JPH09199499A - 半導体装置製造中の改善されたマスキング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置製造中に基板をマスキングする新
規の改善された方法を提供する。 【解決手段】 好適な実施例においてはシリコン基板で
ある基板１０を設ける段階を含む、半導体装置製造中に
基板１１をマスキングする方法が開示される。基板１１
は水素終端化１２（あるいは水素化）され、表面１１，
１２上に金属マスク１５がおかれて、表面１１，１２上
の成長領域１６と非マスキング部分１７とを規定する。
表面１１，１２を約１８５nm（酸素吸収ピーク）を有す
る波長を有する光２１に露出することにより、表面１
１，１２において、少なくとも非マスキング領域１７に
おいて、オゾンが生成され、表面１１，１２の非マスキ
ング部分１７上に酸化膜２０が成長される。金属マスク
１５が除去され、その後で酸化膜２０が更なる作業のた
めのマスクとして機能し、加熱することによりその場で
容易に除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に関
し、さらに詳しくは、半導体装置製造中の改善されたマ
スキング法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の分野においては、いくつかの異
なる半導体材料の層を順次に成長させ、種々のマスクと
エッチング段階とを用いて所望の装置と装置上の端末と
を形成するのが普通である。方法によっては、たとえば
フォトレジストなどのマスキング材料を塗布し、半導体
材料をマスキングした領域とマスキングしていない領域
の上に成長させる。次に、被マスキング領域上の材料を
エッチングおよびリフトオフにより除去する。場合によ
っては、非マスキング領域内に材料を選択的に成長さ
せ、次にマスキング材料を除去する。あるプロセスで
は、フォトレジスト・マスクを用いて硬性のマスク、す
なわち金属マスク，窒化物マスクなどを規定および生成
することもある。

【０００３】一般に、半導体装置を製造するこれらの従
来技術による方法では、必要でない材料を除去するため
にエッチングが必要であり、マスクはエッチング，溶剤
などにより除去される。エッチングおよび／またはマス
ク除去プロセスの間、半導体装置の材料は、エッチャン
ト（エッチング剤）により汚染される確率が高く、この
汚染により装置の寿命，装置の動作特性および装置の信
頼性が大幅に損なわれる。さらに、エッチング・プロセ
スは、エッチングされる領域に隣接する半導体材料をひ
どく損傷して、そのために寿命，動作特性および信頼性
がさらに損なわれる。また、エッチング・プロセスは非
常に時間がかかり、実行が難しい。

【０００４】そのため、従来技術の方法には、レジスト
のスピニング，露出，現像，洗浄などの多くの処理段階
が必要である。これらのプロセスはすべて、汚染を招い
たり、歩留まりを下げたりする。更なる問題点は、マス
キング材料を除去するためには、構造体または基板（一
般にウェハ）を成長チャンバから取り出さねばならない
ことである。その後で、構造体は再びマスキングされ、
再成長のために再び成長チャンバに導入される。このた
め、従来技術の方法は、ウェハを真空と和合性のないも
のにしている。

【０００５】マスキングとエッチングの問題に加えて、
既知の従来技術の作成プロセスではすべて、多くの成長
段階，マスキング段階およびエッチング段階を点在させ
て行うことを必要とするので、プロセスを非常に複雑に
し、長引かせる。たとえば、エピタキシャル層を成長さ
せる場合には、ウェハを真空チャンバまたは圧力チャン
バに入れて、成長のための雰囲気を作らねばならない。
ウェハをエッチングおよび／またはマスキングしなけれ
ばならないたびに、ウェハをチャンバから取り出さねば
ならず、結果として各段階のために莫大な準備時間が必
要になる。また、ウェハをチャンバから取り出してまた
戻すたびに、チャンバの開放と準備（ならびにウェハの
処理）を行うことが、新たな不純物および汚染源をウェ
ハに導く機会となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、改善されたマ
スキング・プロセスによる半導体装置の製造方法を提供
することが非常に望ましい。

【０００７】本発明の目的は、半導体装置製造中に基板
をマスキングする新規の改善された方法を提供すること
である。

【０００８】本発明の別の目的は、半導体装置製造中
に、マスクを除去するために基板を処理チャンバから取
り出さずにすむ新規の改善された基板マスキング方法を
提供することである。

【０００９】本発明のさらに別の目的は、半導体装置製
造中に、フォトレジスト，溶剤およびエッチャントなど
の汚染源の導入を必要としない新規の改善された基板マ
スキング方法を提供することである。

【００１０】本発明のさらに別の目的は、半導体装置製
造中に、はるかに簡単で装置汚染の機会が少ない、新規
の改善された基板マスキング方法を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】水素終端化（あるいは水
素化）された表面など、不動態化された表面を有する基
板を設ける段階を備える、半導体装置製造中に表面をマ
スキングする方法において、上記その他の問題点が少な
くとも部分的に解決され、上記その他の目的が実現され
る。半導体製造に用いられるのと同様のマスクが表面上
に配置され、表面上に成長領域および非マスキング部分
が規定される。非マスキング領域においては、表面を光
に露出することにより、表面の非マスキング部分に酸化
膜が成長する。酸化膜は、非マスキング部分の水素終端
と置き換わる。マスクが除去され、その後は酸化膜が、
エッチング，再成長など更なる作業のためのマスクとし
て機能する。たとえば、再成長中は、酸化膜マスクは、
必要に応じて加熱することによりその場で容易に除去す
ることができる。

【００１２】好適な実施例においては、基板はシリコン
である。また、表面上に配置されるマスクは、金属マス
クなどの硬性マスクである。さらに好適な実施例におい
ては、用いられる光は約１８５nmの波長（オゾン生成ピ
ーク）を有する。

【００１３】一例として、次に基板が成長チャンバに導
入され、加熱されて露出された成長領域内の水素を取り
去る。結晶性材料が選択的に被露出成長領域上に成長さ
れ、成長チャンバ内で酸化物層を脱着するために基板が
加熱される。これにより、成長チャンバから基板を取り
出さずに半導体装置を成長させマスクが除去される。

【００１４】

【実施例】図を参照して、図１ないし図４は、本発明に
より半導体装置を作成するための基板１０のマスキング
方法をいくつかの段階に示す。特に図１を参照して、表
面１１を有する基板１０の簡単な断面図が示される。こ
の実施例においては、基板１０はシリコン（Si）で形成
されるが、当技術で周知の他の材料を利用することもで
きることが当業者には理解頂けよう。また、基板１０
は、単にウェハなどの支持構造体であっても、支持構造
体上または中に形成された種々の層を備えるものであっ
てもよいことが理解頂けよう。

【００１５】基板１０の表面１１は、表面１１の瞬間的
酸化を防ぐために、当技術では周知の方法により１２に
おいて水素化（水素終端化または不動態化）される。水
素終端化（hydrogen termination）プロセスは、一般に
表面１１上の自然酸化物膜と置き換わる、すなわちその
形成を防ぐ。説明のために水素化表面を膜１２で表す
と、これは表面１１において基板１０の結晶構造を完成
させる水素原子に過ぎないことが当業者には理解頂けよ
う。水素が基板１０の結晶性材料を終端させる方法は、
１９９３年２月１日に出願され、本件と同一の譲受人に
譲渡された同時継続出願「An Enhanced Electron Emitt
er」，出願番号第０８／０１１，５９５号に詳細に説明
される。用途によっては、他の種類の不動態化を用いる
ことも、あるいは水素化が必要でない場合もあり、さら
に本方法は、一般に、表面が清浄な場合にのみ（すなわ
ち異物がない状態で）説明通りに作用することがわかっ
ている。

【００１６】マスク１５が、表面１１をパターニングす
るために基板１０の表面１１に隣接して配置される。こ
れについて以下に説明する。マスク１５は、一般に、シ
ャドウまたは金属マスクであるが、用途によってはフォ
トリソグラフィによる周知の方法で形成することもでき
る。以下に明らかになるように、本方法の主な利点の１
つに、説明されるマスキング動作のためにはフォトリソ
グラフィなどが必要でないことがある。好適な実施例に
おいては、マスク１５はたとえばクローム・マスクなど
の金属線を有するマスク板である。いずれの場合にも、
マスク１５は表面１１に隣接して配置され、マスク１５
の下で表面１１上の１つ以上の成長領域１６および基板
１０の表面１１上の１つ以上の非マスキング部分１７を
規定する。

【００１７】表面１１の非マスキング部分１７は、図２
に矢印２１により表される光に露出され、光によって不
動態膜が置き換わり、酸化膜が成長することができる。
水素終端化を用いるこの例では、光が光励起によりオゾ
ンを生成すると考えられる。効率的なオゾン生成に最も
適した励起波長は、利用にも最も効率的な波長である。
さらに特定の実施例においては、この光には約１８５nm
の波長が含まれ、これは酸素吸収ピークが存在する波長
である。オゾンは表面１１と反応して、水素終端（１
２）を酸化膜２０と置き換える。光の露出は照明灯の下
で行うことができる。しかし、アライナまたはステッパ
内などで光が視準されると、非マスキング部分１７に鋭
角のフィーチャが規定されることがある。

【００１８】特定の実施例においては、水素終端化表面
を有するシリコン・ウェハが設けられる。紫外線オゾン
・クリーナが約２０mW/cm²の電力で用いられ、ウェハは
クローム被覆されたマスクを通して５分間露出される。
約２nm未満の厚みを有する酸化膜が非マスキング領域内
に作られる。

【００１９】酸化膜２０が成長すると、マスク１５が除
去されて、成長領域１６が露出される。これを図３に示
す。このとき、酸化膜２０は、その後の作業のためのマ
スクとして機能し、加熱によりその場で容易に除去する
ことができる。その後の作業の例として、基板１０が成
長チャンバ（図示せず）に導入され、加熱されて、依然
として成長領域１６内に残る水素を除去する。もちろ
ん、水素終端部（１２）は非常に過渡的で、きわめて短
時間の間に（たとえば数時間）自然に消失することも理
解頂けよう。酸素のない成長領域１６を有する基板１０
を図４に示す。

【００２０】成長チャンバ内に基板１０を保持しなが
ら、成長領域１６内で結晶性または半導体材料２５の選
択的成長が行われる。これを図５に示す。酸化膜２０を
更なる成長のためのマスクとして所定の場所において、
所定量の結晶性材料２５が領域１６内に選択的に成長さ
れる。本件の開示の目的に関しては、「選択的成長」ま
たは「選択的に成長される」という言葉は、特定のある
いは指定された領域のみに成長するものと定義する。従
って、この例では、材料２５は、成長領域１６内にのみ
成長する。さらに、材料２５は、一般に結晶形態で成長
するので、成長の速度と形状とは、結晶に依存する。す
なわち、成長速度と形状は利用される材料２５の種類に
より決まる。

【００２１】成長領域１６内に所望の量の材料２５が成
長すると、基板１０は成長チャンバ内でより高い温度に
加熱されて、酸化膜２０を脱着させ、結果として図６に
図示される構造体が得られる。これにより、材料２５の
パターニング成長に利用されるマスクが、その場で、す
なわち成長チャンバから基板１０を取り出さずに、脱着
または除去される。

【００２２】基板１０を加熱して酸化膜２０を脱着する
段階に続き、結晶材料２５上でさらに材料の成長を行う
ことができる。図７に示されるように、別の材料層３０
が材料２５の表面上と、基板１０の被露出面上とに成長
あるいは付着される。このように、基板１０を成長チャ
ンバから取り出さずに、再成長が実行される。本開示の
読後には、基板１０を成長チャンバから取り出さずに基
板１０上に完全な半導体装置を形成することができるこ
とが当業者には明らかになろう。

【００２３】また、酸化膜２０は、ある種の半導体装置
の一部に組み込むか、あるいはその一部として残すこと
ができることも理解頂けよう。たとえば、酸化膜２０を
ある種の絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいてゲー
ト酸化物として用いることができる。この場合は、酸化
膜２０が上記の要領で成長され、その後マスキングされ
てゲート領域を規定したり、その後で金属層がその上に
形成されてゲート電極を規定する。

【００２４】以上により、半導体装置製造中に基板をマ
スキングする新規の改善された方法を提供する改善され
たマスキング・プロセスが開示される。新規の改善され
た基板マスキング方法には、フォトレジストなどを必要
とせずにシリコンをマスキングする簡略化された方法が
含まれる。プロセス中にレジストを用いないことで、従
来はレジストの厚みにより規定された解像度の限界が改
善される。さらに、新規のプロセスは、処理段階の数を
削減し、そのためにより安価で、より清浄なプロセスと
なり、歩留まりが向上し、よりよい解像度が得られ、そ
の結果としてより小型の配線が得られ、製造過程を真空
と和合性を持つものにする。新規の改善された基板マス
キング方法は、半導体装置製造中に順次に何回か行われ
る処理チャンバからのウェハまたは基板の出し入れの必
要をなくするので、製造過程がはるかに簡単になり、装
置汚染の機会を減らす。この新規のプロセスにより、エ
ピタキシ間などの中間処理段階中に空気または汚染に露
出せずに、すべてその場で選択的成長および再成長が可
能になる。処理段階の間で空気その他の汚染源に露出さ
せないことで、新規のプロセスはその後のエピタキシャ
ル段階において優れた品質を保証する。

【００２５】本発明の特定の実施例を図示および説明し
てきたが、当業者には更なる改良および改善が可能であ
ろう。従って、本発明は図示された特定の形態に限られ
ず、本発明の精神と範囲から逸脱しないすべての改良を
添付の請求項に包含するものであることを理解頂きた
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマスキング・プロセスの段階を順
次に示す基板の簡単な断面図である。

【図２】本発明によるマスキング・プロセスの段階を順
次に示す基板の簡単な断面図である。

【図３】本発明によるマスキング・プロセスの段階を順
次に示す基板の簡単な断面図である。

【図４】本発明によるマスキング・プロセスの段階を順
次に示す基板の簡単な断面図である。

【図５】表面上に半導体材料が成長される図４の基板の
簡単な断面図である。

【図６】マスクが除去された基板の簡単な断面図であ
る。

【図７】その上に別の材料が付着された基板を示す簡単
な断面図である。

【符号の説明】 １０ 基板 １１ 表面 １２ 水素化膜 １５ マスク １６ 成長領域 １７ 非マスキング部分 ２０ 酸化膜 ２１ 光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバート・ゴロンキン アメリカ合衆国アリゾナ州テンピ、サウ ス・カチーナ・ドライブ8623

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置製造中に表面（１１）をマス
   キングする方法であって：不動態化された表面（１１，
   １２）を有する基板（１０）を設ける段階；前記被不動
   態化表面（１１，１２）に隣接してマスク（１５）を配
   置し、前記被不動態化表面（１１，１２）上に成長領域
   （１６）と非マスキング部分（１７）とを規定する段
   階；および前記被不動態化表面（１１，１２）の前記非
   マスキング部分（１７）に光（２１）をあてて、前記不
   動態膜（１２）を除去し、被不動態化表面（１１，１
   ２）の前記非マスキング部分（１７）上に酸化膜（２
   ０）を同時に成長する段階；によって構成されることを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】 半導体装置製造中に表面をマスキングす
   る方法であって：表面（１１）を有する基板（１０）を
   設ける段階；前記表面（１１）に隣接してマスク（１
   ５）を配置し、前記表面（１１）上に成長領域（１６）
   と非マスキング部分（１７）とを規定する段階；および
   前記非マスキング領域（１７）内の前記表面（１１）に
   おいてオゾン（２１）を生成し、前記表面（１１）の前
   記非マスキング領域（１７）上に酸化膜（２０）を成長
   する段階；によって構成されることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 半導体装置製造中に表面をマスキングす
   る方法であって：水素で不動態化された（１２）表面
   （１１）を有する基板（１０）を設ける段階；前記表面
   （１１）に隣接してマスク（１５）を配置し、前記表面
   （１１）上に成長領域（１６）と非マスキング部分（１
   ７）とを規定する段階；および前記表面（１１）の前記
   非マスキング部分（１７）を光（２１）に露出して、前
   記表面（１１）の前記非マスキング部分（１７）上で、
   水素（１２）を酸化膜（２０）と置き換える段階；によ
   って構成されることを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 半導体装置製造中に表面をマスキングす
   る方法であって：表面（１１）を有する基板（１０）を
   設ける段階；前記表面を水素終端化する（１２）段階；
   前記表面（１１）上にマスク（１５）を配置し、前記表
   面（１１）上に成長領域（１６）と非マスキング部分
   （１７）とを規定する段階；前記非マスキング領域（１
   ７）内の前記表面（１１）においてオゾンを生成し、前
   記表面（１１）の前記非マスキング領域（１７）上に酸
   化膜（２０）を成長する段階；前記マスク（１５）を除
   去して前記成長領域（１６）を露出する段階；前記基板
   （１０）を成長チャンバ内に導入し、前記被露出成長領
   域（１７）上に結晶性材料を選択的に成長する段階；お
   よび前記基板（１０）を前記成長チャンバ内で加熱して
   前記酸化膜（２０）を脱着する段階；によって構成され
   ることを特徴とする方法。