JPH0330422A - 選択気相成長法 - Google Patents

選択気相成長法

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JPH0330422A
JPH0330422A JP16610189A JP16610189A JPH0330422A JP H0330422 A JPH0330422 A JP H0330422A JP 16610189 A JP16610189 A JP 16610189A JP 16610189 A JP16610189 A JP 16610189A JP H0330422 A JPH0330422 A JP H0330422A
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JP
Japan
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gas
layer
silicon
hydrogen
single crystal
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JP16610189A
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English (en)
Inventor
Shintaro Yoshii
吉井 新太郎
Shuichi Samata
秀一 佐俣
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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、半導体素子の製造に利用する選択気相成長法
に係わり、特に、半導体基板表面を被覆する絶縁物層し
5形成した開口内にシリコン単結晶を選択的に気相成長
する方法に関する。
(従来の技術) 半導体素子は、単結晶基板に不純物を導入して能動層ま
たは受動層を形成し、これらの層に形成されるPN接合
端部を絶縁物層により保護するプレイナ型が多用されて
いる。この絶縁物層に設けるコンタクトホールに選択気
相成長法により埋込んだシリコン単結晶により、隣接す
る能動層または受動層と、配線金属層を電気的に接続す
る手法も利用されており、これを第3図により説明する
即ち、ある導電型を示すシリコン半導体基Fio。
には、反対導電型の不純物を導入して例えばP不純物領
域51を形成するが、この結果形成されシリコン半導体
基板50表面に露出するPN接合端部(図示せず)をノ
ンドープの酸化珪素層52とBPSG層53層積3体に
より保護することもある。BPSG層53層積3動層ま
たは受動層の形成後、いわゆるメルト法によって平坦化
を行って、更に積層配置する配線層の段切れ防止に役立
たせる。
積層体を開口して形成するコンタクトホール54には、
選択気相成長法によりアクセプタ(Acceptor)
不純物を含むシリコン単結晶層55を埋込み、次に、シ
リコン単結晶埋込層55には、^gまたはAf1合金(
Al1−3i、 AM−Si−Cuなど)からなる配線
層56を堆積してこの半導体素子を利用する電子機器と
の接続に備える。
一方、最近の高密度集積回路にみられるように、素子の
微細化に伴ってコンタクトホールのアスペクト比が増大
し、配線H!j56のステップカバレージ(Stap 
Coverage) を著しく劣化させるなどの欠点が
あった。これを克服するのには、上記のように、P不純
物領域51と配線層56を選択気相成長法により形成す
るP型シリコン層55により電気的に接続する手法が開
発された。この技術では、不純物領域とコンタクトホー
ル間、及びコンタクトホールと配線金属層間の自己整合
コンタクトが得られると共に、この部分の平坦化が実現
できる。
(発明が解決しようとする課題) ノンドープの酸化珪素層52とBPSG層53からなる
積層体にコンタクトホール54を開口後、選択気相成長
法で堆積したシリコン単結晶層埋込層55は、十分な結
晶性が得られないことが判明した。即ち、コンタクトホ
ール54の開口用エツチングを施したシリコン半導体基
Fiso表面には、数A乃至20Aの極く薄い自然酸化
膜(Native 0xids)層57が従来法では選
択気相成長プロセス温度を900℃以上に維持できない
ために完全に除去できず部分的に残存するためシリコン
単結晶埋込#55に結晶欠陥が発生することによる。
このために、コンタクトホール54の開口用エツチング
後、自然酸化膜の除去用の後処理工程を行っても、後続
の選択気相成長工程までの大気中での取扱時に、開口に
露出したシリコン半導体基板50の酸化作用が容易に進
み、再びオンゲス1−ローム単位の自然酸化膜が形成さ
れる。
この自然酸化膜が層状または島状に存在していると、こ
のコンタクト部分の抵抗が増大する欠点がある。このた
め、コンタクトホール54に選択気相成長法で堆積した
シリコン単結晶層埋込層55の結晶性が不完全即ち欠陥
が発生しまた、界面に自然酸化膜が残存するため配線層
56及び不純物領域51との良好なコンタクトが得られ
ず、ひいては集積回路素子の信頼性を損なう。
本発明は、このような事情により成されたもので、特に
、選択気相成長法で堆積したシリコン単結晶層埋込層の
結晶性を改善しかつ、良好なコンタクト特性を実現する
ことを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 半導体基板を被覆する絶縁物層に設ける窓に、シリコン
の塩素化合物あるいは水素化合物からなる群から選択し
た一方の化合物ガスに少なくともフン酸ガス及び水素ガ
スを混合したガスを接触反応させて、シリコン単結晶を
この窓に選択的に気相成長させるのが本発明に係わる半
導体素子用選択気相成長法の特徴である。
更に、シリコンの塩素化合物あるいは水素化合物からな
る群から選択した一方の化合物ガスに1〜20容積%の
フッ酸ガスを添加した水素ガスを混合したガスを接触反
応させる点にも本発明に係わる半導体素子用選択気相成
長法の特徴がある。
(作 用) 即ち、半導体基板の導電型と反対の導電型を示す不純物
層からなる能動層または受動層を露出するように、半導
体基板表面を被覆する絶縁物層を開口して設けるコンタ
クトホール内にシリコン単結晶を選択的に気相成長する
に当たって、キャリアガスの水素、珪素の塩素化合物ま
たは水素化合物のガスを原料に、フッ酸ガスを混合した
ガスを加え、減圧下で気相成長させるとコンタクトホー
ルに露出したシリコン半導体基板に形成した自然酸化物
層が除去されると共に、優れた結晶性のシリコン単結晶
層が気相成長する事実を基に、本発明は完成された。
フッ酸ガスの混入程度として1容積%未満では、濃度が
薄いために自然酸化物が除去されなく、逆に20容積%
を越えるとコンタクトホールの側壁及び頂面を構成する
絶縁物層をエツチングする場合が発生する。このために
半導体素子である集積回路の分III層として選択酸化
層(Local 0xidationOf 5ilic
on)にロード抵抗として堆積する多結晶シリコン層と
、絶縁物層に重ねて形成する配線層間が短絡するケース
が起こり、更に、コンタクトホールの側壁のエツチング
により成長するシリコン単結晶の形状が一定とならない
。従って、この選択気相成長法を利用する良品率は、フ
ッ酸ガスの混入程度が20容積%を越えると96%〜9
8%未満に低下するゆ これに対して、1〜20容積%では、上記良品率が96
%〜98%であり、1〜10容積%の範囲では、99%
の良品率が得られた。この事実を本発明におけるフッ酸
ガスの混入率限定の根拠とする。また、選択気相成長層
の一層の安定性を実現するため塩酸ガスを混入すること
も可能である。
(実施例) 第1図及び第2図を参照して本発明に関する一実施例と
してCMOS型256に−SRAMについて説明する。
比抵抗がlOΩ・cmのP型シリコン(100)基板1
へのヒ素(As)のイオン注入及び熱処理工程によって
注入イオンを活性化すると共に拡散して、表面から内部
にかけてN1拡散M2.2(図には一方のみ記載)を設
置して、表面濃度がほぼ10”/cm−”のトランジス
タのソース領域及びドレイン領域として動作させる。
その後、約3時間のスチーム酸化によって厚さが600
0人程度0酸化珪素層で構成する絶縁物層3を形成後、
化学的気相成長法(Chemical VapourD
eposition)  により厚さ8000人のBP
SG層4を堆積する。
このような処理を終えN拡散層2.2に対応すルBPS
G層4には、公知のリングラフィ(Lithograp
hy)技術による開口5を形成する0図では、単一の開
口5が示されているが、E/R方式を採用しているCM
OS型256に一5RAMでは25,6万個の開口5を
同時に形成し、LMのD−RAMでは100万個の開口
5を形成することになる。
このように形成した開口5には、選択気相成長法により
シリコン単結晶層6を形成させる。この工程を施す選択
気相成長装置では、水素によるパージ(Purgs)処
理を行ってから800℃に昇温し、更に、50Torr
の減圧下で塩化水素()lcJ2)ガスによる気相エツ
チングを行う。これは、従来水素ガスと塩化水素ガスの
混合ガスにより行われていたが、本発明にあっては1〜
20容積%のフッ酸ガス含有の水素ガスと塩化水素ガス
の混合ガスにより施す。
引続いてシリコンの選択的気相成長(エピタキシャル成
長とHomogeneousの成長)を実施する。これ
も従来の5iH2CQ + HCfl−日I2の代りに
SiH,Cl2z+ )IcQ+1〜20%HF含有[
(2ガスの反応を利用する。
この工程は800℃に維持した50Torrの減圧下で
行われるが、この1〜20%IIF含有H2ガスの使用
により、開口5に露出したN1拡散層2.2表面付近に
形成された自然酸化物層が5in2+4■F−+SiF
4+211.0の反応式に従って除去されて、清浄な表
面に変質する。
このような清浄なN+拡散層2.2表面には、良質な結
晶性を持ったシリコン単結晶層6が成長され、しかも、
800℃と従来の900℃より低温下の選択的気相成長
が可能なので高温プロセスで生じ易い金属汚染も合せて
防止できる。
このような方法により開口即ちコンタクトホール5にコ
ンタクトホール埋込層6を形成後、Pイオン注入により
Pをドープ後、加熱処理を施して電気的活性化を行い、
更に、AQまたはA2合金(i−3i−Cu、 AQ−
5iなど)をスパッタリング法もしくは真空蒸着法によ
り堆積して配線NJ7を形成する。
このようにして形成したCMOS型256に一3RAM
のコンタクト特性を、縦軸にコンタクト抵抗、横軸に試
料A、Bを採った第2図に示した。即ち、従来例Aは、
コンタクト抵抗値が高くかつ、バラツキが平均±100
Ωであったのに対して、本発明のBではコンタクI・抵
抗値が低下ししかも、バラツキも±50Ωに抑えること
ができた。
この選択的気相成長工程及び気相エツチング工程に、)
ICOガスを使用せず、5il−1zCI2 + HF
 + Haの混合ガスでも、上記のHCJ!ガスを利用
する選択的気相成長工程と全く同様な効果が得られた。
このように本発明に係わる選択気相成長法は自6整合法
により平坦なコンタクトが形成できる利点の外に、配線
層の自由度が確保できる大きな特徴がある。即ち、5−
RAM、D−RAMなどの外のLogic製品では、配
線の自由度が厳しく求められているために、多層配線特
に2層目以上の配線層におけるコンタクトの平坦化も求
められている。これに対して平坦なコンタクトが達成で
きる本発明では、段切れが起こる度合いが極めて少ない
ので、Logic 製品に求められている配線層の自由
度が確保できる顕著な効果が得られる。
〔発明の効果〕 このような本発明では、還択的気相成長によって自然酸
化物の影響を受けずに良好なシリコン単結晶がコンタク
トホールに成長できるので、安定した特性が得られると
共に、プロセスの低温化が達成できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係わる実施例の工程を説明する断面
図、第2図は、この工程により得られるコンタクトの特
性を示す図、第3図は、従来の工程を説明する断面図で
ある。 1:シリコン基板、2:拡散層。 3:絶縁物層、4 : BPSG層、5:開口。 6:コンタクトホール埋込層、7:配線層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板を被覆する絶縁物層に設ける窓に、シ
    リコンの塩素化合物あるいは水素化合物からなる群から
    選択した一方の化合物ガスに少なくともフッ酸ガス及び
    水素ガスを混合したガスを接触反応させて、シリコン単
    結晶をこの窓に選択的に気相成長させることを特徴とす
    る選択気相成長法
  2. (2)シリコンの塩素化合物あるいは水素化合物からな
    る群から選択した一方の化合物ガスに1〜20容積%の
    フッ酸ガスを添加した水素ガスを混合したガスを接触反
    応させることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    選択気相成長法
JP16610189A 1989-06-28 1989-06-28 選択気相成長法 Pending JPH0330422A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121120A (en) * 1997-08-07 2000-09-19 Nec Corporation Method for manufacturing semiconductor device capable of flattening surface of selectively-grown silicon layer
KR100372640B1 (ko) * 2000-06-28 2003-02-17 주식회사 하이닉스반도체 선택적 에피택셜 성장을 이용한 콘택 플러그 형성방법

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