JPH08330423A - 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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JPH08330423A JP13397095A JP13397095A JPH08330423A JP H08330423 A JPH08330423 A JP H08330423A JP 13397095 A JP13397095 A JP 13397095A JP 13397095 A JP13397095 A JP 13397095A JP H08330423 A JPH08330423 A JP H08330423A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、段差被覆性に優れ、かつ高速に成長
可能なシリコン膜の形成手段を提供する。 【構成】先ずシラン、又はジシランとホスフィンを含む
第1のガス系で第1のポリシリコン膜4を成膜する。次
にジクロロシランとホスフィンを含む第2のガス系によ
って第1のポリシリコン膜4の上に第2のポリシリコン
膜5を成膜する。第1のポリシリコン膜4によってジク
ロロシランの選択成長性の問題を回避し、段差被覆性に
優れるジクロロシランによる成膜を行うことで、コンタ
クトホール内に出来るボイドを最小限に抑えながら高速
でシリコン膜を成膜することを可能にする。

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の製造方法に
関し、特にCVD法による高速でのシリコン膜(ポリシ
リコン膜又はアモルファスシリコン膜)の形成方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、バッチ式の減圧気相成長(LP−
CVD)装置を用い、不純物として燐(P)を含むシリ
コン膜を100〜150枚の半導体ウェハー(以下単に
ウェハーという)に一度に形成する場合は、シラン(S
iH4 )とホスフィン(PH3)からなるガス系を用
い、圧力0.1〜1.0Torr,温度500〜580
℃の条件で行っていた。ここで比較的低温で成膜してい
るのは、より高い温度で成膜するとバッチ内でシリコン
膜中に含まれる燐の濃度の均一性が悪化してしまうから
である。この為、成長速度は数nm/min〜数十nm
/minと非常に遅くなる。これは、縦型の装置のスル
ープットが悪いという欠点を持つ半面、成長速度が遅い
ことで反応ガスが段部の隅々まで到達し、ほぼ100%
の段差被覆性が得られるという利点もある。
【0003】また近年半導体ウェハーの大口径化に伴
い、枚葉式LP−CVD装置が出現してきた。枚葉式で
は、バッチ式と異なり、その名の通り一枚一枚処理する
ので、スループットを向上させるには、高温、高速度で
成膜して、一枚あたりの処理時間を短くする必要がある
が、バッチ方式のように、バッチ内の燐濃度均一性を気
にする必要がないので、バッチ式よりも高温、高速度で
成膜することが可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のモノシ
ランやジシラン(Si2 6 )を用いたガス系で、開孔
部を有する絶縁膜上に高い成長速度(例えば650℃で
100nm/min以上)の成膜を行なった場合、段差
被覆性が悪くなり、図3に示すように、層間絶縁膜2に
形成したビアホール等の埋め込み時にシリコン膜6Aに
ボイド2が発生するという問題があった。ボイドは、エ
ッチバックによってプラグを形成する際、プラグ部分の
高抵抗化、接合リークの増大、信頼性の低下等により半
導体装置に悪影響を及ぼす。
【0005】これに対して、比較的高速で成膜しても段
差被覆性に優れるシリコンソースガスとして、ジクロロ
シラン(SiH2 Cl2 )が知られている。これまで、
ジクロシランは、700〜800℃でシリコン基板への
エピタキシャル成長などに用いられてきたが、成長する
下地の材質に依存して選択的に成長する傾向があり、半
導体装置で絶縁材として通常用いられる酸化膜上には成
長しにくい性質を持っている。無理に酸化膜上に成膜し
ようとすると、図4に示すように、たまたま形成された
核を中心にシリコン膜6Bの成長が起こるので、不均一
な異常成長となり、配線等の形成の為の酸化膜上へのブ
ランケット状の成膜は困難であった。
【0006】本発明の目的は、段差被覆性に優れ、かつ
高速にシリコン膜の形成が可能な半導体装置の製造方法
を提供することにある。
【0007】
【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、モノシラン又はジシランを含む第1のガス系
を用いるCVD法により半導体基板上に第1のシリコン
膜を形成する工程と、ジクロロシランを含む第2のガス
系を用いるCVD法により前記第1のシリコン膜上に第
2のシリコン膜を形成する工程とを含むことを特徴とす
るものである。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(a)〜(c)は本発明の一実施例を
説明する為の半導体チップの断面図であり、本発明を層
間絶縁膜に設けられたコンタクトホールの埋込みをポリ
シリコン膜で行った場合を示す。尚、成膜温度を低くす
ることによりアモルファスシリコン膜を形成することも
可能である。
【0009】まず図1(a)に示すように、拡散層等が
形成されたシリコン基板1上に酸化シリコン等からなる
厚さ1μmの層間絶縁膜2を形成する。次でこの層間絶
縁膜2をパターニングし直径0.3μm,深さ1μmの
コンタクトホール3を形成する。
【0010】次に図1(b)に示すように、枚葉型のL
P−CVD装置を用い第1のガス系として、シラン(又
はジシラン)100〜500sccm,水素ベース1%
のホスフィン10〜100sccm,成膜圧力5〜50
Torr,温度600℃の条件で第1のポリシリコン膜
4を膜厚10〜50nm成膜する。この時の成膜速度は
10〜50nm/minになるようにして比較的低速度
で成膜を行い、出来るだけオーバーハング形状にならな
いようにする。この第1のポリシリコン膜4は、次に成
膜する第2のポリシリコン膜5の下地となるものであ
る。この第1のポリシリコン膜4が必要な理由は、次の
ジクロロシランによる第2のポリシリコン膜5の成膜が
選択成長する性質があり、酸化膜上には成膜しにくい為
である。この第1のポリシリコン膜を設けることで、ジ
クロロシランによる酸化膜上へのブランケット状の成膜
が可能となる。
【0011】次に図1(c)に示すように、第2のガス
系としてジクロロシラン100〜500sccm,水素
ベース1%のホスフィン10〜100sccmに切り替
え、同一反応室で成膜圧力5〜50Torr,温度70
0〜750℃で第2のポリシリコン膜5を約200nm
の膜厚に成膜する。この時成膜速度は100〜200n
m/minになるようにする。
【0012】図2は成長圧力10Torr,水素ベース
1%のホスフィン流量20sccm,シラン(Si
4 ),ジシラン(Si2 6 )及びジクロロシラン
(SiH2Cl2 )の流量を400sccmに固定し、
成膜温度によって成膜速度を変化させた時の成膜速度
と、そのときの段差被覆性(100%に近い程段差被覆
性がよいことを示している。)をシランによる成膜とジ
クロロシランによる成膜についてプロット、比較したも
のである。
【0013】図2から分かるように、ジクロロシランに
よる成膜は同じ成長速度のシランによる成膜よりも段差
被覆性に優れるのでコンタクトホール内に出来るボイド
を最小限に抑えながら高速でポリシリコン膜を成膜する
ことが可能である。
【0014】このように本実施例によれば、下地依存性
の少いガス系で第1のポリシリコン膜4を酸化膜上に形
成できる為、この上に第2のポリシリコン膜5を厚く形
成することにより、酸化膜上に配線等を形成すること
も、又溝や開孔部を段差被覆性良く埋込むことができ
る。
【0015】尚、上記実施例では、同一反応室内で、ガ
ス系を切り替えて成膜を行っているが、反応室を複数設
け、第1のポリシリコン膜と、第2のポリシリコン膜を
別々の反応室で成膜しても良い。成膜する装置をこのよ
うな構成にすることで、全体のスループットを向上させ
ることが可能である。
【0016】ただし、第1のポリシリコン膜を成膜後、
第2のポリシリコン膜を形成する反応室へのウェハーの
移動を真空中または、窒素雰囲気で行い、大気又は酸化
性の雰囲気に曝さないように行う必要がある。これは、
第1のポリシリコン膜を成膜後大気に曝すると第1のポ
リシリコン膜の表面に、自然酸化膜が形成され、第2の
ポリシリコン膜を均一に形成出来なくなってしまう為で
ある。
【0017】又上記実施例では、不純物として5族元素
の燐をホスフィン(PH3 )を用いて導入しているが、
アルシン(AsH3 )を用いてもよく、3族元素のジボ
ラン(B2 6 )でも良い。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリコン
膜の成膜を2段階に分け、第1の成膜ではシラン等下地
依存性の少ないガス系を用いて薄く成膜し、その後第2
の成膜で段差被覆性の良いジクロロシランを用いて行な
うことで、段差被覆性に優れたシリコン膜を高速に成長
させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明する為の半導体チップ
の断面図。
【図2】段差被覆性と成膜速度との関係を示す図。
【図3】従来例を説明する為の半導体チップの断面図。
【図4】他の従来例を説明する為の半導体チップの断面
図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 層間絶縁膜 3 コンタクトホール 4 第1のポリシリコン膜 5 第2のポリシリコン膜 6A,6B シリコン膜 7 ボイド

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノシラン又はジシランを含む第1のガ
    ス系を用いるCVD法により半導体基板上に第1のシリ
    コン膜を形成する工程と、ジクロロシランを含む第2の
    ガス系を用いるCVD法により前記第1のシリコン膜上
    に第2のシリコン膜を形成する工程とを含むことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 同一の反応室中で第1のガス系と第2の
    ガス系を切り替えて第1のシリコン膜と第2のシリコン
    膜を形成する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 少くとも第2のガス系にはシリコン膜に
    導入する不純物として3族又は5族の元素のガスを含む
    請求項1又は請求項2記載の半導体装置の製造方法。
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