JP4583646B2 - 半導体素子のコンタクトプラグ形成方法 - Google Patents

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    • H01L21/28562—Selective deposition

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子のコンタクトプラグ形成方法に係り、特にＳＥＧ(Selective Epitaxial Growth)法によって形成されたコンタクトプラグの不純物濃度の減少を防止して抵抗を低めることができる半導体素子のコンタクトプラグ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラグ選択成長技術の半導体素子への利用はセルサイズの縮小と工程単純化の次元で高く評価されている。しかし、１ギガビット以上のＤＲＡＭ素子開発において、ビット線コンタクト(Bit Line Contact)及びキャパシタストレージコンタクト(Capacitor Storage Contact)形成のためのＳＥＧ工程を適用する場合、工程条件が非常に重要である。
【０００３】
１ギガビット以上のＤＲＡＭ素子ではコンタクト面積(Contact Area)が更に小さくなるので、一般的に用いられてきたポリシリコンをコンタクトプラグに適用し難くなる。その理由はコンタクト面積が減少するほど接触抵抗は段々大きくなることにある。即ち、シリコン基板と同一の単結晶で成長したプラグＳＥＧを適用する場合、シリコンとの界面抵抗を最小化することにより、コンタクト面積減少による抵抗増加を抑制することができる。しかし、ポリシリコンにおいてリンＰのドーピング濃度が１Ｅ２１ａｔｏｍｓ／ｃｃ以上であるのに比べて、ＳＥＧを成長させる場合にはＰ濃度が１Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｃ以上にドーピングされない。これはＳＥＧプラグ工程を実際適用した場合、抵抗増加要因となる虞がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＳＥＧ法によって形成されたコンタクトプラグの不純物濃度減少による抵抗の増加を防止するために、コンタクトプラグをＳＥＧ法によって形成する途中と形成後に、インサイツ(in-situ)にてリンＰなどの不純物をサーマルドーピング(Thermal Doping)して不純物濃度を増加させることにより、抵抗を減少させて素子の電気的特性を向上させることができる半導体素子のコンタクトプラグ形成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体素子のコンタクトプラグ形成方法は、半導体素子を形成するための各種の要素が形成された半導体基板上にＳＥＧ法でＳＥＧコンタクトプラグを成長させる段階と、ＳＥＧコンタクトプラグを成長させる途中で不純物をサーマルドーピングする段階と、ＳＥＧコンタクトプラグを成長させた後、不純物をサーマルドーピングする段階とを含んでなることを特徴とする。
【０００６】
前記段階において、ＳＥＧコンタクトプラグはポリシリコン層を成長させて形成する。
【０００７】
不純物をドーピングするサーマルドーピングは８００〜９５０℃の温度範囲で２０〜２００Ｔｏｒｒの圧力をもってＨ2及びＰＨ3ガスを用いて実施する。ＰＨ3ガスはＨ2ガスを用いて１〜１０％に希釈した後、１００〜５０００ｓｃｃｍの流量で供給する。Ｈ2ガスの流入量を１〜１０ｓｌｍとする。
【０００８】
コンタクトプラグを形成する途中で実施するサーマルドーピングは、コンタクトプラグをＳＥＧ法により１００〜５００Å程度形成してから実施する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る半導体素子のコンタクトプラグ形成方法を説明するための断面図である。
【００１１】
図１（ａ）を参照すると、素子分離膜２０を有する半導体基板１０上に層間絶縁膜３０を形成した後、層間絶縁膜３０をパターニングして半導体基板１０の接合部表面が露出するようにコンタクトホールを形成する。
【００１２】
図１（ｂ）を参照すると、露出した半導体基板１０上にコンタクトプラグ用ＳＥＧシリコン４０を成長させつつ、途中で不純物をサーマルドーピング(Thermal Doping)する。サーマルドーピングはコンタクトプラグ用ＳＥＧシリコン層４０が１００〜５００Å程度成長したときに実施し、８００〜９５０℃の温度範囲と２０〜２００Ｔｏｒｒの圧力でＰＨ3及びＨ2ガスを用いて実施する。ここで、Ｈ2ガスの流入量は１〜１０ＳＬＭの範囲内とする。ＰＨ3ガスはＨ2ガスを用いて１〜１０％に稀釈して１００〜５０００ｓｃｃｍの範囲で供給する。
【００１３】
初期成長したＳＥＧポリシリコン層は欠陥(defect)により抵抗が増加する虞があるが、成長初期に形成されたＳＥＧポリシリコン層にサーマルドーピングを適用することにより、ＳＥＧポリシリコン層とシリコン接触部分の抵抗を最小化することができる。
【００１４】
図１（ｃ）を参照すると、コンタクトプラグ用ＳＥＧシリコン層４０を完全に成長させて層間絶縁膜３０のコンタクトホールを完全に埋め込んだ後、図１ｂで実施したサーマルドーピングを再び実施する。
【００１５】
一般に、ポリシリコンにおいてリンＰの濃度が１Ｅ２１ａｔｏｍｓ／ｃｃであり、これに対して、コンタクトプラグを形成するために成長させたＳＥＧポリシリコン層の不純物濃度は１Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｃ以上にはドーピングされない。このような現象はコンタクトプラグにおける抵抗増加要因として作用して素子の動作及び性能を低下させる原因となる。前述において、コンタクトプラグ用ＳＥＧポリシリコン層４０を成長させる途中及び成長後に不純物を注入するサーマルドーピングを実施することは、不純物濃度が減少して抵抗成分が増加することを防止するためである。
【００１６】
前記ＳＥＧポリシリコン層の成長途中及び成長後にサーマルドーピングを実施して不純物濃度を補償する工程は、メモリ素子のビット線コンタクトプラグやキャパシタのストレージ電極コンタクトプラグなど各種素子のコンタクトプラグを利用する工程に適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明はコンタクトプラグ用ポリシリコンをＳＥＧ法で成長させてコンタクトプラグを形成する途中及び形成後にインサイツで不純物をドーピングして抵抗を減少させることにより、素子の電気的特性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）乃至図１（ｃ）は本発明に係る半導体素子のコンタクトプラグ形成方法を説明するために示す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板
２０ 素子分離膜
３０ 層間絶縁膜
４０ ＳＥＧポリシリコン層

Claims (5)

  1. 半導体素子を形成するための各種の要素が形成された半導体基板上にＳＥＧ法でポリシリコン層を利用してＳＥＧコンタクトプラグを成長させる段階と、
    前記ＳＥＧコンタクトプラグを成長させる途中で不純物をサーマルドーピングする段階と、
    前記ＳＥＧコンタクトプラグを成長させた後、不純物をサーマルドーピングする段階とからなることを特徴とする半導体素子のコンタクトプラグ形成方法。
  2. 前記サーマルドーピングは８００〜９５０℃の温度範囲で２０〜２００Ｔｏｒｒの圧力をもってＨ2及びＰＨ3ガスを用いて実施することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクトプラグ形成方法。
  3. 前記ＰＨ3ガスはＨ2ガスを用いて１〜１０％に稀釈した後、１００〜５０００ｓｃｃｍの流量で供給することを特徴とする請求項２記載の半導体素子のコンタクトプラグ形成方法。
  4. 前記Ｈ2ガスの流入量を１〜１０ｓｌｍとすることを特徴とする請求項２記載の半導体素子のコンタクトプラグ形成方法。
  5. 前記コンタクトプラグを形成する途中で実施するサーマルドーピングは前記コンタクトプラグをＳＥＧ法で１００〜５００Å程度形成してから実施することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のコンタクトプラグ形成方法。
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