JPH05343350A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH05343350A
JPH05343350A JP4147646A JP14764692A JPH05343350A JP H05343350 A JPH05343350 A JP H05343350A JP 4147646 A JP4147646 A JP 4147646A JP 14764692 A JP14764692 A JP 14764692A JP H05343350 A JPH05343350 A JP H05343350A
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JP
Japan
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thin film
arsenic
silicon thin
wiring
semiconductor device
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JP4147646A
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English (en)
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Junichi Tsuchimoto
淳一 土本
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01L23/53271Conductive materials containing semiconductor material, e.g. polysilicon
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、配線または電極として使用するシ
リコン薄膜を有する半導体装置を得ることを最も主要な
特徴とする。 【構成】 半導体基板1と、上記半導体基板1の上に設
けられたシリコン薄膜11と、を備える。シリコン薄膜
11中には、ヒ素と炭素が添加されている。上記ヒ素
は、上記シリコン薄膜11中に、深さ方向において、均
一な濃度で、分布している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般に半導体装置に
関するものであり、より特定的には、配線または電極と
して使用されるシリコン薄膜を含む半導体装置に関する
ものである。この発明は、さらに、そのような半導体装
置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】配線または電極として使用されるシリコ
ン薄膜に導電性を付与するために、該シリコン薄膜中に
ヒ素またはリンを注入する必要がある。
【0003】図5は、シリコン薄膜中に、ヒ素またはリ
ンを注入して、配線または電極を形成する方法を示した
図である。
【0004】図5(a)を参照して、シリコン基板1の
表面にフィールド酸化膜2を形成する。
【0005】図5(b)を参照して、シリコン基板1の
上に、ゲート酸化膜3を介在させてゲート電極4を形成
する。
【0006】図5(c)を参照して、ゲート電極4を覆
うように、シリコン基板1の上に層間絶縁膜5を形成す
る。層間絶縁膜5中に、ソース領域6とドレイン領域7
を形成するための、開口部5a,5bを形成する。その
後、不純物イオンをシリコン基板1の表面に注入するこ
とによって、ソース領域6とドレイン領域7を形成す
る。図5(d)を参照して、開口部5a、5bを埋める
ように、シリコン薄膜8を形成する。シリコン薄膜8
は、不純物を含まないと、導電性を示さない。それゆえ
に、ヒ素またはリンを注入する必要がある。不純物イオ
ン10として、リンを用いると、リンは拡散係数が大き
いので、リンがシリコン薄膜8を突抜けて、シリコン基
板1中に到達するという問題がある。不純物イオン10
がヒ素の場合には、ヒ素は拡散係数が小さいので、上述
の問題は生じないが、不純物イオンはシリコン薄膜8の
表面に留まる傾向にある。そのため、シリコン薄膜8中
に、深さ方向において、均一な濃度で、ヒ素が注入され
ないという問題点があった。
【0007】図5(e)を参照して、不純物イオンが注
入されたシリコン薄膜を、パターニングし、配線11
(または電極)を形成する。
【0008】不純物イオン注入法によって、配線を形成
する場合には、上述のような問題点があった。
【0009】そこで、シリコン薄膜中に、深さ方向にお
いて均一な濃度で、ヒ素を注入する方法として、次に述
べるCVD法が開発されている(Journal of Electroni
c Materials, Vol. 19, No.12, 1990, p.1395 〜140
2)。
【0010】図6は、半導体ウェハ14の上に、ヒ素が
添加されたシリコン薄膜を形成するCVD装置の概念図
である。当該装置は、真空チャンバ12を備えている。
真空チャンバ12の径は、たとえば30cmであり、真
空チャンバ12の長さは、たとえば2mである。真空チ
ャンバ12内に、シリコンウェハ14が、たとえば10
0枚配置される。真空チャンバ12の外側には、ヒータ
ー13が設けられている。真空チャンバ12には、シラ
ン(SiH4 )を真空チャンバ12内に導入するための
シラン源15が設けられており、また、アルシンガス
(AsH3 )を真空チャンバ12内に導入するためのヒ
素源16が設けられている。
【0011】真空チャンバ12内にシランガスを導入
し、かつアルシンガスを導入し、ヒーター13を用い
て、真空チャンバ12内を600〜800℃に加熱す
る。この加熱によって、シランはシリコン原子と水素に
分解し、アルシンはヒ素原子と水素にそれぞれ熱分解す
る。生じたシリコン原子とヒ素原子が、半導体ウェハ1
4の上に堆積することにより、ヒ素を含有したシリコン
薄膜が形成される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来のCVD法による
シリコン薄膜の形成においては、以上のように、アルシ
ンを用いていた。このアルシンは、よく知られているよ
うに、毒性が極めて強い。アルシンの怒限量は、0.0
5ppmと、一般に報告されている。このため、アルシ
ンを用いる、従来の、ヒ素が添加されたシリコン薄膜の
形成する工程は、半導体製造プロセスの中でも危険な作
業の1つであった。
【0013】それゆえに、この発明の目的は、安全な方
法で製造することのできる、ヒ素を含有するシリコン薄
膜を備える、半導体装置を提供することにある。
【0014】この発明の他の目的は、ヒ素を含有するシ
リコン薄膜を安全に製造することのできる方法を提供す
ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に従う半導体装置は、半導体基板と、上記
半導体基板の上に設けられたシリコン薄膜と、を備え
る。上記シリコン薄膜中には、ヒ素と炭素が添加されて
いる。
【0016】この発明の他の局面に従う半導体装置の製
造方法においては、まず、シリコン水素化物とアルキル
アルシンとを含む雰囲気中に半導体基板を置く。上記シ
リコン水素化物および上記アルキルアルシンを分解さ
せ、それによって、上記半導体基板の上に、ヒ素を含む
シリコン薄膜を形成する。
【0017】
【作用】この発明に従う半導体装置においては、シリコ
ン薄膜中にヒ素と炭素が添加されている。このシリコン
薄膜は、シランと、毒性の少ないアルキルアルシンを用
いて製造できる。
【0018】この発明の他の局面に従う半導体装置の製
造方法においては、アルキルアルシンをヒ素源として用
いるので、アルシンをヒ素源に用いる従来の製造方法に
比べて、安全である。
【0019】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1は、この発明の一実施例に係る半導体装置の断
面図である。
【0020】図1を参照して、半導体基板1の主表面に
フィールド酸化膜2が形成されている。半導体基板1の
上にゲート酸化膜3を介在させてゲート電極4が設けら
れている。ゲート電極4の両側であって、かつ半導体基
板1の主表面には、ソース6とドレイン7が設けられて
いる。ゲート電極4を覆うように、半導体基板1の上に
層間絶縁膜5が形成されている。層間絶縁膜5中には、
ソース6の表面を露出させるための開口部5aが設けら
れており、かつドレイン7の表面を露出させるための開
口部5bが設けられている。開口部5a,5bを通っ
て、ソース6・ドレイン7に接続されるように、シリコ
ン薄膜で形成される配線11が設けられている。配線1
1中には、ヒ素と炭素が添加されている。ヒ素は、配線
11中に、深さ方向において均一な濃度で、分布してい
る。ヒ素は、配線11中に、1×1020〜1×1021
/cm3 含まれている。
【0021】図2は、配線11中のヒ素原子の分布状態
を示した図である。曲線(1)は、実施例に係る半導体
装置の配線の場合である。曲線(2)は、従来の、ヒ素
を注入する方法によって得た配線の場合である。図2に
おいて、縦軸はヒ素の濃度を表わしており、横軸は、配
線の表面からの深さを表わしている。
【0022】図2から明らかなように、従来の、ヒ素を
注入する方法においては、曲線(2)を参照して、配線
の表面にヒ素が多量に分布しており、表面から深くなる
につれてヒ素濃度は減少している。このようなヒ素分布
を有する配線は、導電性がよくない。
【0023】これに対して、実施例に係る半導体装置の
シリコン薄膜においては、曲線(1)を参照して、ヒ素
は深さ方向において、均一な濃度で、配線中に分布して
いる。このようなヒ素分布を有する配線は、導電性が良
好である。
【0024】配線11の電気特性を測定したところ、シ
リコン基板1と配線11とは良好な接続を示しているこ
とが分かった。また、配線11自身の抵抗値は小さかっ
た。すなわち、添加されたヒ素は、シリコンに対し、キ
ャリアとして有効に働いていることがわかった。
【0025】配線11の構造を調べてみると、図3に示
す化学構造を有することがわかった。すなわち、配線1
1中には、ヒ素原子と炭素原子が含まれていた。
【0026】以下、実施例に係る半導体装置の製造方法
を説明する。
【0027】図4は、この発明の一実施例に係る半導体
装置の製造方法の順序の各工程における半導体装置の部
分断面図である。
【0028】図4(a)を参照して、半導体基板1の主
表面にフィールド酸化膜2を形成する。
【0029】図4(b)を参照して、半導体基板1の上
にゲート酸化膜3を介在させてゲート電極4を形成す
る。
【0030】図4(c)を参照して、ゲート電極4を覆
うように、半導体基板1の上に層間絶縁膜5を形成す
る。層間絶縁膜5中に、ソース領域とドレイン領域を露
出させるための開口部5a,5bを形成する。開口部5
a,5bを通って不純物イオンを半導体基板1の主表面
に注入することによって、ソース領域6とドレイン領域
7を形成する。
【0031】次に、得られた半導体基板を、図6を参照
して、真空チャンバ12内に配置する。真空チャンバ1
2内に配置された半導体基板を、以下、半導体ウェハ1
4という。半導体ウェハ14を真空チャンバ12内に配
置した後、真空チャンバ12の内部の雰囲気を窒素で置
換した。次に、シラン(SiH4 )をシラン源15から
真空チャンバ12内に導入した。ヒ素源16として、ト
リブチルアルシンを用い、真空チャンバ12内にトリブ
チルアルシンを導入した。真空チャンバ12内を、ヒー
ター13により、300〜800℃に加熱した。このと
き、反応を促進させることを目的として、高周波を印加
して、真空チャンバ12内を、プラズマ状態にしてもよ
い。プラズマ状態にすると、反応を低温で行なうことが
できる。
【0032】トリブチルアルシンは、シリコン薄膜中に
ヒ素が1×1020〜1×1021個/cm3 含まれるよう
に、真空チャンバ12内に導入された。真空チャンバ1
2内の雰囲気を、300〜800℃に加熱することによ
り、シランはシリコン原子と水素原子に分解し、トリブ
チルアルシンはヒ素原子と炭素原子と水素原子に分解す
る。このシリコン原子とヒ素原子と炭素原子を半導体ウ
ェハ14上に堆積することにより、図4(d)を参照し
て、ヒ素を含有したシリコン薄膜8が半導体基板1の上
に形成される。シリコン薄膜8の膜厚は、200〜40
0nmにする。この方法によって得られるシリコン薄膜
中の、ヒ素の分布状態は、図2に示す曲線(1)で示さ
れる。
【0033】図4(e)を参照して、シリコン薄膜8を
パターニングすると、ソース領域6とドレイン領域7に
それぞれ接続されるヒ素を含有した、シリコン薄膜で形
成された、配線11が得られる。
【0034】なお、上記実施例では、アルキルアルシン
として、トリブチルアルシンを使用する場合を例示した
が、トリメチルアルシン、トリエチルアルシン、を使用
しても、実施例と同様の効果を奏する。
【0035】なお、トリブチルアルシンの怒限量は70
ppm(LD50)である(Jaurnal of Crystal Growt
h Vol. 93, 1988, p.15 〜19)。また、トリメチルアル
シンとトリエチルアルシンは無毒である(Jaurnal of C
rystal Growth Vol. 105, 1990, p.260 〜270 )。した
がって、この発明に係る方法は、従来のアルシンを用い
る製造方法に比較して、安全である。
【0036】得られた半導体装置の電気特性を想定した
ところ、半導体基板1と配線11とは良好な接続を示し
ていた。また、配線11自身も、実用上使用に問題のな
い、小さい抵抗値を示した。このことは、添加されたヒ
素が、シリコンに対し、キャリアとして有効に働いてい
ることを示している。また、この発明によれば、従来方
法に比べて、安全に作業が行なえるので、製品の価格の
低減化に大きく寄与できる。
【0037】なお、上記実施例ではシリコン薄膜を配線
として使用する場合を例示したが、この発明はこれに限
られるものでなく、電極としても使用できる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係る半
導体装置によれば、毒性の少ないアルキルアルシンを用
いて製造できる。したがって、従来より安全な方法によ
って製造することができる。ひいては、安全で、安価に
供給することができる。
【0039】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、毒性の少ないアルキルアルシンを用いるの
で、従来の製造方法に比べて安全である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る半導体装置の断面図
である。
【図2】実施例に係る半導体装置に形成されているシリ
コン薄膜(配線)中の、ヒ素原子の分布を示す図であ
る。
【図3】実施例に係る半導体装置の中に設けられるシリ
コン薄膜の原子の配置図である。
【図4】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
の順序の各工程における半導体装置の部分断面図であ
る。
【図5】ヒ素原子を含む配線を備える半導体装置の、従
来の製造方法の順序の各工程における半導体装置の部分
断面図である。
【図6】ヒ素原子を含むシリコン薄膜を形成するCVD
装置の概念図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 11 配線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の上に設けられたシリコン薄膜と、を備
    え、 前記シリコン薄膜中にはヒ素と炭素が添加されている、
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 シリコン水素化物とアルキルアルシンと
    を含む雰囲気中に半導体基板を置く工程と、 前記シリコン水素化物および前記アルキルアルシンを分
    解させ、それによって、前記半導体基板の上に、ヒ素を
    含むシリコン薄膜を形成する工程と、 を備えた、半導体装置の製造方法。
JP4147646A 1992-06-08 1992-06-08 半導体装置およびその製造方法 Withdrawn JPH05343350A (ja)

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JP4147646A JPH05343350A (ja) 1992-06-08 1992-06-08 半導体装置およびその製造方法
US08/296,267 US5426329A (en) 1992-06-08 1994-08-25 Semiconductor device with arsenic doped silicon thin film interconnections or electrodes

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