專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別是涉及可以在大約250℃以下的低溫下實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中在高溫下進(jìn)行的伴有熱處理的膜形成工序的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
圖7示出了現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置制造方法中所采用的制造裝置的概略斷面構(gòu)造。如圖7所示，半導(dǎo)體裝置制造設(shè)備包括內(nèi)部保持真空狀態(tài)的真空室50、設(shè)于真空室50內(nèi)放置并保持半導(dǎo)體基片的基片保持臺52、排除真空室內(nèi)氣體的排氣系統(tǒng)54以及向基片保持臺52照射所需的離子56的離子槍58。
以下，參照圖7和圖8對現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置(例如MOS晶體管)的制造方法的大致情況進(jìn)行說明。
首先，向保持在基片保持臺52上邊的比如說由硅形成的半導(dǎo)體基片60的表面上噴射所需的離子56。用這種辦法在半導(dǎo)體基片60的表面上形成所希望的雜質(zhì)層62之后，在該雜質(zhì)層62上邊生長硅層64。
接著將半導(dǎo)體基片60移入圖中沒有畫出的電爐并將半導(dǎo)體基片60在高溫下保持在指定的氧化氣氛中。用這種辦法，如圖8所示，在硅層64的表面部分形成硅氧化膜。之后，將半導(dǎo)體基片移往圖中沒有畫出的CVD裝置，在硅氧化膜66上形成例如柵極電極68以完成MOS晶體管。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，在電爐中形成硅氧化膜66時，半導(dǎo)體基片60被暴露在高溫之中，故存在著破壞前面工序中制作的雜質(zhì)層62的分布(比如說陡峻的雜質(zhì)分布)的問題。就是說，在制造半導(dǎo)體裝置的時候，對例如純的硅單晶形成的半導(dǎo)體基片中的指定部位摻入規(guī)定量的指定的雜質(zhì)，之后還需要進(jìn)行若干個高溫工藝，例如在單晶膜上進(jìn)行外延生長的工藝。
圖9示出了在向半導(dǎo)體基板中摻入了雜質(zhì)的情況下雜質(zhì)在深度方向上的陡峻分布，在之后的工序中，希望雜質(zhì)的陡峻分布不發(fā)生變化。然而，在后部工序的膜形成工藝中處理溫度高的時候，存在著使已設(shè)定好了的雜質(zhì)分布狀態(tài)發(fā)生變化(比如說破壞陡峻的雜質(zhì)分布)的問題。
可是，當(dāng)降低后部工序中膜形成工藝的處理溫度時，又存在著不能形成良好的膜的問題。
此外，在高溫下的膜形成工藝中，除去會使雜質(zhì)層的分布狀態(tài)發(fā)生變化之外，還存在著對例如前部工序形成的氧化物層、氮化物層或者碳化物層等化合物層的分布產(chǎn)生不良影響的問題。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是使得現(xiàn)有技術(shù)中在高溫下進(jìn)行的膜形成工藝可以在低溫下完成。
本發(fā)明所涉及的第1種半導(dǎo)體裝置的制造方法是基于這一發(fā)現(xiàn)得到的通過一邊用電離放射線或光線照射一邊導(dǎo)入功能性氣體的辦法形成膜，就可以形成與現(xiàn)有技術(shù)在高溫下形成的膜一樣好的薄膜。
第1種半導(dǎo)體裝置的制造方法具備有在有雜質(zhì)層的半導(dǎo)體基片上，通過一邊在低于250℃的溫度下照射電離放射線或光線一邊導(dǎo)入功能性氣體而在上述半導(dǎo)體基片上形成膜的膜形成工序。
當(dāng)向半導(dǎo)體基片上一邊照射電離放射線或光線一邊導(dǎo)入功能性氣體時，由于電離放射線或光線把能量給予功能性氣體，在低于250℃的低溫下，功能性氣體與半導(dǎo)體基片的主要成分進(jìn)行反應(yīng)。
另外，由于膜是在低于250℃的低溫下形成的，故不會把半導(dǎo)體基片置于高溫之下，所以可以形成不影響半導(dǎo)體基片中雜質(zhì)分布的膜。
因此，可以在半導(dǎo)體基片上良好地形成不影響半導(dǎo)體基片中雜質(zhì)分布的膜。
在第1種半導(dǎo)體裝置的制造方法中，膜形成工序可以包括通過采用一邊向半導(dǎo)體基片中導(dǎo)入功能性氣體一邊對半導(dǎo)體基片的表面進(jìn)行電子束曝光的辦法在半導(dǎo)體基片上形成圖形化膜的工序。
由于在半導(dǎo)體基片的表面中，功能性氣體僅僅在被電子束曝光的區(qū)域與半導(dǎo)體基片的主要成分進(jìn)行反應(yīng)，故不需進(jìn)行刻蝕工序就可以在半導(dǎo)體基片上形成圖形化了的膜，所以，可以在半導(dǎo)體基片上形成可微細(xì)地進(jìn)行控制的圖形。
本發(fā)明所涉及的第2種半導(dǎo)體裝置的制造方法，具有通過在低于250℃的溫度下把電離放射線或光線照射到半導(dǎo)體基片上的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基片中去，在半導(dǎo)體基片上形成由與半導(dǎo)體基片的主要成分不同的原子或分子組成的層的層形成工序。
在照射電離放射線或光線的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基板之后，電離放射線或光線把能量傳給功能性氣體，故即便是在低于250℃的低溫下，功能性氣體也能與半導(dǎo)體基片的主要成分進(jìn)行反應(yīng)，所以可以良好地形成由與半導(dǎo)體基片主要成分不同的原子或分子組成的層。
此外，由于膜是在低于250℃的低溫下形成的，故不會把半導(dǎo)體基片置于高溫之下，功能性氣體的成分難于擴(kuò)散到半導(dǎo)體基片中去。所以，可以形成不影響半導(dǎo)體基片的晶體構(gòu)造的層。
因此，可以在半導(dǎo)體基片上良好地形成由與該半導(dǎo)體基片的主要成分不同的原子或分子組成的層而不影響半導(dǎo)體基板的晶體構(gòu)造。
在第2種半導(dǎo)體裝置的制造方法中，層形成工序可以包括通過在向半導(dǎo)體基片中導(dǎo)入功能氣體的同時對半導(dǎo)體基片的表面進(jìn)行電子束曝光而在半導(dǎo)體基片上形成圖形化層的工序。
這樣一來，由于可以在半導(dǎo)體基片上形成圖形化層而不需進(jìn)行刻蝕工序，故可以在半導(dǎo)體基片上形成可進(jìn)行微細(xì)控制的圖形。所以得以在半導(dǎo)體基片上形成可以微細(xì)地進(jìn)行控制的圖形。
本發(fā)明所涉及的第3種半導(dǎo)體裝置的制造方法是將上述知識應(yīng)用于制造MOS晶體管的一種方法，它包括下列工序1)雜質(zhì)層形成工序，通過在低于250℃的溫度下在照射電離射線或光線的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基片中去而在半導(dǎo)體基片上形成將成為溝道區(qū)域的雜質(zhì)層；2)絕緣層形成工序，通過在低于250℃的溫度下在照射電離射線或光線的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基片中去而在雜質(zhì)層上邊形成將成為柵極絕緣膜的絕緣層；3)形成導(dǎo)電層的工序，通過在低于250℃的溫度下在照射電離射線或光線的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基片中去，以此在絕緣層的上邊形成將構(gòu)成柵極電極的導(dǎo)電層；4)形成光刻膠圖形的工序，在低于250℃的溫度下在導(dǎo)電層上形成覆蓋柵極電極區(qū)域的光刻膠圖形；5)形成柵電極和柵絕緣膜的工序，在低于250℃的溫度下，通過以光刻膠圖形作為掩模對導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕的辦法形成由導(dǎo)電層構(gòu)成的柵極電極和由絕緣膜構(gòu)成的柵絕緣膜；6)形成溝道區(qū)的工序，在低于250℃的溫度下以上述柵極電極作為掩模對雜質(zhì)進(jìn)行刻蝕以形成由雜質(zhì)層形成的溝道區(qū)；7)源電極和漏電極形成工序，通過在250℃的溫度下在照射電離射線或光線的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基片中去而在半導(dǎo)體基片上的溝道區(qū)的兩側(cè)形成源電極和漏電極。
如此，由于形成構(gòu)成溝道區(qū)的雜質(zhì)層的工序，形成構(gòu)成柵極絕緣膜的絕緣層形成工序、構(gòu)成柵極電極的導(dǎo)電層的形成工序、光刻膠圖形形成工序、柵極電極和柵極絕緣膜的形成工序、溝道區(qū)的形成工序以及源極電極和漏極電極的形成工序等，任一道工序都是在低于250℃的溫度下進(jìn)行的，故可以在不影響各自的雜質(zhì)分布的情況下形成雜質(zhì)層、絕緣層和導(dǎo)電層。為此，得以在不影響各自的雜質(zhì)分布的情況下形成構(gòu)成MOS晶體管的由雜質(zhì)構(gòu)成的溝道區(qū)、由絕緣層構(gòu)成的柵數(shù)絕緣膜和由導(dǎo)電層構(gòu)成的柵極電極。所以可以按設(shè)計所要求制造出能夠高精度地進(jìn)行控制的MOS晶體管。
本發(fā)明所涉及的第4種半導(dǎo)體裝置的制造方法是基于這一發(fā)現(xiàn)得到的若一邊照射電離射線或光線一邊進(jìn)行外延生長，則在低溫下也可以良好地形成外延生長薄膜。
第4種半導(dǎo)體裝置的制造方法包括下列工序1)光刻膠圖形形成工序，在半導(dǎo)體基片上形成光刻膠圖形；2)生長膜形成工序，通過在低于250℃的溫度下在照射電離射線或光線的同時把功能性氣體導(dǎo)入半導(dǎo)體基片上，在半導(dǎo)體基片上形成外延生長薄膜；3)生長膜圖形形成工序，通過除去光刻膠形成由外延生長薄膜構(gòu)成的經(jīng)圖形化的生長膜。
第4種半導(dǎo)體裝置的制造方法由于在向半導(dǎo)體基片上照射電離射線或光線的同時導(dǎo)入功能性氣體，故電離射線或光線把能量傳給功能性氣體，因此可在低于250℃的低溫下進(jìn)行外延生長，因而可以在不給光刻膠圖形帶來損傷的情況下形成外延生長膜。因此，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中不可能進(jìn)行的僅在半導(dǎo)體基片上的指定區(qū)域進(jìn)行外延生長的工藝。
在第4種半導(dǎo)體裝置制造方法中，理想的是在生長膜形成工序中包含通過在整個面上進(jìn)行生長的覆蓋(blanket)外延生長法形成外延生長膜的工序、在生長膜圖形形成工序中包含通過先除去光刻膠圖形、然后除去該光刻膠圖形上的堆積物而在未形成該光刻膠圖形的區(qū)域上形成圖形化生長膜的工序。
在用覆蓋生長法形成外生長膜之后，在除掉光刻膠圖形時，由于附著于光刻膠圖形上的堆積物也將被除掉，故可以僅僅在半導(dǎo)體基片上未形成光刻膠圖形的區(qū)域上形成圖形化的生長膜。
在第4種半導(dǎo)體裝置制造方法中，理想的是在生長膜形成工序中包含用選擇生長法在上述未形成光刻膠圖形的區(qū)域形成外延生長膜的工序。
在用選擇生長法進(jìn)行外延生長時，由于可以僅僅在半導(dǎo)體基片上未形成光刻膠圖形的區(qū)域上形成外延生長膜，故不再需要除去光刻膠圖形上的堆積物的工序。


圖1是本發(fā)明的各實(shí)施例所用的半導(dǎo)體裝置的制造設(shè)備的剖面圖。
圖2(a)，(b)剖面圖給出了本發(fā)明的第3實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各個工序。
圖3(a)，(b)的剖面圖示出了本發(fā)明的第3實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各個制造工序。
圖4(a)，(6)的剖面圖示出了本發(fā)明的第4實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各個制造工序。
圖5(a)—(c)的各剖面圖示出了本發(fā)明的第5實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各個工序。
圖6(a)的剖面圖示出了本發(fā)明的第6實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序，圖6(b)的平面圖示出了上述第6實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的制造設(shè)備的剖面圖。
圖8的剖面圖示出了現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的制作方法。
圖9示出了在半導(dǎo)體基片中形成的雜質(zhì)層在深度方向上的雜質(zhì)分布。
以下對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1示出了本發(fā)明的各個實(shí)施例所使用的制造設(shè)備的剖面構(gòu)造。如圖1所示，該設(shè)備具有真空室10、基片保持臺14和排氣系統(tǒng)16。真空室10用不銹鋼或玻璃材料構(gòu)成，用于使內(nèi)部保持真空狀態(tài)?；３峙_14設(shè)置于真空室10之內(nèi)，用于放置保持半導(dǎo)體基片1。排氣系統(tǒng)16用于排除真空室10內(nèi)部的氣體。排氣系統(tǒng)16也可以用于使載置于基片保持臺14上的半導(dǎo)體基片1保持低溫，還可用于使真空室內(nèi)形成真空。
在圖1中，18是一種溫度控制裝置，用于把保持于基片保持臺14上的半導(dǎo)體基片1控制在從低溫(約低于250℃的溫度)到極低溫(低于-269℃的溫度)的溫度范圍之內(nèi)。該溫度控制裝置18具有氦貯存槽20、氮貯存槽22和加熱器24。氦貯存槽20用于貯存液氮，它放在基片保持臺14的正下方，用于冷卻基片保持臺14。氮貯存槽22設(shè)于上述氦貯存槽20的周圍，用于貯存液氮，液氮用于使氦貯存槽20與外部來的熱隔斷開。加熱器24用于使基片保持臺14升溫。此外，為了獲得良好的熱傳導(dǎo)，氦貯存槽20的頂部由例如銦等熱良導(dǎo)體制造。
此外，真空室10里還設(shè)有電離射線導(dǎo)入部件26和氣體導(dǎo)入部件28。電離射線導(dǎo)入部件26用于向真空室10內(nèi)導(dǎo)入由X線、γ射線、光線(包括紅外線、可見光、紫外線、真空紫外線等)或電子射線等組成的電離射線或光線。氣體導(dǎo)入部分28用于向真空室10內(nèi)導(dǎo)入各種功能性氣體。
以下，參照圖1對本發(fā)明的第1實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
首先，用和現(xiàn)有技術(shù)相同的方法，把由例如其內(nèi)部形成具有指定分布狀態(tài)的雜質(zhì)層的硅單晶構(gòu)成的半導(dǎo)體基片1放置在保持為約170℃的低溫下的基片保持臺14上。這時，真空室10內(nèi)的真空度保持在10-6—10-9乇。
下邊，對應(yīng)用上述制造設(shè)備在形成了雜質(zhì)層的半導(dǎo)體基片1上用外延生長法或淀積法形成指定薄膜的工序進(jìn)行說明。
作為一個例子，對在由硅形成的半導(dǎo)體基片1上外延生長硅單晶膜的方法進(jìn)行說明。在真空室10內(nèi)部的真空度保持為10-9乇、基片保持臺14的溫度保持為約-170℃的狀態(tài)下，在從氣體導(dǎo)入部件對導(dǎo)入Si2H6作為功能性氣體的同時，照射紫外線(比如波長為185nm)作為電離射線。這樣，在半導(dǎo)體基片1的上邊1分鐘同質(zhì)外延生長層厚約100nm的硅。
另外，真空室10的真空度、基片保持臺14的溫度、進(jìn)行照射的電離射線或光線的種類和照射強(qiáng)度等等可以由半導(dǎo)體基片1的物理性質(zhì)和雜質(zhì)層分布狀態(tài)的保持程度的設(shè)定等等進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?br> 這樣，在低溫下，例如在大約-170℃，在半導(dǎo)體基片1上外延生長單晶膜時，由于半導(dǎo)體基片1中的雜質(zhì)難于向半導(dǎo)體基片1中擴(kuò)散，故雜質(zhì)層中的原始雜質(zhì)分布(比如說陡峻的雜質(zhì)分布)就可以維持不變此外，作為另一例子，在由硅單晶形成的半導(dǎo)體基片1的表面上形成氧化膜的情況下，在真空室10的內(nèi)部真空度保持為10-9乇、基片保持臺14的溫度保持為約-170℃的狀態(tài)下，在作為功能性氣體從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入O2氣體、N2O氣體、O2和N2O的混合氣體或者O3氣體的同時，用同步加速器輻射以50mW/cm2的強(qiáng)度照射波長約100nm的X射線。
還有，作為另一個例子，在由硅形成的半導(dǎo)體基片1的表面上形成氯化膜的情況下，在真空室10的內(nèi)部真空度保持為10-9乇、基片保持臺14的溫度保持為約-170℃的狀態(tài)下，作為氣體導(dǎo)入N2氣體或者NH4氣體。在由硅形成的半導(dǎo)體基片1的表面形成碳化膜時，在真空室10的內(nèi)部真空度保持為10-9乇、基片保持臺的溫度保持為約-170℃的狀態(tài)下，作為功能性氣體，導(dǎo)入CH4氣體或者C2H6氣體。
還有，作為電離射線或光線，不用X射線代之以用γ射線、光線(可見光線、紅外光線、紫外光線、真空紫外光線)或者電子射線進(jìn)行照射也可獲得同樣的效果。
下邊，對本發(fā)明的第2實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
在制造半導(dǎo)體裝置的情況下，比如說有必要在由純半導(dǎo)體單晶形成的半導(dǎo)體基片的表面上，形成組成與半導(dǎo)體基片的主要成分不同的膜而不影響半導(dǎo)體基片的晶體結(jié)構(gòu)。第2實(shí)施例講的就是這樣一種方法在半導(dǎo)體基片的表面上形成由與半導(dǎo)體基片的主要成分不同的成分構(gòu)成的膜(例如雜質(zhì)層、氧化膜或者電極)而不影響半導(dǎo)體基片的晶體結(jié)構(gòu)。
把半導(dǎo)體基片1置于保持為大約-170℃的低溫的基片保持臺14上、并把真空室10內(nèi)部的真空度保持10-6—10-9乇的狀態(tài)下，一邊從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入功能性氣體一邊照射電離射線或者光線。這樣，就將在半導(dǎo)體基片1上邊異質(zhì)外延生長由功能性氣體中所含的原子或分子組成的薄膜。因此，在半導(dǎo)體基片1上形成了由與該半導(dǎo)體基片1的主要成分不同的原子或分子組成的薄膜。在這種情況下，由于一邊照射電離射線或光線一邊導(dǎo)入功能性氣體，故盡管是在大約-170℃的低溫下，也能在半導(dǎo)體基片1的上邊外延生成由功能性氣體中所含的分子或原子組成的膜。另外，由于是在低溫下進(jìn)行外延生長，故可以在半導(dǎo)體基片1上形成由與該半導(dǎo)體基片1的主要成分不同的成分組成的膜而不影響半導(dǎo)體基片1的單晶結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)楣δ苄詺怏w中所含的原子或分子不向半導(dǎo)體基片1中擴(kuò)散。
作為一個例子，對在由硅單晶構(gòu)成的半導(dǎo)體基片1上邊外延生長由硼構(gòu)成的雜質(zhì)層的情況進(jìn)行說明。將真空室10內(nèi)部的真空度保持為10-9乇、基片保持臺14的溫度保持為大約-170℃的狀態(tài)下，作為功能性氣體從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入B2H6的同時，照射作為電離射線的紫外線(例如波長185nm)。真空室10的真空度、基片保持臺14的溫度、進(jìn)行照射的電離射線或光線的種類或照射強(qiáng)度等等可根據(jù)半導(dǎo)體基片1的物理性質(zhì)以及雜質(zhì)層的分布狀態(tài)的保持程度的設(shè)定等進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?br> 上述第2實(shí)施例是在整個半導(dǎo)體基片上整個面地形成薄膜的情況，但是代之以在半導(dǎo)體基片上形成網(wǎng)格狀的薄膜時，本發(fā)明也可以應(yīng)用。
在半導(dǎo)體基片上形成網(wǎng)格狀的薄膜的情況下，在把真空室10內(nèi)部的真空度保持在10-9乇、基片保持臺14的溫度保持在大約-170℃的狀態(tài)下，從氣體導(dǎo)入部件28向真空室10內(nèi)導(dǎo)入低濃度的功能性氣體。這樣，由于在半導(dǎo)體基片1的上邊排列上數(shù)量受限定的原子或分子，故可以使半導(dǎo)體基片1的晶格排列不是以密密地埋入的形式而是以跳過若干個晶格位置的網(wǎng)格狀的形式在半導(dǎo)體基片1的上邊形成網(wǎng)格格狀的薄膜。
其次，對在形成于半導(dǎo)體基片1表面上的雜質(zhì)層之上外延生長由半導(dǎo)體單晶構(gòu)成的膜而不影響該雜質(zhì)層狀態(tài)的工序進(jìn)行說明。這樣的工序在MOSFET等的制造工藝中是必要的，采用降低這一制造工藝的溫度的辦法，在半導(dǎo)體基片1的上邊就可以形成外延生長膜而不影響半導(dǎo)體基片1的晶體結(jié)構(gòu)和在半導(dǎo)體基片1上形成的雜質(zhì)層的分布。
作為一個例子，對在半導(dǎo)體基片1上的雜質(zhì)層上外延生長由硅單晶組成的硅膜的情況進(jìn)行說明。在真空室10的內(nèi)部真空度保持在10-9乇、基片保持臺14的溫度保持在大約-170℃的狀態(tài)下，作為功能性氣體從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入Si2H6的同時照射作為電離射線的紫外線(例如波長185nm)。這樣，在雜質(zhì)層上邊由硅單晶組成的硅膜以每分鐘約100nm進(jìn)行異質(zhì)外延生長。此外，真空室10的真空度、基片保持臺14的溫度、進(jìn)行照射的電離射線或光線的種類和照射強(qiáng)度等可以根據(jù)半導(dǎo)體基片1的物理性質(zhì)和雜質(zhì)層的分布狀態(tài)的保持程度的設(shè)定進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?br> 接下來，對在硅膜的表面部上形成氧化膜而不影響半導(dǎo)體基片1的晶體結(jié)構(gòu)以及在該半導(dǎo)體基片1表面上形成的雜質(zhì)層的分布的工序進(jìn)行說明。
在真空室10的內(nèi)部真空度保持在10-9乇、基片保持臺14的溫度保持在約-170℃的狀態(tài)下，作為功能性氣體，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入O2氣體、N2O氣體、O2和N2O的混合氣體或者O3氣體的同時，通過同步加速器輻射以50mW/cm2的強(qiáng)度照射波長約100nm左右的X射線。
此外，在上述雜質(zhì)層之上不形成硅氧化膜而代之以形成硅氧化膜或者硅碳化膜的情況下，在真空室10的內(nèi)部真空度保持在10-9乇、基片保持臺14的溫度保持在約-170℃的狀態(tài)下，導(dǎo)入作為功能性能氣體的N2氣體或者NH4氣體，或?qū)胱鳛楣δ苄詺怏w的CH4氣體或者C2H6氣體。
還有，作為電離射線或光線，不用X射線而用γ射線、光線(可見光線、紅外光線、紫外光線、真空紫外光線)進(jìn)行照射，或者用電子射線進(jìn)行照射也可得到同樣的效果。
以下，說明本發(fā)明的第3實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法。通過應(yīng)用上述第1或第2實(shí)施例，可以制造各種先進(jìn)的器件比如說MOS晶體管。第3實(shí)施例是一種MOS晶體管的制造方法，這種方法不影響在半導(dǎo)體基片中已形成的雜質(zhì)層的分布。
首先把由硅單晶組成的半導(dǎo)體基片1置于保持在約-170℃的低溫下的基片保持臺14上。這時，真空室10內(nèi)保持10-6—10-9乇的真空度。
其次，在真空室10內(nèi)的真空度保持為10-9乇、基片保持臺14的溫度保持為約-170℃的狀態(tài)下，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入作為功能性氣體的B2H6的同時，照射以作為電離射線的紫外線(例如波長為185nm)。這樣，如圖2(a)所示，硼就在半導(dǎo)體基片1的表面上進(jìn)行異質(zhì)外延生長而形成P型雜質(zhì)層30A。
接著，在真空室10內(nèi)的真空度保持為10-9乇、保持基片保持臺14的溫度為約-170℃的狀態(tài)下，在從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入Si2H6作為功能性氣體的同時，把紫外線(例如波長為185nm)用作電離射線進(jìn)行照射。這樣，就在P型雜質(zhì)層30A的上邊外延生長硅單晶膜31A而不影響該P(yáng)型雜質(zhì)層30A的分布狀態(tài)。
在保持真空室10內(nèi)的真空度為10-9乇、保持基片保持臺14的溫度為約-170℃的狀態(tài)下，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入O2氣體、N2O氣體、O2和N2O的混合氣體或者O3氣體作為功能性氣體，同時，通過同步加速器輻射以50mW/cm2的強(qiáng)度照射波長約100nm左右的X射線。這樣一來，就把單晶膜31A氧化、在硅單晶膜31A的表面部分形成了硅氧化膜32A而不影響P型雜質(zhì)層30A的排列狀態(tài)。此外，在不形成硅氧化膜32A而形成硅氮化膜的情況下，則導(dǎo)入N2或NH4作為功能性氣體；而在要形成碳化硅膜的情況下，則導(dǎo)入CH4或C2H6作為功能性氣體。再有，不用X射線而用γ射線、光線(可見光、紅外光、紫外光、真空紫外光)或者電子射線110進(jìn)行照射，也可以獲得同樣的效果。
接著，在保持真空室10內(nèi)的真空度為10-9乇、保持基片保持臺14的溫度約為-170℃的狀態(tài)下，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入SiH4氣體作為功能氣體，同時把紫外線(例如波長185nm)作為電離氣體進(jìn)行照射。這樣一來，就在硅氧化膜32A上淀積上丁硅膜33A。
其次，在保持真空室10內(nèi)的真空度為10-4乇、保持基片保持臺14的溫度為約—170℃的狀態(tài)下，向硅膜33A中離子注入雜質(zhì)(例如磷)，使硅膜33A具有導(dǎo)電性。
接著，在保持基片保持臺14的溫度為約170℃的狀態(tài)下，在硅膜33A上邊形成光刻膠34之后，以該光刻膠34為掩模對硅膜33A和硅氧化膜32A進(jìn)行干法刻蝕。以此，如圖2(b)所示，形成柵極電極33B和柵極絕緣膜32B。之后，以柵極電極33B為掩模對硅單晶膜31A和P型雜質(zhì)層30A進(jìn)形干法刻蝕，用這種辦法，如圖3(a)所示，形成本征層31B和溝道層30B。
其后，在保持真空室10內(nèi)的真空度為10-9乇、保持基片保持臺14的溫度為約-170℃的狀態(tài)下，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入Si2H6作為功能性氣體，同時把紫外線(例如波長185nm)作為電離射線進(jìn)行照射從而生長出硅單晶膜，之后，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入O2氣體、N2O氣體、O2和N2O氣體的混合氣體或者O3氣體作為功能性氣體，同時通過同步加速器輻射以50mW/cm2的強(qiáng)度照射波長約為100nm左右的X射線，使上述硅單晶膜氧化形成硅氧化膜。之后，通過對硅氧化膜進(jìn)行干法腐蝕，如圖3(b)所示，在柵極電極33B的各個側(cè)面上形成側(cè)壁35。
此后，在保持真空室10內(nèi)的真空度為10-9乇、保持基片保持臺14的溫度為約-170℃的狀態(tài)下，從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入SiH4氣體作為功能性氣體，同時把紫外線(例如波長185nm)用作電離射線進(jìn)行照射，在半導(dǎo)體基片上邊淀積硅膜之后，向該硅膜離子注入雜質(zhì)(例如磷)，以便硅膜其有導(dǎo)電性，如圖3(b)所示，在形成源、漏極電極36后就制得了MOS晶體管。
再者，在源、漏極電極36由例如含硅的鋁等金屬膜形成時，通過一邊在低溫下照射適當(dāng)?shù)碾婋x射線或光線一邊導(dǎo)入含有所需金屬元素的氣體管(包括金屬的蒸氣)。如以上說明的那樣，若采用第3實(shí)施例的辦法，由于一直是在低溫下制造MOS晶體管，故可獲得高精度的MOS晶體管而不影響由P型雜質(zhì)層30A形成的溝道層30B、由硅氧化膜32A形成的柵極絕緣膜32B以及由硅膜33A形成的柵極電極33B的排列狀態(tài)。
下邊，對本發(fā)明的第4或第5實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。由于一般說來感光性光刻膠耐熱性低，故現(xiàn)有技術(shù)不可能利用在半導(dǎo)體基片上形成的光刻膠在半導(dǎo)體基片上進(jìn)行外延生長。然而，如果一邊照射電離射線或光線一邊進(jìn)行外延生長，則即使在低溫下，例如在低于250℃的低溫下，也可以良好地進(jìn)行外延生長。以下，對在第4實(shí)施例中用在整個面上進(jìn)行外延生長的覆蓋生長法形成外延膜的情況進(jìn)行說明，并對在第5實(shí)施例中用選擇生長法形成外延膜的情況進(jìn)行說明。
首先第4和第5實(shí)施例中所用的光刻膠材料。在上述兩實(shí)施例中所用的光刻膠材料以酚醛樹脂、亞硝基系樹脂、苯酚系樹脂、苯乙烯系樹脂、苯乙烯順丁烯二酸系樹脂、或者四甲基銨氫化氧化物(tetra—methyl—anmonium,—hydro—oxide)等樹脂為基料，再給該基料配以感光劑。
以下，參照圖4對本發(fā)明的第4實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。而且，在第4實(shí)施例中，真空室10內(nèi)的真空度、基片保持臺14的溫度以及從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入的功能性氣體的種類和第1—第3實(shí)施例基本相同，故略去對它們的說明。
首先，如圖4所示，在真空和低溫下，于半導(dǎo)體基片1上形成由上述光刻膠材料組成且在指定區(qū)域有開口部位40a的光刻膠40。
接著，在真空和低溫下對半導(dǎo)體基片1照射電離射線或者光線，同時在半導(dǎo)體基片1上進(jìn)行覆蓋外延生長。這樣一來，就在面對半導(dǎo)體基片1上光刻膠40的開口部位40a的區(qū)域上形成了由所需單晶組成的外延生長膜41，但是在光刻膠40的上邊卻并不生長單晶，而是附著有由功能性氣體中所含成分形成的淀積物。
接著，用CMP、化學(xué)機(jī)械研磨而除掉光刻膠40上邊的淀積物42。如此，如圖4(c)所示，光刻膠40就露了出來，故用例如氧等離子體把露出來的光刻膠灰化后除掉。這樣，如圖4(d)所示，僅僅在面對半導(dǎo)體基片1上的光刻膠40的開口部位40a的區(qū)域上留下了外延生長膜。因此，若應(yīng)用第4實(shí)施例，就可以把光刻膠40用作選擇工藝的掩模材料，在低溫下選擇性地外延生長單晶。
再有，在把X射線或伽瑪射線用作電離射線或者光線的情況下，理想的情況是把具有與進(jìn)行照射的能量相對應(yīng)的吸收端的金屬混入光刻膠材料中使之發(fā)揮掩模效果。
下邊，參照圖5對本發(fā)明的第5實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。在第5實(shí)施例中，真空室10內(nèi)的真空度、基片保持臺14的溫度以及從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入的功能性氣體的種類等和第1—第3實(shí)施例基本上相同，故免予說明。
首先，如圖5(a)所示，在半導(dǎo)體基片1的上邊形成由上述光刻膠材料組成且在指定區(qū)域上具有開口部位40a的光刻膠40之后，一邊在真空和低溫下照射電離射線或光線，一邊在半導(dǎo)體基片1上選擇性地進(jìn)行外延生長。這樣，如圖5(b)所示，就僅僅在面對半導(dǎo)體基片1上的光刻膠40的開口部位40a的區(qū)域上形成了由單晶組成的外延生長膜41。
接著，在用例如氧等離子體灰化除掉光刻膠40后，如圖5(c)所示，就僅在面對半導(dǎo)體基片1上邊的光刻膠40的開口部位40a的區(qū)域上留下了外延生長膜41。于是，若應(yīng)用第5實(shí)施例的方法，就可以把光刻膠40用作選擇工序的掩模材料并在低溫下選擇性地生長單晶。
下邊，參照圖6對本發(fā)明的第6實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。
還有，在第6實(shí)施例中，真空室10內(nèi)的真空度、基片保持臺14的溫度以及從氣體導(dǎo)入部件28導(dǎo)入的功能性氣體的種類基本上和第1—第3實(shí)施例相同，故免予說明。
首先，如圖6a所示，在真空和低溫下一邊照射電離射線或光線一邊導(dǎo)入工藝所需的功能性氣體45，同時，對在半導(dǎo)體基片1上將要形成雜質(zhì)層、氧化膜或者電極的區(qū)域用電子束(EB)曝光機(jī)照射電子束46。這樣，僅在半導(dǎo)體基片1的表面上被電子束照射過的區(qū)域上發(fā)生構(gòu)成半導(dǎo)體基片1的材料和功能性氣體45的成分的反應(yīng)，并如圖6(b)所示，形成了所希望的雜質(zhì)層、氧化膜或者電極圖形47。
在第6實(shí)施例中，由于用電子束46對半導(dǎo)體基片1進(jìn)行局部性地激勵，所以可在低溫下形成膜，在低溫下形成膜是本發(fā)明的特征。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括膜形成工序，用于在低于250℃的溫度下通過一邊在有雜質(zhì)層的半導(dǎo)體基片上照射電離射線或光線一邊導(dǎo)入功能性氣體，在上述半導(dǎo)體基片上形成膜。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，上述膜形成工序包括通過一邊向半導(dǎo)體基片導(dǎo)入功能性氣體一邊在半導(dǎo)體基片的表面上進(jìn)行電子束曝光而在半導(dǎo)體基片上形成圖形化膜的工序。
3.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括層形成工序，用于通過在低于250℃的溫度下一邊向半導(dǎo)體基片上照射電離射線或者光線一邊導(dǎo)入功能性氣體，在半導(dǎo)體基片上形成由與半導(dǎo)體基片的主要成分不同的原子或分子組成的層。
4.如權(quán)利要求3的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，上述層形成工序包括通過一邊向半導(dǎo)體基片上導(dǎo)入功能性氣體一邊對半導(dǎo)體基片的表面進(jìn)行電子射線曝光而在半導(dǎo)體基片上形成圖形化層的工序。
5.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括下列步驟通過在低于250℃的溫度下一邊向半導(dǎo)體基片照射電離射線或光線、一邊導(dǎo)入功能性氣體而在半導(dǎo)體基片上形成將成為溝道區(qū)的雜質(zhì)層的工序；通過在低于250℃的溫度下一邊向半導(dǎo)體基片照射電離射線或光線、一邊導(dǎo)入功能性氣體而在上述雜質(zhì)層上邊形成將成為柵極絕緣膜的絕緣層的工序；通過在低于250℃的溫度下一邊向半導(dǎo)體基片照射電離射線或光線、一邊導(dǎo)入功能性氣體而在上述絕緣層上形成將成為柵極電極的導(dǎo)電層的工序；在低于250℃的溫度下，在上述導(dǎo)電層的上邊形成覆蓋柵極形成區(qū)的光刻膠圖形的工序；在低于250℃的溫度下，通過以上述光刻膠圖形為掩模對上述導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕形成由上述導(dǎo)電層構(gòu)成的柵極電極和由上述絕緣層構(gòu)成的柵極絕緣膜的工序；在低于250℃的溫度下，通過以上述柵極電極為掩模對上述雜質(zhì)層進(jìn)行刻蝕形成由上述雜質(zhì)層構(gòu)成的溝道區(qū)的工序；和在低于250℃的溫度下，通過一邊向半導(dǎo)體基片照射電離射線或光線一邊導(dǎo)入功能性氣體而在半導(dǎo)體基片上的上述溝道區(qū)兩側(cè)形成源極電極和漏極電極的工序。
6.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括下述工序在半導(dǎo)體基片上形成光刻膠圖形的光刻膠圖形形成工序；在低于250℃的溫度下，通過一邊向半導(dǎo)體基片照射電離射線一邊導(dǎo)入功能性氣體而在半導(dǎo)體基片上形成外延生長膜的生長膜形成工序；通過除去上述光刻膠圖形形成由上述外延生長膜構(gòu)成的圖形化生長膜的生長膜圖形形成工序。
7.如權(quán)利要求6的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述生長膜形成工序包括用在整個面上進(jìn)行生長的覆蓋生長法形成上述外延生長膜的工序；所述生長膜圖形形成工序包括通過除掉上述光刻膠圖形而除掉該光刻膠上的淀積物，在未曾形成該光刻膠圖形的區(qū)域形成圖形化生長膜的工序。
8.如權(quán)利要求6的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述生長膜形成工序包括用選擇生長法在未形成上述光刻膠圖形的區(qū)域上形成上述外延生長膜的工序。
全文摘要
通過在低于250℃的溫度下一邊向半導(dǎo)體基片1照射電離射線或光線一邊導(dǎo)入適當(dāng)?shù)墓δ苄詺怏w，在半導(dǎo)體基片上依次形成P型雜質(zhì)層、硅單晶層、硅氧化膜和硅膜。在低于250℃的溫度下，以硅膜上形成的光刻膠為掩模進(jìn)行刻蝕形成由硅氧化膜構(gòu)成的柵電極B和柵極絕緣膜。之后以柵電極為掩模進(jìn)行刻蝕，形成由P型雜質(zhì)層構(gòu)成的溝道區(qū)域。通過在低于250℃的溫度下邊照射電離射線或光線邊導(dǎo)入適當(dāng)?shù)臍怏w，在柵極側(cè)面上形成源、漏電極。
文檔編號H01L21/316GK1121260SQ9510602
公開日1996年4月24日 申請日期1995年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月16日
發(fā)明者水野文二, 岡田健治, 中山一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社