JPS6151432B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、選択的に形成された酸化膜を有する
ゲートを設けた半導体装置の製造方法に関するも
のである。

従来、MOS型の半導体装置のゲートを形成す
る方法としては、例えば、800〜1200℃の高温に
加熱した炉内にシリコンウエハーなどからなる半
導体基体を入れてその表面に熱酸化を施し、熱酸
化によつて形成されたシリコン酸化膜上に、例え
ば、ポリシリコンなどからなるゲート金属を被着
し、次いで、このゲート金属をマスクにして酸化
膜にエツチングを施して行う方法或いは、上記の
如く、熱酸化によつて形成された酸化膜上にアル
ミニウムなどのゲート金属を形成する方法などが
行われている。

しかしながら、このようなゲート形成方法では
必要とされるゲート酸化膜は、シリコンウエハー
などからなる半導体基体の表面の僅かな部分であ
るにも拘らず、半導体基体全体に30分から１時間
に亘る長時間の加熱操作を必要とするため、次に
示す如き欠点がある。

(1) 加熱時に炉内の不純物などがゲート酸化膜中
に混入し易い。

(2) 長時間に亘る加熱によつて半導体基体に歪が
生じ易い。

本発明は、かかる点に鑑み種々の研究を行つた
結果、可視領域から遠紫外領域に及び範囲内の波
長を有するレーザ光によつてゲート酸化膜を形成
することにより、高純度のゲート酸化膜を極めて
短時間に形成することができる半導体装置の製造
方法を見い出し、従来の欠点を解消するものであ
る。

即ち、本発明は、フイールド酸化の施された半
導体基体の表面にマスク部材を被着した後、この
マスク部材のゲート電極形成予定領域に対応する
部分を除去して半導体基体の表面を露出させる。
次いで、この半導体基体の露出表面及びマスク部
材の表面にレーザ光の短時間照射を施して半導体
基体の露出表面に酸化膜を形成する。次に、この
酸化膜の表面及びマスク部材の表面にゲート金属
を被着した後、マスク部材と共にマスク部材上の
ゲート金属を除去して、所定パターンのゲートを
形成する半導体装置の製造方法である。

以下、本発明方法を更に詳細に説明する。

本発明で用いるマスク部材は、半導体基体の表
面のゲート電極形成予定領域にレーザ光を照射し
選択的にゲート酸化を行うためのものである。こ
のマスク部材としては、例えば、アルミニウム、
モリブデン、クロムなどの如く、レーザ光の透過
を阻止する作用を有すると共に、被着部分を酸化
性の雰囲気から遮断せしめる作用を有するもの
や、或いは、光レジスト、電子ビームレジスト、
C.V.D（chemical vapor deposition）によつて
被着することができる二酸化ケイ素などの如く、
被着部分を酸化性の雰囲気から遮断する作用を有
するなどの何れのものでも良い。この電子ビーム
レジストとしては、PMMA（ポリメチルメタク
リレート）などがあり、光レジストとしては、シ
プレー社製AZ−2400などがある。

また、マスク部材の形成厚は、酸化膜の表面に
ゲート金属を被着した後にマスク部材上のゲート
金属をマスク部材と共にリフトオフするので、レ
ーザ光の照射によつて形成された酸化膜の膜厚と
ゲート金属の膜厚の和よりも大きくする必要があ
る。

また、半導体基体のゲート電極形成予定領域と
して露出された表面に照射するレーザ光として
は、レーザ光の照射による入熱効率を上げるため
に半導体基体の光吸収係数が高い3000Å乃至7000
Å程度のいわゆる紫外領域から可視領域に及ぶ波
長のものでしかも高出力のものであることが望ま
しい。これは、第７図に示す如く、半導体基体の
吸収係数が大きいレーザ光Ａと小さいレーザ光Ｂ
とを比較した場合、半導体基体の表面に与える熱
エネルギーの大きさは、吸収係数の大きいレーザ
光Ａの方が遥かに半導体基体の表面付近に多くの
熱エネルギーを与えるからである。

尚、レーザ光の波長と光吸収係数との関係は、
一般に第８図に示す如く、短波長のものほど光吸
収係数が大きくなる傾向があり、短波長のレーザ
光を使用するのが好ましい。

このようなレーザ光としては、例えば、エキシ
マレーザチツソレーザ、アルゴンレーザ、Nd−
YAGレーザやNd−Glassレーザの高次高調波光、
ルビーレーザ、等遠紫外領域から可視領域の範囲
内の波長を有するものであれば何れのものでも良
い。

但し、アルゴンイオンレーザを使用する場合
は、マスク部材の光吸収係数とレーザ出力効率と
を考慮して適当な波長のものを選択するのが望ま
しい。

また、レーザ光の照射による半導体基体表面へ
の入熱量は、半導体基体の表面に形成するゲート
幅より大きい範囲でレーザ光の照射スポツト径を
変化して行うことができる。或いは、また、レー
ザ光の半導体基体表面での掃引速度を変化して調
整することができる。更に、また、レーザ光がパ
ルス発振レーザである場合には、レーザ光の照射
回数によつても照射部分の入熱量を調整すること
ができる。

また、レーザ光による半導体基体表面の酸化
は、約10^-7秒位でその照射部分の酸化を完了する
ことができるため、レーザ光の照射による入熱時
間は、半導体基体表面の汚染及び熱歪を防止する
ためにはできるだけ短時間とすることが望まし
い。

また、半導体基体の表面にレーザ光を照射する
際の雰囲気としては、例えば、空気、酸素、或い
は高圧水蒸気等の酸化性気体であれば何れのもの
でも良いが、夫々の雰囲気によつて形成される酸
化膜の膜厚が異なるので製造する半導体装置の種
類に応じて適宜選択するのが望ましい。

また、レーザ光の照射によつて形成された酸化
膜上に被着するゲート金属としては、例えば、ア
ルミニウム、ポリシリコン、モリブデン等を使用
することができる。

但し、マスク部材としてアルミニウムを使用し
た場合は、マスク部材をリフトオフする際に共に
除去されてしまうので、アルミニウムをゲート金
属として使用することはできない。

また、マスク部材を除去するエツチング液とし
ては、ゲート酸化膜、ゲート金属、半導体基体に
損傷を与えないものであれば、通常エツチングの
際に用いる化学エツチング液等何れのものでも良
い。

但し、二酸化ケイ素をマスク部材として使用し
た場合には、エツチング液によつてゲート酸化膜
もエツチングされるため、エツチング時間をでき
るだけ短かくしてゲート酸化膜のサイドエツチン
グを防止するのが望ましい。

次に、本発明の実施例について説明する。

まず、第１図に示す如く、フイールド酸化膜１
が形成されたシリコンからなる半導体基体２の表
面に、マスク部材３としてアルミニウムを厚さ約
8000Å蒸着形成した後、フオトレジストを用いて
ゲート電極形成予定領域に対応する部分のマスク
部材３を除去する。

次に、このゲート電極形成予定領域が露出され
た半導体基体２を酸素を含有した高圧水蒸気雰囲
気中に設置して、ゲート電極形成予定領域に出力
1kW／pulse、パルス幅10^-7秒のＱスイツチルビ
ーレーザを照射してゲート酸化膜４を形成する。
この後、このゲート酸化膜４及びマスク部材３が
被着された半導体基体２の表面に、第２図に示す
如く、ゲート金属５としてポリシリコンをC.V.
D.法により厚さ4000Å形成した。

次に、リン酸と硝酸と酢酸との混合液からなる
エツチング液を用いて、マスク部材３上に被着さ
れたゲート金属５をマスク部材３と共に除去し
て、第３図に示す如く、半導体基体１の表面にゲ
ート酸化膜４を介して所定パターンのゲート電極
を形成した半導体装置６を得ることができた。

このようにレーザ光の照射によつて極めて短時
間に所望パターンのゲート酸化膜４を形成するこ
とができると共に、形成されたゲート酸化膜４の
二次イオン分析を行つたところ、不純物による汚
染はほとんどみられなかつた。

次に、ゲート部分が半導体基体中に埋没したい
わゆる凹MOS型の半導体装置の製造に、本発明
方法を適用した他の実施例について説明する。

まず、上記実施例と同様にアルミニウムからな
るマスク部材３′を厚さ8000Å蒸着形成した後、
ゲート形成予定領域部分のマスク部材３′および
半導体基体２′を水酸化カリウム溶液にて選択的
に除去することにより、第４図に示す如く半導体
基体２′に凹溝を穿設し、このように形成したゲ
ート形成予定領域に酸素雰囲気中で出力1kW／
pulse、パルス幅10^-7秒のＱスイツチルビーレー
ザを照射して酸化膜４′を形成した。この後、こ
のようにして形成された酸化膜４′及びマスク部
材３′の表面に第５図に示す如くゲート金属５′と
してポリシリコンをC.V.D法により厚さ3000Å被
着した。次に、マスク部材３′の表面に被着され
たゲート金属５′をマスク部材３′と共に硝酸を含
むエツチング液を用いて除去し、第６図に示す如
き、凹MOS型の半導体装置６′を得た。

このようにして本発明方法を適用することによ
り、極めて純度の高いゲート酸化膜４′を有する
凹MOS型の半導体装置６′を短時間のレーザ光の
照射工程によつて容易に製造することができた。

尚、このポリシリコンからなるゲート金属５′
を除去するエツチング液としては、硝酸或いはリ
ン酸を含有するエツチング液を用いることによ
り、ゲート金属５′にサイドエツチングを施して
ゲート金属５′と半導体基体２′との絶縁耐圧を大
きくして半導体装置の電気特性の向上を図ること
ができた。

以上説明した如く、本発明に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基体表面の一部分のみ若しく
は、全表面にレーザ光を照射することによつて極
めて短時間に入熱を行い、半導体基体の歪の発生
及び外部からの不純物の混入を防止して高純度の
酸化膜を有するゲートを容易に製造することがで
きる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明に係る半導体装置
の製造方法を示す工程図であり、第１図は、半導
体基体の表面にマスク部材を被着したものを示す
断面図、第２図は、第１図に示す半導体基体の露
出表面に酸化膜を形成し、更にその表面及びマス
ク部材の表面にゲート金属を被着したものを示す
断面図、第３図は、第２図に示す半導体基体の表
面からマスク部材と共にゲート金属を除去して得
た半導体装置を示す断面図、第４図乃至第６図
は、本発明に係る半導体装置の製造方法を適用し
て得られた凹MOS型半導体装置の製造方法を示
す工程図であり、第４図は半導体基体の表面にマ
スク部材を被着し、マスク部材および半導体基体
に凹溝を穿設したものを示す断面図、第５図は、
第４図に示す半導体基体の露出表面に酸化膜を形
成し、更にその表面及びマスク部材の表面にゲー
ト金属を被着したものを示す断面図、第６図は、
第２図に示す半導体基体の表面からマスク部材と
共にゲート金属を除去して得た半導体装置を示す
断面図、第７図は、レーザ光の入射深さと入射量
の関係を示す曲線図、第８図は、レーザ光の波長
と光吸収係数との関係を示す曲線図である。 １，１′……フイールド酸化膜、２，２′……半
導体基体、３，３′……マスク部材、４，４′……
酸化膜、５，５′……ゲート金属、６，６′……半
導体装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体の表面にゲート電極形成予定領域
   を残してマスク部材を被着した後、酸化性雰囲気
   中にて該半導体基体の表面にレーザ光を照射して
   前記ゲート電極形成予定領域に酸化膜を形成し、
   次いで、該酸化膜及び前記マスク部材の表面にゲ
   ート金属を被着後、前記マスク部材の表面に被着
   されたゲート金属を前記マスク部材と共に除去す
   ることにより、所定パターンのゲートを形成する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ レーザ光は、可視領域から遠紫外領域に及ぶ
   範囲内の波長を有するものである特許請求の範囲
   第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３ マスク部材は、アルミニウム、モリブデン、
   クロム、二酸化ケイ素、ポリメチルメタアクリレ
   ートなどからなる群より選ばれた１種または２種
   以上である特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置の製造方法。