JPH0222810A

JPH0222810A - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH0222810A
Application number: JP17176988A
Authority: JP
Inventors: Keiji Horioka; 啓治堀岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1990-01-25

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］（産業上の利用分野）本発明は、半導体集積回路素子等の製造工程に好適な薄
膜の形成方法に係わり、特に所望のパターンに従って選
択的に薄膜を堆積する方法に関する。

（従来の技術）半導体集積回路素子等の製造に用いられる微細パターン
の加工工程は、通常、第５図（ａ）〜（ｅ）の工程断面
図に示す如く手順を経て行われる。すなわち、まず、第
５図（ａ）に示すように半導体基板表面（５０）に予じ
め、加工すべき材料の薄膜（５１）を均一に堆積する。

次に第５図（ｂ）のように感光性のフォトレジスト膜（
５２）を塗布した後、第５図（Ｃ）のように所定のフォ
トマスクを通過した光（５３）をレジスト（５２）上に
照射する。

次に、現像工程により前記光（５３）により露光された
部分のフォトレジストを除去する（第５図（ｄ））。さ
らに、残ったフォトレジストをマスクとして、反応性イ
オンエツチング（ＲＩ　Ｅ）等の異方性エツチング手段
で、マスクに覆われていない部分（５４）の薄膜をエツ
チング除去する。（第５図（ｅ））。この工程は広く用
いられているが以下に示す多くの問題点がある。その第
１の問題点は工程が長いことである。また、薄膜（５１
）の加工をイオン衝撃を伴なうＲＩＥを用いて行うため
、下地の基板（５０）に汚染や、結晶欠陥を生じたり、
静電破壊を生じる恐れがある。このようなＲＩＥに伴な
う問題を回避する方法として第６図の工程断面図に示す
リフトオフ法と呼ばれる薄膜堆積方法がある。このリフ
トオフ法ではまず、最初に第６図（ａ）のように基板（
６０）上にレジスト（６１）のパターンを形成し、次に
第６図（ｂ）のように薄膜（６２）となる材料を前記パ
ターン上および基板上に堆積させる。次にレジスト（６
１）を溶解除去することによりレジスト上の堆積した薄
膜は除去され、基板（６０）上に堆積した薄膜（６２ａ
）は、パターンとして残存する。ところがこのリフトオ
フ法では、レジスト上の薄膜は液に溶解しないため前記
レジストの溶解除去の際にゴミの原因となる問題がある
。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記した従来の問題を鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、微細加工の工程を短縮し、同
時にＲＩＥ等のイオン衝撃による損傷や、リフトオフ法
に伴うゴミの発生を生じることなく薄膜を形成する方法
を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、基板上にあらかじめパターンとして形
成される薄膜の堆積種と反応して気相中に脱離するハロ
ゲン元素を含む第１の膜をあらかじめ選択的に付着させ
ておき、蒸着、又はスパッタ蒸着等の物理的気相成長法
又は化学気相成長法を用いて、前記第１の膜が形成され
ていない前記基板上にのみ選択的に第２の膜からなる薄
膜パターンを形成することにある。すなわち、本発明は
パターンとなる薄膜を形成しない基板上の部分にあらか
じめハロゲン元素を含む第１の膜を形成させておき、前
記部分に到達した堆積種と第１の膜とを反応させて、揮
発性のハロゲン化物に変化させ、気相中に除去されるよ
うにしたことを特徴とする薄膜形成方法である。

（作　用）本発明の作用を図面を用いながら詳細に説明する。本発
明では、第１図（ａ）に示すように予め、被処理基体（
１１）の上にハロゲン元素を含む第１の膜（１２）を後
工程の所望の膜を形成しない領域に選択的に付着させて
おく。次に気相成長により薄膜を堆積させる。このとき
、堆積種（１３）は、第１の膜の付着していない基体（
１１）の部分に到達すると、その部分に固着され、第２
の膜を形成する。一方、ハロゲン元素を含む第１の膜（
１２）上に到達した堆積種（１４）は、第１の膜（１２
）内のハロゲンと結合して揮発性のハロゲン化合物（１
５）となり、気相中に再脱離する。その結果、第１図（
ｂ）の第１の膜（１２ａ）の膜厚は減少し、第１の膜の
付着していなかった部分にのみ選択的に堆積種が堆積さ
れ、第２の膜（１６）を形成することができる。

（実施例）本発明の一実施例について図面を用いながら詳細に説明
する。まず、本実施例で用いた選択薄膜形成装置の概略
を第２図に示す。第１の真空容器（２１）内には、基板
（２２）を載置するためのサセプタ（２３）が備えられ
ている。サセプタ（２３）中には、温度コントロール用
のパイプ（２４）が埋めこまれており、冷媒を循環して
、基板（２２）を所定の温度まで冷却することができる
。また、前記真空容器（２１）にはハロゲン元素を含む
第１の膜を形成するためのガスを導入するためのガス導
入口（２５）と真空排気口（２Ｂ）、光を導入するため
の石英製の窓（２７）が備えられている。また、第１の
真空容器（２１）は、ゲートバルブ（２８）を介して第
２の真空容器（２９）が接続されている。第２の真空容
器（２９）にもサセプタ（３０）、冷却手段（３１）が
取り付けられている。また、前記サセプタ（３０）に対
向してＳｔのスパッタ用ターゲット（３２）が取り付け
られている。

さらにまた、スパッタ用のＡｒガスを導入するためのガ
ス導入口（３３）、真空排気口（３４）が備えられてい
る。また、基板（２２）はアーム（３５）等の搬送系に
よって、第１の容器（２１）と第２の容器（２９）の間
で互いに搬送することができるものとなっている。

次に本発明による一実施例について図面を用いて説明す
る。第３図はその実施例の概略を説明するための工程断
面図である。基板（２２）は、シリコン基板（ａＯＯ）
上に厚さが例えば１００Ａのシリコン酸化膜（３０１）
が形成されたものである。まず、この基板（２２）を第
２図に示した第１の真空容器（２１）内のサセプタ（２
３）上に載置し、前記容器（２１）内を１０−６Ｔｏｒ
ｒまで真空排気をした後、サセプタ（２３）を冷却手段
（２４）により、−３０℃間で冷却した。次にガス導入
口（２５）よりハロゲン元素を含む第１の膜を基板（２
２）上に形成するために３フツ化臭素（ＢｒＦａ）ガス
を容器（２１）内に導入した。

前記ガスの導入はＩ　Ｔｏｒｒの圧力で、１分間保持し
た。その結果、第３図（ｂ）に示すようにＢ　ｒ　Ｆ　
ａからなる第１の膜（３０２）を約５００Ａの厚みで全
面に堆積した。次にＫｒＦエキシマレーザ光（３０３）
を前記基板（２２）表面に選択的に照射し、マスクパタ
ーンを転写した（第３図（Ｃ））。基板（２２）面上で
ＩＯＪ／ｃｊのドーズ量を照射すると、第３図（ｄ）に
示すように光が照射された部分の第１膜が溶接により取
り除かれた。この取り除がれた部分には以下の工程によ
り、所望の膜のパターンが形成される。

次に基板（２２）を第１の真空容器（２１）から第２の
真空容器（２９）内に搬送した。この第２の真空容器（
２９）内で基板温度を一３０℃に保持しながら前記容器
（２９）を１０−６Ｔｏｒｒまで排気した後、圧力０．
ＩＴｏｒｒのＡｒガスを導入した。

次にＳｔ　ターゲット（３２）に１３．５８ＭＨｚのＲ
Ｆ電圧を８００Ｗの印加電力（電力密度３　Ｗ　／　ｃ
ｄ　）で印加し、グロー放電を発生して、基板（２２）
表面にシリコンをスパッタ蒸着した。その結果、成膜速
度は０．１μｍ／分であり、約６分間の蒸着により、第
３図（ｅ）に示すように、第２の膜として０．６μｍの
膜厚のシリコン膜（３０３）が第１の膜の形成されてい
ない基板上に選択的に堆積した。

さらに、基板（２２）の温度を、約５０℃まで上げ条こ
とにより、表面に残存して付着している第１の膜（３０
２ａ）は完全に除去され、酸化膜（３０）の上にシリコ
ン膜（３０３）のみを形成することができる。

この工程は、堆積したシリコン膜（３０３）をゲート下
地の酸化膜（３０１）をゲート酸化膜としてＭＯＳＦＥ
ＴやＭＯＳキャパシタを形成する場合等に適用すること
ができる。尚、Ｂ　ｒ　Ｆ　ａ等のハロゲン元素を含む
第１の膜で覆われた基板表面ではスパッタにより生成さ
れたＳｔの堆積種が到達することにより例えば、Ｓｔ　＋２Ｂｒ　Ｆａ　−８Ｉ　Ｆ４＋Ｂｒ　２＋Ｆ２
で示される様な反応が生じ、Ｓｉ　Ｆ４等の揮発性のフ
ッ化物が生成されて、こらがただちに除去されるものと
考えられる。

本発明によるこのような方法によれば、反応性イオンエ
ツチングを用いることなく所望の膜を選択的に形成でき
るので下地の酸化膜（３０１）が削られる、あるいは、
酸化膜（３０１）が絶縁破壊を生じる等の問題が生じな
い。

また、リフトオフ法と異なり、不要な部分に到達したＳ
ｌはガス状で除去されるため、ゴミも発生しない。

次に本発明を、Ｓｔ基板へのトレンチ素子の製造に応用
した例について述べる。

トレンチ素子は、シリコン基板に溝を掘ってその内部に
ＭＯＳキャパシタやＭＯＳトランジスタを作り、小さな
面積を有効に利用して、集積度を向上させようとするも
のであるが、その製造にあたっては、前記溝のアスペク
ト比が高い場合その内部に局所的に不純物の拡散層を形
成することは、非常に困難であった。このようなトレン
チに、本発明の実施例により拡散層を形成する方法につ
いて、図面を用いて説明する。

まず、この実施例に使用される装置について説明する。

第２図（ｂ）は電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）型化
学気相成長（ＣＶＤ）装置の概略図である。第２図（ｂ
）に示した装置には被処理基体となる基板（２００）を
載置するための冷却機構（２０１）を備えたサセプタ（
２０２）が備えられており、真空容器（２０３）はゲー
トバルブ（２０４）を介して第２図（ａ）に示した如き
ハロゲン元素を含む第１の膜を形成する第１の真空容器
等に接続できるものとなっている。また、容器（２０３
）の上部には、マイクロ波導波管（２０５）　、電硫コ
イル（２０６）及びＮ２等の不活性ガスを導入するガス
導入口（２０７）がとりつけられており、ＥＣＲ放電を
行うことができるものとなっている。また容器（２０３
）には第１の膜と反応して溶接し、第１の膜が形成され
ていない部分には堆積を生じるガスを導入するための導
入口（２０８）と排気（２０９）が備わっている。

このようなＥＣＲ型ＣＶＤ装置を用いた本発明による実
施例方法について第４図の（ａ）〜（ｆ）の工程断面図
により説明する。

まず、第４図（ａ）に示すようにＰ型シリコン基板（４
０）表面にＲＩＥ等によりアスペクト比が例えば１以上
の溝（４１）を形成し、その基板全面に酸化膜（４２）
を形成する。

次いで、前記基板（２００）を第２図（ａ）に示した第
１の真空容器（２１１）のごとき装置に導入して、前記
基板（２００）の溝（４１）に例えばＣｌＦ３からなる
第１の膜を形成する。この第１の膜の形成において、基
板（２００）温度は一３０℃とし、３フツ化塩素ガスを
Ｉ　Ｔｏｒｒの条件で導入した。ここで、前記ＣｌＩＦ
５は、基板上に凝縮するが、前記温度条件では液状で、
表面エネルギーが極小となるように溝（４１）に形成さ
れる。

その後、前記第１の膜（４３）の（ｌ　Ｆ３が再蒸発し
ないように基板（２００）を−１００℃まで冷却した後
、ゲートバルブ（２Ｇ４）を開き、第２図（ｂ）に示し
た如きＥＣＲ型ＣＶＤ装置の真空容器（２０３）内へ導
入する。

そして、基板（２００）の温度を一１００℃に保持した
まま、ガス導入口（２０７）からＮ２ガス、ガス導入口
（２０８）からシランガスをそれぞれ３ｓｃｃｌＩずつ
導入し、圧力を５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに設定する。

さらに、マイクロ波導入管（２０５）を介して、周波数
２．４５ＧＨ２印加電力１ｋｗで印加した。その結果、
真空容器（２０３）内にＥＣＲ放電が発生し、基板（２
００）上に０．１μｍ／分堆積速度で、第２の膜として
シリコン窒化（ＳｉＮ）膜が形成される。このとき第４
図（ｃ）に示すようにＣｆＩＦ５第１の膜（４３）の存
在する溝（４Ｉ）の底部ではＳＩＮＭの堆積はおこらず
、基板（４０）の上面と、溝（４１）の上部にのみＳｉ
Ｎ膜（４４）が堆積された。

これは、ＳｉＮ膜（４４）の堆積種が第１の膜中の６ｇ
Ｆ３と反応して気相中に除去されるためである。次に基
板（２００）を常温までもどして６ｇＦ３を蒸発させた
後、ＨＦ−ＮＨ４Ｆ等の混合液を用いて、前記ＳｉＮ膜
（４４）が形成されていないシリコン酸化膜（４２）を
選択エツチングした（第４図（ｄ））。次に、通常のＣ
ＶＤ法等を用いて基板（２００）全面にヒ素を含むガラ
ス膜（４５）を堆積した（第４図（ｅ））。さらに、９
００℃で３０分間の熱処理を行うと、第４図（ｆ）に示
した如くＳｉＮ膜（４４）で覆われていない溝（４Ｉ）
の底部の基板（４４）内にのみＡｓを含むＮ型の拡散層
（４６）を形成することができる。

尚、以上説明した実施例ではハロゲン元素を含む第１の
膜を形成するガスとしてＢ、Ｆ３゜ＣｆＩＦ５を用い、
第２膜としてＳ１膜あるいは、ＳｉＮ膜を選択成長させ
た。しかしながら本発明は他のガスや膜でも実施可能で
ある。例えばハロゲンを含む第１の膜としては、０ｇＦ
２やＦ２Ｂ　ｒ　２等のハロゲンガス、１Ｆ２やＩＦ５
などのハロゲン間化合物Ｘ　ｅ　Ｆ　２などの希ガスハ
ロゲン化合物を用いてもよい。また所望のパターンを形
成する膜としてはＳｔやＳｆＮ膜以外に、アルミニウム
や、タングステン、モリブテン等の金属膜や、これらの
硫化物、窒化物等その他種々の材料の膜を選択成長に応
用することができる。

［発明の効果］本発明によれば、反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）や
、リフトオフ法を用いることなく所望の薄膜パターンを
基板上に選択的に堆積させることができる。従って工程
が大幅に短縮され、かつ基板への損傷や汚染が無く、ゴ
ミの発生もないため素子の信頼性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための説明図、第２図
（ａ）、（ｂ）は本発明に使用される装置の概略図、第
３図（ａ）〜（ｅ）及び第４図（ａ）〜（ｆ）は本発明
による実施例を説明するりための工程断面図、第５図及友第６図は、従来の技術を
説明するための説明図である。１１・・・・・・・・・基　　板。１２・・・・・・・・・第１の膜。１３．１４・・・堆積種。１０・・・・・・・・・第２の膜。２１・・・・・・・・・第１の真空容器。２７・・・・・・・・・基　　板。２５・・・・・・・・・ガス導入口。３２・・・・・・・・・スパッター用ターゲツ３０１・
・・・・・酸化膜。３０２・・・・・・第１の膜。３０３・・・・・・エキシマレーザ光。ト。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応容器内に置かれた基板上に、ハロゲン元素を
含む第１の膜を選択的に形成せしめる工程と、前記第１
の膜と反応して揮発性を示し、かつ前記基板上に堆積を
生じる堆積ガスを反応容器内に導入することにより、前
記第１の膜の形成されていない前記基板上に前記堆積ガ
スの堆積種を含む第２の膜を選択的に形成する工程を含
む薄膜形成方法。
（２）前記第１の膜の基板上への選択的な形成は、レー
ザー光等のエネルギービームを前記第１の膜の部分に照
射して、前記ビームが照射された部分の第１の膜を選択
的に除去するかあるいは基板の溝部に選択的に形成する
ことにより行う請求項１記載の薄膜形成方法。
（３）前記ハロゲン元素を含む第１の膜は、ＦＣｌ＿２
、Ｂｒ＿２、Ｉ＿２等のハロゲン又はハロゲン間化合物
、あるいは希ガスとハロゲン化合物より形成される膜で
ある請求項１記載の薄膜形成方法。
（４）前記第２の膜は、シリコン、シリコン窒化膜等の
シリコンを含有する化合物膜、アルミニウム、タングス
テン、モリブデン等の高融点金属又は、これらの硅化物
膜、窒化物膜等の化合物膜であることを特徴とする請求
項１記載の薄膜形成方法。
（５）前記第２の膜の選択的形成は、基板を室温以下に
冷却して行うことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成
方法。