JPH07321044A - 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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JPH07321044A
JPH07321044A JP10636894A JP10636894A JPH07321044A JP H07321044 A JPH07321044 A JP H07321044A JP 10636894 A JP10636894 A JP 10636894A JP 10636894 A JP10636894 A JP 10636894A JP H07321044 A JPH07321044 A JP H07321044A
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JP
Japan
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thin film
silicon thin
doped silicon
semiconductor device
manufacturing
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JP10636894A
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English (en)
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Hiroshi Miyata
宏志 宮田
Atsuhiro Tsukune
敦弘 筑根
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート電極やキャパシタ電極などに用いる低
抵抗の多結晶シリコン薄膜を形成する半導体装置の製造
方法に関し、表面の平坦性に優れた低抵抗の多結晶シリ
コン薄膜を堆積することができる半導体装置の製造方法
を提供する。 【構成】 下地基板10上にリンを含有した多結晶シリ
コン薄膜16を形成する工程を含む半導体装置の製造方
法において、下地基板10上に、非晶質のノンドープシ
リコン薄膜12を堆積する工程と、ノンドープシリコン
薄膜12上に、リンを含有した非晶質のドープトシリコ
ン薄膜14を堆積する工程と、ノンドープシリコン薄膜
12及びドープトシリコン薄膜14を堆積した下地基板
10を熱処理し、ノンドープシリコン薄膜12及びドー
プトシリコン薄膜14を結晶化する工程とにより構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート電極やキャパシ
タ電極などに用いる低抵抗の多結晶シリコン薄膜を形成
する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化にともない配
線幅は狭くなり、配線層は薄膜化している。このため配
線層の電気抵抗は増加し、信号伝達遅延時間を増大する
一つの原因となっている。素子の電気抵抗に起因するこ
のような問題を改善するために、電極や配線材料にはよ
り電気抵抗の低い材料が求められている。現在のシリコ
ンデバイスにおける重要な配線材料の一つとして多結晶
シリコンが挙げられるが、多結晶シリコンにおいても同
様に低抵抗化する必要がある。
【0003】従来、多結晶シリコン薄膜を堆積するに
は、SiH4(シラン)等のシリコンの原料ガスと、P
3(フォスフィン)等のドーピングガスを用いた化学
気相成長(CVD)法が一般に用いられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体装置の製造方法では、不純物を高濃度に添加
した領域では形成した多結晶シリコン薄膜の表面が荒
れ、また、多結晶シリコン薄膜の比抵抗も十分に下がら
ないという問題があった。本発明の目的は、表面の平坦
性に優れた低抵抗の多結晶シリコン薄膜を堆積すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、下地基板上
にリンを含有した多結晶シリコン薄膜を形成する工程を
含む半導体装置の製造方法において、前記下地基板上
に、非晶質のノンドープシリコン薄膜を堆積する工程
と、前記ノンドープシリコン薄膜上に、リンを含有した
非晶質のドープトシリコン薄膜を堆積する工程と、前記
ノンドープシリコン薄膜及び前記ドープトシリコン薄膜
を堆積した前記下地基板を熱処理し、前記ノンドープシ
リコン薄膜及び前記ドープトシリコン薄膜を結晶化する
工程とを有することを特徴とした半導体装置の製造方法
により達成される。
【0006】また、上述した半導体装置の製造方法にお
いて、前記ノンドープシリコン薄膜の膜厚は5nm以下
であることを特徴とした半導体装置の製造方法により達
成される。また、上述した半導体装置の製造方法におい
て、前記ドープトシリコン薄膜に含有されるリンの密度
は1×1019cm-3以上であることを特徴とする半導体
装置の製造方法により達成される。
【0007】また、上述した半導体装置の製造方法にお
いて、前記ノンドープシリコン薄膜及び前記ドープトシ
リコン薄膜を結晶化する熱処理方法は、900℃以下の
温度における電気炉アニールであることを特徴とする半
導体装置の製造方法により達成される。また、上述した
半導体装置の製造方法において、前記ノンドープシリコ
ン薄膜及び前記ドープトシリコン薄膜を結晶化する熱処
理方法は、900℃以上の温度における短時間アニール
であることを特徴とする半導体装置の製造方法により達
成される。
【0008】
【作用】本発明によれば、ノンドープシリコン薄膜を堆
積後、連続してドープトシリコン薄膜を堆積することに
より、ドープトシリコン薄膜中に不純物を高濃度にドー
ピングする場合にも、PH3が基板に吸着して堆積表面
を覆う現象が発生しないので、比抵抗が低く、表面平坦
性に優れた多結晶シリコン薄膜を形成することができ
る。
【0009】
【実施例】本発明の実施例による半導体装置の製造方法
を図1乃至図5に示す。図1は本発明の実施例による半
導体装置の製造方法を示す工程図、図2は本発明の実施
例により形成されるシリコン薄膜の構成を示す図、図3
は堆積した多結晶シリコン薄膜における不純物濃度と比
抵抗の関係を示す図、図4及び図5は本発明の実施例に
より堆積した多結晶シリコン薄膜の表面をノマルスキー
微分干渉顕微鏡により観察した結果を示す図である。
【0010】まず、本実施例による半導体装置の製造方
法を説明する。本実施例は、ドープトシリコン薄膜を堆
積する前に、ノンドープシリコン薄膜を堆積することに
特徴がある。即ち、図1に示すようにステップS1にて
下地基板10を加熱した後、ステップS2にて膜厚約2
nmの非晶質のノンドープシリコン薄膜12を堆積し
た。ノンドープシリコン薄膜12は、シリコン源として
Si26(ジシラン)を20sccmの流量で、キャリ
アガスとしてH2を1slmの流量で流し、CVD法に
より堆積した。なお、基板温度は460℃、堆積速度は
10nm/minとした。
【0011】次いでステップS3にて、膜厚約100n
mのP(リン)をドープした非晶質のドープトシリコン
薄膜14を堆積する。ドープトシリコン薄膜14は、シ
リコン源としてSi26(ジシラン)を20sccmの
流量で、不純物源として20%PH3を1〜100sc
cmの流量で、キャリアガスとしてH2を1slmの流
量で流し、CVD法により堆積した。なお、基板温度は
460℃、堆積速度は10nm/minとした。
【0012】次いで、窒素雰囲気中で750℃30分間
の熱処理を行い、Pの活性化とシリコン薄膜の結晶化を
行った(ステップS4)。このようにして、下地基板1
0上に多結晶シリコン薄膜16を形成した(図2)。比
較例として、従来の方法により多結晶シリコン薄膜を形
成した。次に、比較例による多結晶シリコン薄膜の成膜
方法を説明する。
【0013】図1に示すように、ステップS1にて下地
基板10を加熱した後、ステップS2を行わず、ステッ
プS3にて非晶質のドープトシリコン薄膜14を堆積し
た。なお、成膜条件は上記実施例と同様である。次い
で、窒素雰囲気中で750℃30分間の熱処理を行い、
Pの活性化とシリコン薄膜の結晶化を行った(ステップ
S4)。このようにして、下地基板10上に多結晶シリ
コン薄膜16を形成した(図2)。
【0014】このようにして形成した多結晶シリコン薄
膜16の比抵抗と不純物濃度との関係を図3に示す。な
お、図中に示したSiバルクとは単結晶シリコン基板に
おける不純物濃度と比抵抗との関係を示したものであ
る。図3からわかるように、本実施例による多結晶シリ
コン薄膜16の比抵抗は、多結晶であるためにバルクシ
リコン中での比抵抗ほどには達しないものの、不純物濃
度が増加するにともなって減少し、約1×1021cmー3
の濃度では約0.6[mΩ−cm]まで低下した。ま
た、さらに不純物濃度が増加するとPは十分に活性化し
なくなり、多結晶シリコン薄膜16の比抵抗は増加し
た。
【0015】これに対し、比較例による多結晶シリコン
薄膜16の比抵抗は、不純物濃度に対して同様の傾向を
示すが、本発明の実施例に対して常に高い値を有し、約
1×1021cmー3の濃度における比抵抗は約0.9[m
Ω−cm]であった。図4及び図5には、実施例及び比
較例により堆積した多結晶シリコン薄膜16の表面状態
をそれぞれ示した。共に、図面左半分がシリコン酸化膜
上に成長した多結晶シリコン薄膜16表面を、右半分が
シリコン基板上に直に成長した多結晶シリコン薄膜16
表面を撮影したものである。
【0016】これらの図からわかるように、図5に示し
た比較例では表面に微小な凹凸があるのに対し、図4に
示した実施例ではこのような凹凸はほとんどみられな
い。このように、本実施例によれば、ノンドープシリコ
ン薄膜12を堆積後、連続してドープトシリコン薄膜1
4を堆積することにより、従来方法と比較して比抵抗が
低く、表面平坦性に優れた多結晶シリコン薄膜16を堆
積することができる。
【0017】本願発明者等は、上述した結果から次のよ
うに考察した。すなわち本実施例では、ノンドープシリ
コン薄膜12を堆積した後に連続してドープトシリコン
薄膜14を堆積するので、ドープトシリコン薄膜14中
に不純物を高濃度にドーピングした場合にも、PH3
基板に吸着して堆積表面を覆う現象が発生しないので、
良好な多結晶シリコン薄膜16の形成が可能となる。従
って平坦性に優れた低抵抗の多結晶シリコン薄膜16が
得られるものと考えられる。
【0018】なお、上記実施例において、堆積するシリ
コン薄膜の膜厚や堆積温度は本実施例に限られるもので
はない。例えば、堆積する際の基板温度は、シリコン薄
膜がアモルファス状態で堆積できればよいので、400
〜600℃程度の温度に設定することが望ましい。ま
た、ノンドープシリコン薄膜の膜厚は5nm以下である
ことが望ましい。
【0019】また、実施例と同様の効果を得るために
は、多結晶シリコン薄膜16中に含まれるリン濃度は1
×1019cm-3以上であることが望ましい。また、ノン
ドープシリコン薄膜及びドープトシリコン薄膜を結晶化
する際には、900℃以下の電気炉アニール、又は90
0℃以上の短時間アニールを用いることが望ましい。
【0020】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ノンドー
プシリコン薄膜を堆積後、連続してドープトシリコン薄
膜を堆積することにより、ドープトシリコン薄膜中に不
純物を高濃度にドーピングする場合にも、PH3が基板
に吸着して堆積表面を覆う現象が発生しないので、比抵
抗が低く、表面平坦性に優れた多結晶シリコン薄膜を形
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体装置の製造方法を
示す工程図である。
【図2】本発明の実施例により形成されるシリコン薄膜
の構成を示す図である。
【図3】堆積した多結晶シリコン薄膜における不純物濃
度と比抵抗の関係を示す図である。
【図4】本発明の実施例により形成した多結晶シリコン
薄膜の表面をノマルスキー微分干渉顕微鏡により観察し
た結果を示す図である。
【図5】従来の方法により形成した多結晶シリコン薄膜
の表面をノマルスキー微分干渉顕微鏡により観察した結
果を示す図である。
【符号の説明】
10…下地基板 12…ノンドープシリコン薄膜 14…ドープトシリコン薄膜 16…多結晶シリコン薄膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地基板上にリンを含有した多結晶シリ
    コン薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記下地基板上に、非晶質のノンドープシリコン薄膜を
    堆積する工程と、 前記ノンドープシリコン薄膜上に、リンを含有した非晶
    質のドープトシリコン薄膜を堆積する工程と、 前記ノンドープシリコン薄膜及び前記ドープトシリコン
    薄膜を堆積した前記下地基板を熱処理し、前記ノンドー
    プシリコン薄膜及び前記ドープトシリコン薄膜を結晶化
    する工程とを有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、 前記ノンドープシリコン薄膜の膜厚は5nm以下である
    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又は2記載の半導体装置の製造
    方法において、 前記ドープトシリコン薄膜に含有されるリンの密度は1
    ×1019cm-3以上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乃至3のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 前記ノンドープシリコン薄膜及び前記ドープトシリコン
    薄膜を結晶化する熱処理方法は、900℃以下の温度に
    おける電気炉アニール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乃至3のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 前記ノンドープシリコン薄膜及び前記ドープトシリコン
    薄膜を結晶化する熱処理方法は、900℃以上の温度に
    おける短時間アニールであることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
JP10636894A 1994-05-20 1994-05-20 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH07321044A (ja)

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Cited By (1)

* 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

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