JPH05211127A - プラズマ強化化学気相成長法 - Google Patents

プラズマ強化化学気相成長法

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JPH05211127A JP4203368A JP20336892A JPH05211127A JP H05211127 A JPH05211127 A JP H05211127A JP 4203368 A JP4203368 A JP 4203368A JP 20336892 A JP20336892 A JP 20336892A JP H05211127 A JPH05211127 A JP H05211127A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規なプラズマ強化化学気相成長法を提供す
る。 【構成】 シリコン受容表面領域を有する基板を、プラ
ズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバに保持
し、少なくとも１つのタイミング・パルスのシランガス
含有プラズマを生成するように予め定められた時間およ
び時間間隔の不連続シランガス・フローを与え、シリコ
ン薄層を基板の受容領域に堆積させる。このシリコン薄
層を、短い堆積時間サイクルの間水素ガス・プラズマに
暴露し、シリコン層に改変させる。繰り返されるシラン
ガスの時間パルスおよび連続水素プラズマ暴露サイクル
は、パターン化された基板の予め定められた受容領域上
でシリコンの選択的堆積を引き起こす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素およびシランガス
・プラズマを用いた低基板温度の基板へのシリコンの、
制御されたプラズマ強化化学気相成長および表面改変に
関し、特に、好適な実施例によると、基板の予め意図さ
れた領域にシリコンを堆積させ成長させる、半導体デバ
イス製造のようなプロセスの際に、基板の予め定められ
た第１の表面領域でシリコンを選択的に堆積させ改変
し、基板の意図しない第２の表面領域へのシリコンの集
積を妨げることに関する。
【０００２】
【従来技術および解決すべき課題】種々の電子半導体デ
バイス構造において、低基板温度（３００℃未満）での
非晶質シリコン，微晶質シリコン，多結晶シリコンおよ
び／またはエピタキシャルシリコンのようなシリコンの
堆積に対し、プラズマ強化化学気相成長法（Ｐｌａｓｍ
ａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）プロセスはよく
知られている。また、大気圧および低圧化学気相成長
法、および超高真空化学気相成長法は、ポリシリコンお
よびエピタキシャルシリコン堆積に対して、より高い温
度で使用される。
【０００３】塩素化シランおよび超高純度ガスを用い
て、６００℃以上の温度でエピタキシャル成長により基
板の所定の領域にシリコンを選択的に堆積させることが
知られており、次の文献を参照できる：Ｔ．Ｏ． Ｓｅ
ｄｇｗｉｃｋ他によるＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．５４， Ｎｏ．２６，ｐ
ｐ．２６８９〜２６９１（１９８９），“Ｌｏｗ Ｔｅ
ｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｐｉｔａｘ
ｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔ
Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ”。このよ
うなプロセスは高温，塩素化シラン，および所定の基板
の使用に限定される。高温要件は、このようなプロセス
の応用を制限するが、低温プロセスは、例えば、非晶質
シリコン技術に応用でき、すなわち、小寸法のシリコン
デバイスにおけるドーパントの拡散を制限することがで
きる。
【０００４】プラズマ強化化学気相成長プロセスにおい
て、次の方法が知られている。すなわち、マルチプラズ
マゾーン装置内で基板を回転させ、プラズマを含んでい
ない外部チャンバで取り囲んだ水素プラズマおよび水
素：シラン・プラズマの空間的に分離しているゾーンに
対して基板を暴露し、基板をシランプラズマに暴露し、
シリコンを基板上に堆積させ、堆積シリコンを水素プラ
ズマに暴露し、シリコン表面をパッシベートすなわち改
変し、プラズマ暴露物を、基板の回転によりそれぞれの
プラズマへの暴露から分離する。堆積の成長速度へのエ
ッチングの影響はごくわずかであり、選択的堆積は示さ
れていない。次の２文献を参照する。すなわち、Ａ．
Ａｓａｎｏ他によるＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．６５， Ｎｏ．６， １
９８９年３月１５日， ｐｐ．２４３９〜２９４４，
“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｐｈ
ｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅ
ｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉ
ｄｅ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ａ ｍｕｌｔｉｐｌａｓ
ｍａ−ｚｏｎｅ ａｐｐａｒａｔｕｓ”、および、Ａ．
ＡｓａｎｏによるＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．５６， Ｎｏ．６， ｐ
ｐ．５３３〜５３５， １９９０年２月５日， “Ｅｆ
ｆｅｃｔｓｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ａｔｏｍｓ ｏｎ
ｔｈｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ
Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ａ
ｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ”。
【０００５】Ａｓａｎｏによって開示されたプロセス
は、１以上の欠点があるが、その欠点は本発明により回
避される。Ａｓａｎｏにより用いられた基板回転装置
は、複雑であり、酸素のような汚染物を発生すると思わ
れ、動作が遅い。より重要なことには、Ａｓａｎｏプロ
セスはそれぞれの堆積および表面改変暴露の後にプラズ
マゾーンから基板を除去し、それによってエッチング，
水素ラジカル支援ＣＶＤ堆積膜成長，結晶化のための広
範囲再配置，微晶質シリカの形成等のような、水素プラ
ズマへの暴露によって発生する表面反応を妨げる。
【０００６】微晶質のシリコン：水素：フッ素を、結晶
質およびポリシリコン表面に堆積させ、熱せられたシリ
カ側壁には堆積させず、プラズマ強化ＣＶＤプロセスに
おいてセルフアラインＴＦＴ構造を形成することも知ら
れており、次の文献を参照できる：Ｋ． Ｂａｅｒｔ他
によるＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃ
ｉｅｔｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ， Ｖｏｌ．１６
４， ｐｐ．３５９〜３６４ （１９９０）， “Ｓｅ
ｌｅｃｔｉｖｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ＯｆＮ+ Ｄ
ｏｐｅｄ ＭＣ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ Ｂｙ ＲＦ Ｐｌａｓ
ｍａ ＣＶＤＯｎ Ｓｉ Ａｎｄ ＳｉＯ2 Ｓｕｂｓ
ｔｒａｔｅｓ”。このようなプロセスは、約３００℃、
すなわち３１５〜３３０℃の温度下での、ＳｉＦ4 によ
るエッチング対ＳｉＨ4 による堆積のバランスをとって
いる。ＳｉＦ4 はＳｉＯ2 のかなりのエッチングを引き
起こし、従って望ましくない。また、約３００℃以下、
好適には２５０℃の温度領域で、選択的堆積を発生さ
せ、その技術を非晶質シリコン基板に応用することがで
きることが望ましい。
【０００７】基板にシリコンを堆積させる従来の技術
は、１以上の欠点を持ち、フッ化ガス種の使用を必要と
せずに水素およびシランガス・プラズマのみを用いる従
来のＰＥＣＶＤシステムにおいて、３００℃以下の低温
で基板の予め定められた領域上にシリコンを選択的に堆
積するには、それらの技術では満足いく結果を得ること
はできない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、新規なプラズ
マ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法に関し、この成長
法は、水素ガスの連続フローを受けるプラズマゾーンへ
のシランガスのフローを時間調整して、堆積および表面
改変反応を分離し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）半導体
デバイスを製造する際に、モリブデンまたはＩＴＯ（酸
化インジウム・スズ）表面のような種々の表面上に、シ
リコン層を堆積させ改変する。本発明の成長法は、約３
００℃未満という低温であって、好ましくは２５０℃の
適切な基板を備えた堆積チャンバ内の水素含有プラズマ
へのシランガスのフローを時間調整して、ＰＥＣＶＤプ
ロセスの堆積および表面改変反応を分離し、シランガス
・パルスの供給の際、前記表面、または、前記表面の予
め定められた所望の領域上にのみ選択的に、シリコン薄
層を堆積させ、堆積チャンバに対してシランガス・フロ
ーが中断される交替時間に、シリコン膜堆積の表面改変
を行わせ、処理された表面の性質、および、交替時間に
依存するいくつかの異なる方法のいずれかによって、水
素ガスが表面に影響することを可能にすることを特徴と
している。例えば表面をエッチング，結晶化，表面水素
化，表面再構成，および結合歪み緩和の少なくとも１つ
によって改変する。
【０００９】好適な実施例によると、シラン・パルスの
時間を制限し、かつ、基板が水素で処理される交替時間
を制御するか、またはそのどちらか一方を行って、ｃ−
シリコン，モリブデン等の金属，酸化タンタル，ＩＴ
Ｏ，７０５９ガラス（コーニング社製），基板のプラズ
マ堆積微晶質シリコンの領域，または多結晶シリコン領
域のような所望の領域に選択的にシリコンを堆積させ、
溶融シリカ，プラズマ堆積窒化シリコン，７０５９ガラ
ス，熱堆積シリカ等のような、異なる組成の意図しない
他の領域には堆積させないことが可能である。また、水
素が意図しない領域内のシリコン堆積表面に影響を及ぼ
し、連続シリコン堆積を促進し、多結晶粒子構造の形成
を行わせることは明らかである。このようにして、本発
明の調整プロセスは、基板の予め定められた選択的領域
へのシリコン薄層の堆積および集積を可能にし、異なる
組成の隣接領域へのシリコンの集積を妨げる。
【００１０】
【実施例】本発明は次のような発見を含んでいる。すな
わち、シリコン膜は基板の予め定められた表面領域に堆
積させ改変することができ、好適な実施例によれば、基
板の異なる組成の領域に対する選択性が得られ制御でき
るのは、シランガスが調整される連続水素プラズマに基
板を暴露することと、ガス調整時間を制御して、異なる
組成の隣接領域に堆積またはエッチング可能な堆積のな
い予め定められた第１の領域にシリコンの選択的堆積を
発生させる工程に対してシリコンプラズマ堆積時間を制
限し、および、水素と反応させ、微晶質シリコン層のよ
うな堆積シリコンを改変する交替水素プラズマ時間を与
え、基板の隣接領域へのシリコン層の堆積を妨げること
とによる。こうして、シリコンの堆積反応および水素の
改変反応は、次のようにして、分離され、独立に制御さ
れる。すなわち、堆積チャンバ内で連続水素プラズマを
保持することと、および、約３００℃未満の低温で、約
２０〜１００Ｗの適切なＲＦ電力の存在下で、堆積チャ
ンバ内に存在する複数領域基板の予め定められた分離領
域へのシリコン・コーティングの選択堆積および集積を
発生させる予め定められた時間の間、前記チャンバへの
シランガスの供給および非供給の時間を、時間調整する
ことによって独立に制御される。水素フローは不連続で
あってもよい。これにより、連続的かつ独立に制御され
る堆積と、表面処理または表面改変工程とを生成し、Ｐ
ＥＣＶＤプロセスに原子レベルの新しい制御の方法を与
える。
【００１１】結晶シリコン（非ドープまたは、ホスフィ
ンをドープしたｎ型結晶シリコン）、溶融シリカ、多結
晶，非晶質，微晶質，および単結晶のシリコン、熱堆積
シリカ、プラズマ堆積窒化シリコン、熱堆積窒化シリコ
ン、低温ガラス、プラズマ堆積二酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化タンタ
ル、モリブデンのような金属，および他の表面を含む種
々の基板表面において、調整条件を変化させることによ
り、膜堆積，改変，選択性を制御することができる。そ
して、多結晶，非晶質，微晶質，単結晶のシリコンが生
成される。例えば、堆積を、ｃ−シリコンの表面領域上
で選択的に発生させ、７０５９ガラスおよび熱堆積二酸
化シリコンの隣接表面領域上への堆積を回避させること
ができ、また、堆積を、７０５９ガラスのような異なる
組成の表面領域上に選択的に発生させ、ＰＥＣＶＤ二酸
化シリコンの隣接表面領域上への堆積を回避させること
ができ、その隣接領域は種々の基板表面に標準技術によ
りパターン化することができる。このプロセスは４００
℃未満、好適には約２５０℃という比較的低い温度の使
用を可能にし、シリコンデバイス技術に有利である。選
択的プロセスは、例えば、セルフアライン構造を形成し
てパターニングおよびエッチング工程を削除するデバイ
ス製造には魅力的であり、あるいは、コンタクト，半導
体，およびゲート絶縁体層を含む完全なデバイス形成
を、一回のＰＥＣＶＤポンプダウン操作で行うことがで
きる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造の製造に対し魅力
的である。
【００１２】このプロセスは、直径２８ｃｍ（面積６１
５ｃｍ2 ），間隔２ｃｍの電極を有する従来のＰＥＣＶ
Ｄ平行プレート・リアクタと連携して行われる。堆積チ
ャンバは、水素およびシランガスが質量流量コントロー
ラを含むダクトを通じて供給される放射状のガスフロー
・システムを備えている。バルブ付きガスラインを、質
量流量コントローラの下流のダクトに接続し、調整され
たシランガスフローを、水素ガスの連続フローを妨害す
ることなく、かつガス噴出を引き起こすことなく、ダク
トに供給する。シランガス・バルブは好適には、種々の
電子タイミング回路に関連した電気的制御ソレノイド切
換バルブであり、処理される複数領域基板の特性に依存
した予め定められた種々の時間の間、シランガスのダク
トおよび堆積チャンバへの自動供給を可能とする。交替
の非供給時間の間、シランガス・フローはプロセス・ポ
ンプに切り換えられる。
【００１３】電極へのＲＦ電力供給は、プログラマブル
でもあり、供給の時間調整を可能とする。例えば、膜堆
積が開始される前に、８０〜４００ｍＷ／ｃｍ2 （１１
５Ｗ〜５７０Ｗ）のＲＦ電力供給で、１〜１０分間、基
板を水素プラズマ前処理するのが好適である。その前処
理により、基板から汚れを除去することが可能である。
堆積サイクルの際、ＲＦ電力供給は、一般的に約４００
ｍＴｏｒｒの圧力下で約２０〜１００ワットに保持され
る。
【００１４】膜堆積条件は、処理される基板の異なる表
面領域の組成によっていく分変化する。典型的な条件
は、水素ガスの流量が１００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒ
ｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉ
ｎｕｔｅ）、シラン（ＳｉＨ4）ガス流量が約５ｓｃｃ
ｍ，基板温度が約３００℃，ＲＦ電力が約２０〜１００
ワット，圧力が約３００ｍＴｏｒｒである。堆積チャン
バへの水素ガス・フローは、連続的であり、堆積チャン
バへのシランガス・フローは、基板組成によって所定の
オンおよびオフ時間のように断続的である。
【００１５】図１は、ｎ型結晶シリコン（１１１）およ
び溶融シリカの隣接領域を含む基板、より具体的には、
プラズマ堆積シリカの表面層によって被覆され、その上
に従来のフォトリソグラフィまたは他の手段によって１
０ミクロンまでの寸法を有するトレンチがパターン化さ
れたｃ−シリコンのベース層を有し、ｃ−シリコン・ベ
ース層を暴露した基板の処理を示す。上述のように、水
素ガス・フローは連続的であり、シランのフロー時間
（堆積時間）は、５０秒の間隔をおいて、１秒〜５０秒
変化し、その時間の間、基板は水素プラズマだけに暴露
される。
【００１６】膜厚をスタイラス・プロフィルメータを用
いて測定する。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、
トレンチ試料内の選択的堆積を観察し、ラマン散乱およ
び赤外線吸収を、ｃ−Ｓｉ表面に堆積した比較的厚い膜
（＞０．５ミクロン）上で発生させる。
【００１７】図１は、堆積時間／水素暴露サイクル当り
の平均層厚を、シランパルス（堆積）時間に対してプロ
ットしたものである。ＲＦ電力は１００Ｗであり、水素
暴露時間は５０秒に固定した。堆積の前に、表面は１分
間５００ＷのＨ2 プラズマに暴露した。図１に示したよ
うに、堆積時間が４秒以下のとき、ｃ−Ｓｉにもシリカ
領域にも堆積は観察されない。堆積時間が増加しても、
シリコン膜はｃ−Ｓｉ表面領域に堆積するが、溶融シリ
カ表面領域には堆積しない。水素プラズマ時間を固定し
て、堆積時間が１９秒以上になると、一様な厚さのシリ
コン膜が暴露表面全体に堆積する。従って、４秒〜１９
秒が好ましい。使用された堆積サイクル数はｃ−Ｓｉ表
面に１０００オングストローム以上堆積させるのに十分
であった。選択的成長に対する条件を用いるとき、０．
５μｍ以上の厚さの膜がｃ−Ｓｉ表面領域に堆積し、光
透過およびＳＥＭからの判別によると、融解したシリカ
表面領域上での目に見える膜集積はなかった。堆積厚の
線形増加は、成長速度がシリコン結晶表面で一定、すな
わち約２．８オングストローム／秒であり、切片がゼロ
でないことは水素プラズマによる堆積層のエッチングの
証拠である。図１の選択的条件から非選択的条件への遷
移は、層厚が約３４オングストロームのとき発生する。
遷移層厚は固有ではないが、水素プラズマ暴露サイクル
の条件および時間に依存することがわかった。
【００１８】図２は、水素プラズマ・サイクル時間の、
選択性への影響と、シリコン厚の、ｃ−Ｓｉおよび溶融
シリカの隣接表面領域への影響を示す。シラン・フロー
時間は１サイクル当り１０秒であった。
【００１９】短いＨ2 プラズマ暴露時間は、表面全体に
一様なＳｉ膜を生じる。Ｈ2 プラズマ暴露時間が増加し
ても、Ｓｉ結晶上のサイクル当りの堆積膜厚はあまり変
化せず、溶融シリカ上の堆積速度は劇的に減少する。水
素暴露時間が十分大きくなり４０秒を超えると、溶融シ
リカ基板への膜堆積は検出されない。
【００２０】典型的な選択的ＰＥＣＶＤプロセスのため
のプロセス条件および膜厚は： Ｈ2 フロー： １００ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 フロー： ５ｓｃｃｍ シラン・オン時間： １０秒 シラン・オフ時間： ５０秒 基板温度： ３００℃ ＲＦ電力： １００Ｗ（６８ｍＷ／ｃｍ2 ） 圧力： ４００ｍＴｏｒｒ サイクル数： １８０ 総堆積時間： ３時間 シラン・オンおよびオフ時間を含む堆積条件を調整する
ことにより、このプロセスは、後に説明するように、酸
化タンタル，７０５９ガラス，および金属の種々の表面
上の選択的堆積に用いることができる。
【００２１】パルス化ガス・プロセスは、基板の化学的
性質の相違を利用して、受容的でない表面での安定した
核の成長を制限すると考えられている。シラン・フロー
を制限すると、堆積シリコンの非常に薄い層を、制御さ
れた時間だけ水素プラズマに暴露することが可能にな
る。水素プラズマ暴露は、表面再構成および結晶形成に
影響するに思われ、表面で不安定な形で結合しているシ
リコン原子を除去する。選択性は、異なる基板表面での
核生成の相違と、堆積核と水素との相互作用とから生
じ、最も安定な核だけが水素プラズマ暴露サイクルの後
に残る。堆積シリコンのラマン・スペクトルは、膜内の
結晶領域の存在を示す。選択的堆積プロセスは結晶粒径
の制御を可能にし、低い基板温度で堆積した大結晶粒径
のポリシリコン膜を生じる。
【００２２】図３に、ｃ−Ｓｉ基板上に堆積した２つの
膜に対する赤外線吸収を示す。膜（ａ）は連続的非選択
的ガス・フロー条件下で堆積させたものであり、膜
（ｂ）は本発明により堆積したもので、選択的堆積条件
下でパルス化シラン・ガスを用いている。両方の膜の厚
さは、約０．５ミクロンであり、吸収スケールは厚さに
対して正規化されている。吸収は２１００ｃｍ-1および
６３０ｃｍ-1でピークになり、水素化非晶質シリコンの
同じモードよりかなり狭い６０ｃｍ-1の全幅を有する。
６３０ｃｍ-1モードの積分吸収は、２つの膜に対して同
一である。パルス化ガス・プロセスで堆積した膜に対し
て、２１００ｃｍ-1モードはより大きく、２０００ｃｍ
-1での肩部は、連続ガス・フローで生成された膜に比べ
て減少している。ラマン吸収測定は、５２０ｃｍ-1で強
い吸収を示し、膜の微結晶または多結晶構造を示してい
る。
【００２３】他の種々の物質、すなわちプラズマ堆積二
酸化シリコン，窒化シリコン，７０５９ガラス，酸化イ
ンジウム・スズ，酸化タンタル，およびモリブデンの、
選択的堆積が研究された。選択性はガス調整時間を制御
することによって、これらの多くの物質に調整すること
ができる。基板の化学的組成，清浄性，および表面前処
理はすべて、選択性の条件に影響する。例えば、前処理
条件およびガス調整時間を調整することにより、７０５
９ガラス上に堆積が行われ、プラズマまたは熱ＳｉＯ2
表面に膜は堆積しない。低温ガラス（７０５９）は、比
較的大きな汚染濃度を有し、表面の汚染原子はシリコン
の核生成を強化するかに思われる。
【００２４】基板の化学的性質および膜前駆物質の、Ｐ
ＥＣＶＤプロセスにおける非晶質および微晶質シリコン
・水素膜の核生成への影響の考察が、最近、原位置楕円
偏光法（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）
により得られた。核の大きさおよび核生成サイトの密度
は、プロセス条件および基板の化学的性質に敏感である
ことがわかり、密集した核から一様な膜被覆物への明瞭
な遷移が観察された。本発明の選択的堆積の観察は、基
板表面の化学的性質に依存した核生成と一致している。
種々の基板表面上の異なる核は、水素プラズマ処理によ
って異なった影響を受ける。図１のデータにおいて切片
がゼロでないことは、水素プラズマのエッチング効果が
選択的堆積の達成に重要な役割を果たすことを示してい
る。ＳｉＯ2 表面におけるゼロ成長（選択的堆積）から
連続膜成長への急な遷移は、約３４オングストロームの
厚さの層で発生する。遷移層厚は、固有ではなく、水素
プラズマ暴露サイクルの条件および時間に依存してい
る。これは、エッチング速度が膜核生成に依存し、基板
表面によって決定される水素プラズマ・エッチング・プ
ロセスと一致している。具体的には、ＳｉＯ2 上に堆積
した物質は、ｃ−Ｓｉ上に堆積した膜より速い速度でエ
ッチングされる。図１のデータは，１００ＷのＲＦ電力
において、シラン・パルス時間中の、堆積速度３．０オ
ングストローム／秒に対して、エッチング速度がＳｉＯ
2 上の物質に対して０．７９オングストローム／秒であ
り、ｃ−Ｓｉ上の物質に対して０．２２オングストロー
ム／秒であることを示している。２０Ｗ ＲＦでの同様
の結果が、成長速度１．５オングストローム／秒に対し
て、ＳｉＯ2 およびｃ−Ｓｉそれぞれの上における膜に
対して０．２８および０．０６オングストローム／秒の
エッチング速度を与える。これらの結果および他の基板
における選択性は、遅いエッチング速度が、結晶表面に
おける膜堆積の初期段階における高度の結晶度に関係す
ることを示している。
【００２５】核生成および微晶質Ｓｉの形成における水
素の役割は、完全に明らかなわけではない。本発明のプ
ロセスは、エッチングの証拠を示すが、広範囲の緩和ま
たは“化学的アニーリング”，および水素被覆による表
面種の増大移動度を含む他のモデルが除外されることは
ない。走査型トンネル顕微鏡分析に基づけば、シラン調
整時間および他の条件によって制御することができるよ
うに、水素原子は非晶質シリコン表面を再構成するよう
に働き、可変粒径構造の結晶領域の形成を行うことは明
らかである。
【００２６】本発明のプロセスは薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）半導体デバイスの製造に関連して有用であり、ｎ
型ドープ・シリコン・コンタクト層をエッチングするパ
ターニング工程を用いる必要を回避する。例えば、絶縁
したモリブデン被覆酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）電
極領域は、従来のフォトリソグラフィ・パターニング工
程によって７０５９ガラス基板上に形成される。そし
て、ｎ型シリコン層は、本発明のプロセスによって設け
られ、選択的にモリブデン領域に集積するが、７０５９
ガラスへの堆積および保持またはその一方はない。
【００２７】その後、非ドープ非晶質シリコン，および
窒化シリコン，または二酸化シリコンの連続ブランケッ
ト層（絶縁ゲート）すなわち全コーティングは、真空状
態を破壊することなく、基板全体に設けられる。次に、
モリブデンまたはアルミニウム（金属ゲート）が設けら
れて、ＴＦＴ半導体デバイスを形成する。それによって
得られるデバイスは、低いオフ電流と、低接触抵抗とを
有し、選択的堆積プロセスがデバイス応用に実行可能で
あることを示している。
【００２８】当業者には、本発明の新規で好適な選択的
プロセスは、水素およびシランガスのみを用いて、ＰＥ
ＣＶＤプロセスにおいてシラン・プラズマに対し異なる
受容性と保持力を持つ異なる組成の隣接表面領域を有す
る基板の予め定められた選択領域だけにシリコンを設け
るのが望ましい、多種類の半導体製品や関連製品の製造
に応用可能なことは明らかである。
【００２９】本発明により用いられる主要なガスは、水
素およびシランであり、種々の処理上の理由から、ハロ
ゲン種を含む種々の量の他のガスが存在するが、これら
の他のガスは一般的に必要でないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】堆積／水素暴露サイクル当りの平均層厚を、シ
ランパルスまたは堆積時間に対してプロットしたグラフ
である。
【図２】ｃ−シリコンおよび溶融シリカの隣接表面領域
上のシリコン堆積の厚さに対する、交替水素プラズマ暴
露時間の影響を示すグラフである。
【図３】結晶質シリコン基板上に堆積した２つのシリコ
ン膜の赤外線放射吸収スペクトルを示す吸光度比較グラ
フであり、膜（ａ）は連続非選択ガスフロー条件の下で
堆積させたものであり、膜（ｂ）は本発明による選択的
堆積条件の下でパルス化したシランガスを用いて堆積さ
せたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ジェームス・ボーランド アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ストー ムビル ルックアウト パス （番地な し) (72)発明者 グレゴリー・ニュートン・パーソンズ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 タリー タウン ルグランド アベニュー 59

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板の受容表面領域にシリコンを堆積させ
    るプラズマ強化化学気相成長法において、 （ａ）ある温度，ある圧力で、ガスプラズマを生成する
    のに十分な供給エネルギーを有するＰＥＣＶＤプラズマ
    ・チャンバ内に、シリコン受容表面領域を有する基板を
    配置する工程と、 （ｂ）前記プラズマを生成するために前記チャンバに、
    水素ガスの連続フローを供給する工程と、 （ｃ）前記チャンバおよびその中の前記水素プラズマ
    に、シランガスの不連続フローを、１タイミング・パル
    スのシランガス・プラズマを形成するように予め定めら
    れた時間および予め定められた間隔の少なくとも１パル
    スのシランガスの形態で供給し、少なくとも１タイミン
    グ・パルスのシランガス・プラズマに暴露する間に、前
    記基板の前記受容領域上にシリコン薄層を堆積させる工
    程と、 を含むことを特徴とするプラズマ強化化学気相成長法。
  2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマ強化化学気相成長
    法において、 前記堆積したシリコン薄層の表面を、シランガス・プラ
    ズマの存在しないところで、水素ガスプラズマに暴露す
    ることにより、改変することを特徴とする、プラズマ強
    化化学気相成長法。
  3. 【請求項３】異なる組成の第２の表面領域に隣接する、
    基板の予め定められた第１の表面領域にシリコンの選択
    的堆積を発生させるプラズマ強化化学気相成長法におい
    て、 （ａ）前記第１の表面領域がシリコンのＰＥＣＶＤ堆積
    および集積に対して選択的に受容的であり、前記第１お
    よび第２の表面領域を有する基板を供給する工程と、 （ｂ）前記チャンバがＰＥＣＶＤに対して適切な温度お
    よび圧力状態にあり、ＰＥＣＶＤ堆積チャンバ内に前記
    基板を配置し、水素ガス・プラズマを生成するのに十分
    な適用エネルギーの下で水素ガス・フローを供給する工
    程と、 （ｃ）短い堆積時間サイクルの間、前記堆積チャンバへ
    のシランガスの供給を調整し、前記第１の表面領域上に
    シリコンを選択的に堆積および集積させる工程と、 （ｄ）前記短い堆積時間サイクルの間の表面改変時間サ
    イクル中、前記水素ガス・プラズマに前記基板を暴露す
    る工程と、 を含むことを特徴とするプラズマ強化化学気相成長法。
  4. 【請求項４】請求項３記載のプラズマ強化化学気相成長
    法において、 前記堆積シリコンの表面を、前記表面領域上で改変し、
    連続堆積時間サイクルにおける追加的シリコンの堆積お
    よび集積に対し、より受容的にし、前記第２の表面領域
    上のシリコンの集積を妨げることを特徴とする、プラズ
    マ強化化学気相成長法。
  5. 【請求項５】請求項３記載のプラズマ強化化学気相成長
    法において、 前記水素フローが不連続であることを特徴とする、プラ
    ズマ強化化学気相成長法。
  6. 【請求項６】請求項３記載のプラズマ強化化学気相成長
    法において、 前記基板は、異なる組成の表面層を有する第１の組成の
    ベース層を有し、前記表面層の前選択された領域を除去
    して、前記第２の表面領域としての前記表面層に隣接す
    る第１の表面領域としてのベース層を露出させることを
    特徴とする、プラズマ強化化学気相成長法。
  7. 【請求項７】請求項１または３記載のプラズマ強化化学
    気相成長法において、 ３００℃未満の堆積温度で行うことを特徴とする、プラ
    ズマ強化化学気相成長法。
  8. 【請求項８】請求項１または３記載のプラズマ強化化学
    気相成長法により製造されたことを特徴とする、半導体
    デバイス。
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