JP2003100901A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
し、膜厚の異なるゲート絶縁膜を形成する場合において
特に薄いゲート絶縁膜の品質を向上させ、高信頼性を得
る。 【解決手段】 ウェットエッチング前に、基板表面(基
板101の露出面及びレジストパターン105の表面)
の正電荷帯電を行う。具体的には、工程増を招くことの
ないように、デスカムを行った後に閾値制御のイオン注
入を行い、ホウ素イオンにより正電荷に帯電させる。こ
の状態でウェットエッチングすることにより、基板表面
は正電荷が帯電した状態とされているため、ウェットエ
ッチング時の金属汚染の主原因となる正電荷を有する金
属イオンM+が基板表面と電気的に反発し、汚染が抑止
される。
Description
方法に関し、特に半導体基板の表面に厚みの異なる複数
種のゲート絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法に関す
る。
で、内部回路を分圧した電圧にて動作させ、I/Oを含
む電源を規格化された電圧にて動作させる、多電源に対
応する半導体装置の要請が高まっている。このような半
導体装置では、各々の電圧による動作が最適な素子が要
求されるため、耐圧の異なる、即ち膜厚の異なる複数種
のゲート酸化膜を形成する必要がある。
ように膜厚の異なる複数種のゲート酸化膜を形成する場
合には、薄いゲート絶縁膜の品質確保が重要な課題とな
る。膜厚の異なるゲート絶縁膜を形成する場合には、そ
の形成工程において薄いゲート絶縁膜を形成する領域を
ウェットエッチングすることが必要であるが、薄いゲー
ト絶縁膜の品質はこれを形成する領域の表面状態に大き
く依存するため、ウェットエッチングに基づく金属汚染
(メタル・コンタミーション)の影響を強く受けるとい
う問題がある。
易且つ確実に抑止し、膜厚の異なるゲート絶縁膜を形成
する場合において特に薄いゲート絶縁膜の品質を向上さ
せ、高信頼性を得ることを可能とする半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。本発明で
は、半導体基板の表面に厚みの異なる複数種の絶縁膜を
備えた半導体装置の製造方法を対象とする。
導体基板の第1及び第2の領域に第1の絶縁膜を形成す
る第1の工程と、前記第2の領域を覆い前記第1の領域
を露出するような形状にレジストパターンを形成する第
2の工程と、前記第1の絶縁膜にプラズマによる活性イ
オン種を作用させ、前記第1の絶縁膜の表面を親水性と
する第3の工程と、前記第1の領域の表層に正電荷を帯
電させる第4の工程と、前記レジストパターンをマスク
として、前記第1の領域に形成された前記第1の絶縁膜
をウェットエッチングにより除去する第5の工程と、前
記レジストパターンを除去する第6の工程と、前記第1
及び第2の領域に第2の絶縁膜を形成する第7の工程と
を含む。
の態様は、前記半導体基板の第1及び第2の領域に第1
の絶縁膜を形成する第1の工程と、前記第2の領域を覆
い前記第1の領域を露出するような形状にレジストパタ
ーンを形成する第2の工程と、前記第1の絶縁膜の表面
を親水性とするとともに、前記第1の領域の表層に正電
荷を帯電させる程度に高強度の投入電力によりプラズマ
を発生し、当該第1の絶縁膜及び当該レジストパターン
に前記プラズマによる活性イオン種を作用させる第3の
工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記第
1の領域に形成された前記第1の絶縁膜をウェットエッ
チングにより除去する第4の工程と、前記レジストパタ
ーンを除去する第5の工程と、前記第1及び第2の領域
に第2の絶縁膜を形成する第6の工程とを含む。
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
まえて説明する。
を招来する主原因と考えられる基板表面の金属汚染が、
pn接合における空乏層形成による負電荷の発生に起因
することを見出した。
が形成されてなるCMOSトランジスタの場合、製造工
場にある室内照明の蛍光燈等からSiに入射する光によ
る光電効果により、n型ウェルとp型基板の空乏層で発
生したエレクトロン/ホールペアのうちのエレクトロン
がn型ウェルに集合する。更にはSiのゼータ電位との
関係も相俟って、n型ウェルの形成された基板表面が強
い負電位に帯電する。
Fe2+,Al3+など)を主原因とするものであり、通常
これらは正電荷を有するものである。従って、ウェット
エッチング時に金属イオンが基板表面に電気的に引き寄
せられて付着し、金属汚染を惹起するものと考えられ
る。
より絶縁膜を除去する前に、半導体基板の表面(露出面
及びレジスト面)を積極的に正電荷に帯電させることに
想到した。この状態でウェットエッチングを行うことに
より、金属イオンが基板表面と電気的に反発し、金属汚
染の発生が抑止されることになる。
前に基板表面を正電荷に帯電させる具体的手法として、
正電荷帯電の特別な工程を付加することなく実現すると
いう観点から、複数種のゲート絶縁膜を有する半導体装
置の製造に不可欠な工程を利用して、工程増を招くこと
なく基板表面の正電荷帯電を行う。
成するには、特定のゲート絶縁膜下の基板表層に不純物
を導入し、閾値制御(Vthコントロール)を行うことを
要する。
るレジストは通常ポジ型のものであるため、基板との密
着性を図る目的でHMDSが添加されるが、これが疎水
性を有するためにウェットエッチングに不都合となる。
そこで、ウェットエッチング工程の前に基板表面をO2
プラズマを用いてプレアッシングし(デスカム:descu
m)、当該表面を親水性に変えることが必要である。
所定の待機時間(queue time)の経過によりゲート絶縁
膜の品質低下を招来する。ここで、デスカム後の基板表
面状態の時間的推移を調べた実験結果を示す。この実験
では、デスカム工程の後にウェットエッチング工程を行
う場合に、膜厚10nmに形成されたゲート絶縁膜の耐
圧破壊を起こす当該破壊耐圧(break down voltage)の
分布を調べた。図1,図2がn型ウェルについて、図
3,図4がp型ウェル(基板のp型領域)について調べ
た結果である。各図中、(a)が何も施さない基板状
態、(b)がデスカム後22時間が経過した状態、
(c)がデスカム後2時間が経過した状態をそれぞれ示
す。
デスカム後の時間が経過するほど分布が広がり、破壊耐
圧の低いサンプルが多く、他方、p型ウェルでは破壊耐
圧の低化が見られないことが判る。これは、時間経過に
従ってn型ウェルに生成される負電荷量が増加し、ゲー
ト絶縁膜の品質低下を招来することを示しており、p型
ウェルではホールの正電荷と金属イオンの正電荷とが電
気的に反発するために金属汚染が生じず、ゲート絶縁膜
が高品質に保たれるものと考えるのが合理的である。
電させた状態でウェットエッチングを行うことを念頭に
置き、デスカム工程を先に行った後に、閾値制御のイオ
ン注入工程を行う。閾値制御の不純物イオン注入では、
ホウ素(B)やリン(P)等の正電荷のイオンを用いる
ため、イオン注入後には基板表面(露出面及びレジスト
面)は正電荷が帯電する。本発明ではこの状態を利用
し、当該正電荷帯電の効果が継続する待機時間内、即ち
帯電した正電荷量がn型ウェルに生成される負電荷量よ
りも大きい状態を保つ待機時間内にウェットエッチング
工程に移行する。
制御の不純物イオン注入を行った際の基板の表面電位を
PDM(プラズマ・ダメージ・モニタ:Plasma Damage
Monitor)法により調べた実験結果を図5に示す。この
実験では、何も施さない基板状態、イオン注入装置Aを
用いた場合、イオン注入装置Bを用いた場合、イオン注
入装置Aを用いてイオン注入した後に表面洗浄を施した
場合、イオン注入装置Bを用いてイオン注入した後に表
面洗浄を施した場合のそれぞれについての表面電位を調
べた。図示のように、装置による若干の差異は見られる
ものの、当該イオン注入により表面電位がほぼ2倍とな
ることが判る。
を付加することなく、ウェットエッチング前に基板表面
を正電荷に帯電させる他の具体的手法として、閾値制御
の不純物イオン注入を行った後のデスカム工程におい
て、投入電力を通常のデスカムに比して強い所定範囲に
調節してプラズマエネルギーを制御し、基板表面を正電
荷に帯電させる方法を提案する。この場合にも、当該正
電荷帯電の効果が継続する時間内、即ち帯電した正電荷
量がn型ウェルに生成される負電荷量よりも大きい状態
を保つ時間内にウェットエッチング工程に移行する。こ
こで、基板表面に生成する正電荷量とプラズマダメージ
による歩留まり低下量とは言わばトレードオフの関係に
あるため、プラズマダメージの許容限界内にプラズマエ
ネルギーを制御することを要する。
実験結果を図6及び図7に示す。ここでは、膜厚10n
mに形成されたゲート絶縁膜の耐圧破壊を起こす当該破
壊耐圧(break down voltage)の分布をn型ウェルにつ
いて調べた。図6の(a)が何も施さない基板状態、
(b)がプラズマ発生装置Aを用いてデスカム制御した
場合、図7の(c)がプラズマ発生装置Bを用いてデス
カム制御した場合をそれぞれ示す。図示のように、装置
による若干の差異は見られるものの、デスカム制御を行
うことにより破壊耐圧の低化が見られなくなり、ゲート
絶縁膜が高品質に保たれるものと考えられる。
をPDM法により調べた実験結果を図8に示す。ここで
は、何も施さない基板状態、デスカムAを用いた場合、
デスカム装置Bを用いた場合のそれぞれについての表面
電位を調べた。図示のように、装置による若干の差異は
見られるものの、当該デスカム制御により表面電位がほ
ぼ4〜20倍となることが判る。
て、閾値制御の不純物イオン注入工程、デスカム工程を
経た後に、エッチング液にアニオンを含有する界面活性
剤を添加し、ウェットエッチングすることが考えられ
る。これにより、汚染の原因となる正電荷が消失して負
電位に帯電した状態となり、n型ウェルに集合したエレ
クトロンと電気的反発するため、金属汚染が抑止され
る。
構成を踏まえた本発明の具体的な諸実施形態について説
明する。
の異なる2種のゲート絶縁膜を有するCMOSトランジ
スタの製造方法を例示する。図9及び図10は、第1の
実施形態のCMOSトランジスタの製造方法を工程順に
示す概略断面図である。
抗率20Ω・cmのCZ基板101を用意し、イオン注
入により、n型不純物、ここではP+(リン)を加速エ
ネルギー180keV、ドーズ量1.5×1013/cm
2の条件でドープし、1150℃で5時間の熱シーケン
スの熱拡散により、n型ウェル102を形成する。
ールド酸化膜103を形成して素子形成領域を画定す
る。具体的には、p型基板101の素子分離領域にフィ
ールド酸化膜103を形成し、基板101のp型領域上
に領域111A,領域111Bを、n型ウェル102上
に領域111C,領域111Dをそれぞれ画定する。こ
こで、領域111A,111Dには3.3Vの駆動電圧
で動作する素子が、領域111B,111Cには1.8
Vの駆動電圧で動作する素子がそれぞれ形成される。
条件で領域111A〜111D上に第1の酸化膜104
を膜厚10nm程度に形成する。
11B,111Cを開口し領域111A,111Dを覆
う形状のレジストパターン105を形成する。続いて、
基板表面(露出した領域111B,111C及びレジス
トパターン105の表面)にデスカム(descum)処理を
施して当該表面を親水性とする。その後、閾値制御のた
めにレジストパターン105をマスクとして領域111
B,111Cにp型不純物、ここではホウ素(B+)を
加速エネルギー20KeV、ドーズ量1.0×1012/
cm2の条件でイオン注入する。このとき、当該表面は
正電荷が帯電する。
たように正電荷帯電の効果が継続する待機時間(queue
time)、即ち帯電した正電荷量がn型ウェル102に生
成される負電荷量よりも大きい状態を保ち、当該表面が
正電荷が帯電した状態で、HF0.5%+NH4F15
%+H2O210%を含み25℃の条件のエッチング液に
基板101を浸漬させ、ウェットエッチングにより領域
111B,111Cの第1の酸化膜104を除去する。
このウェットエッチング工程は、第1の酸化膜104の
膜厚が10nm程度であることから換算して、約1分間
程度の処理時間となる。
は正電荷が帯電した状態とされているため、ウェットエ
ッチング時の金属汚染の主原因となる正電荷を有する金
属イオンは基板表面と電気的に反発し、汚染が抑止され
る。
る理由は以下に示すことにある。即ち、希釈HFは、通
常乖離定数が7.4×10-4と非常に小さく、このまま
エッチング液として用いたのでは酸化膜のエッチングレ
ートを安定化させることは困難である。そこで、上記の
ようにエッチング液に更にNH4Fを添加することによ
り、乖離定数を4.7となり、酸化膜のエッチングレー
トを1000倍以上に改善させることができる。
る理由は以下に示すことにある。即ち、H2O2の添加に
より、酸化還元電位を、 H2O2+2H-+2e- → 2H2O 1.776V(un
it:NHE) とすることができ、金属汚染の主原因がFe,Al,C
uであった場合、 Cu2++2e- → Cu 0.337V Fe2++2e- → Fe −0.440V Al3++3e- → Al −1.663V となり、これらの金属汚染があった場合については、酸
化還元電位のポテンシャルの高さから基板表面への付着
のような影響が更に緩和される。
SO475%+H2O225%からなる溶液を用いて、1
10℃の条件で基板101にSPM処理を施し、レジス
トパターン105を除去する。
ット酸化法により900℃の条件で領域111A〜11
1D上に第2の酸化膜を膜厚10nm程度に形成する。
このとき、領域111B,111Cには第2の酸化膜か
らなる第1のゲート絶縁膜106が、領域111A,1
11Dには第1及び第2の酸化膜からなる第2のゲート
絶縁膜107が形成されることになる。
020/cm3のドープトアモルファスシリコン膜を膜厚
200nm程度に堆積し、これをパターニングすること
により、領域111A〜111Dにそれぞれゲート電極
108をパターン形成する。
ート電極108の両側の基板表層に不純物、領域111
A,111Bにはn型不純物であるリン(P+)を、領
域111C,111Dにはp型不純物であるホウ素(B
+)をそれぞれイオン注入し、アニール処理を施すこと
により、n型ソース/ドレイン109及びp型ソース/
ドレイン110をそれぞれ形成する。このとき、領域1
11A,111Bにはn型MOSトランジスタが、領域
111C,111Dにはp型MOSトランジスタがそれ
ぞれ形成されることになる。
種配線層等の形成を経て、CMOSトランジスタを完成
させる。
る2種のゲート絶縁膜106,107を有するCMOS
トランジスタを製造するに際して、工程増を招くことな
く、薄いゲート絶縁膜106を形成する場合に必須工程
であるウェットエッチングを金属汚染を生ぜしめること
なく行うことができるので、信頼性の高い薄いゲート絶
縁膜の形成が可能となる。従って、実質上ゲート長を小
さく設定でき、小さな回路面積とされたCMOSトラン
ジスタが実現する。
のゲート絶縁膜を有し、周辺回路としてCMOSトラン
ジスタを備えたEEPROMの製造方法を例示する。図
12及び図13は、第2の実施形態のEEPROMの製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
抵抗率20Ω・cmのCZ基板201を用意し、イオン
注入により、n型不純物、ここではP+(リン)を加速
エネルギー180keV、ドーズ量1.5×1013/c
m2の条件でドープし、1150℃で5時間の熱シーケ
ンスの熱拡散により、n型ウェル202を形成する。
ールド酸化膜203を形成して素子形成領域を画定す
る。具体的には、p型基板201の素子分離領域にフィ
ールド酸化膜203を形成し、基板201のp型領域上
に領域211A,領域211B,211Eを、n型ウェ
ル202上に領域211C,領域211Dをそれぞれ画
定する。
条件で領域211A〜211E上に第1の酸化膜204
を膜厚10nm程度に形成する。
1×1020/cm3のドープトアモルファスシリコン膜
を膜厚200nm程度に形成し、これをパターニングす
ることにより、領域211Eの第1の酸化膜204上の
みにフローティングゲート電極212をパターン形成す
る。
D法により800℃の条件でHTO膜213を膜厚9n
m程度に形成した後、領域211E上のHTO膜213
を覆うレジストパターン214を形成し、このレジスト
パターン214をマスクとして、HTO膜213を領域
211E上でフローティングゲート電極212を覆う形
状にパターニングするとともに、領域211A〜211
D上の第1の酸化膜204を除去する。ここで、領域2
11Eの第1の酸化膜204がトンネル絶縁膜(第3の
ゲート絶縁膜)として、HTO膜213がキャパシタ構
造の誘電体膜として機能することになる。
た後、図12(d)に示すように、ウェット酸化法によ
り900℃の条件で領域211A〜211D上に第2の
酸化膜215を膜厚10nm程度に形成する。
1C,211Eを覆う形状のレジストパターン205を
形成する。続いて、基板表面(露出した領域211A,
211D及びレジストパターン205の表面)にデスカ
ム(descum)処理を施して当該表面を親水性とする。そ
の後、閾値制御のためにレジストパターン205をマス
クとして211A,211Dにp型不純物、ここではホ
ウ素(B+)を加速エネルギー20KeV、ドーズ量
1.0×1012/cm2の条件でイオン注入する。この
とき、当該表面は正電荷が帯電する。
したように正電荷帯電の効果が継続する待機時間以内
に、即ち帯電した正電荷量がn型ウェル202に生成さ
れる負電荷量よりも大きい状態を保ち、当該表面が正電
荷が帯電した状態で、HF0.5%+NH4F15%を
含み25℃の条件のエッチング液に基板201を浸漬さ
せ、ウェットエッチングにより領域211A,211D
の第2の酸化膜215を除去する。このウェットエッチ
ング工程は、第2の酸化膜215の膜厚が10nm程度
であることから換算して、約1分間程度の処理時間とな
る。
態とされているため、ウェットエッチング時の金属汚染
の主原因となる正電荷を有する金属イオンが基板表面と
電気的に反発し、汚染が抑止される。
SO475%+H2O225%からなる溶液を用いて、1
10℃の条件で基板201にSPM処理を施し、レジス
トパターン205を除去する。
条件で領域211A〜211D上に第3の酸化膜を膜厚
10nm程度に形成する。このとき、領域211A,2
11Dには第3の酸化膜からなる第1のゲート絶縁膜2
06が、領域211B,211Cには第2及び第3の酸
化膜からなる第2のゲート絶縁膜207が形成されるこ
とになる。
D法により全面に濃度5×1020/cm3のドープトア
モルファスシリコン膜を膜厚200nm程度に堆積し、
これをパターニングすることにより、領域211A〜2
11Eにそれぞれゲート電極208をパターン形成した
後、各ゲート電極208の両側の基板表層に不純物、領
域211A,211B,211Eにはn型不純物である
リン(P+)を、領域211C,211Dにはp型不純
物であるホウ素(B+)をそれぞれイオン注入し、アニ
ール処理を施すことにより、n型ソース/ドレイン20
9及びp型ソース/ドレイン210をそれぞれ形成す
る。このとき、領域211A,211Bにはn型MOS
トランジスタが、領域211C,211Dにはp型MO
Sトランジスタが、領域211Eにはフローティングゲ
ート型の記憶素子がそれぞれ形成されることになる。
種配線層等の形成を経て、EEPROMを完成させる。
る2種のゲート絶縁膜206,207を有するCMOS
トランジスタを周辺回路として備えたEEPROMを製
造するに際して、工程増を招くことなく、薄いゲート絶
縁膜206を形成する場合に必須工程であるウェットエ
ッチングを金属汚染を生ぜしめることなく行うことがで
きるので、信頼性の高い薄いゲート絶縁膜の形成が可能
となる。従って、実質上ゲート長を小さく設定でき、小
さな回路面積とされたEEPROMが実現する。
の実施形態と同様に、3種のゲート絶縁膜を有し、周辺
回路としてCMOSトランジスタを備えたEEPROM
の製造方法を例示するが、ウェットエッチング前の基板
の帯電手法が異なる点で相違する。図14及び図15
は、第3の実施形態のEEPROMの製造方法を工程順
に示す概略断面図である。
抵抗率20Ω・cmのCZ基板301を用意し、イオン
注入により、n型不純物、ここではP+(リン)を加速
エネルギー180keV、ドーズ量1.5×1013/c
m2の条件でドープし、1150℃で5時間の熱シーケ
ンスの熱拡散により、n型ウェル302を形成する。
ールド酸化膜303を形成して素子形成領域を画定す
る。具体的には、p型基板301の素子分離領域にフィ
ールド酸化膜303を形成し、基板301のp型領域上
に領域311A,領域311B,311Eを、n型ウェ
ル302上に領域311C,領域311Dをそれぞれ画
定する。
条件で領域311A〜311E上に第1の酸化膜304
を膜厚10nm程度に形成する。
1×1020/cm3のドープトアモルファスシリコン膜
を膜厚200nm程度に形成し、これをパターニングす
ることにより、領域311Eの第1の酸化膜304上の
みにフローティングゲート電極312をパターン形成す
る。
D法により800℃の条件でHTO膜313を膜厚9n
m程度に形成した後、領域311E上のHTO膜313
を覆うレジストパターン314を形成し、このレジスト
パターン314をマスクとして、HTO膜313を領域
311E上でフローティングゲート電極312を覆う形
状にパターニングするとともに、領域311A〜311
D上の第1の酸化膜304を除去する。ここで、領域3
11Eの第1の酸化膜304がトンネル絶縁膜(第3の
ゲート絶縁膜)として、HTO膜313がキャパシタ構
造の誘電体膜として機能することになる。
た後、図14(d)に示すように、ウェット酸化法によ
り900℃の条件で領域311A〜311D上に第2の
酸化膜315を膜厚10nm程度に形成する。
1C,311Eを覆う形状のレジストパターン305を
形成する。続いて、閾値制御のためにレジストパターン
305をマスクとして311A,311Dにp型不純
物、ここではホウ素(B+)を加速エネルギー20Ke
V、ドーズ量1.0×1012/cm2の条件でイオン注
入する。
電力を通常のデスカムに比して強い所定範囲に調節して
プラズマエネルギーを制御し、基板表面(露出した領域
311A,311D及びレジストパターン305の表
面)にデスカム(descum)処理を施して当該表面を親水
性とするとともに、当該表面に正電荷を帯電させる。こ
こで、当該デスカムは、RIE装置を用い、エッチング
ガスをO2+H2として、流量をO2をそれぞれ180s
ccm、投入電力を100W、圧力を200mTの各条
件で行う。実際にこの条件でデスカムを行ったところ、
何も施さない基板に比して約4倍の表面電荷量がPDM
測定により確認された。
したように正電荷帯電の効果が継続する待機時間以内
に、即ち帯電した正電荷量がn型ウェル302に生成さ
れる負電荷量よりも大きい状態を保ち、当該表面が正電
荷が帯電した状態で、HF0.5%+NH4F15%を
含み25℃の条件のエッチング液に基板301を浸漬さ
せ、ウェットエッチングにより領域311A,311D
の第2の酸化膜315を除去する。このウェットエッチ
ング工程は、第2の酸化膜315の膜厚が10nm程度
であることから換算して、約1分間程度の処理時間とな
る。
態とされているため、ウェットエッチング時の金属汚染
の主原因となる正電荷を有する金属イオンが基板表面と
電気的に反発し、汚染が抑止される。
SO475%+H2O225%からなる溶液を用いて、1
10℃の条件で基板301にSPM処理を施し、レジス
トパターン305を除去する。
条件で領域311A〜311D上に第3の酸化膜を膜厚
10nm程度に形成する。このとき、領域311A,3
11Dには第3の酸化膜からなる第1のゲート絶縁膜3
06が、領域311B,311Cには第2及び第3の酸
化膜からなる第2のゲート絶縁膜307が形成されるこ
とになる。
D法により全面に濃度5×1020/cm3のドープトア
モルファスシリコン膜を膜厚200nm程度に堆積し、
これをパターニングすることにより、領域311A〜3
11Eにそれぞれゲート電極208をパターン形成した
後、各ゲート電極308の両側の基板表層に不純物、領
域311A,311B,311Eにはn型不純物である
リン(P+)を、領域311C,311Dにはp型不純
物であるホウ素(B+)をそれぞれイオン注入し、アニ
ール処理を施すことにより、n型ソース/ドレイン30
9及びp型ソース/ドレイン310をそれぞれ形成す
る。このとき、領域311A,311Bにはn型MOS
トランジスタが、領域311C,311Dにはp型MO
Sトランジスタが、領域311Eにはフローティングゲ
ート型の記憶素子がそれぞれ形成されることになる。
種配線層等の形成を経て、EEPROMを完成させる。
る2種のゲート絶縁膜206,207を有するCMOS
トランジスタを周辺回路として備えたEEPROMを製
造するに際して、工程増を招くことなく、薄いゲート絶
縁膜206を形成する場合に必須工程であるウェットエ
ッチングを金属汚染を生ぜしめることなく行うことがで
きるので、信頼性の高い薄いゲート絶縁膜の形成が可能
となる。従って、実質上ゲート長を小さく設定でき、小
さな回路面積とされたEEPROMが実現する。
の実施形態と同様に、デスカムの後に閾値制御のイオン
注入を行って基板の帯電させ、3種のゲート絶縁膜を有
し、周辺回路としてCMOSトランジスタを備えたEE
PROMの製造方法を例示するが、記憶素子の誘電体膜
等が異なる点で相違する。図16及び図17は、第4の
実施形態のEEPROMの製造方法を工程順に示す概略
断面図である。
抵抗率20Ω・cmのCZ基板401を用意し、イオン
注入により、n型不純物、ここではP+(リン)を加速
エネルギー180keV、ドーズ量1.5×1013/c
m2の条件でドープし、1150℃で5時間の熱シーケ
ンスの熱拡散により、n型ウェル402を形成する。
Isolation)法により素子分離構造403を形成して素
子形成領域を画定する。具体的には、p型基板301の
素子分離領域に溝を形成し、CVD法によりこれら溝内
を埋め込む膜厚にシリコン酸化膜を形成した後、このシ
リコン酸化膜の表面をCMP(Chemical MechanicalPol
ishing)法により研磨し、前記溝をシリコン酸化膜で充
填してなる素子分離構造403を形成する。このとき、
基板401のp型領域上に領域411A,領域411
B,411Eが、n型ウェル402上に領域411C,
領域411Dがそれぞれ画定される。
条件で領域411A〜411E上に第1の酸化膜404
を膜厚10nm程度に形成する。
1×1020/cm3のドープトアモルファスシリコン膜
を膜厚200nm程度に形成し、これをパターニングす
ることにより、領域411Eの第1の酸化膜404上の
みにフローティングゲート電極412をパターン形成す
る。
D法により800℃の条件でHTO膜413aを膜厚7
nm程度に、SiON膜413bを膜厚3nm程度に連
続的に形成した後、領域411E上のSiON膜413
bを覆うレジストパターン414を形成し、このレジス
トパターン414をマスクとして、HTO膜413a及
びSiON膜413bを領域411E上でフローティン
グゲート電極412を覆う形状にパターニングするとと
もに、領域411A〜411D上の第1の酸化膜404
を除去する。ここで、領域411Eの第1の酸化膜40
4がトンネル絶縁膜(第3のゲート絶縁膜)として、H
TO膜413a及びSiON膜413bがキャパシタ構
造の誘電体膜として機能することになる。
た後、ウェット酸化法により850℃の条件で領域41
1A〜411D上に第2の酸化膜415を膜厚10nm
程度に形成する。
を開口し領域411B,411C,411Eを覆う形状
のレジストパターン405を形成する。続いて、基板表
面(露出した領域411A,411D及びレジストパタ
ーン405の表面)にデスカム(descum)処理を施して
当該表面を親水性とする。その後、閾値制御のためにレ
ジストパターン405をマスクとして411A,411
Dにp型不純物、ここではホウ素(B+)を加速エネル
ギー20KeV、ドーズ量1.0×1012/cm2の条
件でイオン注入する。このとき、当該表面は正電荷が帯
電する。
したように正電荷帯電の効果が継続する時間以内に、即
ち帯電した正電荷量がn型ウェル402に生成される負
電荷量よりも大きい状態を保ち、当該表面が正電荷が帯
電した状態で、HF0.5%+NH4F15%を含み2
5℃の条件のエッチング液に基板401を浸漬させ、ウ
ェットエッチングにより領域411A,411Dの第2
の酸化膜415を除去する。このウェットエッチング工
程は、第2の酸化膜415の膜厚が10nm程度である
ことから換算して、約1分間程度の処理時間となる。
態とされているため、ウェットエッチング時の金属汚染
の主原因となる正電荷を有する金属イオンが基板表面と
電気的に反発し、汚染が抑止される。
SO475%+H2O225%からなる溶液を用いて、1
10℃の条件で基板401にSPM処理を施し、レジス
トパターン405を除去する。
窒素濃度5%の条件で領域411A〜411D上に第3
の窒化酸化膜を膜厚5nm程度に形成する。このとき、
領域411A,411Dには第3の酸化膜からなる第1
のゲート絶縁膜406が、領域411B,411Cには
第2及び第3の酸化膜からなる第2のゲート絶縁膜40
7が形成されることになる。
D法により全面に濃度5×1020/cm3のドープトア
モルファスシリコン膜を膜厚200nm程度に堆積し、
これをパターニングすることにより、領域411A〜4
11Eにそれぞれゲート電極408をパターン形成した
後、各ゲート電極408の両側の基板表層に不純物、領
域411A,411B,411Eにはn型不純物である
リン(P+)を、領域411C,411Dにはp型不純
物であるホウ素(B+)をそれぞれイオン注入し、アニ
ール処理を施すことにより、n型ソース/ドレイン40
9及びp型ソース/ドレイン410をそれぞれ形成す
る。このとき、領域411A,411Bにはn型MOS
トランジスタが、領域411C,411Dにはp型MO
Sトランジスタが、領域411Eにはフローティングゲ
ート型の記憶素子がそれぞれ形成されることになる。
種配線層等の形成を経て、EEPROMを完成させる。
る2種のゲート絶縁膜406,407を有するCMOS
トランジスタを周辺回路として備えたEEPROMを製
造するに際して、工程増を招くことなく、薄いゲート絶
縁膜406を形成する場合に必須工程であるウェットエ
ッチングを金属汚染を生ぜしめることなく行うことがで
きるので、信頼性の高い薄いゲート絶縁膜の形成が可能
となる。従って、実質上ゲート長を小さく設定でき、小
さな回路面積とされたEEPROMが実現する。
て記載する。
る複数種の絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法であっ
て、半導体基板の第1及び第2の領域に第1の絶縁膜を
形成する第1の工程と、前記第2の領域を覆い前記第1
の領域を露出するような形状にレジストパターンを形成
する第2の工程と、前記第1の絶縁膜にプラズマによる
活性イオン種を作用させ、前記第1の絶縁膜の表面を親
水性とする第3の工程と、前記第1の領域の表層に正電
荷を帯電させる第4の工程と、前記レジストパターンを
マスクとして、前記第1の領域に形成された前記第1の
絶縁膜をウェットエッチングにより除去する第5の工程
と、前記レジストパターンを除去する第6の工程と、前
記第1及び第2の領域に第2の絶縁膜を形成する第7の
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
及び第2の領域を含むように、隣接するn型及びp型領
域が形成されていることを特徴とする付記1に記載の半
導体装置の製造方法。
程との間の待機時間は、前記帯電した正電荷量が前記n
型領域に生成される負電荷量よりも大きい状態である期
間内であることを特徴とする付記2に記載の半導体装置
の製造方法。
トパターンをマスクとして前記第1の絶縁膜下の前記第
1の領域の表層に正電荷を有する不純物を注入する工程
であることを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記
載の半導体装置の製造方法。
液として希釈HF及び希釈NH4Fの混合溶液を用いる
工程であることを特徴とする付記1〜4のいずれか1項
に記載の半導体装置の製造方法。
液として希釈HF及び希釈NH4Fに希釈H2O2が添加
されてなる混合溶液を用いる工程であることを特徴とす
る付記1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造
方法。
液として希釈H2SO4及び希釈H2O2の混合溶液を用い
る工程であることを特徴とする付記1〜6のいずれか1
項に記載の半導体装置の製造方法。
絶縁膜からなる前記第1のゲート絶縁膜を、前記第2の
領域には前記第1及び第2の絶縁膜からなる前記第2の
ゲート絶縁膜をそれぞれ形成することを特徴とする付記
1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
なくとも一方は窒化酸化膜であることを特徴とする付記
8に記載の半導体装置の製造方法。
なる複数種の絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法であ
って、半導体基板の第1及び第2の領域に第1の絶縁膜
を形成する第1の工程と、前記第2の領域を覆い前記第
1の領域を露出するような形状にレジストパターンを形
成する第2の工程と、前記第1の絶縁膜の表面を親水性
とするとともに、前記第1の領域の表層に正電荷を帯電
させる程度に高強度の投入電力によりプラズマを発生
し、当該前記第1の領域に前記プラズマによる活性イオ
ン種を作用させる第3の工程と、前記レジストパターン
をマスクとして、前記第1の領域に形成された前記第1
の絶縁膜をウェットエッチングにより除去する第4の工
程と、前記レジストパターンを除去する第5の工程と、
前記第1及び第2の領域に第2の絶縁膜を形成する第6
の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 (付記11)前記半導体基板には、前記第1及び第2の
領域を含むように、隣接するn型及びp型領域が形成さ
れていることを特徴とする付記10に記載の半導体装置
の製造方法。
工程との間の待機時間は、前記帯電した正電荷量が前記
n型領域に生成される負電荷量よりも大きい状態である
期間内であることを特徴とする付記11に記載の半導体
装置の製造方法。
工程の前に、前記レジストパターンをマスクとして前記
第1の絶縁膜下の前記第1の領域の表層に不純物を導入
する第7の工程を更に含むことを特徴とする付記10〜
12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
グ液として希釈HF及び希釈NH4Fの混合溶液を用い
る工程であることを特徴とする付記10〜13のいずれ
か1項に記載の半導体装置の製造方法。
グ液として希釈HF及び希釈NH4Fに希釈H2O2が添
加されてなる混合溶液を用いる工程であることを特徴と
する付記10〜13のいずれか1項に記載の半導体装置
の製造方法。
グ液として希釈H2SO4及び希釈H 2O2の混合溶液を用
いる工程であることを特徴とする付記10〜15のいず
れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
の絶縁膜からなる前記第1のゲート絶縁膜を、前記第2
の領域には前記第1及び第2の絶縁膜からなる前記第2
のゲート絶縁膜をそれぞれ形成することを特徴とする付
記10〜16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造
方法。
少なくとも一方は窒化酸化膜であることを特徴とする付
記17に記載の半導体装置の製造方法。
ば、基板表面の金属汚染を容易且つ確実に抑止し、膜厚
の異なるゲート絶縁膜を形成する場合において特に薄い
ゲート絶縁膜の品質を向上させ、高信頼性を得ることが
可能となる。
壊を起こす当該破壊耐圧(break down voltage)の分布
を示す特性図である。
壊を起こす当該破壊耐圧(break down voltage)の分布
を示す特性図である。
壊を起こす当該破壊耐圧(break down voltage)の分布
を示す特性図である。
壊を起こす当該破壊耐圧(break down voltage)の分布
を示す特性図である。
行った際の基板の表面電位をPDM(プラズマ・ダメー
ジ・モニタ:Plasma Damage Monitor)法により調べた
実験結果を示す特性図である。
ート絶縁膜の耐圧破壊を起こす当該破壊耐圧の分布を示
す特性図である。
ート絶縁膜の耐圧破壊を起こす当該破壊耐圧の分布を示
す特性図である。
により調べた実験結果を示す特性図である。
方法を工程順に示す概略断面図である。
トランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。
す概略断面図である。
工程順に示す概略断面図である。
ROMの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
工程順に示す概略断面図である。
ROMの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
工程順に示す概略断面図である。
ROMの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
ン 110,210,310,410 p型ソース/ドレイ
ン 111A〜111C,211A〜211C,311A〜
311C,411A〜411C 領域 212,312,412 フローティングゲート電極 213,313,413a HTO膜 214,314,414 レジストパターン 215,315,415 第2の酸化膜 403 素子分離構造 413b SiON膜
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板の表面に厚みの異なる複数種
の絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板の第1及び第2の領域に第1の絶縁膜を
形成する第1の工程と、 前記第2の領域を覆い前記第1の領域を露出するような
形状にレジストパターンを形成する第2の工程と、 前記第1の絶縁膜にプラズマによる活性イオン種を作用
させ、前記第1の絶縁膜の表面を親水性とする第3の工
程と、 前記第1の領域の表層に正電荷を帯電させる第4の工程
と、 前記レジストパターンをマスクとして、前記第1の領域
に形成された前記第1の絶縁膜をウェットエッチングに
より除去する第5の工程と、 前記レジストパターンを除去する第6の工程と、 前記第1及び第2の領域に第2の絶縁膜を形成する第7
の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】 前記半導体基板には、前記第1及び第2
の領域を含むように、隣接するn型及びp型領域が形成
されてい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】 前記第5の工程は、エッチング液として
希釈HF及び希釈NH4Fの混合溶液を用いる工程であ
る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】 前記第5の工程は、エッチング液として
希釈HF及び希釈NH4Fに希釈H2O2が添加されてな
る混合溶液を用いる工程である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5】 前記第1及び第2の絶縁膜の少なくとも
一方は窒化酸化膜であることを特徴とする請求項1〜4
のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 半導体基板の表面に厚みの異なる複数種
の絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板の第1及び第2の領域に第1の絶縁膜を
形成する第1の工程と、 前記第2の領域を覆い前記第1の領域を露出するような
形状にレジストパターンを形成する第2の工程と、 前記第1の絶縁膜の表面を親水性とするとともに、前記
第1の領域の表層に正電荷を帯電させる程度に高強度の
投入電力によりプラズマを発生し、当該第1の領域に前
記プラズマによる活性イオン種を作用させる第3の工程
と、 前記レジストパターンをマスクとして、前記第1の領域
に形成された前記第1の絶縁膜をウェットエッチングに
より除去する第4の工程と、 前記レジストパターンを除去する第5の工程と、 前記第1及び第2の領域に第2の絶縁膜を形成する第6
の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項7】 前記半導体基板には、前記第1及び第2
の領域を含むように、隣接するn型及びp型領域が形成
されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項8】 前記第4の工程は、エッチング液として
希釈HF及び希釈NH4Fの混合溶液を用いる工程であ
ることを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項9】 前記第4の工程は、エッチング液として
希釈HF及び希釈NH4Fに希釈H2O2が添加されてな
る混合溶液を用いる工程であることを特徴とする請求項
6又は7に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第1の領域には前記第2の絶縁膜
からなる前記第1のゲート絶縁膜を、前記第2の領域に
は前記第1及び第2の絶縁膜からなる前記第2のゲート
絶縁膜をそれぞれ形成することを特徴とする請求項6〜
9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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CN108231614A (zh) * | 2016-12-14 | 2018-06-29 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种检测离子注入之后晶圆表面残留电荷量的方法 |
KR20210115032A (ko) * | 2019-03-25 | 2021-09-24 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
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-
2001
- 2001-09-20 JP JP2001287723A patent/JP5019685B2/ja not_active Expired - Fee Related
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