成長工程と、エッチング工程とを有し、被
成長基板を被う絶縁膜に開口したコンタクト孔内のみに
多結晶シリコン薄膜を選択成長させる半導体装置の製造
方法であって、 前記成長工程は、成長ガスとエッチングガスとを同時に
流して多結晶シリコンを前記コンタクト孔内に選択成長
させるものであり、 前記エッチング工程は、エッチングガスのみを流して前
記絶縁膜上のシリコンのみを取除くものであることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】前記成長工程と前記エッチング工程とは、
交互に組合せて行なわれるものであり、この組合せによ
り前記コンタクト孔内のみに膜成長させることを特徴と
する請求項第（１）項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170962A JP3018408B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2170962A JP3018408B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0458525A JPH0458525A (ja) | 1992-02-25 |
| JP3018408B2 true JP3018408B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=15914605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2170962A Expired - Lifetime JP3018408B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018408B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2503878B2 (ja) * | 1993-06-14 | 1996-06-05 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路装置及びその製造方法 |
| JPH10321556A (ja) * | 1997-05-17 | 1998-12-04 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法 |
| JP5794949B2 (ja) | 2012-05-29 | 2015-10-14 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン膜の形成方法およびその形成装置 |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP2170962A patent/JP3018408B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0458525A (ja) | 1992-02-25 |
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