JP2771472B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【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、特に従来高温下において行なわれていた熱処理を
伴う膜形成工程を約２５０℃以下の低温化において実現
できる半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来の半導体装置の製造方法に
用いられる製造装置の概略断面構造を示しており、図７
に示すように、半導体装置の製造装置は、内部が真空状
態に保持されるチャンバー５０と、チャンバー５０内に
設けられ半導体基板を載置保持する基板保持台５２と、
チャンバー５０内のガスを排気する排気系５４と、所望
のイオン５６を基板保持台５２に向かって照射するイオ
ンガン５８とを備えている。
【０００３】以下、図７及び図８を参照しながら従来の
半導体装置、例えばＭＯＳトランジスタの製造方法の概
略について説明する。
【０００４】まず、基板保持台５２の上に保持された例
えばシリコンよりなる半導体基板６０の表面に、イオン
ガン５８から所望のイオン５６を吹き付けることによ
り、半導体基板６０の表面に所望の不純物層６２を形成
した後、該不純物層６２の上にシリコン層６４を成長さ
せる。
【０００５】次に、半導体基板６０を電気炉（図示せ
ず）に移し、所定の酸化雰囲気中における高温下におい
て半導体基板６０を保持することにより、図８に示すよ
うに、シリコン層６４の表面部にシリコン酸化膜６６を
形成する。その後、半導体基板６０をＣＶＤ装置（図示
せず）に移して、シリコン酸化膜６６の上に例えばゲー
ト電極６８を形成して、ＭＯＳトランジスタを完成す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の製造
方法においては、電気炉内でシリコン酸化膜６６を形成
する際に、半導体基板６０が高温に曝されるため、前工
程で作製された不純物層６２の分布例えば急峻な不純物
分布が損なわれてしまうと言う問題がある。すなわち、
半導体装置を製造する場合には、例えば純粋なシリコン
の結晶よりなる半導体基板中における所定の部位に所定
の不純物を所定量だけ添加し、その後、前記の半導体基
板に対して、いくつかの高温下におけるプロセス、例え
ば結晶よりなる膜をエピタキシャル成長させるプロセス
が必要である。
【０００７】図９は、半導体基板中に不純物が添加され
た場合の深さ方向の不純物の急峻な分布を示しており、
その後のプロセスにおいて、不純物の急峻な分布状態が
変化しないことが求められる。ところが、後工程の膜形
成プロセスにおける処理温度が高い場合には、一旦設定
された不純物の分布状態が変化し、例えば急峻な不純物
分布が損なわれるという問題がある。
【０００８】ところが、後工程の膜形成プロセスの処理
温度を低くすると、良好な膜が形成されないと言う問題
もある。
【０００９】また、高温下における膜形成プロセスは、
不純物層の分布状態の変化以外にも、例えば前工程にお
いて形成された酸化物層、窒化物層又は炭化物層等の化
合物層の分布にも悪影響を与えるという問題がある。
【００１０】前記に鑑み、本発明は、従来は高温下にお
いて行なわれていた膜形成工程を低温下において実現で
きるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１及び第
２の半導体装置の製造方法は、電離放射線を照射しなが
ら機能性ガスを導入することにより膜を形成すると、従
来は高温下で形成されていた膜と同様の良好な膜を形成
できることを見い出し、該知見に基づいてなされたもの
である。
【００１２】具体的には、本発明に係る第１の半導体装
置の製造方法は、不純物層を有する半導体基板上に、２
５０℃以下の温度下において電離放射線を照射しながら
機能性ガスを導入することにより、前記半導体基板上に
膜を形成する膜形成工程を備えている。
【００１３】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
において、膜形成工程は、半導体基板上に機能性ガスを
導入しながら半導体基板の表面に電子線を露光すること
により、半導体基板上にパターン化された膜を形成する
工程を含むことが好ましい。
【００１４】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に、２５０℃以下の温度下において電
離放射線を照射しながら機能性ガスを導入することによ
り、半導体基板上に半導体基板の主成分と異なる原子又
は分子よりなる層を形成する層形成工程を備えている。
【００１５】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
において、層形成工程は、半導体基板上に機能性ガスを
導入しながら半導体基板の表面に電子線を露光すること
により、半導体基板上にパターン化された層を形成する
工程を含むことが好ましい。
【００１６】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
は、前記の知見をＭＯＳトランジスタの製造方法に適用
するものであって、具体的には、半導体基板上に２５０
℃以下の温度下において電離放射線を照射しながら機能
性ガスを導入することにより、半導体基板上にチャネル
領域となる不純物層を形成する工程と、半導体基板上に
２５０℃以下の温度下において電離放射線を照射しなが
ら機能性ガスを導入することにより、不純物層の上にゲ
ート絶縁膜となる絶縁層を形成する工程と、半導体基板
上に２５０℃以下の温度下において電離放射線を照射し
ながら機能性ガスを導入することにより、絶縁層の上に
ゲート電極となる導電層を形成する工程と、２５０℃以
下の温度下において導電層の上にゲート電極形成領域を
覆うレジストパターンを形成する工程と、２５０℃以下
の温度下においてレジストパターンをマスクとして導電
層及び絶縁膜に対してエッチングを行なうことにより、
導電層よりなるゲート電極及び絶縁層よりなるゲート絶
縁膜を形成する工程と、２５０℃以下の温度下において
ゲート電極をマスクとして不純物層に対してエッチング
を行なうことにより不純物層よりなるチャネル領域を形
成する工程と、半導体基板上に２５０℃以下の温度下に
おいて電離放射線を照射しながら機能性ガスを導入する
ことにより、半導体基板の上におけるチャネル領域の両
側にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備
えている。
【００１７】本発明に係る第４の半導体装置の製造方法
は、電離放射線を照射しながらエピタキシャル成長を行
なうと、低温でも良好にエピタキシャル成長膜が形成で
きることを見い出し、該知見に基づいてなされたもので
ある。
【００１８】具体的には、本発明に係る第４の半導体装
置の製造方法は、半導体基板上にレジストパターンを形
成するレジストパターン形成工程と、半導体基板上に２
５０℃以下の温度下において電離放射線を照射しながら
機能性ガスを導入することにより、半導体基板上にエピ
タキシャル成長膜を形成する成長膜形成工程と、レジス
トパターンを除去することにより、エピタキシャル成長
膜よりなるパターン化された成長膜を形成する成長膜パ
ターン形成工程とを備えている。
【００１９】本発明に係る第４の半導体装置の製造方法
において、成長膜形成工程は、ブランケット成長法によ
りエピタキシャル成長膜を形成する工程を含み、成長膜
パターン形成工程は、レジストパターンを除去して該レ
ジストパターン上の堆積物を除去することにより該レジ
スタパターンが形成されていなかった領域にパターン化
された成長膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２０】本発明に係る第４の半導体装置の製造方法
において、成長膜形成工程は、選択成長法によりレジス
トパターンが形成されていなかった領域にエピタキシャ
ル成長膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００２１】
【作用】第１の半導体装置の製造方法によると、半導体
基板上に電離放射線を照射しながら機能性ガスを導入す
るため、機能性ガスが電離放射線によりエネルギーを与
えられるので、２５０℃以下の低温下において、機能性
ガスが半導体基板の主成分と反応する。
【００２２】また、膜を２５０℃以下の低温下において
形成するため、半導体基板が高温下に置かれることがな
いので、半導体基板中の不純物分布に影響を与えること
なく膜を形成することができる。
【００２３】第１の半導体装置の製造方法において、膜
形成工程が、半導体基板上に機能性ガスを導入しながら
半導体基板の表面に電子線を露光することにより、半導
体基板上にパターン化された膜を形成する工程を含む
と、半導体基板の表面のうち電子線により露光された領
域のみにおいて機能ガスと半導体基板の主成分とが反応
する。
【００２４】第２の半導体装置の製造方法によると、半
導体基板上に電離放射線を照射しながら機能性ガスを導
入するため、機能性ガスが電離放射線によりエネルギー
を与えられるため、２５０℃以下の低温下においても、
機能性ガスが半導体基板の主成分と反応するので、半導
体基板の主成分と異なる原子又は分子よりなる層を良好
に形成することができる。
【００２５】また、膜を２５０℃以下の低温下において
形成するため、機能性ガスの成分が半導体基板中に拡散
し難いので、半導体基板が高温下に置かれることがない
ので、半導体基板の結晶構造に影響を与えることなく層
を形成することができる。
【００２６】第２の半導体装置の製造方法において、層
形成工程が、半導体基板上に機能性ガスを導入しながら
半導体基板の表面に電子線を露光することにより、半導
体基板上にパターン化された層を形成する工程を含む
と、エッチング工程を行なうことなく半導体基板上にパ
ターン化された層を形成することができるので、微細に
制御されたパターンを半導体基板上に形成することがで
きる。
【００２７】第３の半導体装置の製造方法によると、チ
ャネル領域となる不純物層の形成工程、ゲート絶縁膜と
なる絶縁層の形成工程、ゲート電極となる導電層の形成
する工程、レジストパターンの形成工程、ゲート電極及
びゲート絶縁膜の形成工程、チャネル領域の形成工程、
並びにソース電極及びドレイン電極の形成工程をいずれ
も２５０℃以下の低温下において行なうため、不純物
層、絶縁層及び導電層をそれぞれの不純物分布に影響を
与えることなく形成することができる。
【００２８】第４の半導体装置の製造方法によると、半
導体基板上にレジストパターンを形成した後、半導体基
板上に２５０℃以下の温度下において電離放射線を照射
しながら機能性ガスを導入して半導体基板上にエピタキ
シャル成長膜を形成し、その後、レジストパターンを除
去するため、半導体基板上におけるレジストパターンが
形成されていなかった領域にのみエピタキシャル成長膜
を形成することができる。この場合、半導体基板上に電
離放射線を照射しながら機能性ガスを導入するため、機
能性ガスが電離放射線によりエネルギーを与えられるの
で、２５０℃以下の低温下においてエピタキシャル成長
を行なうことができる。
【００２９】第４の半導体装置の製造方法において、成
長膜形成工程がブランケット成長法によりエピタキシャ
ル成長膜を形成する工程を含み、成長膜パターン形成工
程がレジストパターンを除去して該レジストパターン上
の堆積物を除去することにより該レジスタパターンが形
成されていなかった領域にパターン化された成長膜を形
成する工程を含むと、ブランケット成長法によりエピタ
キシャル成長膜を形成した後、レジストパターンを除去
するため、レジストパターン上に付着した堆積物が除去
されるので、半導体基板上におけるレジスタパターンが
形成されていなかった領域にのみパターン化された成長
膜を形成することができる。
【００３０】第４の半導体装置の製造方法において、成
長膜形成工程が、選択成長法によりレジストパターンが
形成されていなかった領域にエピタキシャル成長膜を形
成する工程を含むと、半導体基板上におけるレジストパ
ターンが形成されていなかった領域にのみエピタキシャ
ル成長膜を形成することができる。
【００３１】
【実施例】図１は本発明の各実施例に用いる製造装置の
断面構造を示しており、図１に示すように、ステンレス
鋼やガラス素材よりなり内部が真空状態に保持されるチ
ャンバー１０と、該チャンバー１０の内部に設けられ半
導体基板１を載置保持する基板保持台１４と、チャンバ
ー１０内のガスを排気する排気系１６とを備えている。
排気系１６は、基板保持台１４上に載置される半導体基
板１を低温に保持するためチャンバー１０内を真空にす
るためにも用いられる。
【００３２】図１において、１８は基板保持台１４に保
持された半導体基板１を低温（約２５０℃以下の温度）
から極低温（−２６９℃以下の温度）までの温度範囲に
コントロールする温度制御装置であって、該温度制御装
置１８は、基板保持台１４の直下に設けられ基板保持台
１４を冷却するための液体ヘリウムを貯溜するヘリウム
貯溜槽２０と、該ヘリウム貯溜槽２０の周囲に設けられ
ヘリウム貯溜槽２０を外部の熱から遮断するための液体
窒素を貯溜する窒素貯溜槽２２と、基板保持台１４を昇
温するためのヒーター２４とを備えている。尚、ヘリウ
ム貯溜槽２０の頂部は、良好な熱伝導を得るために例え
ばインジウム等の熱良導体により形成されている。
【００３３】また、チャンバー１０には、チャンバー１
０内に、Ｘ線、γ線、光線（赤外線、可視光、紫外線、
真空紫外線等を含む）又は電子線等よりなる電離放射線
を導入するための電離放射線導入部２６、及びチャンバ
ー１０内に各種の機能ガスを導入するためのガス導入部
２８が設けられている。
【００３４】以下、本発明の第１実施例に係る半導体装
置の製造方法について図１を参照しながら説明する。
【００３５】まず、従来と同様の方法により、例えば所
定の分布状態を持つ不純物層が内部に形成されたシリコ
ン単結晶よりなる半導体基板１を約−１７０℃の低温に
保たれた基板保持台１４の上に載置する。この場合、チ
ャンバー１０の内部は１０-6〜１０-9ｔｏｒｒの真空度
に保たれている。
【００３６】次に、前記の製造装置を用いて、不純物層
が形成された半導体基板１上に成長法又は堆積法により
所定の膜を形成する工程について説明する。
【００３７】一例として、シリコンよりなる半導体基板
１上にシリコン単結晶膜を成長させる方法について説明
する。チャンバー１０の内部の真空度を１０-9Ｔｏｒｒ
に保ち、基板保持台１４の温度を約−１７０℃に保った
状態で、ガス導入部２８から機能性ガスとしてＳｉ2 Ｈ
6 を導入すると共に電離放射線として紫外線（例えば波
長１８５ｎｍ）を照射する。このようにすると、半導体
基板１の上にシリコンが１分間に約１００ｎｍの厚さに
ホモエピタキシャル成長する。尚、チャンバー１０の真
空度、基板保持台１４の温度、照射する電離放射線の種
類及び照射強度等は、半導体基板１の物性及び不純物層
の分布状態の保持程度の設定等により適宜変更可能であ
る。
【００３８】このように、低温下例えば約−１７０℃に
おいて半導体基板１上に単結晶膜をエピタキシャル成長
させると、半導体基板１中の不純物が半導体基板１中に
拡散し難いので、不純物層における当初の不純物分布、
例えば急峻な不純物分布が維持される。
【００３９】また、他の例として、シリコン単結晶より
なる半導体基板１の表面に酸化膜を形成する場合には、
チャンバー１０の内部の真空度を１０-9Ｔｏｒｒに保
ち、基板保持台１４の温度を約−１７０℃に保った状態
で、ガス導入部２８から機能性ガスとして、Ｏ2 ガス、
Ｎ2 Ｏガス、Ｏ2 とＮ2 Ｏとの混合ガス又はＯ3 ガスを
導入すると共に、シンクロトロン放射により波長約１０
０ｎｍ程度のＸ線を５０ｍＷ／ｃｍ2 の強度で照射す
る。
【００４０】また、他の例として、シリコンよりなる半
導体基板１の表面に窒化膜を形成する場合には、チャン
バー１０の内部の真空度を１０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板
保持台１４の温度を約−１７０℃に保った状態で、機能
性ガスとしてＮ2 ガス又はＮＨ4 ガスを導入し、シリコ
ンよりなる半導体基板１の表面に炭化膜を形成する場合
には、チャンバー１０の内部の真空度を１０-9Ｔｏｒｒ
に保ち、基板保持台１４の温度を約−１７０℃に保った
状態で、機能性ガスとしてＣＨ4 ガス又はＣ2Ｈ6 ガス
を導入する。
【００４１】尚、電離放射線としては、Ｘ線の代わり
に、γ線、光線（可視光線、赤外光線、紫外光線、真空
紫外光線）又は電子線を照射しても同様の効果が得られ
る。
【００４２】以下、本発明の第２実施例に係る半導体装
置の製造方法について説明する。
【００４３】例えば、半導体装置を製造する場合には、
純粋な半導体結晶よりなる半導体基板の表面に、半導体
基板の結晶構造の影響を及ぼすことなく、半導体基板の
主成分と異なる組成を有する膜を形成する必要が生じ
る。第２実施例は、半導体基板の表面に、半導体基板の
結晶構造の影響を及ぼすことなく、半導体基板の主成分
と異なる成分よりなる膜、例えば不純物層、酸化膜又は
電極を形成する方法である。
【００４４】半導体基板１を約−１７０℃の低温に保た
れた基板保持台１４の上に載置し、チャンバー１０の内
部の真空度を１０-6〜１０-9Ｔｏｒｒに保った状態で、
ガス導入部２８から機能性ガスを導入すると共に電離放
射線を照射する。このようにすると、半導体基板１の上
に、機能性ガスに含まれる原子又は分子よりなる膜がヘ
テロエピタキシャル成長する。これにより、半導体基板
１上に、該半導体基板１の主成分とは異なる原子又は分
子よりなる膜が形成される。この場合、電離放射線を照
射しながら機能性ガスを導入しているので、約−１７０
℃という低温にも拘らず半導体基板１の上に機能性ガス
に含まれる原子又は分子よりなる膜がエピタキシャル成
長する。また、低温でエピタキシャル成長させるため、
機能性ガスに含まれる原子又は分子が半導体基板１中に
拡散しないので、半導体基板１の結晶構造の影響を及ぼ
すことなく、半導体基板１の上に該半導体基板１の主成
分と異なる成分よりなる膜を形成することができる。
【００４５】一例として、シリコンの単結晶よりなる半
導体基板１の上にボロンよりなる不純物層をエピタキシ
ャル成長させる場合について説明する。チャンバー１０
の内部の真空度を１０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１
４の温度を約−１７０℃に保った状態で、ガス導入部２
８から機能性ガスとしてＢ2 Ｈ6 を導入すると共に電離
放射線として紫外線（例えば波長１８５ｎｍ）を照射す
る。尚、チャンバー１０の真空度、基板保持台１４の温
度、照射する電離放射線の種類及び照射強度等は、半導
体基板１の物性及び不純物層の分布状態の保持程度の設
定等により適宜変更可能である。
【００４６】前記第２実施例は、半導体基板上に全面に
亘って膜を形成する場合であったが、これに代えて、半
導体基板上に、網目状の膜を形成する場合にも本発明を
適用することができる。
【００４７】半導体基板上に網目状の膜を形成する場合
には、チャンバー１０の内部の真空度を１０-9Ｔｏｒｒ
に保ち、基板保持台１４の温度を約−１７０℃に保った
状態で、ガス導入部２８からチャンバー１０内に低濃度
の機能性ガスを導入する。このようにすると、半導体基
板１の上には限定された量の原子又は分子が配列される
ので、半導体基板１の格子配列を密に埋める形ではな
く、いくつかの格子位置を飛ばした網目状の膜を半導体
基板１の上に形成することができる。
【００４８】次に、半導体基板１の表面に形成された不
純物層の上に、該不純物層の状態に影響を及ぼすことな
く、半導体結晶よりなる膜をエピタキシャル成長させる
工程について説明する。このような工程は、ＭＯＳＦＥ
Ｔ等の製造プロセスにおいて必要となり、この製造プロ
セス温度を低くすることにより、半導体基板１の結晶構
造及び半導体基板１上に形成された不純物層の分布に影
響を及ぼすことなく、半導体基板１の上にエピタキシャ
ル膜を形成することができる。
【００４９】一例として、半導体基板１上の不純物層の
上にシリコンの単結晶よりなるシリコン膜を成長させる
場合について説明する。チャンバー１０の内部の真空度
を１０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−
１７０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガ
スとしてＳｉ2 Ｈ6 を導入すると共に電離放射線として
紫外線（例えば波長１８５ｎｍ）を照射する。このよう
にすると、不純物層の上にシリコンの単結晶よりなるシ
リコン膜が１分間に約１００ｎｍヘテロエピタキシャル
成長する。尚、チャンバー１０の真空度、基板保持台１
４の温度、照射する電離放射線の種類及び照射強度等
は、半導体基板１の物性及び不純物層の分布状態の保持
程度の設定等により適宜変更可能である。
【００５０】次に、半導体基板１の結晶構造及び該半導
体基板１の表面に形成された不純物層の分布に影響を及
ぼすことなく、シリコン膜の表面部にシリコン酸化膜を
形成する工程について説明する。
【００５１】チャンバー１０の内部の真空度を１０-9Ｔ
ｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７０℃に
保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスとして、
Ｏ2ガス、Ｎ2 Ｏガス、Ｏ2 とＮ2 Ｏとの混合ガス又は
Ｏ3 ガスを導入すると共に、シンクロトロン放射により
波長約１００ｎｍ程度のＸ線を５０ｍＷ／ｃｍ2 の強度
で照射する。
【００５２】また、前記の不純物層の上に、シリコン酸
化膜に代えてシリコン窒化膜又はシリコン炭化膜を形成
する場合には、チャンバー１０の内部の真空度を１０-9
Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７０℃
に保った状態で、機能性ガスとしてＮ2 ガス若しくはＮ
Ｈ4 ガスを導入したり、又は機能性ガスとしてＣＨ4ガ
ス若しくはＣ2 Ｈ6 ガスを導入する。
【００５３】尚、電離放射線としては、Ｘ線の代わり
に、γ線、光線（可視光線、赤外光線、紫外光線、真空
紫外光線）又は電子線を照射しても同様の効果が得られ
る。
【００５４】以下、本発明の第３実施例に係る半導体装
置の製造方法について説明する。前記第１又は第２の実
施例を応用することにより、各種の先鋭的なデバイス例
えばＭＯＳトランジスタを製造することができる。第３
実施例は、半導体基板中に形成された不純物層の分布に
影響を与えることなく、ＭＯＳトランジスタを製造する
方法である。
【００５５】まず、シリコン単結晶よりなる半導体基板
１を約−１７０℃の低温に保たれた基板保持台１４の上
に載置する。この場合、チャンバー１０の内部は１０-6
〜１０-9ｔｏｒｒの真空度に保たれている。
【００５６】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスと
してＢ2 Ｈ6 を導入すると共に電離放射線として紫外線
（例えば波長１８５ｎｍ）を照射する。このようにする
と、図２（ａ）に示すように、半導体基板１の表面にボ
ロンがヘテロエピタキシャル成長してＰ型不純物層３０
Ａが形成される。
【００５７】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスと
してＳｉ2 Ｈ6 を導入すると共に電離放射線として紫外
線（例えば波長１８５ｎｍ）を照射する。このようにす
ると、Ｐ型不純物層３０Ａの上に、該Ｐ型不純物層３０
Ａの配列状態に影響を与えることなく、シリコン単結晶
膜３１Ａがヘテロエピタキシャル成長する。
【００５８】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスと
して、Ｏ2 ガス、Ｎ2 Ｏガス、Ｏ2 とＮ2 Ｏとの混合ガ
ス又はＯ3 ガスを導入すると共に、シンクロトロン放射
により波長約１００ｎｍ程度のＸ線を５０ｍＷ／ｃｍ2
の強度で照射する。このようにすると、Ｐ型不純物層３
０Ａの配列状態に影響を与えることなくシリコン単結晶
膜３１Ａが酸化して、シリコン単結晶膜３１Ａの表面部
にシリコン酸化膜３２Ａが形成される。尚、シリコン酸
化膜３２Ａに代えて、シリコン窒化膜を形成する場合に
は機能性ガスとしてＮ2 やＮＨ4 を導入し、シリコン炭
化膜を形成する場合には機能性ガスとしてＣＨ4 やＣ2
Ｈ6 を導入する。また、Ｘ線に代えて、γ線、光線（可
視光、赤外光、紫外光、真空紫外光）又は電子線１１０
を照射しても同様の効果が得られる。
【００５９】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスと
してＳｉＨ4 ガスを導入すると共に電離放射線として紫
外線（例えば波長１８５ｎｍ）を照射する。このように
すると、シリコン酸化膜３２Ａの上にシリコン膜３３Ａ
が堆積される。
【００６０】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、シリコン膜３３Ａ中に不純物例え
ばＰをイオン注入して、シリコン膜３３Ａに導電性を与
える。
【００６１】次に、基板保持台１４の温度を約−１７０
℃に保った状態で、シリコン膜３３Ａの上にフォトレジ
スト３４を形成した後、該フォトレジスト３４をマスク
としてシリコン膜３３Ａ及びシリコン酸化膜３２Ａに対
してドライエッチングすることにより、図２（ｂ）に示
すように、ゲート電極３３Ｂ及びゲート絶縁膜３２Ｂを
形成する。その後、ゲート電極３３Ｂをマスクとしてシ
リコン単結晶膜３１Ａ及びＰ型不純物層３０Ａに対して
ドライエッチングすることにより、図３（ａ）に示すよ
うに、イントリンシック層３１Ｂ及びチャネル層３０Ｂ
を形成する。
【００６２】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスと
してＳｉ2 Ｈ6 を導入すると共に電離放射線として紫外
線（例えば波長１８５ｎｍ）を照射してシリコン単結晶
膜を成長させた後、ガス導入部２８から機能性ガスとし
てＯ2 ガス、Ｎ2 Ｏガス、Ｏ2 とＮ2 Ｏとの混合ガス又
はＯ3 ガスを導入すると共にシンクロトロン放射により
波長約１００ｎｍ程度のＸ線を５０ｍＷ／ｃｍ2 の強度
で照射して前記シリコン単結晶膜を酸化させてシリコン
酸化膜を形成し、その後、シリコン酸化膜に対してドラ
イエッチングを行なうことにより、図３（ｂ）に示すよ
うに、ゲート電極３３Ｂの各側面にサイドウォール３５
を形成する。
【００６３】次に、チャンバー１０の内部の真空度を１
０-9Ｔｏｒｒに保ち、基板保持台１４の温度を約−１７
０℃に保った状態で、ガス導入部２８から機能性ガスと
してＳｉＨ4 ガスを導入すると共に電離放射線として紫
外線（例えば波長１８５ｎｍ）を照射して半導体基板１
の上にシリコン膜を堆積した後、該シリコン膜に対して
不純物例えばＰをイオン注入して、シリコン膜に導電性
を持たせて、図３（ｂ）に示すように、ソース・ドレイ
ン電極３６を形成すると、ＭＯＳトランジスタが得られ
る。
【００６４】尚、ソース・ドレイン電極３６を、例えば
シリコンを含むアルミニウム等の金属膜により形成する
場合には、低温下において適当な電離放射線を照射しな
がら、所望の金属元素を含むガス等（金属の蒸気を含
む）を導入することにより行なう。
【００６５】以上説明したように、第３実施例による
と、一貫して低温下においてＭＯＳトランジスタを製造
するので、Ｐ型不純物層３０Ａよりなるチャネル層３０
Ｂ、シリコン酸化膜３２Ａよりなるゲート絶縁膜３２Ｂ
及びシリコン膜３３Ａよりなるゲート電極３３Ｂの配列
状態に影響を与えることなく高精度のＭＯＳトランジス
タが得られる。
【００６６】以下、本発明の第４又は第５実施例に係る
半導体装置の製造方法について説明する。感光性のフォ
トレジストは一般に耐熱性が低いので、従来は、半導体
基板上に形成されたフォトレジストを利用して半導体基
板上にエピタキシャル成長させることはできなかった。
ところが、電離放射線を照射しながらエピタキシャル成
長させると、低温下例えば２５０℃以下の温度において
も良好にエピタキシャル成長させることができる。以
下、第４実施例においては、全面における成長であるブ
ランケット成長法によりエピタキシャル膜を形成する場
合について説明し、第５実施例においては、選択成長法
によりエピタキシャル膜を形成する場合について説明す
る。
【００６７】まず、第４及び第５実施例において用いる
フォトレジストの材料について説明する。ノボラック樹
脂、ナフトキノン系樹脂、フェノール系樹脂、スチレン
系樹脂、スチレンマイレン酸系樹脂、又はポリアリルシ
レセスキオキサン、テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド、ポリ（ｐ−ヒドロキシベンジルシルセスキ
オキサン）等の樹脂をベースとし、該ベースに感光剤を
配合したフォトレジスト材料を用いる。
【００６８】以下、本発明の第４実施例に係る半導体装
置の製造方法について図４を参照しながら説明する。
尚、第４実施例においては、チャンバー１０の内部の真
空度、基板保持台１４の温度、及びガス導入部２８から
導入する機能性ガスの種類については、第１〜第３実施
例と基本的に同様であるので、これらについての説明は
省略する。
【００６９】まず、真空且つ低温下において、図４
（ａ）に示すように、半導体基板１の上に前記のフォト
レジスト材料よりなり所定領域に開口部４０ａを有する
フォトレジスト４０を形成する。
【００７０】次に、真空且つ低温下において半導体基板
１に対して電離放射線を照射しながら、半導体基板１の
上にブランケット法によりエピタキシャル成長させる。
このようにすると、半導体基板１におけるフォトレジス
ト４０の開口部４０ａに臨んでいる領域には、所望の結
晶よりなるエピタキシャル成長膜４１が形成されるが、
フォトレジスト４０の上には結晶は成長せず、機能性ガ
スに含まれる成分よりなる堆積物４２が付着する。
【００７１】次に、ＣＭＰにより、フォトレジスト４０
の上に堆積物４２を化学機械研磨して除去する。このよ
うにすると、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト
４０が露出するので、露出したフォトレジスト４０を例
えば酸素プラズマを用いて灰化して除去する。このよう
にすると、図４（ｄ）に示すように、半導体基板１の上
におけるフォトレジスト４０の開口部４０ａに望む領域
にのみエピタキシャル成長膜４１が残存する。このよう
に、第４実施例によると、フォトレジスト４０を選択プ
ロセスのマスク材料として使用し、低温において選択的
に結晶を成長させることができる。
【００７２】尚、電離放射線として、Ｘ線やガンマ線を
用いる場合には、照射するエネルギーに対応する吸収端
を有する金属をレジスト材料中に混入してマスク効果を
発揮させることが好ましい。
【００７３】以下、本発明の第５実施例に係る半導体装
置の製造方法について図５を参照しながら説明する。
尚、第５実施例においては、チャンバー１０の内部の真
空度、基板保持台１４の温度、及びガス導入部２８から
導入する機能性ガスの種類については、第１〜第３実施
例と基本的に同様のであるので、これらについての説明
は省略する。
【００７４】まず、図５（ａ）に示すように、半導体基
板１の上に、前記のフォトレジスト材料よりなり所定領
域に開口部４０ａを有するフォトレジスト４０を形成し
た後、真空且つ低温下において電離放射線を放射しなが
ら、半導体基板１の上に選択的にエピタキシャル成長さ
せる。このようにすると、図５（ｂ）に示すように、半
導体基板１におけるフォトレジスト４０の開口部４０ａ
に臨んでいる領域にのみ所望の結晶よりなるエピタキシ
ャル成長膜４１が形成される。
【００７５】次に、フォトレジスト４０を例えば酸素プ
ラズマを用いて灰化して除去すると、図５（ｃ）に示す
ように、半導体基板１の上におけるフォトレジスト４０
の開口部４０ａに望む領域にのみエピタキシャル成長膜
４１が残存する。このように、第５実施例によると、フ
ォトレジスト４０を選択プロセスのマスク材料として使
用し、低温において選択的に結晶を成長させることがで
きる。
【００７６】以下、本発明の第６実施例に係る半導体装
置の製造方法について図６を参照しながら説明する。
【００７７】尚、第６実施例においては、チャンバー１
０の内部の真空度、基板保持台１４の温度、及びガス導
入部２８から導入する機能性ガスの種類については、第
１〜第３実施例と基本的に同様のであるので、これらに
ついての説明は省略する。
【００７８】まず、図６（ａ）に示すように、真空且つ
低温下において電離放射線を放射しながら、プロセスに
必要な機能性ガス４５を導入すると共に、半導体基板１
の上における不純物層、酸化膜又は電極を形成する領域
にＥＢ露光機により電子線４６を照射する。このように
すると、半導体基板１の表面における電子線４６が照射
された領域においてのみ、半導体基板１を構成する材料
と機能性ガス４５の成分とが反応して、図６（ｂ）に示
すように、所望の不純物層、酸化膜又は電極のパターン
４７が形成される。
【００７９】第６実施例においては、電子線４６により
半導体基板１を局所的に励起するので、本発明の特徴で
ある低温における膜の形成が可能になる。
【００８０】
【発明の効果】第１の半導体装置の製造方法によると、
機能性ガスが電離放射線によりエネルギーを与えられる
ため、２５０℃以下の低温下において、機能性ガスが半
導体基板の主成分と反応するので、半導体基板中の不純
物分布に影響を与えることなく半導体基板上に膜を良好
に形成することができる。
【００８１】第１の半導体装置の製造方法において、膜
形成工程が、半導体基板上に機能性ガスを導入しながら
半導体基板の表面に電子線を露光することにより、半導
体基板上にパターン化された膜を形成する工程を含む
と、半導体基板の表面のうち電子線により露光された領
域のみにおいて機能ガスと半導体基板の主成分とが反応
するため、エッチング工程を行なうことなく半導体基板
上にパターン化された膜を形成することができるので、
微細に制御されたパターンを半導体基板上に形成するこ
とができる。
【００８２】第２の半導体装置の製造方法によると、機
能性ガスが電離放射線によりエネルギーを与えられるた
め、２５０℃以下の低温下において、機能性ガスの成分
が半導体基板中に拡散することなく半導体基板の主成分
と反応するので、半導体基板の結晶構造に影響を与える
ことなく半導体基板上に該半導体基板の主成分と異なる
原子又は分子よりなる層を良好に形成することができ
る。
【００８３】第２の半導体装置の製造方法において、層
形成工程が、半導体基板上に機能性ガスを導入しながら
半導体基板の表面に電子線を露光することにより、半導
体基板上にパターン化された層を形成する工程を含む
と、エッチング工程を行なうことなく半導体基板上にパ
ターン化された層を形成することができるので、微細に
制御されたパターンを半導体基板上に形成することがで
きる。
【００８４】第３の半導体装置の製造方法によると、Ｍ
ＯＳトランジスタを構成する、不純物層よりなるチャネ
ル領域、絶縁層よりなるゲート絶縁膜及び導電層よりな
るゲート電極をそれぞれの不純物分布に影響を与えるこ
となく形成することができるので、設計どおりに高精度
に制御されたＭＯＳトランジスタを製造することができ
る。
【００８５】第４の半導体装置の製造方法によると、半
導体基板上にレジストパターンを形成した後、半導体基
板上に２５０℃以下の温度下において電離放射線を照射
しながら機能性ガスを導入して半導体基板上にエピタキ
シャル成長膜を形成するため、機能性ガスが電離放射線
によりエネルギーを与えられ、２５０℃以下の低温下に
おいてエピタキシャル成長を行なうことができるので、
レジストパターンに損傷を与えることなくエピタキシャ
ル成長膜を形成することができる。このため、従来にお
いては不可能であった半導体基板上における所定領域に
のみエピタキシャル成長させることが可能になる。
【００８６】第４の半導体装置の製造方法において、成
長膜形成工程がブランケット成長法により前記エピタキ
シャル成長膜を形成する工程を含み、成長膜パターン形
成工程が、レジストパターンを除去して該レジストパタ
ーン上の堆積物を除去することにより該レジスタパター
ンが形成されていなかった領域にパターン化された成長
膜を形成する工程を含むと、ブランケット成長法により
エピタキシャル成長膜を形成した後、レジストパターン
を除去してレジストパターン上の堆積物を除去するの
で、半導体基板上におけるレジスタパターンが形成され
ていなかった領域にのみパターン化された成長膜を形成
することができる。
【００８７】第４の半導体装置の製造方法において、成
長膜形成工程が、選択成長法によりレジストパターンが
形成されていなかった領域にエピタキシャル成長膜を形
成する工程を含むと、半導体基板上におけるレジストパ
ターンが形成されていなかった領域にのみエピタキシャ
ル成長膜を形成することができるので、レジストパター
ン上の堆積物を除去する工程が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例に用いる半導体装置の製造装
置の断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施例に係る半
導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施例に係る半
導体装置の製造方法の各製造工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４実施例に係る半
導体装置の製造方法の各製造工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５実施例に係る半
導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第６実施例に係る半導体装置
の製造方法の工程を示す断面図であり、（ｂ）は前記第
６実施例に係る半導体装置の製造方法の工程を示す平面
図である。
【図７】従来の半導体装置の製造装置の断面図である。
【図８】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図であ
る。
【図９】半導体基板中に形成された不純物層における深
さ方向の不純物分布を示す図である。
【符号の説明】
１０ チャンバー １４ 基板保持台 １６ 排気系 １８ 温度制御装置 ２０ ヘリウム貯溜層 ２２ 窒素貯溜層 ２４ ヒーター ２６ 電離放射線導入部 ２８ ガス導入部 ３０Ａ Ｐ型不純物層 ３０Ｂ チャネル層 ３１Ａ シリコン単結晶膜 ３１Ｂ イントリンシック層 ３２Ａ シリコン酸化膜 ３２Ｂ ゲート絶縁膜 ３３Ａ シリコン膜 ３３Ｂ ゲート電極 ３４ フォトレジスト ３５ サイドウォール ３６ ソース・ドレイン電極 ４０ フォトレジスト ４０ａ 開口部 ４１ エピタキシャル成長膜 ４２ 堆積物 ４５ 機能性ガス ４６ 電子線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−147315（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−211847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−238277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81314（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−316926（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−151344（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/203 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/31 - 21/316 H01L 21/336 H01L 29/78

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に２５０℃以下の温度下に
    おいて電離放射線を照射しながら機能性ガスを導入する
    ことにより、半導体基板上にチャネル領域となる不純物
    層を形成する工程と、 半導体基板上に２５０℃以下の温度下において電離放射
    線を照射しながら機能性ガスを導入することにより、前
    記不純物層の上にゲート絶縁膜となる絶縁層を形成する
    工程と、 半導体基板上に２５０℃以下の温度下において電離放射
    線を照射しながら機能性ガスを導入することにより、前
    記絶縁層の上にゲート電極となる導電層を形成する工程
    と、 ２５０℃以下の温度下において前記導電層の上にゲート
    電極形成領域を覆うレジストパターンを形成する工程
    と、 ２５０℃以下の温度下において前記レジストパターンを
    マスクとして前記導電層に対してエッチングを行なうこ
    とにより、前記導電層よりなるゲート電極及び前記絶縁
    層よりなるゲート絶縁膜を形成する工程と、 ２５０℃以下の温度下において前記ゲート電極をマスク
    として前記不純物層に対してエッチングを行なうことに
    より前記不純物層よりなるチャネル領域を形成する工程
    と、 半導体基板上に２５０℃以下の温度下において電離放射
    線を照射しながら機能性ガスを導入することにより、半
    導体基板の上における前記チャネル領域の両側にソース
    電極及びドレイン電極を形成する工程とを備えているこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 半導体基板上にレジストパターンを形成
    するレジストパターン形成工程と、 半導体基板上に２５０℃以下の温度下においてＸ線又は
    ガンマ線よりなる電離放射線を照射しながら機能性ガス
    を導入することにより、半導体基板上にエピタキシャル
    成長膜を形成する成長膜形成工程と、 前記レジストパターンを除去することにより、前記エピ
    タキシャル成長膜よりなるパターン化された成長膜を形
    成する成長膜パターン形成工程とを備え、 前記レジストパターンには、前記電離放射線のエネルギ
    ーに対応する吸収端を有する金属が混入されている こと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記成長膜形成工程は、ブランケット成
    長法により前記エピタキシャル成長膜を形成する工程を
    含み、 前記成長膜パターン形成工程は、前記レジストパターン
    を除去して該レジストパターン上の堆積物を除去するこ
    とにより該レジスタパターンが形成されていなかった領
    域にパターン化された成長膜を形成する工程を含むこと
    を特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記成長膜形成工程は、選択成長法によ
    り前記レジストパターンが形成されていなかった領域に
    前記エピタキシャル成長膜を形成する工程を含むことを
    特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
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