JPH0497519A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に間し、特に選択ポリシ
リコン成長法に関するものである。

〔従来の技術〕

酸化膜で覆われたシリコン基板の開口部に選択的にシリ
コンを成長する穴埋め技術として、選択エピタキシャル
成長がある（特開昭５７−３７８２９）。

これは第４図（ａ）に示すように、コンタクト孔８を有
する絶縁膜１２で覆われた単結晶シリコン基板７に、第
４図（ｂ）に示すようにシリコンエピタキシャル層１３
を成長させる。

このとき周りの絶縁膜１２上にはシリコンを堆積させる
ことなく、穴を埋めるように単結晶シリコン７上にのみ
、下地の単結晶シリコン７と同じ結晶方位の単結晶シリ
コンからなるエピタキシャル層１３を、絶縁膜１２とほ
ぼ等しい厚さに成長させる。

第４図（ａ）の状態で配線層を形成しようとすると、第
５図（ａ）に示すように、電極配線層１４に薄い部分が
生じて高抵抗化や断線の危険性の問題があるが、選択エ
ピタキシャル成長のあと第４図（ｂ）の状態で配線層を
形成すると、第５図（ｂ）に示すように、平坦な配線層
１４を形成することができる。

選択エピタキシャル成長はジクロロシラン（Ｓ１Ｈ２Ｃ
ρ２）などのシラン系ガスを水素（Ｈ２）で熱分解ある
いは還元して、単結晶シリコン基板７にシリコンエピタ
キシャル層１３を堆積させると同時に、絶縁膜１２の上
に堆積するポリシリコンを塩化水素（ＨＣＪ）でエツチ
ングすることにより実現される。

塩化水素の流量を選ぶことにより絶縁膜１２の上にはポ
リシリコンが堆積することなく、コンタクト孔８のみに
シリコンエピタキシャル層１３が成長する選択エピタキ
シャル成長になる。

成長条件の１例をあげると、成長温度８５０℃でジクロ
ロシラン：塩化水素＝２＝１になるように、ジクロロシ
ラン（ＳｉＨｚＣｆｆｌｚ＞などのシラン系ガス、水素
（Ｈ２）および塩化水素（ＨＣｊ）のガスを流す。

もう１つの選択ポリシリコン成長は、第４図（Ｃ）に示
すようにコンタクト孔８にポリシリコン膜１０を成長さ
せるものであル。

バイポーラトランジスタのエミッタ形成の際に、特に穴
埋めによる平坦化技術が重要になっている。

単結晶シリコン基板に直接Ａｓをイオン注入すると浅い
エミッタ接合を形成することができないので、高いｔ流
増幅率や高周波特性を得るためことができない。

そのためＮＰＮ）−ランジスタの場合、第６図（ａ）に
示すようにベース層１５を形成し、コンタクト孔８を有
する酸化シリコン膜９を形成したのち、第６図（ｂ）に
示すように、コンタクト孔８に厚さ２００ｎｍのポリシ
リコン膜１０を堆積する。

そのあと第６図（Ｃ）、（ｄ）に示すように、Ａｓなど
のＮ型の不純物をイオン注入し、アニル熱処理により拡
散して浅いＮ型エミツタ層１６を形成する。ポリシリコ
ン膜１０は通常エミッタ配線の引出しを兼ねている。

従来は単結晶シリコン基板７の上に通常のポリシリコン
膜１０を成長させるだけであったが、集積回路のパター
ン微細化に伴い、コンタクト孔のサイズがサブミクロン
のオーダーに達してアスペクト比が大きく、平坦化の技
術が重要となり選択ポリシリコン成長が重要になってき
た。

さらに選択的に金属シリサイド層を埋設したコンタクト
孔に選択的にシリコンを成長させる方法がある（特開昭
５８−３４９１６＞。

この場合は選択性を与えるために金属シリサイド層を必
要とて工数が増えるうえに、エミッタ形成に利用するこ
とができない。

第４図（Ｃ）のように直接単結晶シリコン基板７上のコ
ンタクト孔８を埋める選択ポリシリコン膜１０の成長は
実用化されていない。

選択エピタキシャル成長の成長温度を７５０℃に下げ、
ガスの条件をジクロロシラン：塩化水素＝８：１に変え
ることによって、第４図（ｃ）に示すようにエピタキシ
ャル膜１３に代わってポリシリコン膜１０がコンタクト
孔８の中に堆積する選択ポリシリコン成長が実現される
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のポリシリコン成長法においては、シリコン上にの
み成長させるなめ塩化水素でエツチングしながら成長し
ている。また成長温度を上げるとエピタキシャル成長と
なってしまい多結晶化しないために成長温度を上げられ
ない。

そのため成長速度が選択エピタキシャル成長に対して約
１桁遅いという欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は、成長初期の段階では
、低温の選択ポリシリコン成長の条件でシリコン基板上
にポリシリコン薄膜の下地をつくり、つぎに高温の選択
エピタキシャル成長の条件で、引き続きポリシリコン膜
を成長させるものである。

〔実施例〕

はじめに本発明で用いるポリシリコン膜の気相成長装置
について、第１図を参照して説明する。

石英ガラスでできたチャンバー３の中で、回転している
基板支持台５の上に被成長基板４が固定されている。

被成長基板４は、チャンバー３の周りの赤外線ランプ２
によって所定の温度に加熱されている。

チャンバー３の上部には、反応ガス導入口ｌが設けられ
ており、シリコン薄膜を成長させるためのジクロロシラ
ンなどのシラン系ガス、水素および塩化水素が被成長基
板４に吹き付けられている。

成長に関与しなかったガスは、ガス排出口６を通って真
空ポンプで排気される。

つぎに本発明の第１の実施例について、第２図（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。

はじめに第２図（ａ）に示すように単結晶シリコン基板
７に厚さ５００ｎｍの酸化シリコン膜９を形成し、さら
にサブミクロンないし数ミクロンの大きさの平面寸法の
コンタクト孔８を形成する。

つぎに第２図（ｂ）に示すように、チャンバー内圧力は
３０Ｔｏ　ｏ　ｒ、温度７５０℃でジクロロシランを４
０ＱＳＣＣｍ、塩化水素を５０ｓｅｃｍ、ジクロロシラ
ンと塩化水素の比が８＝１になるように２０分間流して
、単結晶シリコン基板７上に選択的に厚さ３０ｎｍの薄
いポリシリコン膜１０を成長させた。

つぎに第２図（ｃ）に示すようにいったん成長を止めて
温度を８５０℃に上げたのち、ジクロロシランと塩化水
素の比を２＝１となるようにジクロロシラン３００ｓｅ
ｃｍ、塩化水素１５０ｓｅｃｍ流して１０分間成長させ
た。するとポリシリコンが、ポリシリコン膜１０の上に
のみに選択的に成長し、厚さ２００ｎｍの厚いポリシリ
コン膜１０が成長した。

厚さ２００ｎｍの選択多結晶シリコンは、バイポーラト
ランジスタのエミッタ形成を想定したものである。

８５０℃の成長条件のときの成長速度は１７ｎｍ／ｍｉ
ｎと７５０℃の成長速度（１，５ｎｍ、／ｍｉ　ｎ）に
比べると約１０倍となる。

８５０℃の条件でシリコン薄膜をいきなり単結晶シリコ
ン基板７に成長させると選択エピタキシャル成長になっ
てしまい、ポリシリコンを上記のような速い速度で成長
させることはできなかった。

本発明では、最初に下地となるさまざまな結晶方位をも
つポリシリコンを成長させてから、そのあとで高温にし
てもエピタキシャル化することなくポリシリコンの選択
成長を続けることができた。

本実施例において、温度を８５０℃に上げる時間も考慮
して、厚さ２００ｎｍの選択ポリシリコンを成長させる
のに合計５０分を要し、実質のガスを流している成長時
間は３０分であった。

従来の方法では１回成長させるのに１００分かかってい
たので、本発明によれば、成長速度は実効的に２倍に増
加したことになる。

つぎに本発明の第２の実施例として、コンタクト孔の穴
埋めについて第３図（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する
。ここで用いた装置は、実施例１と同じものである。

はじめに第３図（ａ）に示すように、シリコン基板７上
に、コンタクト孔８を有し、絶縁膜となる厚さ５００ｎ
ｍのＰ　Ｓ　Ｇ　（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ
　ｇｌａｓｓ）膜１１を形成する。

つぎに第３図（ｂ）、（ｃ）に示すように、コンタクト
孔８の中にＰＳＧＩＩｌｌと同じ厚さのポリシリコン膜
１０を選択成長させる。

成長条件は第１の実施例と同様に、まず第３図（ｂ）に
示すように、７５０℃で下地となる厚さ３０ｎｍのポリ
シリコン膜１０を２０分間成長させる。

つぎに第３図（ｃ）に示すように、いったん成長を止め
、８５０℃に昇温してからポリシリコン膜１０をジクロ
ロシラン３００ｓｅｃｍに対して塩化水素１５０ｓｅｃ
ｍの条件で３０分間成長し、ＰＳＧ膜１１に開けたコン
タクト孔８をポリシリコン膜ｌＯで埋めた。

その結果、コンタクト孔８の中に厚さ５００ｎｍのポリ
シリコン膜ｌＯを成長させるのに費やした時間は、温度
を７５０℃から８００℃に上げる時間もいれて７０分で
あった。従来の７５０℃のみの成長方法だと、成長速度
が１．５ｎｍ／ｍｉｎと遅いため、５００ｎｍ成長させ
るのに３００分かかってしまうのに対して大幅に成長時
間の短縮がはかれたことになる。

このようなコンタクト孔の穴埋めの場合は、エミッタ形
成の場合よりも大きい成長膜厚を要するので、効果がさ
らに大きくなる。

〔発明の効果〕

成長初期の段階では、低温の選択ポリシリコン成長の条
件でシリコン基板上にポリシリコンｆｆ膜の下地をつく
り、つぎに高温の選択エピタキシャル成長の条件で、引
き続きポリシリコン膜を成長させることにより、成長時
間の短縮が実現でき、スルーブツトの大幅な向上ができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いた選択ポリシリコン用の気相成長
装置の断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の
実施例を工程順に示す断面図、第３図（ａ）〜（ｃ）は
本発明の第２の実施例を工程順に示す断面図、第４図（
ａ）〜（ｃ）は従来技術による選択成長を示す断面図、
第５図（ａ）（ｂ）は電極配線を示す断面図、第６図（
ａ）〜（ｄ）はＮＰＮ）−ランジスタのエミッタ形成を
工程順に示す断面図である。 １・・・反応ガス導入口、２・・・赤外線ランプ、３・
・・チャンバー、４・・・被成長基板、５・・・基板支
持台、６・・・ガス排出口、７・・・単結晶シリコン基
板、８・・・コンタクト孔、９・・・酸化シリコン膜、
１ｏ・・・ポリシリコン膜、１１・・・ＰＳＧＷｉ、１
２・・・絶縁膜、１３・・・シリコンエピタキシャル層
、１４・・・電極配線層、１５・・・ベース層、１６・
・・エミツタ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　開口部を有する酸化シリコン膜で被覆された単結晶シ
   リコン基板に、第１の成長温度でポリシリコンを前記開
   口部に薄く選択成長させたのち、前記第１の成長温度よ
   りも高い第２の成長温度でポリシリコンを前記開口部に
   厚く選択成長させることを特徴とする半導体装置の製造
   方法。