説明

ショットキ・コンタクトを形成するために半導体上に導電性炭素材料を堆積するための方法、及び半導体コンタクト・デバイス

【課題】 本発明は、ショットキ・コンタクト(16)を形成するために半導体(14)上に導電性炭素材料(17)を堆積する方法に関する。
【解決手段】 本発明の方法は、半導体(14)をプロセス・チャンバ(10)内に導入するステップと、プロセス・チャンバ(10)の内部(10')を所定温度に加熱するス
テップと、プロセス・チャンバ(10)を第1所定圧力以下に減圧するステップと、プロセス・チャンバ(10)の内部(10')を第2所定温度に加熱するステップと、少なく
とも炭素を含むガス(12)を、第1所定圧力よりも高い第2所定圧力に達するまで導入するステップと、少なくとも炭素を含むガス(12)から、半導体(14)上に導電性炭素材料(17)を堆積することにより、半導体(14)上に堆積した炭素材料(17)がショットキ・コンタクト(16)を形成するステップを備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ショットキ・コンタクトを形成するために半導体上に導電性炭素材料を堆積する方法、及び半導体コンタクト・デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
ショットキ・コンタクトに基づく多数の部品、例えば、ダイオード又はトランジスタでは、十分な障壁の高さを有する、再現可能なショットキ・バリアを生成することが極めて重要である。従来技術によれば、金属、例えば、モリブデンを選択的に半導体上に堆積して、ショットキ・コンタクトを形成する。これまでに用いられていた金属は、例えば、シリコン半導体の場合、エネルギ障壁が0.55〜0.85eV(SZE、「半導体の物理学」、第2版、p.245〜311参照)(非特許文献1)であり、金属を半導体上において選択的にパターニングしなければならないので、パターニングが難しい。メタライゼーション・プロセス及びそのパターニングは、特に、重金属を用いる場合、無害環境、及び資源を保存する処理に対する要求を満たせない。
【0003】
高導電性は、半導体のゲート材料に対して予め定められている規定の1つに過ぎない。他にも、パターニング容易性、摂氏1200゜までの温度安定性、及び電圧を印加したときの界面における電荷キャリアの欠乏に対する抵抗性に関して予め定められている規定がある。パターニング可能性は、特に、金属電極の場合に問題となる。何故なら、ドライ・エッチング技術を伴うパターニングは、厚さが約1nmに過ぎない薄いゲート酸化物上で高い選択性をもって停止し、前記ゲート酸化物を浸食したりエッチングして除去してしまわないようにしなければならないからである。ショットキ・コンタクトの場合、ゲート酸化物上ではなく、半導体材料上で停止する必要がある。更に、金属の堆積プロセス(スパッタリング、CVD、PECVD等)は、コスト集約的な単一ウェハ・プロセスである。
【非特許文献1】SZE、「半導体の物理学」、第2版、p.245〜311
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、本発明の目的は、ショットキ・コンタクトを形成するために半導体上に導電性炭素材料を堆積する方法、ならびに低抵抗率、ショットキ・コンタクトの高エネルギ障壁、高温安定性、環境に優しい堆積及びパターニング方法、そして並列プロセスにおける実現を可能にする半導体コンタクト・デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明によれば、この目的は、請求項1に指定するようなショットキ・コンタクトを形成するために半導体上に導電性炭素材料を堆積する方法、及び請求項18記載の半導体コンタクト・デバイスによって達成される。
【0006】
本発明の基になる思想は、本質的に、有機ガスからの高導電性炭素層を、半導体上にその形状に合わせて堆積してショットキ・コンタクトを形成し、このショットキ・コンタクトが十分に高いエネルギ障壁を備えることにある。
【0007】
本発明では、緒言において述べた問題を、具体的には、ショットキ・コンタクトを形成するために半導体上に導電性炭素材料を堆積する方法によって解決する。この方法は、プロセス・チャンバの内部を所定温度に加熱するステップと、半導体をプロセス・チャンバ内に導入するステップと、プロセス・チャンバを第1所定圧力以下に減圧するステップと
、プロセス・チャンバの内部を第2所定温度に加熱するステップと、少なくとも炭素を含むガスを、第1所定圧力よりも高い第2所定圧力に達するまで導入するステップと、少なくとも炭素を含むガスから、半導体上に導電性炭素材料を堆積し、半導体上に堆積した炭素材料がショットキ・コンタクトを形成するステップとを備えている。
【0008】
本発明のそれぞれの主題の有利な実施形態及び改良は、従属項において見出される。
好適な一実施形態によれば、半導体上に堆積する炭素材料は、ショットキ・ダイオードを形成する。
【0009】
別の好適な実施形態によれば、半導体上に堆積する炭素材料は、MESFETトランジスタのショットキ・ゲートを形成する。
別の好適な実施形態によれば、第1所定圧力は、1Pa未満、好適には、1/8Pa未満である。
【0010】
別の好適な実施形態によれば、第2所定圧力は、10〜1013hPaの範囲内、好適には、300〜700hPaの間にある。
別の好適な実施形態によれば、所定の温度は、400℃〜1200℃の間、好適には、600℃〜950℃の間にある。
【0011】
別の好適な実施形態によれば、少なくとも炭素を含むガスとして、プロセス・チャンバにメタンを導入する。
別の好適な実施形態によれば、ガスをプロセス・チャンバに急速に導入し、所定の圧力において、堆積が直ちに行われるのではなく、ガスが最初に加熱し、次いで堆積が開始する。
【0012】
別の好適な実施形態によれば、ジボラン又はBCl又は窒素又は燐又は砒素の添加によって、あるいは所定濃度でのイオン打ち込みによって、堆積した導電性炭素材料に、ドープする。
【0013】
この好適な実施形態の利点の1つは、炭素材料の導電性及び仕事関数を、堆積される導電性炭素材料のドーピングによって設定できることである。
別の好適な実施形態によれば、少なくとも炭素を含むガスを導入する前に、好適には、所定の温度において、特に窒素雰囲気において、300〜500Pa、好適には330Paの圧力で、所定の時間、好適には、5分間シリコン半導体の熱処理ステップを実行する。
【0014】
別の好適な実施形態によれば、導電性炭素材料の堆積の後、1000℃から1200℃、好適には、1050℃で、0.5〜5分間、好適には2分の時間にわたって、後者に加熱処理を加える。
【0015】
別の好適な実施形態によれば、導電性炭素材料の堆積の間、所定時間の後動作を中断し、エッチング工程において、好適にはプラズマを用いて、堆積した導電性炭素材料層を部分的にエッチ・バックし、その後堆積動作を再開する。
【0016】
別の好適な実施形態によれば、段階毎のプロセスにおいて、導電性炭素材料のエッチ・バック、及び堆積の再開を多数回繰り返す。
別の好適な実施形態によれば、導電性炭素材料の堆積は、1〜300hPaの間の第2の所定圧力において、活性化光子源の存在の下で、プロセス・チャンバ内において行われる。
【0017】
別の好適な実施形態によれば、導電性炭素材料の堆積は、バッチ・プロセスにおいて並行して、又は多数の半導体ウェハを用いて並行プロセスにおいて行われる。
別の好適な実施形態によれば、導電性炭素材料の堆積は、シリコン半導体のような多数の半導体ウェハと共に、2から30分、好適には、5分の時間期間バッチ・プロセスにおいて並行して行われる。この場合、堆積の期間が炭素層の厚さを決定する。典型的な5分の期間を仮定すると、炭素層の厚さは約100ナノメートルとなる。
【0018】
別の好適な実施形態によれば、ショットキ・コンタクトは、半導体を1017/cmでp−型にドープした場合、少なくとも0.8eVのショットキ・バリアを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の実施形態例を図面に示し、以下の記載において更に詳細に説明する。
図面において、同一の参照記号は、同一又は機能的に同一の構成部分を示すものとする。
【0020】
以下では、半導体構造及び半導体生産プロセスを参照しながら本発明について説明するが、本発明はそれに制限されるのではなく、むしろ多様な方法で用いることができる。
図1は、本発明の一実施形態の解明するためのプロセス・チャンバ10の模式側断面図を示す。
【0021】
所望の圧力であればいずれでも、例えば、ポンプ装置(図示せず)によって、プロセス・チャンバ10に加えることができる。所望のガス12であればいずれでも、供給管11を通じてプロセス・チャンバ10に導入することができる。好適には光子源も有する加熱装置13によって、プロセス・チャンバ10の温度を、所望に応じて、例えば、0℃〜2000℃の間に調節することができる。図1によれば、例えば、複数の半導体ウェハの形態とした、複数のシリコン半導体14が、プロセス・チャンバの内部10'に配列されて
いる。
【0022】
ショットキ・コンタクト16を形成するための本発明による堆積プロセスについて、図1を参照しながら、実施形態の一例に基づいて以下に説明する。最初に、プロセス・チャンバ10、例えば、炉を所定の温度、好適には、950℃に加熱し、好適には初期状態において常温(20℃)であった少なくとも1枚の半導体ウェハ14をプロセス・チャンバ10の内部10'に導入した後にそれに加えた1/8Pa未満であることが好ましい、第
1所定圧力を有する。
【0023】
これに続いて、好適には、供給管11を通じて水素を添加しつつ、例えば、5分の所定期間950℃の熱処理工程を行い、プロセス・チャンバ10内の圧力が約330Paとなるようにする。次いで、少なくとも炭素、好適にはメタン(CH)から成り300〜800hPaの範囲内の第2所定圧力のガス12をプロセス・チャンバ10に充填する。この場合、ガス12の熱分解又は分解は直ちには始まらないが、ガス12及びシリコン半導体14の表面が加熱され、ガス12の分解がシリコン半導体14の表面において始まる程度になるまでに約1分を要することが好ましい。
【0024】
図2a,2bは、本発明にしたがって、ショットキ・コンタクトを形成するためにシリコン半導体14上に堆積した炭素材料17の模式断面図を示す。
図2aによれば、図1を参照して一例として説明した方法によって、半導体基板14上に導電性炭素材料17を堆積する。堆積した炭素材料17をパターニングするために、マスク15、例えば、フォトレジストを炭素材料17上に選択的に被着する。後続のパターニング法、例えば、リソグラフィにより、図2bにしたがって、堆積した炭素材料17の構造を形成する。堆積した炭素材料17と半導体14との間には、これら2つの層の接合
部によってショットキ・コンタクト16が規定され決定される。
【0025】
図3は、本発明によるショットキ・ダイオードの好適な実施形態の断面図を示す。
−型にドープした半導体14"上に、n−型にドープした半導体14'を被着する。n−型にドープした半導体14'の上において、パターニングした絶縁層20内に切欠を
設ける。図2a、図2bを参照すると、複数の炭素材料層17'によって、パターニング
した絶縁層20の切欠内に導電性炭素材料17を堆積する。
【0026】
図3に示すショットキ・ダイオードは、シリコン半導体14(及び14'、14")のドーピングの選択について、そして構造的構成の選択についての双方の一例に過ぎない。
炭素材料17は、あらゆる公知のショットキ・ダイオードの金属層の代用となる(SZE、「半導体の物理学」、第2版、p.245〜311参照)。
【0027】
図4は、本発明によるMESFETのショットキ・ゲートの好適な実施形態の断面図を示す。
MESFET21は、好適には、シリコン酸化物の絶縁層20上に半導体層14を有する。3つのパターン化切欠を有する別の絶縁層20を、半導体層14上に設け、MESFETのドレイン及びソースをそれぞれ形成するためのn−型にドープした半導体層14"を2つの外側のパターニングした切欠内に堆積する。パターニングした絶縁層20の3
番目の中央の切欠には、図2を参照すると、炭素材料17を堆積する。
【0028】
炭素材料層17と半導体14との間に、ショットキ・コンタクト16が形成される。
図3におけると同様、図4によっても、半導体材料(14、14'、14")のドーピングの選択、及びMESFETの構造的構成の選択も、一例に過ぎない。
【0029】
炭素材料層17'又は炭素材料17で形成されたショットキ・ゲート19は、各場合に
おいて、あらゆる公知のMESFETトランジスタの金属ゲートの代用となる(ティー.ジェー.ソーントンの「ショットキ接合ダイオードの物理学及び応用」、IEEE Transactions on Electron Devices、vol.48、no.10、2001年10月、p.2421参照)。
【0030】
この場合、半導体基板は、以下の材料で構成される固体とするとよい。
−シリコン、
−炭化珪素、
−ダイアモンド、
−ゲルマニウム、
−III−V半導体BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSbの内少なくとも1つ、
−II−VI半導体ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSeの内少なくとも1つ、
−化合物GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTeの内少なくとも1つ、
−化合物CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgIの内少なくとも1つ、
−又は、前記材料の組み合わせで構成する。
【0031】
半導体は、p−型にドープしても、n−型にドープしてもよい。
以上、好適な実施形態例に基づいて本発明について説明したが、本発明はそれに限定さ
れるのではなく、多様な方法で変更することができる。したがって、本方法は、半導体基板以外のその他の基板又はキャリア材料にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の一実施形態によるプロセス・チャンバを模式的に示す断面図。
【図2a】本発明にしたがって半導体上に堆積した炭素材料を模式的に示す断面図。
【図2b】本発明にしたがって半導体上に堆積した炭素材料を模式的に示す断面図。
【図3】本発明によるショットキ・ダイオードの断面図。
【図4】本発明によるMESFETのショットキ・ゲートの断面図。
【符号の説明】
【0033】
10…プロセス・チャンバ、10'…プロセス・チャンバの内部、11…プロセス・チャ
ンバへの供給管、12…気体媒体、13…好適には光子源を備えた加熱装置、14…半導体、例えば、シリコン半導体、14'…n−ドープ半導体、14"…n−ドープ半導体、15…マスク、例えば、フォトレジスト、16…ショットキ・コンタクト、17…炭素材料、17'…炭素材料層、18…ショットキ・ダイオード、19…MESFET(金属半
導体FET、金属半導体電界効果トランジスタ)のショットキ・ゲート、20…シリコン酸化物SiO、21…MESFET、22…MESFETのソース、23…MESFETのドレイン。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ショットキ・コンタクト(16)を形成するために半導体(14)上に導電性炭素材料(17)を堆積するための方法であって、
(a)前記半導体(14)をプロセス・チャンバ内に導入するステップと、
(b)プロセス・チャンバ(10)の内部(10')を所定温度に加熱するステップと

(c)前記プロセス・チャンバ(10)を第1所定圧力以下に減圧するステップと、
(d)プロセス・チャンバ(10)の内部(10')を第2所定温度に加熱するステッ
プと、
(e)少なくとも炭素を含むガス(12)を、前記第1所定圧力よりも高い第2所定圧力に達するまで供給するステップと、
(f)少なくとも炭素を含む前記ガス(12)から、前記半導体(14)上に前記導電性炭素材料(17)を堆積することによって、前記半導体(14)上に堆積した炭素材料(17)が前記ショットキ・コンタクト(16)を形成するステップと、
を備えている、方法。
【請求項2】
前記半導体(14)を以下の材料、
シリコン、炭化珪素、ダイアモンド、ゲルマニウム、III−V半導体である、BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSbの内少なくとも1つ、II−VI半導体である、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、BeS、BeSe、BeTe、MgS、MgSeの内少なくとも1つ、化合物である、GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe、PbTeの内少なくとも1つ、化合物である、CuF、CuCl、CuBr、CuI、AgF、AgCl、AgBr、AgIの内少なくとも1つ、又は、前記材料の組み合わせのうちの1つから製作することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
請求項1に記載の方法において、
前記半導体(14)は、p型又はn型にドープされていることを特徴とする方法。
【請求項4】
請求項1に記載の方法において、
前記半導体(14)上に堆積する炭素材料(17)は、ショットキ・ダイオード(18)を形成することを特徴とする方法。
【請求項5】
請求項1に記載の方法において、
前記半導体(14)上に堆積する炭素材料(17)は、MESFETトランジスタのショットキ・ゲート(19)を形成する、ことを特徴とする方法。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法において、
前記第1所定圧力は、1Pa未満、好適には、1/8Pa未満であることを特徴とする方法。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法において、
前記第2所定圧力は、10〜1013hPaの間の範囲内、好適には、300〜700hPaの間にあることを特徴とする方法。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法において、
前記所定の温度は、400℃〜1200℃の間、好適には、600℃〜950℃の間にあることを特徴とする方法。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法において、
少なくとも炭素を含む前記ガス(12)として、前記プロセス・チャンバ(10)にメタンを供給することを特徴とする方法。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法において、
前記ガス(12)を前記プロセス・チャンバ(10)に急速に供給し、所定の圧力において、堆積が直ちに行われるのではなく、前記ガスが最初に加熱し、次いで堆積が開始することを特徴とする方法。
【請求項11】
請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法において、
前記堆積した導電性炭素材料(17)に、ジボラン、BCl、窒素、燐、又は砒素の添加によって、あるいは所定濃度でのイオン打ち込みによってドープすることを特徴とする方法。
【請求項12】
請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法において、
前記少なくとも炭素を含むガス(12)を導入する前に、好適には、所定の温度において、特に窒素雰囲気において、300〜500Pa、好適には330Paの圧力で、所定の時間、好適には、5分間前記シリコン半導体(14)の熱処理ステップを実行することを特徴とする方法。
【請求項13】
請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法において、
前記導電性炭素材料(17)の堆積の後、1000℃から1200℃、好適には、1050℃で、0.5から5分間、好適には2分の時間にわたって、後者に加熱処理を加えることを特徴とする方法。
【請求項14】
請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法において、
前記導電性炭素材料(17)の堆積の間、所定時間の後動作を中断し、エッチング工程において、好適にはプラズマを用いて、前記堆積した導電性炭素材料層(17')を部分
的にエッチ・バックし、その後前記堆積動作を再開することを特徴とする方法。
【請求項15】
請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法において、
前記導電性炭素材料(17)の前記エッチ・バック、及び堆積の再開を、ステージ毎のプロセスにおいて多数回繰り返すことを特徴とする方法。
【請求項16】
請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法において、
前記導電性炭素材料(17)の堆積は、1〜300hPaの間の第2の所定圧力において、活性化光子源(13)の存在の下で、前記プロセス・チャンバ(10)内において行われることを特徴とする方法。
【請求項17】
請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法において、
前記導電性炭素材料(17)の堆積は、多数の半導体ウェハと共に、バッチ・プロセスにおいて並行して行われることを特徴とする方法。
【請求項18】
請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法において、
前記導電性炭素材料(17)の堆積は、多数の半導体ウェハ(14)と共に、2〜30分、好適には、5分の時間期間バッチ・プロセスにおいて並行して行われることを特徴とする方法。
【請求項19】
請求項1〜18の1項に記載の方法において、
前記ショットキ・コンタクト(16)は、前記半導体(14)をp型にドープした場合、少なくとも0.8eVのショットキ・バリアを有することを特徴とする方法。
【請求項20】
請求項1〜19の1項に記載の方法において、
前記炭素層(17)を、水素、酸素、又はエア・プラズマ及びフォトレジストを用いてパターニングすることを特徴とする方法。
【請求項21】
半導体コンタクト・デバイスであって、
(a)半導体(14)と、
(b)前記半導体(14)上に、堆積した炭素材料(17)で作成した導電性ショットキ・コンタクト(16)と、
を備えている、半導体コンタクト・デバイス。
【請求項22】
請求項17に記載の半導体コンタクト・デバイスにおいて、
前記半導体(14)上に堆積した炭素材料(17)がショットキ・ダイオード(18)を形成することを特徴とする、半導体コンタクト・デバイス。
【請求項23】
請求項17に記載の半導体コンタクト・デバイスにおいて、
前記半導体(14)上に堆積した炭素材料(17)は、MESFETトランジスタのショットキ・ゲート(19)を形成することを特徴とする、半導体コンタクト・デバイス。
【請求項24】
請求項17〜19のいずれか1項に記載の半導体コンタクト・デバイスにおいて、
前記炭素材料(17)は、前記プロセスの間におけるジボラン又はBCl又は窒素又は燐又は砒素の添加、あるいは前記プロセス後における所定濃度でのドーピングのようなイオン打ち込みによる、硼素、窒素、燐、又は砒素を含むことを特徴とする、半導体コンタクト・デバイス。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2007−525026(P2007−525026A)
【公表日】平成19年8月30日(2007.8.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−552474(P2006−552474)
【出願日】平成16年12月23日(2004.12.23)
【国際出願番号】PCT/EP2004/014681
【国際公開番号】WO2005/081296
【国際公開日】平成17年9月1日(2005.9.1)
【出願人】(501085762)インフィネオン テヒノロギーズ アーゲー (22)
【氏名又は名称原語表記】Infineon TechnologiesAG
【Fターム(参考)】