JPH0642484B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH0642484B2 JPH0642484B2 JP60197843A JP19784385A JPH0642484B2 JP H0642484 B2 JPH0642484 B2 JP H0642484B2 JP 60197843 A JP60197843 A JP 60197843A JP 19784385 A JP19784385 A JP 19784385A JP H0642484 B2 JPH0642484 B2 JP H0642484B2
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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係り、特に多結晶シリ
コンゲート素子の形成方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a polycrystalline silicon gate element.
(発明の概要) 本発明は半導体装置の製造方法において、基板上に不純
物をドープした非晶質シリコン膜を堆積する工程と、前
記不純物ドープ非晶質シリコン膜上にマスクパタンを形
成する工程と、ドライエッチング法により前記不純物ド
ープ非晶質シリコン膜を選択的にエッチングする工程
と、ついで前記のマスクパタンを除去した後、熱処理を
行って、前記不純物ドープ非晶質シリコン膜を多結晶化
する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製
造方法をうることにある。(Summary of the Invention) The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises depositing an amorphous silicon film doped with impurities on a substrate, and forming a mask pattern on the impurity-doped amorphous silicon film. , A step of selectively etching the impurity-doped amorphous silicon film by a dry etching method, and then performing a heat treatment after removing the mask pattern to polycrystallize the impurity-doped amorphous silicon film Another object of the present invention is to obtain a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises the steps of:
(従来技術および発明が解決しようとする問題点) 近年、半導体集積回路製作技術はますます微細化の方向
に進んでおり、微細パタンの高精度な加工技術として、
ドライエツチング法が広く用いられつつあり、多結晶シ
リコン膜の高精度の微細加工には反応性イオンエツチン
グ法が広く利用されている。この方法は、数十ないし数
百evの高エネルギーを有する反応性イオンのスパッタ作
用により膜をエツチングするもので、この方法によれ
ば、パタン変換差の少い、いわゆる方向性エツチングが
可能である。しかし、この方法はイオンのスパッタ作用
を利用しているために下地のシリコン酸化膜とのエツチ
レート比をあまり高くとれない。近年、半導体集積回路
の微細化が急速に進展しており、多結晶シリコンゲート
素子における下地シリコン酸化膜厚はますます薄層化の
傾向にある。したがつて、多結晶シリコン膜とシリコン
酸化膜とのエツチレート比が高くとれる加工技術が必要
となる。それを実現しうるものとしてECRプラズマ流
を用いる方法やマグネトロン放電を利用する反応性イオ
ンエツチング法などがある。前者は低エネルギーを有す
るプラズマ流で多結晶シリコン膜をエツチングするも
の、後者はマグネトロン放電を用いることによりプラズ
マ密度を高め、低い電界下でエツチングを行うもので、
いずれの方法もイオン衝撃が少いために下地シリコン酸
化膜との選択比を高くとることができる。(Problems to be solved by the conventional technology and the invention) In recent years, semiconductor integrated circuit manufacturing technology has been progressing toward further miniaturization, and as a highly precise processing technology for fine patterns,
The dry etching method is being widely used, and the reactive ion etching method is widely used for highly precise microfabrication of a polycrystalline silicon film. This method etches the film by the sputtering action of reactive ions having a high energy of several tens to several hundreds of ev. According to this method, so-called directional etching with a small pattern conversion difference is possible. . However, since this method utilizes the sputtering action of ions, it is not possible to obtain a very high etch rate ratio with the underlying silicon oxide film. In recent years, miniaturization of semiconductor integrated circuits has rapidly progressed, and the thickness of the underlying silicon oxide film in a polycrystalline silicon gate element tends to become thinner. Therefore, a processing technique capable of obtaining a high etch rate ratio between the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film is required. Methods that can realize this include a method using an ECR plasma flow and a reactive ion etching method using a magnetron discharge. The former etches a polycrystalline silicon film with a plasma flow having low energy, and the latter enhances the plasma density by using magnetron discharge and etches in a low electric field.
In either method, since the ion bombardment is small, the selection ratio with respect to the underlying silicon oxide film can be made high.
一方、多結晶シリコン膜の加工性は膜質依存性が非常に
大きく、膜の形成法及びその後の膜の処理方法により、
ドライエツチング後のパタン形状が異なることをしばし
ば経験する。例えば、減圧CVD法により堆積した膜に
イオン注入法によりP原子をドープし、熱処理を施した
膜及びP原子を含んだドーピングガスの気相反応により
堆積し、熱処理を施した膜を上記マグネトロン放電を利
用した反応性イオンエツチング法によりエツチングする
と、いずれの膜においてもパタン側壁にアンダカツトが
生じる。On the other hand, the workability of the polycrystalline silicon film has a great dependence on the film quality, and depending on the film forming method and the subsequent film processing method,
We often experience different pattern shapes after dry etching. For example, the film deposited by the low pressure CVD method is doped with P atoms by the ion implantation method, and the film subjected to the heat treatment and the film subjected to the gas phase reaction of the doping gas containing the P atom are deposited, and the film subjected to the heat treatment is subjected to the magnetron discharge. When the etching is performed by the reactive ion etching method using the, an undercut occurs on the side wall of the pattern in any film.
このように、従来法で形成した上記2種類の多結晶シリ
コン膜を上記のドライエツチング法でエツチングした場
合、パタン側壁に明瞭なアンダカツトが観察された。半
導体集積回路にはますます微細で高精度なパタン形成技
術が必要とされるようになつており、アンダカツトをい
かにして小さくするかということが極めて重要になつて
いる。したがつて、従来技術の上記欠点は半導体集積回
路素子製作においては致命的なものである。Thus, when the two types of polycrystalline silicon films formed by the conventional method were etched by the dry etching method, a clear undercut was observed on the side wall of the pattern. As semiconductor integrated circuits require finer and more precise pattern formation technology, how to make the undercut smaller is extremely important. Therefore, the above-mentioned drawbacks of the prior art are fatal in manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
(問題点を解決するための手段) 本発明はこれらの問題点に着目してなされたもので、そ
の目的とするところは高精度なシリコンゲート構造を有
する半導体装置の製造方法を提供することにある。(Means for Solving Problems) The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a highly accurate silicon gate structure. is there.
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図において、半導体基板1上に、膜厚100Å以下の
非常に薄いシリコン酸化膜2を形成し、この上にジシラ
ン及びホスフインの混合ガスを用いてCVD法により、
不純物をドープした非晶質シリコン膜3を約3500Åの厚
さに堆積する。その後、この非晶質シリコン膜3上に所
望のレジストパタン4を形成し、これをマスクにして非
晶質シリコン膜3をドライエツチングする(第2図)。
この場合、非晶質シリコン膜3のエツチング終了後、下
地シリコン酸化膜をオーバエツチしてもシリコン酸化膜
が残存するように、シリコン酸化膜に対する非晶質シリ
コン膜のエツチレート比が十分大きくとれるようなエツ
チング方法が必要である。例えば、非晶質シリコン膜厚
のウエハ面内均一性が±10%、それを加工したとき、エ
ツチレートのウエハ面内均一性が±5%であつたとする
と、シリコン酸化膜に対する非晶質シリコン膜のエツチ
レート比(選択比)は約10以上必要である。望ましく
は、シリコン酸化膜の残存厚は50Å以上であることが好
ましく、このためには、選択比が20以上必要となる。こ
のような高選択比を実現できるエツチング法としてはE
CRプラズマ流エツチングあるいはマグネトロン放電式
反応性イオンエツチング(低電力領域)などがある。In FIG. 1, a very thin silicon oxide film 2 having a film thickness of 100 Å or less is formed on a semiconductor substrate 1, and a CVD method using a mixed gas of disilane and phosphine is formed thereon.
An amorphous silicon film 3 doped with impurities is deposited to a thickness of about 3500Å. After that, a desired resist pattern 4 is formed on the amorphous silicon film 3, and the amorphous silicon film 3 is dry-etched using this as a mask (FIG. 2).
In this case, after the etching of the amorphous silicon film 3, the etch rate ratio of the amorphous silicon film to the silicon oxide film can be made sufficiently large so that the silicon oxide film remains even if the underlying silicon oxide film is overetched. Etching method is necessary. For example, if the in-wafer uniformity of the amorphous silicon film thickness is ± 10% and the in-wafer uniformity of the etchant is ± 5% when it is processed, the amorphous silicon film with respect to the silicon oxide film is An ethylate ratio (selection ratio) of about 10 or more is required. Desirably, the remaining thickness of the silicon oxide film is preferably 50 Å or more, and for this purpose, a selection ratio of 20 or more is required. As an etching method that can realize such a high selection ratio, E
Examples include CR plasma flow etching or magnetron discharge type reactive ion etching (low power region).
多結晶シリコン膜のプラズマエツチングにおけるエツチ
ングプロセスは通常、結晶粒の境界に沿つて進行すると
考えられる。したがつて、熱処理等により結晶粒径が大
きくなると、パタン側壁に生じるアンダカツト量は大き
くなる。また、n型不純物を含んだ多結晶シリコン膜の
場合には、熱処理を施すことにより活性化し、中性ラジ
カルとの反応が高まるためにエツチレートは増大し、且
つアンダカツト量も大きくなる。これに対し、非晶質シ
リコン膜ではシリコン粒径が非常に小さく、これをプラ
ズマエツチングした場合、第2図に示すように、非晶質
シリコン膜3の側壁にはアンダカツトは生じていない。
また、エツチング途中の膜表面の状態は平滑であり、エ
ツチング終了時における下地シリコン酸化膜2の表面も
非常に平滑であることを観察している。このようにして
形成した非晶質シリコン膜パタンを有する試料をO2プラ
ズマ中で所定の時間だけアツシング処理を行い、レジス
トパタン4を除去する。その後、この試料を窒素雰囲気
中で例えば900℃,30分間の熱処理をすると非晶質シリ
コン膜3は結晶化し多結晶シリコン膜3′となる(第3
図)。このとき、非晶質シリコン膜3中にドープされて
いるP原子は活性化され、電気伝導を司どるキヤリア密
度が高まり、多結晶シリコン膜3′の比抵抗は低下す
る。非晶質シリコン膜3を多結晶シリコン膜3′に変質
させ、比抵抗を低下させることにより、この膜はシリコ
ンゲート素子のゲート電極配線として機能する。非晶質
シリコン膜を多結晶化させる方法としては上記のような
窒素雰囲気中におけるアニール処理による方法以外に酸
化工程を通すことにより、必然的に多結晶化するので、
場合によつてはアニール処理工程を省略することもでき
る。第4図は非晶質シリコンパタンを形成後、酸化工程
を通した後の断面図であり、多結晶シリコン膜パタン
3′の表面は酸化膜5に覆われている。It is considered that the etching process in plasma etching of a polycrystalline silicon film usually proceeds along the boundaries of crystal grains. Therefore, when the crystal grain size increases due to heat treatment or the like, the amount of undercuts generated on the side wall of the pattern increases. Further, in the case of a polycrystalline silicon film containing an n-type impurity, it is activated by heat treatment, and the reaction with neutral radicals is enhanced, so that the etch rate increases and the undercut amount also increases. On the other hand, the amorphous silicon film has a very small silicon grain size, and when plasma etching is performed on the amorphous silicon film, an undercut is not formed on the side wall of the amorphous silicon film 3, as shown in FIG.
It was also observed that the state of the film surface during etching was smooth, and the surface of the underlying silicon oxide film 2 at the end of etching was also very smooth. The sample having the amorphous silicon film pattern thus formed is subjected to an ashing treatment in O 2 plasma for a predetermined time to remove the resist pattern 4. After that, when this sample is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, the amorphous silicon film 3 is crystallized and becomes a polycrystalline silicon film 3 ′ (third part).
Figure). At this time, the P atoms doped in the amorphous silicon film 3 are activated, the carrier density that controls electrical conduction is increased, and the resistivity of the polycrystalline silicon film 3'is reduced. By transforming the amorphous silicon film 3 into a polycrystalline silicon film 3'and reducing the specific resistance, this film functions as a gate electrode wiring of a silicon gate element. As a method of polycrystallizing the amorphous silicon film, an oxidization step is performed in addition to the method of annealing treatment in a nitrogen atmosphere as described above, so that the film is inevitably polycrystallized.
In some cases, the annealing process can be omitted. FIG. 4 is a cross-sectional view after an amorphous silicon pattern is formed and an oxidation process is performed. The surface of the polycrystalline silicon film pattern 3 ′ is covered with the oxide film 5.
以上述べた方法により、非晶質シリコン膜3を熱処理し
て多結晶化してデバイスを作製し、電気的特性を測定し
たところ良好な結果が得られた。By the method described above, the amorphous silicon film 3 was heat-treated to be polycrystallized to manufacture a device, and the electrical characteristics were measured, and good results were obtained.
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、不純物をドープし
た非晶質シリコン膜を堆積した後にエツチングし、その
後、熱処理を施し、非晶質シリコン膜を多結晶化するこ
とにより、アンダカツトの生じない多結晶シリコンゲー
ト配線層が形成できる。As described above, according to the present invention, an amorphous silicon film doped with impurities is deposited, etched, and then heat-treated to polycrystallize the amorphous silicon film. A polycrystalline silicon gate wiring layer free from undercut can be formed.
換言すれば、高濃度の不純物をドープしたシリコン膜を
ドライエッチングする場合、サイドエッチングを受けに
くいためにパターン変換差を小さくでき、高精度のゲー
ト加工が可能である効果を有するものである。In other words, when a silicon film doped with a high concentration of impurities is dry-etched, it is less susceptible to side etching, so that the pattern conversion difference can be reduced and highly accurate gate processing can be performed.
第1図ないし第3図は本発明の半導体装置の製造方法の
実施例を示すもので、多結晶シリコンゲート加工工程を
示す断面図であり、また、第4図は非晶質シリコン膜を
多結晶化する方法の一例を示す断面図である。 1……シリコン基板 2……シリコン酸化膜 3……非晶質シリコン膜 3′……多結晶シリコン膜 4……レジストパタン 5……酸化膜1 to 3 show an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, which is a cross-sectional view showing a polycrystalline silicon gate processing step, and FIG. 4 shows an amorphous silicon film. It is sectional drawing which shows an example of the method of crystallizing. 1 ... Silicon substrate 2 ... Silicon oxide film 3 ... Amorphous silicon film 3 '... Polycrystalline silicon film 4 ... Resist pattern 5 ... Oxide film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−23584(JP,A) 特開 昭59−22348(JP,A) 特開 昭58−175847(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-50-23584 (JP, A) JP-A-59-22348 (JP, A) JP-A-58-175847 (JP, A)
Claims (1)
ン膜を堆積する工程と、前記不純物ドープ非晶質シリコ
ン膜上にマスクパタンを形成する工程と、ドライエッチ
ング法により前記不純物ドープ非晶質シリコン膜を選択
的にエッチングする工程と、ついで前記のマスクパタン
を除去した後、熱処理を行って、前記不純物ドープ非晶
質シリコン膜を多結晶化する工程とを具備することを特
徴とする半導体装置の製造方法。1. A step of depositing an impurity-doped amorphous silicon film on a substrate, a step of forming a mask pattern on the impurity-doped amorphous silicon film, and the impurity-doped amorphous film by a dry etching method. A step of selectively etching the high-quality silicon film and a step of removing the mask pattern and then performing a heat treatment to polycrystallize the impurity-doped amorphous silicon film. Manufacturing method of semiconductor device.
Priority Applications (1)
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JP60197843A JPH0642484B2 (en) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Publications (2)
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JPS6258663A JPS6258663A (en) | 1987-03-14 |
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ID=16381260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP60197843A Expired - Lifetime JPH0642484B2 (en) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
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JPH0687465B2 (en) * | 1988-04-15 | 1994-11-02 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2907122B2 (en) * | 1996-05-30 | 1999-06-21 | 日本電気株式会社 | Method for manufacturing semiconductor memory device |
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JPS558815B2 (en) * | 1973-06-29 | 1980-03-06 | ||
JPS58175847A (en) * | 1982-04-08 | 1983-10-15 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS5922348A (en) * | 1982-07-29 | 1984-02-04 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1985
- 1985-09-09 JP JP60197843A patent/JPH0642484B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPS6258663A (en) | 1987-03-14 |
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