JPH097909A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH097909A JPH097909A JP14921295A JP14921295A JPH097909A JP H097909 A JPH097909 A JP H097909A JP 14921295 A JP14921295 A JP 14921295A JP 14921295 A JP14921295 A JP 14921295A JP H097909 A JPH097909 A JP H097909A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低温のガス還元法による自然酸化膜の除去にお
いて、半導体基板の表面あるいは半導体薄膜の表面に凹
凸が形成されないようにする。 【構成】半導体基板の主面あるいは半導体薄膜の表面に
形成される自然酸化膜を除去する処理方法において、シ
ラン系ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガス
とＰＨ3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは
前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板あるい
は前記半導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還元除去
する。
いて、半導体基板の表面あるいは半導体薄膜の表面に凹
凸が形成されないようにする。 【構成】半導体基板の主面あるいは半導体薄膜の表面に
形成される自然酸化膜を除去する処理方法において、シ
ラン系ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガス
とＰＨ3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは
前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板あるい
は前記半導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還元除去
する。
Description
【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、特に半導体基板の表面の処理方法に関する。
に関し、特に半導体基板の表面の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の表面に形成された自然酸化
膜の除去は、超ＬＳＩなど半導体装置の製造工程におい
て必須な技術となっている。例えば、シリコン基板上に
化学気相成長（ＣＶＤ）法でシリコンエピタキシャル成
長を行うプロセスがあるが、このプロセスでは自然酸化
膜を成長装置内で除去する必要がある。また、ダイナミ
ックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）においては、シリコン基板上の
デバイス活性層と配線層とのコンタクトを形成するた
め、コンタクト孔をポリシリコンで埋設するプロセスが
あるが、このプロセスにおいてもコンタクト抵抗を低減
する目的からポリシリコン成長前に基板表面の自然酸化
膜を除去する必要がある。その他、半導体基板上に薄膜
成長を行うプロセスにおいては、基板／薄膜界面での自
然酸化膜残留がデバイス特性上問題となることが多く、
薄膜形成前に基板表面の自然酸化膜を除去する技術が必
要とされている。
膜の除去は、超ＬＳＩなど半導体装置の製造工程におい
て必須な技術となっている。例えば、シリコン基板上に
化学気相成長（ＣＶＤ）法でシリコンエピタキシャル成
長を行うプロセスがあるが、このプロセスでは自然酸化
膜を成長装置内で除去する必要がある。また、ダイナミ
ックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）においては、シリコン基板上の
デバイス活性層と配線層とのコンタクトを形成するた
め、コンタクト孔をポリシリコンで埋設するプロセスが
あるが、このプロセスにおいてもコンタクト抵抗を低減
する目的からポリシリコン成長前に基板表面の自然酸化
膜を除去する必要がある。その他、半導体基板上に薄膜
成長を行うプロセスにおいては、基板／薄膜界面での自
然酸化膜残留がデバイス特性上問題となることが多く、
薄膜形成前に基板表面の自然酸化膜を除去する技術が必
要とされている。
【０００３】従来、基板表面に形成された自然酸化膜を
除去する方法としては、シリコン基板を対象とした技術
が多く研究開発されているので、ここではシリコン基板
上にシリコン薄膜を成長する場合について開発された水
素還元、高真空アニール、シラン還元、もしくはＧｅＨ
4 還元などの従来方法について、エピタキシャル成長お
よびポリシリコン成長を例に挙げて説明する。
除去する方法としては、シリコン基板を対象とした技術
が多く研究開発されているので、ここではシリコン基板
上にシリコン薄膜を成長する場合について開発された水
素還元、高真空アニール、シラン還元、もしくはＧｅＨ
4 還元などの従来方法について、エピタキシャル成長お
よびポリシリコン成長を例に挙げて説明する。
【０００４】シリコンエピタキシャル成長は、基板洗浄
工程、成長炉内での自然酸化膜除去工程、およびエピタ
キシャル膜の成長工程により行われる。通常、基板洗浄
は、７０℃程度に加熱したＨ2 Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ
2 ０の混合溶液を用い、基板表面の汚染物質を除去する
と同時に、表面を汚染から保護する自然酸化膜を形成す
る。その後、エピタキシャル成長炉内で水素還元、シラ
ン還元、もしくは高真空中アニールにより自然酸化膜を
除去し、シラン系ガスを用いた減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶ
Ｄ）によりエピタキシャル膜を成長する。水素還元法
は、基板温度を９００℃以上に加熱し、常圧、もしくは
数１０Ｔｏｒｒの減圧下で、水素ガスを基板表面に供給
して行う。この方法は、比較的容易に基板表面の自然酸
化膜を除去できることから、従来ＬＳＩ製造工程として
最も一般的に使用されている技術である。高真空アニー
ル法は、到達真空度が１×１０-9Ｔｏｒｒ以下の高真空
チャンバーを備えた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置
などで用いられている方法で、〜１×１０-9Ｔｏｒｒ程
度の高真空下で９５０℃程度に基板を加熱することによ
り自然酸化膜を除去している。しかし、最近のＬＳＩの
高集積化に伴う素子微細化の要請から、製造プロセス温
度を低減する必要があり、より低温で自然酸化膜を除去
できるシラン還元法が検討されている。この方法では、
例えば、基板温度を８５０℃とし、１×１０-4Ｔｏｒｒ
の減圧下でＳｉＨ4 ガスを供給することにより自然酸化
膜を除去する。また、ＳｉＨ4 の代わりにＧｅＨ4 ガス
を供給するＧｅＨ4 還元もＳｉＧｅ薄膜成長などの特殊
なプロセスで用いられている。
工程、成長炉内での自然酸化膜除去工程、およびエピタ
キシャル膜の成長工程により行われる。通常、基板洗浄
は、７０℃程度に加熱したＨ2 Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ
2 ０の混合溶液を用い、基板表面の汚染物質を除去する
と同時に、表面を汚染から保護する自然酸化膜を形成す
る。その後、エピタキシャル成長炉内で水素還元、シラ
ン還元、もしくは高真空中アニールにより自然酸化膜を
除去し、シラン系ガスを用いた減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶ
Ｄ）によりエピタキシャル膜を成長する。水素還元法
は、基板温度を９００℃以上に加熱し、常圧、もしくは
数１０Ｔｏｒｒの減圧下で、水素ガスを基板表面に供給
して行う。この方法は、比較的容易に基板表面の自然酸
化膜を除去できることから、従来ＬＳＩ製造工程として
最も一般的に使用されている技術である。高真空アニー
ル法は、到達真空度が１×１０-9Ｔｏｒｒ以下の高真空
チャンバーを備えた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置
などで用いられている方法で、〜１×１０-9Ｔｏｒｒ程
度の高真空下で９５０℃程度に基板を加熱することによ
り自然酸化膜を除去している。しかし、最近のＬＳＩの
高集積化に伴う素子微細化の要請から、製造プロセス温
度を低減する必要があり、より低温で自然酸化膜を除去
できるシラン還元法が検討されている。この方法では、
例えば、基板温度を８５０℃とし、１×１０-4Ｔｏｒｒ
の減圧下でＳｉＨ4 ガスを供給することにより自然酸化
膜を除去する。また、ＳｉＨ4 の代わりにＧｅＨ4 ガス
を供給するＧｅＨ4 還元もＳｉＧｅ薄膜成長などの特殊
なプロセスで用いられている。
【０００５】また、基板−配線層間のコンコンタクト孔
をポリシリコンで埋設する工程においては、希弗酸（Ｈ
Ｆ）溶液で基板表面の自然酸化膜を除去した後、ポリシ
リコン成長炉に基板を導入する。この際、この希ＨＦ処
理から成長炉導入までの間に基板表面は再酸化される。
その後、エピタキシャル成長と同様に、成長炉内で水素
還元もしくはシラン還元により自然酸化膜を除去した
後、シラン系ガスを用いたＬＰＣＶＤによりポリシリコ
ン薄膜を成長する。このようなポリシリコン埋設のコン
タクト孔形成の場合は、コンタクト抵抗の低減を目的と
しているので、エピタキシャル成長の場合ほど完全に自
然酸化膜を除去する必要はなく、部分的に除去できれば
よい。このため、エピタキシャル成長の場合と比較して
低温で処理可能である。例えば水素還元の場合は基板温
度７５０℃以上で、シラン還元の場合は基板温度６５０
℃以上で処理することによりコンタクト抵抗低減に効果
が見られている。
をポリシリコンで埋設する工程においては、希弗酸（Ｈ
Ｆ）溶液で基板表面の自然酸化膜を除去した後、ポリシ
リコン成長炉に基板を導入する。この際、この希ＨＦ処
理から成長炉導入までの間に基板表面は再酸化される。
その後、エピタキシャル成長と同様に、成長炉内で水素
還元もしくはシラン還元により自然酸化膜を除去した
後、シラン系ガスを用いたＬＰＣＶＤによりポリシリコ
ン薄膜を成長する。このようなポリシリコン埋設のコン
タクト孔形成の場合は、コンタクト抵抗の低減を目的と
しているので、エピタキシャル成長の場合ほど完全に自
然酸化膜を除去する必要はなく、部分的に除去できれば
よい。このため、エピタキシャル成長の場合と比較して
低温で処理可能である。例えば水素還元の場合は基板温
度７５０℃以上で、シラン還元の場合は基板温度６５０
℃以上で処理することによりコンタクト抵抗低減に効果
が見られている。
【０００６】このような低温化が可能なシラン還元法を
図７に基づいて説明する。図７は、シリコン基板の表面
に形成された自然酸化膜をシラン還元法で除去する方法
の工程順の断面図である。
図７に基づいて説明する。図７は、シリコン基板の表面
に形成された自然酸化膜をシラン還元法で除去する方法
の工程順の断面図である。
【０００７】図７（ａ）に示すように、ＨＦ溶液から取
り出され純水で洗浄されたシリコン基板１０１の表面に
は、通常、膜厚が０．５ｎｍ程度の自然酸化膜１０２が
形成される。この自然酸化膜１０２は多孔性を有するシ
リコン酸化膜である。このようなシリコン基板１０１を
温度が６５０℃、雰囲気が微量のＳｉＨ4 を含むＨ2ガ
ス雰囲気で熱処理する。
り出され純水で洗浄されたシリコン基板１０１の表面に
は、通常、膜厚が０．５ｎｍ程度の自然酸化膜１０２が
形成される。この自然酸化膜１０２は多孔性を有するシ
リコン酸化膜である。このようなシリコン基板１０１を
温度が６５０℃、雰囲気が微量のＳｉＨ4 を含むＨ2ガ
ス雰囲気で熱処理する。
【０００８】この熱処理では、（１）式の化学反応によ
りシリコン基板上１０１の自然酸化膜１０２がＳｉＨ4
ガスによって還元されて除去される。
りシリコン基板上１０１の自然酸化膜１０２がＳｉＨ4
ガスによって還元されて除去される。
【０００９】
【００１０】ここで、反応生成物であるＳｉＯの揮発性
は高く、図７（ｂ）に示すように気相中に飛散する。そ
して、多孔性の自然酸化膜は除去される。しかしなが
ら、シリコン基板１０１表面の自然酸化膜１０２の膜厚
が一定でないなどの理由で、自然酸化膜１０２は、シリ
コン基板１０１面内全ての領域に亘って同時に除去され
ることはない。すなわち、自然酸化膜の薄い部分が最初
に除去されて、基板表面で酸化膜が完全に除去された領
域と未だ酸化膜が残り残存自然酸化膜１０３のある領域
とが生じることになる。
は高く、図７（ｂ）に示すように気相中に飛散する。そ
して、多孔性の自然酸化膜は除去される。しかしなが
ら、シリコン基板１０１表面の自然酸化膜１０２の膜厚
が一定でないなどの理由で、自然酸化膜１０２は、シリ
コン基板１０１面内全ての領域に亘って同時に除去され
ることはない。すなわち、自然酸化膜の薄い部分が最初
に除去されて、基板表面で酸化膜が完全に除去された領
域と未だ酸化膜が残り残存自然酸化膜１０３のある領域
とが生じることになる。
【００１１】この状態でシラン還元を継続すると、自然
酸化膜の残留している領域では自然酸化膜の除去が進む
が、一方、シリコン基板１０１が剥き出しになった領域
ではシリコン薄膜１０４の成長が始まる。そして、自然
酸化膜１０２を完全に除去した状態では、図７（ｃ）に
示すように、シリコン基板１０１表面の一部領域に膜厚
が数十ｎｍのシリコン薄膜１０４が形成されるようにな
る。
酸化膜の残留している領域では自然酸化膜の除去が進む
が、一方、シリコン基板１０１が剥き出しになった領域
ではシリコン薄膜１０４の成長が始まる。そして、自然
酸化膜１０２を完全に除去した状態では、図７（ｃ）に
示すように、シリコン基板１０１表面の一部領域に膜厚
が数十ｎｍのシリコン薄膜１０４が形成されるようにな
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
基板表面の自然酸化膜除去方法としては、水素還元、高
真空アニール、シラン系ガス還元、およびＧｅＨ4 ガス
還元などの方法があるが、半導体素子寸法の微細化への
要請から処理温度を低減する必要があり、シラン系ガス
還元法もしくはＧｅＨ4 ガス還元法が重要となる。しか
しながら、前述した従来のシラン還元法およびＧｅＨ4
還元法は、還元処理後に成膜した薄膜の表面に凹凸が形
成されるという問題があり、ＬＳＩのさらなる高集積化
の障壁となる。この点について、シラン還元法の場合に
ついて以下に詳細に述べる。ＧｅＨ4 還元法の場合もシ
ラン還元法と同様である。
基板表面の自然酸化膜除去方法としては、水素還元、高
真空アニール、シラン系ガス還元、およびＧｅＨ4 ガス
還元などの方法があるが、半導体素子寸法の微細化への
要請から処理温度を低減する必要があり、シラン系ガス
還元法もしくはＧｅＨ4 ガス還元法が重要となる。しか
しながら、前述した従来のシラン還元法およびＧｅＨ4
還元法は、還元処理後に成膜した薄膜の表面に凹凸が形
成されるという問題があり、ＬＳＩのさらなる高集積化
の障壁となる。この点について、シラン還元法の場合に
ついて以下に詳細に述べる。ＧｅＨ4 還元法の場合もシ
ラン還元法と同様である。
【００１３】先述したように、シラン還元による自然酸
化膜の除去方法では、シリコン基板表面において自然酸
化膜の除去とシリコン薄膜の成長とが同時に起こり、シ
リコン基板表面に凹凸が形成される。この凹凸の段差
は、シラン還元の条件にも依存するが、例えば、従来技
術の項で説明した６５０℃の条件では、５０ｎｍ程度に
までに達する。
化膜の除去方法では、シリコン基板表面において自然酸
化膜の除去とシリコン薄膜の成長とが同時に起こり、シ
リコン基板表面に凹凸が形成される。この凹凸の段差
は、シラン還元の条件にも依存するが、例えば、従来技
術の項で説明した６５０℃の条件では、５０ｎｍ程度に
までに達する。
【００１４】以下、このようなシリコン薄膜の凹凸が形
成されることにより発生するＵＬＳＩ製造上の問題につ
いて、ポリシリコン埋設のコンタクト孔形成を例に挙げ
て説明していく。
成されることにより発生するＵＬＳＩ製造上の問題につ
いて、ポリシリコン埋設のコンタクト孔形成を例に挙げ
て説明していく。
【００１５】ＤＲＡＭなど半導体メモリーの高集積化に
より伴いコンタクト径も縮小される。例えば、設計基準
が０．２５μｍレベルのＵＬＳＩにおけるコンタクト孔
のでき上がり寸法は、直径０．１５μｍ程度で、高さ１
μｍ程度になる。このような高アスペクト比のコンタク
ト孔をポリシリコン膜で充填する場合、ノンドープポリ
シリコンでコンタクト孔を埋設した後にリン拡散もしく
はイオン注入などにより不純物を導入する方法ではコン
タクト孔底部まで十分に不純物を導入することができな
い。このため、成膜時に同時に不純物をドーピングする
方法が使用される。例えば、ＳｉＨ4 −ＰＨ3 系もしく
はＳｉＨ4 −Ｂ2 Ｈ6 系のＬＰＣＶＤによるリンドープ
トもしくはボロンドープトポリシリコン膜でコンタクト
孔を埋設する。
より伴いコンタクト径も縮小される。例えば、設計基準
が０．２５μｍレベルのＵＬＳＩにおけるコンタクト孔
のでき上がり寸法は、直径０．１５μｍ程度で、高さ１
μｍ程度になる。このような高アスペクト比のコンタク
ト孔をポリシリコン膜で充填する場合、ノンドープポリ
シリコンでコンタクト孔を埋設した後にリン拡散もしく
はイオン注入などにより不純物を導入する方法ではコン
タクト孔底部まで十分に不純物を導入することができな
い。このため、成膜時に同時に不純物をドーピングする
方法が使用される。例えば、ＳｉＨ4 −ＰＨ3 系もしく
はＳｉＨ4 −Ｂ2 Ｈ6 系のＬＰＣＶＤによるリンドープ
トもしくはボロンドープトポリシリコン膜でコンタクト
孔を埋設する。
【００１６】シラン還元法による自然酸化膜の除去法を
用い、リンドープトポリシリコンをコンタクト孔に埋設
する場合、シラン還元処理によりコンタクト底面の自然
酸化膜除去を行った後に引き続いてリンドープトポリシ
リコン膜でコンタクト孔を埋設する。しかしながら、従
来のシラン還元法では、シラン還元処理時にすでに数十
ｎｍのシリコン膜が成長し、０．１５μｍ径のコンタク
ト孔の大部分がノンドープトポリシリコン膜で埋設され
てしまうことになる。このため、シラン還元処理後にリ
ンドープトポリシリコン膜を成長しても、コンタクト孔
内のポリシリコンの平均リン濃度が低下し、ポリシリコ
ン抵抗が増大するという問題がある。ボロンドープの場
合もリンドープと同様にポリシリコン抵抗が増大すると
いう問題がある。
用い、リンドープトポリシリコンをコンタクト孔に埋設
する場合、シラン還元処理によりコンタクト底面の自然
酸化膜除去を行った後に引き続いてリンドープトポリシ
リコン膜でコンタクト孔を埋設する。しかしながら、従
来のシラン還元法では、シラン還元処理時にすでに数十
ｎｍのシリコン膜が成長し、０．１５μｍ径のコンタク
ト孔の大部分がノンドープトポリシリコン膜で埋設され
てしまうことになる。このため、シラン還元処理後にリ
ンドープトポリシリコン膜を成長しても、コンタクト孔
内のポリシリコンの平均リン濃度が低下し、ポリシリコ
ン抵抗が増大するという問題がある。ボロンドープの場
合もリンドープと同様にポリシリコン抵抗が増大すると
いう問題がある。
【００１７】また、シリコン基板上に堆積したシリコン
エピタキシャル膜に絶縁ゲート電界効果トランジスタ
（以下、ＭＯＳトランジスタと呼称する）のチャネル層
を形成して、微細ＭＯＳトランジスタの短チャネル効果
を抑制する方法が検討されているが、このシリコンエピ
タキシャル膜の表面に凹凸があるとＭＯＳトランジスタ
のゲート酸化膜耐圧が劣化したり電荷の易動度が低下し
動作速度が低下するなどの問題が生じる。
エピタキシャル膜に絶縁ゲート電界効果トランジスタ
（以下、ＭＯＳトランジスタと呼称する）のチャネル層
を形成して、微細ＭＯＳトランジスタの短チャネル効果
を抑制する方法が検討されているが、このシリコンエピ
タキシャル膜の表面に凹凸があるとＭＯＳトランジスタ
のゲート酸化膜耐圧が劣化したり電荷の易動度が低下し
動作速度が低下するなどの問題が生じる。
【００１８】本発明の目的は、以上の問題点を解決する
ためになされたものであり、シラン系ガス還元、ＧｅＨ
4 ガス還元などの還元ガスを用いて自然酸化膜除去を施
しても、前述したような表面凹凸を形成させない還元法
を提供する。
ためになされたものであり、シラン系ガス還元、ＧｅＨ
4 ガス還元などの還元ガスを用いて自然酸化膜除去を施
しても、前述したような表面凹凸を形成させない還元法
を提供する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】このために本発明では、
半導体基板の主面あるいは半導体材料の表面に形成され
る自然酸化膜を除去する処理方法において、シラン系ガ
スとＰＨ3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガスとＰＨ3
ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混合
ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板あるいは前記半
導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還元除去する。
半導体基板の主面あるいは半導体材料の表面に形成され
る自然酸化膜を除去する処理方法において、シラン系ガ
スとＰＨ3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガスとＰＨ3
ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混合
ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板あるいは前記半
導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還元除去する。
【００２０】ここで、前記シラン系ガスとしてＳｉＨ4
あるいはＳｉ2 Ｈ6 ガスが用いられる。
あるいはＳｉ2 Ｈ6 ガスが用いられる。
【００２１】あるいは、本発明は、半導体基板上に形成
する絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ンを構成する拡散層上の絶縁膜にコンタクト孔を形成す
る工程と、シラン系ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスまたは
ＧｅＨ4 ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰
囲気あるいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導
体基板を加熱する工程と、前記半導体基板を加熱した
後、前記コンタクト孔を埋設して不純物を含有する半導
体膜を堆積する工程とを含む。
する絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ンを構成する拡散層上の絶縁膜にコンタクト孔を形成す
る工程と、シラン系ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスまたは
ＧｅＨ4 ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰
囲気あるいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導
体基板を加熱する工程と、前記半導体基板を加熱した
後、前記コンタクト孔を埋設して不純物を含有する半導
体膜を堆積する工程とを含む。
【００２２】あるいは、本発明は、シラン系ガスとＰＨ
3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガスとＰＨ3 ガスの混
合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混合ガスの希
釈ガス雰囲気で前記半導体基板を加熱し、前記半導体基
板の主面の自然酸化膜を還元除去する工程と、前記自然
酸化膜の除去後、単結晶半導体薄膜を前記半導体基板の
主面に堆積する工程とを含む。
3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガスとＰＨ3 ガスの混
合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混合ガスの希
釈ガス雰囲気で前記半導体基板を加熱し、前記半導体基
板の主面の自然酸化膜を還元除去する工程と、前記自然
酸化膜の除去後、単結晶半導体薄膜を前記半導体基板の
主面に堆積する工程とを含む。
【００２３】また、前記ＳｉＨ4 ガスとＰＨ3 ガスの混
合ガスでの還元による自然酸化膜除去において、前記Ｓ
ｉＨ4 ガスに対するＰＨ3 ガスの分圧比が２．５×１０
-2以上に設定される。
合ガスでの還元による自然酸化膜除去において、前記Ｓ
ｉＨ4 ガスに対するＰＨ3 ガスの分圧比が２．５×１０
-2以上に設定される。
【００２４】
【作用】先述したように、自然酸化膜はＳｉＨ4 ガスと
の（１）式の化学反応でＳｉＯとＨ2 ガスに変化し、シ
リコン基板の表面から除去される。すなわち、自然酸化
膜の還元除去がなされる。しかし、この場合に自然酸化
膜の除去は不均一になされ、シリコン基板表面で自然酸
化膜の除去された領域と除去されていない領域が形成さ
れる。そして、除去されシリコン基板表面の露出したと
ころにＳｉＨ4 ガスが供給され、その領域にシリコン薄
膜が形成されるようになる。
の（１）式の化学反応でＳｉＯとＨ2 ガスに変化し、シ
リコン基板の表面から除去される。すなわち、自然酸化
膜の還元除去がなされる。しかし、この場合に自然酸化
膜の除去は不均一になされ、シリコン基板表面で自然酸
化膜の除去された領域と除去されていない領域が形成さ
れる。そして、除去されシリコン基板表面の露出したと
ころにＳｉＨ4 ガスが供給され、その領域にシリコン薄
膜が形成されるようになる。
【００２５】これに対し、本発明では、自然酸化膜の還
元除去のためＳｉＨ4 ガス等のシラン系ガスあるいはＧ
ｅＨ4 ガスにＰＨ3 ガスを混入する。このＰＨ3 ガスは
一般にシラン系ガスあるいはＧｅＨ4 ガスが熱分解して
シリコン膜あるいはゲルマニウム膜が形成されるのを抑
制する。そして、ＰＨ3 ガスのこのような抑制力はその
濃度の高い程顕著になる。
元除去のためＳｉＨ4 ガス等のシラン系ガスあるいはＧ
ｅＨ4 ガスにＰＨ3 ガスを混入する。このＰＨ3 ガスは
一般にシラン系ガスあるいはＧｅＨ4 ガスが熱分解して
シリコン膜あるいはゲルマニウム膜が形成されるのを抑
制する。そして、ＰＨ3 ガスのこのような抑制力はその
濃度の高い程顕著になる。
【００２６】具体的には、自然酸化膜の還元除去のため
に上述したようにシラン系ガスあるいはＧｅＨ4 ガスに
ＰＨ3 ガスを混入すると、先述したように不均一に自然
酸化膜が除去されシリコン基板等の半導体基板表面が露
出した領域に優先的にＰＨ2が化学吸着するようにな
る。そして、Ｓｉ原子あるいはＳｉＨ2 のこの自然酸化
膜の除去された領域への付着が阻止されるようになる。
このようにして、従来の技術でみられたようなシリコン
薄膜の形成は抑制され、半導体基板表面の凹凸は大幅に
低減される。
に上述したようにシラン系ガスあるいはＧｅＨ4 ガスに
ＰＨ3 ガスを混入すると、先述したように不均一に自然
酸化膜が除去されシリコン基板等の半導体基板表面が露
出した領域に優先的にＰＨ2が化学吸着するようにな
る。そして、Ｓｉ原子あるいはＳｉＨ2 のこの自然酸化
膜の除去された領域への付着が阻止されるようになる。
このようにして、従来の技術でみられたようなシリコン
薄膜の形成は抑制され、半導体基板表面の凹凸は大幅に
低減される。
【００２７】
【実施例】次に、図１に基づいて本発明の詳細な説明を
する。図１は、シリコン基板の表面に形成される自然酸
化膜を本発明の方法で除去する場合の工程順の断面図で
ある。
する。図１は、シリコン基板の表面に形成される自然酸
化膜を本発明の方法で除去する場合の工程順の断面図で
ある。
【００２８】従来の技術で説明したと同様に、図１
（ａ）に示すように、希ＨＦ溶液から取り出され純水で
洗浄されたシリコン基板１の表面に、通常、膜厚が０．
５ｎｍ程度の自然酸化膜２が形成される。この自然酸化
膜２は多孔性を有するシリコン酸化膜である。このよう
なシリコン基板１を温度が６００〜７００℃、雰囲気が
ＰＨ3 とＳｉＨ4 を含むＨ2 ガスで熱処理する。
（ａ）に示すように、希ＨＦ溶液から取り出され純水で
洗浄されたシリコン基板１の表面に、通常、膜厚が０．
５ｎｍ程度の自然酸化膜２が形成される。この自然酸化
膜２は多孔性を有するシリコン酸化膜である。このよう
なシリコン基板１を温度が６００〜７００℃、雰囲気が
ＰＨ3 とＳｉＨ4 を含むＨ2 ガスで熱処理する。
【００２９】この熱処理で、先述した（１）式の化学反
応によりシリコン基板上１の自然酸化膜２がＳｉＨ4 ガ
スによって還元されて除去される。
応によりシリコン基板上１の自然酸化膜２がＳｉＨ4 ガ
スによって還元されて除去される。
【００３０】ここで、従来の技術を説明した図７（ｂ）
に示したように、シリコン基板１表面の自然酸化膜１の
膜厚が一定でないなどの理由で、自然酸化膜２は、シリ
コン基板１面内全ての領域に亘って同時に除去されるこ
とはない。すなわち、自然酸化膜の薄い部分が最初に除
去されて、基板表面で酸化膜が完全に除去された領域と
未だ酸化膜が残った領域とが生じることになる。
に示したように、シリコン基板１表面の自然酸化膜１の
膜厚が一定でないなどの理由で、自然酸化膜２は、シリ
コン基板１面内全ての領域に亘って同時に除去されるこ
とはない。すなわち、自然酸化膜の薄い部分が最初に除
去されて、基板表面で酸化膜が完全に除去された領域と
未だ酸化膜が残った領域とが生じることになる。
【００３１】しかし、本発明の場合では図１（ｂ）に示
すように、シリコン基板１が剥き出しになった領域には
ＳｉＨ4 ガスと同時に導入したＰＨ3 ガスのＰ原子が結
合する。このために、自然酸化膜２の除去された領域の
シリコン基板表面で、シリコン薄膜の成長が抑制され
る。
すように、シリコン基板１が剥き出しになった領域には
ＳｉＨ4 ガスと同時に導入したＰＨ3 ガスのＰ原子が結
合する。このために、自然酸化膜２の除去された領域の
シリコン基板表面で、シリコン薄膜の成長が抑制され
る。
【００３２】次に、このＰＨ3 ガスの添加の効果につい
て図２で説明する。図２は、シリコン基板上にＳｉＨ4
およびＰＨ3 ガスを同時に供給し、ＬＰＣＶＤ法により
シリコン薄膜すなわちポリシリコン膜の成長を行った場
合の成長速度を測定したものである。ここで、この成長
は、反応管内温度を６５０℃とし、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4分
圧比を１×１０-5〜２．５×１０-1になるようにＰＨ3
およびＳｉＨ4 ガスを供給して行った。この際、いずれ
の成長においても、反応管内の真空度が０．２Ｔｏｒｒ
となるよう水素ガスを適当量供給した。具体的には、水
素ガス流量が２ｓｌｍ、Ｈ2 で５０倍に希釈されたＳｉ
Ｈ4 ガス流量が２０ｓｃｃｍ、Ｈ2 で希釈したＰＨ3 ガ
スが所定の流量で供給される。このように、実質Ｈ2 ガ
スに含まれるＳｉＨ4 ガスの量は０．０２ｖｏｌ％であ
る。
て図２で説明する。図２は、シリコン基板上にＳｉＨ4
およびＰＨ3 ガスを同時に供給し、ＬＰＣＶＤ法により
シリコン薄膜すなわちポリシリコン膜の成長を行った場
合の成長速度を測定したものである。ここで、この成長
は、反応管内温度を６５０℃とし、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4分
圧比を１×１０-5〜２．５×１０-1になるようにＰＨ3
およびＳｉＨ4 ガスを供給して行った。この際、いずれ
の成長においても、反応管内の真空度が０．２Ｔｏｒｒ
となるよう水素ガスを適当量供給した。具体的には、水
素ガス流量が２ｓｌｍ、Ｈ2 で５０倍に希釈されたＳｉ
Ｈ4 ガス流量が２０ｓｃｃｍ、Ｈ2 で希釈したＰＨ3 ガ
スが所定の流量で供給される。このように、実質Ｈ2 ガ
スに含まれるＳｉＨ4 ガスの量は０．０２ｖｏｌ％であ
る。
【００３３】２図に示されるように、ＳｉＨ4 ガスに対
するＰＨ3 ガス分圧比の増加に伴い、シリコン薄膜の成
長速度は低下する。図示されていないが、ＳｉＨ4 ガス
のみの場合のシリコン薄膜の成長速度は、ＰＨ3 ／Ｓｉ
Ｈ4 分圧比が１×１０-5の場合とほぼ同一になる。図２
より、ＳｉＨ4 ガスに対して２．５％のＰＨ3 ガスを供
給することにより、シリコン薄膜の成長速度を１／１０
０程度に低減できることがわかる。
するＰＨ3 ガス分圧比の増加に伴い、シリコン薄膜の成
長速度は低下する。図示されていないが、ＳｉＨ4 ガス
のみの場合のシリコン薄膜の成長速度は、ＰＨ3 ／Ｓｉ
Ｈ4 分圧比が１×１０-5の場合とほぼ同一になる。図２
より、ＳｉＨ4 ガスに対して２．５％のＰＨ3 ガスを供
給することにより、シリコン薄膜の成長速度を１／１０
０程度に低減できることがわかる。
【００３４】この状態でシラン還元を継続すると、図１
（ｃ）に示すように、残存自然酸化膜３の除去が進む
が、一方、シリコン基板１が剥き出しになった領域では
シリコン薄膜の成長は抑制される。そして、自然酸化膜
２を完全に除去した状態では、図１（ｃ）に示すよう
に、シリコン基板１表面には平滑性の高いシリコン面が
形成されるようになる。
（ｃ）に示すように、残存自然酸化膜３の除去が進む
が、一方、シリコン基板１が剥き出しになった領域では
シリコン薄膜の成長は抑制される。そして、自然酸化膜
２を完全に除去した状態では、図１（ｃ）に示すよう
に、シリコン基板１表面には平滑性の高いシリコン面が
形成されるようになる。
【００３５】次に、図３で本発明の効果を説明する。こ
こで、図３は、ＳｉＨ4 およびＰＨ3 ガスを同時に供給
してシラン還元処理を施した後、アモルファスシリコン
膜を成長し、膜表面の凹凸を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
で測定したものである。この膜成長は、まず、シリコン
基板を７０℃に加熱したＨ2 Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ2
Ｏの混合溶液で洗浄した後、ＬＰＣＶＤ装置内で炉内温
度６５０℃、ＳｉＨ4およびＰＨ3 ガスを同時に供給し
てシリコン基板表面の自然酸化膜を除去し、さらに、５
５０℃でＳｉＨ4 ガスを供給してアモルファスシリコン
膜を１００ｎｍ成長した。
こで、図３は、ＳｉＨ4 およびＰＨ3 ガスを同時に供給
してシラン還元処理を施した後、アモルファスシリコン
膜を成長し、膜表面の凹凸を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
で測定したものである。この膜成長は、まず、シリコン
基板を７０℃に加熱したＨ2 Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ2
Ｏの混合溶液で洗浄した後、ＬＰＣＶＤ装置内で炉内温
度６５０℃、ＳｉＨ4およびＰＨ3 ガスを同時に供給し
てシリコン基板表面の自然酸化膜を除去し、さらに、５
５０℃でＳｉＨ4 ガスを供給してアモルファスシリコン
膜を１００ｎｍ成長した。
【００３６】図３に示されるように、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4
分圧比を２．５×１０-2以上にすることにより表面凹凸
は大幅に改善される。すなわち、表面凹凸の段差は１ｎ
ｍ以下に低減されるようになる。このアモルファスシリ
コン膜は、例えば８５０℃３０分の結晶化熱処理により
ポリシリコン化されるが、結晶化による表面凹凸の増加
は見られないことも確認された。
分圧比を２．５×１０-2以上にすることにより表面凹凸
は大幅に改善される。すなわち、表面凹凸の段差は１ｎ
ｍ以下に低減されるようになる。このアモルファスシリ
コン膜は、例えば８５０℃３０分の結晶化熱処理により
ポリシリコン化されるが、結晶化による表面凹凸の増加
は見られないことも確認された。
【００３７】以上説明したように、本発明の方法により
シリコン基板表面の自然酸化膜を除去できる。そして、
表面凹凸の小さいポリシリコン膜を形成できることが確
認された。
シリコン基板表面の自然酸化膜を除去できる。そして、
表面凹凸の小さいポリシリコン膜を形成できることが確
認された。
【００３８】以上の還元方法では、ＰＨ3 とＳｉＨ4 ガ
スがＨ2 ガスで希釈される場合について説明された。こ
のＨ2 ガスの代りにＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスあるいは
Ｎ2ガスが用いられても同様の効果がある。また、この
還元法ではＬＰＣＶＤ炉が用いられ雰囲気ガスの真空度
が０．２Ｔｏｒｒの場合について説明されているが、Ｐ
Ｈ3 あるいはＳｉＨ4 ガスを希釈すれば雰囲気ガスが常
圧の場合でも同様の効果が生じる。
スがＨ2 ガスで希釈される場合について説明された。こ
のＨ2 ガスの代りにＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスあるいは
Ｎ2ガスが用いられても同様の効果がある。また、この
還元法ではＬＰＣＶＤ炉が用いられ雰囲気ガスの真空度
が０．２Ｔｏｒｒの場合について説明されているが、Ｐ
Ｈ3 あるいはＳｉＨ4 ガスを希釈すれば雰囲気ガスが常
圧の場合でも同様の効果が生じる。
【００３９】次に、図４に基づいて本発明の第２の実施
例を説明する。図４は、本発明の方法を用い、ＭＯＳト
ランジスタのソース、ドレイン領域のコンタクト孔にポ
リシリコンを埋設する場合の工程順の断面図である。
例を説明する。図４は、本発明の方法を用い、ＭＯＳト
ランジスタのソース、ドレイン領域のコンタクト孔にポ
リシリコンを埋設する場合の工程順の断面図である。
【００４０】図４に示すように、まず、面方位（１０
０）、抵抗率１Ω・ｃｍのＰ型のシリコン基板１１上に
ＬＯＣＯＳ法によりフィールド酸化膜１２を選択的に形
成する。次に、ゲート酸化膜１３およびゲート電極１４
を形成し、ソース拡散層１５とドレイン拡散層１６を形
成してＭＯＳトランジスタを形成する。さらにＣＶＤ法
により層間絶縁膜１７を形成した後、拡散層に接続する
コンタクト孔１８を形成する。ここで、このコンタクト
孔のでき上がりの直径は０．１５μｍでありその深さは
１μｍである。
０）、抵抗率１Ω・ｃｍのＰ型のシリコン基板１１上に
ＬＯＣＯＳ法によりフィールド酸化膜１２を選択的に形
成する。次に、ゲート酸化膜１３およびゲート電極１４
を形成し、ソース拡散層１５とドレイン拡散層１６を形
成してＭＯＳトランジスタを形成する。さらにＣＶＤ法
により層間絶縁膜１７を形成した後、拡散層に接続する
コンタクト孔１８を形成する。ここで、このコンタクト
孔のでき上がりの直径は０．１５μｍでありその深さは
１μｍである。
【００４１】このようにした後、第１の実施例で説明し
たように、Ｈ2 Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ2 Ｏの混合溶液
で基板を洗浄した後、ＬＰＣＶＤ装置を用い、炉内温度
６５０℃、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 分圧比２．５×１０-2、全
ガス圧力０．２Ｔｏｒｒの条件で自然酸化膜を除去し、
次に、５５０℃でＳｉＨ4 ガスおよびＰＨ3 ガスをＰＨ
3 ／ＳｉＨ4 分圧比１×１０-3、全圧０．２Ｔｏｒｒの
条件で供給してリンドープトアモルファスシリコン膜を
１００ｎｍ成長し、図４（ｂ）に示すように、コンタク
ト孔１８をアモルファスシリコン膜１９で埋設する。次
に、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法で層間絶縁膜１７上の
アモルファスシリコン膜１９を除去する。さらに、８５
０℃で３０分間の熱処理を施してアモルファスシリコン
膜１９を結晶化すると同時にリン原子を活性化し、図４
（ｃ）に示すように、リンドープトポリシリコンで形成
されるコンタクトプラグ２０を形成する。
たように、Ｈ2 Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ2 Ｏの混合溶液
で基板を洗浄した後、ＬＰＣＶＤ装置を用い、炉内温度
６５０℃、ＰＨ3 ／ＳｉＨ4 分圧比２．５×１０-2、全
ガス圧力０．２Ｔｏｒｒの条件で自然酸化膜を除去し、
次に、５５０℃でＳｉＨ4 ガスおよびＰＨ3 ガスをＰＨ
3 ／ＳｉＨ4 分圧比１×１０-3、全圧０．２Ｔｏｒｒの
条件で供給してリンドープトアモルファスシリコン膜を
１００ｎｍ成長し、図４（ｂ）に示すように、コンタク
ト孔１８をアモルファスシリコン膜１９で埋設する。次
に、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法で層間絶縁膜１７上の
アモルファスシリコン膜１９を除去する。さらに、８５
０℃で３０分間の熱処理を施してアモルファスシリコン
膜１９を結晶化すると同時にリン原子を活性化し、図４
（ｃ）に示すように、リンドープトポリシリコンで形成
されるコンタクトプラグ２０を形成する。
【００４２】最後に、ＭＯＳトランジスタのソース・ド
レインの電極２１をコンタクトプラグ２０に電気接続す
るように形成する。
レインの電極２１をコンタクトプラグ２０に電気接続す
るように形成する。
【００４３】以上の本発明の方法で形成したコンタクト
プラグでは、ソース・ドレイン拡散層／リンドープトポ
リシリコン界面に自然酸化膜が無く、かつ、コンタクト
プラグとなるポリシリコン中に電気的に活性なリン原子
が十分存在するため、コンタクト抵抗が大幅に低減され
る。例えば、拡散層／コンタクトプラグの界面抵抗は、
シラン還元を施さないでコンタクトプラグ形成した場合
のほぼ１／５に低減される。この場合には、全体のコン
タクト抵抗としては６０％に低減されるようになる。ま
た、従来法のシラン還元法により自然酸化膜除去を行っ
た場合との比較では、拡散層／コンタクトプラグ界面の
抵抗はほぼ１／２に低減される。そして、全体のコンタ
クト抵抗としては７５％に低減する。
プラグでは、ソース・ドレイン拡散層／リンドープトポ
リシリコン界面に自然酸化膜が無く、かつ、コンタクト
プラグとなるポリシリコン中に電気的に活性なリン原子
が十分存在するため、コンタクト抵抗が大幅に低減され
る。例えば、拡散層／コンタクトプラグの界面抵抗は、
シラン還元を施さないでコンタクトプラグ形成した場合
のほぼ１／５に低減される。この場合には、全体のコン
タクト抵抗としては６０％に低減されるようになる。ま
た、従来法のシラン還元法により自然酸化膜除去を行っ
た場合との比較では、拡散層／コンタクトプラグ界面の
抵抗はほぼ１／２に低減される。そして、全体のコンタ
クト抵抗としては７５％に低減する。
【００４４】以上の説明では、ＭＯＳトランジスタのソ
ースあるいはドレイン拡散層にコンタクトプラグを形成
する場合に本発明を適用する例である。これ以外にＤＲ
ＡＭで、１個のＭＯＳトランジスタと１個のキャパシタ
とで構成されるメモリセルの形成に本発明を適用しても
同様の効果が生じる。この場合には、ＭＯＳトランジス
タの一方のコンタクト孔に埋設されるリンドープトポリ
シリコンは、そのままキャパシタの下部電極に電気接続
されるようになる。
ースあるいはドレイン拡散層にコンタクトプラグを形成
する場合に本発明を適用する例である。これ以外にＤＲ
ＡＭで、１個のＭＯＳトランジスタと１個のキャパシタ
とで構成されるメモリセルの形成に本発明を適用しても
同様の効果が生じる。この場合には、ＭＯＳトランジス
タの一方のコンタクト孔に埋設されるリンドープトポリ
シリコンは、そのままキャパシタの下部電極に電気接続
されるようになる。
【００４５】また、この実施例ではリンドープトポリシ
リコンについての例を示したが、ＳｉＨ4 −Ｂ2 Ｈ6 ガ
ス系のＬＰＣＶＤによるボロンドープトポリシリコンの
成長に適用しても効果がある。この場合、自然酸化膜除
去時にＰＨ3 を添加しているため、ボロンドープトポリ
シリコン膜中へのリン残留が懸念されるが、前述したよ
うに自然酸化膜除去時の膜成長が僅かであるため、正味
のリン濃度は十分低くデバイス動作上問題にはならな
い。
リコンについての例を示したが、ＳｉＨ4 −Ｂ2 Ｈ6 ガ
ス系のＬＰＣＶＤによるボロンドープトポリシリコンの
成長に適用しても効果がある。この場合、自然酸化膜除
去時にＰＨ3 を添加しているため、ボロンドープトポリ
シリコン膜中へのリン残留が懸念されるが、前述したよ
うに自然酸化膜除去時の膜成長が僅かであるため、正味
のリン濃度は十分低くデバイス動作上問題にはならな
い。
【００４６】以上の実施例では、シリコン基板表面の拡
散層のコンタクト孔にポリシリコンを埋設する場合につ
いて説明した。その他、ゲート電極等に用いられるポリ
シリコン膜あるいはシリサイド層上のコンタクト孔に、
実施例と同様にしてポリシリコンを埋設できることに言
及しておく。
散層のコンタクト孔にポリシリコンを埋設する場合につ
いて説明した。その他、ゲート電極等に用いられるポリ
シリコン膜あるいはシリサイド層上のコンタクト孔に、
実施例と同様にしてポリシリコンを埋設できることに言
及しておく。
【００４７】次に、図５と図６に基づいて本発明の第３
の実施例を説明する。ここで、図５はシリコン基板上に
シリコンエピタキシャル層を形成した構造の断面図であ
り、図６はシリコンエピタキシャル層の表面の凹凸段差
を示すグラフである。
の実施例を説明する。ここで、図５はシリコン基板上に
シリコンエピタキシャル層を形成した構造の断面図であ
り、図６はシリコンエピタキシャル層の表面の凹凸段差
を示すグラフである。
【００４８】まず、図５に示すシリコン基板３１をＨ2
Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ2 Ｏの混合溶液で洗浄する。次
に、高真空ＣＶＤ装置のロードロック室に導入し、１×
１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空度にした後、シリコン基板３
１をシリコンエピタキシャル成長室に移載する。次に、
この成長室内の真空度が１×１０-8Ｔｏｒｒ以下に達し
た後、シリコン基板３１を６５０℃に加熱し、ＰＨ3 ／
ＳｉＨ4 を分圧比１×１０-5〜２．５×１０-2、全ガス
圧力を１×１０-4Ｔｏｒｒにして自然酸化膜を除去す
る。
Ｏ2 、アンモニア水、Ｈ2 Ｏの混合溶液で洗浄する。次
に、高真空ＣＶＤ装置のロードロック室に導入し、１×
１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空度にした後、シリコン基板３
１をシリコンエピタキシャル成長室に移載する。次に、
この成長室内の真空度が１×１０-8Ｔｏｒｒ以下に達し
た後、シリコン基板３１を６５０℃に加熱し、ＰＨ3 ／
ＳｉＨ4 を分圧比１×１０-5〜２．５×１０-2、全ガス
圧力を１×１０-4Ｔｏｒｒにして自然酸化膜を除去す
る。
【００４９】次に、シリコン基板３１の温度は同一のま
まで、前述のシリコンエピタキシャル成長室にＳｉ2 Ｈ
6 ガスおよびＢ2 Ｈ6 ガスを導入する。ここで、Ｂ2 Ｈ
6 ／Ｓｉ2 Ｈ6 の分圧比を５×１０-4、全ガス圧力を１
×１０-4Ｔｏｒｒに設定してボロンドープのシリコンエ
ピタキシャル膜３２を成長する。このようにして成長さ
せるシリコンエピタキシャル膜３２の膜厚は、１００ｎ
ｍ〜１μｍで所定の値に設定される。
まで、前述のシリコンエピタキシャル成長室にＳｉ2 Ｈ
6 ガスおよびＢ2 Ｈ6 ガスを導入する。ここで、Ｂ2 Ｈ
6 ／Ｓｉ2 Ｈ6 の分圧比を５×１０-4、全ガス圧力を１
×１０-4Ｔｏｒｒに設定してボロンドープのシリコンエ
ピタキシャル膜３２を成長する。このようにして成長さ
せるシリコンエピタキシャル膜３２の膜厚は、１００ｎ
ｍ〜１μｍで所定の値に設定される。
【００５０】次に、本発明の効果を調べるために、以上
の条件で成長したシリコンエピタキシャル膜３２のエピ
タキシャル表面３３の表面凹凸をＡＦＭで測定した。こ
こで、シリコンエピタキシャル膜３２の膜厚は５００ｎ
ｍである。図６は、この表面凹凸の段差のＰＨ3 ／Ｓｉ
Ｈ4 分圧比依存性を示す。図６から判るように、ＰＨ3
／ＳｉＨ4 分圧比が１×１０-2以上になると、この表面
凹凸段差は１ｎｍ以下になり、非常に平坦な表面を持つ
シリコンエピタキシャル膜３２が形成されるようにな
る。
の条件で成長したシリコンエピタキシャル膜３２のエピ
タキシャル表面３３の表面凹凸をＡＦＭで測定した。こ
こで、シリコンエピタキシャル膜３２の膜厚は５００ｎ
ｍである。図６は、この表面凹凸の段差のＰＨ3 ／Ｓｉ
Ｈ4 分圧比依存性を示す。図６から判るように、ＰＨ3
／ＳｉＨ4 分圧比が１×１０-2以上になると、この表面
凹凸段差は１ｎｍ以下になり、非常に平坦な表面を持つ
シリコンエピタキシャル膜３２が形成されるようにな
る。
【００５１】さらに、シリコンエピタキシャル膜３２の
結晶性およびシリコンエピタキシャル膜／シリコン基板
界面の不純物量を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）およびＳ
ＩＭＳで評価した。ＴＥＭ観察からは、シリコンエピタ
キシャル膜中に格子欠陥や析出物などの結晶欠陥は認め
られず、良好な結晶性の膜であることが確認された。ま
た、ＳＩＭＳ測定より、シリコンエピタキシャル膜／シ
リコン基板界面への酸素、炭素などの不純物残留はない
ことが確認された。
結晶性およびシリコンエピタキシャル膜／シリコン基板
界面の不純物量を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）およびＳ
ＩＭＳで評価した。ＴＥＭ観察からは、シリコンエピタ
キシャル膜中に格子欠陥や析出物などの結晶欠陥は認め
られず、良好な結晶性の膜であることが確認された。ま
た、ＳＩＭＳ測定より、シリコンエピタキシャル膜／シ
リコン基板界面への酸素、炭素などの不純物残留はない
ことが確認された。
【００５２】以上より、本発明の方法でシリコン基板表
面の自然酸化膜除去が完全に行われ、かつ、表面平坦度
の高いシリコンエピタキシャル膜が形成できることが確
認された。
面の自然酸化膜除去が完全に行われ、かつ、表面平坦度
の高いシリコンエピタキシャル膜が形成できることが確
認された。
【００５３】この低温エピタキシャル成長技術は、ＭＯ
Ｓトランジスタの短チャネル効果抑制を目的とするシリ
コンエピタキシャル膜のチャネル部への適用、拡散層の
浅接合を可能にするシリコンエピタキシャル膜のソース
およびドレイン領域への適用、等を容易にする。
Ｓトランジスタの短チャネル効果抑制を目的とするシリ
コンエピタキシャル膜のチャネル部への適用、拡散層の
浅接合を可能にするシリコンエピタキシャル膜のソース
およびドレイン領域への適用、等を容易にする。
【００５４】この実施例では、シリコンエピタキシャル
膜成長に関して説明したが、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜や
シリコンとゲルマニウムの合金であるＳｉ1-x ＧｅX 膜
の成長の場合についてもシリコンエピタキシャル膜の成
長と同様の効果のあることが確認されている。
膜成長に関して説明したが、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜や
シリコンとゲルマニウムの合金であるＳｉ1-x ＧｅX 膜
の成長の場合についてもシリコンエピタキシャル膜の成
長と同様の効果のあることが確認されている。
【００５５】また、以上の実施例では、還元ガスとして
ＳｉＨ4 とＰＨ3 の混合ガスを用いる場合について説明
したが、ＳｉＨ4 ガスの代りにＳｉ2 Ｈ6 ガスを用いて
も同様の効果が生じる。このＳｉ2 Ｈ4 ガスを用いる場
合は、自然酸化膜除去のための処理温度は、ＳｉＨ4 ガ
スの場合より１００℃程度低下する。しかし、この場合
にＰＨ3 ／Ｓｉ2 Ｈ6 のガス分圧比は、ＰＨ3 ／ＳｉＨ
4 のガス分圧比より大きくする必要がある。これは、Ｓ
ｉ2 Ｈ6 ガスはＳｉＨ4 ガスより熱分解が生じ易いため
である。
ＳｉＨ4 とＰＨ3 の混合ガスを用いる場合について説明
したが、ＳｉＨ4 ガスの代りにＳｉ2 Ｈ6 ガスを用いて
も同様の効果が生じる。このＳｉ2 Ｈ4 ガスを用いる場
合は、自然酸化膜除去のための処理温度は、ＳｉＨ4 ガ
スの場合より１００℃程度低下する。しかし、この場合
にＰＨ3 ／Ｓｉ2 Ｈ6 のガス分圧比は、ＰＨ3 ／ＳｉＨ
4 のガス分圧比より大きくする必要がある。これは、Ｓ
ｉ2 Ｈ6 ガスはＳｉＨ4 ガスより熱分解が生じ易いため
である。
【００５６】また、還元ガスとしてＳｉＨ4 とＰＨ3 の
混合ガスの代りに、ＧｅＨ4 とＰＨ3 の混合ガスを用い
ても同様の効果がある。この場合には、自然酸化膜除去
の処理温度あるいはＰＨ3 ／ＧｅＨ4 のガス分圧比は、
ＳｉＨ4 −ＰＨ3 系の場合と同一の条件に設定して行っ
てよい。
混合ガスの代りに、ＧｅＨ4 とＰＨ3 の混合ガスを用い
ても同様の効果がある。この場合には、自然酸化膜除去
の処理温度あるいはＰＨ3 ／ＧｅＨ4 のガス分圧比は、
ＳｉＨ4 −ＰＨ3 系の場合と同一の条件に設定して行っ
てよい。
【００５７】
【発明の効果】本発明の半導体基板上の自然酸化膜除去
の方法では、半導体基板を減圧下で加熱し、シラン系ガ
スもしくはＧｅＨ4 ガスを供給することにより半導体基
板表面の自然酸化膜を除去する半導体基板の表面処理方
法において、前記シラン系ガスもしくはＧｅＨ4 ガスと
同時にＰＨ3 ガスを供給する。
の方法では、半導体基板を減圧下で加熱し、シラン系ガ
スもしくはＧｅＨ4 ガスを供給することにより半導体基
板表面の自然酸化膜を除去する半導体基板の表面処理方
法において、前記シラン系ガスもしくはＧｅＨ4 ガスと
同時にＰＨ3 ガスを供給する。
【００５８】このため、シラン還元、ＧｅＨ4 還元など
の自然酸化膜除去を施した後にポリシリコンあるいは単
結晶シリコン等の半導体薄膜成長を行っても、これらの
半導体薄膜表面の表面凹凸は形成されなくなる。
の自然酸化膜除去を施した後にポリシリコンあるいは単
結晶シリコン等の半導体薄膜成長を行っても、これらの
半導体薄膜表面の表面凹凸は形成されなくなる。
【００５９】また、本発明を用いた半導体薄膜形成方法
をＵＬＳＩのコンタクトプラグ形成に適用することによ
り、コンタクト抵抗は大幅に低減されるようになる。
をＵＬＳＩのコンタクトプラグ形成に適用することによ
り、コンタクト抵抗は大幅に低減されるようになる。
【００６０】さらに、本発明を半導体エピタキシャル成
長に適用することにより、低温で表面平坦度が良く、結
晶性に優れる半導体エピタキシャル膜が成長されるよう
になる。
長に適用することにより、低温で表面平坦度が良く、結
晶性に優れる半導体エピタキシャル膜が成長されるよう
になる。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例での処理条件を示すグラ
フである。
フである。
【図３】本発明の第１の実施例の効果を説明するための
グラフである。
グラフである。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図６】本発明の第３の実施例の効果を説明するための
グラフである。
グラフである。
【図７】従来の技術を説明するための工程順の断面図で
ある。
ある。
１，１１，３１，１０１ シリコン基板 ２，１０２ 自然酸化膜 ３，１０３ 残存自然酸化膜 １２ フィールド酸化膜 １３ ゲート酸化膜 １４ ゲート電極 １５ ソース拡散層 １６ ドレイン拡散層 １７ 層間絶縁膜 １８ コンタクト孔 １９ アモルファスシリコン膜 ２０ コンタクトプラグ ２１ 電極 ３２ シリコンエピタキシャル膜 ３３ エピタキシャル表面 １０４ シリコン薄膜
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板の主面あるいは半導体材料の
表面に形成される自然酸化膜を除去する処理方法におい
て、シラン系ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ
4 ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あ
るいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板
あるいは前記半導体薄膜を加熱し、前記自然酸化膜を還
元除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記シラン系ガスがＳｉＨ4 あるいはＳ
ｉ2 Ｈ6 ガスであることを特徴とする請求項１記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 半導体基板上に形成する絶縁ゲート電界
効果トランジスタのソース・ドレインを構成する拡散層
上の絶縁膜にコンタクト孔を形成する工程と、シラン系
ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスまたはＧｅＨ4 ガスとＰＨ
3 ガスの混合ガスを含む減圧ガス雰囲気あるいは前記混
合ガスの希釈ガス雰囲気で前記半導体基板を加熱する工
程と、前記半導体基板を加熱した後、前記コンタクト孔
を埋設して不純物を含有する半導体膜を堆積する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 シラン系ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスま
たはＧｅＨ4 ガスとＰＨ3 ガスの混合ガスを含む減圧ガ
ス雰囲気あるいは前記混合ガスの希釈ガス雰囲気で前記
半導体基板を加熱し、前記半導体基板の主面の自然酸化
膜を還元除去する工程と、前記自然酸化膜の除去後、単
結晶半導体薄膜を前記半導体基板の主面に堆積する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記ＳｉＨ4 ガスに対するＰＨ3 ガスの
分圧比が２．５×１０-2以上であることを特徴とする請
求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14921295A JP2701793B2 (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14921295A JP2701793B2 (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH097909A true JPH097909A (ja) | 1997-01-10 |
| JP2701793B2 JP2701793B2 (ja) | 1998-01-21 |
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ID=15470295
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14921295A Expired - Fee Related JP2701793B2 (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | 半導体装置の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701793B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7084041B2 (en) | 2003-03-06 | 2006-08-01 | Samsung Electronics, Co., Ltd. | Bipolar device and method of manufacturing the same including pre-treatment using germane gas |
| JP2009177170A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法および電子デバイス |
| JP2010040971A (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Chikao Kimura | 薄膜半導体層の形成方法 |
| JP2016058444A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法および成膜装置 |
| JP2017076774A (ja) * | 2015-10-12 | 2017-04-20 | 上海新昇半導體科技有限公司 | エピタキシャル層を形成する方法 |
-
1995
- 1995-06-15 JP JP14921295A patent/JP2701793B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7084041B2 (en) | 2003-03-06 | 2006-08-01 | Samsung Electronics, Co., Ltd. | Bipolar device and method of manufacturing the same including pre-treatment using germane gas |
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| JP2017076774A (ja) * | 2015-10-12 | 2017-04-20 | 上海新昇半導體科技有限公司 | エピタキシャル層を形成する方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2701793B2 (ja) | 1998-01-21 |
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