JPH03187214A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH03187214A JPH03187214A JP32596289A JP32596289A JPH03187214A JP H03187214 A JPH03187214 A JP H03187214A JP 32596289 A JP32596289 A JP 32596289A JP 32596289 A JP32596289 A JP 32596289A JP H03187214 A JPH03187214 A JP H03187214A
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Landscapes
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
半導体デバイスと結晶面方位とを関連付けた半導体装置
の製造方法に関する。
の製造方法に関する。
超高真空を用いて製造するSiデバイスにパーミアブル
ベーストタンジスタ(PBT)がある。 高速動作を行うためにはSi結晶内部に単結晶で埋め込
むシリサイド金属電極の微細化が不可欠であるが、ドラ
イエツチング等による加工が難しい問題があった。これ
を解決する方法として、予めSi基板に凹凸を形成して
シリサイドを成長する方法が提案された。これに関して
は、第21同固体素子・材料コンファレンス A−5−
3において論じられている。しかし、(112)以外の
面方位や最適な成長温度については明らかでなかった。 一方シリサイド以外では、Si基板上に真空中で金属を
蒸着した場合の基板面方位による金属の成長の違いにつ
いては、例えば銅の場合についてサーフエース・サイエ
ンス、192 (1987年第11頁から26頁(Su
rface 5cience 192(1987)PP
、1l−26)において論じられているが、(100)
および(111)以外の面方位については論じられてい
ない。 Si上へ他の物質を成長じた場合の成長状態は結晶型や
格子定数差、成長条件等多くのパラメータに依存するが
、面方位による成長の違いに影響を及ぼすパラメータの
ひとつに表面エネルギーがあると考えられている。Si
の面方位による表面エネルギーに関しては(11]、
(111)、(100)面については測定されている。 これに関しては、例えばジャーナル オブ アプライド
フィジクス 52.7 (1981年)第4623頁か
ら第4629頁(J 、Appl、Phys、、 52
(7)、(]、981)、PP4623−4629)、
ジャーナル オブ ザ エレクトロケミカル ソサイエ
ティ−110(6)(1963年)第524頁から第5
27頁(J ournal of theelectr
ocheiical 5ociety、 1↓0 (
6)(1963)PP、524−527)に於いて論じ
られている。しかし測定値は少なく、これ以外の面方位
については計算値があるのみで1−1る。 なお、超高真空中でSi (110)面を加熱した場合
に表面エネルギーの小さい(113)面と大きい(10
0)面が表れることはフィジカルレビュー レター、5
5.17 (1985年)第1765頁から第1767
頁(P hysical revietsletter
s、 55 (17)、 (1985LPP、1765
−1767)において論じられている。
ベーストタンジスタ(PBT)がある。 高速動作を行うためにはSi結晶内部に単結晶で埋め込
むシリサイド金属電極の微細化が不可欠であるが、ドラ
イエツチング等による加工が難しい問題があった。これ
を解決する方法として、予めSi基板に凹凸を形成して
シリサイドを成長する方法が提案された。これに関して
は、第21同固体素子・材料コンファレンス A−5−
3において論じられている。しかし、(112)以外の
面方位や最適な成長温度については明らかでなかった。 一方シリサイド以外では、Si基板上に真空中で金属を
蒸着した場合の基板面方位による金属の成長の違いにつ
いては、例えば銅の場合についてサーフエース・サイエ
ンス、192 (1987年第11頁から26頁(Su
rface 5cience 192(1987)PP
、1l−26)において論じられているが、(100)
および(111)以外の面方位については論じられてい
ない。 Si上へ他の物質を成長じた場合の成長状態は結晶型や
格子定数差、成長条件等多くのパラメータに依存するが
、面方位による成長の違いに影響を及ぼすパラメータの
ひとつに表面エネルギーがあると考えられている。Si
の面方位による表面エネルギーに関しては(11]、
(111)、(100)面については測定されている。 これに関しては、例えばジャーナル オブ アプライド
フィジクス 52.7 (1981年)第4623頁か
ら第4629頁(J 、Appl、Phys、、 52
(7)、(]、981)、PP4623−4629)、
ジャーナル オブ ザ エレクトロケミカル ソサイエ
ティ−110(6)(1963年)第524頁から第5
27頁(J ournal of theelectr
ocheiical 5ociety、 1↓0 (
6)(1963)PP、524−527)に於いて論じ
られている。しかし測定値は少なく、これ以外の面方位
については計算値があるのみで1−1る。 なお、超高真空中でSi (110)面を加熱した場合
に表面エネルギーの小さい(113)面と大きい(10
0)面が表れることはフィジカルレビュー レター、5
5.17 (1985年)第1765頁から第1767
頁(P hysical revietsletter
s、 55 (17)、 (1985LPP、1765
−1767)において論じられている。
エツチング等によって表面に凹凸を形威し、異なる面方
位を持つSi上にシリコン化合物を成長する場合におい
て、面方位によって選択的にシリコン化合物を成長した
い場合に、最適な面方位が明らかでなかった。
位を持つSi上にシリコン化合物を成長する場合におい
て、面方位によって選択的にシリコン化合物を成長した
い場合に、最適な面方位が明らかでなかった。
Si (111)基板を用いて凹凸にエツチングする場
合に、エツチングにより露出する而の結晶面方位を(1
10)に選ぶことにより達成される。
合に、エツチングにより露出する而の結晶面方位を(1
10)に選ぶことにより達成される。
Si基板上に格子定数の異なる異種の物質を成長する場
合には、相互間に格子歪によるエネルギーを生じる。ま
た、物質は固有の表面エネルギーを持っており、系とし
て安定して存在するために、これらエネルギーの和をで
きるだけ小さくしようとする力が常に働いている。この
ため結晶面によって成長膜の様子が異なり、基板と成長
層の関係により均一成長する場合もあるが、欠陥がはい
ったり、島状成長したりする。 Si (110)面を超高真空中である温度で加熱した
場合には、格子サイズの短い(100)面と(113)
面で構成される。このため、基板を加熱状態でシリサイ
ドあるいは金属を蒸着した場合、初期の膜厚が薄い状態
においては、金属原子は熱エネルギーによって表面を動
きまわるうちに。 表面エネルギーの小さい(↓13)面にのみ成長し、(
Zoo)面には成長しない選択成長が起こることになる
。しかし、金属のみを蒸着した場合には、(113)面
の長さが格子サイズで小さいこともあって、ある量以上
では上記の現象が明確には起こらなくなる。
合には、相互間に格子歪によるエネルギーを生じる。ま
た、物質は固有の表面エネルギーを持っており、系とし
て安定して存在するために、これらエネルギーの和をで
きるだけ小さくしようとする力が常に働いている。この
ため結晶面によって成長膜の様子が異なり、基板と成長
層の関係により均一成長する場合もあるが、欠陥がはい
ったり、島状成長したりする。 Si (110)面を超高真空中である温度で加熱した
場合には、格子サイズの短い(100)面と(113)
面で構成される。このため、基板を加熱状態でシリサイ
ドあるいは金属を蒸着した場合、初期の膜厚が薄い状態
においては、金属原子は熱エネルギーによって表面を動
きまわるうちに。 表面エネルギーの小さい(↓13)面にのみ成長し、(
Zoo)面には成長しない選択成長が起こることになる
。しかし、金属のみを蒸着した場合には、(113)面
の長さが格子サイズで小さいこともあって、ある量以上
では上記の現象が明確には起こらなくなる。
【実施例1】
n型Si (111)基板を用いてドライエツチング法
により、第2図に示すような形状で幅を17zm、長さ
Lを10.30,100,300゜1000μmにして
、(110)あるいは(112)面が最も多く側面とし
て表れる様な、互いに直交する2つの方向で約1ミクロ
ンの深さにエツチングを行った。これらの基板を用い、
前処理として硝酸ボイルおよび薄い酸化膜付けを行った
後に超高真空装置の中に入れ、900℃で5分間の熱処
理を行った。この熱処理により、表面に付着した酸化膜
を完全に除去した。続いて基板温度を400℃に下げ、
CoとSlを1:2の割合で同時に蒸着した。Co5t
、の成長速度は0.1nm/sec、平坦部での膜厚を
50nmとした。 これら試料の成長状態が選択成長しているかを調べるた
めに、線状にエツチングして残した上部(第2図5)と
基板(第2図3)との間に一2Vの電圧をかけ、そのと
きのリーク電流値で評価した。第1図は側面の結晶面方
位による長辺りの長さとリーク電流値の関係である。こ
の結果から、側壁を(112)面よりも(110)面に
したほうがリーク電流が少なく1両者が絶縁されている
、すなわち選択成長していることが分かった。そこでそ
の理由を調べるために、エツチングした側面が(112
)と(110)について、900℃の熱処理後および成
長後の結晶格子像を透過電子顕微鏡によりa察した。そ
の結果、熱処理によって(110)面は(100)と(
11,3)面によって凹凸に構f戊されていることが分
かった。また、蒸着後はCoSi2が(113)面にの
み成長しており、(100)面には成長していなかった
。この原因として、超高真空中で蒸着するために原子は
直進し、側壁に飛んでくるCoやSi原子はもともと少
ないこともあり、このような状態においては金属原子は
表面を動きまわるうちに、表面エネルギーの小さい(1
13)面に優先的に戒長し、(100)面には成長しな
いことが考えられた。 [実施例2] n型S i (111)基板を用いてドライエツチン
グ法により、約1ミクロンの深さで@1μm。 長さ100μm、側壁の結晶面が主に(110)である
第2図に示すような形状のエツチングを行った。これら
の基板を前処理として硝酸ボイルおよび薄い酸化膜付け
を行った後に超高真空装置の中に入れ、900℃で5分
間の熱処理を行った。 この熱処理により、表面に付着した酸化膜を完全に除去
した。続いて温度を下げ、700℃から100℃までの
温度範囲でCOとSiを1:2の割合で同時蒸着した場
合とCOを5原子層、Siを10原子層ずつを交互に蒸
着することにより、全体としてCoとSiの割合を1=
2とした場合の2種類の成膜方法により作製した。それ
ぞれ平坦部での膜厚は50nmである。 これら試料の成長状態が選択成長しているかどうかを比
較するために、線状にエツチングして残した上部(第2
図5)と基板(第2図3)との間に一2Vの電圧をかけ
、そのときのリーク電流値で評価ルた。第3図は基板温
度とリーク電流値の関係である。6は、SlとCOを同
時に蒸着した場合を示し、7は、SiとCoを交互に蒸
着した場合を示している。成長温度が高くなるほどリー
ク電流は急激に小さくなり、ある温度以上で飽和傾向を
示した。飽和し始める温度が選択成長温度である。成膜
方法の違いでは、CoとSiを同時に蒸着した場合の選
択成長温度が400℃であるのに対して、交互に蒸着し
た場合は200℃であった。この違いは実施例1で述べ
たと同じ理由によるが、Coだけを蒸着した場合の方が
シリサイドの場合よりも系全体のエネルギーが大きくな
るために、熱エネルギーの低い、すなわち低い成長温度
になったと考えられた。 次に、交互に蒸着する場合にCOの膜厚を変化した場合
には、1o原子層以下では選択成長温度が200℃であ
ったが、それ以上の場合には400℃になった。透過電
子顕微鏡により調べたところ、この場合にはGoが多す
ぎるために(113)面に移りきらず、(100)面に
残ってしまうためであることが分かった。 同様の方法により、Coに代えてNiとWを行ったとこ
ろ、リーク電流値に若干の違いがあったものの温度的に
は第3図と同一の結果であった。 [実施例3] エピタキシャルn”−5i (111)基板を用いてパ
ーミアブル ベース トランジスタ(PBT)を製造す
るために、ドライエツチング法により、輻0.3ミクロ
ン周期で長さ30ミクロン、深さ0.3ミクロンのエツ
チングを行った。 ここでエツチングされたことによって表れた側面が主と
して(112)面あるいは(110)面となるように2
種類の方向でエツチングを行った。 この基板を前処理として硝酸ボイルおよび薄い酸化膜付
けを行った後に超高真空装置の中に入れ、800℃で5
分間の熱処理を行った。この熱処理により1表面に付着
した酸化膜を完全に除去した。 続いて基板温度を400℃に下げ、GoとSiを1:2
の割合で同時に蒸着してCoSi□を20nnn成長し
、さらにこの温度でSiを2nm成長じた後、基板温度
を600℃に上げてSLを300nrn成長じた。ここ
で、Siの成長温度を2段階にしたのは、400℃でS
iをCoSi、上に成長じておくことにより、600℃
にした時に格子歪によってCoSi、が凹凸になるのを
押えるためである。 次に電極取り出し用のSiの穴あけと、電極形成をおこ
なってPBTを製造した。 この素子のエツチングにより表れた側壁が主として(1
12)と(110)面との電気特性による比較では、ゲ
ート部のショットキー特性は(110)面のほうが逆方
向電圧でのリーク電流が少なく、またPBT動作におけ
る相互コンダクタンスが大きく、ピンチオフ電圧が小さ
かった。 [発明の効果] 本発明によれば、Si基板をエツチングしておくことに
より、金属やシリコン化合物を面方位により選択的に成
長できる。また、ドライエツチングが難しい金属やシリ
サイドの微細加工がより容易にできる。
により、第2図に示すような形状で幅を17zm、長さ
Lを10.30,100,300゜1000μmにして
、(110)あるいは(112)面が最も多く側面とし
て表れる様な、互いに直交する2つの方向で約1ミクロ
ンの深さにエツチングを行った。これらの基板を用い、
前処理として硝酸ボイルおよび薄い酸化膜付けを行った
後に超高真空装置の中に入れ、900℃で5分間の熱処
理を行った。この熱処理により、表面に付着した酸化膜
を完全に除去した。続いて基板温度を400℃に下げ、
CoとSlを1:2の割合で同時に蒸着した。Co5t
、の成長速度は0.1nm/sec、平坦部での膜厚を
50nmとした。 これら試料の成長状態が選択成長しているかを調べるた
めに、線状にエツチングして残した上部(第2図5)と
基板(第2図3)との間に一2Vの電圧をかけ、そのと
きのリーク電流値で評価した。第1図は側面の結晶面方
位による長辺りの長さとリーク電流値の関係である。こ
の結果から、側壁を(112)面よりも(110)面に
したほうがリーク電流が少なく1両者が絶縁されている
、すなわち選択成長していることが分かった。そこでそ
の理由を調べるために、エツチングした側面が(112
)と(110)について、900℃の熱処理後および成
長後の結晶格子像を透過電子顕微鏡によりa察した。そ
の結果、熱処理によって(110)面は(100)と(
11,3)面によって凹凸に構f戊されていることが分
かった。また、蒸着後はCoSi2が(113)面にの
み成長しており、(100)面には成長していなかった
。この原因として、超高真空中で蒸着するために原子は
直進し、側壁に飛んでくるCoやSi原子はもともと少
ないこともあり、このような状態においては金属原子は
表面を動きまわるうちに、表面エネルギーの小さい(1
13)面に優先的に戒長し、(100)面には成長しな
いことが考えられた。 [実施例2] n型S i (111)基板を用いてドライエツチン
グ法により、約1ミクロンの深さで@1μm。 長さ100μm、側壁の結晶面が主に(110)である
第2図に示すような形状のエツチングを行った。これら
の基板を前処理として硝酸ボイルおよび薄い酸化膜付け
を行った後に超高真空装置の中に入れ、900℃で5分
間の熱処理を行った。 この熱処理により、表面に付着した酸化膜を完全に除去
した。続いて温度を下げ、700℃から100℃までの
温度範囲でCOとSiを1:2の割合で同時蒸着した場
合とCOを5原子層、Siを10原子層ずつを交互に蒸
着することにより、全体としてCoとSiの割合を1=
2とした場合の2種類の成膜方法により作製した。それ
ぞれ平坦部での膜厚は50nmである。 これら試料の成長状態が選択成長しているかどうかを比
較するために、線状にエツチングして残した上部(第2
図5)と基板(第2図3)との間に一2Vの電圧をかけ
、そのときのリーク電流値で評価ルた。第3図は基板温
度とリーク電流値の関係である。6は、SlとCOを同
時に蒸着した場合を示し、7は、SiとCoを交互に蒸
着した場合を示している。成長温度が高くなるほどリー
ク電流は急激に小さくなり、ある温度以上で飽和傾向を
示した。飽和し始める温度が選択成長温度である。成膜
方法の違いでは、CoとSiを同時に蒸着した場合の選
択成長温度が400℃であるのに対して、交互に蒸着し
た場合は200℃であった。この違いは実施例1で述べ
たと同じ理由によるが、Coだけを蒸着した場合の方が
シリサイドの場合よりも系全体のエネルギーが大きくな
るために、熱エネルギーの低い、すなわち低い成長温度
になったと考えられた。 次に、交互に蒸着する場合にCOの膜厚を変化した場合
には、1o原子層以下では選択成長温度が200℃であ
ったが、それ以上の場合には400℃になった。透過電
子顕微鏡により調べたところ、この場合にはGoが多す
ぎるために(113)面に移りきらず、(100)面に
残ってしまうためであることが分かった。 同様の方法により、Coに代えてNiとWを行ったとこ
ろ、リーク電流値に若干の違いがあったものの温度的に
は第3図と同一の結果であった。 [実施例3] エピタキシャルn”−5i (111)基板を用いてパ
ーミアブル ベース トランジスタ(PBT)を製造す
るために、ドライエツチング法により、輻0.3ミクロ
ン周期で長さ30ミクロン、深さ0.3ミクロンのエツ
チングを行った。 ここでエツチングされたことによって表れた側面が主と
して(112)面あるいは(110)面となるように2
種類の方向でエツチングを行った。 この基板を前処理として硝酸ボイルおよび薄い酸化膜付
けを行った後に超高真空装置の中に入れ、800℃で5
分間の熱処理を行った。この熱処理により1表面に付着
した酸化膜を完全に除去した。 続いて基板温度を400℃に下げ、GoとSiを1:2
の割合で同時に蒸着してCoSi□を20nnn成長し
、さらにこの温度でSiを2nm成長じた後、基板温度
を600℃に上げてSLを300nrn成長じた。ここ
で、Siの成長温度を2段階にしたのは、400℃でS
iをCoSi、上に成長じておくことにより、600℃
にした時に格子歪によってCoSi、が凹凸になるのを
押えるためである。 次に電極取り出し用のSiの穴あけと、電極形成をおこ
なってPBTを製造した。 この素子のエツチングにより表れた側壁が主として(1
12)と(110)面との電気特性による比較では、ゲ
ート部のショットキー特性は(110)面のほうが逆方
向電圧でのリーク電流が少なく、またPBT動作におけ
る相互コンダクタンスが大きく、ピンチオフ電圧が小さ
かった。 [発明の効果] 本発明によれば、Si基板をエツチングしておくことに
より、金属やシリコン化合物を面方位により選択的に成
長できる。また、ドライエツチングが難しい金属やシリ
サイドの微細加工がより容易にできる。
第1図は側壁の面方位による長辺の長さとリーク電流値
の関係を示す図、第2図はエツチング後の形状と結晶面
方位を示す図、第3図は成長方式による成長温度とリー
ク電流値の関係を示す図である。 符号の説明 1・・・側面が(110)面、2・・・側面が(112
)面、3・・・S i (111)基板、4・・・側面
、5・・・上面、6・・・SiとCOを同時蒸着した場
合、7・・・SiとGoを交互に蒸着した場合。
の関係を示す図、第2図はエツチング後の形状と結晶面
方位を示す図、第3図は成長方式による成長温度とリー
ク電流値の関係を示す図である。 符号の説明 1・・・側面が(110)面、2・・・側面が(112
)面、3・・・S i (111)基板、4・・・側面
、5・・・上面、6・・・SiとCOを同時蒸着した場
合、7・・・SiとGoを交互に蒸着した場合。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、{111}面を有するSi基板を加工することによ
って他の結晶面方位を露出する工程と、超高真空中で加
熱することにより基板表面の一部あるいは全てを完全に
露出する工程と、Siと金属を同時にあるいは10原子
層以内で交互に蒸着する工程とを有する半導体装置の製
造方法において、加工によって露出させる結晶面が主と
して{110}面であることを特徴とする半導体装置の
製造方法。 2、Siと金属を同時に蒸着する場合の基板温度が40
0℃以上であることを特徴とする特許請求の範囲第一項
記載の半導体装置の製造方法。 3、Siと金属を交互に蒸着する場合の基板温度が20
0℃以上であることを特徴とする特許請求の範囲第一項
記載の半導体装置の製造方法。 4、蒸着する金属がコバルト、ニッケルあるいはタング
ステンであることを特徴とする特許請求範囲第一項乃至
第三項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32596289A JPH0752717B2 (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32596289A JPH0752717B2 (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03187214A true JPH03187214A (ja) | 1991-08-15 |
JPH0752717B2 JPH0752717B2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=18182541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32596289A Expired - Lifetime JPH0752717B2 (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0752717B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008211149A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP32596289A patent/JPH0752717B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008211149A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0752717B2 (ja) | 1995-06-05 |
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