JPS61113238A

JPS61113238A - 選択的表面処理方法

Info

Publication number: JPS61113238A
Application number: JP23564984A
Authority: JP
Inventors: Keiji Horioka; 啓治堀岡; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-11-08
Filing date: 1984-11-08
Publication date: 1986-05-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、光化学反応を利用して試料上に絶縁性薄膜を
選択的に成長形成、或いは試料上に不純物を選択的にド
ーピング等するための選択的表面処理方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

絶縁性薄膜は、半導体集積回路素子の重要な構成部分の
一つである。シリコンを基板とする半導体集積回路を例
にとると、このような絶縁性薄膜成長方法として最も一
般的なものは、酸素ガスを流した炉の中で加熱してシリ
コン基板の表面層を酸化する方法であるが、そのために
は８００〜１０００［’Ｃ］まで昇温する必要がある。

このため、シリコンウェハの出入れの際にウェハが割れ
たり、反る等の問題がある。近年、ウェハは大形化する
傾向にあるので、この問題は今後特に重要となる。

そこで本発明者等は、光化学反応を利用して選択的にシ
リコン酸化膜を形成する方法を提案している（特願昭５
９−１０５９９９号）。この方法では、まずシリコン基
板上に薄い熱酸化膜のマスクを選択的に形成しておき、
該試料を酸素とハロゲンガスとの混合ガス中に晒し、ハ
ロゲンガスを解離する光を照射する。光解離により生成
したハロゲンラジカルは、熱酸化膜で覆われていない部
分を選択的にエツチングする性質があり、エツチング生
成物としてハロゲン化シリコンが生じる。

このハロゲン化シリコンが雰囲気中の酸素ガスと直ちに
反応して５１０２を形成して再び試料上に堆積すること
により、選択的にＳ　ｉ　０２　ＩＩＩが形成されるこ
とになる。そして、低温で且つ簡易な工程で絶縁性の酸
化膜が形成可能であり、また酸素ガスとハロゲンガスと
の混合比を変化させることによって、エツチング量と再
堆積量との比率が変化し、酸化膜形成後の表面形状を制
御できると云う優れた特徴を有している。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、形成された酸化膜の弗酸中でのエツチ
ング速度は１分間当り１［μｍ］程度で、通常の熱酸化
膜と比較して１０倍程度速く、ざらに膜質はあまり良好
なものではではない。

また、膜質を改善する手段として、高温でアニールする
方法が考えられるが、高温のアニールではストレスが生
じて膜中にクラックが生じ易い等の問題を招く。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低温で効率良く絶縁性簿膜を選択的に
成長形成することができ、素子分離や段差の埋込み或い
は不純物のドーピング等に好適する選択的表面処理方法
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、試料を酸化性ガス、ハロゲン元素含有
ガス及び硼素、燐若しくは砒素等の添加ガスからなる混
合ガス雰囲気中におき、これに光を照射してハロゲンラ
ジカルを解離させ、光とハロゲンラジカルとの作用によ
り、試料の酸化を促進して絶縁性薄膜を形成することに
ある。

即ち本発明は、試料上に絶縁性薄膜を選択形成する方法
において、試料の表面上若しくはそれとは距離をおいて
対面するようにマスクを選択的に形成したのち、この試
料を少なくとも酸素を含む酸化性ガス、少なくともハロ
ゲン元素を含むハロゲン元素含有ガス及び添加すべき元
素を含む添加ガスからなる混合ガス雰囲気中に晒し、上
記ハロゲン元素含有ガスを励起する光を照射し、前記試
料の表面の光照射部分に前記添加すべき元素を含む絶縁
性薄膜を選択的に成長せしめるようにした方法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光により解離したハロゲンラジカルと
光との作用により試料の酸化を促進し、通常の熱酸化等
に比較して、低温で絶縁性薄膜を形成することができる
。しかも、添加ガスの作用により形成される絶縁性薄膜
の、例えばガラス転移点を低くすることができ、クラッ
ク等を沼かない比較的低い温度で該薄膜を熱処理するこ
とができる。従って、光化学反応を応用した選択酸化膜
形成方法の欠点であった膜質不良が克服され、これを実
用化することが可能となる。これによって、素子分離が
容易となり、工程を短縮することができる。ざらに、配
線時の段差の埋込みに応用して、素子の品質改善並びに
歩留りの向上をはかることができる。

〔発明の実施例〕

まず、本発明の詳細な説明する前に、該実施例方法に使
用した装置について説明する。

第３図は実ｍ例方法に使用した光酸化装置を示す概略構
成図である。図中３１は反応室を構成する真空容器で、
この容器３１内には試料３２を載置するサセプタ３３が
収容されている。サセプタ３３にはヒータ３４が取付け
られており、試料３２が加熱されるものとなっている。

また、容器３１には、酸化性ガスを導入するためのガス
導入口３５、ハロゲン元素を含むハロゲン元素含有ガス
（反応性ガス）を導入するためのガス導入０３６、及び
添加ガスを導入するためのガス導入口３７が設けられて
いる。ざらに、容器３１にはガス排気口３８が設けられ
ており、上記各ガスはこの排気口３８を介して容器３１
外に排気されるものとなっている。

一方、容器３１の上方には、反応性ガスを解離するため
の光３９を発する光源４０が設けられている。この光源
４０は、例えば波長３０８　［ｎｍ］のパルス・エキシ
マ・レーザであり、１秒間当り８０パルス、平均出力２
［Ｗ／ｃｔ！］で使用されるものとなっている。そして
、光源４０からの光３９は容器３１の上壁に設けられた
光透過窓４１を介して容器３１内に導入され、前記試料
３２の表面に対し垂直に照射されるものとなっている。

なお、本実施例では、酸化性ガスとして酸素、反応性ガ
スとして塩素、添加ガスとしてＢＣｆｆｉ３とＰＯＣｌ
２との１＝１の混合ガスを用いた。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例方法に係わる
素子分離用酸化膜形成工程を示す断面図である。まず、
第１図（ａ’）に示す如＜（１００）面方位の単結晶Ｓ
ｉウェハ（試料）１１上に厚さ１０００［人］の熱酸化
膜１２を形成した後、パターニングによりその一部を除
去した。ここで、残存した熱酸化膜１２は、後述の工程
でマスクとして作用するものである。

次に、上記試料を前記第３図に示した装置の真空容器３
１内に配置し、試料温度を２５０　［℃］に保持した。

この状態で、酸素ガス、塩素ガス及びＢＣＪ２３とＰＯ
Ｃ（１３との１：１混合ガスを、それぞれ２０：２：１
の混合比で導入し、全圧力を１００　［ｔｏｒｒ］にし
て、エキシマレーザ光を６Ｑ分間照射した。なお、この
ときの光照射方向は試料表面に対し垂直方向とした。そ
の結果、第１図（ｂ）に示す如く熱酸化膜１２で覆われ
ていない部分に選択的に珪酸ガラス層１３（絶縁性簿膜
）が成長した。元素分析を行ったところ、この珪酸ガラ
ス層１３中には、３［％］の硼素と５［％］の燐が含ま
れていることが判った。また、この珪酸ガラス層１３を
弗化アンモニウム−弗酸混合液中に浸すと、１分間当り
１２０００　［大コの速さでエツチングされることが判
った。珪酸ガラス層１３がＳｉ基板１１中に食込んでい
る深さは７０００［入］であり、膜厚は１００００［人
］であった。これら２つの値の比率は、・ガス混合比に
より任意に設定することができる。

次に、この試料を窒素雰囲気中で９００　Ｅ’Ｃ］で３
０分間熱処理を行うと、第１図（Ｃ）に示す如く珪酸ガ
ラス層１３は溶融して堆積収縮し、厚さ８０００［人］
となり、マスク部分（熱酸化膜１２）との段差は殆どな
くなった。また、熱処理後の弗化アンモニウム−弗酸混
合液中でのエツチング速度は１１００［入／１ｎ］とな
り、良好な絶縁膜が形成されることが判った。ここで、
添加ガスの作用により珪酸ガラス層１３は不純物を含ん
だものとなり、これにより珪酸ガラス層１３のガラス転
移点は比較的低いものとなる。このため、上記熱処理の
際の温度を比較的低くすることができ、クラック等は全
く生じなかった。また、上記の熱処理により、珪酸ガラ
ス層１３中の硼素及び燐の一部は不純物としてＳｉ基板
１１中の近接部分１４に拡散する。これは、素子の性能
に対して一般には良くない影響を及ぼすが、Ｐ型不純物
である硼素と、Ｎ型不純物である燐との混合比を適切に
設定すれば、この悪影響を取除くことは可能である。ま
た、この効果を有効に利用することも可能である。即ち
、ＭｏＳトランジスタでは、ゲート部分に生じる反転層
が強い電界によって素子分離領域まで広がってしまうこ
とがあり、素子特性を悪化させる要因となっている。こ
のため、素子分離領域のゲートに接した部分に不純物を
ドープして反転層の広がりを抑えることが行われている
。従って、適切なガス混合比及び熱処理温度を設定すれ
ば、このドーピングと絶縁膜形成とを同時に行うことが
可能となる。

次に、第１図（ｄ）に示す如く熱酸化膜１２を除去した
。これにより、熱酸化膜１２を除去した領域に素子を形
成することが可能となる。

かくして本実施例方法によれば、光化学反応を利用して
絶縁性薄膜を形成するに際し、硼素及び燐等を含む添加
ガスを用いているので、形成される珪酸ガラス層１３の
ガラス転移点を低くすることができる。このため、珪酸
ガラス層１３の熱処理温度を、前述したクラック等が生
じない程度の比較的低い温度に設定することができる。

従って、光化学反応により形成された珪酸ガラス１１１
３の膜質改善をはかることができ、素子分離用絶縁膜の
形成等に極めて有効である。

また、第１図（ｄ）に示す工程のあと珪酸ガラス！１３
を取除けば、第１図（ｅ）に示す如くＳ１ウエハ１１上
の凹部１５の底面及び側面にのみ選択的に不純物をドー
ピングした構造ができる。

このため、新たな選択ドーピング方法の一種として用い
ることが可能である。

第２図（ａ）〜（ｄンは他の実施例方法を説明するため
のもので、配線部分の段差解消方法を示す工程断面図で
ある。まず、第２図（ａ）に示す如く試料として熱酸化
膜２０上に厚さ８０００［大コの多結晶シリコン膜２）
を形成したものを用い、この上に先の実施例方法と同様
に熱酸化膜２２を選択形成した。この試料を前記第３図
に示す装置の真空容器３１内に配置し、該容器３１内に
酸素からなる酸化性ガス、塩素からなる反応性ガス、及
びＢＣｆｆｉ３とＰＯＣｆｆｉとの１＝１添加ガスを４
０　：　２　：　１で導入し、全圧力を２００［ｔＯｒ
ｒ’］として光照射を６０分間行った。ここで、多結晶
シリコンは単結晶シリコンよりＣ２ラジカルに対するエ
ツチング速度が大きいので、より多傷の酸化性ガスが必
要となる。上記光照射の結果、先の実施例方法と同様に
第２図（ｂ）に示す如く、厚さ８０００　［大コの多結
晶シリコン膜２）が全て珪酸ガラス層２３に変化し、珪
酸ガラス層２３の膜厚は１１０００［人］となった。

次に、上記試料を９０００　［’Ｃ］で３０分間熱処理
すると、第２図（Ｃ）に示す如く珪酸ガラスＨ２３の堆
積が収縮すると同時にその膜質が改善された。次いで、
弗化アンモニウム−弗酸溶液中に１分間浸して、マスク
としての熱酸化膜２２を取除くことにより、Ｎ２図＜ｄ
）に示す如く多結晶シリコン膜２）と珪酸ガラス層２３
とを段差なく形成することが可能となった。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、前記酸化性ガスとしては、酸素の他
にＮＯ２、Ｎ２０或いはオゾン等を用いることができる
。つまり、酸化性ガスとしては少なくとも酸素を含むも
のであればよい。さらに、前記反応性ガスとしては、塩
素の他に弗素。

臭素、ヨウ素及びこれらを含んだものを用いることがで
きる。つまり、反応性ガスとしては少なくともハロゲン
元素を含むハロゲン元素含有ガスであればよい。また、
前記添加ガスとしては硼素や燐の他に砒素等を用いても
よく、ざらにこれらの元素を含むガスを用いることも可
能である。また、ハロゲン元素含有ガスの励起光として
は、エキシマレーザ以外のレーザ、或いは水銀ランプや
ハロゲンランプ等の光を用いることも可能である。また
、試料としてはシリコンに限らず、光化学反応により絶
縁性薄膜が成長しかつ添加ガスによりその熱処理温度等
が低下するものであればよい。さらに、マスクは試料と
距離をおいて対面してもよい。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅｉ＞は本発明の一実施例方法に係わ
る素子分離用酸化膜形成工程を示す断面図、第２図（ａ
）〜（ｄ）は他の実施例方法を説明するための工程断面
図、第３図は上記各実施例方法に使用した酸化膜形成装
置を示す概略構成図である。１１・・・単結晶３ｉ基板（試料）、１２．２２・・・
熱酸化膜（マスク）、１３．２３・・・珪酸ガラス層（
絶縁’ａ”ｉ膜）、１４・・・不純物拡散領域、１５・
・・凹部、２ｏ・・・熱酸化膜、２）・・・多結晶シリ
コン膜、３１・・・真空容器、３２・・・試料、３３・
・・サセプタ、３４・・・ヒータ、３５・・・酸化性ガ
ス導入口、３６・・・反応性ガス導入口、３７・・・添
加ガス導入口、３８・・・排気口、３９・・・光、４０
・・・光源。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料に対面して光を選択的に通過させる部分を有
するマスクを設け、この試料を少なくとも酸素を含む酸
化性ガス、少なくともハロゲン元素を含むハロゲン元素
含有ガス及び添加すべき元素を含む添加ガスからなる混
合ガス雰囲気中に晒し、上記ハロゲン元素含有ガスを励
起する光を前記マスクを介して前記試料に照射し、前記
試料の表面の光照射部分に前記添加すべき元素を含む絶
縁性薄膜を選択的に成長せしめることを特徴とする選択
的表面処理方法。
（２）前記試料は単結晶、多結晶或いは非晶質のシリコ
ンであり、前記絶縁性薄膜は珪酸ガラスであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択的表面処理方
法。
（３）前記マスクは、前記試料を熱酸化して形成された
シリコン酸化膜であることを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の選択的表面処理方法。
（４）前記添加ガスとして、硼素、燐若しくは砒素を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択
的表面処理方法。
（５）前記熱処理後に、前記絶縁性薄膜を除去すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択的表面処
理方法。
（６）前記試料とマスクとの間には、距離が存在するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択的表面
処理方法。
（７）前記絶縁性薄膜の成長後、前記試料を熱処理する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の選択的表
面処理方法。