JPS6344725A

JPS6344725A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS6344725A
Application number: JP8158587A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Samata; 秀一佐俣; Yoshiaki Matsushita; 松下　嘉明; Mitsuchika Saitou; 光親斉藤; Hisayo Sasaki; 佐々木　寿代
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1988-02-25

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】［発明の目的］（産業上の利用分升）この発明は電橿の形成方法を改良した半導体装置の製造
方法に関する。

（従来の技術）ＭＯ８型半導体装置は、従来、次のような方法によって
製造されている。すなわち、第４図の断面図で示される
ように、まず基板６１をフィールド絶縁膜６２で分離し
、素子領域の基板表面にゲート電極６３を形成し、この
ゲート電極６３を拡散のマスクとして使用して基板表面
に拡散を行ないソース領域６４、ドレイン領域６５を形
成し、さらに基板全面にＣＶＤ法（化学的気相成長法）
によりシリコン酸化膜６６を堆積し、この上にＢＰＳＧ
（ボロン・リン・シリコンガラス）膜６７を堆積し、次
に上記シリコン酸化１Ｉ６６及びＢＰＳＧ膜６７からな
る積層膜に対し、上記ソース領域６４及びドレイン領域
６５それぞれの表面に達する一対のコンタク１〜ホール
６８及び６９を開口し、次に全面にアルミニュームをス
パッタリング法により堆積し、このアルミニュームをバ
ターニングしてソース電極７０及びドレイン電極７１を
形成し、この上に保護用の絶縁膜７２を堆積するように
している。

ところが、このような方法では次のような問題点がある
。

■　コンタクトホール６８．６９の側面でアルミニュー
ムからなる電極７０．７１の膜厚が薄くなり、これらア
ルミニューム電極のエレクトロ・マイグレーション耐性
が悪化する。

■　コンタクトホール６８．６９を開口する際のＰＥＰ
（写真蝕刻技術）工程におけるマスク合せずれにより、
これらコンタクトホール６８．６９がフィールド絶縁Ｗ
Ａ６２の領域に開口されてしまうと、アルミニューム電
極が基板６１と短絡する。このため、ソース領域６４、
ドレイン領域６５に対してコンタクトホール６８．６９
を開口する際の位置合せ余裕を大きく取る必要があり、
これにより素子の寸法が大きくなってしまう。

■　電極７０．７１上に堆積される保護用の絶縁膜７２
に図示のような空洞ができ易くなり、これにより信頼性
が低下する。

■　アルミニュームをバターニングする際、ＰＥＰ工程
のマスク合せずれにより、アルミニューム電極の端部が
コンタクトホールに重なると、基板６１がエツチングさ
れ、ソース領域６４、ドレイン領域６５と基板６１との
絶縁性が低下する。このため、コンタクトホールとアル
ミニューム電極との位置合せ余裕を大きく取る必要があ
り、これにより素子の寸法が大きくなってしまう。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の方法で製造される半導体装置は信頼性
が低いものになり、かつ素子の寸法が大きくなるという
欠点がある。

そこでこの発明では信頼性が高く、しかも寸法を縮小化
することができる半導体装置を製造することができる半
導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

し発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は、半導体基体上に絶縁膜が存在し、この絶縁
膜に対し上記基体に遅するような開口部が設けられ、少
なくともＨ２ガス、５ｉＨ２Ｃλ２ガス及びＨＣλガスを用いて上記開口部
内にＳｉ層を選択的に成長させるようにした半導体装置
の製造方法において、上記５ｔＨ２ｃｊ２２ガスとＨＣ
クガスの流量比５ｉ）（２Ｃρ２／ＨＣｎを０．２〈Ｓ　ｉ　Ｈ２ｃＱ２／）−１ｃｆｆｉ＜０．５に設定し
、５ｉＨ２Ｃｆｆｉ２ガスとＨ２ガスの流量比Ｓｉ　Ｈ
２ＣＱ２／Ｈ２を２Ｘ１０−’＜５ｔＨ２ＣＪ２２　／
Ｈ２＜１Ｘ１０４に設定し、かつ全体の圧力を３００Ｔ
ｏｒｒ以下に設定するようにしている。

（作用）この発明の半導体装置のＩ！造造波法は、絶縁膜に形成
された開口部内を選択気相成長法によりシリコン層で埋
め込み、この気相成長時に第２導電型の不純物をシリコ
ン層に導入する。このとき、シリコン層の選択気相成長
がｓ　ｏ　ｏ　’ｃないし９５０℃の範囲の温度で行わ
れるため、この選択気相成長時にドーピングガス中に含
まれる第２導電型の不純物が基板に拡散される。また、
５ｉＨ２Ｃｎ２ガスとＨｃρガスの流量比Ｓ　１Ｈ２Ｃ
Ｑ２／ＨＣ（ｌを０．２ないし０．５の間に、５ｉＨ２
ｃｆｆｉｚガスとＨ２ガスの流量比Ｓ　ｔ　Ｈ２ｃ１２
２／Ｈ２を２Ｘ１０４ないし１×ｌ０”の間それぞれ設
定することにより、絶Ｆｉ股上にはシリコン層が析出せ
ず、かつ下地拡散領域のシリコンをエツチングすること
なく、選択的に開口部内をシリコン層で埋め込むことが
できる。

（実施例）以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はこの発明の方法をＮチャネルＭＯＳトランジス
タの製造に実施した場合の製造工程を順次示す断面図で
ある。

まず、例えば比抵抗が１Ω・ｃｍのＰ型のシリコン半導
体基板１１の表面に、コブシナ−法によりフィールド絶
縁膜１２を形成する。次に、通常の多結晶シリコンゲー
トＮチャネルＭＯＳプロセスにより、ゲート電極１３及
びＮ型のソース拡散領域１４とドレイン拡散領域１５を
形成する。次にＣＶＤ法により全面にシリコン酸化膜１
６を例えば３０００人の厚みで堆積し、その上にＢＰＳ
ＧＩ１１７を例えば７０００人の厚みで堆積する。そし
てこの後、ＢＰＳＧ膜１７の表面をＰＯＣｌ３の雰囲気
中で例えば９５０°Ｃで６０分間アニールすることによ
りその表面を平坦化する。この後、周知のＰＥＰ工程に
より、上記シリコン酸化膜１６及びＢＰＳＧ膜１７から
なる積層膜に対し、上記ソース拡散領域１４、ドレイン
拡散領域１５それぞれの表面に達するコンタクトホール
１８．１９を開口する。ここまでの工程が終了したもの
を第１図（ａ）に示す。

次に、第１図（ｂ）に示すように、シリコン選択気相成
長法により、上記コンタクトホール１８．１９の内部を
シリコン層２０で埋める。このときの条件は、例えばＨ
２ガスを１００λ／分、５ＩＨ２ＣＱ２ガスを４０００
Ｃ／分、Ｈｃｇガスを１り７分、ドーピングガスとして
のＰＨ３ガスを２００ｃｃ／分、それぞれの流量で反応
室に供給する。また、反応室の全圧力は１００Ｔｏｒｒ
の減圧状態とし、かつ反応室の温度を９００℃に設定す
る。ここで９ｏ○℃の温度で選択気相成長を行なうと、
ドーピングガス中に含まれる不純物Ｐ（リン）が基板１
１に拡散される。従って、仮に上記コンタクトホール１
８．１９を開口する工程のとき、このコンタクトホール
が正規の位置からずれてフィールド絶縁膜１２の部分に
形成されたとしても、シリコン１ｉ２０から基板１１に
対してＮ型の不純物が拡散され、ソースもしくはドレイ
ン拡散領域と接続された領域が形成される。また、選択
気相成長時の全圧力を１００Ｔｏｒ　ｒに設定すること
により、シリコン層２０の埋め込み量の均一性が向上す
る。すなわち、各コンタクトホール１８．１９内に埋め
込まれたシリコン層２０の厚みが均一にされる。また、５ｉｔ−ｈｃｆｆｉ２ガスとＨＣｆｉガスの流量比を０
．４に設定すると、図示するように絶縁膜１７上にはシ
リコン層が析出せず、かつ下地拡散領域１４．１５のシ
リコンがエツチングされることなく、コンタクトホール
１８．１つ内に選択的にシリコン層２０で埋め込むこと
ができる。なお、このときの温度は８００℃〜９５０℃
の範囲ならば自由に選択が可能である。

この選択気相成長時の各ガスの流山比とシリコン層２０
の析出状態との関係を示したのが第２図の特性図である
。第２図において横軸は５ｉＨ２Ｃｊ２２ガスとキャリアーガスとしてのＨ２ガ
スとの流Ｈ比Ａ１すなわち５ｉ８２ＣＩ２／Ｈ２をとっ
たものであり、縦軸はＨｃ／２ガスとＨ２ガスとの流量
比Ｂ、すなわちＨＣ２／Ｈ２をとったものである。そし
て図中、領域■の範囲はシリコン層２０が堆積される下
地基板がエツチングされる条件のときであり、領域■の
範囲はシリコン層２０がＢＰＳＧｌ＋７の表面にも析出
される条件のときであり、実線で囲んだ領域■の範囲が
コンタクトホール１８．１９から露出している基板の表
面にのみシリコン［２０が順次析出される条件のときで
ある。

上記シリコン層２０を成長した後は、シリコンを１％含
むアルミニューム−シリコン合金からなる膜を例えば６
０００人の厚みに堆積し、これをパターニングして上記
一方のコンタクトホール１８に埋め込まれたシリコン層
２０の表面に電気的に接続されたソース電極２１と他方
のコンタクトホール１９に埋め込まれたシリコン層２０
の表面に電気的に接続されたドレイン電極２２を形成す
る。ここで、仮にこの電極２１．２２を形成する際に、
マスクずれが生じとしても、コンタクトホール１８．１
９内にはシリコン層２０が形成されているので、アルミ
ニューム−シリコン合金膜のエツチングの際にこのシリ
コン層２０がわずかにエツチングされるだけであり、従
来のように拡散領域がエツチングされる恐れはない。

なお、図示していないが、上記ゲート電極１３（このゲ
ート電極は多結晶シリコンで構成されている）について
も、上記と同様にその表面に達するコンタクトホールが
間口され、このコンタク１〜ホール内部にシリコン層が
堆積され、さらに上記ソース雪掻２１、ドレイン電極２
２を形成する際に、同時にこのシリコン４＠の表面と電
気的に接続する配線が形成されるので、このゲート電極
１３に配線を接続する場合のマスク合せ余裕を従来より
も少なくできる。すなわち、この実施例の方法によれば
従来、問題になっていた前記■〜■の事項が全て解決さ
れる。この結果、この方法によって製造される装置の信
頼性を高くすることができ、しかも素子寸法を縮小する
ことができる。

第３図はこの発明の方法をＮチャネル、Ｐチャネル、’
ｖｌ　ＯＳ　トランジスタの両方を含むＣＭ　ＯＳトラ
ンジスタに実施した場合の製造工程を順次示す断面図で
ある。

まず、例えば比抵抗が４Ω・ｃｍのＮ型のシリコン半導
体基板３１の表面にＰ型つェルｆｌＡ域３２を形成し、
次にコブラナー法によりフィールド絶縁嘆３３を形成す
る。次に通常の多結晶シリコンゲートル１０Ｓプロセス
により、Ｎ型基板３１にはゲート電極３４及びＰ型のソ
ース拡散領域３５とドレイン拡散領域３６を形成してＰ
チャネルＭ　ＯＳ　Ｉ−ランジスクを、Ｐ型つェル須域
３２にはゲート電極３７及びＮ型のソース拡散領域３８
とドレイン拡散領域３つを形成してＮチャネルＭＯＳト
ランジスタを形成する。

次に上記第１図の実施例の場合と同［１、ＣＶ　Ｄ法に
より全面にシリコン酸化１ｔ！Ｊ４０を例えば３０００
人の厚みで堆積し、その上にＢＰＳＧ１４１を例えば７
０００人の厚みでｌｆ？Ｉする。そしてこの後、８ＰＳ
Ｇ膜４１の表面をＰＯＣｆｆｉ３の雰囲気中で例えば９
５０℃で６０分間アニールすることによりその表面を平
坦化する。この後、周知のＰＥＰ工程により、上記Ｎチ
ャネル〜１０Ｓトランジスタ側でシリコン酸化膜４０及
びＢＰＳＧ膜４１からなる積層膜に対し、上記Ｎ型のソ
ース拡散領域３８、ドレイン拡散領域３９それぞれの表
面に達するコンタクトホール４２．４３を開口した後、
上記第１図の実施例の場合と同様の条件によるシリコン
選択気相成長法により、このコンタクトホール４２．４
３の内部をシリコン層４４で埋める。ここまでの工程が
終了したものを第３図（ａ）に示す。

次に上記シリコン層４４の表面を例えば熱酸化などの方
法により酸化して例えば５００人の厚みのシリコン酸化
膜４５で覆う。しかる後、ＰＥＰ工程により、上記Ｐチ
ャネルＭＯＳトランジスタ側でシリコン酸化ＩＩ！Ｉ４
０及びＢＰＳＧ膜４１からなる積層膜に対し、上記Ｐ型
のソース拡散領域３５、ドレイン拡散領域３６それぞれ
の表面に達するコンタクトホール４６．４７を開口する
。ここまでの工程が終了したものを第３図（ｂ）に示す
。

次に、上記と同様の条件によるシリコン選択気相成長法
により、上記コンタクトホール４６．４７の内部をシリ
コンＷＪ４８で埋める。このときのドーピングガスはＰ
Ｈ３ガスの代わりにホウ素（Ｂ）を含む８２８６ガスを
使用する。このため、この成長時に形成されるシリコン
層４８は、Ｐ型のソース拡散領域３５、ドレイン拡散壜
戚３６と同じ導電型となる。この後、上記シリコン酸化
膜４５をエツチング除去する。このとき、下地のＢＰＳ
Ｇ膜４１もエツチングされるが問題はない。

次に、シリコンを１％含むアルミニューム−シリコン合
金からなる膜を例えば６０ｏＯ人の厚みに堆積し、これ
をバターニングして前記各コンタクトホール４２．４３
．４６．４７に埋め込まれたシリコン層４４もしくは４
８の表面に電気的に接続された電極４９ないし５２を形
成する。

なお、この場合にも、図示していないが、上記各ゲート
電極３４．３７についても、前記第１図の実施例の場合
と同様にその表面に達するコンタクトホールが開口され
、このコンタクトホール内部にシリコン層が堆積され、
この後、アルミニューム−シリコン合金からなる配線が
形成される。

この実施例の場合にも上記実施例の場合と同様の理由に
より、前記■〜■の問題は全て解決されており、この方
法によって製造される半導体装置は信頼性が十分高く、
しかも寸法が縮小化されたものとなる。例えば、寸法の
縮小化については、拡散領域とコンタクトホールとの寸
法余裕が、従来では１μｍ必要であったものが、上記各
実施例では０．２μｍに削減することができた。また、
コンタクトホール内部に形成されるシリコン層とアルミ
ニューム−シリコン合金配線との寸法余裕が従来では１
μｍ必要であったものが、上記各実施例では０．２μｍ
に削減することができた。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば
、上記実施例ではソース、ドレイン領域である単結晶Ｓ
ｉ層上にシリコン層を成長ざぜる場合について説明した
が、これは多結晶シリコン膜上に成長させる場合にも実
施可能であることはいうまでもない。ざらに開口部くコ
ンタクトホール）が設けられる層がシリコン酸化膜とＢ
ＰＳＧ膜からなる２居積１蕾膜である場合について説明
したが、これはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、ＰＳＧ膜、ＢＳＧｙＡ、ＢＰＳＧＰ／Ａ
。

Ｓｉ３Ｎ４のうち少なくとも１Ｆｉで構成されているも
のであればよい。

［発明の効果］以上、説明したようにこの発明によれば、信頼性が高く
かつ寸法の縮小化が可能な半導体装置を製造することが
できる半導体装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る方法を説明するため
の断面図、第２図は上記実施例を説明するだの特性図、
第３図はこの発明の他の実施例に係る方法を説明するた
めの断面図、第４図は従来方法を説明するための断面図
である。１１、３１・・・シリコン半導体基板、１２．３３・・
・フィールド絶縁膜、１３．３４．３７・・・ゲート電
極、１４．３５゜３８・・・ソース拡散領域、１５．３
６．３８・・・ドレイン拡散領域、１６．４０・・・シ
リコン酸化膜、１７、４１・・・ＢＰＳＧ膜、１８．１
９．４２．４３．４６．４７・・・コンタクトホール、
２０．４４．４８・・・シリコン層、２１゜４９、５１
・・・ソース電極、２２．５０．５２・・・ドレイン電
極、３２・・・Ｐ型ウェル領域。出願人代理人　弁理士　鈴江弐彦第１図第２図８３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基体上に絶縁膜が存在し、この絶縁膜に対
し上記基体に達するような開口部が設けられ、少なくと
もＨ＿２ガス、ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２ガス及びＨＣｌガス
を用いて上記開口部内にＳｉ層を選択的に成長させるよ
うにした半導体装置の製造方法において、上記ＳｉＨ＿
２Ｃｌ＿２ガスとＨＣｌガスの流量比ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿
２／ＨＣｌを０．２＜ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２／ＨＣｌ＜０
．５に設定し、ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２ガスとＨ＿２ガスの
流量比ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２／Ｈ＿２を２×１０＾−＾４
＜ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２／Ｈ＿２＜１×１０＾−＾２に設
定し、かつ全体の圧力を３００Ｔｏｒｒ以下に設定する
ようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）前記絶縁膜に設けられた開口部から露出している
前記半導体基体の一部が第１導電型半導体領域上に設け
られた第２導電型の拡散領域であり、この拡散領域上に
Ｓｉ層を選択成長させる際の温度が８００℃から９５０
℃の範囲にされ、選択成長されたＳｉ層には第２導電型
の不純物が導入され、選択成長されたＳｉ層が上記拡散
領域と電気的に接続された配線を構成する特許請求の範
囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。
（３）前記拡散領域の代わりに多結晶シリコン膜が用い
られる特許請求の範囲第２項に記載の半導体装置の製造
方法。
（４）前記絶縁膜がＳｉＯ＿２、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰ
ＳＧ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４のうち少なくとも１種から構成さ
れている特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製
造方法。