JPH07221113A - 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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JPH07221113A
JPH07221113A JP892094A JP892094A JPH07221113A JP H07221113 A JPH07221113 A JP H07221113A JP 892094 A JP892094 A JP 892094A JP 892094 A JP892094 A JP 892094A JP H07221113 A JPH07221113 A JP H07221113A
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JP
Japan
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film
polycrystalline silicon
phosphorus
wsi
silicon film
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JP892094A
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English (en)
Inventor
Fumie Miyashita
文江 宮下
Harumi Gojiyoubori
晴美 五條堀
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明では、多結晶シリコン膜またはアモルフ
ァスシリコン膜中に不純物を導入し、熱拡散を行い、所
望の結晶粒径を得る。続いて多結晶シリコン膜表面に、
高融点を有する金属シリサイド膜を形成し、酸化雰囲気
中で熱処理を行う。金属シリサイド膜の不純物吸い出し
の効果により不純物濃度を結晶粒径と独立に制御する。 【効果】本発明により、多結晶シリコン中のリン、ボロ
ン等の不純物濃度と結晶粒径が任意の組み合わせで得ら
れるようになったため、デバイスによらず多結晶シリコ
ンの表面、界面状態を均一、平坦にすることができ加工
精度が向上し、電気的特性のばらつきが大幅に低減す
る。また、有機系汚染や金属不純物の低減が図られ、結
晶の異常成長がなくなり結晶粒の均一性が向上し、電気
的特性の向上がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置特にULSI
(Ultra Large Scale Integrated Circuit)に使用され
る多結晶シリコン中の不純物量及び粒径の制御に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ULSIでゲ−ト電極等に使われている
多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンは、成膜し
たままでは抵抗が高いため、リン、ボロン等の不純物を
導入し、低抵抗化を図っている。その際に不純物の拡散
を目的として熱処理を行なうが、不純物及び温度の効果
により多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンの結
晶粒が成長し、多結晶の粒径の拡大と均一化及び表面の
平坦化が同時に図られる。しかしこの結晶粒の成長とい
う点では、不純物濃度、熱処理温度は共に高いほどよい
が、高温、高濃度のもとでは不純物のゲ−ト酸化膜下へ
の突き抜けや、拡散層の拡がり、不必要な膜の変化や反
応が起きる可能性があるため、プロセスはできるだけ低
温で行われる方が望ましい。また電気的特性の点から
も、濃度には最適値がある。
【0003】従って現在のところ、これらの要件から不
純物濃度、プロセス温度が決まっており、結晶粒径はこ
れらにより従属的に決定され、独立に制御されていると
はいえない状態である。しかし今後デバイスの微細化が
進み、各種寸法が粒径の数倍というレベルになってくる
と、多結晶シリコン表面の均一性、平坦性が静電耐圧に
影響を及ぼすなど、電気特性的にも多結晶シリコンの粒
径、表面状態の制御は重要になり、独立した制御を行う
ことが必要になっている。
【0004】また多結晶シリコンまたはアモルファスシ
リコンの成膜時には、装置から有機物や金属の汚染が混
入する場合があり、これらの汚染物はデバイスの電気的
特性や結晶粒の成長に、悪影響を及ぼすことが知られて
いるが、一度膜中にとり込まれた汚染物は、薬液処理な
どで簡単に除去することはできないという問題点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように多結晶シ
リコンまたはアモルファスシリコンはその低抵抗化のた
め、リン、ボロン等の不純物を導入し、この拡散の目的
で熱処理を行う。結晶粒の成長という点では不純物濃
度、熱処理温度は共に高いほどよい。しかし、高温、高
濃度のもとでは不純物のゲ−ト酸化膜下への突き抜け
や、拡散層の拡がり、不必要な膜の変化や反応等の問題
がある。また、電気的特性の点から低温で行われ、濃度
にも最適値があるのが現状であり、結晶粒径はこれらに
より従属的に決定され、独立に制御されているとはいえ
ない状態である。さらに多結晶シリコンまたはアモルフ
ァスシリコンの成膜時には、装置から有機物や金属の汚
染が混入する場合があり、これらの汚染物はデバイスの
電気的特性や結晶粒の成長に、悪影響を及ぼすことが知
られている。
【0006】本発明ではこれら問題点を解決するため
に、多結晶シリコンの結晶粒径と多結晶シリコン中の不
純物濃度を、それぞれ独自に制御し、所望の結晶粒と不
純物濃度を得ることを目的とする。また、多結晶シリコ
ン中に取り込まれた有機物や金属の汚染を、同時に除去
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、多結晶シリコン膜またはアモルファスシリ
コン膜中に不純物を高濃度に導入し、熱拡散を行い、ま
ず所望の多結晶シリコンの結晶粒径を得る。この状態の
多結晶シリコン膜中の不純物濃度では、前記の問題点が
あるため、続いて膜中の不純物濃度の制御を行う。まず
多結晶シリコン膜表面に、高融点を有する金属シリサイ
ド膜を形成し、酸化雰囲気中で熱処理を行う。これによ
り前記多結晶シリコン膜中の不純物を、金属シリサイド
膜の不純物吸い出しの効果により、金属シリサイド膜中
に拡散させ、その後この不純物を含んだ金属シリサイド
膜を、エッチングにより除去することで、多結晶シリコ
ン膜中の不純物の制御、清浄化を行う。さらに、この吸
い出しによる効果で、多結晶シリコン膜またはアモルフ
ァスシリコン膜中に含まれる、装置による有機物や汚染
物も同時に取り除かれる。以上のように多結晶シリコン
の粒径を任意の大きさに成長させた後、上記の処理を行
うことにより、粒径と不純物濃度を独立して制御でき、
さらに、製造装置等による有機物、汚染物を除去するこ
とを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明により多結晶シリコン中のリン、ボロン
等の不純物濃度と結晶粒径が任意の組み合わせで得られ
るようになったため、デバイスによらず多結晶シリコン
の表面、界面状態を均一、平坦にすることができ、加工
精度が向上し、電気的特性のばらつきが大幅に低減す
る。また、有機系汚染や金属不純物の低減が図られたこ
とにより、結晶の異常成長がなくなり、結晶粒の均一性
が向上し、電気的特性の向上も実現できる。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を図1を用いて説明す
る。(a)に示すように半導体基板1上に所定の層が形
成され、その表面上より多結晶シリコン膜3をシリコン
酸化膜2上に化学的気相成長法により、620℃で0.
2μm成膜する。この場合、その粒径は0.1μm以下
となる。
【0010】続いて(b)に示すように900℃でオキ
シ塩化リンを源としたリン拡散を60分行い、多結晶シ
リコンの粒径を0.5〜0.6μmに成長させる。これ
により、所望の多結晶シリコンの粒径を得ることができ
る。この時点でのリンの濃度は、約5×1020atom
s/cm3 である。この後、多結晶シリコン上にタング
ステンシリサイド4(以下WSi)をスパッタ法で0.
2μm成膜し、続いて酸化雰囲気中で850℃、20分
の熱処理を行うと、WSi膜上に薄い酸化膜5が成長す
ると共に、多結晶シリコン中のリンがWSi膜中に拡散
し、粒径はほとんど変化しないまま、多結晶シリコン中
のリンの濃度は8×1019atoms/cm3 に低下す
る。これは金属シリサイド膜の不純物吸い出しの効果に
よるものである。上記WSiについては吸い出しの効果
を期待するため、最低限の膜厚として、0.05μm程
度が必要である。また、酸化雰囲気熱処理中の温度は多
結晶シリコンの粒径が上記の0.5〜0.6μm以上に
成長することがないよう、リン拡散での温度である90
0℃以下で行うのが望ましい。
【0011】リンが多結晶シリコン膜の領域より金属シ
リサイド膜へ移動した状態を示す図を図2(a)、
(b)に示す。は図2(a)はWSi成膜時、図2
(b)はWSi成膜後に熱処理を行った際のオ−ジェ電
子分光法による深さ方向元素プロファイルである。図2
においてはWSi膜、は多結晶シリコン膜、はシ
リコン酸化膜、はシリコン酸化膜の各領域であり、1
1はSi(シリコン)、12はW(タグステン)、13
はP(リン)、14はO(酸素)の各元素プロファイル
である。ここで(a)と(b)を比較してみるとWSi
成膜時には多結晶シリコン膜内に存在していたリン
が、熱処理後にはWSi膜内にそのほとんどが移動し
ていることが分かる。
【0012】続いて、(c)に示すように薄い酸化膜5
を弗素系ガスで、リンを含んだWSi膜4を塩素及び酸
素によるドライエッチングで、多結晶シリコン膜とそれ
ぞれ選択的に剥離すれば、大粒径、低濃度の所望の多結
晶シリコンを得ることができる。
【0013】本発明では、リンの拡散条件を変えること
により、多結晶シリコンの結晶粒径を多結晶シリコン膜
自体の膜厚により最大値の制限はあるものの、この膜の
範囲内で任意に成長させることができる。またその後に
成膜するWSi膜の膜厚、熱処理の温度及び時間を変え
ることにより、WSi中へのリンの拡散量をコントロ−
ルし、多結晶シリコン中のリンの濃度を任意の値に制御
することができる。さらにリンだけではなく、他の不純
物でも同様の吸い出し効果があり、P型多結晶シリコン
をつくるためのボロンのコントロ−ルにも使うことがで
きる。
【0014】多結晶シリコン上に成膜する膜の種類とし
ては、WSiだけでなく金属シリサイド膜、例えばモリ
ブデンシリサイド(MoSi)やチタンシリサイド(T
iSi)など高融点を有するシリサイドであれば、同様
の効果が期待でき、目的に応じて適切な膜を選択するこ
とができる。またその組成についても、剥離時に多結晶
シリコンとの選択性が得られるのであれば、必ずしも化
学量論比である必要はない。またアモルファスシリコン
膜を成膜して、多結晶に成長させ上記同様の実施を行う
ことも可能である。不純物の導入方法についても、上記
の方法の他にイオン打ち込み法と熱拡散等の不純物導入
方法によっても、本発明と同様の効果があり、不純物導
入方法によって本発明の効果が制限されることはない。
【0015】さらに本発明においては、多結晶シリコン
膜またはアモルファスシリコン膜内に不純物を拡散させ
る工程を行わず、多結晶シリコン膜またはアモルファス
シリコン膜内に不純物が拡散していない状態において、
その膜内の清浄化のみを目的として、上記同様の実施を
行った場合でも、多結晶シリコン膜またはアモルファス
シリコン膜内に取り込まれている製造装置等による有機
物、汚染物を金属シリサイド膜の働きによってこれらを
除去することができる。以上本発明においては、その技
術的趣旨を逸脱しない範囲で種々の実施が可能である。
【0016】
【発明の効果】本発明により多結晶シリコン中のリン、
ボロン等の不純物濃度と結晶粒径が任意の組み合わせで
得られるようになったため、デバイスによらず多結晶シ
リコンの表面、界面状態を均一、平坦にすることができ
加工精度が向上し、電気的特性のばらつきが大幅に低減
する。また、有機系汚染や金属不純物の低減が図られた
ことにより、結晶の異常成長がなくなり結晶粒の均一性
が向上し、電気的特性の向上がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明する断面図。
【図2】本発明の実施例を説明する説明図。
【符号の説明】 1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 多結晶シリコン膜 4 タングステンシリサイド 5 酸化膜 11 シリコンプロファイル 12 タグステンプロファイル 13 リンプロファイル 14 酸素プロファイル

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に熱処理により膜内に結晶
    が成長するシリコン膜を形成する工程と、 前記シリコン膜表面上に金属シリサイド膜を形成する工
    程と、 前記シリコン膜と前記金属シリサイド膜が形成された半
    導体基板を熱処理する工程と、 前記金属シリサイド膜を前記シリコン膜表面上より剥離
    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。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記シリコン膜表面上に金属シリサイド膜を形成する工
    程の前までに、前記シリコン膜内に所定の導電型を有す
    る不純物を拡散する工程が具備されていることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1、2記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記膜内に結晶が成長するシリコン膜が、多結晶シリコ
    ン膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1、2記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記膜内に結晶が成長するシリコン膜が、アモルファス
    シリコン膜であることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1、2記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記金属シリサイド膜が、タングステンシリサイド膜で
    あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP892094A 1994-01-31 1994-01-31 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH07221113A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6339010B2 (en) 1997-09-16 2002-01-15 President Of Tokyo University Of Agriculture & Technology Semiconductor element forming process having a step of separating film structure from substrate
US6448178B1 (en) 1999-03-24 2002-09-10 Tokyo Electron Limited Heat treating method for thin film and forming method for thin film
JP2003045880A (ja) * 2001-07-31 2003-02-14 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Cited By (4)

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KR100380512B1 (ko) * 1997-09-16 2003-08-19 도쿄 노코 다이가쿠 막구조를기체로부터박리하는공정을갖는반도체소자형성법
US6448178B1 (en) 1999-03-24 2002-09-10 Tokyo Electron Limited Heat treating method for thin film and forming method for thin film
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