JPH02205353A - 水素を含んだ半導体膜に不純物を導入する方法 - 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） この発明は半導体の製造方法に係シ、特に水素を含んだ
半導体膜に不純物を導入する方法に関する。

（従来の技術） 集積回路は、比例縮小剤に従って素子の微細化が進み、
高密度化が一層進んでいる。しかし、素子寸法を縮小す
ることも限界に近づきつつあシ、単に素子寸法を縮小す
ることだけでは、更に高密度の性能及び信頼性の高り集
積回路を作ることが難かしくなってｈる。そこで、現在
、半導体基板表面に溝を堀りたシ、半導体、絶縁体ある
いは金属膜を積み上げたシして、立体的な構造の素子に
することが行なわれている０例えばＭＯＳダイナミック
ＲＡＭ　（ＤＲＡＭ　）の構成要素であるＭＯＳキャノ
譬シタにおｈては、キャパシタの容量を増大する方法と
して、シリコン基板表面に溝を掘ることによって占有面
積を増大させることなく、実質的にキャノ々シタの容量
の増大を図ることが行なわれている。

この場合、　ＭＯＳキヤ・ぐシタの酸化膜の経時破壊に
対する信頼性を向上させるため、シリコン基板表面に不
純物拡散層を形成することが有効である。

しかし、このようなシリコン基板表面に不純物拡散層を
形成した溝堀シキャノ々シタを、ＤＲＡＭのＭＯＳキヤ
／４シタに応用する場合、問題となるのが溝＃Ａシキャ
ノ譬シタに形成した不純物拡散層間の分離耐圧が溝間距
離が短かくなるに従って低下することである。これを解
決するため、多結晶シリコン膜を、溝の内部に形成させ
、これに不純物を拡散する方法がある。この多結晶シリ
コン膜の不純物拡散層の厚さだけ分離耐圧を低下させ々
ｂで溝間距離を短かくすることができる。又、他の方法
としてシリコン基板上にシリコン酸化膜を設けた後、多
結晶シリコン膜を形成し、これに不純物を拡散して分離
耐圧を低下させずに溝間距離を大幅に短かくする方法も
める。

このように、シリコン基板表面に形成される立体的構造
の素子に多結晶シリコン膜を形成し、これに不純物を拡
散する必要性が高まってＡる。

この場合、多結晶シリコン膜上に、不純物を添加したシ
リコン酸化膜を、例えば被覆性の良い減圧化学気相成長
（ＬＰＣＶＤ　）法で堆積して、不純物を添加した前記
シリコン酸化膜から熱拡散によって多結晶シリコン膜に
不純物を導入する方法が上述したような微細な立体構造
素子につｈては有効である。

しかしながら、多結晶シリコン膜にシリコン酸化膜から
の不純物を拡散する場合、シリコン基板に不純物を拡散
する場合に期待される拡散量に比較して極めて少ない量
しか拡散されな込、その理由は多結晶シリコン膜が、例
えば減圧化学気相成長法で形成される際て水素が混入さ
れ、この水素が、逆にシリコン教化膜中に拡散してしま
い、このシリコン酸化膜中の不純物と結合して不動化す
るからである。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の、不純物を電化した前記シリコン
酸化膜から多結晶シリコンｇＫ当該不純物を導入する方
法は予想される拡散量よシ、はるかに少ない量しか拡散
されな＾という欠点を有していた。

この発明は、上記欠点を除去し、不純物が添加されたシ
リコン酸化膜から水素を含んだ半導体膜に、前記不純物
を拡散する際に、水素がシリコン酸化膜中の不純物と結
合するのを防止して効率良く、シリコン酸化膜中の不純
物を半導体膜に拡散できる水素を含んだ半導体膜に不純
物を導入する方法を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明の水素を含んだ半導体膜に不純物を導入する方
法は、水素を含んだ半導体膜に、前記水素を除くため、
第１の高温熱処理を施す工程と；水素が除去された前記
半導体膜上に、不純物が添加されたシリコン酸化膜を形
成する工程と；前記不純物が添加されたシリコン酸化膜
から前記半導体膜に前記不純物を拡散するため、前記シ
リコン酸化膜及び前記半導体膜に、第２の高温加熱処理
を施す工程とよ構成ることを特徴としてｈる。

（作用） この発明の水素を含んだ半導体膜に不純物を導入する方
法は、水素を含んだ半導体膜に、前記水素を除くため高
温熱処理を施す工程を含んでいる。

通常、ＣＶＤ法によって、基板上に半導体膜、例えば多
結晶シリコン膜を形成する際には、シリコンの水素化物
や、水素を含んだガスを原料ガスとして使用してｈる。

このため、多結晶シリコン膜中に多量の水素が含まれる
ことになる。この含有水素は、多結晶シリコン膜の形成
温度よシ高り温度、例えば６００℃以上で熱処理を施す
ことによって、多結晶シリコン膜表面から揮発され、除
去される。従って、この多結晶シリコン膜上に、不純物
が添加されたシリコン酸化膜を形成した後当該不純物を
多結晶シリコン膜に拡散する際に、この多結晶シリコン
膜からの水素がシリコン酸化膜中の不純物と結合するこ
とがなく、効率のよい不純物拡散が行なわれる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１Ａ図乃至第１Ｅ図は、この発明の一実施例を説明す
るための半導体装置の製造工程を示す断面図である。

第１Ａ図に示すように、例えば比抵抗ｌＯΩ・個のｐ型
（１００）シリコン基板１を用いる。この基板１は単結
晶半導体、アモルファス、ダルマニウム（Ｇ・）、又は
砒化ガリウム（Ｇ　ａＡ％　）などが用いられる０次に
、既知の方法によって、素子形成領域を、シリコン酸化
膜２によって分離した後、基板１及びシリコン酸化膜２
上に一様に酸化膜３を化学気相成長法（以下ＣＶＤ法と
略称する。）によって形成する。この酸化Ｍ３をマスク
として反応性イオンエツチング（以下ＲＩＥ法と略称す
る。）と写真食刻法によりて溝が形成される部分の表面
の前記酸化膜３除去し、更に四塩化炭素（ＣＣｔ４）を
主成分とするエツチングガスを用りたＲＩＥ法によって
溝４を形成する。

続いて、第１Ｂ図に示すように、前記酸化膜３の残され
た部分を希釈弗酸によってエツチング除去し、ＣＶＤ法
によってボロン原子を５Ｘ１０　　ａｎ添加したシリコ
ン酸化膜５を２０００にの厚さに形成する。この状態で
、９５０℃の非酸化性雰囲気で６０分間熱処理すること
によって、ボロンを前記シリコン酸化Ｍ５から前記基板
１に拡散してｐ″″領域６を基板表面に形成する。その
後、第１Ｃ図に示すようにボロンが添加されたシリコン
酸化膜５を希釈弗酸によりてエツチング除去した後、減
圧ＣＶＤ法によって多結晶シリコン膜７を３０００又堆
積させる。

この多結晶シリコン膜７の形成はシリコンの水素化物を
含んだガスを原料ガスとして用いたガス雰囲気中で行な
われ、前記原料ガスは、シラン（５ＩＨ４）、ジシラン
（５１２Ｈ６）又はジクロルシラン（５ＩＨＣＩ２）な
どが用りられる。

この多結晶シリコン膜７を形成する際に含まれてしまう
多量の水素を除くため、第１の高温熱処理として例えば
、６００℃乃至１２００℃の温度範囲であって、水素あ
るいは水素化合物を含まない不活性ガス雰囲気中、例え
ばアルゴンガス雰囲気中で６０分間、熱処理を行う、第
１の高温熱処理は他に６００℃乃至１２００℃の温度範
囲であって水素あるいは水素化合物を含まない酸化性ガ
スを含む雰囲気で行なってもよい。この第１の高温熱処
理は、ＣＶＤ法によって多結晶シリコン膜７を堆積させ
た際に、膜中に混入した水素あるいは水素原子を除去で
きればよく、熱処理の方法は上述の実施例に限定するも
のではない、又、この第１の高温熱処理は電気炉によっ
て、又はハロダンランプ又はレーデの光照射によって行
うことができる。

次騒で、第１０図だ示すように、減圧ＣＶＤ法によって
砒素原子を５Ｘ１０３　　添加したシリコン酸化８ｇを
前記多結晶へシリコン膜７上に、１０００＾の厚さに堆
積させ、続いて、少なくとも６００℃以上、例えば１０
００℃の窒素ガス雰囲気中で９０分間の、第２の高温加
熱処理を行う。その結果、前記シリコン酸化膜８から前
記多結晶シリコン膜７中に砒素を拡散して、砒素濃度が
８Ｘ１０”ｚ−’程度のｎ＋多多結晶シリコ腹膜９形成
する。

次りで、第１Ｅ図に示すよう釦、写真食刻法と、四弗化
炭素（ＣＦ４）を主成分とするエツチングガスを用いた
ダウン・フロー法により前記ｎ多結晶シリコン膜９を所
望の形にノ４ターニングした後、ＭＯＳキャパシタ用１
０　ｎｍの酸化膜１０を、９００℃の温度下で５０チに
アルゴンガスで希釈された乾燥酸素中で形成する。最後
に、最上面に、通常のリン添加多結晶シリコンダート電
極１１を形成する。

上述のようにして製造されたＭＯＳキャパシタは、第２
図に示すような平面図及び、その１１線断面図である第
３図のように示される。このようなＭＯＳキヤ・臂シタ
の容量−電圧特性（Ｃ−Ｖ特性）は第４図のように示さ
れ、従来例にくらべ、容量を大きくとれることが明らか
となった。

次に、この発明の、他の実施例を第５Ａ図乃至第５Ｅ図
を参照して説明する。

この実施例における第５Ａ図及び第５Ｂ図に示す工程図
は、第１Ａ図及び第２Ｂ図と、参照番号は異なるが同一
であシ、その説明は省略する。尚、図で参照番号１２は
基板１３はシリコン酸化膜、１４は酸化膜、１５は溝、
１６はシリコン酸化膜及び１７はｐ−領域を夫々示す。

第５Ｃ図は、第５Ｂ図に示したボロンを添加したシリコ
ン酸化膜１６を希釈弗酸によってエツチング除去し、次
に減圧ＣＶＤ法によって、多結晶シリコン膜１８を３０
００Ｘの厚さに堆積する。その後、この多結晶シリコン
！ｌＸ１ｇから含有水素を除去するため第１の高温加熱
処理として、１０００℃の５係のアルコ０ンガスで希釈
された乾燥酸素ガス雰囲気中で６０分間熱処理する。そ
の際、多結晶シリコン膜１８上には酸化膜１９が形成さ
れる。

その後、第５Ｄ図に示すように、前記シリコン酸化膜１
９を希釈弗酸によりてエツチング除去し、更に減圧ＣＶ
Ｄ法によって酸素原子を５Ｘ１０”備づ添加したシリコ
ン酸化膜２０を１００ＯＸの厚さに堆積する。

読込て、第２の高温加熱処理として、１０００℃の窒素
ガス雰囲気中で９０分間の熱処理を行り。

前記シリコン酸化膜２０から前記多結晶シリコン膜１８
に砒素を拡散して、砒素濃度８Ｘ１０”　ｃｐｎ−３程
度Ｏｎ多結晶シリコン膜２１を形成する。この♂多結晶
シリコン膜２１の上にＭＯＳキャノ９シタ用の１０　ｎ
ｍの酸化膜２２を形成し、最後に１最上面に、通常のリ
ン添加多結晶シリコンｒ−）電極２３を形成する。上記
実施例においては、前記多結晶シリ；ン膜１８上の酸化
Ｍ１９を希釈弗酸によってエツチング除去して込るが、
不純物の拡散に支障がない限〕、残してお−てもよい・
又・この実施例における前記多結晶シリコン膜を形成す
る化学気相成長法はシリコンの水素化物を含んだガスを
原料ガスに使用すること、この原料ガスはシラン、シリ
コン、又はジクロルシランなどが周込られることは、第
１の実施例におけると同様である。

［発明の効果］ この発明の水素を含んだ半導体膜に不純物を導入する方
法は、水素を含んだ半導体膜に、前記水素を除くための
高温熱処理を施す工程を含むことにより、含有水素は揮
発し、除去される。従って、半導体膜上に、不純物が添
加されたシリコン酸化膜を形成した後、当該不純物を前
記半導体膜に拡散する際に、この半導体膜からの水素が
前記シリコン酸化膜中の不純物と結合することがなく、
効率のよい不純物拡散が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第１Ｅ図は、この発明の水素を含んだ半導
体膜に不純物を導入する方法の一実施例を説明するため
の半導体装置の製造工程を夫々示す断面図：第２図は、
この発明の一実施例を説明するための半導体装置の平面
図；第３図は第２図の■−■線断面矢視図；第４図はこ
の発明の方法によって製造された半導体装置の、容量−
電圧特性を従来例と比較する図；第５Ａ図乃至第５Ｅ図
は、この発明の他の実施例を説明するための半導体の製
造工程を夫々示す断面図である。 １．１２・・・シリコンａ板％２１１３・・・シリコン
酸化膜、３，１４・・・酸化膜、４，１５・・・溝、５
゜１６・・・不純物添加のシリコン酸化膜、６，１２・
・・ｐ−拡散層、７，１１１・・・多結晶シリコン膜、
８゜２０・・・不純物添加のシリコン酸化膜、９．２１
・・・ｎ”＊ｍａ＋シリコンｇ、ｉｏ、；ｔｘ・・・Ｍ
ＯＳキャパシタ用ダート酸化膜、１１．２３・・・キイ
／４’シタゲート電極、１９・・・シリコン酸化膜。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第 図 第 図 第 図 第 Ｄ 図 第 Ｅ 図 第 Ｃ 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素を含んだ半導体膜に、前記水素を除くため第
   １の高温熱処理を施す工程と； 水素が除去された前記半導体膜上に、不純物が添加され
   たシリコン酸化膜を形成する工程と；前記不純物が添加
   されたシリコン酸化膜から前記半導体膜に前記不純物を
   拡散するため前記シリコン酸化膜及び前記半導体膜に、
   第２の高温加熱処理を施す工程とより成る水素を含んだ
   半導体膜に不純物を導入する方法。
2. （２）前記水素を含んだ半導体膜は、基板に化学気相成
   長法により形成された多結晶シリコン膜である特許請求
   の範囲第１項記載の水素を含んだ半導体膜に不純物を導
   入する方法。
3. （３）前記多結晶シリコン膜を形成する化学気相成長法
   はシリコンの水素化物を含んだガスを原料ガスに使用す
   る特許請求の範囲第２項記載の水素を含んだ半導体膜に
   不純物を導入する方法。
4. （４）水素を含んだ前記半導体膜に、第１の高温熱処理
   を施す工程は、６００℃乃至１２００℃の温度範囲であ
   りて、水素あるいは水素化合物を含まない不活性ガス雰
   囲気に晒して行う特許請求の範囲第１項記載の水素を含
   んだ半導体膜に不純物を導入する方法。