半導体装置の製造方法
【課題】良好な電気特性を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】電極層の上に希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とを形成し、希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とをマイクロ波を用いて加熱することにより、希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた結晶配向を持つように、アモルファスシリコン膜を結晶化させる。
【解決手段】電極層の上に希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とを形成し、希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とをマイクロ波を用いて加熱することにより、希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた結晶配向を持つように、アモルファスシリコン膜を結晶化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代以降の高性能・大規模集積回路においては、多層配線層上、多層配線層間にも、ダイオード、トランジスタ等の半導体デバイスを形成することが要求されている。
【０００３】
キャリア移動度といった半導体デバイスの電気的特性や、酸化膜、窒化膜等の絶縁膜の膜質を考慮すると、半導体デバイスは、単結晶シリコン膜を用いて形成することが好ましい。しかしながら、配線層上に平坦な単結晶シリコン膜を得ることが困難であるため、配線層上に半導体デバイスを形成する場合においては、アモルファスシリコンを熱処理して得られる多結晶シリコン膜が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、良好な電気特性を有する半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、電極層の上に希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とを形成し、前記希土類金属シリサイド膜と前記アモルファスシリコン膜とをマイクロ波を用いて加熱することにより、前記希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた結晶配向を持つように、前記アモルファスシリコン膜を結晶化させる、ことを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その１）である。
【図２】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その２）である。
【図３】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その３）である。
【図４】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その４）である。
【図５】第１の実施形態にかかる半導体装置の模式断面図である。
【図６】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その１）である。
【図７】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その２）である。
【図８】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その３）である。
【図９】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その４）である。
【図１０】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その５）である。
【図１１】第２の実施形態にかかる半導体装置の模式断面図である。
【図１２】希土類金属シリサイド膜の格子定数をまとめたものである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。ただし、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。なお、全図面にわたり共通する部分には、共通する符号を付す。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す図１から図４を参照して、本実施形態を説明する。以下、ＰＩＮ型ダイオード（p-intrinsic-n Diode）の形成方法を例に説明するが、本発明は、このような半導体装置の形成方法に限定されるものではなく、ＮＩＰ型ダイオード（n-intrinsic-p Diode）といった他の種類の半導体装置（半導体デバイス）においても用いることができる。
【００１０】
図１（ａ）のように半導体基板（図１から図４においては図示を省略）上に形成された金属または金属化合物からなる電極層１１を準備する。この半導体基板は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板やＳｉＧｅ基板など）でも良い。また、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良い。
【００１１】
次に、図１（ｂ）のように、成膜装置内において、電極層１１の上に、スパッタリング法、又は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、希土類金属膜１２を厚さ５ｎｍのものとして形成する。この際、希土類金属膜１２中への炭素、酸素等の不純物の混入量を減らすために、スパッタリング法を用いることが好ましい。この希土類金属膜１２は、後の工程で形成される希土類金属シリサイド膜の材料となるものである。
【００１２】
希土類金属膜１２は、この材料から形成されることとなる希土類金属シリサイド膜が、電極層１１とＰＩＮ型ダイオードの備えるシリコン層とを電気的に接続するための高い導電性を持ち、且つ、希土類金属シリサイド膜の上に形成されたアモルファスシリコン膜を特定の結晶配向を持つように結晶化させる下地膜となることができるような、材料から形成する。ここで、アモルファスシリコン膜が特定の結晶配向を持つように結晶化するとは、アモルファスシリコン膜が下地膜である希土類金属シリサイド膜の結晶構造から影響を受けながら結晶化することにより、希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた特定の結晶配向を持った結晶構造のシリコン結晶膜となることを意味する。
【００１３】
好ましくは、アモルファスシリコン膜が結晶面方位（１００）又は結晶面方位（１１１）を持って結晶化するように、希土類金属シリサイド膜は、六方晶（ＡｌＢ２型）であり、且つ、シリコン結晶の格子定数と近い格子定数を持つものである。詳細には、六方晶である希土類金属シリサイド膜は、ａ軸の格子定数が３．７５４から３．８７７オングストロームであり、且つ、ｃ軸の格子定数が４．０５から４．１７２オングストロームである。このような希土類金属シリサイド膜の材料となる希土類金属膜１２は、例えば、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）から形成することができる。これらの希土類金属シリサイド膜の格子定数を、参考として、図１２に示す。
【００１４】
また、スパッタリング法で用いられる希土類金属のスパッタリングターゲットは、希土類金属膜１２中への不純物の混入量を減らすために、純度９９．９％以上のものを用いることが好ましい。
【００１５】
さらに、後に形成される希土類金属シリサイド膜の酸素含有量が１ａｔｍ％以下に抑えることが好ましく、そのために、希土類金属のスパッタリングターゲットの酸素含有量は、０．１ａｔｍ％以下であることが好ましい。この酸素含有量は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により得られる値である。このように希土類金属シリサイド膜中の酸素含有量を減らす理由としては以下の通りである。すなわち、希土類金属が酸化して得られる希土類金属酸化物は、Ｈｉｇｈ−ｋ材料や、エッチング装置の壁面保護のためのパッシベーション膜として用いられていることからもわかるように、強固な絶縁体であり、従って、ＰＩＮ型ダイオードにおいて、その抵抗値を増加させる原因となるため、希土類金属酸化膜が生成されてしまうことを避けなくてはならないからである。
【００１６】
そして、本実施形態においては、図２（ａ）に示されるように、仕事関数が小さいために酸化されやすいという性質を持つ希土類金属膜１２が大気中の酸素に触れることとないように、真空を破らずに、希土類金属膜１２の上に、スパッタリング法によりアモルファスシリコン膜（アモルファスシリコン材料膜）１３を形成する。このアモルファスシリコン膜１３は、この後の工程において形成されるＮ型アモルファス層の材料となるだけでなく、希土類金属膜１２を酸化させないためのキャップ層として、さらに、希土類金属膜１２とともに希土類金属シリサイド膜の材料として、用いられる。
【００１７】
このアモルファスシリコン膜１３の厚さは、この後に行われる工程において希土類金属シリサイド膜の材料として必要なアモルファスシリコン膜の膜厚と、ＰＩＮ型ダイオードの備えるＮ型シリコン結晶層として必要な膜厚とをあわせたものであり、例えば、２５ｎｍである。
【００１８】
図２（ｂ）に示されるように、次に、これまで積層した膜を成膜装置からイオン注入装置へ搬送して、アモルファスシリコン膜１３にイオン注入を行う。この搬送の際、これまで積層した膜が大気に触れることがあっても、アモルファスシリコン膜１３が酸化防止のためのキャップ層として機能するため、酸化されやすい希土類金属膜１２が大気中の酸素により酸化することを避けることができる。そして、ビームライン注入装置、又は、注入深さが数ｎｍと浅い場合にはプラズマドーピング装置を用いて、アモルファスシリコン膜１３に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型不純物を１０１５ｃｍ−２程度のドーズ量で注入する。これにより、ＰＩＮ型ダイオードの備えるＮ型のシリコン結晶層となる、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３を形成する。
【００１９】
この際、ＰＩＮ型ダイオードにおけるコンタクト抵抗を低減するために、後の工程において形成される希土類金属シリサイド膜と、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３との界面となる位置において、Ｎ型不純物濃度が最大になるようにイオン注入することが好ましい。また、希土類金属シリサイド膜を形成するための熱処理の際に、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３における不純物の分布が変化することを考慮して、イオン注入することが好ましい。
【００２０】
図３（ａ）に示されるように、続いて、アニール装置に搬送し、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中において、３００℃〜３５０℃程度の温度の熱処理（アニール）を行い、希土類金属膜１２とＮ型アモルファスシリコン膜２３の一部とを固層反応させることにより希土類金属シリサイド膜３２を形成する。この希土類金属シリサイド膜３２は、希土類金属シリサイド膜３２の上に形成される各アモルファスシリコン膜を結晶化させるための下地膜としてだけではなく、導電性があることから、電極層１１とＰＩＮ型ダイオードの備える各シリコン層とを電気的に接続するための膜として働く。そして、希土類金属膜１２の上に形成されるＮ型アモルファスシリコン膜２３の一部を利用して、希土類金属シリサイド膜３２を形成することから、希土類金属シリサイド膜３２を形成するためだけに希土類金属膜１２の上にシリコン膜を形成するような工程を省くことができる。
【００２１】
なお、この希土類金属シリサイド膜３２を形成するための熱処理は、先に説明したＮ型アモルファスシリコン膜２３の形成のためのイオン注入の前に行っても良い。また、次の工程である、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＩ型アモルファスシリコン膜２４を形成する際に行う基板加熱と同時に、希土類金属シリサイド膜３２を形成しても良い。
【００２２】
次に、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の上にさらにアモルファスシリコン膜を形成するために、アニール装置からＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に搬送する。先程と同様に、搬送の際これまで積層された膜が大気に触れることがあっても、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３が酸化防止のためのキャップ層として機能するため、仕事関数が小さいため酸化されやすい希土類金属シリサイド膜３２が大気中の酸素に晒されることは無く、希土類金属シリサイド膜３２へ酸素が混入することを避けることができる。
【００２３】
Ｎ型アモルファスシリコン膜２３上に、ＰＩＮ型ダイオードの備えるＩ型シリコン結晶層とＰ型シリコン結晶層となる、Ｉ型（ノンドープ）アモルファスシリコン膜２４とＰ型アモルファスシリコン膜２５とを形成する。この際に用いられる形成方法としては、減圧ＣＶＤ法を用いることも可能であるが、好ましくは、プラズマによる表面クリーニングを積極的に利用できるプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００２４】
詳細には、図３（ｂ）に示されるように、まず、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の上に、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４を、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６、又は、Ａｒ／ＳｉＨ４を用いて、基板温度３５０℃の条件において、厚さ５０ｎｍのものとして形成する。なお、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４の形成の前に、Ａｒ／Ｈ２、又は、Ａｒ／ＮＦ３等のプラズマにより、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の表面に形成された自然酸化膜の除去を行うことが好ましい。
【００２５】
さらに連続して、図４（ａ）に示されるように、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４の上に、Ｐ型アモルファスシリコン膜２５を、Ａｒ／ＳｉＨ４／Ｈ２／ＢＣｌ３、又は、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６／Ｈ２／ＢＣｌ３混合ガスを用いて、基板温度３５０℃の条件において、厚さ２５ｎｍのものとして形成する。
【００２６】
次に、図４（ｂ）に示されるように、各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５を結晶化するための熱処理を行う。詳細には、マイクロ波によりアニールを行う。２．４５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、投入電力１０Ｗ／ｃｍ２〜１０ｋＷ／ｃｍ２、基板温度２００℃〜５５０℃の条件において、３０秒〜３０分間処理を行う。このようにすることにより、各アモルファスシリコン膜に添加されているＮ型及びＰ型の不純物を電気的に活性化するとともに、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４、及び、Ｐ型アモルファスシリコン膜２５を結晶化させて、Ｎ型シリコン結晶層４３、Ｉ型シリコン結晶層４４、及び、Ｐ型シリコン結晶層４５を形成する。
【００２７】
これにより、図５に示されるような、ＰＩＮ型ダイオード４０を得ることができる。詳細には、ＰＩＮ型ダイオード４０は、配線層１１の上に形成された希土類金属シリサイド膜３２と、希土類金属シリサイド膜３２の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＮ型シリコン結晶層４３と、Ｎ型シリコン結晶層４３の上に形成されたＩ型シリコン結晶層４４と、Ｉ型シリコン結晶層４４の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＰ型シリコン結晶層４５とを備える。
【００２８】
本実施形態によれば、膜内部への浸透性が高いマイクロ波を用いて、低温で効率的に結晶化させていることから、Ｐ型シリコン結晶層２５及びＮ型シリコン結晶層２３に含まれるＰ型及びＮ型の不純物がＩ型シリコン結晶層２４に拡散することを避けることができる。従って、Ｉ型シリコン結晶層２４の膜厚が実効的に減少することが無くなり、ＰＩＮ型ダイオード４０がオフさせた際のＰＩＮ型ダイオード４０に流れる電流であるオフ電流を小さくすることができる。
【００２９】
さらに、希土類金属シリサイド膜３２が各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５の結晶化を促進させるだけでなく、希土類金属シリサイド膜３２はシリコン結晶の格子定数と近い値の格子定数を持つことから、希土類金属シリサイド膜３２の上の各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５を、希土類金属シリサイド膜３２の結晶構造の影響を受けて特定の結晶配向を持つように結晶化させることができる。従って、各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５が結晶化したものである各シリコン結晶層４３、４４、４５は、大粒径であるシリコン粒子を備えるものとすることができる。これによって、ＰＩＮ型ダイオード４０の備えるシリコン層は、低抵抗、高移動度となり、ＰＩＮ型ダイオード４０をオンさせた際のＰＩＮ型ダイオード４０に流れる電流であるオン電流を大きくすることができる。
【００３０】
また、マイクロ波を用いて低温で効率的に結晶化させていることから、希土類金属シリサイド膜３２中での、シリサイドの凝集を避けることができ、ＰＩＮ型ダイオード４０のコンタクト抵抗の増大を抑えることができる。
【００３１】
本実施形態によれば、希土類金属膜１２の上に、アモルファスシリコン膜１３を形成することから、アモルファスシリコン膜１３がキャップ層として機能して、仕事関数が小さいため酸化されやすい希土類金属膜１２及び希土類金属シリサイド膜３２の酸化を避けることができる。従って、ＰＩＮ型ダイオード４０の抵抗を増加させることを避けることができる。
【００３２】
つまり、本実施形態によれば、ＰＩＮ型ダイオード４０をオン／オフさせた際に、それぞれ流れるオン電流／オフ電流の値の比が大きい、電気特性が良好なＰＩＮ型ダイオード４０を得ることができる。
【００３３】
本実施形態は、シリコンの伝導型（Ｐ型／Ｎ型／Ｉ型）によらず、ＮＩＰ型ダイオードといった他の種類の半導体デバイスに適用することが可能であるが、希土類金属シリサイド膜３２の有する、電子に対するショットキーバリアハイト（高さ）が低いという特性に起因して、希土類金属シリサイド膜３２は、Ｎ型シリコン結晶層４３に対して低いコンタクト抵抗を持つことができる。従って、このような特性を得ることができるため、希土類金属シリサイド膜３２と直接接する膜としては、Ｎ型シリコン結晶層４３であることがより好ましい。
【００３４】
本実施形態の変形例として、以下のようなものが挙げられる。
【００３５】
先に説明した方法においては、アモルファスシリコン膜１３を形成した後、そのアモルファスシリコン膜１３に対して、Ｎ型不純物をイオン注入により注入することにより、所望の濃度のＮ型不純物を含むＮ型アモルファスシリコン膜２３を形成した。それに対して、この変形例においては、Ｐ、 Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型の不純物をあらかじめ導入したシリコンのスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３を形成しても良い。このようにすることにより、工程数を減らすことができる。なお、Ｎ型不純物が高濃度に含まれるシリコン膜は、そのフェルミレベルの位置がシリコン伝導帯の底に近いため、電子が引き抜かれ易いという性質を有する。従って、Ｎ型不純物が高濃度に含まれるシリコン膜は、酸化されやすい。これを避けるために、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３中においては、不純物濃度１０１５〜１０１６ｃｍ−３程度と低くすることが好ましい。
【００３６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す図６から図１０を参照して、本実施形態を説明する。以下、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターの形成方法を例に説明するが、本発明は、このような半導体装置に限定されるものではなく、Ｐ／Ｎ／Ｐ型バイポーラセレクターといった他の種類の半導体装置（半導体デバイス）においても用いることができる。
【００３７】
第１の実施形態と同様に、図６（ａ）のように半導体基板（図６から図１０においては図示を省略）上に形成された金属または金属化合物からなる電極層１１を準備する。
【００３８】
次に、第１の実施形態と同様に、図６（ｂ）のように、電極層１１の上に、スパッタリング法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、希土類金属膜１２を厚さ５ｎｍ形成する。この希土類金属膜１２は、第１の実施形態と同様に、シリコンと反応して希土類金属シリサイド膜を形成した際、シリコン結晶と格子定数が近い希土類金属シリサイド膜となるような材料から形成する。好ましくは、希土類金属シリサイド膜の上に形成されたアモルファスシリコンが結晶面方位（１００）又は結晶面方位（１１１）を持って結晶化するように、希土類金属シリサイド膜は、六方晶（ＡｌＢ２型）であり、シリコン結晶の格子定数と近い格子定数を持つものである。さらに、六方晶である希土類金属シリサイド膜は、ａ軸の格子定数が３．７５から３．８８オングストロームであり、且つ、ｃ軸の格子定数が４．０５から４．１８オングストロームであるものが、好ましい。このような希土類金属シリサイド膜の材料となる希土類金属膜１２は、例えば、エルビウム、イットリウム、ホルミウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ガドリニウム、テルビウム、ツリウム、ルテチウムから形成することができる。
【００３９】
次に、図７（ａ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、仕事関数が小さいために酸化されやすいという性質を持つ希土類金属膜１２が大気中の酸素に触れることとないように、真空を破らずに、スパッタリング法によりアモルファスシリコン膜（アモルファスシリコン材料膜）５３を形成する。このアモルファスシリコン膜５３の厚さは、この後に行われる希土類金属シリサイド膜を形成するための工程において希土類金属シリサイド膜の材料として必要なアモルファスシリコン膜の膜厚と、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターの備えるＮ型シリコン結晶層として必要な膜厚とをあわせたものであり、例えば、２５ｎｍである。
【００４０】
図７（ｂ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、成膜装置からイオン注入装置へ搬送して、アモルファスシリコン膜５３にイオン注入を行う。この搬送の際、アモルファスシリコン膜５３が酸化防止のためのキャップ層として機能するため、希土類金属膜１２が大気中の酸素により酸化することを避けることができる。そして、ビームライン注入装置、又は、注入深さが数ｎｍと浅い場合にはプラズマドーピング装置を用いて、アモルファスシリコン膜５３に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型不純物を１０１５ｃｍ−２程度のドーズ量で注入する。これにより、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターの備えるＮ型のシリコン結晶層の材料となる、Ｎ型アモルファスシリコン膜６３を形成する。
【００４１】
図８（ａ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、アニール装置に搬送し、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中において、３００℃〜３５０℃程度の温度の熱処理（アニール）を行い、希土類金属膜１２とＮ型アモルファスシリコン膜６３の一部とを固層反応させることにより希土類金属シリサイド膜７２を形成する。この希土類金属シリサイド膜７２は、希土類金属シリサイド膜７２の上に形成される各アモルファスシリコン膜を結晶化させるための下地膜としてだけではなく、導電性があることから、電極層１１とＰＩＮ型ダイオードの備える各シリコン層とを電気的に接続するための膜として働く。そして、希土類金属膜１２の上に形成されるＮ型アモルファスシリコン膜６３の一部を利用して、希土類金属シリサイド膜７２を形成することから、希土類金属シリサイド膜７２を形成するためだけに希土類金属膜１２の上にアモルファスシリコン膜を形成する工程を省くことができる。
【００４２】
次に、図８（ｂ）に示されるように、Ｎ型アモルファスシリコン膜６３の上に、Ｉ型（ノンドープ）アモルファスシリコン膜５５を、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６、又は、Ａｒ／ＳｉＨ４を用いた減圧ＣＶＤ法により、基板温度３５０℃の条件において、厚さ２０ｎｍのものとして形成する。なお、このＩ型アモルファスシリコン膜５５の形成の前に、Ａｒ／Ｈ２あるいはＡｒ／ＮＦ３等を用いたプラズマによるＮ型アモルファスシリコン膜６３の表面に形成された自然酸化膜の除去を行うことが好ましい。
【００４３】
そして、図９（ａ）に示されるように、Ｉ型アモルファスシリコン膜５５の上に、Ｎ型アモルファスシリコン膜６６を、真空を破らずに、ＰＨ３／Ｓｉ２Ｈ６／Ｈｅ、又は、ＰＨ３／ＳｉＨ４／Ｈｅ混合ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により、基板温度３５０℃の条件において、膜厚２５ｎｍのものとして形成する。
【００４４】
次に、図９（ｂ）に示されるように、I型アモルファスシリコン膜５５に、例えばＢ（ボロン）といったＰ型不純物をイオン注入することにより、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５を形成する。Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターのオン電流を増加させるためには、ベースとなるＰ型シリコン結晶層のＰ型不純物濃度は低いほうが良く、例えば、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５のＰ型不純物濃度を１ｅ１７ｃｍ−３程度になるように調整する。
【００４５】
次に、図１０に示されるように、第１の実施形態と同様に、各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６を結晶化するため、マイクロ波によりアニールを行う。２．４５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、投入電力１０Ｗ／ｃｍ２〜１０ｋＷ／ｃｍ２、基板温度２００℃〜５５０℃の条件において、３０秒〜３０分間処理を行う。このようにすることにより、各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６に添加されているＮ型及びＰ型の不純物を電気的に活性化するとともに、Ｎ型アモルファスシリコン膜６３、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５、及び、Ｎ型アモルファスシリコン膜６６を結晶化させて、Ｎ型シリコン結晶層８３、Ｐ型シリコン結晶層８５、及び、Ｎ型シリコン結晶層８６を形成する。
【００４６】
これにより、図１１に示されるような、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０を得ることができる。詳細には、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０は、配線層１１の上に形成された希土類金属シリサイド膜７２と、希土類金属シリサイド膜７２の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＮ型シリコン結晶層８３と、Ｎ型シリコン結晶層８３の上に形成され、且つ、Ｐ型不純物が添加されたＰ型シリコン結晶層８５と、Ｐ型シリコン結晶層８５の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＮ型シリコン結晶層８６とを備える。
【００４７】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、マイクロ波を用いて、低温で効率的に結晶化させていることから、各Ｎ型シリコン結晶層８３、８５に含まれるＮ型の不純物がＰ型シリコン結晶層８５に拡散することを避けることができる。従って、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０のオフ電流を小さくすることができる。
【００４８】
さらに、希土類金属シリサイド膜７２が各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６の結晶化を促進させるだけでなく、希土類金属シリサイド膜７２はシリコン結晶の格子定数と近い値の格子定数を持つことから、希土類金属シリサイド膜７２上の各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６を、希土類金属シリサイド膜７２の結晶構造の影響を受けて特定の結晶配向を持つように結晶化させることができる。従って、第１の実施形態と同様に、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０の備えるシリコン層８３、８５、８６は、大粒径のシリコン結晶を有することから、低抵抗、高移動度となり、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０をオンさせた際のＮ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０に流れる電流であるオン電流を大きくすることができる。
【００４９】
また、Ｉ型アモルファスシリコン膜５３及びＮ型アモルファスシリコン膜６３がキャップ層として機能することから、仕事関数が小さいため酸化されやすい希土類金属膜１２及び希土類金属シリサイド膜７２の酸化を避けることができる。従って、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０の抵抗を増加させることを避けることができる。
【００５０】
つまり、本実施形態によれば、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０をオン／オフさせた際に、それぞれ流れるオン電流／オフ電流の値の比が大きい、電気特性が良好なＮ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０を得ることができる。
【００５１】
また、本実施形態は、シリコンの伝導型によらず適用することが可能であるが、希土類金属シリサイド膜７２の有する電子に対する低いショットキーバリアハイト（高さ）に起因して、Ｎ（伝導）型シリコンに対して低いコンタクト抵抗が得られるため、最終的に希土類金属シリサイドと接しているシリコンの伝導型はＮ型伝導型であることが好ましい。
【００５２】
本実施形態の変形例として、以下のようなものが挙げられる。
【００５３】
先に説明した方法においては、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５は、Ｉ型アモルファスシリコン膜５５を形成した後、そのＩ型アモルファスシリコン膜５５に対して、Ｐ型不純物をイオン注入により注入することにより形成した。それに対して、この変形例においては、Ａｒ／ＳｉＨ４／Ｈ２／ＢＣｌ３、又は、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６／Ｈ２／ＢＣｌ３を用いた減圧ＣＶＤ法により、基板温度３５０℃の条件において、厚さ２０ｎｍのＰ型アモルファスシリコン膜６５を形成しても良い。このようにすることにより、工程数を減らすことができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、これら以外の各種の形態を採ることができる。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１１ 電極層
１２ 希土類金属膜
１３、５３ アモルファスシリコン膜(アモルファスシリコン材料膜)
２３、６３、６６ Ｎ型アモルファスシリコン膜
２４、５５ Ｉ型アモルファスシリコン膜
２５、６５ Ｐ型アモルファスシリコン膜
３２、７２ 希土類金属シリサイド膜
４０ ＰＩＮ型ダイオード
４３、８３、８６ Ｎ型シリコン結晶層
４４ Ｉ型シリコン結晶層
４５、８５ Ｐ型シリコン結晶層
８０ Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代以降の高性能・大規模集積回路においては、多層配線層上、多層配線層間にも、ダイオード、トランジスタ等の半導体デバイスを形成することが要求されている。
【０００３】
キャリア移動度といった半導体デバイスの電気的特性や、酸化膜、窒化膜等の絶縁膜の膜質を考慮すると、半導体デバイスは、単結晶シリコン膜を用いて形成することが好ましい。しかしながら、配線層上に平坦な単結晶シリコン膜を得ることが困難であるため、配線層上に半導体デバイスを形成する場合においては、アモルファスシリコンを熱処理して得られる多結晶シリコン膜が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、良好な電気特性を有する半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、電極層の上に希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とを形成し、前記希土類金属シリサイド膜と前記アモルファスシリコン膜とをマイクロ波を用いて加熱することにより、前記希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた結晶配向を持つように、前記アモルファスシリコン膜を結晶化させる、ことを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その１）である。
【図２】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その２）である。
【図３】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その３）である。
【図４】第１の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その４）である。
【図５】第１の実施形態にかかる半導体装置の模式断面図である。
【図６】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その１）である。
【図７】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その２）である。
【図８】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その３）である。
【図９】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その４）である。
【図１０】第２の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための図（その５）である。
【図１１】第２の実施形態にかかる半導体装置の模式断面図である。
【図１２】希土類金属シリサイド膜の格子定数をまとめたものである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。ただし、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。なお、全図面にわたり共通する部分には、共通する符号を付す。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す図１から図４を参照して、本実施形態を説明する。以下、ＰＩＮ型ダイオード（p-intrinsic-n Diode）の形成方法を例に説明するが、本発明は、このような半導体装置の形成方法に限定されるものではなく、ＮＩＰ型ダイオード（n-intrinsic-p Diode）といった他の種類の半導体装置（半導体デバイス）においても用いることができる。
【００１０】
図１（ａ）のように半導体基板（図１から図４においては図示を省略）上に形成された金属または金属化合物からなる電極層１１を準備する。この半導体基板は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板（例えば、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板やＳｉＧｅ基板など）でも良い。また、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良い。
【００１１】
次に、図１（ｂ）のように、成膜装置内において、電極層１１の上に、スパッタリング法、又は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、希土類金属膜１２を厚さ５ｎｍのものとして形成する。この際、希土類金属膜１２中への炭素、酸素等の不純物の混入量を減らすために、スパッタリング法を用いることが好ましい。この希土類金属膜１２は、後の工程で形成される希土類金属シリサイド膜の材料となるものである。
【００１２】
希土類金属膜１２は、この材料から形成されることとなる希土類金属シリサイド膜が、電極層１１とＰＩＮ型ダイオードの備えるシリコン層とを電気的に接続するための高い導電性を持ち、且つ、希土類金属シリサイド膜の上に形成されたアモルファスシリコン膜を特定の結晶配向を持つように結晶化させる下地膜となることができるような、材料から形成する。ここで、アモルファスシリコン膜が特定の結晶配向を持つように結晶化するとは、アモルファスシリコン膜が下地膜である希土類金属シリサイド膜の結晶構造から影響を受けながら結晶化することにより、希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた特定の結晶配向を持った結晶構造のシリコン結晶膜となることを意味する。
【００１３】
好ましくは、アモルファスシリコン膜が結晶面方位（１００）又は結晶面方位（１１１）を持って結晶化するように、希土類金属シリサイド膜は、六方晶（ＡｌＢ２型）であり、且つ、シリコン結晶の格子定数と近い格子定数を持つものである。詳細には、六方晶である希土類金属シリサイド膜は、ａ軸の格子定数が３．７５４から３．８７７オングストロームであり、且つ、ｃ軸の格子定数が４．０５から４．１７２オングストロームである。このような希土類金属シリサイド膜の材料となる希土類金属膜１２は、例えば、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、ルテチウム（Ｌｕ）から形成することができる。これらの希土類金属シリサイド膜の格子定数を、参考として、図１２に示す。
【００１４】
また、スパッタリング法で用いられる希土類金属のスパッタリングターゲットは、希土類金属膜１２中への不純物の混入量を減らすために、純度９９．９％以上のものを用いることが好ましい。
【００１５】
さらに、後に形成される希土類金属シリサイド膜の酸素含有量が１ａｔｍ％以下に抑えることが好ましく、そのために、希土類金属のスパッタリングターゲットの酸素含有量は、０．１ａｔｍ％以下であることが好ましい。この酸素含有量は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により得られる値である。このように希土類金属シリサイド膜中の酸素含有量を減らす理由としては以下の通りである。すなわち、希土類金属が酸化して得られる希土類金属酸化物は、Ｈｉｇｈ−ｋ材料や、エッチング装置の壁面保護のためのパッシベーション膜として用いられていることからもわかるように、強固な絶縁体であり、従って、ＰＩＮ型ダイオードにおいて、その抵抗値を増加させる原因となるため、希土類金属酸化膜が生成されてしまうことを避けなくてはならないからである。
【００１６】
そして、本実施形態においては、図２（ａ）に示されるように、仕事関数が小さいために酸化されやすいという性質を持つ希土類金属膜１２が大気中の酸素に触れることとないように、真空を破らずに、希土類金属膜１２の上に、スパッタリング法によりアモルファスシリコン膜（アモルファスシリコン材料膜）１３を形成する。このアモルファスシリコン膜１３は、この後の工程において形成されるＮ型アモルファス層の材料となるだけでなく、希土類金属膜１２を酸化させないためのキャップ層として、さらに、希土類金属膜１２とともに希土類金属シリサイド膜の材料として、用いられる。
【００１７】
このアモルファスシリコン膜１３の厚さは、この後に行われる工程において希土類金属シリサイド膜の材料として必要なアモルファスシリコン膜の膜厚と、ＰＩＮ型ダイオードの備えるＮ型シリコン結晶層として必要な膜厚とをあわせたものであり、例えば、２５ｎｍである。
【００１８】
図２（ｂ）に示されるように、次に、これまで積層した膜を成膜装置からイオン注入装置へ搬送して、アモルファスシリコン膜１３にイオン注入を行う。この搬送の際、これまで積層した膜が大気に触れることがあっても、アモルファスシリコン膜１３が酸化防止のためのキャップ層として機能するため、酸化されやすい希土類金属膜１２が大気中の酸素により酸化することを避けることができる。そして、ビームライン注入装置、又は、注入深さが数ｎｍと浅い場合にはプラズマドーピング装置を用いて、アモルファスシリコン膜１３に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型不純物を１０１５ｃｍ−２程度のドーズ量で注入する。これにより、ＰＩＮ型ダイオードの備えるＮ型のシリコン結晶層となる、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３を形成する。
【００１９】
この際、ＰＩＮ型ダイオードにおけるコンタクト抵抗を低減するために、後の工程において形成される希土類金属シリサイド膜と、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３との界面となる位置において、Ｎ型不純物濃度が最大になるようにイオン注入することが好ましい。また、希土類金属シリサイド膜を形成するための熱処理の際に、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３における不純物の分布が変化することを考慮して、イオン注入することが好ましい。
【００２０】
図３（ａ）に示されるように、続いて、アニール装置に搬送し、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中において、３００℃〜３５０℃程度の温度の熱処理（アニール）を行い、希土類金属膜１２とＮ型アモルファスシリコン膜２３の一部とを固層反応させることにより希土類金属シリサイド膜３２を形成する。この希土類金属シリサイド膜３２は、希土類金属シリサイド膜３２の上に形成される各アモルファスシリコン膜を結晶化させるための下地膜としてだけではなく、導電性があることから、電極層１１とＰＩＮ型ダイオードの備える各シリコン層とを電気的に接続するための膜として働く。そして、希土類金属膜１２の上に形成されるＮ型アモルファスシリコン膜２３の一部を利用して、希土類金属シリサイド膜３２を形成することから、希土類金属シリサイド膜３２を形成するためだけに希土類金属膜１２の上にシリコン膜を形成するような工程を省くことができる。
【００２１】
なお、この希土類金属シリサイド膜３２を形成するための熱処理は、先に説明したＮ型アモルファスシリコン膜２３の形成のためのイオン注入の前に行っても良い。また、次の工程である、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＩ型アモルファスシリコン膜２４を形成する際に行う基板加熱と同時に、希土類金属シリサイド膜３２を形成しても良い。
【００２２】
次に、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の上にさらにアモルファスシリコン膜を形成するために、アニール装置からＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に搬送する。先程と同様に、搬送の際これまで積層された膜が大気に触れることがあっても、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３が酸化防止のためのキャップ層として機能するため、仕事関数が小さいため酸化されやすい希土類金属シリサイド膜３２が大気中の酸素に晒されることは無く、希土類金属シリサイド膜３２へ酸素が混入することを避けることができる。
【００２３】
Ｎ型アモルファスシリコン膜２３上に、ＰＩＮ型ダイオードの備えるＩ型シリコン結晶層とＰ型シリコン結晶層となる、Ｉ型（ノンドープ）アモルファスシリコン膜２４とＰ型アモルファスシリコン膜２５とを形成する。この際に用いられる形成方法としては、減圧ＣＶＤ法を用いることも可能であるが、好ましくは、プラズマによる表面クリーニングを積極的に利用できるプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００２４】
詳細には、図３（ｂ）に示されるように、まず、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の上に、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４を、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６、又は、Ａｒ／ＳｉＨ４を用いて、基板温度３５０℃の条件において、厚さ５０ｎｍのものとして形成する。なお、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４の形成の前に、Ａｒ／Ｈ２、又は、Ａｒ／ＮＦ３等のプラズマにより、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３の表面に形成された自然酸化膜の除去を行うことが好ましい。
【００２５】
さらに連続して、図４（ａ）に示されるように、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４の上に、Ｐ型アモルファスシリコン膜２５を、Ａｒ／ＳｉＨ４／Ｈ２／ＢＣｌ３、又は、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６／Ｈ２／ＢＣｌ３混合ガスを用いて、基板温度３５０℃の条件において、厚さ２５ｎｍのものとして形成する。
【００２６】
次に、図４（ｂ）に示されるように、各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５を結晶化するための熱処理を行う。詳細には、マイクロ波によりアニールを行う。２．４５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、投入電力１０Ｗ／ｃｍ２〜１０ｋＷ／ｃｍ２、基板温度２００℃〜５５０℃の条件において、３０秒〜３０分間処理を行う。このようにすることにより、各アモルファスシリコン膜に添加されているＮ型及びＰ型の不純物を電気的に活性化するとともに、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３、Ｉ型アモルファスシリコン膜２４、及び、Ｐ型アモルファスシリコン膜２５を結晶化させて、Ｎ型シリコン結晶層４３、Ｉ型シリコン結晶層４４、及び、Ｐ型シリコン結晶層４５を形成する。
【００２７】
これにより、図５に示されるような、ＰＩＮ型ダイオード４０を得ることができる。詳細には、ＰＩＮ型ダイオード４０は、配線層１１の上に形成された希土類金属シリサイド膜３２と、希土類金属シリサイド膜３２の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＮ型シリコン結晶層４３と、Ｎ型シリコン結晶層４３の上に形成されたＩ型シリコン結晶層４４と、Ｉ型シリコン結晶層４４の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＰ型シリコン結晶層４５とを備える。
【００２８】
本実施形態によれば、膜内部への浸透性が高いマイクロ波を用いて、低温で効率的に結晶化させていることから、Ｐ型シリコン結晶層２５及びＮ型シリコン結晶層２３に含まれるＰ型及びＮ型の不純物がＩ型シリコン結晶層２４に拡散することを避けることができる。従って、Ｉ型シリコン結晶層２４の膜厚が実効的に減少することが無くなり、ＰＩＮ型ダイオード４０がオフさせた際のＰＩＮ型ダイオード４０に流れる電流であるオフ電流を小さくすることができる。
【００２９】
さらに、希土類金属シリサイド膜３２が各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５の結晶化を促進させるだけでなく、希土類金属シリサイド膜３２はシリコン結晶の格子定数と近い値の格子定数を持つことから、希土類金属シリサイド膜３２の上の各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５を、希土類金属シリサイド膜３２の結晶構造の影響を受けて特定の結晶配向を持つように結晶化させることができる。従って、各アモルファスシリコン膜２３、２４、２５が結晶化したものである各シリコン結晶層４３、４４、４５は、大粒径であるシリコン粒子を備えるものとすることができる。これによって、ＰＩＮ型ダイオード４０の備えるシリコン層は、低抵抗、高移動度となり、ＰＩＮ型ダイオード４０をオンさせた際のＰＩＮ型ダイオード４０に流れる電流であるオン電流を大きくすることができる。
【００３０】
また、マイクロ波を用いて低温で効率的に結晶化させていることから、希土類金属シリサイド膜３２中での、シリサイドの凝集を避けることができ、ＰＩＮ型ダイオード４０のコンタクト抵抗の増大を抑えることができる。
【００３１】
本実施形態によれば、希土類金属膜１２の上に、アモルファスシリコン膜１３を形成することから、アモルファスシリコン膜１３がキャップ層として機能して、仕事関数が小さいため酸化されやすい希土類金属膜１２及び希土類金属シリサイド膜３２の酸化を避けることができる。従って、ＰＩＮ型ダイオード４０の抵抗を増加させることを避けることができる。
【００３２】
つまり、本実施形態によれば、ＰＩＮ型ダイオード４０をオン／オフさせた際に、それぞれ流れるオン電流／オフ電流の値の比が大きい、電気特性が良好なＰＩＮ型ダイオード４０を得ることができる。
【００３３】
本実施形態は、シリコンの伝導型（Ｐ型／Ｎ型／Ｉ型）によらず、ＮＩＰ型ダイオードといった他の種類の半導体デバイスに適用することが可能であるが、希土類金属シリサイド膜３２の有する、電子に対するショットキーバリアハイト（高さ）が低いという特性に起因して、希土類金属シリサイド膜３２は、Ｎ型シリコン結晶層４３に対して低いコンタクト抵抗を持つことができる。従って、このような特性を得ることができるため、希土類金属シリサイド膜３２と直接接する膜としては、Ｎ型シリコン結晶層４３であることがより好ましい。
【００３４】
本実施形態の変形例として、以下のようなものが挙げられる。
【００３５】
先に説明した方法においては、アモルファスシリコン膜１３を形成した後、そのアモルファスシリコン膜１３に対して、Ｎ型不純物をイオン注入により注入することにより、所望の濃度のＮ型不純物を含むＮ型アモルファスシリコン膜２３を形成した。それに対して、この変形例においては、Ｐ、 Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型の不純物をあらかじめ導入したシリコンのスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法により、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３を形成しても良い。このようにすることにより、工程数を減らすことができる。なお、Ｎ型不純物が高濃度に含まれるシリコン膜は、そのフェルミレベルの位置がシリコン伝導帯の底に近いため、電子が引き抜かれ易いという性質を有する。従って、Ｎ型不純物が高濃度に含まれるシリコン膜は、酸化されやすい。これを避けるために、Ｎ型アモルファスシリコン膜２３中においては、不純物濃度１０１５〜１０１６ｃｍ−３程度と低くすることが好ましい。
【００３６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す図６から図１０を参照して、本実施形態を説明する。以下、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターの形成方法を例に説明するが、本発明は、このような半導体装置に限定されるものではなく、Ｐ／Ｎ／Ｐ型バイポーラセレクターといった他の種類の半導体装置（半導体デバイス）においても用いることができる。
【００３７】
第１の実施形態と同様に、図６（ａ）のように半導体基板（図６から図１０においては図示を省略）上に形成された金属または金属化合物からなる電極層１１を準備する。
【００３８】
次に、第１の実施形態と同様に、図６（ｂ）のように、電極層１１の上に、スパッタリング法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、希土類金属膜１２を厚さ５ｎｍ形成する。この希土類金属膜１２は、第１の実施形態と同様に、シリコンと反応して希土類金属シリサイド膜を形成した際、シリコン結晶と格子定数が近い希土類金属シリサイド膜となるような材料から形成する。好ましくは、希土類金属シリサイド膜の上に形成されたアモルファスシリコンが結晶面方位（１００）又は結晶面方位（１１１）を持って結晶化するように、希土類金属シリサイド膜は、六方晶（ＡｌＢ２型）であり、シリコン結晶の格子定数と近い格子定数を持つものである。さらに、六方晶である希土類金属シリサイド膜は、ａ軸の格子定数が３．７５から３．８８オングストロームであり、且つ、ｃ軸の格子定数が４．０５から４．１８オングストロームであるものが、好ましい。このような希土類金属シリサイド膜の材料となる希土類金属膜１２は、例えば、エルビウム、イットリウム、ホルミウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ガドリニウム、テルビウム、ツリウム、ルテチウムから形成することができる。
【００３９】
次に、図７（ａ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、仕事関数が小さいために酸化されやすいという性質を持つ希土類金属膜１２が大気中の酸素に触れることとないように、真空を破らずに、スパッタリング法によりアモルファスシリコン膜（アモルファスシリコン材料膜）５３を形成する。このアモルファスシリコン膜５３の厚さは、この後に行われる希土類金属シリサイド膜を形成するための工程において希土類金属シリサイド膜の材料として必要なアモルファスシリコン膜の膜厚と、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターの備えるＮ型シリコン結晶層として必要な膜厚とをあわせたものであり、例えば、２５ｎｍである。
【００４０】
図７（ｂ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、成膜装置からイオン注入装置へ搬送して、アモルファスシリコン膜５３にイオン注入を行う。この搬送の際、アモルファスシリコン膜５３が酸化防止のためのキャップ層として機能するため、希土類金属膜１２が大気中の酸素により酸化することを避けることができる。そして、ビームライン注入装置、又は、注入深さが数ｎｍと浅い場合にはプラズマドーピング装置を用いて、アモルファスシリコン膜５３に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ型不純物を１０１５ｃｍ−２程度のドーズ量で注入する。これにより、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターの備えるＮ型のシリコン結晶層の材料となる、Ｎ型アモルファスシリコン膜６３を形成する。
【００４１】
図８（ａ）に示されるように、第１の実施形態と同様に、アニール装置に搬送し、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中において、３００℃〜３５０℃程度の温度の熱処理（アニール）を行い、希土類金属膜１２とＮ型アモルファスシリコン膜６３の一部とを固層反応させることにより希土類金属シリサイド膜７２を形成する。この希土類金属シリサイド膜７２は、希土類金属シリサイド膜７２の上に形成される各アモルファスシリコン膜を結晶化させるための下地膜としてだけではなく、導電性があることから、電極層１１とＰＩＮ型ダイオードの備える各シリコン層とを電気的に接続するための膜として働く。そして、希土類金属膜１２の上に形成されるＮ型アモルファスシリコン膜６３の一部を利用して、希土類金属シリサイド膜７２を形成することから、希土類金属シリサイド膜７２を形成するためだけに希土類金属膜１２の上にアモルファスシリコン膜を形成する工程を省くことができる。
【００４２】
次に、図８（ｂ）に示されるように、Ｎ型アモルファスシリコン膜６３の上に、Ｉ型（ノンドープ）アモルファスシリコン膜５５を、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６、又は、Ａｒ／ＳｉＨ４を用いた減圧ＣＶＤ法により、基板温度３５０℃の条件において、厚さ２０ｎｍのものとして形成する。なお、このＩ型アモルファスシリコン膜５５の形成の前に、Ａｒ／Ｈ２あるいはＡｒ／ＮＦ３等を用いたプラズマによるＮ型アモルファスシリコン膜６３の表面に形成された自然酸化膜の除去を行うことが好ましい。
【００４３】
そして、図９（ａ）に示されるように、Ｉ型アモルファスシリコン膜５５の上に、Ｎ型アモルファスシリコン膜６６を、真空を破らずに、ＰＨ３／Ｓｉ２Ｈ６／Ｈｅ、又は、ＰＨ３／ＳｉＨ４／Ｈｅ混合ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により、基板温度３５０℃の条件において、膜厚２５ｎｍのものとして形成する。
【００４４】
次に、図９（ｂ）に示されるように、I型アモルファスシリコン膜５５に、例えばＢ（ボロン）といったＰ型不純物をイオン注入することにより、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５を形成する。Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクターのオン電流を増加させるためには、ベースとなるＰ型シリコン結晶層のＰ型不純物濃度は低いほうが良く、例えば、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５のＰ型不純物濃度を１ｅ１７ｃｍ−３程度になるように調整する。
【００４５】
次に、図１０に示されるように、第１の実施形態と同様に、各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６を結晶化するため、マイクロ波によりアニールを行う。２．４５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を用いて、投入電力１０Ｗ／ｃｍ２〜１０ｋＷ／ｃｍ２、基板温度２００℃〜５５０℃の条件において、３０秒〜３０分間処理を行う。このようにすることにより、各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６に添加されているＮ型及びＰ型の不純物を電気的に活性化するとともに、Ｎ型アモルファスシリコン膜６３、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５、及び、Ｎ型アモルファスシリコン膜６６を結晶化させて、Ｎ型シリコン結晶層８３、Ｐ型シリコン結晶層８５、及び、Ｎ型シリコン結晶層８６を形成する。
【００４６】
これにより、図１１に示されるような、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０を得ることができる。詳細には、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０は、配線層１１の上に形成された希土類金属シリサイド膜７２と、希土類金属シリサイド膜７２の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＮ型シリコン結晶層８３と、Ｎ型シリコン結晶層８３の上に形成され、且つ、Ｐ型不純物が添加されたＰ型シリコン結晶層８５と、Ｐ型シリコン結晶層８５の上に形成され、且つ、Ｎ型不純物が添加されたＮ型シリコン結晶層８６とを備える。
【００４７】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、マイクロ波を用いて、低温で効率的に結晶化させていることから、各Ｎ型シリコン結晶層８３、８５に含まれるＮ型の不純物がＰ型シリコン結晶層８５に拡散することを避けることができる。従って、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０のオフ電流を小さくすることができる。
【００４８】
さらに、希土類金属シリサイド膜７２が各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６の結晶化を促進させるだけでなく、希土類金属シリサイド膜７２はシリコン結晶の格子定数と近い値の格子定数を持つことから、希土類金属シリサイド膜７２上の各アモルファスシリコン膜６３、６５、６６を、希土類金属シリサイド膜７２の結晶構造の影響を受けて特定の結晶配向を持つように結晶化させることができる。従って、第１の実施形態と同様に、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０の備えるシリコン層８３、８５、８６は、大粒径のシリコン結晶を有することから、低抵抗、高移動度となり、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０をオンさせた際のＮ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０に流れる電流であるオン電流を大きくすることができる。
【００４９】
また、Ｉ型アモルファスシリコン膜５３及びＮ型アモルファスシリコン膜６３がキャップ層として機能することから、仕事関数が小さいため酸化されやすい希土類金属膜１２及び希土類金属シリサイド膜７２の酸化を避けることができる。従って、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０の抵抗を増加させることを避けることができる。
【００５０】
つまり、本実施形態によれば、Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０をオン／オフさせた際に、それぞれ流れるオン電流／オフ電流の値の比が大きい、電気特性が良好なＮ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター８０を得ることができる。
【００５１】
また、本実施形態は、シリコンの伝導型によらず適用することが可能であるが、希土類金属シリサイド膜７２の有する電子に対する低いショットキーバリアハイト（高さ）に起因して、Ｎ（伝導）型シリコンに対して低いコンタクト抵抗が得られるため、最終的に希土類金属シリサイドと接しているシリコンの伝導型はＮ型伝導型であることが好ましい。
【００５２】
本実施形態の変形例として、以下のようなものが挙げられる。
【００５３】
先に説明した方法においては、Ｐ型アモルファスシリコン膜６５は、Ｉ型アモルファスシリコン膜５５を形成した後、そのＩ型アモルファスシリコン膜５５に対して、Ｐ型不純物をイオン注入により注入することにより形成した。それに対して、この変形例においては、Ａｒ／ＳｉＨ４／Ｈ２／ＢＣｌ３、又は、Ａｒ／Ｓｉ２Ｈ６／Ｈ２／ＢＣｌ３を用いた減圧ＣＶＤ法により、基板温度３５０℃の条件において、厚さ２０ｎｍのＰ型アモルファスシリコン膜６５を形成しても良い。このようにすることにより、工程数を減らすことができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、これら以外の各種の形態を採ることができる。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１１ 電極層
１２ 希土類金属膜
１３、５３ アモルファスシリコン膜(アモルファスシリコン材料膜)
２３、６３、６６ Ｎ型アモルファスシリコン膜
２４、５５ Ｉ型アモルファスシリコン膜
２５、６５ Ｐ型アモルファスシリコン膜
３２、７２ 希土類金属シリサイド膜
４０ ＰＩＮ型ダイオード
４３、８３、８６ Ｎ型シリコン結晶層
４４ Ｉ型シリコン結晶層
４５、８５ Ｐ型シリコン結晶層
８０ Ｎ／Ｐ／Ｎ型バイポーラセレクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層の上に希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とを形成し、
前記希土類金属シリサイド膜と前記アモルファスシリコン膜とをマイクロ波を用いて加熱することにより、前記希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた結晶配向を持つように、前記アモルファスシリコン膜を結晶化させる、
ことを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記電極層の上に、希土類金属膜を形成し、
前記希土類金属膜の上に、アモルファスシリコン材料膜を形成し、
熱処理により、前記希土類金属膜と前記アモルファスシリコン材料膜の一部とを反応させて、前記希土類金属シリサイド膜と前記アモルファスシリコン膜とを形成する、
ことをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記希土類金属シリサイド膜は、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ、Ｌｕからなる群から選択された元素を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記希土類金属シリサイド膜の酸素含有量が１ａｔｍ％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
電極層の上に形成された希土類金属シリサイド膜と、
前記希土類金属シリサイド膜の上に形成された第１の不純物が添加された第１導電型シリコン結晶層と、
前記第１導電型シリコン結晶層の上に形成された第３導電型シリコン結晶層と、
前記第３導電型シリコン結晶層の上に形成された第２の不純物が添加された第２導電型シリコン結晶層と、
を備える半導体装置。
【請求項１】
電極層の上に希土類金属シリサイド膜とアモルファスシリコン膜とを形成し、
前記希土類金属シリサイド膜と前記アモルファスシリコン膜とをマイクロ波を用いて加熱することにより、前記希土類金属シリサイド膜の結晶構造に応じた結晶配向を持つように、前記アモルファスシリコン膜を結晶化させる、
ことを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記電極層の上に、希土類金属膜を形成し、
前記希土類金属膜の上に、アモルファスシリコン材料膜を形成し、
熱処理により、前記希土類金属膜と前記アモルファスシリコン材料膜の一部とを反応させて、前記希土類金属シリサイド膜と前記アモルファスシリコン膜とを形成する、
ことをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記希土類金属シリサイド膜は、Ｅｒ、Ｙ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ、Ｌｕからなる群から選択された元素を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記希土類金属シリサイド膜の酸素含有量が１ａｔｍ％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
電極層の上に形成された希土類金属シリサイド膜と、
前記希土類金属シリサイド膜の上に形成された第１の不純物が添加された第１導電型シリコン結晶層と、
前記第１導電型シリコン結晶層の上に形成された第３導電型シリコン結晶層と、
前記第３導電型シリコン結晶層の上に形成された第２の不純物が添加された第２導電型シリコン結晶層と、
を備える半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６９６６３（Ｐ２０１２−６９６６３Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２１９８（Ｐ２０１０−２１２１９８）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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