JP2974376B2 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種電子機器に搭載される半導体を利用し
た装置、即ちメモリー、光電変換装置、表示装置、信号
処理装置等の半導体装置の製造方法に関し、とりわけ配
線等のパターンの形成に関するものである。
〔従来技術〕
半導体装置の主な製造工程は、基板上に金属、半導
体、絶縁体等を成膜しこれを所望のパターンに微細加工
する工程である。
近年、半導体記憶素子（メモリー）に代表される様
に、素子の大容量化、機能の高性能化が急速に進み、そ
れに伴い、回路パターンがより微細化し回路構造もより
複雑化してきている。一方、液晶デイスプレイ、プラズ
マデイスプレイ等の表示装置は、ますます大型化し、素
子機能も複雑化しつつある。そのため、成膜工程や微細
加工を行なうエツチング工程は、溶液を用いたものから
真空中や、減圧ガス中でプラズマや励起ガスを用い、い
わゆるドライな工程が主となっている。しかし所望の微
細加工を行なうために一般に用いられるフオトリソグラ
フイープロセスでは、レジスト塗布、パターン露光、現
像、エツチング、レジスト剥離等の複雑で煩雑なプロセ
スが用いられる。この中でレジスト塗布、現像、レジス
ト剥離工程では溶液を使うためドライなプロセスにする
ことはできない。又これらの工程に付随する溶液処理後
の洗浄工程や乾燥工程も必要となり、工程を増加させて
いる。更には、レジストを用いるために、このレジスト
が剥離しごみの発生を増加させ、素子性能が劣化や、歩
留り低下をもたらし全体のコストを上昇させる。
例えば、素子の電極や配線の材料として主に用いられ
るＡの形成は、Ａ膜を全体に堆積させその後エツチ
ングによって所望のパターンに加工する方法が用いられ
てきている。Ａ膜の堆積法としては、従来マグネトロ
ンスパツタなどのスパツタ法が使われてきた。ところが
一般にスパツタ法はターゲツトからスパツタされた粒子
の真空中での飛来を基礎とする物理的堆積法であるの
で、段差部や絶縁膜側壁での膜厚が極端に薄くなり、ひ
どい場合には断線してしまう。このような膜厚の不均一
や断線はLSIの信頼性を著しく低下させる主因となって
いる。
上記のような問題点を解決するため様々なタイミプの
CVD（ChemicA Vapor Deposition）法が提案されて
いる。これらの方法では成膜過程で何らかの形で原料ガ
スの化学反応を利用する。これはプラズマCVDや光CVDで
は原料ガスの分解が気相中で起き、そこでできた活性種
が基板上でさらに反応して膜形成が起きる。
これらのCVD法では気相中での反応があるので、基板
表面の凹凸に対する表面被覆性はスパッタ法に較べてよ
いが、原料ガス分子中に含まれる炭素原子が膜中に取り
込まれたり、また特にプラズマCVDではスパッタ法の場
合のように荷電粒子による損傷（いわゆるプラズマダメ
ージ）がある。
熱CVD法は主に基板表面での表面反応により膜が成長
するために表面の段差部などの凹凸に対する表面被覆性
が良い。このため段差部での断線などを避けることがで
きる。また、プラズマCVDやスパッタ法のような荷電粒
子損傷もない。このためＡ膜の形成法として熱CVD法
が種々研究されている。
例えばJournA of ElectorchemicA Society第1
31巻第2175頁（1984年）に見られる例では有機アルミニ
ウムガスとしてトリイソブチルアルミニウム｛（ｉ−C4
H9）3A｝（TIBA）を用い、成膜温度260℃、反応管圧
力0.5Torrで成膜し、3.4μΩ・cmの膜を形成している。
TIBAを用いる場合は、成膜前にTiCl4を流し、基板表面
を活性化し、核を形成するなどの前処理をしないと連続
な膜が得られない。また、TiCl4を用いた場合も含め、
一般にTIBAを用いた場合には表面平坦性が悪い。
特開昭63−33569号にはTiCl4を用いず、その代わりに
有機アルミニウムを基板近傍において加熱することによ
り膜形成する方法が記載されている。この場合には基板
表面の自然酸化膜の除去する工程が必要である。
TIBAは単独で使用することが可能なのでTIBA以外のキ
ヤリアガスを使う必要はないがArガスをキヤリアガスと
して用いてもよいと記載されている。しかしTIBAと他の
ガス（例えばH2）との反応は全く想定していない。これ
は、一般に有機金属の化学的物質は金属元素に付いてい
る有機置換基が少し変化すると大きく変わるので、どの
ような有機金属を使用していかに堆積するべきかは予測
が困難である為である。
又、Ａのエツチングではアフターコロージヨン即
ち、塩素系（Cl2、CCl4等）ガス使用により、エツチ時
に付着したCl2や反応生成物（ＡCl3等）が大気中や、
エツチング室に残留している水分と反応してHClを発生
させアルミの腐食が起こり、配線や電極の断線の大きな
原因となっている。
一方これらの技術とは別に、光CVD法で基板表面に選
択手に光を照射し、該照射表面のみで光化学反応を起こ
させ選択的に堆積させる方法があるが、気相中での反応
をまったく起こさせないことは不可能でありどうしても
照射部位該にも堆積が起こってしまう。又光CVD法は一
般に堆積が遅く熱CVD法に比べ一桁程度堆積速度が小さ
い。
〔発明が解決しようとする技術課題〕
しかしながら上述の従来の工程では、半導体素子の高
集積化、高性能化に対応するためには改善すべき余地が
多く存在している。
本発明は、上述した技術課題に鑑みてなされたもので
あり、レジストを使わず導電体としての良好な金属を高
い選択性を持ち歩留り良く堆積できる半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、基体表面に選択的に光照射すること
を含む所望の部位を表面改質する為の工程と、前記部位
に対応した電子供与性の表面に選択的に金属を選択的に
堆積させる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置
の製造法により達成される。
〔作用〕
本発明によれば、半導体、金属、絶縁体を形成してな
る基板表面を、表面改質すなわち、反応ガス雰囲気中で
該基板表面に選択的に光を照射し、照射した表面を光化
学的に性質を変え（潜像層形成）、該表面を電子供与性
表面あるいは非電子供与性表面に変化させ、選択堆積に
より電子供与性の表面のみに良質の膜を成膜し電極や配
線を形成する。
従ってレジストをまったく使わず電極や配線を形成で
きるため工程が簡略化される。また剥離したレジストに
よるごみの発生が無くなり、又エツチング工程が必要な
のでアフターコロージヨンが発生せず素子の性能と歩留
りが向上するものである。
更にはアルキルアルミニウムハイドライドと水素とを
利用した熱CVD法であるため良質で表面被覆性が良い膜
を高速で堆積できる。
〔実施例〕
本発明の好適な実施態様例を図面にもとづいて説明す
る。
先ず本発明を適用するに好ましい半導体製造装置につ
いて説明する。
第１図に示す半導体製造装置は大まかにロードロツク
部、光潜像形成部、Ａ選択堆積部によって構成され、
互いにゲートバルブを介して連結されている。第１図に
おいて、符号１は基体、２は基体１を真空雰囲気下に、
又は大気雰囲気に戻すためのロードロツク室、3a、3b、
3cはターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ等によって構
成される真空排気系、4a、4b、4cは基体１を出し入れで
き各室を真空機密可能なゲートバルブ、5a、5b、5cはガ
スを導入するためのガス導入口、6b、6cは基体１を載置
する基体ホルダ、７は潜像層を形成する潜像室、８は光
源であるところのレーザー発振器又はランプ、９は遮光
材でパターニングされたマスク（又はレチクル）10を照
射するための照明光学系、11はマスクパターンを基体１
の表面に結像するための投影光学系、12は投影光学系11
を出た光を潜像室７に導入するための窓、13は基体表面
に形成された電子供与性の部分に選択的Ａを堆積させ
るためのＡ選択堆積室、14は基体１を加熱するための
基体ホルダ6c内に設置されたヒーター、15は原料ガスと
反応ガスとを混合させてＡ選択堆積室13内に供給する
ガス混合器であり、16は原料ガスとして有機金属を気化
させるための原料ガス気化器である。
次に製造方法の概略について説明する。
第１図に於いて、表面を洗浄した基体１を真空雰囲気
中に導入するためロードロツク室２に入れ真空排気系3a
によってロードロツク室２内部を真空排気し、ゲートバ
ルブ4bを開け潜像室７内の基体ホルダ6a上に載せる。光
源で発生させた光を照明光学系９によって所望のパター
ンを形成するためのマスク10に均一に照射し、投影光学
系11によって基体１表面にマスク９のパターン像を窓12
を通して結像させる。なお窓の材質は使用する光源の波
長に応じて、該波長を吸収せずに透過する窓材を適宜選
択する。真空排気系3bによって潜像室７内部を真空排気
し、表面を光化学変化させるためのガスを導入する。
ガスとしては、たとえば表面を酸化させたければ、
O2、O3又はNO2ガスを、窒化させたければ、N2、NH3ガス
を用いる。
このようなガスを導入し、光が当たったところだけ選
択的に光化学反応（例えば、酸化、窒化、還元）による
表面改質工程を導入、表面に酸化膜、あるいは窒化膜等
で形成された50〜100Å程度の厚さの潜像層を形成し、
選択的に電子供与性の表面の形成あるいは非電子供与性
の表面を形成を行なう。例えば、金属又は半導体の表面
を選択的に酸化又は窒化させることによって金属表面を
選択的に非電子供与性にできる。一方金属又は半導体の
酸化膜や窒化膜の表面を選択的に還元することにより、
該部分を電子供与性にできる。
特に窒化膜を電子供与性とする方が再現性にすぐれ、
良質の膜が堆積する。
ここで、光反応を起こさせる光の波長は、基体の材
質、ガスの種類によって適宜選択される。例えばSi基板
上に酸化膜の潜像層を形成するためには、O2、O3又はNO
2ガスを用い、光源として、KrF、ArF、XeCl各エキシマ
レーザー、F2レーザー、色素レーザー、重水素ランプ、
低圧水銀灯等のランプ光源等を用いることができる。
選択的に光を照射する方法としては、第１図に示した
投影露光装置と第２図に示すレーザー光による直接描画
装置とを用いた方法がある。
第２図において、17は光変調器、18はコリメータレン
ズ、19は回転多面鏡、20はｆ−θレンズ、6gはステージ
6bに載置されたレーザー光の走査方向と垂直方向に移動
できるし基体ホルダ、その他第１図に示したものと同一
の構成には同じ符合を付した。第２図において、光源で
あるレーザーから発振したレーザー光（この場合は連続
光が好ましい）を光変調器17により所望のパターンが形
成できるように変調し、回転多面体19によって一次元方
向に走査し、コリメータレンズ18、ｆ−θレンズ20によ
って基体表面に結像させる。又基体ホルダを、レーザー
光の走査方向と垂直方向に移動することによって全基体
表面に選択的に光を照射できる。
光源のレーザーとしては、表面上の光化学反応を行な
うことができるものであればよく、例えばGaAs基板上に
酸化膜の潜像を形成する光源として前述したレーザーの
他にArレーザー、クリプトンレーザー、He−Cdレーザ
ー、又Si基板上に成膜されたSiN膜表面にSi−Ｎの結合
切りSi膜を還元し潜像を形成するためには、CO2レーザ
ーで励起されたNH3レーザー等を用いることが好まし
い。
次に基体１を真空排気系3cによって真空排気されたＡ
選択堆積室13内の基体ホルダ6c上に載せ、選択的にＡ
を堆積させる工程を行なう。この工程では、特に導電
請堆積膜として良質のＡ又はＡを主成分とする金属
膜を基体１上に選択的に堆積させるCVD法としてアルキ
ルアルミニウムハイドライドと水素とを用いたCVD法
（以下Ａ−CVD法と称する）を用いることが好まし
い。
Ａ−CVD法は電子供与性の表面に良質の金属を堆積
できる方法である。
電子供与性の表面を形成する材料とは、基体中に自由
電子が存在しているか、もしくは自由電子を意図的に生
成せしめたかしたもので、例えば基体表面上に付着した
原料ガス分子との電子授受により化学反応が促進される
表面を有する材料をいう。例えば、一般に金属や半導体
がこれに相当する。金属もしくは半導体表面に薄い酸化
膜が存在しているものも含まれる。それは基体と付着原
料分子間で電子授受により化学反応が生ずるからであ
る。
具体的には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶
質シリコン等の半導体、III族元素としてのGa、In、Ａ
とＶ族元素としてのＰ、As、Ｎとを組合せて成る二元
系もしくは三元系もしくは四元系III−Ｖ族化合物半導
体、タングステン、モリブデン、タンタル、タングステ
ンシリサイド、チタンシリサイド、アルミニウム、アル
ミニウムシリコン、チタンアルミニウム、チタンナイト
ライド、銅、アルミニウムシリコン銅、アルミニウムパ
ラジウム、チタン、モリブデンシリサイド、タンタルシ
リサイド等の金属、合金およびそれらのシリサイド等を
含む。
このような構成の基体に対して、Ａは原料ガスとH2
との反応系において単純な熱反応のみで堆積する。例え
ばDMAHとH2との反応系における熱反応は基本的に と考えられている。DMAHは室温で二量体構造をとってい
る。MMAH2によっても下記実施例に示すように、熱反応
により高品質Ａが堆積可能であった。
MMAH2は蒸気圧が室温で0.01〜0.1Torrと低いために多
量の原料輸送が難しく、堆積速度は数百Å／分が本発明
における上限値であり、好ましくは室温で蒸気圧が1Tor
rであるDMAHを使用することが最も望ましい。
まず基体をヒータ４によってＡを含む原料が酸を分
解できる温度以上、かつ450℃未満が望ましく、具体的
には基体温度260〜440℃がより望ましい。８この条件で
堆積を行なった場合DMAH分圧が10-4〜10Torrのとき堆積
速度は、100Å／分〜800Å／分と非常に大きく、超LSI
用Ａ堆積技術として十分大きい堆積速度が得られる。
さらに好ましくは基本温度270℃〜350℃であり、この
条件で堆積したＡ膜は配向性も強く、かつ450℃、1ho
urの熱処理を行なってもSi単結晶もしくはSi多結晶基体
上のＡ膜にはヒロツク、スパイクの発生もない良質の
Ａ膜となる。また、このようなＡ膜はエレクトロマ
イグレーシヨン耐性に優れている。
次に原料ガスを生成するためガス生成室16において、
室温に保持されている液状のDMAHに対してキヤリアガス
としてのH2もしくはAr（もしくは他の不活性ガス）でバ
ブリングを行ない、気体状のDMAHを生成し、これを混合
器15に輸送する。反応ガスとしてのH2は別経路から混合
器15に供給される。流量が調節され、全圧力が所望の一
定圧力（10-3〜760Torr）になるように真空排気系3cを
調整する。
このようにして原料ガスと反応ガスを、加熱された気
体表面上で熱的に反応させ、前工程で形成した、非電子
供与性の表面以外、又は全工程で形成した電子供与性の
表面のみにＡを選択的に堆積させる。このように形成
したＡ堆積膜の抵抗率は、膜厚400Åでは室温で2.7〜
3.0μΩ・cmとＡバルクの抵抗率とほぼ等しく、連続
かつ平坦な膜となる。このとき成膜時圧力は10-3Torr〜
760Torrの範囲で選ぶことができる。また、膜厚１μｍ
であっても、その抵抗率はやはり室温で略々2.7〜3.0μ
Ω・cmとなり、膜厚でも充分に緻密な膜が形成される。
可視光波長領域における反射率も略々80％であり、表面
平坦性にすぐれた薄膜を堆積させることができる。
上述したように本発明にもとづくＡ成膜方法によっ
て得られた膜は緻密であり炭素等の不純物含有量がきわ
めて少ない抵抗率もバルク並でありかつ表面平滑度の高
い特性を有するため以下に述べる顕著な効果が得られ
る。
ヒロツクの減少 ヒロツクは成膜時の内部応力が熱処理工程で解放され
る際にＡが部分的なマイグレーシヨンをおこし、Ａ
表面に凸部を生じるものである。また通電による極部的
なマイグレーシヨンによっても同様の現象が生ずる。本
発明によって形成されたＡ膜は内部応力がほとんどな
くかつ単結晶に近い状態である。そのため450℃,1Hrの
熱処理で従来のＡ膜において104〜106個/cm2のヒロツ
クが生ずるのに対して本発明によるとヒロツク数は０〜
10個/cm2と大幅に達成できた。このようにＡ表面凸部
がほとんどないためレジスタ膜間絶縁膜を薄膜化するこ
とができ微細化、平坦化に有利である。
耐エレクトロマイグレーシヨン性の向上 エレクトロマイグレーシヨンは高密度の電流が流れる
ことにより配線原子が移動する現象である。この現象に
より粒界に沿ってボイドが発生・成長しそのための断面
積減少に伴ない配線が発熱・断線してしまう。
耐マイグレーシヨン性は平均配線寿命で評価すること
が一般的である。
上記従来法による配線は250℃、１×106A/cm2の通電
試験条件下で、（配線断面積１μm2の場合）１×102〜1
03時間の平均配線寿命が得られている。これに対して本
発明に基づくＡ成膜法により得られたＡ膜は、上記
試験により、断面積１μm2の配線で103〜104時間の平均
配線寿命が得られた。
よって本発明によると、たとえば配線幅0.8μｍのと
き0.3μｍの配線層厚さで充分実用に耐え得る。つまり
配線層厚さを薄くすることができるので配線を設置した
後の半導体表面の凹凸を最小限に抑えることができ、か
つ通常の電流を流す上で高信頼性が得られた。また、非
常に単純なプロセスで可能である。
表面平滑性の向上 以上詳細に説明したように本発明を半導体集積回路の
配線形成方法に適用することにより、従来のＡ配線に
比べて格段に、歩止まりを向上させ、低コスト化を促進
することが可能となる。
以上説明したように、レジストを用いたフオトリソグ
ラフイープロセスやエツチングプロセスがいらず歩留を
大幅に向上できる。
ここでは好適な例として、第１図に示すように光潜像
形成部とＡ選択堆積部をゲートバルブを介して接続し
連続的に工程を進めたが、各々独立にすることもでき
る。
一般にレジストを用いたフオトリソグラフイープロセ
スは真空中では不可能であるので、従来は素子製造工程
をすべて真空中で行なうことは不可能であったが本発明
のプロセスを応用し上記半導体製造装置を用いて真空一
貫プロセスが可能である。
第３乃至８図をもっており詳細に説明する。
第３図は本装置即ち真空一貫プロセス装置の全対外略
図で21は絶縁膜と半導体膜をプラズマ成膜するための真
空気密可能なプラズマ成膜室、22は膜をケミカルドライ
エツチングするための真空気密可能なエツチング室、23
は試料の表面をプラズマを用いて表面をクリーニングす
るための真空気密可能なクリーニング室、24は基体１を
各処理室に搬送するための搬送機、25は真空気密可能で
搬送機24を設置した搬送室である。4d、4e、4f、4gは基
体１を出し入れでき各室を真空気密可能なゲートバルブ
であり、その他第１図に示したものと同一の符号を付し
たものは同一のものを示す。さらに各部屋を説明する
と、第４図と第５図は、第１図の装置を分離した光線像
形成部及びＡ選択堆積部を示す。なお第４図に示した
光潜像形成部は、第２図に示した描画装置を用いても可
能である。プラズマ成膜室21を示した第６図において
は、3dは真空排気系、5dは堆積ガスをプラズマ成膜室21
内に導入するためのガス導入口、6dはプラズマ成膜室21
に設置された基体１を保持する基体ホルダ、26は基体ホ
ルダ6dに対向し高周波電力が加えられる対向電力、27は
対向電極26をプラズマ成膜室21から電気的に絶縁するた
めの絶縁体、28は13.56MHz、350W高周波電源、29は基体
ホルダ6dと高周波電源28側のマツチングを取るためのマ
ツチングボツクスである。エツチング室22を示した第７
図においては、3eは真空排気系、30はエツチング室22に
供給する励起エツチングガスを発生させるためのマイク
ロ波プラズマガス励起装置、5eはマイクロ波プラズマガ
ス励起装置30にエツチングガスを供給するためのガス導
入口、6eはエツチング室に置かれた基体１を保持する基
体ホルダ、31はマイクロ波ガス励起装置30で発生した励
起エツチングガスをエツチング室22に輸送するための輸
送管である。クリーニング室23を示した第８図におい
て、3fは真空排気系、5fはクリーニングガスを真空容器
内に導入するためのガス導入口、6fはクリーニング室に
置かれた基体１を保持する基体ホルダ、32は基体ホルダ
6fに対向する対向電極、33は基体ホルダ6fを直流的に絶
縁するための絶縁体、28は13.56MHz、200Wの高周波電
源、29は試料保持台側と高周波電源側のマツチングを取
るためのマツチングボツクスである。
上記の装置を用いて半導体素子を大気に晒すことなく
製造することが可能であり、自然酸化膜等が、膜表面に
形成されないため接触抵抗が減り、素子の性能が向上
し、工程も大幅に減少し、ゴミの付着も減少し歩留が向
上する。
〔実施例１〕 第１実施例として、第１図に示した装置を用い厚さ20
00Åのn+a−Si膜を堆積したSi基板上にＡ電極パター
ンを形成する方法について説明する。
ゲートバルブ4aを開け予め洗浄したSi基板をロードロ
ツク室２に入れゲートバルブ4aを閉じ、真空排気系3aに
よって10-7Torr以下に真空排気した。予め潜像室７内部
を真空排気系3bによって10-8Torr以下になるまで真空排
気し、ゲートバルブ4bを開けSi基板を基体ホルダ6b上に
載せた。ガス導入口5bよりO2ガスを潜像室７内に導入し
内部の圧力が20Torrとなるように真空排気系3bを制御し
た。光源８としてKrFエキシマレーザーを用い、該レー
ザーで発振させた波長248nmのレーザー光を照明光学系
９によって電極パターンを形成すためのマスク10の均一
に照射し、投影光学系11によってn+a−Si膜表面にマス
ク15のパターン像を窓12を通て結像させた。なお窓の材
質として波長248nmのレーザー光を吸収せずに透過させ
るため石英を使用した。マスク像が結像したn+a−Si膜
表面では光が当たった部分のみでO2とSiが光化学反応を
起こし、10分間の露光でn+a−Si間表面に厚さ80Å程度
のSiO2層が形成された。光が当たっていない部分ではこ
の反応が進まないので所望の形状の非電子供与性表面が
形成された。即ちn+a−Si膜表面のSiがSiO2に変化し潜
像（非電子供与体の表面層）が形成されたのである。換
言すればマスクのネガパターンがn+a−Si膜表面に形成
されたことになる。潜像形成後導入ガスを止め、潜像室
７の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気した。予め
Ａ選択堆積室13内部を10-7Torr以下に真空排気系3cに
よって排気しておき、ゲートバルブ4cを開けSi基板１を
Ａ選択堆積室13内部の予めヒータ14によって300℃に
加熱した基体ホルダ6cに載せ、ゲートバルブ4cを閉じＡ
選択堆積室13内部を10-8Torr以下に真空排気系3cによ
って排気した。ガス混合器15の第一のガスラインからキ
ヤリアガスとしてH2を用いDMAHを供給し、第２のガスラ
インからH2を供給した。Si基板の温度が300℃に達した
後ガス導入口5cよりDMAHとH2をＡ選択堆積室13内に導
入し、Ａ選択堆積室13内の全圧力が1.5Torr、DMAHの
分圧が1.5×10-4Torrとなるようにガス混合器15と真空
排気系3cを調整した。10分間堆積した後、DMAHの供給を
停止し、ヒータ14の加熱を停止しSi基板１を冷却した。
H2の供給を停止し、Ａ選択堆積室13内部を10-7Torr以
下に真空排気系3cによって排気した。ゲートバルブ4cと
4bを開けSi基板１をロードロツク室２に入ゲートバルブ
4bを閉じ、ガス導入口5aよりN2ガスを大気圧まで導入
し、ゲートバルブ4aを開けSi基板１を取り出した。その
結果、潜像を施した表面には電分光による表面分析でも
検出できなかった。一方ａ−Si膜表面には、炭素がまっ
たく含まれず（検出限界以下）抵抗率2.7μΩcm、平均
配線寿命１×103〜104時間、ヒロツク密度０〜10コ/cm,
スパイクの発生がない良質のＡ膜が選択的に堆積され
電極を形成できた。
〔実施例２〕 本第２実施例は、第１図に示した装置の光潜像形成部
として第２図に示した描画装置とを用いてGaAs基板上に
Ａ電極パターンを形成するものである。
ゲートバルブ4aを開け予め洗浄したGaAs基板１をロー
ドロツク室２に入れゲートバルブ4aを閉じ、真空排気系
3aによって10-7Torr以下に真空排気した。予め潜像室７
内部を真空排気系3bによって10-8Torr以下になるまで真
空排気し、ゲートバルブ4bを開けGaAs基板１を基体ホル
ダ6b上に載せた。ガス導入口5bよりNO2ガスを潜像室７
内に導入し内部の圧力が20Torrとなるように真空排気系
3bを制御した。光源８としてArレーザーを用い、該レー
ザーで発振させた波長514nmのレーザーを光変調器17に
より電極パターンが形成できるように変調し、回転多面
体19によって一次元方向に走査し、コリメータレンズ1
8、ｆ−θレンズ20によってGaAs基板１表面に結像させ
た。また基体ホルダ6gを、レーザー光の走査方向と垂直
方向に移動し全基体表面に選択的に光を照射した。なお
窓の材質としては石英を使用した。レーザー光が照射さ
れたGaAs基板１表面では光が当たった部分のみでNO2とS
iが光化学反応を起こし、GaAs基板１表面に厚さ100Å程
度の酸化膜層を形成し、潜像層である非電子供与体の表
面層が形成された。潜像形成後導入ガスを止め、潜像室
７の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気した。予め
Ａ選択堆積室13内部を10-7Torr以下に真空排気系3cに
よって排気しておき、ゲートバルブ4cを開けaGaAs基板
１をＡ選択堆積室13内部の予めヒータ14によって300
℃に各熱した基体ホルダ6cに載せ、ゲートバルブ4cを閉
じＡ選択堆積室13内部を10-8Torr以下に真空排気系3c
によって排気した。ガスラインからH2を供給し、Si基板
の温度が300℃に達した後ガス導入口5cよりMMAHとH2を
Ａ選択堆積室13内に導入し、Ａ選択堆積室13内の全
圧力が1.5Torr、MMAHの分圧が1.5×10-4Torrとなるよう
にガス混合器15を真空排気系3cを調整した。10分間堆積
した後、MMAHの供給を停止し、ヒータ14の加熱を停止し
GaAs基板１を冷却した。H2の供給を停止し、Ａ選択堆
積室13内部を10-7Torr以下に真空排気系3cによって排気
した。ゲートバルブ4cと4bを開けGaAs基板１をロードロ
ツク室２に入れゲートバルブ4bを閉じ、ガス導入口5aよ
りN2ガスを大気圧まで導入し、ゲートバルブ4aを開けGa
As基板１を取り出した。その結果、実施例１と同様に良
質のＡ膜の電極が形成できた。
〔実施例３〕 本第３実施例は、第１図に示した装置の光潜像形成部
として第２図に示した描画法の装置を用いて厚さ100Å
ａ−SiN膜を堆積した石英基板上にＡ電極パターンを
形成するものである。
ゲートバルブ4aを開け予め洗浄した石英基板１をロー
ドロツク室２に入れゲートバルブ4aを閉じ、真空排気系
3aによって10-7Torr以下に真空排気した。予め潜像室７
内を真空排気系3bによって10-8Torr以下になるまで真空
排気した。光源８としてCO2レーザーによってれきされ
たNH3レーザーを用い、該レーザーで発振させたレーザ
ー光を光変調器17により電極パターンが形成できるよう
に変調し、回転多面体19によって一次元方向に走査し、
コリメーッタレンズ18、ｆ−θレンズ20によって石英基
板１のａ−SiN膜表面に結像させた。また基体ホルダ6g
を、レーザー光の走査方向と垂直方向に移動し全基体表
面に先端的に光を照射した。なお窓の材質としてはポリ
エチレンを使用した。レーザー光が照射された石英基板
１のａ−SiN間表面では光が当たった部分のみでSi−Ｎ
の結合が切れSiが還元されSiN表面に厚さ100Å程度の酸
化膜層を形成し、潜像層である電子供与体の表面層が形
成された。潜像形成後潜像室７の内部を10-7Torr以下に
なるまで真空排気し、Ａ選択堆積室13内部を10-7Torr
以下に真空排気系3cによって排気しておき、ゲートバル
ブ4cを開け石英基板１をＡ選択堆積室13内部の予めヒ
ータ14によって300℃に加熱した基体ホルダ6cに載せ、
ゲートバルブ4cを閉じＡ選択堆積室13内部を10-8Torr
以下に真空排気系3cによって排気する。ガス混合器15の
第一のガスラインからキヤリアガスとしてH2を用いMMAH
を供給し、第２のガスラインからH2を供給した。石英基
板１の温度が300℃に達した後ガス導入口5cよりMMAHとH
2をＡ選択堆積室13内に導入し、Ａ選択堆積室13内
の全圧力が1.5Torr、MMAHの分圧が1.5×10-4Torrとなる
ようにして10分間堆積した後、MMAHの供給を停止入し、
ヒータ14の加熱を停止しGaAs基板１を冷却した。H2の供
給を停止し、Ａ選択堆積室13内部を10-7Torr以下に真
空排気系3eによって排気した。ゲートバルブ4cと4bを開
けGaAs基板１をロードロツク室２に入れゲートバルブ4b
を閉じ、ガス導入口5aよりN2ガスを大気圧まで導入し、
ゲートバルブ4aを開け石英基板１を取り出した。その結
果、潜像を施し電子許容性の表面のみにＡが選択的に
堆積されており、実施例１と同様に良質のＡ膜の電極
が形成できた。
〔実施例４〕 本第４実施例は、アモルフアスシリコンフオトセンサ
ーの作製である。
第９図に示す概略工程図によって説明する。ゲートバ
ルブ4aを開け予め洗浄した石英基板１をロードロツク室
２に入れゲートバルブ4aを閉じ、真空排気系3aによって
10-7Torr以下に真空排気した。ここで常に搬送室25の内
部は真空排気装置（図示せず）によって10-7Torr以下に
なるまで真空排気しておいた。ゲートバルブ4gを開け、
搬送機９によって試料である石英基板１をロードロツク
室２より取り出し、搬送室を介して予め真空排気系3fに
よって10-7Torr以下に真空排気されたクリーニング室23
に接続したゲートバルブ4fを開け、基体ホルダ6f上に載
せ、ゲートバルブ4fを閉じた。真空排気系3fによってク
リーニング室23の内部が、10-8Torr以下になるまで真空
排気した。ガス導入口5fより石英基板１の表面をクリー
ニングするガス、この場合Ar505SCCMをクリーニング室2
3内に導入し、グリーニング室23の圧力が0.08Torrにな
るように真空排気装置（図示せず）を操作制御した。次
に高周波電源28で発生させた13.56MHz、100wの高周波を
マツチングボツクス29を調整しながら、基体ホルダ6fに
印加し、基体ホルダ6fと対向電極32の間の空間にプラズ
マを発生させた。試料保持台22はマツチングボツクス29
にあるコンデンサ（図示せず）によって直流的に絶縁さ
れているため、電子とイオンとの易動度の差から基体ホ
ルダ6fに60V程度の負の直流バイアス電圧が発生し、こ
の電圧によってArイオンが加速され、石英基板１表面に
衝突し、表面にある汚れを物理的にスツパツタ除去し清
浄面が得られるのである。処理時間は３分程度とした。
処理終了後ガスの供給を止め、クリーニング室23の内部
の圧力が10-7Torr以下になるまで真空排気した。ゲート
バルブ4fを開け搬送機24によって石英基板１を取り出し
ゲートバルブ4fを閉じ、クリーニング室23の内部の圧力
が10-7Torr以下に保つよう真空排気しておいた。
予め真空排気装置（図示せず）によってプラズマ成膜
室４の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気した。ゲ
ートバルブ4dを開け石英基板１を搬送機24によってプラ
ズマ成膜室21に導入しヒータ（図示せず）によって予め
350℃に過熱された基体ホルダ６に載せ、ゲートバルブ4
dを閉じた。真空排気系3dによってプラズマ成膜室21の
内部が10-7Torr以下になるまで真空排気し、石英基板１
の温度が350℃になるまで加熱した。ガス導入口5dよりS
iH4を13SCCM、H2を120SCCM、NH3を360SCCMプラズマ成膜
室４内に導入し、プラズマ成膜室内の圧力が0.5Torrに
なるように真空排気系3dを操作制御する。高周波電源28
で発生させた13.56MHz、80Wの高周波をマツチングボツ
クス29を調整しながら、対向電極27に印加し、基体ホル
ダ6dと対向電極26の間の空間にプラズマを発生させ、該
導入ガスをプラマ分解し、アモルフアスシリコン窒化
（ａ−SiN）膜34を1000Å堆積させた（第９図
（ａ））。成膜後導入ガスを止め、真空排気系3dによっ
てプラズマ成膜室21の内部が10-7Torr以下になるまで真
空排気し、ゲートバルブ4dを開け搬送機24によって石英
基板１を取り出しゲートバルブ4dを閉じ、プラズマ成膜
室21の内部の圧力が10-7Torr以下に保つよう真空排気し
ておいた。
次に予め潜像室７を10-7Torr以下に真空排気系3bによ
って排気し、ゲートバルブ4bを開け石英基板１を搬送機
24によって潜像室７に導入し基体ホルダ6bに載せ、ゲー
トバルブ4bを閉じた。真空排気系3bによって潜像室７の
内部が10-7Torr以下になるまで真空排気した。実施例３
と同様の方法でａ−SiN膜34上に潜像を形成し、ゲート
バルブ4bを開け搬送機24によって石英基板１を取り出し
ゲートバルブ4bを閉じ、潜像室７内部の圧力が10-7Torr
以下に保つよう真空排気しておいた。予めＡ選択堆積
室13を10-7Torr以下に真空排気系3cによって排気し、ゲ
ートバルブ4cを開け石英基板１を搬送機24によってＡ
選択堆積室13に導入し基体ホルダ6cに載せ、ゲートバル
ブ4cを閉じた。真空排気系3cによってＡ選択堆積室13
の内部が10-8Torr以下になるまで真空排気した。実施例
３と同様の方法で第９図ｂに示すように厚さ3000ÅのＡ
下部電極35を形成した。ゲートバルブ4cを開け搬送機
24によって石英基板１を取り出し、ゲートバルブ4cを閉
じ、Ａ選択堆積室13内部の圧力が10-7Torr以下に保つ
よう真空排気しておいた。
次にゲートバルブ4dを開け石英基板１を搬送機24によ
ってプラズマ成膜室21に導入しヒータ（図示せず）によ
って予め350℃に加熱された基体ホルダ6dに載せ、ゲー
トバルブ4dを閉じる。真空排気系3dによってプラズマ成
膜室21の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気し、石
英基板の温度が350℃になるまで加熱した。ガス導入口5
dよりSiH4を13SCCM、H2を120SCCM、NH3を360SCCMプラズ
マ成膜室４内に導入し、プラズマ成膜室内の圧力が0.5T
orrになるように真空排気系3dを操作制御した、高周波
電源28で発生させて調整しながら、対向電極27に印加
し、基体ホルダ6dと対向電極26の間の空間にプラズマを
発生させ、該導入ガスをプラマ分解し、第９図（ｃ）に
示すようにａ−Sin膜36を3000Å堆積させた。成膜後導
入ガスを止め、真空排気系3dによってプラズマ成膜室21
の内部が、10-7Torr以下になるまで真空排気した。次に
基体ホルダ6dの温度を250℃に下げ、石英基板１の温度
が250℃に設定した。ガス導入口5dよりSiH4を100SCCM、
H2を740SCCMをプラズマ成膜室21内に導入し、プラズマ
成膜室内の圧力が0.5Torrになるように真空排気系3dを
操作制御した。高周波電源28で発生した13.56MHz、100W
の高周波をマツチングボツクス29を調整しながら、対向
電極26に印加し、プラズマ分解し、第９図（ｃ）に示す
ようにアモルフアスシリコン（ａ−Si）膜37を1.5μｍ
堆積させた。成膜後導入ガスを止め、プラズマ成膜室４
の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気した。次にガ
ス導入口5dよりSiH4を20SCCM、H2を80SCCM、PH3を400SC
CMをプラズマ成膜室21内に導入し、プラズマ成膜室内の
圧力が0.5Torrになるように真空排気系3dを操作制御し
た。高周波電源28で発生した13.56MHz、300Wの高周波を
マツチングボツクス29を調整しながら、対向電極26に印
加し、基体ホルダ6dと対向電極26の間の空間にプラズマ
発生させ、該導入ガスをプラズマ分解し、第９図（ｃ）
に示すようにn+a−Si膜38を2000Å堆積させた。成膜後
導入ガスを止め、真空排気系3dによってプラズマ成膜室
21の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気した。
次にゲートバルブ4bを開け石英基板１を搬送機24によ
って潜像室７に導入し基体ホルダ6bに載せ、ゲートバル
ブ4bを閉じた。真空排気系3bによって潜像室７の内部が
10-7Torr以下になるまで真空排気した。実施例１と同様
の方法でn+a−Si膜38上に潜像を形成し、ゲートバルブ4
bを開け搬送機24によって石英基板１を取り出しゲート
バルブ4bを閉じ、潜像室７内部の圧力が10-7Torr以下に
保つよう真空排気しておいた。そして予めＡ選択堆積
室13を10-7Torr以下に真空排気系３によって排気し、ゲ
ートバルブ4cを開け石英基板１を搬送機24によってＡ
選択堆積室13に導入し基体ホルダ6cに載せ、ゲートバル
ブ4cを閉じた。真空排気系3cによって、Ａ選択堆積室
13の内部が10-8Torr以下になるまで真空排気した。実施
例１と同様の方法で第９図ｄに示すように厚さ6000Åの
Ａ上部電極39を形成したする。ゲートバルブ4cを開け
搬送機24によって石英基板１を取り出しゲートバルブ4c
を閉じ、Ａ選択堆積室13内部の圧力が10-7Torr以下に
保つように真空排気しておいた。
次に予め真空排気系3eによってエツチング室22の内部
が10-7Torr以下になるまで真空排気し、ゲートバルブ4e
を開け石英基板１を搬送機24によってエツチング室22内
部が10-7Torr以下になるまで真空排気し、エツチングガ
スとしてNF3を700SCCM、O2を200SCCM、H2を100SCCMガス
導入口5eよりマイクロ波プラズマガス励起装置30に供給
しエツチング室22の内部が0.25Torrとなるように真空排
気系3dを操作制御した。マイクロ波発生装置（図示せ
ず）で発生した2.45GHz、700Wのマイクロ波をマイクロ
波プラズマガス励起装置30に供給しエツチングガスをプ
ラズマ化し該プラズマによって励起された中性のラジカ
ルのみを輸送管によってエツチング室22に運ばれ、Ａ
上部電極39をマスクにして、まずn+a−Si膜38上に形成
された酸化膜の潜像をエツチングし、次にエツチングガ
スとしてNF3を800SCCM、O2を200SCCMを流し、終了後エ
ツチングガスを止めエツチング室22内を、真空排気系3e
によってエツチング室22内が10-7Torr以下になるまで真
空排気し、ゲートバルブ4eを開け搬送機24によって石英
基板１を取り出しゲートバルブ4eを閉じ、エツチング室
22の内部の圧力が10-7Torr以下に保つよう真空排気して
おいた。
次にゲートバルブ4dを開け石英基板１を搬送機24によ
ってプラズマ成膜室21に導入しヒータ（図示せず）によ
って予め350℃に過熱された基体ホルダ6dに載せ、ゲー
トバルブ4dを閉じた。真空排気系3dによってプラズマ成
膜室21の内部が10-7Torr以下になるまで真空排気し、石
英基板の温度が350℃になるまで加熱した。ガス導入口5
dよりSiH4を13SCCM、H2を120SCCM、NH3を360SCCMプラズ
マ成膜室４内に導入し、プラズマ成膜室内の圧力が0.5T
orrになるように真空排気系3dを操作制御した。高周波
電源28で発生させた13.56MHz、80Wの高周波をマツチン
グボツクス29を調整しながら、対向電極27に印加し、基
体ホルダ6dと対向電極26の間の空間にプラズマを発生さ
せ、該導入ガスをプラズマ分解し、パツシベーション膜
としてアモルフアスシリコン窒化（ａ−SiN）膜34を２
μｍ堆積させた（第９図（ｅ））。成膜後導入ガスを止
め、真空排気系3dによってプラズマ成膜室21の内部が10
-7Torr以下になるまで真空排気し、ゲートバルブ4eも開
け搬送機24によって石英基板１を取り出しゲートバルブ
4dを閉じ、プラズマ成膜室21の内部の圧力が10-7Torr以
下に保つよう真空排気しておいた。
ゲートバルブ4gを開け、搬送器24によってロードロツ
ク室２に入れ、ゲートバルブ4gを閉じ、ロードロツク室
２にN2ガスを導入し大気圧で戻しアモルフアスシリコン
フオトセンサが作製された石英基板を取り出す。本実施
例で作製されたアモルフアスシリコンフオトセンサの性
能を測定したところ、内部抵抗が低く高感度で暗電流の
少ないことが分かった。
以上説明した本発明の実施態様例によれば極めて簡単
なプロセスで良好な金属電極や金属配線を形成できる。
しかも光反応を利用して電子供与性及び非電子供与性の
表面を形成しているので、表面改質工程においてダメー
ジが少ないのである。
即ち、表面改質工程としてはプラズマダメージや電子
ビーム等を利用するものも考えられるが、光反応を利用
した本実施例態様例の方がより好ましい。これは、プラ
ズマが数十電子Ｖ乃至数Ｋ電子Ｖのエネルギーを利用す
るのに対し、光反応では10電子Ｖ以下の反応のみに必要
とされるエネルギー量で済むので望まない欠陥準位等を
形成しない。従って光電変換装置等の光電変換特性等の
測定をすれば分かるように非常に優れた方法なのであ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、光潜像膜を形
成し表面の電子供与性を変化させ選択的に電極や配線を
形成できる。従って、レジストを用いないため、工程が
簡略され、ゴミの発生が軽減され歩留が向上し、良質の
金属膜が形成される。また真空中で半導体装置の一貫プ
ロセスも可能となり、大気に触れないため高性能の半導
体素子が作製でき、エツチング工程がないためアフター
コロージヨンが発生せず素子の信頼性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は本発明を実施した装置の該略図、 第３図は本発明を真空一貫プロセスに応用した装置の主
要部の概略配置を示す図、 第４図は潜像室の概略を示す断面図、 第５図はＡ選択堆積室の概略を示す断面図、 第６図はプラズマ成膜室の概略を示す断面図、 第７図はエツチング室の概略を示す断面図、 第８図はクリーニング室の概略を示す断面図、 第９図は本発明を用いて作製したアモルフアスシリコン
フオトセンサの作製手順を示した概略工程図である。 １は基体 ２はロードロツク室 3a、3b、3c、3d、3e、3fは真空排気系 4a、4b、4c、4d、4e、4f、4gはゲートバルブ 5a、5b、5c、5d、5e、5fはガス導入口 6b、6c、6d、6e、6fは基体ホルダ ７は潜像室 ８は光源 10はＡ選択堆積室 15はガス混合器 16は原料ガス気化器 17は光変調器 18はコリメータレンズ 19は回転多面鏡 20はｆ−θレンズ 21はプラズマ成膜室 22はエツチング室 23はクリーニング室 26は対向電極 28は高周波電源 30はマイクロ波プラズマガス励起装置 32は対向電極 35はＡ下部電極 36はａ−SiN膜 37はａ−Si膜 38はn+a−Si膜 39はＡ上部電極 である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子供与性の表面を有する基体表面に選択
    的に光照射することを含む所望の部位を表面改質する為
    の工程と、前記表面改質された部位以外の前記電子供与
    性の表面に金属を選択的に堆積させる工程と、を含む半
    導体装置の製造方法であって、 前記表面改質する為の工程は、光化学反応によって前記
    基体表面に酸化膜又は窒化膜を選択的に形成する工程で
    あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】前記堆積は、アルキルアルミニウムハイド
    ライドと水素とを利用したCVD法により行なうことを特
    徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】前記各工程はゲートバルブ手段により連結
    された複数の減圧可能な処理室を用いて連続的に行なう
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
    法。
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