JPH0752717B2 - 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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- JPH0752717B2 JPH0752717B2 JP32596289A JP32596289A JPH0752717B2 JP H0752717 B2 JPH0752717 B2 JP H0752717B2 JP 32596289 A JP32596289 A JP 32596289A JP 32596289 A JP32596289 A JP 32596289A JP H0752717 B2 JPH0752717 B2 JP H0752717B2
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- Japan
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- semiconductor device
- plane
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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、ドライエッチング等による
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回固体素子・
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、サーフェース・サイエ
ンス,192(1987年)第11頁から26頁(Surface Science
192(1987)PP.11−26)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し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存在する
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{110}、{1
11}、{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.Phy
s.,52(7),(1981),PP4623−4629)、ジャーナル
オブ ザ エレクトロケミカル ソサイエティー,110
(6)(1963年)第524頁から第527頁(Journal of the
electrochemical socity,110(6)(1963)PP.524−5
27)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ある。 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{100}面が表れ
ることはフィジカル レビュー レター,55,17(1985
年)第1765頁から第1767頁(Physical review letters,
55(17),(1985),PP.1765−1767)において論じられ
ている。
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、ドライエッチング等による
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回固体素子・
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、サーフェース・サイエ
ンス,192(1987年)第11頁から26頁(Surface Science
192(1987)PP.11−26)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し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存在する
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{110}、{1
11}、{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.Phy
s.,52(7),(1981),PP4623−4629)、ジャーナル
オブ ザ エレクトロケミカル ソサイエティー,110
(6)(1963年)第524頁から第527頁(Journal of the
electrochemical socity,110(6)(1963)PP.524−5
27)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ある。 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{100}面が表れ
ることはフィジカル レビュー レター,55,17(1985
年)第1765頁から第1767頁(Physical review letters,
55(17),(1985),PP.1765−1767)において論じられ
ている。
エッチング等によって表面に凹凸を形成し、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ッチングする場合に、
エッチングにより露出する面の結晶面方位を{110}に
選ぶことにより達成される。
エッチングにより露出する面の結晶面方位を{110}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{113}面にのみ成長し、
{100}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。
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{113}面にのみ成長し、
{100}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ッチング法によ
り、第2図に示すような形状で幅を1μm、長さLを1
0,30,100,300,1000μmにして、{110}あるいは{11
2}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ッチングを行っ
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Siを1:2の割合で同時に蒸着
した。CoSi2の成長速度は0.1nm/sec、平坦部での膜厚を
50nmとした。 これら資料の成長状態が選択成長しているかを調べるた
めに、線状にエッ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−2Vの電圧をかけ、そのとき
のリーク電流置で評価した。第1図は側面の結晶面方位
による長辺Lの長さとリーク電流値の関係である。この
結果から、側壁と{112}面よりも{110}面にしたほう
がリーク電流が少なく、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、エッチングした側面が{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観察した。その結果、熱処理に
よって{110}面は{100}と{113}面によって凹凸に
構成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{113}面に優先的に成長し、{100}面には成長し
ないことが考えられた。
り、第2図に示すような形状で幅を1μm、長さLを1
0,30,100,300,1000μmにして、{110}あるいは{11
2}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ッチングを行っ
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Siを1:2の割合で同時に蒸着
した。CoSi2の成長速度は0.1nm/sec、平坦部での膜厚を
50nmとした。 これら資料の成長状態が選択成長しているかを調べるた
めに、線状にエッ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−2Vの電圧をかけ、そのとき
のリーク電流置で評価した。第1図は側面の結晶面方位
による長辺Lの長さとリーク電流値の関係である。この
結果から、側壁と{112}面よりも{110}面にしたほう
がリーク電流が少なく、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、エッチングした側面が{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観察した。その結果、熱処理に
よって{110}面は{100}と{113}面によって凹凸に
構成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{113}面に優先的に成長し、{100}面には成長し
ないことが考えられた。
【実施例2】 n型Si{111}基板を用いてドライエッチング法によ
り、約1ミクロンの深さで幅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
状のエッチングを行った。これらの基板を処理として硝
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、線状にエッ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−2Vの電圧をかけ、
そのときのリーク電流値で評価した。第3図は基板温度
とリーク電流値の関係である。6は、Si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40
0℃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、10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Co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。
り、約1ミクロンの深さで幅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
状のエッチングを行った。これらの基板を処理として硝
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、線状にエッ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−2Vの電圧をかけ、
そのときのリーク電流値で評価した。第3図は基板温度
とリーク電流値の関係である。6は、Si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40
0℃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、10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Co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+−Si{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、
ドライエッチング法により、幅0.3ミクロン周期で長さ3
0ミクロン、深さ0.3ミクロンのエッチングを行った。こ
こでエッ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
向でエッチングを行った。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、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Siを1:2の割合で同
時に蒸着してCoSi2を20nm成長し、さらにこの温度でSi
を2nm成長した後、基板温度を600℃に上げてSiを300nm
成長した。ここで、Siの成長温度を2段階にしたのは、
400℃でSiをCoSi2上に成長しておくことにより、600℃
にした時に格子歪によってCoSi2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。 この素子のエッチングにより現われた側壁が主として
{112}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。
ル ベース トランジスタ(PBT)を製造するために、
ドライエッチング法により、幅0.3ミクロン周期で長さ3
0ミクロン、深さ0.3ミクロンのエッチングを行った。こ
こでエッ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
向でエッチングを行った。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、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Siを1:2の割合で同
時に蒸着してCoSi2を20nm成長し、さらにこの温度でSi
を2nm成長した後、基板温度を600℃に上げてSiを300nm
成長した。ここで、Siの成長温度を2段階にしたのは、
400℃でSiをCoSi2上に成長しておくことにより、600℃
にした時に格子歪によってCoSi2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。 この素子のエッチングにより現われた側壁が主として
{112}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。
本発明によれば、Si基板をエッチングしておくことによ
り、金属やシリコン化合物の面方位により選択的に成長
できる。また、ドライエッ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。
り、金属やシリコン化合物の面方位により選択的に成長
できる。また、ドライエッ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図はエッ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…
…Si{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Coを交互に蒸着した場合。
の関係を示す図、第2図はエッ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…
…Si{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Coを交互に蒸着した場合。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮尾 正信 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 村上 英一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 江藤 浩幸 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 第50回応用物理学会学術講演会講演予稿 集(1989年)P.193 27p−T−16
Claims (5)
- 【請求項1】{111}面を有するシリコン基板を加工す
ることにより該基板の表面に凹凸を形成し、該凸部側面
に他の結晶面方位を露出する工程と、該凹凸を有する該
基板表面に薄い酸化膜を形成する工程と、超高真空中で
加熱することにより該薄い酸化膜を除去し、該基板表面
を完全に露出する工程と、その後該基板表面に薄膜を形
成する工程とを有する半導体装置の製造方法において、
加工により露出される上記凸部側面の主たる結晶面は
{110}面であり、かつ、上記薄膜を形成する工程はシ
リコンと金属を同時にあるいは10原子層以内で交互に蒸
着することにより、面方位によって選択的にシリコン化
合物を成長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。 - 【請求項2】上記シリコンと上記金属とを同時に蒸着す
るときの上記基板の温度は、400℃以上であることを特
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】上記シリコンと上記金属とを10原子層以内
で交互に蒸着する時の上記基板の温度は、200℃以上で
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】上記金属は、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の範囲第
1項乃至第3項のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項5】上記半導体装置は、パーミアブルベースト
ランジスタであることを特徴とする特許請求の範囲第1
項乃至第4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 JPH03187214A (ja) | 1991-08-15 |
JPH0752717B2 true 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) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5010310B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2012-08-29 | 株式会社東芝 | 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
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
第50回応用物理学会学術講演会講演予稿集(1989年)P.19327p−T−16 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03187214A (ja) | 1991-08-15 |
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