JPH0666264B2 - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法および製造装置Info
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- JPH0666264B2 JPH0666264B2 JP2028386A JP2028386A JPH0666264B2 JP H0666264 B2 JPH0666264 B2 JP H0666264B2 JP 2028386 A JP2028386 A JP 2028386A JP 2028386 A JP2028386 A JP 2028386A JP H0666264 B2 JPH0666264 B2 JP H0666264B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法、特に半導体または金属
層表面上に選択的にGe（ゲルマニウム）層を形成する方
法およびそのための装置に関する。
層表面上に選択的にGe（ゲルマニウム）層を形成する方
法およびそのための装置に関する。
従来半導体装置の電極・配線の形成には、第６図に示す
ように下層の電極・配線層１上に開口（スルーホール）
２を有する絶縁層３を形成し、次にスパツタ法または真
空蒸着法により例えばAl等の金属層４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２が微小になるにつれ、同図に示すようにス
ルーホール２の側壁部に金属が堆積されず、下層電極・
配線層１との接続が十分にとれない欠点があつた。
ように下層の電極・配線層１上に開口（スルーホール）
２を有する絶縁層３を形成し、次にスパツタ法または真
空蒸着法により例えばAl等の金属層４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２が微小になるにつれ、同図に示すようにス
ルーホール２の側壁部に金属が堆積されず、下層電極・
配線層１との接続が十分にとれない欠点があつた。
これを改善する方法として、発明者らは先に、GeH4ガス
を用いて絶縁層に囲まれた半導体または金属からなる下
地基板の表面上に下地基板との反応がほとんどないGe層
を形成する方法を提案した（石井、高橋、室田：第32回
応用物理学関係連合講演会予稿集p467,29a−Ｃ−３（19
85））。
を用いて絶縁層に囲まれた半導体または金属からなる下
地基板の表面上に下地基板との反応がほとんどないGe層
を形成する方法を提案した（石井、高橋、室田：第32回
応用物理学関係連合講演会予稿集p467,29a−Ｃ−３（19
85））。
しかし、この方法では、要求される膜厚が厚かつたり、
あるいは基板処理枚数が多く、何回も連続して処理を行
なうなどのためにGe層の堆積処理時間が長時間に及ぶ場
合に、そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、高
選択性が得られず、第７図に示したように、下地基板５
の絶縁層６から露出した表面上のみならず、絶縁層６の
上にもGe層７が堆積する問題があつた。
あるいは基板処理枚数が多く、何回も連続して処理を行
なうなどのためにGe層の堆積処理時間が長時間に及ぶ場
合に、そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、高
選択性が得られず、第７図に示したように、下地基板５
の絶縁層６から露出した表面上のみならず、絶縁層６の
上にもGe層７が堆積する問題があつた。
本発明の製造方法は、Ge層を形成する場合に、はじめに
GeおよびＨから構成されるガスで処理することにより第
１のGe層を形成し、しかる後にGeおよびハロゲンから構
成されるガスとH2ガスとで処理することにより第１のGe
層上に第２のGe層を形成するものである。
GeおよびＨから構成されるガスで処理することにより第
１のGe層を形成し、しかる後にGeおよびハロゲンから構
成されるガスとH2ガスとで処理することにより第１のGe
層上に第２のGe層を形成するものである。
また本発明の製造装置は、反応炉と、少なくともGeとＨ
とから構成されるガス、少なくともGeとハロゲンとから
構成されるガスおよびH2ガスの各供給源と、これらのガ
スを反応炉に導入する手段とを備えたものである。
とから構成されるガス、少なくともGeとハロゲンとから
構成されるガスおよびH2ガスの各供給源と、これらのガ
スを反応炉に導入する手段とを備えたものである。
少なくともGeとＨとから構成されるガスにより、被処理
基板表面に形成される酸化膜を除去しながら第１のGe層
が形成され、少なくともGeとハロゲンとから構成される
ガスおよびH2ガスにより第１のGe層上に第２のGe層が、
長時間にわたつて高選択性を維持しながら形成される。
基板表面に形成される酸化膜を除去しながら第１のGe層
が形成され、少なくともGeとハロゲンとから構成される
ガスおよびH2ガスにより第１のGe層上に第２のGe層が、
長時間にわたつて高選択性を維持しながら形成される。
第１図は本発明の一実施例を示す工程断面図である。
GeとＨとから構成されるガス、例えばGeH4ガスによる処
理では、Ge層形成時の選択性を長時間にわたつて保持で
きないことは先に述べた通りであるが、Geとハロゲンと
から構成されるガス、例えばGeCl4ガスで処理すること
により、上記選択性を長時間にわたつて保持できること
が確認された。
理では、Ge層形成時の選択性を長時間にわたつて保持で
きないことは先に述べた通りであるが、Geとハロゲンと
から構成されるガス、例えばGeCl4ガスで処理すること
により、上記選択性を長時間にわたつて保持できること
が確認された。
ところが、GeCl4ガス雰囲気では、低真空下では、ある
いはフツ酸洗浄程度の簡単な基板洗浄工程を経るのみで
は、例えばSi（シリコン）からなる基板表面にGe層を形
成できない。そこで、本実施例では、フツ酸洗浄程度の
簡単な基板洗浄のみで、あるいは低真空下でGe層を選択
的に形成可能なGeH4ガスによる処理で薄い第１のGe層を
形成した後に、GeCl4ガスおよびH2ガスを用いて処理し
て第１のGe層上に第２のGe層を形成した。
いはフツ酸洗浄程度の簡単な基板洗浄工程を経るのみで
は、例えばSi（シリコン）からなる基板表面にGe層を形
成できない。そこで、本実施例では、フツ酸洗浄程度の
簡単な基板洗浄のみで、あるいは低真空下でGe層を選択
的に形成可能なGeH4ガスによる処理で薄い第１のGe層を
形成した後に、GeCl4ガスおよびH2ガスを用いて処理し
て第１のGe層上に第２のGe層を形成した。
第１図において、（100）面を出したSi基板11上に酸化
膜12を500Åの厚さに形成し、その一部をフオトリソグ
ラフイおよびエッチングにより除去し、Si基板表面を露
出させる（同図(a)）。なお、酸化膜12の代りに窒化膜
を用いてもよい。
膜12を500Åの厚さに形成し、その一部をフオトリソグ
ラフイおよびエッチングにより除去し、Si基板表面を露
出させる（同図(a)）。なお、酸化膜12の代りに窒化膜
を用いてもよい。
この基板を、後述するようなGeH4ガス、GeCl4ガス、GeC
l4ガスおよびH2ガスの導入が可能なCVD反応炉に入れ、4
50℃以下の基板温度で、GeH4ガス雰囲気中で処理し、第
１のGe層13をSi基板11の露出した表面上にのみ形成した
（同図(b)）。このGe層13の膜厚は任意である。ただ、
あまり厚くなると先に述べたように選択性の低下が生ず
るため、適当にとどめる。薄い方には特に限定はない。
本実施例ではこの膜厚を200Åとした。また、GeH4ガス
雰囲気の処理条件は、GeH4ガス分圧が3.8×10-2Torr、
またキヤリーガスとしてH2ガスを用い、全圧を3.0Torr
とした。H2ガスの代りに、Heガスを用いてもよい。
l4ガスおよびH2ガスの導入が可能なCVD反応炉に入れ、4
50℃以下の基板温度で、GeH4ガス雰囲気中で処理し、第
１のGe層13をSi基板11の露出した表面上にのみ形成した
（同図(b)）。このGe層13の膜厚は任意である。ただ、
あまり厚くなると先に述べたように選択性の低下が生ず
るため、適当にとどめる。薄い方には特に限定はない。
本実施例ではこの膜厚を200Åとした。また、GeH4ガス
雰囲気の処理条件は、GeH4ガス分圧が3.8×10-2Torr、
またキヤリーガスとしてH2ガスを用い、全圧を3.0Torr
とした。H2ガスの代りに、Heガスを用いてもよい。
引続き、GeCl4ガスとH2ガス雰囲気で処理することによ
り、第１のGe層13の表面上に第２のGe層14を形成した。
膜厚は第１のGe層13と合せて2000Åとしたが、その間、
高い選択性が保持され、第１のGe層13の露出表面上にの
み形成できた。処理条件は、GeCl4ガス分圧1.0×10-3To
rr、H2ガス分圧6.45Torr、基板温度540℃である。
り、第１のGe層13の表面上に第２のGe層14を形成した。
膜厚は第１のGe層13と合せて2000Åとしたが、その間、
高い選択性が保持され、第１のGe層13の露出表面上にの
み形成できた。処理条件は、GeCl4ガス分圧1.0×10-3To
rr、H2ガス分圧6.45Torr、基板温度540℃である。
第２図に、本実施例におけるGeCl4ガスとH2ガス雰囲気
下での処理による、第１のGe層13上へのGeの堆積速度の
GeCl4ガス分圧依存性を示す。(イ)〜(ニ)は基板温度をそ
れぞれ490℃、515℃、540℃、565℃とした場合の結果を
示すが、同図から明らかなように、GeCl4ガス分圧P
GeCl4が低い場合にGeが堆積するが、PGeCl4が高い場合
にはエツチングとなる。なお、このエツチングの場合も
高選択性を有し、例えば下地のSi基板11を侵すことなく
Ge層13のみを除去できる。
下での処理による、第１のGe層13上へのGeの堆積速度の
GeCl4ガス分圧依存性を示す。(イ)〜(ニ)は基板温度をそ
れぞれ490℃、515℃、540℃、565℃とした場合の結果を
示すが、同図から明らかなように、GeCl4ガス分圧P
GeCl4が低い場合にGeが堆積するが、PGeCl4が高い場合
にはエツチングとなる。なお、このエツチングの場合も
高選択性を有し、例えば下地のSi基板11を侵すことなく
Ge層13のみを除去できる。
このGeCl4ガスとH2ガスによる処理で形成されるGe層14
はエピタキシヤルであり、その堆積機構はGeCl4ガスに
由来するGe化学種の吸着とH2ガスの解離吸着を経てGe膜
が形成されるラングミユアーヒンシエルウツド機構であ
る。
はエピタキシヤルであり、その堆積機構はGeCl4ガスに
由来するGe化学種の吸着とH2ガスの解離吸着を経てGe膜
が形成されるラングミユアーヒンシエルウツド機構であ
る。
一方、第３図にエツチング速度とH2ガス分圧PH2との関
係を示すが、図示のようにエツチング速度にPH2依存性
がないことから、GeCl4ガスの水素還元によるHClはエツ
チングに寄与していないことがわかる。さらに、エツチ
ング速度がGeCl4ガス分圧PGeCl4に比例することから、
エツチング反応は Ge＋GeCl4→2GeCl2 なる均等化反応であることがわかる。
係を示すが、図示のようにエツチング速度にPH2依存性
がないことから、GeCl4ガスの水素還元によるHClはエツ
チングに寄与していないことがわかる。さらに、エツチ
ング速度がGeCl4ガス分圧PGeCl4に比例することから、
エツチング反応は Ge＋GeCl4→2GeCl2 なる均等化反応であることがわかる。
以上の堆積機構とエツチング機構とを併せて、堆積速度
RGeCl4を定式化すると、 Ａ＝1.46×108exp（−0.544eV／kT）（Åmm-2Torr-2） Ｂ＝2.75×102exp（0.100eV／kT）（Torr-1） Ｃ＝2.84×1010exp（−1.01eV／kT）（Åmm-1Torr-1） と表わせる。ｋはボルツマン定数、Ｔは基板の絶対温度
である。
RGeCl4を定式化すると、 Ａ＝1.46×108exp（−0.544eV／kT）（Åmm-2Torr-2） Ｂ＝2.75×102exp（0.100eV／kT）（Torr-1） Ｃ＝2.84×1010exp（−1.01eV／kT）（Åmm-1Torr-1） と表わせる。ｋはボルツマン定数、Ｔは基板の絶対温度
である。
このように、GeH4ガスを用いることにより、簡単な基板
洗浄で、また低真空下でGe層を形成でき、またその上
に、GeCl4ガスを用いることにより高い選択性を保持し
てGe層を形成できる理由は、次のように推測される。
洗浄で、また低真空下でGe層を形成でき、またその上
に、GeCl4ガスを用いることにより高い選択性を保持し
てGe層を形成できる理由は、次のように推測される。
まず、フツ酸洗浄程度の簡単な基板洗浄工程を経るのみ
では、基板を反応炉に導入する以前に、基板表面に自然
酸化膜が形成されるが、GeH4がこの自然酸化膜を除去で
きるのは、 SiO2＋2GeH4→Si＋2GeO↑＋4H2↑ なる還元反応によるものと考えられる。
では、基板を反応炉に導入する以前に、基板表面に自然
酸化膜が形成されるが、GeH4がこの自然酸化膜を除去で
きるのは、 SiO2＋2GeH4→Si＋2GeO↑＋4H2↑ なる還元反応によるものと考えられる。
そして、このようなきれいなSi上にGeH4によつていつた
んGe層が形成されると、このGe層は炉内に残留する少量
の酸素と反応しても、基板を400℃程度に加熱しておけ
ば 2Ge＋O2→2GeO↑ なる反応で蒸発してしまうため、常にきれいなGe面が露
出していることになる。
んGe層が形成されると、このGe層は炉内に残留する少量
の酸素と反応しても、基板を400℃程度に加熱しておけ
ば 2Ge＋O2→2GeO↑ なる反応で蒸発してしまうため、常にきれいなGe面が露
出していることになる。
そこで、次にこの表面上にGeCl4とH2とを導入すること
により、 GeCl4＋2H2→Ge＋4HCl なる反応で引続いてGe層を形成することが可能になり、
またGeH4ガスに比較してGeCl4ガスが気相分解しにくい
ために、長時間にわたつて高い選択性を確保できるもの
と考えられる。
により、 GeCl4＋2H2→Ge＋4HCl なる反応で引続いてGe層を形成することが可能になり、
またGeH4ガスに比較してGeCl4ガスが気相分解しにくい
ために、長時間にわたつて高い選択性を確保できるもの
と考えられる。
なお、超高真空下で基板を800℃以上に加熱するなどの
複雑な工程をとり、自然酸化膜を除去して清浄表面を露
出すれば、直接GeCl4とH2とによつてGe層を形成するこ
とも可能であると考えられるが、超高真空下での処理の
ための特別な装置が必要となり、また基板を800℃以上
に加熱しなければならないことは、基板、ひいては作製
される半導体装置の特性を損わないようにする観点から
も望ましくない。
複雑な工程をとり、自然酸化膜を除去して清浄表面を露
出すれば、直接GeCl4とH2とによつてGe層を形成するこ
とも可能であると考えられるが、超高真空下での処理の
ための特別な装置が必要となり、また基板を800℃以上
に加熱しなければならないことは、基板、ひいては作製
される半導体装置の特性を損わないようにする観点から
も望ましくない。
これに対し、上述した実施例によれば、このような超高
真空・高温の処理が不要で、しかもGeH4ガスによつて形
成するGe層はきわめて薄くてよいために、基板処理枚数
が多く、あるいは所望膜厚が厚い場合でも、CVD反応炉
を洗浄する等の特別の工程を経ることなく、GeCl4ガス
およびH2ガスで処理することによつて、高選択性を確保
しつつGe層を形成することができた。
真空・高温の処理が不要で、しかもGeH4ガスによつて形
成するGe層はきわめて薄くてよいために、基板処理枚数
が多く、あるいは所望膜厚が厚い場合でも、CVD反応炉
を洗浄する等の特別の工程を経ることなく、GeCl4ガス
およびH2ガスで処理することによつて、高選択性を確保
しつつGe層を形成することができた。
上述した実施例において、CVD反応炉は、第４図に示す
ようにCVD反応炉21にGeH4ガス源22、GeCl4ガス源23およ
びH2ガス源24から各ガスを、３系統に分けてそれぞれ導
入系25,26,27により導入する構成をとつている。これ
は、GeCl4ガスの蒸気圧が低いため、その導入系26を反
応炉の手前でH2ガス導入系27につないだ場合、H2ガスが
GeCl4ガス源23側へ流入してGeCl4ガスをCVD反応炉21に
導入できなくなるのを防ぐためである。
ようにCVD反応炉21にGeH4ガス源22、GeCl4ガス源23およ
びH2ガス源24から各ガスを、３系統に分けてそれぞれ導
入系25,26,27により導入する構成をとつている。これ
は、GeCl4ガスの蒸気圧が低いため、その導入系26を反
応炉の手前でH2ガス導入系27につないだ場合、H2ガスが
GeCl4ガス源23側へ流入してGeCl4ガスをCVD反応炉21に
導入できなくなるのを防ぐためである。
また、28,29,30はマスフローコントローラであるが、Ge
Cl4ガスは上述のように蒸気圧が低く、通常のマスフロ
ーコントローラでの流量調整は不可能であるため、マス
フローコントローラ29は流量計としてのみ使い、流量調
節は、マスフローコントローラ29とCVD反応炉21との間
に微量流量調節バルブ31を挿入して行なつた。
Cl4ガスは上述のように蒸気圧が低く、通常のマスフロ
ーコントローラでの流量調整は不可能であるため、マス
フローコントローラ29は流量計としてのみ使い、流量調
節は、マスフローコントローラ29とCVD反応炉21との間
に微量流量調節バルブ31を挿入して行なつた。
また、このような構造に限らず、GeH4ガス、GeCl4ガス
およびH2ガス等のキヤリアーガスをCVD反応炉21に導入
することが可能な構造であればよく、例えば第５図に示
すような構成としてもよい。同図において、32はH2ガス
源24から送られるH2ガスとGeCl4ガスとを周知の混合機
構により混合して送り出せるようにしたGeCl4ガス源で
ある。
およびH2ガス等のキヤリアーガスをCVD反応炉21に導入
することが可能な構造であればよく、例えば第５図に示
すような構成としてもよい。同図において、32はH2ガス
源24から送られるH2ガスとGeCl4ガスとを周知の混合機
構により混合して送り出せるようにしたGeCl4ガス源で
ある。
以上GeH4ガスとGeCl4ガスとを用いた例について説明し
たが、それぞれ少なくともGeとＨとを含むガスおよび少
なくともGeとハロゲンとを含むガスを用いることによ
り、同様の効果が得られる。
たが、それぞれ少なくともGeとＨとを含むガスおよび少
なくともGeとハロゲンとを含むガスを用いることによ
り、同様の効果が得られる。
また、Si基板上に形成する場合について説明したが、金
属層上にも同様にしてGe層を形成できる。
属層上にも同様にしてGe層を形成できる。
以上説明したように、本発明によれば、GeとＨとから構
成されるガスで処理した後、Geとハロゲンとから構成さ
れるガスおよびH2ガスで処理することにより、半導体ま
たは金属表面に、長時間にわたつて高選択性を確保して
Ge層が形成できる。したがつて、膜厚が厚い場合でも、
また基板処理枚数が多い場合でも、選択性を再生させる
ために反応炉内を洗浄するなどの特別な工程を経ること
なく、連続してGe層の選択的堆積ができる利点がある。
成されるガスで処理した後、Geとハロゲンとから構成さ
れるガスおよびH2ガスで処理することにより、半導体ま
たは金属表面に、長時間にわたつて高選択性を確保して
Ge層が形成できる。したがつて、膜厚が厚い場合でも、
また基板処理枚数が多い場合でも、選択性を再生させる
ために反応炉内を洗浄するなどの特別な工程を経ること
なく、連続してGe層の選択的堆積ができる利点がある。
第１図は本発明の一実施例を示す工程断面図、第２図は
成膜速度のGeCl4ガス分圧依存性を示す図、第３図はエ
ツチング速度のH2ガス分圧依存性を示す図、第４図およ
び第５図はそれぞれCVD反応炉の構成例を示す図、第６
図および第７図は従来例の欠点を説明するための断面図
である。 11……Si基板、12……酸化膜（マスク層）、13……第１
のGe層、14……第２のGe層、21……CVD反応炉、22……G
eH4ガス源、23,32……GeCl4ガス源、24……H2ガス源、2
5〜27……ガス導入系。
成膜速度のGeCl4ガス分圧依存性を示す図、第３図はエ
ツチング速度のH2ガス分圧依存性を示す図、第４図およ
び第５図はそれぞれCVD反応炉の構成例を示す図、第６
図および第７図は従来例の欠点を説明するための断面図
である。 11……Si基板、12……酸化膜（マスク層）、13……第１
のGe層、14……第２のGe層、21……CVD反応炉、22……G
eH4ガス源、23,32……GeCl4ガス源、24……H2ガス源、2
5〜27……ガス導入系。
Claims (2)
- 【請求項１】少なくとも表面部が半導体または金属から
なる基板の表面上に所定パターンのマスク層を形成し、
このマスク層から露出した基板の表面上にのみGe層を選
択的に形成する工程を含む半導体装置の製造方法におい
て、Ge層の形成工程は、少なくともGeおよびＨから構成
されるガスで処理することにより露出した基板の表面上
に第１のGe層を形成する工程と、少なくともGeおよびハ
ロゲンから構成されるガスとH2ガスとで処理することに
より第１のGe層の表面上に第２のGe層を形成する工程と
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】被処理基板を収容する反応炉と、少なくと
もGeおよびＨから構成されるガスを供給する第１のガス
供給源と、少なくともGeおよびハロゲンから構成される
ガスを供給する第２のガス供給源と、H2ガスを供給する
第３のガス供給源と、これら各供給源のガスを上記反応
炉にそれぞれ導入する手段とを備えたことを特徴とする
半導体装置の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028386A JPH0666264B2 (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | 半導体装置の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028386A JPH0666264B2 (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | 半導体装置の製造方法および製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62179113A JPS62179113A (ja) | 1987-08-06 |
| JPH0666264B2 true JPH0666264B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=12022840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2028386A Expired - Lifetime JPH0666264B2 (ja) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | 半導体装置の製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666264B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2617529B2 (ja) * | 1988-08-24 | 1997-06-04 | 日本電信電話株式会社 | 金属膜の形成方法 |
| US5225366A (en) * | 1990-06-22 | 1993-07-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus for and a method of growing thin films of elemental semiconductors |
| US5259918A (en) * | 1991-06-12 | 1993-11-09 | International Business Machines Corporation | Heteroepitaxial growth of germanium on silicon by UHV/CVD |
| US5286334A (en) * | 1991-10-21 | 1994-02-15 | International Business Machines Corporation | Nonselective germanium deposition by UHV/CVD |
| US5770492A (en) * | 1995-06-07 | 1998-06-23 | Lsi Logic Corporation | Self-aligned twin well process |
| US5583062A (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-10 | Lsi Logic Corporation | Self-aligned twin well process having a SiO2 -polysilicon-SiO2 barrier mask |
| US5670393A (en) * | 1995-07-12 | 1997-09-23 | Lsi Logic Corporation | Method of making combined metal oxide semiconductor and junction field effect transistor device |
| US7678420B2 (en) * | 2005-06-22 | 2010-03-16 | Sandisk 3D Llc | Method of depositing germanium films |
| US20140020619A1 (en) * | 2011-03-31 | 2014-01-23 | Benjamin Vincent | Method for Growing a Monocrystalline Tin-Containing Semiconductor Material |
-
1986
- 1986-02-03 JP JP2028386A patent/JPH0666264B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62179113A (ja) | 1987-08-06 |
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