JP2005044889A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳細には、高誘電率の絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置における高集積化が大きく進展しており、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型半導体装置では高集積化に対応するためのトランジスタ等の素子の微細化、高性能化が図られている。特に、MOS構造を構成する要素の一つであるゲート絶縁膜に関しては、上記トランジスタの微細化、高速動作および低電圧化に対応すべく薄膜化が急速に進んでいる。
【0003】
ゲート絶縁膜を構成する材料としては、従来よりシリコン酸化膜(SiO2膜)が用いられてきた。一方、ゲート電極の微細化に伴いゲート絶縁膜の薄膜化が進むと、キャリア(電子および正孔)がゲート絶縁膜を直接トンネリングすることによって生じるトンネル電流、すなわちゲートリーク電流が増大するようになる。例えば、130nmノードのデバイスで要求されるゲート絶縁膜の膜厚はSiO2膜で2nm程度であるが、この領域はトンネル電流が流れ始める領域である。したがって、ゲート絶縁膜としてSiO2膜を用いた場合には、ゲートリーク電流を抑制することができずに消費電力の増大を招くことになる。
【0004】
そこで、SiO2膜に代えて、より誘電率の高い材料をゲート絶縁膜として使用する研究が行われている。
【0005】
高誘電率の絶縁膜(以下、High−k膜という。)としては、従来より、HfAlOx膜、HfSiOx膜およびHfO2膜などが検討されている。しかしながら、これらの膜では、シリコン基板との間に膜厚1nm程度のSiO2膜などが必要であり、こうした膜が存在しない場合には、高温での加熱処理の際にHigh−k膜とシリコンとの間で反応が起こり、ゲート絶縁膜としての特性が低下するという問題があった。このため、HfAlOx膜、HfSiOx膜およびHfO2膜などをHigh−k膜として用いる場合には、ゲート絶縁膜の薄膜化に限界があった。
【0006】
これに対して、Y、GdおよびDyなどのLa系の酸化物ではシリコンとの反応が起こり難い。したがって、これらの酸化物からなる膜をHigh−k膜として用いる場合には、シリコン基板上に直接成膜して良好な特性を有するゲート絶縁膜とすることができる。
【0007】
ところで、High−k膜の実用化に際しては、良好な特性とともに良好な特性を実現できる加工技術も重要となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図5は、ゲート絶縁膜としてHigh−k膜を用いた場合の従来法による電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)の製造工程を示す断面図である。
【0009】
シリコン基板501上に素子分離領域502,503を形成した後、熱酸化法によってSiO2膜504を形成する。次に、High−k膜505、ゲート電極としての多結晶シリコン膜506およびマスク材としてのSiO2膜507を順に成長させる。その後、ゲート電極の寸法均一性向上を目的として反射防止膜508を形成してから、フォトリソグラフィ法を用いてレジストパターン509を形成する(図5(a))。
【0010】
次に、レジストパターン509をマスクとして反射防止膜508、SiO2膜507をドライエッチングし、SiO2膜パターン510を形成する(図5(b))。
【0011】
次に、SiO2膜パターン510をマスクとして多結晶シリコン膜506をドライエッチングし、多結晶シリコン膜パターン511を形成する(図5(c))。
【0012】
その後、High−k膜505およびSiO2膜504をエッチングすることによってゲート電極が完成するが、この際に次のような問題があった。
【0013】
図5(b)の構造において、High−k膜505が存在しない場合には、多結晶シリコン膜506と下地のSiO2膜504との間の選択比が大きいために、SiO2膜504が露出したところでエッチングが停止する。そして、希フッ酸などを用いたウェットエッチングによってSiO2膜504を除去することによりゲート電極を形成することができる。
【0014】
一方、High−k膜505がある場合には、上記のようにして多結晶シリコン膜パターン511を形成した後、BCl3、HBr、O2またはフルオロカーボンなどのエッチングガスを用いて、High−k膜505のドライエッチングを行う。
【0015】
しかしながら、この際に、High−k膜505と下地のSiO2膜504との選択比が小さいために、SiO2膜504、さらにはその下のシリコン基板501までエッチングされてしまうという問題があった(図5(d))。このことは、エクステンション領域およびソース・ドレイン領域の形成を阻害することになる。
【0016】
シリコン基板への損傷を避けるには、High−k膜をエッチングする際のオーバーエッチング量を小さくすることが好ましい。しかしながら、この場合には、High−k膜の断面形状がテーパ形状、すなわち、上面から見てHigh−k膜が多結晶シリコン膜パターンから突き出した形状に加工される。このため、突き出した部分のHigh−k膜によって生じる電界の影響により半導体装置の電気的特性が低下するという問題があった。
【0017】
また、半導体装置の製造工程では、High−k膜に比較的高温の熱処理が加えられる。しかしながら、シリコン基板上に形成されたHigh−k膜と、素子分離領域上に形成されたHigh−k膜とでは熱の伝わり方に違いが生じる。そして、このことを原因としてHigh−k膜のエッチングにも違いが生じるという問題があった。
【0018】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、シリコン基板に損傷を与えずにHigh−k膜をエッチングすることのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0019】
また、本発明の目的は、良好な特性を有するHigh−k膜を用い、この良好な特性を実現可能なエッチング技術と組み合わせることによって、電気的特性に優れた半導体装置を製造する方法を提供することにある。
【0020】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の上にYAlOx膜、GdAlOx膜およびDyAlOx膜よりなる群から選ばれるいずれか1の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、この絶縁膜をpH8〜9の薬液を用いてウェットエッチングする工程とを有することを特徴とするものである。
【0022】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の上にSiO2膜を形成する工程と、このSiO2膜の上に、YAlOx膜、GdAlOx膜およびDyAlOx膜よりなる群から選ばれるいずれか1の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、この絶縁膜をpH8〜9の薬液を用いてウェットエッチングする工程とを有することを特徴とするものである。
【0023】
本発明の半導体装置の製造方法において、薬液はフッ素およびアミンを含むものとすることができる。この場合、薬液はフッ化アンモニウム水溶液とすることができる。
【0024】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、薬液は過酸化水素を含むことができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明が対象とするHigh−k膜は、Y(イットリウム)およびAl(アルミニウム)の酸化物であるYAlOx、Gd(ガドリニウム)およびAlの酸化物であるGdAlOx並びにDy(ジスプロシウム)およびAlの酸化物であるDyAlOxからなる膜である。YAlOx、GdAlOxおよびDyAlOxは、シリコンと反応し難く熱安定性が高いことから将来的に有望視されている材料である。尚、本明細書において、High−k膜とは、SiO2膜よりも誘電率の大きい絶縁膜をいう。
【0026】
一般に、金属酸化膜をHigh−k膜として用いた場合に使用されるエッチング液はフッ酸系の薬液である。しかしながら、Y、GdおよびDyの水溶液への溶解特性と、Alの水溶液への溶解特性とが大きく異なるために、従来は、YAlOx膜、GdAlOx膜およびDyAlOx膜を制御よく均一にエッチングすることは困難であった。
【0027】
図1は、YおよびAlのpH−電位曲線を基に得た、YおよびAlの溶解度のpH依存性を示したものである。図から分かるように、Yの溶解度はpHの増加とともに一次関数的に減少する。すなわち、酸性から中性領域での溶解度は大きいが、塩基性領域になると溶解度は小さくなる。一方、AlはpH5程度で極小値をとり、強酸性および弱アルカリ性での溶解度は大きな値を示す。
【0028】
また、GdおよびDyの溶解度についても、Yと略同じpH依存性を示すことが分かっている。
【0029】
そこで、本発明者は、鋭意研究した結果、YとAlの溶解度が比較的近いpH領域の薬液を用いてYAlOx膜のエッチングを行うことにより、YAlOx膜を制御よく均一にエッチングできることを見出した。同様に、GdとAlまたはDyとAlの溶解度が比較的近いpH領域の薬液を用いてGdAlOx膜またはDyAlOx膜のエッチングを行うことにより、GdAlOx膜またはDyAlOx膜についても制御よく均一にエッチングできることを見出した。
【0030】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0031】
実施の形態1
図2〜図4は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。尚、これらの図において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
【0032】
まず、シリコン基板201上に公知の方法を用いて素子分離領域202,203を形成する。
【0033】
次に、シリコン基板201および素子分離領域202,203の上に、絶縁膜としてHigh−k膜205を形成する。High−k膜205としては、YAlOx膜、GdAlOx膜およびDyAlOx膜よりなる群から選ばれるいずれか1の膜を使用する。High−k膜205の膜厚は、例えば3nm〜7nm程度とすることができる。尚、High−k膜205を成膜した後は、膜の緻密化および不純物濃度低減のために熱処理を加えることが好ましい。熱処理の条件は、例えば600℃で2分間程度とすることができる。
【0034】
また、本実施の形態においては、図4(a)に示すように、素子分離領域202,203を形成した後、シリコン基板201上にSiO2膜204を形成してからHigh−k膜205を形成してもよい。シリコン基板201とHigh−k膜205との間にSiO2膜204を形成することによって、シリコン基板201とHigh−k膜205との間の反応を抑制することができるので、高温の熱処理を必要とする場合に好適である。また、このような構成とすることによって、High−k膜205のシリコン酸化膜換算膜厚を小さくすることが可能となる。尚、SiO2膜204の膜厚は、例えば1nm程度とすることができ、熱酸化法などによって形成することができる。
【0035】
次に、図2(a)に示すように、High−k膜205の上に、ゲート電極となる多結晶シリコン膜206を形成する。尚、多結晶シリコン膜の代わりにアモルファスシリコン膜または多結晶シリコンゲルマニウム膜などを用いてもよい。
【0036】
多結晶シリコン膜206を形成した後は、これをパターニングしてゲート電極を形成する。ゲート電極の形成方法は、例えば、多結晶シリコン膜上にレジスト膜を形成し、これを露光・現像することにより形成したレジストパターンをマスクとして多結晶シリコン膜をエッチングすることによって形成することができる。また、多結晶シリコン膜上にシリコン酸化膜、レジスト膜を順に形成した後、シリコン酸化膜にレジストパターンを転写してハードマスクを形成し、このハードマスクを用いて多結晶シリコン膜をエッチングすることによっても形成することができる。
【0037】
図2は、ハードマスクを用いて多結晶シリコン膜をエッチングする例である。
【0038】
図2(a)に示すように、多結晶シリコン膜206上にハードマスクとなるSiO2膜207、反射防止膜208およびレジスト膜209をこの順に形成する。反射防止膜208は、レジスト膜209をパターニングする際に、レジスト膜209を透過した露光光を吸収することによって、レジスト膜209と反射防止膜208との界面における露光光の反射をなくす役割を果たす。反射防止膜208としては有機物を主成分とする膜を用いることができ、例えば、スピンコート法などによって形成することができる。尚、本実施の形態においては、反射防止膜208はなくてもよい。
【0039】
次に、フォトリソグラフィ法によって所望の線幅を有するレジストパターン210を形成し、図2(b)の構造とする。
【0040】
次に、レジストパターン210をマスクとして反射防止膜208およびSiO2膜207を順にエッチングする。その後、不要となったレジストパターン210を除去する。尚、反射防止膜208のエッチングが進行してSiO2膜207が露出すると略同時に、レジストパターン210がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定してもよい。この場合、SiO2膜207のエッチングは、反射防止膜パターン(図示せず)をマスクとして行う。ハードマスクとしてのSiO2膜パターン210が形成された後は、例えば、酸素ガスを用いたプラズマ処理を行うことによって反射防止膜パターンを除去することができる。図2(c)は、SiO2膜パターン211形成後の様子を示す断面図である。
【0041】
次に、SiO2膜パターン211をマスクとして、多結晶シリコン膜206のエッチングを行い、図3(a)に示す構造とする。図において、多結晶シリコン膜パターン212はゲート電極である。
【0042】
一方、レジストパターンをマスクとしてゲート電極を形成する場合には、図2(a)において、多結晶シリコン膜206の上にレジスト膜のみを形成する。次に、レジスト膜を露光・現像することによってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとした多結晶シリコン膜206のエッチングによってゲート電極を形成することができる。
【0043】
レジストパターンをマスクとして多結晶シリコン膜をエッチングする方が、工程数が少なくなり簡便である。これに対して、ハードマスクを用いる方法は、微細な電極パターンを形成するのに適している。
【0044】
次に、図3(a)において、SiO2膜パターン211をマスクとしてHigh−k膜205のエッチングを行う。本実施の形態においては、pH8〜9、好ましくはpH8.3〜9.0の薬液を用いてHigh−k膜205をウェットエッチングする。
【0045】
図1から明らかなように、Y、Gd、DyおよびAlの溶解度は、pH8〜9、特にpH8.3〜9.0の領域で同程度の値を示す。したがって、このようなpHを有する薬液を用いてYAlOx膜、GdAlOx膜またはDyAlOx膜のエッチングを行えば、Y、Gd、DyおよびAlが一様に溶液中に溶け出す(すなわち、同程度のエッチング速度で溶液中に溶け出す)ので、制御よく均一なエッチングを行うことが可能となる。
【0046】
また、High−k膜205のエッチングに使用する薬液は、フッ素およびアミンを含むものであることが好ましい。例えば、NH4F(フッ化アンモニウム)水溶液にH2O2(過酸化水素)を添加した薬液を用いることができる。この場合、薬液のpHを8.5とし、High−k膜中のYの比率を0.5とすると、エッチング速度は室温で1nm/分程度となる。したがって、例えば、膜厚3nmのYAlOx膜に対して、5分間〜6分間程度のエッチングを行うことによって、段差部分も含めてこれらの膜を良好な形状に加工することができる。尚、GdAlOx膜およびDyAlOx膜についても同様である。
【0047】
このように、pH8〜9の薬液を用いたウェットエッチングによって、シリコン基板201への損傷を防いで選択的にHigh−k膜205を加工することが可能となる。この場合、薬液にH2O2を添加することによって、シリコン基板201の損傷を一層防ぐことができる。
【0048】
本実施の形態によれば、High−k膜の断面形状がテーパ形状に加工されることはなく、電気的特性に優れた半導体装置を製造することができる。また、High−k膜中でのY、GdおよびDyの比率にかかわらず、High−k膜を良好にエッチングすることができる。さらに、シリコン基板上に形成されたHigh−k膜、素子分離領域上に形成されたHigh−k膜にかかわらず、均一にHigh−k膜をエッチングすることができる。
【0049】
以上の工程によって、図3(b)に示す構造を得ることができる。尚、図3(b)において、ゲート電極上にはSiO2膜パターン211が形成されているが、レジストパターンをマスクとして多結晶シリコン膜206をエッチングする場合にはSiO2膜パターン211が形成されないことはいうまでもない。
【0050】
尚、図4(a)に示すSiO2膜204を形成した場合には、上記と同様の工程を経ることによって、図4(b)に示す構造が得られる。図4(b)において、SiO2膜204の上には、High−k膜205、ゲート電極としての多結晶シリコン膜パターン212およびSiO2膜パターン211が形成されている。尚、レジストパターンをマスクとして多結晶シリコン膜パターン212を形成する場合ではSiO2膜パターン211は形成されない。
【0051】
図3(b)または図4(b)に示す構造を形成した後は、層間絶縁膜、コンタクトおよび配線層の形成などの他、半導体装置の製造に必要な公知の工程を経ることによって本発明による半導体装置を製造することができる。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、YAlOx膜、GdAlOx膜およびDyAlOx膜よりなる群から選ばれるいずれか1の膜をHigh−k膜として用い、pH8〜9の薬液でHigh−k膜をウェットエッチングすることによって、良好な電気的特性を有する半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】YおよびAlの溶解度のpH依存性を示す図である。
【図2】(a)〜(c)は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図3】(a)および(b)は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図4】(a)および(b)は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図5】(a)〜(d)は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
201,501 シリコン基板、
202,203,502,503 素子分離領域、
204,504 SiO2膜
205,505 High−k膜、
206,506 多結晶シリコン膜、
207,507 SiO2膜、
208,508 反射防止膜、
209 レジスト膜、
210,509 レジストパターン、
211,510 SiO2膜パターン、
212,511 多結晶シリコン膜パターン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a high dielectric constant insulating film.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, high integration in semiconductor integrated circuit devices has greatly advanced, and in a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type semiconductor device, elements such as transistors and the like for achieving high integration have been miniaturized and improved in performance. Yes. In particular, with regard to the gate insulating film which is one of the elements constituting the MOS structure, the thinning is rapidly progressing to cope with the miniaturization, high speed operation and low voltage of the transistor.
[0003]
As a material constituting the gate insulating film, a silicon oxide film (SiO 2 film) has been conventionally used. On the other hand, when the gate insulating film becomes thinner with the miniaturization of the gate electrode, the tunnel current generated by the carriers (electrons and holes) directly tunneling through the gate insulating film, that is, the gate leakage current increases. . For example, the thickness of the gate insulating film required for a 130 nm node device is about 2 nm for a SiO 2 film, but this region is a region where a tunnel current starts to flow. Therefore, when the SiO 2 film is used as the gate insulating film, the gate leakage current cannot be suppressed and the power consumption is increased.
[0004]
In view of this, research has been conducted in which a material having a higher dielectric constant is used as the gate insulating film instead of the SiO 2 film.
[0005]
Conventionally, HfAlO x films, HfSiO x films, HfO 2 films, and the like have been studied as high dielectric constant insulating films (hereinafter referred to as “High-k films”). However, these films require a SiO 2 film having a film thickness of about 1 nm between the silicon substrate, and if such a film does not exist, the High-k film and the silicon during the heat treatment at a high temperature. There is a problem in that the characteristics as a gate insulating film deteriorate due to a reaction between the two. For this reason, when the HfAlO x film, the HfSiO x film, the HfO 2 film, or the like is used as the high-k film, there is a limit to the reduction in the thickness of the gate insulating film.
[0006]
In contrast, La-based oxides such as Y, Gd, and Dy hardly react with silicon. Therefore, when a film made of these oxides is used as a high-k film, a gate insulating film having favorable characteristics can be formed directly on the silicon substrate.
[0007]
By the way, when putting a High-k film into practical use, a processing technique capable of realizing good characteristics as well as good characteristics is important.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a field effect transistor according to a conventional method when a high-k film is used as a gate insulating film.
[0009]
After
[0010]
Next, the
[0011]
Next, the
[0012]
Thereafter, the high-
[0013]
In the structure of FIG. 5B, when the high-
[0014]
On the other hand, when there is the High-
[0015]
However, at this time, since the selection ratio between the High-k
[0016]
In order to avoid damage to the silicon substrate, it is preferable to reduce the amount of overetching when etching the High-k film. However, in this case, the cross-sectional shape of the High-k film is tapered, that is, the High-k film is processed to protrude from the polycrystalline silicon film pattern as viewed from above. For this reason, there is a problem that the electrical characteristics of the semiconductor device deteriorate due to the influence of the electric field generated by the protruding portion of the High-k film.
[0017]
In the manufacturing process of the semiconductor device, a relatively high temperature heat treatment is applied to the High-k film. However, there is a difference in how heat is transmitted between the high-k film formed on the silicon substrate and the high-k film formed on the element isolation region. In addition, there is a problem that a difference occurs in etching of the High-k film due to this.
[0018]
The present invention has been made in view of such problems. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of etching a high-k film without damaging a silicon substrate.
[0019]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having excellent electrical characteristics by using a high-k film having favorable characteristics and combining it with an etching technique capable of realizing the favorable characteristics. There is.
[0020]
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming any one insulating film selected from the group consisting of a YAlO x film, a GdAlO x film, and a DyAlO x film on a silicon substrate, and on the insulating film. The method includes a step of forming a gate electrode and a step of wet etching the insulating film using a chemical solution having a pH of 8 to 9.
[0022]
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is selected from the group consisting of a step of forming a SiO 2 film on a silicon substrate and a YAlO x film, a GdAlO x film, and a DyAlO x film on the SiO 2 film. A step of forming any one insulating film, a step of forming a gate electrode on the insulating film, and a step of wet-etching the insulating film using a chemical solution having a pH of 8 to 9. To do.
[0023]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the chemical liquid may contain fluorine and an amine. In this case, the chemical solution can be an aqueous ammonium fluoride solution.
[0024]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the chemical solution can contain hydrogen peroxide.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
High-k film to which the present invention is directed, Y (yttrium) and Al YAlO an oxide of (aluminum) x, Gd (gadolinium) for GdAlO x and Dy (dysprosium), and Al is an oxide of and Al It is a film made of DyAlO x which is an oxide. YAlO x , GdAlO x and DyAlO x are promising materials in the future because they hardly react with silicon and have high thermal stability. In the present specification, the High-k film refers to an insulating film having a dielectric constant larger than that of the SiO 2 film.
[0026]
In general, an etching solution used when a metal oxide film is used as a High-k film is a hydrofluoric acid chemical solution. However, since the solubility characteristics of Y, Gd, and Dy in an aqueous solution and the solubility characteristics of Al in an aqueous solution are greatly different from each other, conventionally, the YAlO x film, the GdAlO x film, and the DyAlO x film are etched uniformly with good control. It was difficult.
[0027]
FIG. 1 shows the pH dependence of the solubility of Y and Al obtained based on the pH-potential curves of Y and Al. As can be seen, the solubility of Y decreases linearly with increasing pH. That is, the solubility in the acidic to neutral region is high, but the solubility is reduced in the basic region. On the other hand, Al has a minimum value at about pH 5, and the solubility in strong acidity and weak alkalinity shows a large value.
[0028]
Further, it has been found that the solubility of Gd and Dy also shows substantially the same pH dependence as Y.
[0029]
Therefore, as a result of diligent research, the present inventor has found that the YAlO x film can be etched in a controlled and uniform manner by etching the YAlO x film using a chemical solution having a pH region in which the solubility of Y and Al is relatively close. It was. Similarly, by etching the GdAlO x film or DyAlO x film by using a chemical Gd and Al or Dy and Al relatively close pH region solubility is controlled and uniformly also GdAlO x film or DyAlO x film We found that it can be etched.
[0030]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0031]
Embodiment 1
2 to 4 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment. In these drawings, the same reference numerals indicate the same parts.
[0032]
First,
[0033]
Next, a high-
[0034]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, after forming the
[0035]
Next, as illustrated in FIG. 2A, a
[0036]
After the
[0037]
FIG. 2 shows an example of etching a polycrystalline silicon film using a hard mask.
[0038]
As shown in FIG. 2A, an SiO 2 film 207, an
[0039]
Next, a resist
[0040]
Next, the
[0041]
Next, the
[0042]
On the other hand, when the gate electrode is formed using the resist pattern as a mask, only the resist film is formed on the
[0043]
Etching the polycrystalline silicon film using the resist pattern as a mask is simple because the number of steps is reduced. On the other hand, the method using a hard mask is suitable for forming a fine electrode pattern.
[0044]
Next, in FIG. 3A, the high-
[0045]
As is apparent from FIG. 1, the solubility of Y, Gd, Dy and Al shows a similar value in the pH 8-9 region, particularly in the pH 8.3-9.0 region. Therefore, if the YAlO x film, GdAlO x film or DyAlO x film is etched using a chemical solution having such a pH, Y, Gd, Dy and Al are uniformly dissolved in the solution (that is, the same degree). It is possible to perform uniform etching with good control.
[0046]
The chemical used for etching the high-
[0047]
In this manner, the high-
[0048]
According to the present embodiment, the high-k film is not processed into a tapered cross section, and a semiconductor device having excellent electrical characteristics can be manufactured. Further, regardless of the ratio of Y, Gd, and Dy in the High-k film, the High-k film can be satisfactorily etched. Furthermore, the high-k film can be uniformly etched regardless of the high-k film formed on the silicon substrate and the high-k film formed on the element isolation region.
[0049]
Through the above steps, the structure shown in FIG. 3B can be obtained. In FIG. 3B, the SiO 2 film pattern 211 is formed on the gate electrode. However, when the
[0050]
When the SiO 2 film 204 shown in FIG. 4A is formed, the structure shown in FIG. 4B is obtained through the same process as described above. In FIG. 4B, on the SiO 2 film 204, a high-
[0051]
After the structure shown in FIG. 3B or 4B is formed, the present invention is passed through known processes necessary for manufacturing a semiconductor device in addition to the formation of an interlayer insulating film, a contact, and a wiring layer. A semiconductor device can be manufactured.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, any one film selected from the group consisting of a YAlO x film, a GdAlO x film, and a DyAlO x film is used as a High-k film, and the High-k film is wet-etched with a chemical solution having a pH of 8-9. Thus, a semiconductor device having good electrical characteristics can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the pH dependence of the solubility of Y and Al.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the present embodiment.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device according to the present embodiment. FIGS.
4A and 4B are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device according to the present embodiment.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device. FIGS.
[Explanation of symbols]
201, 501 silicon substrate,
202, 203, 502, 503 element isolation region,
204, 504 SiO 2 film 205, 505 High-k film,
206,506 polycrystalline silicon film,
207,507 SiO 2 film,
208,508 Anti-reflective coating,
209 resist film,
210,509 resist pattern,
211, 510 SiO 2 film pattern,
212,511 Polycrystalline silicon film pattern.
Claims (5)
前記絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記絶縁膜をpH8〜9の薬液を用いてウェットエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming on the silicon substrate any one insulating film selected from the group consisting of a YAlO x film, a GdAlO x film, and a DyAlO x film;
Forming a gate electrode on the insulating film;
And a wet etching process for the insulating film using a chemical solution having a pH of 8-9.
前記SiO2膜の上に、YAlOx膜、GdAlOx膜およびDyAlOx膜よりなる群から選ばれるいずれか1の絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記絶縁膜をpH8〜9の薬液を用いてウェットエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a SiO 2 film on a silicon substrate;
Forming one insulating film selected from the group consisting of a YAlO x film, a GdAlO x film, and a DyAlO x film on the SiO 2 film;
Forming a gate electrode on the insulating film;
And a wet etching process for the insulating film using a chemical solution having a pH of 8-9.
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