JPS62296421A - 半導体デバイスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔技術分野〕 本発明はパターン化金属層の成長を含む半導体デバイス
の製造法に関するものであり、特にそのような方法の中
でもレーザを用いた化学気相堆積を利用する方法に関す
るものである。

〔背景技術〕 多くの半導体デバイス製造法においては他のデバイス製
造法の場合と同じように金属層またはフィルムのパター
ン化が望まれることが多い。これを行なうためには少く
とも２つのやり方がある。

１つは堆積後に金属フィルムをパターン化するやり方、
もう１つは金属フィルムを直接に所望のパターンにして
堆積するやり方である０本発明が関連するのは後者のや
り方である。

後者のやり方に関連する方法についての報告の１つは１
９６６年９月６日発行の米国特許第３．２７１．１８０
号に開示されている。この方法は基板上に有機物質の吸
着層を形成する工程で始まる。

吸着された有機物質は次に照射されて、光源により照ら
された吸着層のこれらの部分を光分解反応をする。もら
ろん吸着物質は所望の光分解特性を持つように選択され
る。吸着材料は光源を基板の間でマスクを用いて露出さ
れて分解する。

さらに最近の報告がドイチュらによりアプライド　フィ
ジックス　レターズ誌第３６巻８４７−８４９ページ、
１９８０年５月１５日号（幻４１Ｂｌ−カ■幻Ａｓ　　
Ｌｅｔｔｅｒｓ、　　３６、ｐｐ、８４７−８４９）に
記載されている。この文献に報告されている方法ではオ
ーム性接触を形成するために■−■族化合物を光化学的
にドープするのにエキシマ　レーザを用いている。パル
スレーザにより金属アルカリの光分解がもたらされる。

同様な報告が１９８２年７月２０日に発行された米国特
許第４．３４０．６１７号になされている。この報告で
は金属フィルムを堆積するために有機金属分子を光分解
するのに収束レーザビームを用いている。サンプル表面
を収束レーザビームの下で移動させることによりこうし
て金属フィルムパターンが形成される。投影プリントを
使えるということが節単に述べられているけれども適正
条件は議論されていない。

さらに別の報告がツァオによりアプライド　フィジック
ス　レターズ誌第４５巻ｐｐ、６１７−６１９．１９８
４年９月１５日号（Ｔｓａｏ、幻」１υ世−ハ■江ｓ　
　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　　４５、ｐｐ、　　６１７−６１
９）になされている。この報告ではトリイソブチルアル
ミニウムの触媒分解を活性化することのできる堆積を形
成するために表面上に収束紫外線レーザ照射を用いてい
る。この収束紫外線レーザは薄い光堆積フィルムを形成
するために所望の蒸気の存在下で　ＳｉＯ□基板全体を
走査される。この表面はその後に、トリイソブチルアル
ミニウムの蒸気を触媒を用いて分解してアルミニウムフ
ィルムを形成するためにＣＯ□レーザで加熱される。こ
のようにして、レーザにより描かれた形成物の上に所望
のアルミニウムパターンが成長する。

しかしながら上述の最後の文献を検討すると、表面全体
にレーザビームを走査させることな（直接に所望の金属
パターンを成長させることはできないことがわかる。

〔発明の概要〕

本発明を具現する半導体デバイス製造法においては、パ
ターン化した金属層は大気圧以下で吸着される金属含有
ガスの存在下で所望のパターンをもって、加熱した基板
を照射し、これにより吸着した金属含有分子を分解する
ことにより、その基板上に直接に成長させることができ
る。次に照射を停止するが、表面上に存在する金属によ
り触媒反応が生じて別の金属が成長する。好適な実施例
においてはパターン化金属はアルミニウムを含み、金属
含有ガスはトリイソブチルアルミニウムを含む。初期照
射の強度によりポジティブかまたはネガティブのパター
ン像が形成される。

〔実施例の説明〕

本発明の方法を実施する際に有用な装置の概略を第１図
に示す。この図には光源１、マスク３、鏡５、成長容器
７、流量制御器９及び１１、ガス容器１３及びポンプ１
５が示されている。レンズ１７によりマスク像が基板上
に形成される。ガス容器には金属含有分子が含まれる。

ガス源１９はキャリアガスを使用したい時に用いられる
。

光源は例えばＫｒＦを用いるエキシマレーザであってく
り返し速度１００Ｈｚで動作する。そのようなレーザが
望ましいのは例えばその出力強度が比較的大きいからで
ある。正確なくり返し速度は重要ではない。もちろんレ
ーザは分子により吸収される周波数で放出しなくてはな
らない。基板に与えられるパワーによりポジティブ像が
形成されるかネガティブ像が形成されるかが決まるかパ
ワーレベルが低いと吸着分子の光分解により照射領域に
おける成長が得られ、一方パワーレベルが高いと非照射
領域における成長が得られる。パワーが高い場合にはガ
ス相での反応が生じて生成物が非照射領域へ拡散して行
き、完全には解明されていない何らかの理由で照射領域
での成長を禁止するものと考えられている。

成長容器７はステンレス　スチール　セルで、成長工程
の開基板温度を上げることのできる加熱手段を有するの
が望ましい。基板のみを約２５０℃に加熱し、容器の残
りの部分は雰囲気温度よりわずかに高い温度に保つのが
望ましいということが判っている。

反応分子はガス容器１３からステンレス　スチール管を
介して成長容器７に輸送される。成長容器７の圧力を６
．７　Ｐａから２０Ｐａ（０，０５から０．１５ｔｏｒ
ｒ）の範囲にして成長させると望ましい。圧力をもっと
低（すると成長速度が遅すぎ、もっと高くすると成長形
態が悪くなる。分子は、照射された時、後に金属を残す
ように表面で反応しなくてはならない。照射は典型的に
は例えばレーザから発した光であって分子を分解する能
力がある。同様の分解を達成するためには電子ビームや
イオンビームも使えるということを理解されたい。

成長容器７内を洗い流す場合以外はキャリアガスは一触
には用いない。ある種の反応ガス分子例えばＷＦ、の場
合は、表面触媒反応のためにはＨｔなどのキャリアガス
が必要である。

はじめにＳｉＯ□基板用の例示的成長技術を詳細に記述
し、その後でいくつかの変形例を検討する。

所望の基板は溶媒洗浄し、酸エッチし、脱イオン水です
すぎ、そして例えばＮ２で吹付は乾燥する。

これらの準備工程は半導体技術では周知でありこれ以上
詳しく記す必要はない。その後基板を成長容器内に置き
、基板温度を約２５０℃に上げる。

セルの温度が安定した後、反応ガスとＮ２をセルに流し
てセル内の汚物を取除く。汚物除去が終るとＨ，を停止
し、図示した照射システムにより基板を照射する。典型
な照射間隔は１５ないし６００秒であり、各パルスによ
り基板に約１０１０−２Ｏ／ω２が形成される。反応分
子はトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ）である。

数秒以内に小さな銀色のアルミニウムの島が見えるよう
になり、照射パターンに合体する。成長が進むにつれ、
フィルムはしだいに粗くなりより多（の光を散乱するよ
うになる。初期照射の後光源を停止し、成長は別の照射
なしで進むことに特に注意されたい。照射レベルをより
強くすると成長は非照射領域で進行する。

熱伝導度と光吸収率の異なる種々の基板材料を試験した
ところ、単位パルスあたり定められた流束ｌ　（ｆｌｕ
ｅｎｃｅ）で均一な成長を始めるのに必要なパルス数に
関してほぼ同一の結果が得られた。さらに、通常用いら
れる、単位パルスあたりの流束量をある係数で弱くし、
その係数の分だけパルス数を増すと均一な成長が得られ
ることも判った。

これらの結果はレーザ活性工程の光分解本質を証明する
ものと考えられる。

さらに、均一な堆積により囲まれた小さな裸の領域が得
られることが観察により判った。この特徴はもしガス和
光反応が活性工程を支配するものであれば再現するのは
極めて困難であり、おそらく不可能であろう。その理由
は、ガス相反応はある生成物の形成につながり、その生
成物は全方向に同時に拡散し、これがなければ均一に照
射されたはずの領域に含まれる小さな領域をおそらく埋
めてしまうということである。

レーザ活性工程の間ガス相反応物を最小限に減らすこと
によりこの仮定を検討した。このやり方で生成されたパ
ターン化フィルムは効率が均一であることが判った。こ
れにより表面吸着光反応のみが寄与するという概念が支
持される。形成物分解能は光源をイメージする能力によ
り制御されるのであってガス相の拡散長により制御され
るのではないから、このことは重要である。現在入手可
能な光素子は回折限度にまでイメージすることができ、
２５０ｎｍで放出する光源を用いて０．５μｍの形成物
を再現するものでなくてはならない。

１０秒程度の短い露出（全流束量２０Ｊ／Ｃｌ１１”に
相当）を用いて均一な堆積が得られた。前述のツァオの
文献ではフィルム成長を達成するのに約１０．０００倍
の全流束量が必要である。本発明では固定温度における
フィルム成長が可能であるが、ツァオによると高温での
フィルム成長をレーザ活性化するのは不可能である。ツ
ァオはその熟成長部分のために約１００μｍに収束した
極めて極所的な熱源、即ちＣＯ□レーザを用いているこ
とに注意されたい。ＴＩＢＡは５０℃以上でブチレンと
同様にジイソブチルアルミニウム水酸化物（Ｄ　Ｉ　Ｂ
ＡＨ）に分解すると考えられている。

ＤＩＢＡＨの平行蒸気圧はＴＩＢＡより低く、付随Ｎ（
ａｄｌａｙｅｒ　）は低圧またはかなりの高温で形成で
きることが知られている。もしさらに、これらの層が基
板上に滞在する時間が実質的に存在すると仮定すれば、
レーザ活性工程が表面光反応を含むという仮説は確かな
ものとなる。多分ツァオは重要なりＩＢＡＨ分圧を生成
することができなかった。それは彼は材料の小領域のみ
を加熱し、従って必要な付随層を形成しなかったからで
ある。

ここに記載した技術は吸着動作と基板の成長形成特性に
基いているので、所望のパターンを生成するのに必要な
、所望の選択領域活性工程は瞬時成長や非選択性成長と
は対抗できないとも考えられる。従って、本方法は化学
的に不活性なＳｉＯ□に対して記載されたように機能す
ることが全く予期されないではない。しかしながら、Ａ
　１　ｇｏｓ、Ｓｉｓ　Ｓｉｎ、／　５ｉＳＧａＡｓ、
、　Ａ　１　、Ｃｒ及び＾Ｕを含む他の基板も検討した
。必要な化学的準備作業の後、所望の選択性を有するパ
ターンがこれらの基板上に成長された。元から存在した
Ａｌワイヤ上にＡｌを堆積した場合に得られた選択性は
Ａｌ上の自然酸化物が非選択性成長を阻止するのに充分
であることを意味する。／ｌはＡ７！上に確実に成長す
るであろうからというのがその理由である。驚くべきこ
とに極めて優れた、即ち低抵抗のＡｌ／Ａｌ接点が得ら
れた。自然酸化物は従来の堆積技術においては接点形成
を阻止する。この結果は多レベル相互接続のために重要
である。表面が化学的に均一である必要はないというこ
とに注意されたい。

例えば、Ｓｉ上のＳｉｎ、層に選択的に開口が形成され
ている場合であっても良い結果が得られた。これは明ら
かに電界効果トランジスタを作成する際に重要である。

さらに、酸化物部分と酸化物除去部分の双方に成長が得
られたので、全体を均等にカバーしていると言える。

ＧａＡｓ基板の表面における空間的選択の程度は、この
基板が化学的に不活性ではないので、驚異的である。例
えば、それは反応して触媒反応によりトリメチルガリ゛
ウムとヒ素を分解してＧａＡｓを成長させることが知ら
れている。基板を成長容器内に運ぶ前に自然酸化物から
成るいくつかの層が形成されるが、これらが表面反応を
阻止するのに充分であると考えられる。

しかし酸化物層はもし望ましくないほどの量が存在すれ
ば本方法の有用性にとっては有害なものである。形成し
た接点の品質の初期試験として、かすかにドープしたｎ
型ＧａＡｓ上に堆積を行なった。結果を表むす電流−電
圧特性曲線を第２図に示す。垂直方向に１区画あたり２
０μａ単位で電流を、水平方向に１区画あたり５Ｖ単位
で電圧を表わす。この特定のデバイスは直径約２５μｍ
のドツトであり、曲線はダイ−オド状動作が得られるこ
とを示している。逆ブレークダウン電圧（１５〜１８Ｖ
）はＧａＡｓの典型値であり、レーザ活性工程の間に実
質的な基板損傷は何ら起きなかったことを示している。

しかしながら、順方向オーンオン電圧は比較的高く　（
約１−２Ｖ）、表面酸化物が少量存在することを示して
いる。

生成した金属形成物の抵抗率はバルクＡｌのそれに近く
、高速動作が得られることを示している。

その他の実施例も可能である。例えばＡ２原子をＳｉを
ｐ型にドープするのに用いることができ、これによりＳ
ｉが初めにｎ型であったとすればｐ−ｎ接合を、ｐ型ま
たはｎｏであったとすればオーム性接触を形成すること
ができる。オーム性接触を作成したが電界効果トランジ
スタのソース及びドレイン接点の候補として良好である
ことが判った。というのはＳｉＯ□上の金属堆積がＦＥ
Ｔゲート用に用いられるからである。トランジスタ製造
工程全体を企画し実際に行なった。堆積後に４５０ない
し６００℃の温度で１分ないし１０分間アニールすると
好ましい。

反応ガスは金属含有分子である必要はないということに
特に注意されたい。表面触媒反応による成長をもたらす
いかなるシステムをも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに適した装置の概略
図、 第２図は本発明を用いてＧａＡｓ上に形成したアルミニ
ウム接点の電流対電圧特性の曲線を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 光源・・・１　　　　　成長容器・・・７ガス容器・・
・１３ ＦＩ６．２ ５Ｖノｄｉｖ 手続補正書 昭和６２年　５月２５日 特許庁長官　黒　１）明　雄　　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第　９４３３２号 ２、発明の名称 半導体デバイスの製造法 ３、特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国、　１００２２　　ニューヨ
ーク。 ニューヨーク、マディソン　アヴエニュ−５５０名　称
　　　アメリカン　テレフォン　アンドテレグラフ　カ
ムバニー ４、代理人 ５、補正の対象 ６、補正の内容　　　　　別紙の通り 図面の浄書内容に変更なし く１）別紙のとおり、正式図面を１通提出します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面上にパターン化金属を形成する工程を含む半導
   体デバイスの製造法において、 前記形成工程は、 前記表面上に金属含有分子から成る吸着層を形成し、前
   記分子は一気圧より低い分圧を有し、前記表面は高温に
   加熱されるようにする段階と、照射によって前記基板上
   に所望のパターンを形成しこれによって前記分子を分解
   して前記表面上に金属を残留させる段階と、前記金属上
   に別の金属を触媒反応により成長させる段階とを含むこ
   とを特徴とする半導体デバイス製造法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記金
   属含有分子は表面触媒反応により分解する分子であるこ
   とを特徴とする半導体デバイス製造法。 ３、特許請求の範囲第１項または２項記載の方法におい
   て、 前記金属はＡｌ、ＴｉおよびＷから成る群から選ばれる
   ことを特徴とする半導体デバイスの製造法。 ４、特許請求の範囲第１項、２項又は３項記載の方法に
   おいて、 前記表面はＧａＡｓ、ＳｉＯ＿２、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｕ、
   ＣｒおよびＡｌ＿２Ｏ＿３から成る群から選ばれる少く
   とも一つの材料を含むことを特徴とする半導体デバイス
   の製造法。５、特許請求の範囲第１項、２項、３項また
   は４項記載の方法において、 前記金属はＡｌを含むことを特徴とする半導体デバイス
   の製造法。 ６、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記金
   属含有分子はトリイソブチルアルミニウムを含むことを
   特徴とする半導体デバイスの製造法。 ７、特許請求の範囲第２項記載の方法において、前記金
   属は照射領域または非照射領域において選択的に残留さ
   れることを特徴とする半導体デバイスの製造法。 ８、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記表
   面はＡｌを含み、多レベル相互接続の一部が形成される
   ことを特徴とする半導体デバイスの製造法。 ９、特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記Ａ
   ｌは電界効果トランジスタのソースおよびドレイン接点
   を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造法。 １０、特許請求の範囲第９項記載の方法において、前記
   堆積Ａｌをアニールする段階が含まれることを特徴とす
   る半導体デバイスの製造法。