(57)【要約】【課題】  被処理基板に低抵抗の燐ドープ膜を低温で形成することを可能とする。【解決手段】  ガス供給管２３２から、処理炉２０２の処理室２０１内にＰＨ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスを供給する。処理室２０１内でＭＭＴプラズマ源を用いて上記混合ガスをプラズマ放電させてウェハ、例えばウェハ２００の表面に形成されている多結晶シリコン膜へ燐ドーピングを行うことにより、燐ドープ膜、例えば燐ドープ多結晶シリコン膜を形成する。【選択図】  図１
2006229070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスフィンガスと窒素ガスとの混合ガスをプラズマ放電させて被処理基板へ燐ドーピングを行うことにより燐ドープ膜を形成する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板に燐ドープ膜を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶シリコン薄膜は、半導体装置（半導体デバイス）を形成するための各種電極や配線材料、あるいは抵抗体として重要な役割を担っている。例えば、メモリデバイス（ダイナミックＲＡＭ(DRAM)）における容量電極やゲート電極、あるいはデバイスの活性層と配線層とのコンタクト埋設材料等に多結晶シリコン薄膜が適用されている。
また、近年においては多結晶シリコン薄膜そのものをデバイスの活性層として用いる多結晶シリコン薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)が開発され、スタティックＲＡＭ(SRAM)の負荷素子として、あるいは液晶表示装置(LCD;Liquid Crystal Display)用の液晶駆動素子として実用化されている。
【０００３】
従来、これらの多結晶シリコン薄膜の形成方法としては、シラン系ガス（シラン（ＳｉＨ4），ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6））を成膜ガスとする熱ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用い、６５０℃程度の成膜温度で多結晶シリコン薄膜を直接成膜する方法がある。また、他の方法として、まず５００℃程度の低温で、熱ＣＶＤ法でシラン系ガスを用いてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜を堆積させ、その後に基板温度を６００〜９００℃の範囲内のある温度に保持させて熱処理（結晶化処理）を行って多結晶シリコン薄膜を得る方法がある。
多結晶シリコン薄膜を電極材料として用いるためには、多結晶シリコン薄膜に不純物をドーピングして抵抗率を下げる必要がある。上述したシラン系ガスに加えてホスフィン（ＰＨ3）を成膜時に導入することにより、燐（Ｐ）ドープされた多結晶シリコン薄膜を得ることができる。また、１００ｎｍ以上の膜厚の多結晶シリコン薄膜では、この燐ドーピングにより６×１０-3Ω・ｍと十分に低い抵抗率の薄膜が得られることがわかっている。
なお、ＰＨ3の代りにＢ2Ｈ6を用いてボロン（Ｂ）をドーピングする例も知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高集積デバイスの電極材料として使用する燐ドープ多結晶シリコン薄膜は、半導体デバイスの高集積化によって非常に微細な領域での適用が求められている。例えば、径の大きさが０．２μｍ以下のコンタクトホールの埋め込みや、複雑化した三次元型容量（トレンチ型やシリンダ型）等の形成における０．１μｍよりも狭い領域への埋め込み等への適用によって、多結晶シリコンの実質的な薄膜化が進んでいる。このような薄膜化が進むなかにおいても、十分に低い抵抗率が求められている。
ところが、上述したようなシラン系ガスに加えてＰＨ3を成膜時に導入する従来の多結晶シリコン薄膜の形成方法では、薄膜化するにしたがって所望の低抵抗率化が難しくなっている。また、熱ＣＶＤ法を用いるため、工程の面から見ても成膜温度を下げて熱履歴を低減することが困難である。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、被処理基板に低抵抗率の燐ドープ膜を低温で形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、燐を成膜時に導入するのではなく、成膜後であってもプラズマドーピングを採用することで、燐を十分に膜中に導入することが可能であることを見出し、本発明に至った。
第１の発明は、ホスフィン（ＰＨ3）ガスと窒素（Ｎ2）ガスとの混合ガスをプラズマ放電させて被処理基板へ燐（Ｐ）ドーピングを行うことにより燐（Ｐ）ドープ膜を形成する半導体装置の製造方法である。
ＰＨ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスをプラズマ放電させてＰドーピングを行うことにより、Ｐドーピングがプラズマドーピング（プラズマ処理）となるため、低抵抗率のＰドープ膜を低温で形成することができる。ここで被処理基板とは、例えばシリコン基板、ないしシリコン基板上に形成した下地膜であり、下地膜としては例えば多結晶シリコン膜などである。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＰＨ3ガスとＮ2ガスの混合ガスとは、Ｎ2で希釈したＰＨ3ガスのことであることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
ＰＨ3ガスを用いる場合に、Ｎ2でＰＨ3ガスを希釈すると、ＰＨ3を反応させることなく、毒性を低減することができる。希釈率（ＰＨ3／（ＰＨ3＋Ｎ2））は、危険性が他のガスレベルと同等になる０．５〜１．０％の範囲が好ましい。
【０００７】
第３の発明は、第１ないし第２の発明において、Ｐドープ膜には窒素原子（Ｎ原子）が含まれていることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
Ｐドープ膜にＮ原子が含まれていると、後の工程で、Ｐが抜けるのを防止できる。ＰＨ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスをプラズマ放電させてプラズマドーピングを行うと、Ｐドープ膜にＮ原子を含ませることが容易になる。
【０００８】
第４の発明は、第１ないし第３の発明において、前記Ｐドープ膜を形成した後にアニールを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
燐ドープ膜を形成した後にアニールを行うと、Ｐを活性化することができ、より低抵抗率の膜を安定して形成することができる。
【０００９】
第５の発明は、第１ないし第４の発明において、前記窒素で希釈したＰＨ3ガスに、窒素を除く不活性ガスを添加しないことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
プラズマ処理でＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの不活性ガスを用いると、被処理基板がスパッタされるという問題が生じるが、本発明によれば、このような問題を解決できる。
【００１０】
第６の発明は、第１ないし第５の発明において、Ｐドープ膜表面には窒化膜（ＳｉＮ膜）が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
Ｐドープ膜表面にはＳｉＮ膜が形成されていると、後の工程で、Ｐが抜けるのを有効に防止できる。
【００１１】
第７の発明は、第６の発明において、前記Ｎ2で希釈したＰＨ3ガスをプラズマ化させてＰドーピングを行うプロセスと、Ｐドープ膜表面に窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する表面窒化処理プロセスとが同時に行われることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
Ｐドープ膜に加えてＰドープ膜表面にＳｉＮ膜を形成するプロセスを行う場合に、特に製造工程が複雑になるという問題が生じやすいが、本発明によれば、Ｐドーピングのプロセスと表面窒化処理プロセスとが同時に行われるので、製造工程を簡略化できる。
【００１２】
第８の発明は、第１ないし第７の発明において、ＭＭＴ（変形マグネトロン型:Modified Magnetron Typed）プラズマ源を用いて前記混合ガスをプラズマ放電させることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
被処理基板に入射するエネルギーを調整できるＭＭＴプラズマ源を用いてプラズマ処理を行うと、膜中のＰ濃度プロファイルの制御性がよくなり、より低抵抗率のＰドープ膜を形成することができる。また、ＭＭＴプラズマ源を用いてプラズマ処理を行うと、Ｐドーピングのプロセスと表面窒化処理プロセスとを同時に行うことができ、Ｐドーピングプロセスに表面窒化処理プロセスを加える場合に、製造工程を簡略化できる。
【００１３】
第９の発明は、第８の発明において、プラズマ処理時に被処理基板を保持している基板保持台（サセプタ）に加える自己バイアス電圧を１００Ｖ以下にすることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
ＭＭＴプラズマ源を用いてプラズマ放電させる場合、基板保持台の自己バイアス電圧を増加すると、Ｐドープ量が増加して抵抗率が下がるが、１００Ｖを超えると、却って抵抗が増加する。したがって、自己バイアス電圧は低抵抗率を保つことが可能な１００Ｖ以下であることが好ましい。
【００１４】
第１０の発明は、第１ないし第９の発明において、Ｐドーピングを開始する前に、処理室内の圧力を１．０×１０-4Ｐａまで真空引きしてから前記混合ガスを調圧してＰドーピングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
処理室内に酸素原子（Ｏ）があると、被処理基板上に形成したＰドープ膜と、Ｐドープ膜上に後に形成する薄膜との間にＯが入り、Ｐドープ膜と前記薄膜とのトータル膜の膜厚を厚くしてしまい、Ｐドープ膜上に形成する薄膜が容量絶縁膜であると、容量を下げてしまうという問題が生じやすい。したがって、このような問題を解決するために、Ｐドーピングを開始する前に、処理室内のＯ成分を高真空１．０×１０-4Ｐａまで引いて排気するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明よれば、被処理基板に低抵抗率の燐ドープ膜を低温で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を説明する。本発明の半導体装置の製造方法を実施するためのプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源(Modified Magnetron Typed Plasma Source)を用いてウェハ等の被処理基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１７】
図１に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第２の容器である下側容器２１１と、該下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１８】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられ、シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０からなっている。前記ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して処理ガスを収容したガス供給源であるガスボンベ２３３に繋がっている。
シャワーヘッド２３６から処理ガスが処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００１９】
供給される処理ガスを励起させるプラズマ放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を供給する高周波電源２７３が接続されている。
【００２０】
また、筒状磁界形成手段２１６は、筒状電極２１５の外表面に配置される。これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００２１】
処理室２０１の底側中央には、被処理基板であるウェハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウェハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれている。ヒータ２１８にはヒータ電源２７５が接続されて、ヒータ電源２７５から電力が供給されてウェハ２００を３５０〜７００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００２２】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。このインピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウェハ２００に発生する直流電圧（自己バイアス電圧）を制御できるようになっている。
【００２３】
ウェハ２００を、ＭＭＴプラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁界形成手段２１６、シャワーヘッド２３６、及びガス排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウェハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００２４】
筒状電極２１５及び筒状磁界形成手段２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁界形成手段２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００２５】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウェハ２００を突上げるための基板突上手段であるウェハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウェハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウェハ突上げピン２６６が設けられる。
【００２６】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウェハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００２７】
また、制御手段であるコントローラ１２１は、高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１８に電力を供給するヒータ電源２７５に接続され、それぞれを制御している。
【００２８】
次に上述したようなＭＭＴ装置を用いてウェハ２００上にＰドープ膜を形成する方法について説明する。ここでＰドープする対象は、図４に示すようなメモリデバイス（ＤＲＡＭ）における蓄積容量の下部電極９としている。なお、同図において、容量は、シリコン基板１上のソース領域３上に形成され、その容量は、下部電極９と容量絶縁膜１３と上部電極１１とから構成される。ガスボンベ２３３にはＰＨ3とＮ2ガスとの混合ガスが収容される。このＰＨ3ガスとＮ2ガスの混合ガスは、Ｎ2で希釈したＰＨ3ガスであり、ＰＨ3ガスは所定の希釈率（ＰＨ3／（ＰＨ3＋Ｎ2））で希釈されている。以下、ＰＨ3ガスとＮ2ガスの混合ガスを単にＮ2希釈ＰＨ3ガスという。
【００２９】
ウェハ２００には、その表面に下部電極となる多結晶シリコン膜が形成されているものを用いる。多結晶シリコン膜の膜厚は２０〜１００ｎｍである。
【００３０】
上記ウェハ２００は、処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウェハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウェハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウェハ２００をウェハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウェハ２００を載置することができ、更にウェハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００３１】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１８はヒータ電源２７５により予め加熱されており、搬入されたウェハ２００を室温〜５００℃の範囲内の処理温度、例えば４５０℃に加熱する。ゲートバルブ２４４を閉じた後、真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を、好ましくは処理室２０１内の酸素（Ｏ）成分を除くために、高真空１．０×１０-4Ｐａになるまで処理室２０１内を真空引きする。
【００３２】
ウェハ２００の温度が安定したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、Ｎ2希釈ＰＨ3ガスを処理室２０１に配置されているウェハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。このときのＮ2希釈ＰＨ3のガス流量は５００ｓｃｃｍ程度である。導入するＮ2希釈ＰＨ3ガスの希釈率（ＰＨ3／（ＰＨ3＋Ｎ2））は、例えは０．５〜１．０％である。ＰＨ3は毒性が高く、この希釈率により、他のガスと同レベルの安全性を確保する。なお、ＰＨ3の希釈ガスにＰＨ3と反応しないＮ2ガスを使用するのがよい。Ｎ2を含むガス例えばＮＨ3のようなガスはＰＨ3と反応するため使用が困難である。
【００３３】
Ｎ2希釈ＰＨ3ガスが導入される処理室２０１内は、ガス排気管２３１に接続された真空ポンプ２４６を通じて３０Ｐａ程度に調圧する。処理室２０１内が一定圧力に制御された後、筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を供給する。供給する電力は、２５０Ｗ程度の出力値を投入し、処理室２０１内でＲＦ放電を開始させる。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００３４】
筒状磁界形成手段２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に、Ｎ2希釈ＰＨ3ガスの高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面にプラズマ処理が施される。なお、このプラズマ処理では、ウェハのスパッタを防止するために、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどの不活性ガスは用いない。
【００３５】
なお、コントローラ１２１により、高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１８に電力を供給する電源への電力ＯＮ・ＯＦＦ、ヒータ電源２７５、インピーダンス可変機構２７４をそれぞれを制御している。
【００３６】
マグネトロン放電により、ＰＨ3はＰイオンおよび水素イオンに解離し、Ｐイオンはウェハ表面の多結晶シリコン膜へドープされて、Ｐドープ多結晶シリコン膜（下部電極）が形成される。このとき、ウェハ２００表面には、プラズマシースが生成され、Ｐドープ量に影響するが、これをインピーダンス可変機構２７４によりサセプタ２１７に加わる自己バイアス電圧で積極的に制御することで、多結晶シリコン膜のＰドープ深さ、ドープ量を制御する。ここで、自己バイアス電圧を増加するとＰドープ量が増加して抵抗率を下げることができるが、自己バイアス電圧が１００ＶDCを超えると、却って抵抗が増加するという現象が見られる。このためインピーダンス可変機構２７４によりサセプタ２１７に加える自己バイアス電圧は、所望の低抵抗率を保つことが可能な１００ＶDC以下とするのが好ましい。
【００３７】
また、ＭＭＴプラズマ源を用いたＰドーピングは、Ｎ2ベースのＮ2希釈ＰＨ3ガスを用いて行われ、Ｎ2ガス雰囲気でなされるので、多結晶シリコン膜をドーピングすると同時に窒化され、Ｐドープ多結晶シリコン膜の表面の窒素濃度が高くなる。これは、ＭＭＴプラズマ源を用いたＰドープ処理では、Ｐが２０ｎｍ（２００Å）前後の深さに達するのに対して、Ｎ原子も同程度２０ｎｍ（２００Å）の深さに達するものの、高濃度の窒素は３〜４ｎｍ（３０〜４０Å）の深さにしか達しないからである。Ｐドープ処理後の窒化膜厚のコントロールは、炉内圧力、高周波電源２７３の供給電力（パワー）、インピーダンス可変機構２７４に加える自己バイアス電圧、及び処理時間で実施する。
上述した表面処理が終わったウェハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手順で、ゲートバルブ２４４を経由して処理室２０１の外へ搬送される。
【００３８】
処理室２０１外に搬出されたウェハ２００は、搬送手段により、図示しない高温処理室に搬入される。この高温処理室で所定の温度でアニール処理、たとえばＲＴＡ（高速熱処理）を行い、これによりドープされたＰを活性化させＰドープ膜を安定化させる。アニール条件としては、例えば、基板温度：７００℃〜８００℃、処理圧力：大気圧、炉内雰囲気Ｎ2（＋Ｏ2（３％））、処理時間：８ｍｉｎ程度である。アニール処理後、ウェハ２００は搬送手段により高温処理室の外に搬出される。
【００３９】
図２に、ＭＭＴプラズマ源を用いて、上述した条件下で、ＰＨ3ガスとＮ2ガスの混合ガスをプラズマ放電し、シリコン基板上のＳｉＯ2膜上に形成された厚さ５０ｎｍの多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜へ、リン（Ｐ）ドーピングして形成したＰドープ膜のＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）プロファイルの一例を示す。同図において、左縦軸はＨ，Ｎ，Ｏ，Ｐの各濃度（ａｔｍｓ／ｃｍ3）、右縦軸はＳｉの二次イオン強度（ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃ）をそれぞれ示し、横軸は膜の深さ（ｎｍ）を示す。本プロファイルはＳｉ標準試料により定量した。定量値はＳｉ層内のみ有効である。ＰはＰｏｌｙ−Ｓｉ層内のみ規格化処理されている。
【００４０】
図２からわかるように、Ｈ，Ｎ，Ｏ，Ｐは、いずれも膜表面近傍で濃度ピークがあり、深さ方向に濃度が低下している。
Ｐ濃度は、２ｎｍ（２０Å）近傍のところにピークがあり、２０ｎｍ（２００Å）〜３０ｎｍ（３００Å）前後の深さに達してバックグラウンドレベル（ドープしていないときの濃度レベルであって、検出限界以下のレベル））になっている。Ｎ濃度は、１０22ａｔｍｓ／ｃｍ3より手前にピークがあり、３０ｎｍ（３００Å）前後の深さに達してバックグラウンドレベルになっている。Ｏ濃度は、１０22ａｔｍｓ／ｃｍ3を超えたところにピークがあり、１５ｎｍ（１５０Å）前後の深さに達してバックグラウンドレベルになり、ＳｉＯ2膜領域に入ると急激に上昇し１０22ａｔｍｓ／ｃｍ3で安定する。Ｈ濃度は、４．０×１０22ａｔｍｓ／ｃｍ3近傍でピークがあり、１０ｎｍ（１００Å）前後の深さに達してバックグラウンドレベルになっている。Ｓｉ濃度としての二次イオン強度は、膜表面近傍で１．５×１０4ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃと低く、１０ｎｍからＰｏｌｙ−Ｓｉ膜とＳｉＯ2膜との界面までは５．０×１０4ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃと高い値で一定しており、ＳｉＯ2膜中に入ると大きく落ち込んでいる。
【００４１】
これより次のことが言える。厚さ５０ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜であっても、Ｐを十分にドーピングすることができ、厚さ１００ｎｍ未満のＰドープ膜であっても、６×１０-3Ω・ｍと十分に低い抵抗率のＰドープ薄膜が得られる。また、Ｓｉ濃度が落ち込んだＰドープ膜表面でのＮ濃度が高いことから、後の工程で、燐が表面から抜けるのを有効に防止できる。ＳｉＮ膜はバリア性が高いからである。
【００４２】
図３に、Ｐドープ多結晶シリコン膜（Ｐドープ膜）に対する窒化処理依存性を示す。Ｐドープ膜表面が窒化処理されている場合（有り）Ｐ濃度は１４．１７８１×１０2ａｔｍｓ／ｃｍ3、窒化処理されていない場合（無し）Ｐ濃度は１３．６７７３８×１０2ａｔｍｓ／ｃｍ3であった。これより、Ｐドープ膜表面が窒化処理されている場合と窒化処理されていない場合とでは、Ｐドープ膜表面が窒化処理されている場合の方が、Ｐ濃度が若干高くなり、アニール時のＰの抜け防止が改善できることがわかる。
【００４３】
以上述べたように、本実施の形態によれば、既に形成されている多結晶シリコン膜に対してＰＨ3を含むＮ2ガス雰囲気でプラズマ処理するようにしたので、５００℃未満の低温でも効率よく多結晶シリコン膜内にＰドープすることができる。また、自己バイアス電圧を制御することで、Ｐドープ深さ、ドープ量を制御するようにしたので、１００ｎｍ未満の厚さの薄膜でも精度よくＰドープ量を制御でき、所望の低抵抗率を得ることができる。
【００４４】
また、処理室内を高真空１．０×１０-4Ｐａまで引いて排気するので、ＳｉＮとＰドープ膜（表面側）との界面にＯ2が入らず、容量下部電極上に形成される容量絶縁膜の厚みが厚くなるのを防止できる。したがって、Ｏ2に起因して容量絶縁膜の容量が下がることを有効に防止できる。
【００４５】
また、Ｐドープ膜を形成後にアニールを行うので、Ｐを活性化することができ、より低抵抗の膜を安定して形成することができる。この場合において、Ｐドープ膜表面は窒化処理されて窒化膜（ＳｉＮ）が形成されているので、窒化処理されていないものと比べて、アニール工程で、Ｐが抜けるのを有効に防止できる。すなわち、Ｐドーピングは、処理後に表面をそのままの状態にしておくと経時変化によりＰが抜けてしまい、所望のＰ濃度が得られないという現象が見られる。実施の形態のように、Ｐドーピング直後にその表面を窒化処理してやることにより、Ｐの抜けを抑制してＰ濃度を維持し、速やかに次の処理に移れる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施の形態における半導体装置の製造方法を実施するためのＭＭＴ装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態により処理された基板（ウェハ）のＳＩＭＳプロファイルの一例を示す特性図である。
【図３】実施の形態の説明に供する多結晶Ｓｉ膜に対する窒化処理依存性を示す図である。
【図４】実施の形態の説明に供するＤＲＡＭの蓄積電極部の部分断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
２３２    ガス供給管
２３３    ＰＨ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスを収容したガスボンベ
２０２    ＭＭＴプラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉
２００    ウェハ（被処理基板）
２０１    処理室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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