JPS62189730A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 Ｃ発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に溝部の
側壁部分に対する不純物ドーピング方法の改良をはかっ
た半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技１！ｇ） 近年、半導体集積回路装置は益々微細化、高集積化が進
められており、高速化を目指すＶＬＳＩでは個々の素子
面積を縮小するため、シリコン塞板上の水平方向の距離
に対して大ぎな垂直段差を持つ溝部を有するものが増え
ている。特に、ダイナミックメモリ（ｄ　ＲＡ　Ｍ　）
等では、小さい素子占有面積で十分なキャパシタ容量を
得るために、シリコン基板の表面にアスペクト比（溝の
幅に対する深さの比）の大きな溝を掘り、この溝部内に
キャパシタ（トレンチキャパシタ）を形成する技術が開
発されている。

第４図は従来のトレンチキャパシタの概略構造を示す断
面図である。シリコン基板４１の表面にアスペクト比の
大きな溝部４３が設けられ、基板４１の表面にゲート酸
化ｆｉａ４７を介してゲート電極４８が形成されている
。この構造では、基板４１とゲート１を極４８との間に
キャパシタが形成されることになり、溝部４３が無い場
合に比してキャパシタ容量が数倍も大きくなる。つまり
、小さい面積であってもキャパシタ容ａを十分大きくす
ることができ、高集積化に極めて有効である。

ところで、上記第４図の構造では、キャパシタ電極間に
電圧を印加すると、基板４１側に深い位置まで空乏層４
９が生じ、これによりキャパシタ吉凶の減少を招くと云
う問題がある。例えば、ｄＲＡＭのストレージギャパシ
タでは、動作電圧が正負の両側にｉｔ）かる場合、蓄積
電有機が大幅に減少し動作マージンが無くなる虞れがあ
る。そこで最近、上記空乏１１４９が広がるのを防止す
るために、基板４１の表面層にイオン注入等により不純
物拡散層を形成する方法が提案されている。この方法で
は、拡散層の存在により基板表面の空乏層の広がりが抑
えられるので、上記したキャパシタ８最の減少を未然に
防止できることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 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、シリコン基板の溝部の側壁領域に不純
物をドーピングする場合、現在不純物濃度を精度良く制
御できるために広く用いられているイオン注入法を用い
ると、不純物イオンの注入方向が一定のため、第５図（
ａ）に示す如く溝部の側Ｗ領域で注入方向に対して影と
なる部分ができ、一部不純物が注入されていない領域が
生じる。この問題は、例えばイオンの注入方向を第５図
（ｂ）に示す如くシリコン基板面に対して斜めに傾けた
り、更に同図（Ｃ）に示す如くシリコン基板を回転させ
たりすることである程度改善できるが、側壁部分で十分
に不純物が均一にドーピングされたとは言えない。また
、高集積化により素子の微細化、２１１部の高アスペク
ト化が進むことを考えると、イオン注入法により高アス
ペクト比の溝部の１ｌｌＩｌ壁部分に不純物を均一にド
ーピングすることは困難であった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、シリコン基板上にある高アスペクト比
の溝部の側壁部分にも、平坦部と同様に不純物を均一に
ドーピングすることができ、素子の高集積化及び高速化
に寄与し得る半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、イオン注入法の代りに、不純物を含む
シリコン酸化膜からの拡散により不純物のドーピングを
行うことにある。

即ち本発明は、半導体装置の製造方法において、シリコ
ン基板の表面を選択的にエツチングして凹形状の溝部を
形成したのち、上記シリコン基板の表面に不純物を含む
シリコン酸化膜を減圧化学気相成長法により堆積し、次
いで高温熱処理を施すことにより上記不純物を含／υだ
シリコン酸化膜から前記溝部の側壁を含めた前記シリコ
ン基板の表面層に不純物を拡散させ、しかるのち前記シ
リコン酸化膜を除去するようにした方法である。

（作用） 上記の方法によれば、溝部を含むシリコン基板の表面に
は不純物を含むシリコン酸化膜がステップカバーレッジ
良く堆積されることになり、高温熱処理によりシリコン
酸化膜からの不純物の拡散がシリコン基板側に均一に進
むことになる。そしてこの場合、シリコン基板の表面と
同様に溝部の側壁部分にもシリコン酸化膜が堆積されて
いるので、溝部の０１１１壁部分にも不純物を均一に拡
散させることが可能となる。

（実施例） 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）〜（ｄ）は本発明の一実論例方法に係わる
トレンチキャパシタ製造工程を示す断面図である。まず
、第１図＜ａ＞に示す如く比抵抗１０［Ω圀］１面方位
（１００）のＰ型シリコン基！反１１上に熱酸化１１！
Ｊ１２を形成し、この熱波化ｇ！１２をバターニングし
てシリコン基板１１に溝を掘る領域のみ熱岐化摸１２を
取除いた。続いて、熱酸化膜１２をマスクとしてシリコ
ン基板１１を、例えばＣＢｒＦ３ガスを用いてリアクテ
ィブ・イオン・エツチング（ＲＩＥ）法で選択エツチン
グし、開口部１［μｍ３、深さ３［μ肌コの溝部１３を
形成した。

次いで、弗化アンモニウム溶液等を用いて熱酸化１１２
を除去した後、第１図＜ｂ＞に示す如くシリコン！１ｓ
Ｉｆｉ１１上に減圧気相成長法（ＬＰＧＶＤ）法により
、Ｎ型不純物を含有したＳ　ｉ　０２　ｇ！１４及び不
純物を含有していない５１０２１ｍ１５を順次堆積形成
した。

ここで、上記ＬＰＧＶＤ法によるＳｉＯ２膜１４．１５
の堆積には次のような方法を採った。

即ち、シリコンのアルコラードと砒素のアルコラ−１−
１−例としてテトラエトキシシラン（Ｓ　ｉ　　（ＯＣ
２Ｈ５）４　）とトリエトキシアルシ＞　（Ａｓ　（Ｏ
Ｃ２Ｈｓ　）　３）　（Ｄ７Ａ気’Ｅ：、２ｏＯ〜５０
０　Ｅ　ｍａｔ　ｔｏｒｒ）の圧力の不活性雰囲気に導
入して、６５０〜８００　［℃］の温度に加熱すること
により、Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）４及びＡｓ　（ＯＣ２
Ｈｓ　）３　がＳ　ｉ　０２　、！：ＡＳ＋　０４とに
熱分解し、分解生成物であるＳ　ｉ　０２がシリコン基
板１１上に堆積すると同時に、ＡＳ４０６が堆積した５
１０２膜に溶解し、Ａｓドープの３ｉ０２膜１４が形成
される。これに続き、ＡＳ　（ＯＣ２Ｈｓ　）３の蒸気
の供給を止めれば、Ｓ　ｉ　（ＯＣ２１−１ｓ　）　４
のみの熱分解により△ＳドープＳ　ｉ　０２膜１４上に
アンドープＳｉＯ２膜１５が形成される。これらの堆積
膜１４．１５は、減圧で且つ反応神速で堆積さ机るため
、反応種であるＳ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）４及び Ａｓ　（ＯＣ２Ｈ５）３ガス分子は平均自由工程が長く
、しかも過剰に存在するためアスペクト比の大きな溝部
に対しても良好なステップカバーレッジを持つ。

次イテ、７ントー７Ｓ　ｉ　０２　膜１５／’Ａｓ　ｔ
’　−ブ３ｉ０２膜１４／シリコン爆板１１の積層構造
を、通常の拡散炉で高温に加熱することにより、第１図
（ｃ）に示す如＜ＡＳドープ５ｉ０２膜１４中に含まれ
る砒素をシリコン基板１１中に拡散して、Ｎ型拡散１１
１６を形成した。なお、Ａｓドープ３ｉＯｚ膜１４はシ
リコン基板１１への砒素の拡散源として、アンドープ５
ｉＯｚｌｌＱ１５は砒素の雰囲気への外方拡散を防ぐ障
壁として用いられる。

ここで、上記拡散層１６の形成に、例えばシリコン基板
１１上に膜中砒素濃度　８×１０２［ｃａ＋”］のＡＳ
ドープ５ｉＯ２ｆｆ！１４を厚さ１０００［人１、アン
ドープ５ｉ０２膜１５を厚さ１０００［人］堆積した積
層構造を窒素雰囲気中で１０００　［’Ｃ］、１時間加
熱処理することにより、シリコン基板１１表面領域に、
砒素表面濃度６Ｘ　１０Ｌ９　Ｃｃｍ’　］　、接合深
さ０．１５Ｅμｍ］のＮ型拡散層１６が形成される。そ
してこの場＆、砒素拡散源であるＡｓドープ５ｉＯｚ膜
１４がアスペクト比が大きな溝部１３に対しても良好な
ステップカバーレッジを持つことと、Ａｓドープ５ｉＯ
ｚ膜１４中の砒素１度がこの条件での形成反応において
はシリコン基板１１上の溝部１３の入口近くと奥とで殆
ど変化がないため、Ｎ型拡散層１６はシリコン基板平坦
部と溝部１３の側壁部分とで均質に形成される。

次いで、不要となったＡｓドープ５ｉＯｚ膜１４及びア
ンドープ５ｉＯ２ｖＡ１５を除去する。

これ以降は、第１図（ｄ）に示す如く通常のＭＯＳキャ
パシタ工程に従って、ゲート酸化膜１７及びリンドープ
多結晶シリコン膜を順次形成し、写真蝕刻技術によって
多結晶シリコン膜をバターニングしてゲート電極１８を
形成することによって、溝掘りキャパシタが完成するこ
とになる。

かくして形成された１−レンチキャパシタは、グー１〜
電に！１８に正負いずれの電圧を印加しても。

第２図に示す如くシリコン話１反１１側に生じる空乏層
１９は極めて浅いものであり、例えばゲート７ｒｉｆｆ
ｉ１８に−５［Ｖ］印加した場合でも８岳は殆ど減少し
なかった。これに対し、従来のトレンチキＶパシタでは
、前記第４図に示したようにゲーｊ・電極４８に正の電
圧、例えば５［ｖ］を印加するとシリコン基板４１側に
深い空乏層４９が生じ、キャパシタ８山は激減していた
のである。つまり、本実施例のように拡散１１６を形成
することにより、空乏層１９の広がりを極めて少なくで
き、キャパシタ容量の減少を未然に防止できることにな
る。ざらに、将来的に素子寸法は小さくなっていくため
、例えばｄ　ＲＡ　Ｍのストレージキャパシタとしては
、本実施例のように高濃度不純物層を有するトレンチキ
ャパシタは、蓄積電荷ｍが多く有利な構造である。

また、この実施例では不純物として拡散係数の小さい砒
素を用いているため、形成された不純物１ｉ１１６の接
合深さを０．１５　［μｍ］と浅く且つ制御性良く設定
することができ、隣接素子との電気的に絶縁分離される
距離が短く、集積度を上げるにも有効である。さらに、
ＳｉＯ２膜１４゜１５の製造性としてＬＰＣＶＤ法を用
いているので、アスペクト比の大きな溝部１３であって
もステップカバーレッジ良＜ＳｉＯ２膜１４．１５を１
ｆｆａすることができ、これにより後続する拡散工程に
おける拡散を均一に行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記溝部の形状は垂直断面を有するも
のに限らず、テーパ角、逆テーパ角を持ったものでもよ
く、さらに第３図に示す如く双方を持つものであっても
よい。また、実浦例ｒハｓ　ｉ　０２　ｍＶ）形成ニｓ
　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）４　。

Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）４及びＡｓ　（ＯＣ２Ｈ５）　
３の熱分解反応を用いたが、エトキシ基の代りにメトキ
シ基、プロトキシ基のついた有機シラン、有機アルシン
の熱分解反応を用いてもよく、熱分解反応生成物として
ＳｉＯ２とＡＳ４０６が生じる材料であれば何を用いて
もよい。また、熱分解反応ではなく、シラン、アルシン
等の酸化反応を用いても、更に両反応を混合した形でＳ
　ｉ　０２を形成してもよい。

また、前記実施例ではＡＳ拡散層を形成するための高温
拡散工程として、窒Ｘ雰囲気中で１０００［’Ｃ］、１
１１５間の熱処理を行ったが、雰囲気としては、不活性
ガスの他、酸化雰囲気中でｌ！化を行いながら拡散を行
ってもよい。さらに、拡散温度２時間も、砒素が所望の
伍だけシリコン基板中にＡＳドープシリコンから拡散さ
れる条件ならば差支えない。また、通常の熱処理の他、
拡散工程としてレーザアニール、１１子ビームアニール
、ランプアニール及びフラッシュアニール等を用いても
よい。また、拡散させる不純物としては砒素に限らず、
Ｎ型の不純物としてはリン、アンチモン、Ｐ型不純物と
してはボ０ン、アルミニウム、ガリウム等いずれを用い
てもよく、その場合は拡ｒｒｉａとしての不純物を含む
Ｓ　ｉ　０２膜をＬＰＣＶＤ法で形成することができれ
ば、何を使っても構わない。

また、上記実ｙｌ１例においては、ＡｓドープＳｉＯ２
膜上のキャップ膜がＳｉＯ２であったが、ＳｉＮ等のＡ
ｓの外方拡散を防ぐものであればよい。さらに、外方拡
散を防ぐ必要がない場合には、アンドープのギャップ膜
は無くてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変彩して実施することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、ＬＰＣＶＤ法により形成した不純物ド
ープのシリコン酸化膜からシリコン基板に不純物を拡散
させているので、高アスペクト比を持つ溝構造に対して
も平坦部と同じに均一に不純物をドーピングすることが
できる。このため、アスペクト比の大きな溝部を用いた
素子の応用範囲を拡大し、素子の高集積化及び高速化に
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例方法に係わる
Ｉ・レンチキャパシタ製ｊΔ工程を示す断面図、第２図
は上記工程により作成されたギトパシタの作用を説明′
するための断面図、第３図は変形例を説明するための断
面図、第４図及び第５図はそれぞれは従来の問題点を説
明するためのもので第４図は空乏層の広がり状態を承り
断面口、第５図はイオン注入によるドーピング分布を示
ず模式１１・・・シリコン基板、１２・・・熱酸化膜、
１３・・・ｉＩ　Ｎ、１４−Ａｓ　ト−７’Ｓ　ｔ　０
２　！ＩＴＡ、１５・・・アンドープ５１０２Ｍ！ｉｆ
、１６・・・Ｎ型拡散層、１７・・・ゲート酸化膜、１
８・・・ゲート電極、１９・・・空乏層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図　　　　　第４図 （ａ）　　　　　（ｂ）　　　　　（ｃ）第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板の表面を選択的にエッチングして凹
   形状の溝部を形成する工程と、次いで上記シリコン基板
   の表面に不純物を含むシリコン酸化膜を減圧化学気相成
   長法により堆積する工程と、高温熱処理を施すことによ
   り上記不純物を含んだシリコン酸化膜から前記溝部の側
   壁を含めた前記シリコン基板の表面層に不純物を拡散さ
   せる工程と、次いで前記シリコン酸化膜を除去する工程
   とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記シリコン酸化膜に含まれる不純物として、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
   の半導体装置の製造方法。
3. （３）前記シリコン酸化膜を減圧化学気相成長法により
   堆積する工程として、有機シランと有機アルシンとの熱
   分解反応を同時に用いることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置の製造方法。