JPH08162408A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08162408A
JPH08162408A JP33045194A JP33045194A JPH08162408A JP H08162408 A JPH08162408 A JP H08162408A JP 33045194 A JP33045194 A JP 33045194A JP 33045194 A JP33045194 A JP 33045194A JP H08162408 A JPH08162408 A JP H08162408A
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JP
Japan
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film
thin film
polycrystalline
silicon
sic thin
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JP33045194A
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English (en)
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Masayuki Hiroi
政幸 廣井
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極薄で均一の膜厚の多結晶SiC膜を形成し
うるようにする。 【構成】 シリコンからなる半導体基体101上にCV
D法により、膜厚12nmの非晶質SiC膜102を堆
積する〔(a)図〕。次に、ウエット熱酸化により、非
晶質SiC膜102の表面にキャップ層となる膜厚5n
mのシリコン酸化膜103を形成する〔(b)図〕。次
に、不活性ガス雰囲気中で熱処理を行って、非晶質Si
C膜102を多結晶SiC膜104に変換する〔(c)
図〕。最後に、フッ酸によりシリコン酸化膜103を除
去する〔(d)図〕。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に極薄の多結晶SiC膜を有する半導体装置
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、極薄の
バリア層を形成することが必要となる場合がある。例え
ば、バイポーラトランジスタにおいては、エミッタ注入
効率を向上させて特性向上を図るために、ベースとエミ
ッタの間に大きな禁制帯幅を持つ材料を用いてベースか
らエミッタへのホールの注入を防ぐ障壁となるホールバ
リアを形成することがある。このホールバリアは、ホー
ルに対して大きな障壁となりかつ電子に対しては障壁と
して機能しないことが望ましいため、数nmという極め
て薄い膜に形成する必要がある。多結晶SiC薄膜は大
きな禁制帯幅を持つために、ホールバリアとしての使用
が検討されてきた。
【0003】従来、この多結晶SiC薄膜の形成方法と
しては、 基体上に直接多結晶SiC膜を成長させる、 基体上に、一旦、非晶質(アモルファス)SiC膜
を成長させ、固相成長により多結晶化する、 のいずれかの方法が採用されてきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図1(a)は、堆積温
度1000℃で単結晶シリコン上に直接多結晶SiC膜
を堆積したときの膜厚の分布を示す図である。シリコン
上に多結晶SiC膜を直接堆積する場合、多結晶の表面
が多面体となり、その各面の反応性が異なるために、凹
凸の激しい多粒体としての膜が堆積する。この凹凸は多
結晶の粒径に依存するため、多結晶SiC膜の厚さが増
加するにしたがって、平均膜厚に対する厚さのばらつき
は減少するが、前記ホールバリアとして用いられるよう
な数十nmの厚さにおいては、図1(a)に示されるよ
うに、表面の凹凸は著しく平均膜厚に対して厚さのばら
つきが数十%に及ぶ。したがって、この多結晶SiC膜
をホールバリアをして用いたトランジスタでは、エミッ
タからベースへの注入効率が大きくばらつき安定した性
能のデバイスを得ることが困難となる。
【0005】一方、非晶質SiC膜は配向性を持たない
ため、シリコン上に堆積した場合でも表面の各部分で平
均的に堆積が生じ、図1(b)に示されるように、薄い
膜であっても平坦に形成することができる。そこで、一
旦、平坦な非晶質SiC膜を形成し、熱処理によって結
晶化させて多結晶SiC膜を得ること検討された。しか
し、成膜された非晶質SiC膜をそのまま多結晶化して
も平坦な膜は得られない。
【0006】図2は、二次イオン質量分析法(secondar
y ion mass spectroscopy:SIMS)によって得られ
た、SiC膜のシリコンと炭素の深さ方向の濃度分布を
示すグラフであって、図2(a)は、非晶質SiC膜を
シリコン基板上に堆積したときの状態を、また、図2
(b)は、図2(a)に示される非晶質SiC膜に真空
中で熱処理を行った場合の状態が示されている。
【0007】図2(a)、(b)において、最表面に向
かって炭素濃度が高くなっているのは、測定までに大気
中に存在していた炭素化合物が表面に付着したためであ
る。図2(a)に示されるように、非晶質SiC膜をシ
リコン基板上に堆積した状態では、シリコンと炭素とは
均一に分布している。しかし、この非晶質SiC膜を表
面を真空中に曝した状態で熱処理を行った場合には、シ
リコンが表面に偏析してしまう。
【0008】この場合、SiCは多結晶として存在する
ときにはシリコンと炭素の比が1:1となる傾向がある
ため、表面に偏析するシリコンを供給するために、Si
C膜の下地のシリコンが削られていく現象が起きる〔Ap
plied Surface Science,vol.45,pp.171-187(1987) 〕。
そのため、SiC膜とシリコン基板との界面は隙間のあ
る荒れたものとなる。電子デバイスを形成するに際し
て、均一で安定した界面を得ることは極めて重要なこと
であり、したがって、上記のように偏析を伴う方法で得
られた多結晶SiC膜を用いることは、デバイス特性向
上の面から好ましくない。
【0009】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、均一で表面が平坦な多結晶
SiC膜を形成しうるようにすることであり、このこと
により安定した特性を有し優れた品質の電子デバイスを
形成しうるようにすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、(1)基体上に非晶質のSiC薄
膜を堆積する工程と、(2)前記SiC薄膜上にキャッ
プ層を形成する工程と、(3)熱処理を施して前記Si
C薄膜を固相成長させることによって非晶質SiC薄膜
を多結晶SiC薄膜に変換する工程と、(4)前記キャ
ップ層を除去する工程と、を有する半導体装置の製造方
法、が提供される。
【0011】
【作用】シリコン基板上に非晶質SiC膜を成長させた
場合には、この膜が配向性を持たないため、図1(b)
に示されるように、平坦な表面のSiC膜を得ることが
できる。本発明においては、この平坦な非晶質SiC膜
上にキャップ層を形成した状態で固相成長を行う。
【0012】図1(c)、図2(c)に、非晶質SiC
膜の表面を酸化することによりキャップ層を形成した
後、結晶化処理を行った場合の、形成された多結晶Si
C膜の面内の膜厚分布と深さ方向のシリコンと炭素の濃
度分布を示す。表面をキャップ層で覆った状態での多結
晶SiC膜の固相成長では、シリコンの表面への偏析が
抑制されるため、図2(c)に示されるように、膜厚全
体にわたってシリコンと炭素の比率を1:1に維持する
ことができる(この場合にもSiC膜の最表面は測定前
の炭素化合物の表面への付着によって炭素濃度が高くな
っている)。そのため、基板表面のシリコンが消費され
ることがなくなりSiC膜とシリコン基板との界面が荒
れることがなくなる。また、面内での膜厚の分布も、図
1(c)に示されるように、均一化される。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図3(a)〜(d)は、本発明の第1の実
施例を説明するための工程順断面図である。まず、図3
(a)に示すように、シリコンからなる半導体基体10
1上に化学的気相成長(CVD)法により、非晶質Si
C膜102を堆積する。成長条件は次の通りである。 ジシラン(Si26 )流量:5sccm アセチレン(C22 )流量:5sccm 基板温度:700℃ 成長圧力:10-4Torr 成長膜厚:12nm
【0014】次に、800℃のウエット熱酸化により、
図3(b)に示すように、非晶質SiC膜102の表面
にキャップ層となる膜厚5nmのシリコン酸化膜103
を形成する。しかる後、不活性ガス雰囲気中で1000
℃の熱処理を20分間行って、図3(c)に示すよう
に、非晶質SiC膜102を多結晶SiC膜104に変
換する。最後に、図3(d)に示すように、フッ酸によ
りシリコン酸化膜103を除去する。得られた多結晶S
iC膜104をSIMSにより観察したところ、シリコ
ンと炭素との濃度分布は全膜厚にわたって1:1となっ
ており、また、その表面は非晶質のSiC膜同様に平坦
になっていた。
【0015】上記実施例では、キャップ層を非晶質Si
C膜の熱酸化によるシリコン酸化膜によって形成してい
たが、これをCVD法により形成するようにしてもよ
い。また、シリコン酸化膜の他にも、シリコン窒化膜な
ど非晶質SiCから多結晶SiCへの結晶化に必要な加
熱に耐える材料であれば使用が可能である。
【0016】図4(a)〜(c)は、本発明の第2の実
施例を説明するための工程順断面図である。この実施例
はバイポーラトランジスタの製造工程に本発明の方法を
適用した場合に関する。p型シリコン基板201上にn
+ 型埋め込み層202を形成した後、n型エピタキシャ
ル層203を形成し、LOCOS法により選択酸化膜2
04を形成する。次に、基板上全面に膜厚60nmのシ
リコン酸化膜205を形成し、コレクタ用コンタクトホ
ールを開孔した後、多結晶シリコンを堆積し、これをパ
ターニングしてベース電極用の多結晶シリコン層206
と、コレクタ電極用の多結晶シリコン層207とを形成
し、それぞれの多結晶シリコン層にp型不純物、n型不
純物をドープする。n型不純物の活性化処理により、多
結晶シリコン層207の下にn+ 型拡散層208が形成
される。
【0017】多結晶シリコン層206にベース開口を形
成し、全面にシリコン窒化膜209を成長させた後、シ
リコン窒化膜をエッチバックしてベース開口を形成す
る。そして、このシリコン窒化膜209をマスクとして
シリコン酸化膜205を所定の深さサイドエッチされる
ようにエッチングしてベース領域形成個所に空洞を形成
する。次に、選択エピタキシャル成長により、膜厚:3
0nm、ボロン濃度:1×1019cm-3のベース領域と
なる単結晶シリコン層210を形成する。このとき多結
晶シリコン層206の下面には多結晶シリコン層211
が形成される。次に、シリコン酸化膜212の堆積とそ
のエッチバックによりエミッタ開口部に側壁酸化膜を形
成する〔図4(a)〕。
【0018】次に、CVD法により、膜厚8nmのノン
ドープの非晶質SiC膜213と、キャップ層となる膜
厚5nmのシリコン酸化膜214を連続的に成膜する
〔図4(b)〕。次に、1000℃の熱処理により固相
成長を行わせ非晶質SiC膜213を多結晶SiC膜2
15に変換する。シリコン酸化膜214を除去した後、
砒素が1×1020cm-3程度ドープされた多結晶シリコ
ン膜216を表面がほぼ平坦になる膜厚に成長させ、エ
ッチバックを行ってエミッタ開口部内のみに多結晶シリ
コン膜216を残してエミッタ領域とする。その後、A
l系材料の堆積とそのパターニングにより金属電極21
7を形成する〔図4(c)〕。上記実施例では、ベース
領域を単結晶シリコン層によって形成していたが、これ
に代えシリコンよりバンドギャップの狭い材料、例えば
SiGeを用いてベース領域を形成するようにしてもよ
い。また、ベース領域となる単結晶シリコン層210の
成長工程に続けて(真空を破らずに)、非晶質SiC膜
213を成長させるようにすることもできる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置の製造方法は、非晶質SiC膜を形成しその上を
キャップ層で被覆した後固相成長を行うものであるの
で、薄くて平坦な多結晶SiC薄膜を下地基体との間の
界面を良好な状態にを維持したまま形成することが可能
となる。したがって、本発明によれば、特性のばらつき
が少なく良好な品質の電子デバイスを提供することがで
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例の問題点と本発明の作用を説明するため
のSiC膜の膜厚の分布を示す図。
【図2】従来例の問題点と本発明の作用を説明するため
のSiC膜の濃度の分布を示すグラフ。
【図3】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
断面図。
【図4】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
断面図。
【符号の説明】
101 半導体基体 102 非晶質SiC膜 103 シリコン酸化膜 104 多結晶SiC膜 201 p型シリコン基板 202 n+ 型埋め込み層 203 n型エピタキシャル層 204 選択酸化膜 205、212、214 シリコン酸化膜 206、207、211 多結晶シリコン層 208 n+ 型拡散層 209 シリコン窒化膜 210 単結晶シリコン層 213 非晶質SiC膜 215 多結晶SiC膜 216 多結晶シリコン膜 217 金属電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)基体上に非晶質のSiC薄膜を堆
    積する工程と、 (2)前記SiC薄膜上にキャップ層を形成する工程
    と、 (3)熱処理を施して前記SiC薄膜を固相成長させる
    ことによって非晶質SiC薄膜を多結晶SiC薄膜に変
    換する工程と、 (4)前記キャップ層を除去する工程と、を有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記キャップ層にシリコン酸化膜を用い
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記キャップ層となるシリコン酸化膜
    を、非晶質SiC薄膜のの表面の熱酸化によって形成す
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 (1)ベース領域を構成する第1導電型
    半導体層上に非晶質のSiC薄膜を堆積する工程と、 (2)前記SiC薄膜上にキャップ層を形成する工程
    と、 (3)熱処理を施して前記SiC薄膜を固相成長させる
    ことによって非晶質SiC薄膜を多結晶SiC薄膜に変
    換する工程と、 (4)前記キャップ層を除去する工程と、 (5)前記多結晶SiC薄膜上にエミッタ領域を形成す
    る第2導電型の多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1導電型半導体層がSiGe膜で
    あることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造
    方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1178527A3 (en) * 2000-08-04 2006-09-27 Applied Materials, Inc. Method for removing silicon carbide from a substrate surface after oxidation

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