JPH04716A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04716A
JPH04716A JP10092790A JP10092790A JPH04716A JP H04716 A JPH04716 A JP H04716A JP 10092790 A JP10092790 A JP 10092790A JP 10092790 A JP10092790 A JP 10092790A JP H04716 A JPH04716 A JP H04716A
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JP
Japan
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thin film
silicon thin
film
implanted
semiconductor device
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JP10092790A
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Fumihiko Inoue
文彦 井上
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 〔概 要〕 半導体装置の製造方法、特に電極配線用のシリコン薄膜
を形成する方法に関し、 活性化アニールに際してシリコン結晶の固相成長が妨げ
られることのない不純物のイオン注入方法を提供してシ
リコン薄膜を低抵抗化することを目的とし、 導電性を有するシリコン薄膜を形成するに際して、化学
気相成長方法により結晶粒が分散した非晶質シリコン薄
膜を成長せしめる工程と、該成長工程に続いて該シリコ
ン薄膜に、該シリコンFIMを透過しない加速エネルギ
ーで導電性不純物を直にイオン注入する工程と、該導電
性不純物がイオン注入されたシリコン薄膜を加熱アニー
ル処理する工程とを含み構成される。
(産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法、特に電極配線用のシリ
コン薄膜を形成する方法に関する。
近年、半導体デバイスの微細化と高速化の要求により、
電極配線に用いられるシリコン薄膜は、−層の薄膜化と
低抵抗化という相反する要求を満たす必要が生じて来て
いる。
〔従来の技術〕
電極配線に用いられる多結晶シリコン薄膜は、当初ガス
拡散により導電性不純物を導入することにより低抵抗化
がなされていたが、その薄膜化が進むに伴って、ガス拡
散法では抵抗値の制御が困難になり、且つ抵抗値のロフ
ト内、ロフト間のばらつきが大きくなって実用に耐えな
くなってきた。
そこで最近では、導電性不純物のイオン注入によって多
結晶シリコン薄膜を低抵抗化する方法が一般に用いられ
るようになった。
従来、イオン注入技術を用いて多結晶シリコン薄膜を低
抵抗化する際には、チャネリング効果によって不純物イ
オンが深く注入され、多結晶シリコン薄膜を貫通して下
部に障害を与えるのを防止するために、第3図(a)に
示すように、多結晶シリコン薄膜51の表面に熱酸化等
により所定の厚さのSing膜52膜形2し、このSi
n、膜52を通して多結晶シリコン薄膜51内へ不純物
例えば燐(P゛)をイオン注入することによって、多結
晶シリコン薄膜51の表面に到達した時点での不純物イ
オンの加速エネルギーを当初の加速エネルギーe1がら
チャネリングを起こさない程度の低エネルギーe2に減
少させる方法が用いられていた。なお図中、53は半導
体基板、54は薄い絶縁膜を示す。
[発明が解決しようとする課題] しかし上記従来の方法によると、不純物例えばP゛のイ
オン注入に際して、第3図[有])に示すように、Si
O□膜52から叩き出された酸素(0゛)が、不純物例
えばP゛と共に多結晶シリコン薄膜51中に注入される
そしてこの0゛が、その後の、注入された不純物例えば
P゛を活性化し、且つシリコンの結晶粒を固相成長させ
て上記多結晶シリコン薄膜51を低抵抗化する活性化ア
ニールの際に、シリコン結晶の固相成長を妨げ、充分な
低抵抗化が図れないという問題があった。
そこで本発明は、上記活性化アニールに際してシリコン
結晶の固相成長が妨げられることのない不純物のイオン
注入方法を提供してシリコン薄膜を低抵抗化することを
目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、導電性を有するシリコン’−lII ’F
: 形成するに際して、化学気相成長方法により結晶粒
が分散した非晶質シリコン薄膜を成長せしめる工程と、
該成長工程に続いて該シリコン薄膜に、該シリコン″F
ji膜を透過しない加速エネルギーで導電性不純物を、
直にイオン注入する工程と、該導電性不純物がイオン注
入されたシリコン薄膜を加熱アニール処理する工程とを
含む本発明による半導体装置の製造方法によって解決さ
れる。
〔作 用〕
即ち本発明の方法においては、シリコン薄膜の形成に際
しての化学気相成長を可能な限り低い温度で行う。この
ようにして形成された非晶質に近い結晶粒の小さいシリ
コン薄膜においては、注入不純物イオンのシリコン原子
との衝突頻度が極度・に増し、チャネリング効果の発生
の頻度は大幅に減少する。そして更に不純物イオンの注
入に際しての加速エネルギーを可能な限り低くすること
によってチャネリングの発生を防止する。
以上により、シリコン薄膜に導電性不純物を直にイオン
注入することが可能になり、上記イオン注入に際して同
時に酸素が打ち込まれることがなくなるので、活性化ア
ニールによって上記シリコン薄膜の結晶粒が大きく固相
成長し、充分な低比抵抗値が得られる。
〔実施例〕
以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。
第1図(a)〜(e)は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、第2図はイオン透過用5in2膜の有無とシリ
コン薄膜の比抵抗値との関係を示す図である。
なお、全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。
第1図(a)参照 本発明の方法を適用して例えばシリコン・ゲートを有す
るMO3型半導体装置を形成するに際しては、例えばp
型シリコン基板1を用い、先ず、通常の方法によるp型
不純物のイオン注入及び選択酸化の工程を経て、上記シ
リコン基板1の表面に、P゛型チャネルストッパ2を下
部に有して素子形成領域3を画定するフィールド酸化膜
4を通常通り形成する。
第1図(b)参照 次いで、熱酸化法により素子形成領域30表面に厚さ3
00〜500人程度のゲー程度化膜5を形成し、次いで
この基板を例えば常圧のモノシラン(Sin4)ガス中
において600℃以下の温度、例えば500〜550 
’Cに加熱し、上記SiH4の熱分解により上記基板の
全面上に厚さ例えば1200人程度0非晶質に近い微小
結晶粒を有する多結晶シリコン薄膜6を化学気相成長せ
しめる。なお、この化学気相成長温度を600℃以下に
抑えたのは、この温度を越すとシリコン結晶の固相成長
が急速化し、結晶粒が拡大して、イオン注入におけるチ
ャネリング効果の増大を招(ためである。従って、この
気相成長温度は可能な限り低温であることが望ましい。
第1図(C)参照 次いで上記成長させたままの多結晶シリコン薄膜÷に熱
処理を加えないで導電性を付与するための砒素(As”
 )を例えば47KeVの加速エネルギーで1.2X1
015C1−”原子イオン注入する。ここで導電性不純
物にりん(P゛)を用いる場合には加速エネルギー25
KeV、ドーズ量1.2X10I5cm−”が適切であ
る。
このイオン注入において注入された^S゛、P゛等の不
純物イオンは、前記のように600″C以下の温度で化
学気相成長せしめられた多結晶シリコン薄膜6が非晶質
に近いごく微小な結晶粒を有するので、ランダムに位置
するシリコン原子との衝突によってシリコン薄膜6内に
止まり、チャネリング効果により下部のゲート酸化膜5
内にまで注入されることは殆どなくなる。
なおシリコン薄膜を更に薄く形成したい場合には、成長
ガスにジシラン(SiJb)を用い、500″C以下の
温度における5izHbの熱分解によって、このシリコ
ン薄膜をアモルファスシリコン薄膜として構成せしめる
ことによって、より充分なチャネリング防止効果を得る
ことができる。
第1図(d)参照 次いで通常のフォトプロセスにより上記多結晶シリコン
薄膜6をゲート電極形状にパターニングしくこの際ゲー
ト酸化膜の表出部は除去される)、次いで例えば気相成
長法によって上記多結晶シリコン薄膜パターンの表面お
よびシリコン基板Iの表出面に200人程0の二酸化シ
リコン(SiO□)膜7を形成する。なおこのSiO□
膜7は後の注入不純物を活性化アニール処理において、
注入不純物が外法拡散によって減量するのを防ぐ目的で
形成されるものである。
次いで、上記SiO□膜7を有する多結晶シリコン薄膜
6のパターン6P及びフィールド酸化膜4をマスクにし
て素子形成領域3内に、ドーズ11l10l6− ”程
度のAs”をイオン注入する。図中、1085及び10
80はAs”注入領域を示す。
第1図(e)参照 次いで上記基板上に化学気相成長法により眉間絶縁膜と
なる厚さ5000〜8000人程度の燐珪酸ガ程度PS
G)膜9を形成し、フォトリソグラフィにより二〇PS
G膜9にソースコンタクト窓10Sとドレインコンタク
ト窓IQDを形成した後、この基板を900〜1000
″C程度で加熱して前記PSG膜9をリフローし、コン
タクト窓10S及び100の側壁を緩斜面状に形成する
。このリフローに際しての熱処理により前記ゲート電極
形状を有する多結晶シリコン薄膜パターン6P中のAs
”は活性化され、且つシリコン結晶粒も固相成長して、
低比抵抗を有する多結晶シリコンゲート電極6Gが形成
される。
また前記素子形成領域3のAs’注入領域10ES及び
108Dも活性化されてn゛型ソース領域8S及びn・
型ドレイン領域8Dが形成される。
以後、図示しないが、ソース及びドレイン配線の形成、
被覆絶縁膜の形成等がなされて本発明の方法により低比
抵抗に形成されたゲート電極を有するMO3型半導体装
置が完成する。
なお、上記実施例においては、ゲート電極になる多結晶
シリコン薄膜パターンの注入不純物の活性化及び結晶の
固相成長のための活性化アニール処理を、眉間絶縁膜で
あるPSG膜をリフローする際の熱処理で兼ねたが、上
記多結晶シリコン薄膜パターンの活性化アニール処理は
、PSG膜のリフo−処理を行わない場合のソース、ド
レイン領域の活性化熱処理で兼ねても良く、また単独に
行っても勿論差支えはない。
第2図は上記実施例に示す工程に従って、加速エネルギ
ー47KeV、  ドーズ量1.2X10”C11−”
でAs”をイオン注入して形成した厚さ1200人の多
結晶シリコン薄膜A、及び加速エネルギー25 KeV
、ドーズ量1.2X10I′Cot−”でP゛をイオン
注入して形成した厚さ1200人の多結晶シリコン薄膜
B、と、SiO□膜を通して上記と同一条件でAs”の
イオン注入がなされた従来の多結晶シリコン薄膜At及
び、SiO□膜を通して上記と同一条件でP゛のイオン
注入がなされた従来の多結晶シリコン薄膜B2の比抵抗
を比較して示したイオン透過用SiO□膜の有無による
シリコン薄膜の比抵抗値の相違を示した図である。なお
活性化アニールの条件は900’C12時間である。な
お図中、SiO□膜有りはイオン透過用5iOz膜有り
即ち従来方法を示し、SiO□膜無しはイオン透過用5
in2膜無し即ち本発明の方法を示している。
この図から、As”が注入された多結晶シリコン薄膜が
従来の方法において約5X10−”Ω1程度(A2)で
あった比抵抗が約4X10−”ΩΩ程度(AI)にと本
発明の方法において約20%程度改善され、またP゛が
注入された多結晶シリコン薄膜が従来の方法において約
2.5 X 10−”Ω1程度(B2)であった比抵抗
が、約1.5 Xl0−”ΩC11程度(B2)にと約
40%程度改善されることがわかる。
なお上記実施例においては、本発明の方法をn型不純物
をイオン注入して多結晶シリコン薄膜に導電性を付与す
る場合について説明したが、本発明の方法はBoやBF
’をイオン注入してp゛型の高導電性を有する多結晶シ
リコン薄膜を形成する際にも勿論適用される。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、シリコン薄膜の比抵
抗を従来に比べて一層下げることができる。従って本発
明は、シリコン薄膜を電極や配線に用いる半導体装置の
動作速度を向上する上に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第2図はイオン透過用SiO□膜の有無によるシリコン
薄膜の比抵抗値の相違を示す図、 第3図(a)〜(b)は従来方法説明用模式断面図であ
る。 図において、 lはp型シリコン基板、 2はp゛型チャネルストッパ、 3は素子形成領域、 4はフィールド酸化膜、 5はゲート酸化膜、 6は多結晶シリコン薄膜、 7はSiO□膜、 8Sはn+型ソース領域、 8Dはn゛型トドレイン領域 9はPSG膜、 10Sはソースコンタクト窓、 100はドレインコンタクト窓、 108S、108DはAs”注入領域 As” は砒素イオン、 P″″はりんイオン を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電性を有するシリコン薄膜を形成するに際して
    、 化学気相成長方法により結晶粒が分散した非晶質シリコ
    ン薄膜を成長せしめる工程と、 該成長工程に続いて該シリコン薄膜に、該シリコン薄膜
    を透過しない加速エネルギーで導電性不純物を直にイオ
    ン注入する工程と、 該導電性不純物がイオン注入された該シリコン薄膜を加
    熱アニール処理する工程とを含むことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  2. (2)前記シリコン薄膜の化学気相成長を、モノシラン
    をソースにして600℃以下の温度で行うことを特徴と
    する請求項(1)記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)前記シリコン薄膜の化学気相成長を、ジシランを
    ソースにして500℃以下の温度で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)前記シリコン薄膜の加熱アニール処理を該シリコ
    ン薄膜を特定の形状にパターニングして後に行うことを
    特徴とする請求項(1)記載の半導体装置の製造方法。
  5. (5)前記加熱アニール処理に際して、前記シリコン薄
    膜若しくは前記シリコン薄膜パターンの表面を絶縁膜で
    覆った状態で行うことを特徴とする請求項(1)及び(
    4)記載の半導体装置の製造方法。
  6. (6)前記加熱アニール工程が、他の熱処理工程で兼ね
    られることを特徴とする請求項(1)、(4)及び(5
    )記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999022411A1 (en) * 1997-10-24 1999-05-06 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Silicon based conductive material and process for production thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999022411A1 (en) * 1997-10-24 1999-05-06 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Silicon based conductive material and process for production thereof
US6506321B1 (en) 1997-10-24 2003-01-14 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Silicon based conductive material and process for production thereof

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