JPH01186615A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板表面に不純物導電層を形成する半
導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、ダイナミックＲＡＭ　（ＤＲＡＭ）等の半導体集
積回路は、構成素子の微細化による高集積化が著しい。

特に１トランジスタ／１キヤパシタ構成のメモリセルを
用いたＤＲＡＭにおいては、メモリセルの縮少が重要で
ある。メモリセル縮少の際に問題となるのが、十分な読
み出しマージンのあるＳＺＮ比の確保およびソフトエラ
ーの耐性の点からセルキャパシタの蓄積電荷を減少させ
ることが困狸なことである。従来通りのキャパシタ絶縁
膜の薄膜化により蓄積電荷を維持する方法は、現在その
絶縁膜が、電界強度および信頼性の面から薄膜化限界に
近付くため、その適応が困難である。これに代ねって、
第４図に示すような、キャパシタ領域のシリコン基板４
−１の表面に溝４−５を掘り、この溝側壁部４−６を利
用して実効的なキャパシタ面積を稼ぐ構造（トレンチキ
ャパシタセル）が、蓄積電荷量を維持する方法として有
望視されている。

尚、このキャパシタはシリコン基板４−１．　　キャパ
シタ酸化膜４−２、多結晶シリコン層４−３および不純
物拡散層４−４で構成されている。

トレンチキャパシタセルには、種々の構造のものが考え
られているが、第４図（ａ）　、　（ｂ）に示すような
、溝ま内部に高濃度の不純物拡散層４−４を形成した構
造は、基板４−１側に空乏層が伸びず、１／２ｖｃｃ動
作をさせることも可能で、キャパシタ絶縁膜に対する負
担も軽減される。この場合、狭く、深い溝内部の垂直な
側面に、不純物を制御性良く、均一なドーピングする方
法が重要になる。

従来、集積回路プロセスでは、拡散層形成には。

イオン注入法がその特徴である制御性の良さから広く使
用されている。しかし、イオン注入法をトレンチ構造へ
応用する場合、第４図（ｅ）に示すように、不純物イオ
ン注入方向が一定のため、溝の垂直な側壁で注入イオン
に対して影となる部分４−７ができ、不純物の注入され
ない領域が生じる。

影に゛なる領域をなくす手段として、注入傾斜角を変化
させたり、シリコン基板を回転させる方法が考えられる
。しかし、いずれの方法も、今後の高集積化から予想さ
れる開口部の狭く、より深い溝への応用は不可能である
。

イオン注入法に代わるトレンチキャパシタの不純物拡散
層の形成法としては、第４図（ｄ）に示すように、同相
からの拡散を利用した方法が考えられる。拡散源として
、不純物を添加した多結晶シリコンｉｌ’Ｊ４−３やシ
リコン酸化膜を溝内部に形成した後、熱拡散によって、
シリコン基板の表面へ不純物を導入する方法である。こ
の場合拡散源の形成方法が問題であり、適切な不純物濃
度の均質な膜が、溝４−５の内壁に均一に形成されるこ
とが必要となる。しかし、溝開口部が狭く、深さが深く
なる程、均一な拡散源の形成は困難となる。

例えば、化学気相成長（ＣＶ　Ｄ）法で形成する場合、
被覆性が溝の底部に近づく程悪くなり、薄膜化する。こ
の薄膜化は不純物の拡散量の不足を招き、溝４−５の上
部と底部とで、不純物拡散層４−４の濃度が均一になら
なくなる。また、不純物を含む溶液を塗布・乾燥させて
、拡散源とする方法では、溝内部の気泡が抜けきらなく
なるおそれがあり、１チップ百方個以上の数の溝の内部
に漏れなく溶液を導入することは、溝の開口幅が狭く、
深さが深くなるにしたがって、困難になると考えられる
。また、同相拡散法では、いずれの場合も、拡散した後
、拡散源を除去する必要がり、プロセス的に複雑なもの
にならざるを得ない、。

すなわち従来の不純物導入方法では、上記の点からＤＲ
ＡＭのキャパシタセルに限らず、シリコン表面に形成し
た開口部の幅が狭く、・深さが深い溝の内壁等に不純物
を制御性良く導入することは、困難である。

このため気相状態の不純物元素あるいは不純物元素を含
む化合物から熱分解反応等で、不純物元素あるいは不純
物元素を含む化合物を基板表面と吸着させて、これを拡
散源とする方法が考えられる。しかしながら、この方法
では、溝内部の不純物拡散層の濃度均一性は良いが、基
板表面に形成される自然酸化膜が不純物元素あるいは不
純物元素を含む化合物の吸着を阻害するので、基板中に
拡散する不純物の量は少ない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、前記の気相状態の不純物元素あるいは不
純物元素を含む化合物を用いて拡散を行なう手法におい
て、十分な量の不純物が基板中に拡散する方法を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の骨子は半導体基板表面にｐあるいはｎ型導電層
を形成するために、必要な元素あるいは該元素を含む化
合物を吸着させる前段階として、一旦該半導体基板表面
に基板と同種の半導体原子を少なくとも一原子層以上形
成させ、吸着に対して活性な表面とすることにより、導
電層形成元素あるいは該元素を含む化合物の吸着効率を
高めることにある。

（作用） 通常の半導体基板表面には、空気中の酸素との反応によ
り自然酸化膜が形成されている。この自然酸化膜は、導
電層形成元素あるいは該元素を含む化合物の吸着を阻害
する。空気中でのこの膜の形成は迅速であり、その除去
は困難である。そこで、一旦該半導体基板表面に基板と
同種の半導体原子を少なくとも一原子層以上形成させ、
自然酸化膜の無い半導体層表面を作成し、次いで導電層
形成元素あるいは該元素を含む化合物の吸着を行うこと
により、それらの吸着効率を増大させる。

（実施例） 以下の本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

導電層を形成する半導体試料としてシリコンを。

導電層を形成させるために吸着させる物質としてＰｌｌ
、を用いた。まず酸系水溶液により洗浄を行なった比抵
抗９〜１１Ω・１のｐ型（１０（４）面シリコン基板１
−１に、温度７８０℃、圧力Ｉ　Ｔｏｒｒ、　１００％
ＳｉＨ。

で厚さ約５０人の多結晶シリコン層１−３を堆積する（
第１図（ａ））。尚、シリコン基板１−１の表面には自
然酸化膜１−２ができている０次いで、濃度１％のＰＨ
３を１５分間導入し、リン（Ｐ）　１−４を堆積した（
第１図（ｂ））、この後窒素希釈による１０％酸素雰囲
気。

温度１０００℃で１時間の熱処理を行なうことにより、
リンによるｎ型導電層１−５の形成を行なった（第１図
（Ｃ））。尚、ｎ型導電層１−５の上には酸化膜１−６
が形成される。導電層中のリンの量をシート抵抗測定に
より評価すると、リンを吸着する前に多結晶シリコン層
堆積を行なっていない従来例でのシート抵抗値は１にΩ
／口であるのに対して、本実施例のリンを吸着する前に
多結晶シリコン層堆積を行なった場合では５００Ω／口
と半減し、リンの吸着効率の向上がうかがえる。

さらに、上記の多結晶シリコン層堆積とＰＨ，導入とい
う工程を、第３図に示すように、くり返し行なうと、第
３図に示した通りに、工程のくり返し回数の増加ととも
にシート抵抗値は減少し、多結晶シリコン層堆積とＰＨ
，導入をくり返すことで、吸着するリンの量がさらに増
大することが判明した。すなわち、シリコン基板２−１
の自然酸化膜２−２の表面に、多結晶シリコン層２−３
とリン吸着層２−４が交互に堆積されている。

上記実施例による方法を用いて、第４図（ａ）　、　（
ｂ）にその平面及び断面を示す様なシリコン基板の溝内
部および主表面に拡散層を形成した場合のＭＯＳキャパ
シタのＣ−Ｖ　（容量−電圧）特性を第４図（ｃ）に示
す。第４図（ｃ）において、従来例と上記実施例によっ
て形成されたキャパシタのＣ−■特性を比較する。従来
例では、第４図（ｄ）　、　（ｅ）　　に断面を示す様
に半導体基体の溝部に不純物の導入されない領域がある
ため、その部分で基体が空乏化して、容量が減少する。

しかし、本実施例は、均一に不純物が拡散されるため、
容量を保つことができる。

本実施例では、ＭＯＳキャパシタの場合を説明したが、
その他の表面に開口の狭く且つ深い溝等の形状を有する
半導体基体への不純物導入工程においても発明を用いる
ことにより、均一で制御性の良い不純物拡散層を平坦部
は言うにおよばず溝内部にも形成することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、凹形状の溝を有するシリコン基板の表
面に、高集積化に適応した均一で制御性の良い所定の導
電型を与える不純物層を形成することができる。したが
って、例えば、素子領域の微細化と共に表面に形成され
る溝のアスペクト比が増々大きくなるのに対応して、そ
の微細な深い溝の内部への不純物拡散が可能となり、素
子の高集積化及び高速化に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による不純物導入方法の手順を示した工
程図、第２図は本発明の工程をくり返し行なった場合の
試料の断面を示す工程図、第３図は本発明の工程のくり
返し回数とシート抵抗の関係を示した曲線図、第４図は
本発明の実施例の効果をＭＯＳキャパシタのＣ−■特性
によって従来例と比較して評価した結果を示す図である
。 １−１．２−１．４−１・・・シリコン基板、１−２．
２−２・・・自然酸化膜。 １−３．２−３．４−３・・・多結晶シリコン層、１−
４　、２−４・・・リン吸着層、　　１−５・・・ｎ型
導電層。 １−６・・・酸化膜、４−２・・・キャパシタ酸化膜、
４−４・・・不純物拡散層、４−５・・・溝、４−６・
・・溝側壁部。 ４−７・・・影。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 ′０　　　や　　τ 工法１くす記えし１可数　〔）ｊ１ 第　　３　　図 （α） リンｒＪ灸着 （ＣＪ 第 浄ａ６晶う／リコＡガＬ均【 ＜ｂ＞ 、り昂晶シリコン層鱒 ２図 第４図 ＋−７ 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表面にｐあるいはｎ型導電層を形成す
   る工程において、一旦該半導体基板表面に該半導体基板
   と同種の半導体原子を少なくとも一原子層以上形成した
   後、該半導体層上に、ｐあるいはｎ型導電層を形成する
   のに必要な元素あるいは該元素を含む化合物を吸着せし
   め、次いで該半導体基板を８００℃以上の高温にするこ
   とにより、該半導体基板表面に吸着した該元素あるいは
   該元素を含む化合物から該元素を該半導体基板中に拡散
   させて、ｐあるいはｎ型導電層を形成することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
2. （２）半導体基板表面に原子層を少なくとも一原子層以
   上形成する方法として、該半導体元素を含む化合物ガス
   の熱、光反応、ＥＣＲまたはマグネトロンを用いたプラ
   ズマ反応等の分解反応による該半導体基板表面への該半
   導体原子の吸着あるいは堆積により行うことを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）半導体層に、ｐあるいはｎ型導電層を形成するの
   に必要な元素あるいは該元素を含む化合物を吸着する工
   程の方法として、該元素を含む化合物ガスの熱、光反応
   、ＥＣＲまたはマグネトロンを用いたプラズマ反応等の
   分解反応による該半導体層上への該元素の吸着により行
   う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。
4. （４）半導体としてシリコン、ｐ型導電層を形成するた
   めに該半導体基板表面に吸着せしめる物質として、ホウ
   素あるいはガリウム等の元素あるいは該元素を含む化合
   物、ｎ型導電層を形成するために該半導体基板表面に吸
   着せしめる物質として、ヒ素、リンあるいはアンチモン
   等の元素あるいは該元素を含む化合物とすることを特徴
   とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. （５）半導体基板表面に該半導体基板と同種の半導体原
   子を少なくとも一原子層以上形成した後、該半導体層に
   、ｐあるいはｎ型導電層を形成するのに必要な元素ある
   いは該元素を含む化合物を吸着せしめるという工程を二
   度以上繰り返す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。