JPH0969521A - Fabrication of semiconductor device - Google Patents

Fabrication of semiconductor device

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JPH0969521A
JPH0969521A JP22239095A JP22239095A JPH0969521A JP H0969521 A JPH0969521 A JP H0969521A JP 22239095 A JP22239095 A JP 22239095A JP 22239095 A JP22239095 A JP 22239095A JP H0969521 A JPH0969521 A JP H0969521A
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silicon film
amorphous silicon
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forming
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress depletion due to diffusion of impurities into adjacent silicide or segregation at the interface to an insulation film when doped silicon is crystallized through heat treatment. SOLUTION: When doped silicon is deposited, impurity concentration is increased in the region contiguous to silicide but it is decreased in the region contiguous to insulation film. Alternatively, a step for adsorbing oxygen by about 1nm at the part where the impurity concentration varies is inserted additionally. Consequently, the characteristics of element are prevented from deteriorating due to depletion caused by diffusion of impurities in doped silicon into a metal silicide or segregation at the interface to an insulation film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特にドープト多結晶シリコン膜、あるいはド
ープト多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜による積層
膜を配線または電極として用いた半導体装置の製造方法
に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device using a doped polycrystalline silicon film or a laminated film of a doped polycrystalline silicon film and a metal silicide film as a wiring or an electrode. .

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、不純物
を含んだリコン膜の形成工程は多岐に及んでいる。例え
ばDRAM(ダイナミック・ランダム・アクサス・メモ
リ)ではゲート電極、ビット配線、スタックト・キャパ
シタ等広範囲に用いられており、これらの不純物を含ん
だシリコン膜は単層の電極として、あるいは金属シリサ
イド膜との積層膜の電極として用いられている。これら
不純物を含んだシリコン膜の形成は従来より、いくつか
の方法がある。特に代表的なものとして減圧CVD法に
より不純物を意図的にドーピングしないアンドープト多
結晶シリコン膜を成長した後、オキシ三塩化リン等の不
純物中で熱処理をして固層拡散する方法や、イオン注入
技術を用いて不純物を打ち込む方法がある。あるいはア
ンドープト多結晶シリコン膜ではなく、減圧CVD法に
てそのまま不純物を含んだシリコン膜を通常のバッチ式
の減圧CVD装置を用いて形成する場合、多結晶相のシ
リコンが成膜されるような温度(600℃以上)では膜
厚や不純物濃度のウェーハ間の均一性が非常に悪いた
め、非晶質シリコンが成膜される温度(600℃以下)
で形成する方法が一般的である。非晶質シリコンにて成
膜する場合、800℃以上の熱が成膜した後加わること
によって結晶化し、導電体となる。前者のアンドープト
シリコン膜に不純物を導入する方法とドープトシリコン
膜を成膜する方法を比較すると、アンドープシリコン膜
に不純物を導入する方法は、不純物の導入が表面から行
われ、ドープトシリコン膜はドーピングを行ないながら
成膜するという点で異なる。近年の益々煩雑になってい
る半導体製造工程においては、工程数を少しでも減少さ
せる目的で、ドープトシリコン膜を形成する方法が主流
になりつつある。
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a semiconductor device, a process of forming a recon film containing impurities is diversified. For example, in a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a gate electrode, a bit wiring, a stacked capacitor and the like are widely used. A silicon film containing these impurities is used as a single-layer electrode or a metal silicide film. It is used as an electrode of a laminated film. There are several methods for forming a silicon film containing these impurities. A typical example is a method in which an undoped polycrystalline silicon film not intentionally doped with an impurity is grown by a low pressure CVD method, followed by heat treatment in an impurity such as phosphorus oxytrichloride to diffuse the solid layer, or an ion implantation technique. There is a method of implanting an impurity by using GaN. Alternatively, when forming a silicon film containing impurities as it is by a low-pressure CVD method instead of an undoped polycrystalline silicon film using a normal batch-type low-pressure CVD apparatus, a temperature at which polycrystalline silicon is formed. (600 ° C. or higher) is very poor in uniformity of the film thickness and impurity concentration between wafers, so that the temperature at which amorphous silicon is formed (600 ° C. or lower)
Is generally used. In the case of forming a film using amorphous silicon, the film is crystallized by applying heat of 800 ° C. or more after forming the film, and becomes a conductor. Comparing the former method of introducing an impurity into an undoped silicon film and the method of forming a doped silicon film, the method of introducing an impurity into an undoped silicon film shows that the impurity is introduced from the surface and the doped silicon film is Is different in that a film is formed while performing doping. In a semiconductor manufacturing process that has become increasingly complicated in recent years, a method of forming a doped silicon film is becoming mainstream in order to reduce the number of processes as much as possible.

【0003】以下に従来のドープトシリコン膜を用いた
DRAMの製造方法について説明する。
A conventional method of manufacturing a DRAM using a doped silicon film will be described below.

【0004】まず、図10(a)に示すように、所定の
素子分離領域11で区画された例えばP型シリコン基板
10の活性領域上に700〜900℃程度で熱酸化を行
ないゲート酸化膜12を形成した後、リン濃度1.5×
1020cm-3程度のドープト非晶質シリコン膜13を約
100nm成膜する。続いてスパッタ法を用いてタング
ステンシリサイド膜14を約100nm成膜する。ここ
でタングステンシリサイド膜14ヘリンが拡散し、ドー
プトシリコン膜中のリン濃度が低下することを補償する
目的でイオン注入技術を用いてウェーハ全面に5×10
19cm-2程度リンを打ち込むこともある。このとき注入
のエネルギーは30keV程度で、ドープト非晶質シリ
コン膜13とタングステンシリサイド膜14の界面にリ
ンが到達するようにする。
First, as shown in FIG. 10A, a gate oxide film 12 is thermally oxidized at about 700 to 900 ° C. on an active region of, for example, a P-type silicon substrate 10 partitioned by a predetermined element isolation region 11. Is formed, the phosphorus concentration is 1.5 ×
A doped amorphous silicon film 13 having a thickness of about 10 20 cm −3 is formed to a thickness of about 100 nm. Subsequently, a tungsten silicide film 14 having a thickness of about 100 nm is formed by using a sputtering method. Here, the tungsten silicide film 14 diffuses 5 × 10 5 over the entire surface of the wafer using an ion implantation technique in order to compensate for the decrease in the phosphorus concentration in the doped silicon film due to the diffusion.
Phosphorus may be implanted at about 19 cm -2 . At this time, the energy of the implantation is about 30 keV so that phosphorus reaches the interface between the doped amorphous silicon film 13 and the tungsten silicide film 14.

【0005】次にリソグラフィー技術とドライエッチン
グ技術を用いてタングステンシリサイド膜14とドープ
ト非晶質シリコン膜13の連続エッチングを行うことに
よって、図10(b)に示すように、ここでDRAMの
トランジスタのゲート電極パターン15(ワード線パタ
ーンを兼ねる)を形成する。次に、リン又はヒ素のイオ
ン注入を行いN型注入層16−1,16−2を形成す
る。
Next, by successively etching the tungsten silicide film 14 and the doped amorphous silicon film 13 using a lithography technique and a dry etching technique, as shown in FIG. A gate electrode pattern 15 (also serving as a word line pattern) is formed. Next, phosphorus or arsenic ions are implanted to form N-type implanted layers 16-1 and 16-2.

【0006】続いて図10(c)に示すように、層間絶
縁膜17としてリン−ボロンを含む酸化シリコン膜(B
PSG膜)を500nm程度成膜し、窒素雰囲気下で熱
処理をし、表面段差を低減させる。このときの熱処理に
おいて下のドープト非晶質シリコン膜13が結晶化して
ドープト多結晶シリコン膜13aとなり、ワード線を兼
ねるゲート電極が完成する。次にリソグラフィー技術と
ドライエッチング技術を用いて開口寸法350nmのコ
ンタクト孔18を開口する。次に再びリン濃度2×10
20cm-3程度のドープト非晶質シリコン膜19を100
nm成膜し、コンタクト孔18内部を埋め込む。この後
タングステンシリサイド膜20を100nm成膜し、再
び前述の条件でリンのイオンを注入する。続いてリソグ
ラフィー技術とドライエッチング技術を用いてタングス
テンシリサイド膜−ドープト非晶質シリコン膜をパター
ニングしてビット配線を形成する。次に、図11(a)
に示すように、層間絶縁膜21を形成し、熱処理による
平坦化を行ない、N型拡散層16−2aに達するコンタ
クト孔22を形成し、ドープト非晶質シリコン膜23を
堆積しパターニングし、図11(b)に示すように、キ
ャパシタ絶縁膜25を形成し、キャパシタのプレート電
極26を形成する。ドープト非晶質シリコン膜19は層
間絶縁膜21の平坦化の熱処理の際、ドープト非晶質シ
リコン膜23は容量絶縁膜形成工程の際、必然的に加わ
る熱によって結晶化し、ドープト多結晶シリコン膜19
a,スタック電極24となる。
Subsequently, as shown in FIG. 10C, a silicon oxide film (B
(PSG film) is formed to a thickness of about 500 nm, and is heat-treated in a nitrogen atmosphere to reduce the surface step. In the heat treatment at this time, the lower doped amorphous silicon film 13 is crystallized to become a doped polycrystalline silicon film 13a, and a gate electrode also serving as a word line is completed. Next, a contact hole 18 having an opening size of 350 nm is formed by using a lithography technique and a dry etching technique. Next, the phosphorus concentration was again 2 × 10
A doped amorphous silicon film 19 of about 20 cm -3
Then, the inside of the contact hole 18 is buried. Thereafter, a 100 nm-thick tungsten silicide film 20 is formed, and phosphorus ions are implanted again under the above-described conditions. Subsequently, the tungsten silicide film-doped amorphous silicon film is patterned using a lithography technique and a dry etching technique to form a bit wiring. Next, FIG.
As shown in FIG. 3, an interlayer insulating film 21 is formed, planarization is performed by heat treatment, a contact hole 22 reaching the N-type diffusion layer 16-2a is formed, and a doped amorphous silicon film 23 is deposited and patterned. As shown in FIG. 11B, a capacitor insulating film 25 is formed, and a plate electrode 26 of the capacitor is formed. The doped amorphous silicon film 19 is crystallized by the heat which is inevitably applied during the heat treatment for planarizing the interlayer insulating film 21 and the doped amorphous silicon film 23 is formed during the heat treatment for forming the capacitive insulating film. 19
a, the stack electrode 24 is formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
を用いたDRAMの製造工程、特にドープトシリコン膜
を用いた工程に関して、以下に示すような不具合点があ
った。
However, there are the following problems in the process of manufacturing a DRAM using the above-described conventional technology, particularly in the process using a doped silicon film.

【0008】まずゲート電極を形成する工程でドープト
シリコン膜中の不純物が必要な部分から不必要な部分に
拡散してしまうといった問題であった。即ちドープトシ
リコン膜中の不純物が、後の工程にて必然的に加わる熱
処理によってタングステンシリサイド膜中に拡散した
り、ドープトシリコン膜−ゲート絶縁膜界面に偏析して
しまったりするという問題である。
First, in the step of forming a gate electrode, there has been a problem that impurities in a doped silicon film diffuse from a necessary portion to an unnecessary portion. That is, there is a problem that impurities in the doped silicon film are diffused into the tungsten silicide film due to a heat treatment inevitably applied in a later step, or are segregated at the interface between the doped silicon film and the gate insulating film. .

【0009】タングステンシリサイドは不純物の固溶度
が大きく、このためドープトシリコン膜の不純物濃度が
低い場合、不純物が殆どタングステンシリサイド膜中に
吸収されてしまう。ドープトシリコン膜の不純物濃度が
低下するとゲート電極としてゲート酸化膜に面している
部分の空間電荷領域が広がってしまい、トランジスタの
特性を悪化させるという問題があるため、前述のように
不純物イオンを注入することによってこうしたタングス
テンシリサイド膜中への不純物の拡散を補償させてい
た。しかしイオン注入時のエネルギーによってドープト
シリコン膜の結晶格子が破壊されてしまうことから注入
後の不純物の深さ方向に分布が生じ、深い部分まで到達
したイオンについてはゲート電極下のゲート酸化膜に対
してダメージを与えてしまい、ゲート酸化膜の絶縁性を
劣化させてしまうという問題があった。
[0009] Tungsten silicide has a high solid solubility of impurities, so that when the impurity concentration of the doped silicon film is low, the impurities are almost absorbed into the tungsten silicide film. When the impurity concentration of the doped silicon film decreases, the space charge region of the portion facing the gate oxide film as a gate electrode expands, and there is a problem of deteriorating the characteristics of the transistor. The implantation compensates for the diffusion of impurities into the tungsten silicide film. However, since the crystal lattice of the doped silicon film is destroyed by the energy at the time of ion implantation, the impurity distribution after implantation is generated in the depth direction, and ions reaching the deep portion are deposited on the gate oxide film under the gate electrode. On the other hand, there is a problem in that the gate oxide film is damaged and the insulating property of the gate oxide film is deteriorated.

【0010】ことに最近の微細化するデバイスではその
加工上の問題からゲート電極部分の段差を低減させる必
要性が大きく、このためゲート電極がますます薄くなっ
ていることからイオン注入法によるドーピングは次第に
困難になっていた。
In particular, in recent miniaturized devices, there is a great need to reduce the level difference in the gate electrode portion due to processing problems, and the gate electrode is becoming increasingly thin. It was becoming increasingly difficult.

【0011】そこでドープトシリコン膜中の不純物濃度
をはじめから高くする方法も考えられる。しかし濃度の
高いドープト非晶質シリコン膜を熱処理すると酸化膜と
の界面で不純物の偏析が生じやすいという問題があっ
た。これはドープト非晶質シリコン膜が結晶化する際、
850℃以下の比較的低温の熱処理では結晶化の速度が
緩慢であり、シリコン原子同士が結合する間に不純物が
充分移動するため不純物原子が膜中から‘押し出され
る’ことによる。近年のデバイスにおいては素子の拡散
層領域を小さく抑える目的で、熱処理工程はますます低
温化されており、ドープトシリコンからの不純物の‘押
し出し’減少をいかに少なく抑えるかは重要になってい
た。
Therefore, a method of increasing the impurity concentration in the doped silicon film from the beginning can be considered. However, when the doped amorphous silicon film having a high concentration is heat-treated, there is a problem that segregation of impurities easily occurs at the interface with the oxide film. This is because when the doped amorphous silicon film is crystallized,
This is because heat treatment at a relatively low temperature of 850 ° C. or lower has a slow crystallization speed, and impurities are sufficiently moved while silicon atoms are bonded to each other, so that the impurity atoms are 'pushed out' from the film. In recent devices, the temperature of the heat treatment process has been increasingly reduced in order to keep the diffusion layer region of the device small, and it has become important to minimize the decrease in the "push-out" of impurities from doped silicon.

【0012】ゲート電極やビット配線層にみられるよう
な絶縁膜−ドープトシリコン−シリサイド構造の深さ方
向の不純物分布について具体的に説明する。図12,図
13は、酸化シリコン膜(絶縁膜)−リンドープシリコ
ン膜約100nm−タングステンシリサイド膜約100
nmという構造のリンドープシリコン膜中の深さ方向の
不純物分布を示したものである。
The impurity distribution in the depth direction of the insulating film-doped silicon-silicide structure as seen in the gate electrode and the bit wiring layer will be specifically described. 12 and 13 show a silicon oxide film (insulating film) -phosphorus-doped silicon film of about 100 nm-tungsten silicide film of about 100
FIG. 9 shows an impurity distribution in a depth direction in a phosphorus-doped silicon film having a structure of nm.

【0013】図12(a),(b)はドープトシリコン
のリン濃度が約8×1019cm-3の比較的低い濃度の場
合の成膜後と熱処理後の不純物の深さ方向の分布で、図
13(a),(b)はドープトシリコン膜中のリン濃度
が3×1020cm-3と濃いドープトシリコン膜のそれで
ある。各図おいて(a)が熱処理を行う前、即ち結晶化
前、(b)が熱処理後、即ち結晶化後を示す。それぞれ
の図をみると熱処理を行うとドープトシリコン膜のシリ
サイド近傍からリンが抜けてしまい濃度が低下するのが
わかる。特にもともとリン濃度の低いドープトシリコ膜
の場合はタングステンシリサイド膜界面のリンが大きく
減少していることがわかる。また酸化シリコン膜との界
面ではリンの偏析が起こっていることも確認される。リ
ン濃度が低い水準でもある程度は偏析は生じている。ゲ
ート電極にこうした構造を適用する場合、不純物の偏析
によって不純物が極端に濃い領域がある場合、後工程に
加わる熱処理によって2次再結晶が起こり、これによっ
てゲート酸化膜に局所的に大きなストレスを与え、絶縁
耐圧の低下を招く。図14に、ゲート酸化膜の耐圧不良
の相対頻度の一例を示す。耐圧不良の判定基準は電流密
度0.1mA/cm2 とした。電界強度4〜8MV/c
m付近のBモード不良が1〜2割程度存在している。
FIGS. 12 (a) and 12 (b) show the distribution of impurities in the depth direction after the film formation and after the heat treatment when the phosphorus concentration of the doped silicon is a relatively low concentration of about 8 × 10 19 cm −3. 13 (a) and 13 (b) are those of a doped silicon film having a high phosphorus concentration of 3 × 10 20 cm −3 in the doped silicon film. In each figure, (a) shows before heat treatment, that is, before crystallization, and (b) shows after heat treatment, that is, after crystallization. In each of the figures, it can be seen that when heat treatment is performed, phosphorus escapes from the vicinity of silicide in the doped silicon film, and the concentration decreases. In particular, it can be seen that the phosphorus content at the interface of the tungsten silicide film is greatly reduced in the case of a doped silico film that originally has a low phosphorus concentration. It is also confirmed that phosphorus is segregated at the interface with the silicon oxide film. Segregation occurs to some extent even at low phosphorus concentrations. When such a structure is applied to the gate electrode, if there is a region where the impurities are extremely concentrated due to the segregation of the impurities, a secondary recrystallization occurs due to the heat treatment that is performed in a subsequent process, which locally gives a large stress to the gate oxide film. This causes a decrease in withstand voltage. FIG. 14 shows an example of the relative frequency of the breakdown voltage failure of the gate oxide film. The current density was set to 0.1 mA / cm 2 as a criterion for the breakdown voltage failure. Electric field strength 4-8 MV / c
About 10 to 20% of B-mode defects exist around m.

【0014】またドープトシリコン膜からの不純物の偏
析の問題はゲート電極のみならず、コンタクトを有する
配線や電極、すなわちビット配線やスタック電極につい
てもみられていた。これはドープトシリコン膜形成後熱
処理中に不純物が押し出されることによって、コンタク
ト下の拡散層とコンタクトの間に不純物が偏析し、更に
熱処理を行うことによって偏析した不純物が基板中に拡
散してしまうという現象である。コンタクトを有するド
ープトシリコン膜の成長では、成長開始時の入炉の際に
必然的にシリコン基板表面に自然酸化膜が形成されてし
まう。このシリコン基板とドープトシリコン膜界面の自
然酸化膜層中にリンが偏析し、基板中への拡散源とな
る。図15に、リンドープシリコン膜とシリンコン基板
とのコンタクト部分におけるリン濃度の分布の一例を示
す。このようなリンの偏析、拡散により、コンタクト付
近のトランジスタのチャネル長を変化させたり、寄生ト
ランジスタのしきい値電圧を低下させたり等の素子への
悪影響を及ぼすといった深刻な問題があった。
Further, the problem of segregation of impurities from the doped silicon film has been observed not only in the gate electrode but also in a wiring or an electrode having a contact, that is, a bit wiring or a stack electrode. This is because the impurities are extruded during the heat treatment after the formation of the doped silicon film, so that the impurities are segregated between the diffusion layer under the contact and the contact, and the segregated impurities are diffused into the substrate by further performing the heat treatment. This is the phenomenon. In the growth of a doped silicon film having a contact, a natural oxide film is inevitably formed on the surface of the silicon substrate when entering the furnace at the start of growth. Phosphorus segregates in the natural oxide film layer at the interface between the silicon substrate and the doped silicon film, and serves as a diffusion source into the substrate. FIG. 15 shows an example of the phosphorus concentration distribution in the contact portion between the phosphorus-doped silicon film and the silicon substrate. Due to such segregation and diffusion of phosphorus, there is a serious problem such as a change in the channel length of the transistor near the contact, a reduction in the threshold voltage of the parasitic transistor, and other adverse effects on the device.

【0015】従って本発明の第1の目的は、ゲート絶縁
膜などの絶縁膜との界面や半導体基板とのコンタクト界
面に不純物が偏析するのを防止できるドープトシリコン
膜の形成方法を提供することにある。また、本発明の第
2の目的は、ドープトシリコン膜と金属シリサイド膜と
の2層膜を形成する際にドープトシリコン膜中の不純物
濃度の均一性を改善する方法を提供することにある。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a method for forming a doped silicon film capable of preventing impurities from segregating at an interface with an insulating film such as a gate insulating film or a contact interface with a semiconductor substrate. It is in. A second object of the present invention is to provide a method for improving the uniformity of the impurity concentration in a doped silicon film when forming a two-layer film of a doped silicon film and a metal silicide film. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明第1の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上の所定の絶縁膜を被覆して
アンドープト非晶質シリコン膜を形成する工程と、第1
のドープト非晶質シリコン膜を形成する工程と、熱処理
によって多結晶化する工程とを含むドープト多結晶シリ
コン膜の形成工程を備えるというものである。
A first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming an undoped amorphous silicon film by coating a predetermined insulating film on a semiconductor substrate,
The method includes the step of forming a doped amorphous silicon film, and the step of forming a doped polycrystalline silicon film including a step of polycrystallizing by heat treatment.

【0017】本発明第2の半導体装置の製造方法は、半
導体基板上の所定の絶縁膜を被覆してアンドープト非晶
質シリコン膜を形成する工程と、第1のドープト非晶質
シリコン膜を形成する工程と、前記第1のドープト非晶
質シリコン膜より高濃度の第2のドープト非晶質シリコ
ン膜を形成する工程と、金属シリサド膜を堆積する工程
と、熱処理によって非晶質シリコンを多結晶化する工程
とを含むドープト多結晶シリコン膜−金属シリサイド膜
の2層膜形成工程を備えるというものである。
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an undoped amorphous silicon film by covering a predetermined insulating film on a semiconductor substrate, and forming a first doped amorphous silicon film. A step of forming a second doped amorphous silicon film having a concentration higher than that of the first doped amorphous silicon film, a step of depositing a metal silicide film, and a heat treatment to increase the amount of amorphous silicon. And a step of forming a two-layer film of a doped polycrystalline silicon film-metal silicide film including a crystallization process.

【0018】第1,第2の半導体装置の製造方法におい
て、絶縁膜がゲート絶縁膜又は半導体基板の表面部に選
択的に形成された前記半導体基板の表面部と導電型を異
にする不純物拡散層に達するコンタクト孔を有する層間
絶縁膜とすることができる。又、減圧CVD法で非晶質
シリコン膜を形成することができる。その場合、成膜ガ
ス及び不純物ガスとしてそれぞれシランガス及びホスフ
ィンガスを使用することができる。更に、成膜ガス及び
不純物ガスの供給を中断して酸素ガスを供給して非晶質
シリコン膜に酸素を吸着させる工程を挿入し、それによ
ってドープト多結晶シリコン膜中の前記吸着部に対応す
る部分に不純物を偏析させるようにすることもでき、厚
さ0.5nm〜2nmの吸着層を形成するのがよい。
In the first and second semiconductor device manufacturing methods, an impurity diffusion having a conductivity type different from that of the surface portion of the semiconductor substrate in which an insulating film is selectively formed on the surface portion of the gate insulating film or the semiconductor substrate. An interlayer insulating film having a contact hole reaching the layer can be formed. Further, the amorphous silicon film can be formed by the low pressure CVD method. In that case, a silane gas and a phosphine gas can be used as a deposition gas and an impurity gas, respectively. Further, a step of interrupting the supply of the film-forming gas and the impurity gas and supplying the oxygen gas to adsorb oxygen to the amorphous silicon film is inserted, thereby corresponding to the adsorbed portion in the doped polycrystalline silicon film. It is also possible to segregate impurities in portions, and it is preferable to form an adsorption layer having a thickness of 0.5 nm to 2 nm.

【0019】最初にノンドープ非晶質シリコン膜を形成
するので、絶縁膜との界面への不純物の編析による不純
物濃度の異常上昇を緩和する。
Since the non-doped amorphous silicon film is formed first, an abnormal increase in impurity concentration due to the deposition of impurities on the interface with the insulating film is reduced.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】次に本発明の第1の実施の形態に
ついて説明する。本発明の第1の実施の形態はトランジ
スタのゲート電極のドープトシリコ膜−金属シリサイド
構造の形成方法に関する。まず従来の技術と同様にし
て、図10(a)に示すように素子分離領域11で区画
されたP型シリコン基板10の活性領域上に、酸化性雰
囲気下で熱処理を行うことによってゲート酸化膜12を
10nm程度形成する。次に減圧CVD装置を用いてリ
ンドープトシリコン膜を以下の要領で約100nm成長
する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described. The first embodiment of the present invention relates to a method for forming a doped silicon film-metal silicide structure of a gate electrode of a transistor. First, in the same manner as in the prior art, a gate oxide film is formed by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere on an active region of a P-type silicon substrate 10 partitioned by element isolation regions 11 as shown in FIG. 12 is formed to a thickness of about 10 nm. Next, a phosphorus-doped silicon film is grown to a thickness of about 100 nm using a low-pressure CVD apparatus in the following manner.

【0021】本発明の第1の実施の形態における非晶質
シリコン膜の形成時におけるシランガスとホスフィンガ
スの流量について示した成膜シーケンスを図1(a)に
示す。ここでシランガスは100%のものを使用し、ホ
スフィンガスは1%の窒素ベースのものを使用してい
る。成膜温度は530℃前後、成膜時圧力は2torr
前後の値を用いる。この条件で非晶質シリコン膜を成膜
した場合、成膜速度は膜のリン濃度にほとんど依存せ
ず、およそ2.4〜2.8nm/min程度で安定であ
る。
FIG. 1A shows a film forming sequence showing the flow rates of the silane gas and the phosphine gas at the time of forming the amorphous silicon film in the first embodiment of the present invention. Here, 100% silane gas is used, and 1% nitrogen-based phosphine gas is used. The film forming temperature is around 530 ° C., and the film forming pressure is 2 torr.
Use the values before and after. When the amorphous silicon film is formed under these conditions, the film formation rate hardly depends on the phosphorus concentration of the film, and is stable at about 2.4 to 2.8 nm / min.

【0022】まず成膜の初期段階でシランガスのみを使
用し3〜4分程度成膜を行なうことによって厚さ10n
m程度のノンドープト非晶質シリコン膜が形成される。
引き続きシランガスを流しながらホスフィンガスを徐々
に反応管内に導入し、5sccm/min程度の割合で
ホスフィンの流量を上昇させていく。ホスフィンガスの
流量が20sccm程度に達したらそのままの流量比で
20分程度そのままガスを流し続ける。こうして、厚さ
50nm程度のリン濃度約0.8×1020cm-3の低い
リン濃度の第1のドープト非晶質シリコン層が形成され
る。引き続き再びホフィンガスの流量を10sccm/
min程度の割合で100sccm程度まで増加させ、
シランの流量を40sccm/minの割合で800s
ccm程度まで減少させる。そのままの状態で10分程
度成膜を行うことで厚さ40nm程度の第2のドープト
非晶質シリコン膜を形成し、合計で約100nmの非晶
質シリコン膜が形成される。ホスフィン流量が100s
ccmに達した後のリン濃度は約3×1020cm-3と高
くなる。結局成膜した非晶質シリコン膜中のリン濃度は
図1(b)に示されるものとなる。
First, a film having a thickness of 10 n is formed by using only silane gas for about 3 to 4 minutes in an initial stage of film formation.
An about m non-doped amorphous silicon film is formed.
Subsequently, phosphine gas is gradually introduced into the reaction tube while flowing silane gas, and the flow rate of phosphine is increased at a rate of about 5 sccm / min. When the flow rate of the phosphine gas reaches about 20 sccm, the gas continues to flow for about 20 minutes at the same flow rate ratio. Thus, a first doped amorphous silicon layer having a thickness of about 50 nm and a low phosphorus concentration of about 0.8 × 10 20 cm −3 is formed. Subsequently, the flow rate of the phosphine gas is again set to 10 sccm /
increase to about 100sccm at a rate of about min,
The flow rate of silane was set at 40 sccm / min for 800 s.
Reduce to about ccm. By performing film formation for about 10 minutes as it is, a second doped amorphous silicon film having a thickness of about 40 nm is formed, and an amorphous silicon film having a total thickness of about 100 nm is formed. Phosphine flow rate 100s
After reaching ccm, the phosphorus concentration increases to about 3 × 10 20 cm −3 . After all, the phosphorus concentration in the formed amorphous silicon film is as shown in FIG.

【0023】非晶質シリコン膜(図10(a)の13に
対応)の成膜工程終了後はスパッタ技術を用いて従来例
と同様にタングステンシリサイド膜14を100nm程
度成膜し、リソグラフィー技術をドライエッチング技術
を用いてタングステンシリサイドとリンドープトシリコ
ンの積層構造の配線層をパターニングし、ゲート電極パ
ターン(ワード配線パターンを兼ねる)を形成する。ゲ
ート電極パターン形成後は層間絶縁膜17を形成し、リ
フローのための熱処理を加えた後、コンタクト孔を開口
し、ビット配線を形成し、更に層間絶縁膜を形成しキャ
パシタ電極部分を形成すればDRAMを得ることがでか
る。非晶質シリコン膜は、その後に行なわれる層間絶縁
膜のリフローやキャパシタ絶縁膜形成工程で850度程
度の熱処理が加わり、出来上がりの製品においてはリン
ドープト多結晶シリコン膜となっている。
After the step of forming the amorphous silicon film (corresponding to 13 in FIG. 10A) is completed, the tungsten silicide film 14 is formed to a thickness of about 100 nm by the sputtering technique as in the conventional example, and the lithography technique is used. A wiring layer having a laminated structure of tungsten silicide and phosphorus-doped silicon is patterned by using a dry etching technique to form a gate electrode pattern (also serving as a word wiring pattern). After the gate electrode pattern is formed, an interlayer insulating film 17 is formed, heat treatment for reflow is performed, a contact hole is opened, a bit wiring is formed, an interlayer insulating film is further formed, and a capacitor electrode portion is formed. A DRAM can be obtained. The amorphous silicon film is subjected to a heat treatment of about 850 ° C. in a subsequent step of reflowing the interlayer insulating film and forming the capacitor insulating film, and the finished product is a phosphorus-doped polycrystalline silicon film.

【0024】こうして成膜を行ったシリコン膜につい
て、成膜直後(非晶質シリコン膜)と製品出来上がり後
(多結晶シリコン膜)の深さ方向のリン濃度分布を図2
(a)及び図2(b)に示す。成膜直後には、ゲート酸
化膜に接した下の部分のリン濃度は極めて低く、タング
ステンシリサイド膜に接した上の部分のリン濃度は濃い
ものとなっている。したがってシリコン膜中のタングス
テンシリサイド膜に近い領域では、熱処理時にタングス
テンシリサイド膜中に拡散されるのに充分な量の不純物
が存在するため更にイオン注入法によって不純物を打ち
込む必要もなく、またゲート酸化膜に近い領域では不純
物量が極めて少ないためゲート酸化膜との界面に不純物
が偏析する量を低く抑えることができる。また成膜直後
の不純物分布は深さ方向に連続的に変化しているため熱
処理を加えた後ではその分布はほぼ均一なものとなる。
FIG. 2 shows the phosphorus concentration distribution in the depth direction of the silicon film thus formed immediately after the film formation (amorphous silicon film) and after the product is completed (polycrystalline silicon film).
It shows in (a) and FIG.2 (b). Immediately after the film formation, the portion under the gate oxide film has a very low phosphorus concentration, and the portion above the tungsten silicide film has a high phosphorus concentration. Therefore, in the region near the tungsten silicide film in the silicon film, there is a sufficient amount of impurities to be diffused into the tungsten silicide film during the heat treatment, so that it is not necessary to further implant the impurities by the ion implantation method, and the gate oxide film is also formed. Since the amount of impurities is extremely small in the region close to, the amount of impurities segregated at the interface with the gate oxide film can be suppressed low. Further, since the impurity distribution immediately after the film formation changes continuously in the depth direction, the distribution becomes almost uniform after the heat treatment.

【0025】実際に本発明の第1の実施の形態を用いて
製作したゲート電極はタングステンシリサイド中に不純
物が拡散することによる多結晶シリコン膜の高抵抗化が
起こらず、また不純物の偏析によるゲート酸化膜の劣化
を殆ど無くすることができる。図3にゲート酸化膜につ
いて0から10MV/cmの電界強度を所定時間加えた
際のウェーハあたりの耐圧不良の相対頻度を示す。なお
絶縁耐圧は0.1mA/cm2 の電流密度で判定した。
従来技術を用いたゲート電極の場合(図14)4〜8M
V/cm付近のBモード不良が1〜2割程度存在してい
る。これに対し本実施の形態を用いることにより、これ
らの不良率が半分以下に低減していることがわかる。こ
れは従来技術で用いていたイオン注入を用いていないこ
とと、ゲート酸化膜界面への不純物の偏析が減少してい
るためであり、本実施例によってゲート電極およびゲー
ト絶縁膜の特性を大幅に改善することができる。
In the gate electrode actually manufactured using the first embodiment of the present invention, the resistance of the polycrystalline silicon film does not increase due to the diffusion of impurities into tungsten silicide, and the gate due to the segregation of impurities does not occur. The deterioration of the oxide film can be almost eliminated. FIG. 3 shows the relative frequency of breakdown voltage failure per wafer when an electric field intensity of 0 to 10 MV / cm is applied to the gate oxide film for a predetermined time. The dielectric strength was determined at a current density of 0.1 mA / cm 2 .
Gate electrode using conventional technology (FIG. 14) 4 to 8M
About 20 to 20% of B-mode defects near V / cm exist. On the other hand, it can be seen that the use of the present embodiment has reduced these defective rates to less than half. This is because the ion implantation used in the prior art is not used, and the segregation of impurities at the gate oxide film interface is reduced. According to this embodiment, the characteristics of the gate electrode and the gate insulating film are greatly reduced. Can be improved.

【0026】次に本発明の第2の実施の形態について説
明する。まず従来技術及び第1の実施の形態と同様にし
て素子分離領域11を有するP型シリコン基板10を酸
化性雰囲気下で熱処理を行うことによって活性領域上に
ゲート酸化膜12を10nm程度形成する。次に減圧C
VD装置を用いて非晶質シリコン膜を以下の要領で約1
00nm成長する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, a gate oxide film 12 having a thickness of about 10 nm is formed on an active region by heat-treating a P-type silicon substrate 10 having an element isolation region 11 in an oxidizing atmosphere in the same manner as in the prior art and the first embodiment. Next, decompression C
Using a VD apparatus, an amorphous silicon film is reduced to about 1 in the following manner.
Grow by 00 nm.

【0027】非晶質シリコン膜の成長は温度530℃、
圧力1.8torrでガス流量のみ経時的に変化させ
る。ガス流量の時間的な変化の図を図4(a)に示す。
まず成膜の初期段階でシランガスのみを使用し3〜4分
程度成膜を行なうことによって厚さ10nm程度のノン
ドープト非晶質シリコン膜が形成される。引き続きシラ
ンガスを流しながらホスフィンガスを徐々に反応管内に
導入し、5sccm/min程度の割合でホスフィンの
流量を上昇させていく。ホスフィンの流量が20scc
m程度になったらそのままの状態で一旦シランおよびホ
スフィンガスの供給を止め、1%窒素希釈した酸素を反
応炉内に15sccm導入し、5分程度晒す。ここでリ
ンドープト非晶質シリンコン膜表面に酸素の吸着層が約
1nm程度形成される。次に再びシランおよびホスィン
ガスを供給し、20分程度元のガス流量で成膜を継続す
る。続いて再度シランおよびホスフィンガスの供給を止
め、1%窒素希釈した酸素を反応炉内に15sccm導
入し、5分程度晒した後、今度はシランを800scc
m、ホスフィンを100sccm導入し15分程度高い
リン濃度のリンドープト非晶質シリコン膜を形成する。
結局非晶質シリコン膜の成膜直後のリン濃度分布は図4
(b)に示されるようになる。
The growth of the amorphous silicon film is performed at a temperature of 530 ° C.
At a pressure of 1.8 torr, only the gas flow rate is changed over time. FIG. 4 (a) shows a diagram of a temporal change of the gas flow rate.
First, a non-doped amorphous silicon film having a thickness of about 10 nm is formed by performing film formation for 3 to 4 minutes using only silane gas in the initial stage of film formation. Subsequently, phosphine gas is gradually introduced into the reaction tube while flowing silane gas, and the flow rate of phosphine is increased at a rate of about 5 sccm / min. Phosphine flow rate 20 scc
When the pressure reaches about m, the supply of the silane and phosphine gas is temporarily stopped in this state, and oxygen diluted with 1% nitrogen is introduced into the reaction furnace at 15 sccm and exposed for about 5 minutes. Here, an oxygen adsorption layer of about 1 nm is formed on the surface of the phosphorus-doped amorphous silicon film. Next, silane and phosphine gases are supplied again, and film formation is continued at the original gas flow rate for about 20 minutes. Subsequently, the supply of silane and phosphine gas was stopped again, oxygen diluted with 1% nitrogen was introduced into the reaction furnace at 15 sccm, and exposed for about 5 minutes.
m and phosphine are introduced at 100 sccm to form a phosphorus-doped amorphous silicon film having a high phosphorus concentration for about 15 minutes.
After all, the phosphorus concentration distribution immediately after the formation of the amorphous silicon film is shown in FIG.
As shown in FIG.

【0028】こうして非晶質シリコン膜を成膜した後、
スパッタ法等を用いてタングステンシリサイド膜を10
0nm成膜し、リソグラフィー技術とドライエッチング
技術を用いてゲート電極パターンを形成する。その後は
層間絶縁膜を形成し、リフローのための熱処理を加えた
後、コンタクト孔を開口し、ビット配線を形成し、更に
層間絶縁膜を形成し容量電極部分を形成する。
After the formation of the amorphous silicon film,
Tungsten silicide film is formed by sputtering
A film having a thickness of 0 nm is formed, and a gate electrode pattern is formed by using a lithography technique and a dry etching technique. After that, an interlayer insulating film is formed, and after a heat treatment for reflow is performed, a contact hole is opened, a bit wiring is formed, a further interlayer insulating film is formed, and a capacitor electrode portion is formed.

【0029】本実施例を用いたゲート電極用のシリコン
膜の深さ方向の不純物分布を成膜直後と熱処理を経て出
来上がったもので比較したのが図5(a)と図5(b)
である。この図をみると成膜直後は途中酸化性雰囲気で
晒すことによる酸素吸着層に対応する部分近傍で不純物
の偏析がそれぞれ生じることがわかる。また一方本発明
の第1の実施の形態に比べて下のゲート酸化膜との界面
に偏析している不純物の量は著しく減少していることが
わかる。これは即ち熱処理時、膜中の酸素吸着層が変化
した恐らくはシリコン酸化物を含む層に不純物が捕獲さ
れていることによってゲート酸化膜界面に到達する不純
物量が減少していることを示している。
FIGS. 5A and 5B show a comparison of the impurity distribution in the depth direction of the silicon film for the gate electrode using the present embodiment between the film formed immediately after the film formation and the film formed after the heat treatment.
It is. From this figure, it can be seen that immediately after the film formation, segregation of impurities occurs in the vicinity of the portion corresponding to the oxygen adsorption layer due to exposure in an oxidizing atmosphere during the process. On the other hand, it can be seen that the amount of impurities segregated at the interface with the underlying gate oxide film is significantly reduced as compared with the first embodiment of the present invention. This indicates that during the heat treatment, the amount of impurities reaching the gate oxide film interface has decreased due to the change in the oxygen-adsorbed layer in the film, possibly due to the trapping of impurities in the layer containing silicon oxide. .

【0030】こうして形成したリンドープト多結晶シリ
コン膜を用いて作製したゲート電極下のゲート酸化膜の
耐圧不良の相対頻度を図6に示す。これをみると従来存
在したBモード不良が殆ど見られなくなっていることが
わかる。これは従来技術で用いたイオン注入を用いてい
ないことと、不純物の偏析が殆どなくなっているためで
ある。なお途中の吸着層は1nm前後という極めて薄い
もののため、僅かに抵抗率が増加してしまう程度で、上
下の層を絶縁してキャパシタを形成してしまうようなこ
とはない。このように本発明の第2の実施の形態をもち
いた場合、第1の実施の形態に比べ成膜時のガス系が増
加するが、不純物の偏析を抑制することに対しては第1
の実施の形態に優るという利点を有している。
FIG. 6 shows the relative frequency of breakdown voltage failure of the gate oxide film under the gate electrode formed by using the phosphorus-doped polycrystalline silicon film thus formed. From this, it can be seen that the conventional B-mode failure has hardly been seen. This is because the ion implantation used in the prior art is not used, and the segregation of impurities is almost eliminated. Since the adsorbing layer in the middle is as thin as about 1 nm, the resistivity is slightly increased, and the capacitor is not formed by insulating the upper and lower layers. As described above, when the second embodiment of the present invention is used, the gas system at the time of film formation increases as compared with the first embodiment, but the first method is used to suppress the segregation of impurities.
There is an advantage that the present embodiment is superior to the embodiment.

【0031】次に本発明の第3の実施の形態に関して説
明する。本実施例は本発明のドープトシリコン膜の成長
方法をDRAM等におけるスタック型の容量下部電極の
形成に用いた場合のものである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a method for growing a doped silicon film according to the present invention is used for forming a stacked capacitor lower electrode in a DRAM or the like.

【0032】図10(a)〜図11(a)のコンタクト
孔22の形成までは、従来技術もしくは第1又は第2の
実施の形態のいずれかと同様である。
The steps up to the formation of the contact hole 22 in FIGS. 10A to 11A are the same as those in the prior art or the first or second embodiment.

【0033】続いて本発明の主要部分である不純物を含
んだシリコン膜の形成工程を行う。図7(a)に示すシ
ーケンスを用い、リンを不純物として有するシリコン膜
を堆積する。まず100%のシランを用いて不純物を含
まないノンドープト非晶質シリコン膜を5分間程度堆積
し、引き続いて1%のホスフィンを反応管内に徐々に導
入し、約20sccm程度の流量となった所で約2時間
成膜を行い、ホスフィンガスの流量を一定とするもので
ある。
Subsequently, a step of forming a silicon film containing impurities, which is a main part of the present invention, is performed. Using the sequence shown in FIG. 7A, a silicon film having phosphorus as an impurity is deposited. First, a non-doped amorphous silicon film containing no impurities is deposited for about 5 minutes using 100% silane, and then 1% phosphine is gradually introduced into the reaction tube to obtain a flow rate of about 20 sccm. The film is formed for about 2 hours, and the flow rate of the phosphine gas is kept constant.

【0034】成膜直後のリン濃度の深さ方向の分布を図
7(b)に示す。本実施の形態のシリンコン膜の成長方
法を行うことによって、成膜後の状態では、コンタクト
に接続された部分で約10〜15nmのノンドープト非
晶質シリコン膜を形成後にドープト非晶質シリコン膜を
形成し、全体で約300nmのシリコン膜を形成する。
FIG. 7B shows the distribution of the phosphorus concentration in the depth direction immediately after the film formation. By performing the method for growing a sircon film of the present embodiment, in the state after film formation, a doped amorphous silicon film is formed after forming a non-doped amorphous silicon film of about 10 to 15 nm in a portion connected to a contact. Then, a silicon film having a thickness of about 300 nm is formed.

【0035】非晶質シリコン膜形成後はスタック電極パ
ターンを形成し、約800℃、0.3torrにてジク
ロロシランとアンモニアの混合雰囲気中にて処理するこ
とで窒化シリコン膜(キャパシタ絶縁膜)を約5nm形
成する。窒化シリコン膜の形成後は再びドープトシリコ
ン膜を約150nm形成する。
After the formation of the amorphous silicon film, a stack electrode pattern is formed, and the silicon nitride film (capacitor insulating film) is processed at about 800 ° C. and 0.3 torr in a mixed atmosphere of dichlorosilane and ammonia. About 5 nm is formed. After forming the silicon nitride film, a doped silicon film is formed again to a thickness of about 150 nm.

【0036】本実施の形態で非晶質シリコン膜は窒化シ
リコン膜形成時の800℃程度の温度で容易に結晶化す
る。また結晶化の際に不純物であるリンの拡散が生じ
る。最終的なドープト多結晶シリコン膜とN型拡散層1
6−2a界面における不純物の深さ方向の分布を図8に
示す。従来のPドープトシリコン膜を用いた場合の深さ
方向の不純物分布を示す図15と比較すると、本実施の
形態を用いた場合は従来より不純物の偏析量が大きく抑
えられ、そのため基板中への不純物の拡散距離が小さく
なっていることがわかる。この結果、不純物濃度分布の
変化に起因する従来に生じていたような素子の特性劣化
を大きく抑制される。
In this embodiment, the amorphous silicon film is easily crystallized at a temperature of about 800 ° C. when forming the silicon nitride film. At the time of crystallization, diffusion of phosphorus as an impurity occurs. Final doped polycrystalline silicon film and N-type diffusion layer 1
FIG. 8 shows the distribution of impurities in the depth direction at the 6-2a interface. Compared with FIG. 15 showing the impurity distribution in the depth direction when a conventional P-doped silicon film is used, the segregation amount of impurities is significantly suppressed in the case of using this embodiment compared to the conventional case, and It can be seen that the diffusion distance of the impurity is small. As a result, the characteristic deterioration of the element, which has conventionally occurred due to the change in the impurity concentration distribution, is greatly suppressed.

【0037】また本実施の形態において、第2の実施の
形態と同様に、成膜途中に酸素を吸着させる工程を挿入
することもできる。不純物濃度の高い非晶質シリコン膜
や後工程の熱処理温度が高い場合、第3の実施の形態で
は不純物の拡散防止の効果が不十分であるが、図9に示
すように、アンドープト非晶シリコン膜−ドープト非晶
質シリコン膜界面から10〜50nm程度離れた付近に
1〜2層の吸着層を導入することによって、より大きな
不純物拡散の防止効果を得ることができる。
In this embodiment, a step of adsorbing oxygen during the film formation can be inserted as in the second embodiment. In the case of an amorphous silicon film having a high impurity concentration or a high heat treatment temperature in the post-process, the effect of preventing the diffusion of the impurities is insufficient in the third embodiment. However, as shown in FIG. By introducing one or two adsorption layers in the vicinity of about 10 to 50 nm away from the interface between the film and the doped amorphous silicon film, a greater effect of preventing impurity diffusion can be obtained.

【0038】以上、ドープト多結晶シリコン膜−タング
ステンシリサイド膜をゲートに使用する場合について説
明したが、ビット配線などの配線として使用する場合に
本発明を適用することができる。又、ドープト多結晶シ
リコン膜をキャパシタの下部電極に使用する場合につい
て説明したが、ゲート電極等の配線として使用する場合
にも適用することができる。
Although the case where the doped polycrystalline silicon film-tungsten silicide film is used for the gate has been described above, the present invention can be applied to the case where it is used as a wiring such as a bit wiring. Also, the case where the doped polycrystalline silicon film is used for the lower electrode of the capacitor has been described, but the present invention can be applied to the case where it is used as a wiring such as a gate electrode.

【0039】更に、シリコン膜にリンをドーピングする
場合についてのべたが、不純物は特にリンに限定される
ことは無く、砒素やアンチモンのn型不純物は勿論、ボ
ロン等のp型不純物を含むドープトシリコンについても
そのまま適用可能である。
Further, the case where the silicon film is doped with phosphorus has been described. However, the impurity is not particularly limited to phosphorus, and is not limited to n-type impurities such as arsenic and antimony, but also p-type impurities such as boron. The same applies to silicon.

【0040】また更に、金属シリサイドについてもタン
グステンシリサイドのみならず、チタンシリサイド、モ
リブデンシリサイド等の他の金属シリサイドについても
本発明は適用可能である。
Further, the present invention can be applied to not only tungsten silicide but also other metal silicides such as titanium silicide and molybdenum silicide.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、絶縁膜上
にまずアンドープト非晶質シリコン膜を堆積した後ドー
プト非晶質シリコン膜を堆積し、その後熱処理を行なっ
て多結晶化するので、絶縁膜との界面もしくは絶縁膜に
設けられたコンタクト孔部で接触する半導体基板との界
面付近の不純物の偏析が抑制され、素子特性への悪影響
を防止できる効果がある。ドープト多結晶シリコン膜と
金属シリサイド膜の2層膜を形成する場合には、金属シ
リサイド膜側に高濃度のドープト非晶質シリコン膜を形
成すれば、熱処理後の多結晶シリコン膜中の不純物濃度
が金属シリサイド膜側で他の部分より低くなって高抵抗
となるのを防止できる。更に、非晶質シリコン膜の成膜
を中断して酸素を吸着させる工程を挿入することによっ
て、不純物を多結晶シリコン膜中の吸着部に対応する部
分に偏析させることによって好ましくない拡散を抑制で
きるので一層大きな効果が得られる。
As described above, according to the present invention, first, an undoped amorphous silicon film is deposited on an insulating film, then a doped amorphous silicon film is deposited, and then a heat treatment is performed to polycrystallize the film. The segregation of impurities near the interface with the insulating film or near the interface with the semiconductor substrate that is in contact with the contact hole provided in the insulating film is suppressed, which has the effect of preventing adverse effects on device characteristics. In the case of forming a two-layer film of a doped polycrystalline silicon film and a metal silicide film, forming a high-concentration doped amorphous silicon film on the metal silicide film side allows the impurity concentration in the polycrystalline silicon film after the heat treatment to be increased. Can be prevented from becoming lower than other portions on the metal silicide film side and increasing the resistance. Further, by inserting a step of adsorbing oxygen by interrupting the formation of the amorphous silicon film, undesired diffusion can be suppressed by segregating impurities to a portion corresponding to the adsorbed portion in the polycrystalline silicon film. Therefore, a greater effect can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態における成膜ガス及
び不純物ガスの流量変化を示すグラフ(図1(a))及
び成膜時のリン濃度分布を示すグラフ(図1(b))で
ある。
FIG. 1 is a graph showing a change in the flow rate of a film forming gas and an impurity gas according to a first embodiment of the present invention (FIG. 1A) and a graph showing a phosphorus concentration distribution during film formation (FIG. 1B). ).

【図2】第1の実施の形態における非晶質シリコン膜中
のリン濃度分布を示すグラフ(図2(a))及び多結晶
シリコン膜中のリン濃度分布を示すグラフ(図2
(b))である。
FIG. 2 is a graph showing a phosphorus concentration distribution in an amorphous silicon film (FIG. 2A) and a graph showing a phosphorus concentration distribution in a polycrystalline silicon film in the first embodiment (FIG. 2).
(B)).

【図3】第1の実施の形態によるゲートの耐圧不良の相
対頻度を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relative frequency of breakdown voltage failure of the gate according to the first embodiment.

【図4】本発明の第2の実施の形態におけるガスの流量
変化を示すグラフ(図4(a))及び成膜時のリン濃度
分布を示すグラフ(図4(a))である。
FIG. 4 is a graph showing a change in gas flow rate (FIG. 4A) and a graph showing a phosphorus concentration distribution during film formation (FIG. 4A) in the second embodiment of the present invention.

【図5】第2の実施の形態における非晶質シリコン膜中
のリン濃度分布を示すグラフ(図5(a))及び多結晶
シリコン膜中の濃度分布を示すグラフ(図5(b))で
ある。
FIG. 5 is a graph showing a phosphorus concentration distribution in an amorphous silicon film in the second embodiment (FIG. 5A) and a graph showing a concentration distribution in a polycrystalline silicon film (FIG. 5B). It is.

【図6】第2の実施の形態によるゲートの耐圧不良の相
対不良の相対頻度を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relative frequency of a relative failure of a gate withstand voltage failure according to the second embodiment.

【図7】本発明の第3の実施の形態における成膜ガス及
び不純物ガスの流量変化を示すグラフ(図7(a))及
び成膜時のリン濃度分布を示すグラフ(図7(b))で
ある。
FIG. 7 is a graph (FIG. 7A) showing a change in the flow rate of a film forming gas and an impurity gas and a graph showing a phosphorus concentration distribution at the time of film forming (FIG. 7 (B)) in a third embodiment of the present invention. ).

【図8】第3の実施の形態におけるコンタクト部近傍の
リン濃度分布を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a phosphorus concentration distribution near a contact portion according to a third embodiment.

【図9】第3の実施の形態の変形を説明するためのガス
の流量変化を示すグラフ(図9(a))及び成膜中の不
純物濃度分布を示すグラフ(図9(b))である。
FIGS. 9A and 9B are a graph showing a change in gas flow rate (FIG. 9A) and a graph showing an impurity concentration distribution during film formation (FIG. 9B) for explaining a modification of the third embodiment; is there.

【図10】DRAMの製造方法について説明するための
(a)〜(c)に分図して示す工程順断面図である。
FIGS. 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a DRAM in the order of steps shown in FIGS.

【図11】図10に続いて(a),(b)に分図して示
す工程順断面図である。
FIG. 11 is a sectional view in order of the processes, which is divided into (a) and (b) subsequent to FIG. 10;

【図12】従来の技術によるシリコン膜中の成膜直後の
リン濃度分布の一例を示すグラフ(図12(a))及び
熱処理後のリン濃度分布の一例を示すグラフ(図12
(b))である。
FIG. 12 is a graph showing an example of a phosphorus concentration distribution immediately after film formation in a silicon film by a conventional technique (FIG. 12A) and a graph showing an example of a phosphorus concentration distribution after heat treatment (FIG. 12).
(B)).

【図13】従来の技術によるシリコン膜中の成膜直後の
リン濃度分布の他の例を示すグラフ(図13(a))及
び熱処理後のリン濃度分布の他の例を示すグラフ(図1
3(b))である。
FIG. 13 is a graph showing another example of the phosphorus concentration distribution immediately after the film formation in the silicon film according to the conventional technique (FIG. 13A) and another example of the phosphorus concentration distribution after the heat treatment (FIG. 1).
3 (b)).

【図14】従来の技術によるゲートの耐圧不良の相対頻
度を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relative frequency of breakdown voltage failure of a gate according to a conventional technique.

【図15】従来の技術によるコンタクト部近傍のリン濃
度分布を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a phosphorus concentration distribution near a contact portion according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 P型シリコン基板 11 素子分離領域 12 ゲート酸化膜 13 ドープト非晶質シリコン膜 14 タングステンシリサイド膜 15 ゲート電極パターン 16−1,16−2 N型注入層 17 層間絶縁膜 18 コンタクト孔 19 ドープト非晶質シリコン膜 20 タングステンシリサイド膜 21 層間絶縁膜 22 コンタクト孔 23 ドープトシリコン膜 24 アタック電極 25 キャパシタ絶縁膜 26 プレート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 P-type silicon substrate 11 Element isolation region 12 Gate oxide film 13 Doped amorphous silicon film 14 Tungsten silicide film 15 Gate electrode pattern 16-1, 16-2 N-type injection layer 17 Interlayer insulating film 18 Contact hole 19 Doped amorphous Porous silicon film 20 tungsten silicide film 21 interlayer insulating film 22 contact hole 23 doped silicon film 24 attack electrode 25 capacitor insulating film 26 plate electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の所定の絶縁膜を被覆して
アンドープト非晶質シリコン膜を形成する工程と、第1
のドープト非晶質シリコン膜を形成する工程と、熱処理
によって多結晶化する工程とを含むドープト多結晶シリ
コン膜の形成工程を備えることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
1. A step of covering a predetermined insulating film on a semiconductor substrate to form an undoped amorphous silicon film, and a first step.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a doped amorphous silicon film, and a step of forming a doped polycrystalline silicon film by heat treatment.
【請求項2】 半導体基板上の所定の絶縁膜を被覆して
アンドープト非晶質シリコン膜を形成する工程と、第1
のドープト非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記第
1のドープト非晶質シリコン膜より高濃度の第2のドー
プト非晶質シリコン膜を形成する工程と、金属シリサド
膜を堆積する工程と、熱処理によって非晶質シリコンを
多結晶化する工程とを含むドープト多結晶シリコン膜−
金属シリサイド膜の2層膜形成工程を備えることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming an undoped amorphous silicon film by covering a predetermined insulating film on a semiconductor substrate, and a first step.
Forming a doped amorphous silicon film, forming a second doped amorphous silicon film having a higher concentration than the first doped amorphous silicon film, and depositing a metal silicide film. A doped polycrystalline silicon film including a step of polycrystallizing amorphous silicon by heat treatment,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a two-layer film of a metal silicide film.
【請求項3】 絶縁膜がゲート絶縁膜又は半導体基板の
表面部に選択的に形成された前記半導体基板の表面部と
導電型を異にする不純物拡散層に達するコンタクト孔を
有する層間絶縁膜である請求項1又は2記載の半導体装
置の製造方法。
3. An interlayer insulating film having a contact hole reaching an impurity diffusion layer having a different conductivity type from a surface portion of the semiconductor substrate, wherein the insulating film is selectively formed on a surface portion of the semiconductor substrate. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2.
【請求項4】 減圧CVD法で非晶質シリコン膜を形成
する請求項1,2又は3記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the amorphous silicon film is formed by a low pressure CVD method.
【請求項5】 成膜ガス及び不純物ガスとしてそれぞれ
シランガス及びホスフィンガスを使用する請求項4記載
の半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a silane gas and a phosphine gas are used as a film forming gas and an impurity gas, respectively.
【請求項6】 成膜ガス及び不純物ガスの供給を中断し
て酸素ガスを供給して非晶質シリコン膜に酸素を吸着さ
せる工程を挿入し、それによってドープト多結晶シリコ
ン膜中の前記吸着部に対応する部分に不純物を偏析させ
るようにする請求項4又は5記載の半導体装置の製造方
法。
6. A step of interrupting the supply of the film forming gas and the impurity gas and supplying an oxygen gas to adsorb oxygen to the amorphous silicon film, whereby the adsorbing portion in the doped polycrystalline silicon film is inserted. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the impurities are segregated in a portion corresponding to the above.
【請求項7】 厚さ0.5nm〜2nmの吸着層を形成
する請求項6記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein an adsorption layer having a thickness of 0.5 nm to 2 nm is formed.
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