JPH0666262B2 - 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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- JPH0666262B2 JPH0666262B2 JP4437985A JP4437985A JPH0666262B2 JP H0666262 B2 JPH0666262 B2 JP H0666262B2 JP 4437985 A JP4437985 A JP 4437985A JP 4437985 A JP4437985 A JP 4437985A JP H0666262 B2 JPH0666262 B2 JP H0666262B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体或いは金属の表面に部分的に絶縁膜を形成し、ゲ
ルマニウム層を選択成長せしめることにより各種半導体
装置を製造する。
ルマニウム層を選択成長せしめることにより各種半導体
装置を製造する。
本発明は半導体上或いは金属上に選択的に下地基板との
反応がほとんどなくゲルマニウム層を形成する方法を用
いた半導体装置の製造方法に関するものである。
反応がほとんどなくゲルマニウム層を形成する方法を用
いた半導体装置の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕 従来、半導体装置の電極・配線の形成には、第8図に示
す如く、下層電極・配線層1上に絶縁層2およびスルー
ホール3を形成し(第8図(a))、次にスパツタ法ある
いは真空蒸着法等により、金属層4(第8図(b))を形
成する方法が用いられてきた。
す如く、下層電極・配線層1上に絶縁層2およびスルー
ホール3を形成し(第8図(a))、次にスパツタ法ある
いは真空蒸着法等により、金属層4(第8図(b))を形
成する方法が用いられてきた。
しかし、半導体装置の微細化に伴いスルーホールが微小
化し、真空蒸着法やスパツタ法等を用いた場合には第9
図に示す如く、スルーホール側壁部に金属が堆積され
ず、下層電極・配線との接続がとれないという欠点があ
つた。これを改善するために六フツ化タングステン(WF
6)等の金属フツ化物を用いてスルーホール部を金属で
選択的に埋め込む方法が提案されているが下地基板との
反応があり、また高選択性が得られないという欠点があ
つた。
化し、真空蒸着法やスパツタ法等を用いた場合には第9
図に示す如く、スルーホール側壁部に金属が堆積され
ず、下層電極・配線との接続がとれないという欠点があ
つた。これを改善するために六フツ化タングステン(WF
6)等の金属フツ化物を用いてスルーホール部を金属で
選択的に埋め込む方法が提案されているが下地基板との
反応があり、また高選択性が得られないという欠点があ
つた。
一方、MOS型半導体装置をスケールダウン則に従い微細
化してゆくと拡散層が浅くなり、ソースおよびドレイン
の直列寄生抵抗値が増大しMOS型半導体装置の高速動作
を妨げるという欠点があつた。
化してゆくと拡散層が浅くなり、ソースおよびドレイン
の直列寄生抵抗値が増大しMOS型半導体装置の高速動作
を妨げるという欠点があつた。
本発明はこれらの欠点を解決するためにゲルマン(Ge
H4)等のゲルマニウムを構成元素とするガスを用いて絶
縁層に囲まれた半導体上あるいは金属上に下地基板との
反応がほとんどないゲルマニウム層を形成して利用する
ものである。
H4)等のゲルマニウムを構成元素とするガスを用いて絶
縁層に囲まれた半導体上あるいは金属上に下地基板との
反応がほとんどないゲルマニウム層を形成して利用する
ものである。
第1図(a)(b)の実施例を採つて説明すると、図(a)でシ
リコン基板5の上に酸化膜(シリコン酸化膜)6が部分
的に形成されている。そして、CVD反応炉内で450℃以下
の基板温度でゲルマンガス雰囲気中で処理すると、第1
図(b)のように酸化膜6上にはゲルマニウムは堆積せ
ず、シリコン基板5上の酸化膜6に被覆されていないシ
リコン露出面上にのみゲルマニウム層7が選択的に形成
される。
リコン基板5の上に酸化膜(シリコン酸化膜)6が部分
的に形成されている。そして、CVD反応炉内で450℃以下
の基板温度でゲルマンガス雰囲気中で処理すると、第1
図(b)のように酸化膜6上にはゲルマニウムは堆積せ
ず、シリコン基板5上の酸化膜6に被覆されていないシ
リコン露出面上にのみゲルマニウム層7が選択的に形成
される。
第2図に、本発明における方法を用いてシリコン基板上
に410℃にて形成したゲルマニウム層のオージエ電子分
光分析による深さ分析の結果を示す。第2図から明らか
なように、ゲルマニウムに相当する曲線の立下り、シリ
コンに相当する曲線の立上りが急峻であることから、ゲ
ルマニウム層はシリコンとの界面で下地シリコンとあま
り反応していないと考えられる。つまり、本発明によれ
ば、ゲルマニウム層と下地基板に影響を与えずに良好な
接続をとることができる。また、シリコン基板に本発明
により形成したゲルマニウム層がエピタキシヤル層であ
ることを利用して、シリコンとゲルマニウムの層状構造
のSi/Geヘテロ界面に後に詳述するように高移動度の正
孔を閉じ込めることができ、HEMT(高電子移動度トラン
ジスタ)類似の構造を形成することができる。その他、
本発明は各種半導体装置の製造に適用される。
に410℃にて形成したゲルマニウム層のオージエ電子分
光分析による深さ分析の結果を示す。第2図から明らか
なように、ゲルマニウムに相当する曲線の立下り、シリ
コンに相当する曲線の立上りが急峻であることから、ゲ
ルマニウム層はシリコンとの界面で下地シリコンとあま
り反応していないと考えられる。つまり、本発明によれ
ば、ゲルマニウム層と下地基板に影響を与えずに良好な
接続をとることができる。また、シリコン基板に本発明
により形成したゲルマニウム層がエピタキシヤル層であ
ることを利用して、シリコンとゲルマニウムの層状構造
のSi/Geヘテロ界面に後に詳述するように高移動度の正
孔を閉じ込めることができ、HEMT(高電子移動度トラン
ジスタ)類似の構造を形成することができる。その他、
本発明は各種半導体装置の製造に適用される。
〔実施例〕 第1図は本発明の実施例である。(100)面を出したシ
リコン基板5上に酸化膜を形成し、その一部をフオトリ
ソグラフイとエツチングにより除去し、シリコン基板面
を露出させる(第1図(a))。そしてCVD反応炉に試料を
入れ、450℃以下の基板温度でゲルマンガス雰囲気中で
処理すると、シリコン酸化膜6上にはゲルマニウムは堆
積せず、シリコン基板5上のシリコン酸化膜に被覆され
ていないシリコン露出面上にのみゲルマニウム層7が選
択的に形成される(第1図(b))。ゲルマンガス雰囲気
での処理条件は、ゲルマンガス分圧を5.0×10-5ATMから
4.0×10-4ATMとし、水素ガス(H2)をキヤリヤーガスと
して全圧4.0×10-3ATMとした。第3図に本実施例におけ
るゲルマニウムのシリコン(100)基板上への堆積速度
の堆積温度依存性を示す。450℃以下の温度では上記処
理条件で、シリコン基板上のみにゲルマニウムが選択的
に堆積する。ゲルマニウムの選択的堆積はゲルマニウム
原子がゲルマニウム自身やシリコンとは結合しやすい
が、シリコン酸化膜とは結合しにくいことに由来するも
のと考えられる。また、450℃より高温領域で選択性が
失われる場合がある。これは、基板周囲、たとえば基板
支持治具等に堆積したゲルマニウムが高温においてゲル
マニウムあるいはゲルマニウム化合物として気化し、シ
リコン酸化膜上に付着してしまうためである。したがつ
て、あらかじめ基板周囲のゲルマニウムが堆積する部分
をシリコン酸化膜等で覆うなどの処置を施してゲルマニ
ウムの堆積を防げば、たとえば600℃でもゲルマニウム
の選択的堆積は容易に起こる。さらに、ゲルマニウムの
選択的堆積はキヤリヤーガスをヘリウムガス等の不活性
ガスにしても起こることを確認している。以上説明した
ゲルマニウムの選択的堆積は、シリコン(100)基板以
外の他の面を出したシリコン等の半導体、あるいはアル
ミニウム,モリブデン,白金等の金属を基板とし、金属
酸化物を絶縁層としても起こるものと考えられる。
リコン基板5上に酸化膜を形成し、その一部をフオトリ
ソグラフイとエツチングにより除去し、シリコン基板面
を露出させる(第1図(a))。そしてCVD反応炉に試料を
入れ、450℃以下の基板温度でゲルマンガス雰囲気中で
処理すると、シリコン酸化膜6上にはゲルマニウムは堆
積せず、シリコン基板5上のシリコン酸化膜に被覆され
ていないシリコン露出面上にのみゲルマニウム層7が選
択的に形成される(第1図(b))。ゲルマンガス雰囲気
での処理条件は、ゲルマンガス分圧を5.0×10-5ATMから
4.0×10-4ATMとし、水素ガス(H2)をキヤリヤーガスと
して全圧4.0×10-3ATMとした。第3図に本実施例におけ
るゲルマニウムのシリコン(100)基板上への堆積速度
の堆積温度依存性を示す。450℃以下の温度では上記処
理条件で、シリコン基板上のみにゲルマニウムが選択的
に堆積する。ゲルマニウムの選択的堆積はゲルマニウム
原子がゲルマニウム自身やシリコンとは結合しやすい
が、シリコン酸化膜とは結合しにくいことに由来するも
のと考えられる。また、450℃より高温領域で選択性が
失われる場合がある。これは、基板周囲、たとえば基板
支持治具等に堆積したゲルマニウムが高温においてゲル
マニウムあるいはゲルマニウム化合物として気化し、シ
リコン酸化膜上に付着してしまうためである。したがつ
て、あらかじめ基板周囲のゲルマニウムが堆積する部分
をシリコン酸化膜等で覆うなどの処置を施してゲルマニ
ウムの堆積を防げば、たとえば600℃でもゲルマニウム
の選択的堆積は容易に起こる。さらに、ゲルマニウムの
選択的堆積はキヤリヤーガスをヘリウムガス等の不活性
ガスにしても起こることを確認している。以上説明した
ゲルマニウムの選択的堆積は、シリコン(100)基板以
外の他の面を出したシリコン等の半導体、あるいはアル
ミニウム,モリブデン,白金等の金属を基板とし、金属
酸化物を絶縁層としても起こるものと考えられる。
本発明によるゲルマニウムの選択的堆積を利用すれば、
ゲルマニウム層を金属層とシリコン基板の接続層とする
半導体装置を容易に得られる。その実施例を第4図に示
す。シリコン基板5に酸化膜6を形成し、スルーホール
3の窓開けを行なう(第4図(a))。これを以上説明し
たようにゲルマンガス雰囲気中で処理すると、スルーホ
ール3にのみゲルマニウム層7(第4図(b))が形成さ
れる。これに金属層形成の工程を施せば第4図(c)のよ
うに金属層4が形成され、第9図に示した従来技術によ
る欠点を克服しゲルマニウム層を接続層とする半導体装
置が得られる。
ゲルマニウム層を金属層とシリコン基板の接続層とする
半導体装置を容易に得られる。その実施例を第4図に示
す。シリコン基板5に酸化膜6を形成し、スルーホール
3の窓開けを行なう(第4図(a))。これを以上説明し
たようにゲルマンガス雰囲気中で処理すると、スルーホ
ール3にのみゲルマニウム層7(第4図(b))が形成さ
れる。これに金属層形成の工程を施せば第4図(c)のよ
うに金属層4が形成され、第9図に示した従来技術によ
る欠点を克服しゲルマニウム層を接続層とする半導体装
置が得られる。
さらに他の実施例について記す。従来のMOS型半導体装
置では、微細化に伴い拡散層が薄層化するためソースお
よびドレインの直列寄生抵抗値が高抵抗値を持ち、その
結果MOS型半導体装置の高速動作を妨げる欠点があつ
た。本発明を用いれば上記の欠点を解決することが可能
である。すなわちMOS型半導体装置製造の工程におい
て、第5図(a)の如きソース・ドレインの拡散層8が露
出した構造を通常の工程にて形成した後、ゲルマンガス
雰囲気中で処理すると、第5図(b)に示す如く拡散層8
上のみにゲルマニウム層7を形成できる(第5図
(b))。このゲルマニウム層7は先に第2図で示したよ
うに下地半導体との反応が少ない。つまり本実施例によ
ればゲルマニウム層と下地基板に影響を与えずに良好な
接続をとることができる。
置では、微細化に伴い拡散層が薄層化するためソースお
よびドレインの直列寄生抵抗値が高抵抗値を持ち、その
結果MOS型半導体装置の高速動作を妨げる欠点があつ
た。本発明を用いれば上記の欠点を解決することが可能
である。すなわちMOS型半導体装置製造の工程におい
て、第5図(a)の如きソース・ドレインの拡散層8が露
出した構造を通常の工程にて形成した後、ゲルマンガス
雰囲気中で処理すると、第5図(b)に示す如く拡散層8
上のみにゲルマニウム層7を形成できる(第5図
(b))。このゲルマニウム層7は先に第2図で示したよ
うに下地半導体との反応が少ない。つまり本実施例によ
ればゲルマニウム層と下地基板に影響を与えずに良好な
接続をとることができる。
ゲルマニウム層の抵抗を低減するためには、ゲルマニウ
ム層堆積の際にゲルマンガスとともに、アルシン(As
H3),ホスフイン(PH3)あるいはジボラン(B2H6)ガ
ス等を流し、ヒ素(As),リン(P)あるいはホウ素
(B)ドープのゲルマニウムとする方法、あるいは、ゲ
ルマニウム層形成後にヒ素(As),リン(P),ホウ素
(B)等のV族あるいはIII族の不純物を公知のイオン
注入技術をもつてゲルマニウム層に添加する方法のどち
らかを用いれば良い。
ム層堆積の際にゲルマンガスとともに、アルシン(As
H3),ホスフイン(PH3)あるいはジボラン(B2H6)ガ
ス等を流し、ヒ素(As),リン(P)あるいはホウ素
(B)ドープのゲルマニウムとする方法、あるいは、ゲ
ルマニウム層形成後にヒ素(As),リン(P),ホウ素
(B)等のV族あるいはIII族の不純物を公知のイオン
注入技術をもつてゲルマニウム層に添加する方法のどち
らかを用いれば良い。
また本発明によつて形成したゲルマニウム層は前記のよ
うに低抵抗電極・配線として用いることができるばかり
でなく、ゲルマニウム層それ自体を抵抗体として用いる
ことも可能である。
うに低抵抗電極・配線として用いることができるばかり
でなく、ゲルマニウム層それ自体を抵抗体として用いる
ことも可能である。
すなわち、スルーホールの深さや径を適当に選べば、ゲ
ルマニウム層を加工することなく、たとえば第4図(c)
の如くゲルマニウム層の抵抗体を形成することができ
る。
ルマニウム層を加工することなく、たとえば第4図(c)
の如くゲルマニウム層の抵抗体を形成することができ
る。
さらに、シリコン基板上に本発明を用いて形成したゲル
マニウム層がエピタキシヤル層であることを利用して公
知のHEMT(高電子移動度トランジスタHigh Electron Mo
bility Transistor)構造と類似のHHMT(高正孔移動度
トランジスタHigh Hole Mobility Transistor)構造を
得ることができる。すなわち、第6図において、シリコ
ン基板上5に本発明を持つてゲルマニウム層10を形成す
る。
マニウム層がエピタキシヤル層であることを利用して公
知のHEMT(高電子移動度トランジスタHigh Electron Mo
bility Transistor)構造と類似のHHMT(高正孔移動度
トランジスタHigh Hole Mobility Transistor)構造を
得ることができる。すなわち、第6図において、シリコ
ン基板上5に本発明を持つてゲルマニウム層10を形成す
る。
引き続いてシラン(SiH4)等のシラン系ガスで処理する
ことによつてシリコンエピタキシヤル層11を形成して、
シリコン−ゲルマニウム−シリコン層状構造を得る。こ
の際、シリコンエピタキシヤル層11とゲルマニウムエピ
タキシヤル層10のヘテロ界面のエネルギーバンドの構造
は第7図の様になる。SiとGeの電子親和力はほぼ近い値
をもつので、公知のHEMT構造の場合と同様に第7図のA
のエネルギー位置に2次元正孔ガスをとじこめることが
できる。この際HEMTの場合と同様にシリコンエピタキシ
ヤル層11の一部にP型を与える様な不純物を添加してお
き、ゲルマニウムエピタキシヤル層10の正孔ガスをとじ
こめる領域を高純度ゲルマニウム層とすることにより、
高移動度の2次元正孔ガスをとじ込めることができる。
さらに、このシリコン−ゲルマニウム−シリコン層状構
造では、シリコンエピタキシヤル層11上に安定なシリコ
ン酸化膜を形成でき、ゲート絶縁膜を有する構造をとら
せることもでき、従来のHEMTと比べて、ゲートリーク電
流の低減ができ、エンハンスメント型トランジスタとし
ての使用条件が広がる等の利点を有する構造となる。
ことによつてシリコンエピタキシヤル層11を形成して、
シリコン−ゲルマニウム−シリコン層状構造を得る。こ
の際、シリコンエピタキシヤル層11とゲルマニウムエピ
タキシヤル層10のヘテロ界面のエネルギーバンドの構造
は第7図の様になる。SiとGeの電子親和力はほぼ近い値
をもつので、公知のHEMT構造の場合と同様に第7図のA
のエネルギー位置に2次元正孔ガスをとじこめることが
できる。この際HEMTの場合と同様にシリコンエピタキシ
ヤル層11の一部にP型を与える様な不純物を添加してお
き、ゲルマニウムエピタキシヤル層10の正孔ガスをとじ
こめる領域を高純度ゲルマニウム層とすることにより、
高移動度の2次元正孔ガスをとじ込めることができる。
さらに、このシリコン−ゲルマニウム−シリコン層状構
造では、シリコンエピタキシヤル層11上に安定なシリコ
ン酸化膜を形成でき、ゲート絶縁膜を有する構造をとら
せることもでき、従来のHEMTと比べて、ゲートリーク電
流の低減ができ、エンハンスメント型トランジスタとし
ての使用条件が広がる等の利点を有する構造となる。
以上説明したように、本発明の適用によりスルーホール
部へのゲルマニウムの埋め込みが可能となり、スルーホ
ール部での配線の断線を防ぐことができ、配線歩留まり
を向上させることができる。さらにソース・ドレイン拡
散層上へ低抵抗ゲルマニウムを堆積することによつてソ
ース・ドレイン直列寄生抵抗を低減することができると
いう利点がある。また逆にゲルマニウム層を抵抗体とし
て用いる適用も考えられる。或いは本発明により高正孔
移動度トランジスタ構造を作ることが可能となり、素子
の高性能化を図ることができる。
部へのゲルマニウムの埋め込みが可能となり、スルーホ
ール部での配線の断線を防ぐことができ、配線歩留まり
を向上させることができる。さらにソース・ドレイン拡
散層上へ低抵抗ゲルマニウムを堆積することによつてソ
ース・ドレイン直列寄生抵抗を低減することができると
いう利点がある。また逆にゲルマニウム層を抵抗体とし
て用いる適用も考えられる。或いは本発明により高正孔
移動度トランジスタ構造を作ることが可能となり、素子
の高性能化を図ることができる。
第1図(a)(b)は本発明による半導体装置製造方法の一実
施例の工程の断面図、 第2図は本発明によつて堆積したゲルマニウム層のオー
ジエ電子分光による深さ分析の結果を示す一例の線図、 第3図はゲルマニウムのシリコン基板上への堆積速度の
温度依存性を示す図、 第4図(a)〜(c)は本発明の他の実施例の工程の断面図で
ゲルマニウム層をシリコン基板との金属層の接続層とす
る半導体装置の製造方法を示した図、 第5図(a)(b)は本発明の更に他の実施例の工程の断面図
ではソース・ドレイン直列寄生抵抗の低減を図るためソ
ース・ドレイン拡散層上にゲルマニウム層を形成した構
造を持つMOS型半導体装置を得る工程の一部を示した
図、 第6図はシリコン−ゲルマニウム−シリコン層状構造を
示す図であり、第7図はそのヘテロ界面のエネルギーバ
ンド構造図、 第8図(a)(b)は従来法によるスルーホール埋め込み工程
を示す断面図、 第9図は微細なスルーホールの埋め込みに従来法を用い
た場合の断面図。 1……下層電極・配線層、2……絶縁層、3………スル
ーホール、4……金属層、5……シリコン基板、6……
シリコン酸化膜、7……ゲルマニウム層、8……拡散
層、9……ポリシリコンゲート、10……ゲルマニウム
(エピタキシヤル)層、11……シリコン(エピタキシヤ
ル)層
施例の工程の断面図、 第2図は本発明によつて堆積したゲルマニウム層のオー
ジエ電子分光による深さ分析の結果を示す一例の線図、 第3図はゲルマニウムのシリコン基板上への堆積速度の
温度依存性を示す図、 第4図(a)〜(c)は本発明の他の実施例の工程の断面図で
ゲルマニウム層をシリコン基板との金属層の接続層とす
る半導体装置の製造方法を示した図、 第5図(a)(b)は本発明の更に他の実施例の工程の断面図
ではソース・ドレイン直列寄生抵抗の低減を図るためソ
ース・ドレイン拡散層上にゲルマニウム層を形成した構
造を持つMOS型半導体装置を得る工程の一部を示した
図、 第6図はシリコン−ゲルマニウム−シリコン層状構造を
示す図であり、第7図はそのヘテロ界面のエネルギーバ
ンド構造図、 第8図(a)(b)は従来法によるスルーホール埋め込み工程
を示す断面図、 第9図は微細なスルーホールの埋め込みに従来法を用い
た場合の断面図。 1……下層電極・配線層、2……絶縁層、3………スル
ーホール、4……金属層、5……シリコン基板、6……
シリコン酸化膜、7……ゲルマニウム層、8……拡散
層、9……ポリシリコンゲート、10……ゲルマニウム
(エピタキシヤル)層、11……シリコン(エピタキシヤ
ル)層
Claims (5)
- 【請求項1】半導体或いは金属の表面に部分的に絶縁膜
を形成し、 その後、ゲルマニウムを構成元素とするガスを含むガス
中で処理し、前記半導体又は金属の表面に選択的にゲル
マニウム層を形成する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項2】前記半導体又は金属が電極層であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項3】前記半導体がMOS型半導体装置のn型或い
はp型の半導体層であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記ゲルマニウム層が抵抗体となされるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項5】前記半導体がシリコンであり、前記ゲルマ
ニウム層またはその界面に高移動度の2次元正孔ガスを
とじ込めるようになされることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4437985A JPH0666262B2 (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4437985A JPH0666262B2 (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61203633A JPS61203633A (ja) | 1986-09-09 |
JPH0666262B2 true JPH0666262B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=12689867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4437985A Expired - Lifetime JPH0666262B2 (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
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JP (1) | JPH0666262B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1985
- 1985-03-06 JP JP4437985A patent/JPH0666262B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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