JPH033326A - Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device - Google Patents

Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device

Info

Publication number
JPH033326A
JPH033326A JP13801289A JP13801289A JPH033326A JP H033326 A JPH033326 A JP H033326A JP 13801289 A JP13801289 A JP 13801289A JP 13801289 A JP13801289 A JP 13801289A JP H033326 A JPH033326 A JP H033326A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
polycrystalline silicon
film
amorphous silicon
amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13801289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Munetaka Oda
小田 宗隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP13801289A priority Critical patent/JPH033326A/en
Publication of JPH033326A publication Critical patent/JPH033326A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the efficiency of a wafer treatment ranging from a polycrystalline silicon film formation process to an impurity introduction process and to make it possible to lessen the variability of the sheet resistivity of a polycrystalline silicon film by a method wherein an amorphous silicon film is formed thinly and after the amorphous silicon film is formed into a polycrystal, the polycrystalline silicon film is formed up to a target film thickness and the like. CONSTITUTION:An amorphous silicon film of a thickness, which is set as a target, is formed on a substrate using a thermo-CVD method. Then, the amorphous silicon film is heated at a low temperature and is crystallized, whereby a polycrystalline silicon film of a large particle diameter is formed. In the formation method of such a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, the above amorphous silicon film 3 is formed thinner than the above target thickness and after the amorphous silicon film is formed into a polycrystal, a silicon film 5 is further formed up to the film thickness which is set as the above target under the condition that the polycrystalline silicon film can be formed and as a result, an impurity is introduced in a large-particle diameter polycrystalline silicon film 6 of the obtained target thickness. For example, an amorphous silicon film 3 is formed on an insulating film 2, is heated at 600 to 700 deg.C and a polycrystalline silicon film 4 having a particle diameter of 0.1 to 5mum or thereabouts is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置における多結晶シリコン膜の形成
方法に係り、特に、大粒径多結晶シリコン膜の形成方法
の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, and particularly relates to an improvement in a method for forming a large-grain polycrystalline silicon film.

(従来の技術〕 従来から不純物を含有する多結晶シリコンは、アルミニ
ウム等の金属配線材料と比較して、高い熱処理温度に耐
え、熱処理によって表面に絶縁膜を容易に作ることがで
きるので、各種半導体装置の電極、例えば、MOS  
FETのゲート電極、または、配線材料として用いられ
ている。
(Prior art) Polycrystalline silicon, which contains impurities, can withstand high heat treatment temperatures compared to metal wiring materials such as aluminum, and can easily form an insulating film on its surface through heat treatment, so it can be used for various semiconductors. Electrodes of the device, e.g. MOS
It is used as a gate electrode of FET or as a wiring material.

半導体装置における上記多結晶シリコン膜の形成は、基
板上に形成された絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成し
、基板を、複数のウェハを立てて横型に配置する横型炉
に搬入して不純物ガスを該炉に導入してウェハ表面に不
純物を含む化合物を形成し、不純物を前記多結晶シリコ
ン膜中に固相拡散することにより、行われるものである
The formation of the polycrystalline silicon film in a semiconductor device involves forming a polycrystalline silicon film on an insulating film formed on a substrate, transporting the substrate into a horizontal furnace in which multiple wafers are placed vertically, and removing impurities. This is carried out by introducing a gas into the furnace to form a compound containing impurities on the wafer surface, and solid-phase diffusion of the impurities into the polycrystalline silicon film.

多結晶シリコン膜中に、例えば、不純物としてリンを拡
散しようとする場合は、横型炉内に酸素及びオキシ塩化
リンの各ガスを導入して多結晶シリコン膜上に五酸化リ
ンのガラス膜を形成し・この五酸化リン膜から多結晶シ
リコン膜中にリンを同相拡散していた。
For example, when attempting to diffuse phosphorus as an impurity into a polycrystalline silicon film, oxygen and phosphorus oxychloride gases are introduced into a horizontal furnace to form a glass film of phosphorus pentoxide on the polycrystalline silicon film. -Phosphorus was diffused in the same phase from this phosphorus pentoxide film into the polycrystalline silicon film.

この際、オキシ塩化リンと酸素とから多結晶シリコン膜
表面に五酸化リンが形成される反応が、オキシ塩化リン
と酸素との供給律速となるため、この反応がシリコンウ
ェハ上で均一に起こらないことになる。このために、五
酸化リン厚が大きいところでのリンの拡散量は太き(、
反対に五酸化リン厚が小さいところでのリンの拡散量は
小さくなるため、リンが多結晶シリコン膜中へ均一に拡
散しないことになる結果、リンをドープした多結晶シリ
コン膜のシート抵抗が不均一となり、素子特性のバラツ
キの原因となっていた。たとえば、6インチ径のシリコ
ンウェハ100枚のリンドープを横型炉を用いて行った
場合、ウェハ面内のシート抵抗のバラツキは±30%に
も達することが知られている。
At this time, the reaction of phosphorus oxychloride and oxygen to form phosphorus pentoxide on the surface of the polycrystalline silicon film is the rate-limiting supply of phosphorus oxychloride and oxygen, so this reaction does not occur uniformly on the silicon wafer. It turns out. For this reason, the amount of phosphorus diffused is large where the thickness of phosphorus pentoxide is large (,
On the other hand, the amount of phosphorus diffused is small where the thickness of phosphorus pentoxide is small, so phosphorus does not diffuse uniformly into the polycrystalline silicon film, resulting in uneven sheet resistance of the phosphorus-doped polycrystalline silicon film. This caused variations in device characteristics. For example, it is known that when 100 6-inch diameter silicon wafers are phosphorus-doped using a horizontal furnace, the variation in sheet resistance within the wafer plane reaches ±30%.

そこで、多結晶シリコン膜中へ不純物を均一に拡散して
、上記バラツキを±lO%程度迄程度側するための従来
例として、例えば、実開昭62−170628号、実開
昭63−90829号が提案されている。この従来は、
複数のウェハを内部に保持する横型炉へ不純物ガス、キ
ャリアガスを均一に供給し、または、横型炉の長手方向
に温度差を形成して、多結晶シリコン膜のシート抵抗の
バラツキを改善することを特徴としている。
Therefore, as conventional examples for uniformly diffusing impurities into a polycrystalline silicon film to reduce the above-mentioned variation to about ±10%, for example, Utility Model Application No. 62-170628 and Utility Model Application No. 63-90829 are available. is proposed. This conventional
Improving variations in sheet resistance of polycrystalline silicon films by uniformly supplying impurity gas and carrier gas to a horizontal furnace that holds multiple wafers, or by creating a temperature difference in the longitudinal direction of the horizontal furnace. It is characterized by

しかしながら、これらの従来例によってもシート抵抗の
バラツキの改善の効果は少ないため、後述のように本発
明者が鋭意検討したところ、多結晶シリコン膜における
結晶粒径が大きいと、不純物が多結晶シリコン膜中に均
一に拡散してシート抵抗のバラツキが少なくなることが
見出された。
However, even with these conventional examples, the effect of improving the variation in sheet resistance is small, and as a result of intensive study by the present inventors as described later, it was found that when the crystal grain size in the polycrystalline silicon film is large, impurities are absorbed by the polycrystalline silicon. It has been found that it is uniformly diffused into the film, reducing variations in sheet resistance.

ところで、大結晶粒の多結晶シリコン膜を形成する方法
として、例えば、特開昭63−42112号が提案され
ている。
By the way, as a method for forming a polycrystalline silicon film with large crystal grains, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-42112 has been proposed.

この従来例は、大結晶粒の多結晶シリコン膜を得るため
に、先ず、シリコン膜を非晶質の状態で形成し、その後
、この非晶質シリコン膜に低温の熱処理を行って結晶化
し、それにより大結晶粒の多結晶シリコン膜を形成して
いる。
In this conventional example, in order to obtain a polycrystalline silicon film with large crystal grains, a silicon film is first formed in an amorphous state, and then this amorphous silicon film is crystallized by a low-temperature heat treatment. As a result, a polycrystalline silicon film with large crystal grains is formed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記特開昭63−42112号の従来例では、非晶質シ
リコン膜を形成する方法として、種々の方法を開示して
いるが、素子への悪影響を避けるために、熱CVD法に
よって非晶質シリコン膜を形成することが望ましい。例
えば、クラスターイオンビーム法等のようにイオン化し
たStで非晶質膜を形成しようとすると、例えば、MO
S  FETの酸化膜にダメージを与えるし、真空蒸着
法によって非晶質膜を形成しようとするとシリコン膜を
制御することが困難なので、これらの問題がない熱CV
D法を用いることが望ましい。
The conventional example of JP-A No. 63-42112 discloses various methods for forming an amorphous silicon film, but in order to avoid adverse effects on the device, the amorphous silicon film is It is desirable to form a silicon film. For example, when attempting to form an amorphous film using ionized St using the cluster ion beam method, for example, MO
It damages the oxide film of S FET, and it is difficult to control the silicon film when trying to form an amorphous film by vacuum evaporation, so thermal CV does not have these problems.
It is desirable to use method D.

しかしながら、熱CVD法によって非晶質シリコン膜を
形成しようとすると、成膜速度が多結晶シリコン膜を形
成する場合と比較して、約115まで大きく低下し、長
い成膜時間を必要とする。
However, when attempting to form an amorphous silicon film by thermal CVD, the film formation rate is significantly lowered to about 115 compared to the case of forming a polycrystalline silicon film, and a long film formation time is required.

したがって、低シート抵抗の多結晶シリコン膜を得るた
めに、非晶質シリコン膜を形成してこれを大粒径多結晶
シリコン膜にし、次いで、この多結晶シリコン膜に不純
物を導入する一連の工程の必要時間が増大化して、多結
晶シリコン膜形成工程および不純物導入工程におけるウ
ェハの処理効率が大きく低下すると云う課題がある。
Therefore, in order to obtain a polycrystalline silicon film with low sheet resistance, a series of steps are required to form an amorphous silicon film, turn it into a large-grain polycrystalline silicon film, and then introduce impurities into this polycrystalline silicon film. There is a problem in that the required time increases, and the wafer processing efficiency in the polycrystalline silicon film forming process and the impurity introduction process decreases significantly.

そこで、この発明は、上記課題を解決するために、多結
晶シリコン膜形成工程から不純物導入工程に至るウェハ
の処理効率が大きく、かつ、多結晶シリコン膜のシート
抵抗のバラツキを小さくすることができる。半導体装置
における多結晶シリコン膜の形成方法を提供することを
目的とする。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention can increase the processing efficiency of wafers from the polycrystalline silicon film forming process to the impurity introduction process, and can reduce the variation in sheet resistance of the polycrystalline silicon film. . An object of the present invention is to provide a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device.

(課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、この発明は、熱CVD法を
用いて、基板上に目標とする厚みの非晶質シリコン膜を
形成し、次いで、当該非晶質シリコン膜を低温加熱して
結晶化することにより、大粒径の多結晶シリコン膜を形
成してなる、半導体装置における多結晶シリコン膜の形
成方法において、前記非晶質シリコン膜を、前記目標の
厚みより薄く形成し、該非晶質シリコンを多結晶化した
後、多結晶シリコン膜を形成可能な条件下で、前記目標
とする膜厚までシリコン膜をさらに形成し、この結果、
得られた目標厚の多結晶シリコン膜に不純物を導入して
なる、ことを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention forms an amorphous silicon film with a target thickness on a substrate using a thermal CVD method, and then In a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, the amorphous silicon film is heated to a low temperature and crystallized to form a polycrystalline silicon film with a large grain size. After polycrystallizing the amorphous silicon, a silicon film is further formed to the target thickness under conditions that allow formation of a polycrystalline silicon film, and as a result,
This method is characterized in that impurities are introduced into the obtained polycrystalline silicon film having a target thickness.

〔作用〕[Effect]

多結晶シリコンの成膜速度は、非晶質シリコンの成膜速
度よりも大幅に大きい。ところで、下層が大粒径多結晶
シリコン膜上に多結晶シリコン膜が形成されると同じ条
件で成膜を行っても、新たな結晶粒を発生させることな
く、下層の大粒径シリコンをさらに成長させるようにシ
リコン結晶粒が成長する。
The deposition rate of polycrystalline silicon is significantly higher than that of amorphous silicon. By the way, when a polycrystalline silicon film is formed on a large-grain polycrystalline silicon film in the lower layer, even if the film is formed under the same conditions, no new crystal grains are generated, and the large-grain silicon in the lower layer is further removed. Silicon crystal grains grow as the silicon crystal grains grow.

よって、目標とする膜厚より薄く非晶質シリコン膜を形
成して大粒径多結晶化し、この上に多結晶シリコン膜を
形成する条件でシリコン膜を形成することにより、非晶
質シリコン膜が薄い分だけ成膜に要する時間を短縮する
ことができる。
Therefore, by forming an amorphous silicon film thinner than the target film thickness, polycrystallizing it to a large grain size, and forming a silicon film under conditions that form a polycrystalline silicon film on top of the amorphous silicon film, an amorphous silicon film can be formed. Since the film is thinner, the time required for film formation can be shortened.

また、大粒径多結晶シリコン膜に不純物を固相拡散して
も、結晶粒が大きいと不純物の拡散量の変化に対する感
度が低下し、不純物の拡散量が大きい部分と小さい部分
とでの不純物の濃度が均一化する。よって、多結晶シリ
コン膜のシート抵抗のバラツキの低減を図ることができ
る。さらに、イオン注入によって不純物を多結晶シリコ
ン膜中に導入する場合であっても、シリコシ結晶粒が大
きくなると、不純物が多結晶シリコン膜中に均一に注入
される結果、この場合も多結晶シリコン膜のシート抵抗
のバラツキ低減を図ることができる。
In addition, even if impurities are solid-phase diffused into a large-grain polycrystalline silicon film, if the crystal grains are large, the sensitivity to changes in the amount of impurity diffusion will decrease, and the impurity will differ between areas where the amount of impurity diffusion is large and areas where the amount of impurity diffusion is small. The concentration becomes uniform. Therefore, it is possible to reduce variations in sheet resistance of the polycrystalline silicon film. Furthermore, even if impurities are introduced into the polycrystalline silicon film by ion implantation, if the silicon crystal grains become large, the impurities will be uniformly implanted into the polycrystalline silicon film. It is possible to reduce variations in sheet resistance.

故に、多結晶シリコン膜形成工程から不純物導入工程に
至るウェハの処理効率を大きくできつつ、多結晶シリコ
ン膜のシート抵抗のバラツキを小さくすることができる
Therefore, it is possible to increase the wafer processing efficiency from the polycrystalline silicon film forming process to the impurity introduction process, and to reduce the variation in sheet resistance of the polycrystalline silicon film.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.

第1図は本発明の一実施例の工程を示す、半導体装置の
断面構成図である。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor device showing the steps of an embodiment of the present invention.

第1図(1)の工程では、6インチのp型又はn型のシ
リコンウェハ1を熱酸化炉に搬入して、ウェハ表面にS
ingの絶縁膜2を形成する。
In the process shown in FIG. 1 (1), a 6-inch p-type or n-type silicon wafer 1 is carried into a thermal oxidation furnace, and S
ing insulating film 2 is formed.

次いで、(2)の工程に移行し、減圧CVD装置に(1
)の工程のウェハを搬入して、絶縁膜上に非晶質シリコ
ン膜3を形成する。
Next, the process moves to step (2), and (1
The wafer from step ) is carried in, and an amorphous silicon film 3 is formed on the insulating film.

この減圧CVD装置においては、石英管内の石英ボート
に上記ウェハの複数個を配置し、石英管の一端から排気
され、石英管内をITo r r前後に減圧しながら、
反対側の入口から反応ガスであるシランを送り込む、一
方、石英管を加熱する電気炉は、石英管内の温度が60
0°C以下となるようにウェハを加熱する。
In this reduced pressure CVD apparatus, a plurality of the above wafers are placed in a quartz boat inside a quartz tube, exhaust is exhausted from one end of the quartz tube, and the pressure inside the quartz tube is reduced to around ITo r r.
The electric furnace that heats the quartz tube feeds silane, a reaction gas, from the opposite inlet, and the temperature inside the quartz tube reaches 60°C.
The wafer is heated to below 0°C.

ここで、非晶質シリコン膜3を形成する場合は、加熱温
度を600°C以下にすること望ましい。この温度を越
えると、絶縁膜2上に多結晶シリコン膜が形成される傾
向が強い。非晶質シリコン膜の成膜速度を考慮し、特に
、550〜580°Cの範囲で非晶質シリコン膜を形成
することが好ましい。
Here, when forming the amorphous silicon film 3, it is desirable that the heating temperature be 600°C or less. When this temperature is exceeded, there is a strong tendency for a polycrystalline silicon film to be formed on the insulating film 2. Considering the deposition rate of the amorphous silicon film, it is particularly preferable to form the amorphous silicon film at a temperature in the range of 550 to 580°C.

ところで、この非晶質シリコン膜3の成膜速度は、5〜
14人/分であり、減圧CVD装置における加熱温度を
上記600°Cを越え、例えば620°C程度として多
結晶シリコン膜を形成する際の成膜速度70人/分より
も大幅に小さい値となっている。
By the way, the deposition rate of this amorphous silicon film 3 is 5~
14 people/min, which is much smaller than the deposition rate of 70 people/min when forming a polycrystalline silicon film by setting the heating temperature in the low-pressure CVD equipment above 600°C, for example about 620°C. It has become.

そこで、この非晶質シリコン膜の形成厚は、最終的な目
標とする膜厚より簿(形成する。但し、非晶質シリコン
膜厚が500人未満であると、再結晶後の結晶粒が小さ
くなり(<0.17zm)、大粒径シリコン結晶を形成
することが困難であるので、非晶質シリコン膜厚を上記
値以上にすることが好ましい。
Therefore, the thickness of this amorphous silicon film should be less than the final target film thickness. However, if the amorphous silicon film thickness is less than 500, the crystal grains after recrystallization will Since the thickness of the amorphous silicon film becomes smaller (<0.17 zm) and it is difficult to form large-grain silicon crystals, it is preferable to set the amorphous silicon film thickness to the above value or more.

次いで、(3)の工程に移行し、同一装置内で600〜
700°Cの範囲で上記非晶質シリコン膜3が形成され
たウェハを加熱する。この時、非晶質シリコン膜3中に
存在する微結晶を核としてシリコン結晶粒が成長し、大
粒径の多結晶シリコンとなる。これにより、0.1〜5
μm程度の粒径を有する多結晶シリコン膜4を形成する
ことができる。
Next, move on to step (3), in which 600~
The wafer on which the amorphous silicon film 3 is formed is heated in a range of 700°C. At this time, silicon crystal grains grow using the microcrystals present in the amorphous silicon film 3 as nuclei, and become polycrystalline silicon with a large grain size. As a result, 0.1 to 5
A polycrystalline silicon film 4 having a grain size on the order of μm can be formed.

ここで、多結晶化する際の加熱温度が600°C未満で
あると、結晶粒の成長速度が遅いため、結晶化の際の加
熱温度の下限としては、600°Cであることが好まし
い。一方、700°Cを越えると、非晶質シリコン膜中
にシリコン結晶粒成長の新たな核が次々と発生するため
に、結晶粒密度が大きくなり一つ一つの結晶粒の粒径が
低下する。そこで、結晶化の際の加熱温度の上限として
は、700 ”Cであることが好ましい。特に、600
〜650°Cであることが良い。
Here, if the heating temperature during polycrystallization is less than 600°C, the growth rate of crystal grains is slow, so the lower limit of the heating temperature during crystallization is preferably 600°C. On the other hand, when the temperature exceeds 700°C, new nuclei of silicon crystal grain growth are generated one after another in the amorphous silicon film, so the crystal grain density increases and the grain size of each crystal grain decreases. . Therefore, the upper limit of the heating temperature during crystallization is preferably 700"C. In particular, 600"C is preferable.
It is preferable that the temperature is ~650°C.

次いで、(4)の工程に移行し、上記CVD装置を用い
、多結晶化したシリコン膜4上に600°Cを越える温
度でシリコン膜3を形成する。この時、成膜温度が非晶
質シリコン膜を形成する場合と比較して高いために、成
膜速度が大きくなる。
Next, proceeding to step (4), the silicon film 3 is formed on the polycrystalline silicon film 4 at a temperature exceeding 600° C. using the above CVD apparatus. At this time, since the film-forming temperature is higher than that when forming an amorphous silicon film, the film-forming rate increases.

ところで、(4)の工程で、多結晶化したシリコン膜4
上に高い成膜温度でシリコン膜5を形成しても、このシ
リコン膜5は下層のシリコン膜と分離して細かい粒径の
多結晶シリコン膜が新たに形成されるのではなく、下層
のシリコン膜4の結晶粒をさらに成長させるようにシリ
コン膜が形成され、下層のシリコン膜と一体となる。よ
って、(4)の工程においても、そのまま大粒径のシリ
コン膜5が形成される。この場合、目標とする膜厚(膜
4十膜5の合計)の全てを非晶質シリコンで形成して後
に多結晶化する場合と同様に、非晶質シリコン膜の形成
厚が小さくても、目標とする膜厚の大粒径多結晶シリコ
ン膜6を得ることができるから、成膜に要する時間を大
幅に短縮することができる。
By the way, in step (4), the polycrystalline silicon film 4
Even if a silicon film 5 is formed on top at a high film-forming temperature, this silicon film 5 does not separate from the underlying silicon film and form a new polycrystalline silicon film with fine grain size; A silicon film is formed so as to further grow the crystal grains of film 4, and becomes integrated with the underlying silicon film. Therefore, even in the step (4), a silicon film 5 with a large grain size is formed as is. In this case, even if the thickness of the amorphous silicon film is small, as in the case where the target film thickness (total of 40 films and 5 films) is all formed from amorphous silicon and then polycrystallized. Since a large-grain polycrystalline silicon film 6 having a target film thickness can be obtained, the time required for film formation can be significantly shortened.

次いで、(4)の工程を経たウェハを横型炉に搬入し、
最終的に形成された大粒径多結晶シリコン膜に不純物を
固相拡散した。
Next, the wafer that has undergone step (4) is carried into a horizontal furnace,
Impurities were solid-phase diffused into the finally formed large-grain polycrystalline silicon film.

この工程では、不純物ガスとして、ソースガスであるオ
キシ塩化リンと酸素とを、キアリアガスである窒素とを
用いた。そして、横型炉内の温度が600〜1000°
C程度となるように加熱を行った。この加熱により大粒
径多結晶シリコン膜6中に不純物であるリンを固相拡散
することができる。 本発明者がシリコン結晶粒の粒径
とシート抵抗のバラツキについて鋭意検討したところ第
2図に示すように、多結晶シリコン粒径とシート抵抗の
バラツキとの間に次のような関係があることが分かった
In this step, phosphorus oxychloride and oxygen, which are source gases, and nitrogen, which is chiaria gas, were used as impurity gases. And the temperature inside the horizontal furnace is 600-1000°
Heating was performed to a temperature of about C. By this heating, phosphorus, which is an impurity, can be diffused in a solid phase into the large-grain polycrystalline silicon film 6. The inventor of the present invention has conducted extensive studies on the variation in silicon crystal grain size and sheet resistance, and has found the following relationship between polycrystalline silicon grain size and sheet resistance variation, as shown in Figure 2. I understand.

第2図によれば、結晶粒径が大きくなればシート抵抗の
バラツキが小さくなっていることが分かる。特に、結晶
粒径が0.5μmであるとシート抵抗のバラツキが±1
%まで低下することが分かる。
According to FIG. 2, it can be seen that the larger the crystal grain size, the smaller the variation in sheet resistance. In particular, when the crystal grain size is 0.5 μm, the variation in sheet resistance is ±1
%.

したがって、絶縁膜上に最初から多結晶シリコン膜を形
成すると結晶粒の大きさは101m程度であるため、シ
ート抵抗のバラツキが大きい反面、上記実施例では、結
晶粒が大きいために、シート抵抗のバラツキを大きく低
減することができる。
Therefore, if a polycrystalline silicon film is formed from the beginning on an insulating film, the size of the crystal grains will be about 101 m, so the sheet resistance will vary widely. However, in the above example, the sheet resistance will vary because the crystal grains are large. Variations can be greatly reduced.

次に具体的な実施例について説明する。Next, specific examples will be described.

第1表に示す各条件に従い多結晶シリコン膜6を形成し
、横型炉内でのウェハの間隔を種々変更し、リンを固相
拡散した後のシート抵抗を測定し、このシート抵抗のバ
ラツキを測定した。また、最終的に得られた多結晶シリ
コン膜の結晶粒径も測定した。尚、リンドーピングの条
件は、ウェハの加熱温度が850°C1不純物ガス流量
が25°CのPOcl、を含むN2ガス200cc/分
、02ガス22/分である。。
A polycrystalline silicon film 6 was formed according to the conditions shown in Table 1, the spacing between wafers in a horizontal furnace was varied, and the sheet resistance was measured after solid-phase diffusion of phosphorus. It was measured. The crystal grain size of the finally obtained polycrystalline silicon film was also measured. The conditions for phosphorus doping are that the wafer heating temperature is 850° C., the impurity gas flow rate is 200 cc/min of N2 gas containing POCl at 25° C., and 22/min of 02 gas. .

シート抵抗の測定に際しては、6インチのウェハの端か
ら10mm除いた部分を等間隔で121点測定し、これ
らを平均した値をシート抵抗値とした。、また、シート
抵抗のバラツキは、上記測定したシート抵抗の値の最大
値と最小値とから、次の式に基づいて計算した。
When measuring the sheet resistance, measurements were taken at 121 points at equal intervals in a portion 10 mm removed from the edge of a 6-inch wafer, and the average value of these measurements was taken as the sheet resistance value. Further, the variation in sheet resistance was calculated based on the following formula from the maximum and minimum values of the sheet resistance measured above.

±〔(最大値−最小値)/2×平均値)X100(%) 以上の結果を第1表に示す。±[(maximum value - minimum value)/2 x average value) x 100 (%) The above results are shown in Table 1.

(以下、余白) 実施例1では、絶縁膜上に非晶質シリコンW43を形成
し、これを多結晶シリコン化した後、さらに多結晶シリ
コン膜の形成条件下でシリコン膜4の形成を行っている
。その結果、最終的に4024人の多結晶シリコン膜6
を得るには、非晶質シリコンを多結晶化する時間も加え
ても、3時間程度で済む。また、最終的に得られる多結
晶シリコン膜の粒径を測定したところ、0.85μmに
もなる大粒径のシリコン結晶が形成されていた。粒径が
大きい結果、シート抵抗のバラツキも±3%程度と極め
て小さい値となった。
(Left below) In Example 1, after forming amorphous silicon W43 on an insulating film and converting it into polycrystalline silicon, a silicon film 4 was further formed under conditions for forming a polycrystalline silicon film. There is. As a result, the final result was 4024 polycrystalline silicon films6
To obtain this, it only takes about 3 hours, including the time to polycrystallize the amorphous silicon. Furthermore, when the grain size of the polycrystalline silicon film finally obtained was measured, silicon crystals with a large grain size of as much as 0.85 μm were formed. As a result of the large particle size, the variation in sheet resistance was also extremely small, about ±3%.

実施例2.3もこれと同趣旨の結果を得た。Example 2.3 also obtained similar results.

これに対し、比較例1では、当初からシリコン膜を全て
非晶質状態で形成し、これを多結晶化して最終的な多結
晶シリコン膜6としている。この例では、非晶質シリコ
ン膜の成膜に295分要し、この非晶質シリコン膜を多
結晶化するのに700°C下1時間を必要とする。この
結果、シート抵抗のバラツキが小さいとしても、400
6人の多結晶シリコン膜を得るのに合計で355分必要
とする。この時間を前記実施例1の場合と比較すると、
約2倍となっている。したがって、実施例1〜3のよう
に、非晶質シリコン膜を薄く形成して多結晶化した後さ
らに成膜する方がシリコン膜形成に要する時間を大幅に
低減できることが実証される。
On the other hand, in Comparative Example 1, the silicon film is entirely formed in an amorphous state from the beginning, and this is polycrystalized to form the final polycrystalline silicon film 6. In this example, it takes 295 minutes to form the amorphous silicon film, and it takes 1 hour at 700°C to polycrystallize the amorphous silicon film. As a result, even if the variation in sheet resistance is small, 400
A total of 355 minutes is required to obtain six polycrystalline silicon films. Comparing this time with the case of Example 1,
It is approximately twice as large. Therefore, it is demonstrated that the time required to form a silicon film can be significantly reduced by forming a thin amorphous silicon film, polycrystalizing it, and then further forming the film as in Examples 1 to 3.

さらに、比較例1と実施例1〜3とを比較しても、実施
例では比較例1と同様に大結晶粒多結晶シリコンを得る
ことができるため、シート抵抗のバラツキの程度におい
ても比較例と遜色ない。
Furthermore, even if Comparative Example 1 is compared with Examples 1 to 3, since large grain polycrystalline silicon can be obtained in Example as in Comparative Example 1, the degree of variation in sheet resistance is lower than that of Comparative Example. It's comparable.

また、比較例2では、非晶質シリコン膜3を形成した後
、これを結晶化しないで多結晶シリコン膜5を形成して
いる。この例では、非晶質シリコン膜3を結晶化しない
ため、後に続いて成膜する多結晶シリコン膜5の粒径が
小さく、リンドーピング後のシート抵抗のバラツキが±
9%と大きくなっている。
Furthermore, in Comparative Example 2, after forming the amorphous silicon film 3, the polycrystalline silicon film 5 is formed without crystallizing it. In this example, since the amorphous silicon film 3 is not crystallized, the grain size of the polycrystalline silicon film 5 that is subsequently formed is small, and the variation in sheet resistance after phosphorus doping is ±
It has increased to 9%.

さらに、比較例3〜5では、非晶質シリコン膜を経るこ
となく最初から多結晶シリコン膜6を形成しているが、
これだと比較例2と同様に形成される多結晶シリコン膜
の粒径が小さいために、シ−ト抵抗のバラツキが大きい
。そこで、比較例4゜5は、比較例3よりリンドーピン
グの際のウェハ間隔を大きくして、ウェハへの不純物ガ
スの回りを良好にしてウェハへの不純物の拡散をなるだ
け均一にせんとしているが、これをもってしてもシート
抵抗のバラツキを改善することが不可能である。この事
実は、シート抵抗のバラツキを改善するためには、ウェ
ハへの不純物ガスを均一に供給することよりも、多結晶
シリコン膜の粒径を大きくする方が重要であることが実
証される。
Furthermore, in Comparative Examples 3 to 5, the polycrystalline silicon film 6 is formed from the beginning without passing through the amorphous silicon film.
In this case, since the grain size of the polycrystalline silicon film formed similarly to Comparative Example 2 is small, the sheet resistance varies greatly. Therefore, in Comparative Example 4゜5, the wafer spacing during phosphorus doping is made larger than in Comparative Example 3 to improve the circulation of impurity gas to the wafers and to make the diffusion of impurities into the wafers as uniform as possible. However, even with this, it is impossible to improve the variation in sheet resistance. This fact proves that increasing the grain size of the polycrystalline silicon film is more important than uniformly supplying impurity gas to the wafer in order to improve sheet resistance variations.

尚、上記実施例では、非晶質シリコン膜の形成を熱CV
D法で行っているが、これはクラスターイオンビーム法
、プラズマCVD法のように、Siイオンを発生させて
非晶質シリコン膜を形成しようとすると、半導体素子の
絶縁膜にダメージを与えるため、これを避けんとするこ
とによる。また、真空蒸着法では、非晶質シリコン膜厚
の制御が困難であるので、結果的に、こ、れらの問題が
ない熱CVD法を用いている。
In the above embodiment, the amorphous silicon film was formed by thermal CVD.
This is done using the D method, but when attempting to form an amorphous silicon film by generating Si ions, as in the cluster ion beam method or plasma CVD method, it damages the insulating film of the semiconductor element. By trying to avoid this. Furthermore, since it is difficult to control the thickness of the amorphous silicon film using the vacuum evaporation method, a thermal CVD method that does not have these problems is used.

上記実施例では、減圧CVD法によって非晶質シリコン
膜を形成しているが、これに限定されず。
In the above embodiment, the amorphous silicon film is formed by low pressure CVD, but the present invention is not limited thereto.

同じ、熱CVD法である常圧CVD法を用いることも可
能である。
It is also possible to use the normal pressure CVD method, which is also a thermal CVD method.

また、上記実施例では、多結晶シリコン膜への不純物の
同相拡散を横型炉内で行っているが、これに限定されず
、複数のウェハを水平に縦型に配置して不純物ガスを導
入する縦型炉で行うことも可能である。
Further, in the above embodiment, the in-phase diffusion of impurities into the polycrystalline silicon film is performed in a horizontal furnace, but the present invention is not limited to this, and the impurity gas may be introduced by arranging a plurality of wafers horizontally and vertically. It is also possible to carry out in a vertical furnace.

さらに、上記実施例では、基板上に形成される絶縁膜と
してSiO□を用いているが、これに限定されることな
(、窒化シリコンを用いることもできる。
Furthermore, in the above embodiments, SiO□ is used as the insulating film formed on the substrate, but the invention is not limited to this; silicon nitride can also be used.

また、上記実施例では多結晶シリコン膜に拡散される不
純物として、リンを用いているが、これに限定されるこ
となく、ひ素、アンチモン、ホウ素、インジウム等信の
不純物を用いることができる。
Further, in the above embodiment, phosphorus is used as an impurity to be diffused into the polycrystalline silicon film, but the impurity is not limited to this, and other impurities such as arsenic, antimony, boron, and indium can be used.

さらに、実施例では、不純物の導入を固相拡散によって
行っているが、これに限定されることなく、多結晶シリ
コン膜に上記不純物をイオン注入する場合であっても、
シート抵抗のバラツキの小さい多結晶シリコン膜を短時
間で形成することができる。
Further, in the embodiment, impurities are introduced by solid-phase diffusion, but the present invention is not limited to this, and even when the impurities are ion-implanted into a polycrystalline silicon film,
A polycrystalline silicon film with small variations in sheet resistance can be formed in a short time.

本発明が、適用できる半導体装置としては、MOS  
FETの他、バイポーラトランジスタ等積々のものが挙
げられる。
As a semiconductor device to which the present invention can be applied, MOS
In addition to FETs, there are many other types such as bipolar transistors.

また、実施例で挙げている数値は、いずれも−例であり
、これに限定されることなく、他の数値を選択すること
もできる。このような半導体装置に上記本発明を適用し
て多結晶シリコン膜を形成することにより、そのシート
抵抗が均一になる結果、素子ごとの特性のバラツキを少
なくすることができる。
Moreover, all the numerical values listed in the examples are examples, and other numerical values can also be selected without being limited thereto. By applying the present invention to such a semiconductor device and forming a polycrystalline silicon film, its sheet resistance becomes uniform, and as a result, variations in characteristics from element to element can be reduced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したようにこの発明によれば、多結晶シリコン
膜形成工程から不純物導入工程に至るウェハの処理効率
を大きくしつつ、多結晶シリコン膜のシート抵抗のバラ
ツキを小さくすることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to increase the processing efficiency of wafers from the polycrystalline silicon film forming process to the impurity introduction process, and to reduce the variation in sheet resistance of the polycrystalline silicon film.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の工程を示す、半導体装置の
断面構成図、第2図は多結晶シリコン膜の結晶粒径とシ
ート抵抗のバラツキを示す特性図である。 図中、lはシリコンウェハ、2は絶縁膜、3羽非晶質シ
リコン膜、4は3の非晶質シリコン膜を結晶化した多結
晶シリコン膜、5は多結晶シリコン膜4上に形成された
多結晶シリコン膜、6は膜4及び5が合計されて形成さ
れた大粒径多結晶シリコン膜、である。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor device showing the steps of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram showing variations in crystal grain size and sheet resistance of a polycrystalline silicon film. In the figure, l is a silicon wafer, 2 is an insulating film, 3 is an amorphous silicon film, 4 is a polycrystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film in 3, and 5 is a polycrystalline silicon film formed on the polycrystalline silicon film 4. The polycrystalline silicon film 6 is a large-grain polycrystalline silicon film formed by combining films 4 and 5.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)熱CVD法を用いて、基板上に目標とする厚みの
非晶質シリコン膜を形成し、次いで、当該非晶質シリコ
ン膜を低温加熱して結晶化することにより、大粒径の多
結晶シリコン膜を形成してなる、半導体装置における多
結晶シリコン膜の形成方法において、 前記非晶質シリコン膜を、前記目標の厚みより薄く形成
し、該非晶質シリコンを多結晶化した後、多結晶シリコ
ン膜を形成可能な条件下で、前記目標とする膜厚までシ
リコン膜をさらに形成し、この結果、得られた目標厚の
多結晶シリコン膜に不純物を導入してなる、ことを特徴
とする半導体装置における多結晶シリコン膜の形成方法
(1) Using thermal CVD, an amorphous silicon film with a target thickness is formed on a substrate, and then the amorphous silicon film is crystallized by heating at a low temperature to form large grains. In a method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device, the amorphous silicon film is formed to be thinner than the target thickness, and the amorphous silicon is polycrystallized; A silicon film is further formed to the target thickness under conditions that allow formation of a polycrystalline silicon film, and as a result, impurities are introduced into the polycrystalline silicon film having the target thickness. A method for forming a polycrystalline silicon film in a semiconductor device.
JP13801289A 1989-05-31 1989-05-31 Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device Pending JPH033326A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13801289A JPH033326A (en) 1989-05-31 1989-05-31 Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13801289A JPH033326A (en) 1989-05-31 1989-05-31 Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH033326A true JPH033326A (en) 1991-01-09

Family

ID=15211995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13801289A Pending JPH033326A (en) 1989-05-31 1989-05-31 Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH033326A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444302A (en) * 1992-12-25 1995-08-22 Hitachi, Ltd. Semiconductor device including multi-layer conductive thin film of polycrystalline material
US9685360B2 (en) 2013-08-30 2017-06-20 Daifuku Co., Ltd. Transport device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444302A (en) * 1992-12-25 1995-08-22 Hitachi, Ltd. Semiconductor device including multi-layer conductive thin film of polycrystalline material
US6346731B1 (en) * 1992-12-25 2002-02-12 Hitachi, Ltd. Semiconductor apparatus having conductive thin films
US9685360B2 (en) 2013-08-30 2017-06-20 Daifuku Co., Ltd. Transport device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH05343316A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH07230957A (en) Forming method of boron-containing polysilicon film
JPH0888173A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP2947828B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2681283B2 (en) Method for growing oxide on ion-implanted polysilicon surface
JP2001044208A (en) Fault compensation of semiconductor element
JPS6158879A (en) Preparation of silicon thin film crystal
JPH033326A (en) Formation of polycrystalline silicon film in semiconductor device
JPH01270310A (en) Manufacture of semiconductor
JPH06140325A (en) Polycrystalline silicon film and formation method thereof
JP3116403B2 (en) Method for manufacturing thin film transistor
JPS58182816A (en) Recrystallizing method of silicon family semiconductor material
JP3093762B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPS63236310A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPH0272669A (en) Thin film semiconductor device and manufacture thereof
JP3007525B2 (en) Method for producing impurity-doped polycrystalline silicon thin film
JP2592984B2 (en) Manufacturing method of silicon thin film
JPH05144730A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH02262333A (en) Manufacture of low resistance silicon thin film
JP2003264150A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH04229664A (en) Photoelectromotive force device and its manufacture
JPS6276514A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH01102924A (en) Heat treatment of semiconductor substrate
JPS63196082A (en) Manufacture of solar cell
JPH0465821A (en) Method for diffusing deposited impurity into semiconductor wafer