JP2007073831A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フィン構造を有する半導体装置において、ゲート電極となる高い第2の突部の側面に側壁部を形成するが、ソース/ドレイン領域となる低い第1の突部の側面には側壁部を形成しないようにした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】凸状の第1の突部30と前記第1の突部よりも高い凸状の第2の突部42とを形成する。前記第1および第2の突部の側面に、第1の側壁部44を形成した後、前記第2の突部より低い位置に表面が位置するように第1の膜52を形成する。前記第1の膜52の表面から突出している前記第2の突部の側面にある前記第1の側壁部の側面に第2の側壁部54を形成した後、前記第1の膜52をエッチングすることにより、前記第2の突部42の側面には第2の側壁部54を形成するが、前記第1の突部30の側面には前記第2の側壁部54を形成しない。
【選択図】図29

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、凸状の第1の突部と、この第1の突部よりも高い、凸状の第2の突部とを有する半導体装置の製造方法に関する。
ゲート電極とソース/ドレイン領域とを三次元的に構成し、電界効果トランジスタの集積度を向上させたFinFETが存在する(例えば、特開2002−9289号公報、特願2004−150519号参照)。このFinFETにおいては、ゲート電極を構成するための突部と、ソース/ドレイン領域を構成するためのFinである突部とが形成されており、第1の突部であるFinよりも、第2の突部であるゲート電極の突部の方が、高く、形成されている。
このようなFinFETにおいて、デート電極の突部の側面に側壁部を形成しようとする場合、Finの突部の側面にも側壁部が形成されてしまい、Finの突部にソース/ドレイン領域を形成するためのドーピングがしにくかったり、シリサイド形成がしにくかったりする問題が生じている。すなわち、Finの突部の上面からのみ、ドーピングをしなければならず、また、シリサイド貼り付けをしなければならないという問題が生じている。
しかし、このような手法でドーピングをしたり、シリサイド貼り付けをしたりすると、Finの深さ方向に均一なソース/ドレイン領域を形成することができないとう問題を生じる。具体的には、ソース領域とドレイン領域との間の実効チャネル長が、Finの深さによって異なってしまい、また、ソース/ドレイン領域のFinの下部に、高い寄生抵抗が発生してしまうという問題が発生している。このため、FinFETのトランジスタ駆動能力が劣化するという問題が生じている。
このような問題は、FinFETに限らず、高さの異なる複数の突部を有する半導体装置においては、同様に発生する可能性がある。
特開2002−9289号公報 特願2004−150519号
そこで本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、第1の突部と、この第1の突部より高い第2の突部とを有する半導体装置の製造方法において、高い第2の突部の側面に側壁部を形成するが、低い第1の突部の側面には側壁部を形成しないようにした半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、凸状の第1の突部を形成する工程と、前記第1の突部よりも高い、凸状の第2の突部を形成する工程と、前記第2の突部の側面に、第1の側壁部を形成する工程と、前記第2の突部より低い位置に、表面が位置するように、第1の膜を形成する工程と、前記第1の膜の表面から突出している前記第2の突部の側面にある前記第1の側壁部の側面に、マスク部を形成する工程と、前記マスク部をマスクとして用いて、前記第1の膜をエッチングすることにより、前記第2の突部の側面にある前記第1の側壁部の側面に、前記マスク部と前記第1の膜とから形成された第2の側壁部を形成するが、前記第1の突部の側面には前記第2の側壁部を形成しない工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、第1の突部と、この第1の突部より高い第2の突部とを有する半導体装置の製造方法において、高い第2の突部の側面に側壁部を形成するが、低い第1の突部の側面には側壁部を形成しないようにした半導体装置の製造方法を提供することができる。
〔第1実施形態〕
図1乃至図38に基づいて、第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。これらの図のうち、図1乃至図6、図15、図18、図21、図24、図27、図30、図33、及び、図36は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための半導体装置の斜視図である。図7、図9、図11、図13、図16、図19、図22、図25、図28、図31、図34、及び、図37は、図6の半導体装置のA−A’線に対応する断面図である。図8(a)、図10(a)、図12(a)、図14(a)、図17(a)、図20(a)、図23(a)、図26(a)、図29(a)、図32(a)、図35(a)、及び、図38(a)は、図6の半導体装置のB−B’線に対応する断面図である。図8(b)図10(b)、図12(b)、図14(b)、図17(b)、図20(b)、図23(b)、図26(b)、図29(b)、図32(b)、図35(b)、及び、図38(b)は、図6の半導体装置のC−C’線断面図である。図8(c)図10(c)、図12(c)、図14(c)、図17(c)、図20(c)、図23(c)、図26(c)、図29(c)、図32(c)、図35(c)、及び、図38(c)は、図6の半導体装置のD−D’線に対応する断面図である。
なお、以下の各実施形態においては、SOI基板上にN型のMOSトランジスタを形成する場合を説明するが、実際には、このSOI基板上にP型のMOSトランジスタも存在し、このP型のMOSトランジスタについても同様の工程で形成される。
まず、図1に示すように、例えば50nmのSOI基板10を用意する。本実施形態においては、このSOI基板10は、SiN層12と、シリコン基板14と、シリコン酸化膜16と、シリコン層18から形成されている。このSOI基板10上に、例えば70nmのSiNハードマスク20を形成する。このSiNハードマスク20は、例えば、ジクロロシランSiHCl、アンモニアNH雰囲気中で、10Torr、750℃において成膜することで形成される。
次に、リソグラフィー法により、SiNハードマスク20上に、Fin形状のレジストを形成し、RIE(Reactive Ion Etching)により、SiNハードマスク20をFin形状にエッチングする。続いて、レジストを除去した後、このSiNハードマスク20をマスクとして用いて、シリコン層18をRIEでエッチングすることにより、Fin状の第1の突部30を形成する。この第1の突部30は、本実施形態における凸状半導体部に相当し、後に、ソース/ドレイン領域が形成される。また、本実施形態においては、この第1の突部30は、10nmの幅で形成される。
次に、図2に示すように、SiH、N、Hの混合ガス中で、1Torr、620℃の条件において、ポリシリコン層32を例えば300nm程度堆積して形成する。このとき、Finの突部30上に、ゲート電極用のポリシリコン層32を形成するため、ポリシリコン32の表面には大きな段差が形成される。
次に、図3に示すように、このポリシリコン層32を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化し、SiNハードマスク20が露出するまで、エッチバックする。
次に、図4に示すように、ゲート電極用の2層目のポリシリコン層34を、例えば50nm堆積し、形成する。これら2つのポリシリコン層32、34は、併せて、後のゲート電極材料となるポリシリコン層36を構成する。
次に、図5に示すように、ポリシリコン層36上に、SiNハードマスク38を例えば100nm堆積して、形成する。続いて、このSiNハードマスク38上に、ゲートパターンのレジストマスク40を形成する。
次に、図6乃至図8に示すように、レジストマスク40をマスクとして用いて、SiNハードマスク38をエッチングし、レジストマスク40を除去する。続いて、SiNハードマスク20、38をマスクとして用いて、ポリシリコン層36をエッチングすることにより、第2の突部42を形成する。この第2の突部42は、後にゲート電極を構成する。本実施形態においては、ポリシリコン層36は160nmの高さに形成され、SiNハードマスク38は50nmの高さで形成される。
次に、図9及び図10(a)乃至図10(c)に示すように、SiN膜44を形成する。このSiN膜44は、例えば、ジクロロシランSiHCl、アンモニアNH雰囲気中で、10Torr、700℃において成膜することで形成される。ここでは、後述するように、このSiN膜44をSiNハードマスク20よりも低い温度で形成することにより、SiN膜44のエッチングレートを速くしている。このSiN膜44が、本実施形態における第1の側壁膜に相当する。
このSiN膜44の膜厚は、エレベートソース/ドレインの前処理時になくならないように、3nm以上が好ましく、また、ソース/ドレイン寄生抵抗の低減効果に鑑みると、60nm以下が好ましい。より好ましくは、この膜厚は15nm程度である。なお、成膜レートの制御を容易化するために、例えば、SiNを30nmの膜厚で形成した後に、HPO含有溶液を用いて、15nm程度までエッチングして、SiN膜44を形成するようにしてもよい。
次に、図11及び図12(a)乃至図12(c)に示すように、全面的にエッチバックすることにより、SiN膜44を側壁部として残す。すなわち、図12(a)乃至図12(c)に示すように、Finとなる突部30を構成するシリコン層18とSiNハードマスク20の側面に、SiN膜44からなる側壁部を形成し、ゲート電極となる突部42を構成するポリシリコン層36とSiNハードマスク38の側面に、SiN膜44からなる第1の側壁部を形成する。
この工程は、後述するTEOS膜でSiN膜44を加工した後にSiN膜44を除去するが、この除去の際に、Finの底部のコーナーにあるSiN膜44がまるく残るのを防止するために行う。このため、このSiN膜44をエッチバックする工程は、必ずしも必要な工程ではなく、省くことも可能である。
さらに、好ましくは、SiN膜44をエッチバックする際に、その下にある下地層であるシリコン酸化膜16を例えば5nm程度、掘り下げると良い。この掘り下げは、例えば、RIE若しくは希釈したフッ酸(DHF)により行うことが可能である。この掘り下げを深く行うことにより、SiN膜44がコーナー部分に残るのを効果的に回避できるが、あまり深く掘り下げると、Finが倒れたり、シリコン酸化膜18の厚さが減少することによりシリコン基板14へのリーク電流が増大したりする懸念があることから、本実施形態においては、50nm以下が好ましいとしている。
次に、図13及び図14(a)乃至図14(c)に示すように、シリコン酸化膜50を、例えば5nmの膜厚で形成する。このシリコン酸化膜50は、1Torr、600℃において、TEOS(Si(OC)を供給することで堆積させることができる。このシリコン酸化膜50は、加工精度の観点からすると、30nm以下が好ましく、後述するSiNエッチング用マスクとしての耐性から、2nm以上であることが好ましい。このシリコン酸化膜50が、本実施形態における下地層上に全面的に形成された追加の膜に相当する。
次に、図15、図16、及び、図17(a)乃至図17(c)に示すように、ポリシリコン層52を、例えば、350nmの膜厚で形成する。このポリシリコン層52は、例えば、上述したポリシリコン層32と同様に、SiH、N、Hの混合ガス中で、1Torr、620℃の条件により、堆積することが可能である。続いて、CMPにより、ポリシリコン層52を平坦化して、ゲート電極上部のSiNハードマスク38が露出するまでエッチバックする。
次に、図18、図19、及び、図20(a)乃至図20(c)に示すように、Fin上部のSiNハードマスク20が露出する直前まで、ポリシリコン層52をエッチバックする。このエッチバックの際には、SiNハードマスク20上にポリシリコン層52が30nm以下であれば、残っていても構わない。また、逆に、SiNハードマスク20より20nm程度下まで、ポリシリコン層52がエッチングされてしまっても構わない。このポリシリコン層52が、本実施形態における第1の膜に相当する。
次に、図21、図22、及び、図23(a)乃至図23(c)に示すように、SiN膜54を、例えば15nmの膜厚で全面的に形成する。このSiN膜54は、例えば上述同様に、ジクロロシランSiHCl、アンモニアNH雰囲気中で、10Torr、750℃において成膜することで形成される。また、このSiN膜54は、本実施形態における第2の膜に相当する。続いて、このSiN膜54を全面的にエッチバックすることにより、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50の側面に、SiN膜54をマスク部として残留させる。
次に、図24、図25、及び、図26(a)乃至図26(c)に示すように、このSiN膜54をマスクとして用いて、ポリシリコン層52をRIEによりエッチングする。このエッチングにより、SiN膜54の下側に位置するポリシリコン層52を残存させて、つまり、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50の側面に、ポリシリコン層52を残存させて、SiN膜54とポリシリコン層52とにより第2の側壁部を形成する。
次に、図27、図28、及び、図29(a)乃至図29(c)に示すように、ウエットエッチング(例えば、希釈したフッ酸(DHF))により、シリコン酸化膜50を剥離して、除去する。このウエットエッチングの際には、第2の側壁部であるSiN膜54とシリコン層52とが保護膜となり、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50は除去されない。
次に、図30、図31、及び、図32(a)乃至図32(c)に示すように、CDEにより、ポリシリコン層52を除去する。
次に、図33、図34、及び、図35(a)乃至図35(c)に示すように、HPO含有溶液でFin側面にあるSiN膜44を剥離して、除去する。
また、本実施形態においては、SiN膜44は比較的低温で形成することにより、HPO含有溶液によるエッチングレートが速くなるようにしている。このため、シリコン層18とSiN膜44とのコーナー部分に、SiN膜44が残ってしまうのを回避して、このコーナー部分におけるSiN膜44がフラットになるようにすることができる。また、シリコン酸化膜50のFin方向へ伸びる奥行きを深くすることにより、より効果的に、コーナー部分におけるSiN膜44をフラットにすることができる。これは、図34で点線で示すように、初期には、シリコン酸化膜50側からシリコン層18側にかけてSiN膜44は裾を引いた形状となるが、HPO含有溶液でSiN膜44をエッチングする際には、奥に行くほどエッチング剤が入り込みにくいことから、シリコン酸化膜50側にあるSiN膜44の方が、シリコン層18側にあるSiN膜44よりも、エッチングが遅くなる。このため、シリコン酸化膜50の奥行きが深くなれば、HPO含有溶液によりエッチングされたSiN膜44は、理論上、次第にフラットになっていくと考えられる。
次に、図36、図37、及び、図38(a)乃至図38(c)に示すように、必要に応じて、シリコン酸化膜50を希釈したフッ酸(DHF)により剥離して、除去する。
この後、Finを構成するシリコン層18の側面にドーピングを行って、ソース/ドレイン領域を形成するとともに、シリサイド貼り付けを行う。これにより、図39に示すようなFinFETを得ることができる。すなわち、ゲート電極である第2の突部42を中心として、その両側にあるシリコン層18に、ソース領域Sとドレイン領域Dとを形成することができる。Finを構成するシリコン層18へのドーピング方法は、斜めイオン注入法でもよいし、或いは、プラズマドーピングや固相拡散でもよい。シリサイド材料としては、例えば、NiSiを用いることができる。
さらに、この後、例えば、TEOSなどを用いた層間絶縁膜を全面的に堆積し、CMPにより平坦化する。そして、ソース/ドレイン領域につながるようなコンタクト孔を形成し、Al/TiN/Ti或いはCu/TiN/Tiの配線層を形成する。さらに、必要に応じて、2層目以降の配線形成工程を行うことにより、半導体装置が完成する。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、図27乃至図29に示すように、ゲート電極の側面にだけ、ポリシリコン層52とSiN膜54とから構成された側壁部を形成することができる。そして、この側壁部を、ゲート電極の側面に形成したSiN膜44の保護膜として用いることにより、ゲート電極の側面にSiN膜44を残して、Finを構成するシリコン層18とSiNハードマスク20の側面にはSiN膜44を残さないようにすることができる。このため、Finを構成するシリコン層18の側面から、ドーピングをしたり、シリサイド貼り付けをしたりすることができるようになる。
このため、図39に示すように、Finの深さ方向に均一なソース領域Sとドレイン領域Dを形成することができる。すなわち、Finの上部におけるソース領域Sとドレイン領域Dとの間の実効チャネル長L1と、Finの下部におけるソース領域Sとドレイン領域Dとの間の実効チャネル長L2とが、同等の長さとなる。また、Finの側面から、十分なドーピングとシリサイド化が行われるので、寄生抵抗が低減され、FETの駆動能力を向上させることができる。
〔第2実施形態〕
次に、図40乃至図65に基づいて、第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。これらの図のうち、図42、図45、図48、図51、図54、図57、及び、図60、図63は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための半導体装置の斜視図である。図40、図43、図46、図49、図52、図55、図58、図61、及び、図64は、図6の半導体装置のA−A’線に対応する断面図である。図41(a)、図44(a)、図47(a)、図50(a)、図53(a)、図56(a)、図59(a)、図62(a)、及び、図65(a)は、図6の半導体装置のB−B’線に対応する断面図である。図41(b)、図44(b)、図47(b)、図50(b)、図53(b)、図56(b)、図59(b)、図62(b)、及び、図65(b)は、図6の半導体装置のC−C’線断面図である。図41(c)、図44(c)、図47(c)、図50(c)、図53(c)、図56(c)、図59(c)、図62(c)、及び、図65(c)は、図6の半導体装置のD−D’線に対応する断面図である。
本実施形態に係る半導体装置の製造工程は、図13及び図14に至るまでの工程は、上述した第1実施形態と同様である。これら図13及び図14の後、本実施形態においては、図40及び図41に示すように、RIEにより、シリコン酸化膜50をエッチングすることにより、第3の側壁部を形成するとともに、その下にあるシリコン酸化膜16を掘り下げる。すなわち、ゲート電極の側面にあるSiN膜44の側面と、Finの側面にあるSiN膜44の側面に、シリコン酸化膜50を残存させて、第3の側壁部を形成する。
ここで、シリコン酸化膜16を掘り下げるのは、シリコン酸化膜50をウエットエッチングで除去する際に、シリコン酸化膜50とシリコン酸化膜16との間のコーナー部分に、シリコン酸化膜50が残ってしまうのを回避するためである。シリコン酸化膜16を掘り下げる深さのプロセスマージンは、SiN膜44をエッチングしながら、シリコン酸化膜16を掘り下げる場合よりも広いが、好ましくは、5nmである。
次に、図42、図43、及び、図44(a)乃至図44(c)に示すように、ポリシリコン層52を、例えば、350nmの膜厚で形成する。このポリシリコン層52は、例えば、上述したポリシリコン層32と同様に、SiH、N、Hの混合ガス中で、1Torr、620℃の条件により、堆積することが可能である。続いて、CMPにより、ポリシリコン層52を平坦化して、ゲート電極上部のSiNハードマスク38が露出するまでエッチバックする。
次に、図45、図46、及び、図47(a)乃至図47(c)に示すように、Fin上部のSiNハードマスク20が露出する直前まで、ポリシリコン層52をエッチバックする。このエッチバックの際には、SiNハードマスク20上にポリシリコン層52が30nm以下であれば、残っていても構わない。また、逆に、SiNハードマスク20より20nm程度下まで、ポリシリコン層52がエッチングされてしまっても構わない。このポリシリコン層52が、本実施形態における第1の膜に相当する。
次に、図48、図49、及び、図50(a)乃至図50(c)に示すように、SiN膜54を、例えば15nmの膜厚で全面的に形成する。このSiN膜54は、例えば上述同様に、ジクロロシランSiHCl、アンモニアNH雰囲気中で、10Torr、750℃において成膜することで形成される。続いて、このSiN膜54を全面的にエッチバックすることにより、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50の側面に、SiN膜54をマスク部として残す。
次に、図51、図52、及び、図53(a)乃至図54(c)に示すように、このSiN膜54をマスクとして用いて、ポリシリコン層52をRIEによりエッチングする。このエッチングにより、SiN膜54の下側に位置するポリシリコン層52を残存させて、つまり、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50の側面に、ポリシリコン層52を残存させて、SiN膜54とポリシリコン層52とにより第2の側壁部を形成する。
次に、図54、図55、及び、図56(a)乃至図56(c)に示すように、ウエットエッチング(例えば、希釈したフッ酸(DHF))により、シリコン酸化膜50を剥離して、除去する。このウエットエッチングの際には、第2の側壁部であるSiN膜54とシリコン層52とが保護膜となり、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50は除去されない。
次に、図57、図58、及び、図59(a)乃至図59(c)に示すように、CDEにより、ポリシリコン層52を除去する。
次に、図60、図61、及び、図62(a)乃至図62(c)に示すように、HPO含有溶液でFin側面にあるSiN膜44を剥離して、除去する。本実施形態においては、SiN膜44は比較的低温で形成することにより、HPO含有溶液によるエッチングレートが速くなるようにしている。このため、シリコン層18とSiN膜44とのコーナー部分に、SiN膜44が残ってしまうのを回避して、このコーナー部分におけるSiN膜44がフラットになるようにすることができる。また、シリコン酸化膜50のFin方向へ伸びる奥行きを深くすることにより、より効果的に、コーナー部分におけるSiN膜44をフラットにすることができる。これは、図34で点線で示すように、初期には、シリコン酸化膜50側からシリコン層18側にかけてSiN膜44は裾を引いた形状となるが、HPO含有溶液でSiN膜44をエッチングする際には、奥に行くほどエッチング剤が入り込みにくいことから、シリコン酸化膜50側にあるSiN膜44の方が、シリコン層18側にあるSiN膜44よりも、エッチングが遅くなる。このため、シリコン酸化膜50の奥行きが深くなれば、HPO含有溶液によりエッチングされたSiN膜44は、理論上、次第にフラットになっていくと考えられる。
次に、図63、図64、及び、図65(a)乃至図65(c)に示すように、必要に応じて、シリコン酸化膜50を希釈したフッ酸(DHF)により剥離して、除去する。これ以降の工程は、上述した第1実施形態と同様である。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極の側面にだけ、ポリシリコン層52とSiN膜54とから構成された側壁部を形成することができる。そして、この側壁部を、ゲート電極の側面に形成したSiN膜44の保護膜として用いることにより、ゲート電極の側面にSiN膜44を残して、Finを構成するシリコン層18とSiNハードマスク20の側面にはSiN膜44を残さないようにすることができる。このため、Finを構成するシリコン層18の側面から、ドーピングをしたり、シリサイド貼り付けをしたりすることができるようになる。
また、シリコン酸化膜50をエッチングして、このシリコン酸化膜50をエッチングする際にシリコン酸化膜16もエッチングして、掘り下げるようにしたので、シリコン酸化膜50をエッチングにより除去する際に、シリコン酸化膜50とシリコン酸化膜16との間のコーナー部分に、シリコン酸化膜50が残ってしまうのを回避することができる。
〔第3実施形態〕
次に、図66乃至図83に基づいて、第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。これらの図のうち、図66、図68、図70、図72、図74、図76、図78、図80、及び、図82は、図6の半導体装置のA−A’線に対応する断面図である。図67(a)、図69(a)、図71(a)、図73(a)、図75(a)、図77(a)、図79(a)、図81(a)、及び、図83(a)は、図6の半導体装置のB−B’線に対応する断面図である。図67(b)、図69(b)、図71(b)、図73(b)、図75(b)、図77(b)、図79(b)、図81(b)、及び、図83(b)は、図6の半導体装置のC−C’線断面図である。図67(c)、図69(c)、図71(c)、図73(c)、図75(c)、図77(c)、図79(c)、図81(c)、及び、図83(c)は、図6の半導体装置のD−D’線に対応する断面図である。
本実施形態に係る半導体装置の製造工程は、図9及び図10に至るまでの工程は、上述した第1実施形態と同様である。これら図9及び図10の後、本実施形態においては、図66及び図67に示すように、SiN膜44上に、例えば15nmの膜厚のシリコン酸化膜50を形成する。すなわち、第1の側壁膜であるSiN膜44をエッチングすることなく、追加の膜であるシリコン酸化膜50を形成する。また、本実施形態においては、このシリコン酸化膜50のエッチングも行わない。これにより、製造プロセスにおける工程数を削減している。
次に、図68及び図69に示すように、このシリコン酸化膜50上に、ポリシリコン層52を、例えば、350nmの膜厚で形成する。このポリシリコン層52は、例えば、上述したポリシリコン層32と同様に、SiH、N、Hの混合ガス中で、1Torr、620℃の条件により、堆積することが可能である。続いて、CMPにより、ポリシリコン層52を平坦化して、ゲート電極上部のSiNハードマスク38が露出するまでエッチバックする。
次に、図70及び図71に示すように、Fin上部のSiNハードマスク20が露出する直前まで、ポリシリコン層52をエッチバックする。このエッチバックの際には、SiNハードマスク20上にポリシリコン層52が30nm以下であれば、残っていても構わない。また、逆に、SiNハードマスク20より20nm程度下まで、ポリシリコン層52がエッチングされてしまっても構わない。このポリシリコン層52が、本実施形態における第1の膜に相当する。
次に、図72及び図73に示すように、SiN膜54を、例えば15nmの膜厚で全面的に形成する。このSiN膜54は、例えば上述同様に、ジクロロシランSiHCl、アンモニアNH雰囲気中で、10Torr、750℃において成膜することで形成される。続いて、このSiN膜54を全面的にエッチバックすることにより、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50の側面に、SiN膜54をマスク部として残す。
次に、図74及び図75に示すように、このSiN膜54をマスクとして用いて、ポリシリコン層52をRIEによりエッチングする。このエッチングにより、SiN膜54の下側に位置するポリシリコン層52を残存させて、つまり、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50の側面に、ポリシリコン層52を残存させて、SiN膜54とポリシリコン層52とにより第2の側壁部を形成する。
次に、図76及び図77に示すように、ウエットエッチング(例えば、希釈したフッ酸(DHF))により、シリコン酸化膜50を剥離して、除去する。このウエットエッチングの際には、第2の側壁部であるSiN膜54とシリコン層52とが保護膜となり、ゲート電極の側面にあるシリコン酸化膜50は除去されない。
次に、図78及び図79に示すように、CDEにより、ポリシリコン層52を除去する。
次に、図80及び図81に示すように、HPO含有溶液でFin側面にあるSiN膜44を剥離して、除去する。本実施形態においては、SiN膜44は比較的低温で形成することにより、HPO含有溶液によるエッチングレートが速くなるようにしている。このため、シリコン層18とSiN膜44とのコーナー部分に、SiN膜44が残ってしまうのを回避して、このコーナー部分におけるSiN膜44がフラットになるようにすることができる。また、シリコン酸化膜50のFin方向へ伸びる奥行きを深くすることにより、より効果的に、コーナー部分におけるSiN膜44をフラットにすることができる。これは、図34で点線で示すように、初期には、シリコン酸化膜50側からシリコン層18側にかけてSiN膜44は裾を引いた形状となるが、HPO含有溶液でSiN膜44をエッチングする際には、奥に行くほどエッチング剤が入り込みにくいことから、シリコン酸化膜50側にあるSiN膜44の方が、シリコン層18側にあるSiN膜44よりも、エッチングが遅くなる。このため、シリコン酸化膜50の奥行きが深くなれば、HPO含有溶液によりエッチングされたSiN膜44は、理論上、次第にフラットになっていくと考えられる。
次に、図82及び図83に示すように、必要に応じて、シリコン酸化膜50を希釈したフッ酸(DHF)により剥離して、除去する。
この後、Finを構成するシリコン層18の側面にドーピングを行って、ソース/ドレイン領域を形成するとともに、シリサイド貼り付けを行う。これにより、図39に示すようなFinFETを得ることができる。Finを構成するシリコン層18へのドーピング方法は、斜めイオン注入法でもよいし、或いは、プラズマドーピングや固相拡散でもよい。シリサイド材料としては、例えば、NiSiを用いることができる。
さらに、この後、例えば、TEOSなどを用いた層間絶縁膜を全面的に堆積し、CMPにより平坦化する。そして、ソース/ドレイン領域につながるようなコンタクト孔を形成し、Al/TiN/Ti或いはCu/TiN/Tiの配線層を形成する。さらに、必要に応じて、2層目以降の配線形成工程を行うことにより、半導体装置が完成する。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極の側面にだけ、ポリシリコン層52とSiN膜54とから構成された側壁部を形成することができる。そして、この側壁部を、ゲート電極の側面に形成したSiN膜44の保護膜として用いることにより、ゲート電極の側面にSiN膜44を残して、Finを構成するシリコン層18とSiNハードマスク20の側面にはSiN膜44を残さないようにすることができる。このため、Finを構成するシリコン層18の側面から、ドーピングをしたり、シリサイド貼り付けをしたりすることができるようになる。
しかも、本実施形態においては、図66及び図67に示すように、SiN膜44とシリコン酸化膜50をエッチングすることなく、ポリシリコン層52を形成することとしたので、製造プロセスにおける工程数を削減することができる。
〔第4実施形態〕
図84は、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図であり、上述した第1実施形態における図39に対応する図である。
この図84に至るまでの製造工程は、上述した第1実施形態乃至第3実施形態のいずれでもよい。そして、本実施形態においては、シリコン層18にソース領域Sとドレイン領域Dを形成する際に、不純物拡散を行わずに、シリサイド貼り付けのみを行う。すなわち、ショットキー接合のソース/ドレイン構造を有するFinFETを形成する。
このように、本実施形態においては、Finを構成するシリコン層18の側面に側壁部が構成されていないことから、Finの側面からシリサイド貼り付けを行うことができるようになり、Finの深さ方向に均一なショットキーソース/ドレインを形成することができるようになる。すなわち、Finの上部におけるソース領域Sとドレイン領域Dとの間の実効チャネル長L1と、Finの下部におけるソース領域Sとドレイン領域Dとの間の実効チャネル長L2とが、同等の長さとなる。また、Finの下部に低抵抗なシリサイドが形成されるため、寄生抵抗が低減され、FETの駆動能力を向上させることができる。
但し、ショットキーコンタクト抵抗を低減するために、ソース領域Sとドレイン領域Dには、ショットキーバリアの小さい材料を用いることが望ましい。例えば、N型のFETには、ErSiを用いるとよく、P型のFETには、PtSiを用いるとよい。
〔第5実施形態〕
図85は、第5実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図であり、上述した第1実施形態における図36に対応する図である。
この図85に至るまでの製造工程は、上述した第1実施形態乃至第3実施形態のいずれでもよい。そして、本実施形態においては、Finを構成するシリコン層18の上部に形成されているSiNハードマスク20を除去する。
続いて、Finを構成するシリコン層18にソース領域Sとドレイン領域Dとを形成した後、例えばエピタキシャル成長によりシリコン層60を形成して、ソース/ドレイン部分を持ち上げる。本実施形態においては、Finを構成するシリコン層18の上面及び両側面が露出しているので、Finの上面及び両側面にエピタキシャル成長によりシリコン層60を形成することができる。このシリコン層60を形成した後、必要であれば、さらに不純物イオンの注入を行ってもよい。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、Finを構成するシリコン層18の側面には側壁部が形成されていないため、このシリコン層18の上面及び両側面を露出させることができる。このため、シリコン層18の上面及び両側面に、エピタキシャル成長によりシリコン層60を形成することができるようになり、ソース領域S及びドレイン領域Dの寄生抵抗を低減させ、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
〔第6実施形態〕
図86乃至図87は、第6実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図であり、上述した第1実施形態における図36に対応する図である。
この図86に至るまでの製造工程は、上述した第1実施形態乃至第3実施形態のいずれでもよい。そして、本実施形態においては、Finを構成するシリコン層18の上部に形成されているSiNハードマスク20と、ゲート電極を構成するポリシリコン層36の上部に形成されているSiNハードマスク38とを、RIEを行って、エッチング除去する。
次に、図87に示すように、Finを構成するシリコン層18に不純物拡散層をドーピングにより形成し、ソース/ドレイン領域とを形成する。
次に、図88に示すように、NiSiを形成し、シリコン層18とポリシリコン層36とをすべてシリサイド化し、メタルゲートとメタルソース/ドレインを形成する。
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、Finを構成するシリコン層18の側面には側壁部が形成されていないため、このシリコン層18の上面及び両側面にシリサイドを形成することが可能になる。このため、ソース領域S及びドレイン領域Dの寄生抵抗を低減させ、トランジスタの駆動能力を向上させることができる。
また、ゲート電極を構成するポリシリコン層36をすべてシリサイド化し、メタルゲートを形成することとしたので、完全空乏型トランジスタのしきい値をコントロールでき、低電力で高駆動力なFETを実現することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず種々に変形可能である。例えば、図13及び図14において、シリコン酸化膜50を形成する際には、シリコンの原料として、TEOS以外の有機系、ハロゲン系、水素化合物系の材料を用いたCVD法により、形成するようにしてもよい。例えば、有機系としてBTBAS(SiH[N{C(CH])、TDMAS(Si[N(CH)、ハロゲン系としてSiHCl、SiCl、SiCl、SiF、水素化合物系としてSiHなどが挙げられる。また、雰囲気は原料や成膜温度などに応じてO、HO、NOなどをから選択される単体もしくは混合ガスを適宜用いることができる。
或いは、図13及び図14において、TEOSとHOを用いたALD法により、シリコン酸化膜50を形成するようにしてもよい。シリコンの原料としては、上述したように、TEOS以外の有機系、ハロゲン系、水素化合物系の材料を用いることができる。酸化剤としては、HOの代わりに、O、O、H、NOなどを用いても良い。このような手法によりシリコン酸化膜50を形成することにより、通常のCVD法よりも、Finの側面や、ゲート電極の側面に、より均一に成膜することができる。
また、図15乃至図17において、ポリシリコン層52を形成する際には、CVD法の代わりに、シリコンターゲットを用いてAr/N2雰囲気中においてスパッタ法で成膜するようにしてもよい。
或いは、図15乃至図17において、ポリシリコンの代わりにアモルファスシリコンを用いて、アモルファスシリコン層52としてもよい。このアモルファスシリコン層52は、SiH、H、N雰囲気中1Torr、550℃で成膜することで得られる。さらに、PまたはAsをin−situでドープすることにより、図24乃至図26において、アモルファスシリコン層52を、RIEによりエッチングする際に、SiN膜54やシリコン酸化膜50に対する選択比を、より高くすることができる。
さらに、上述した実施形態においては、半導体装置の一例としてFinFETを例に、本発明を説明したが、凸状の第1の突部と、この第1の突部よりも高い高さの凸状の第2の突部とを有する他の半導体装置についても、本発明を適用することができる。
第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第1実施形態に係る半導体装置における図6のB−B’線に対応する断面図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 図6のA−A’線に対応する工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 図6のA−A’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、図6のB−B’線、C−C’線、D−D’線に対応する第3実施形態における工程断面図。 第4実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する断面図。 第5実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第6実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第6実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。 第6実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための斜視図。
符号の説明
10 SOI基板
12 SiN層
14 シリコン基板
16 シリコン酸化膜
18 シリコン層
20 SiNハードマスク
30 第1の突部
32 ポリシリコン層
34 ポリシリコン層
36 ポリシリコン層
38 SiNハードマスク
40 レジストマスク
42 第2の突部
44 SiN膜
50 シリコン酸化膜
52 ポリシリコン層
54 SiN膜
S ソース領域
D ドレイン領域

Claims (5)

  1. 凸状の第1の突部を形成する工程と、
    前記第1の突部よりも高い、凸状の第2の突部を形成する工程と、
    前記第2の突部の側面に、第1の側壁部を形成する工程と、
    前記第2の突部より低い位置に、表面が位置するように、第1の膜を形成する工程と、
    前記第1の膜の表面から突出している前記第2の突部の側面にある前記第1の側壁部の側面に、マスク部を形成する工程と、
    前記マスク部をマスクとして用いて、前記第1の膜をエッチングすることにより、前記第2の突部の側面にある前記第1の側壁部の側面に、前記マスク部と前記第1の膜とから形成された第2の側壁部を形成するが、前記第1の突部の側面には前記第2の側壁部を形成しない工程と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第2の突部はゲート電極であり、前記第1の突部は凸状半導体部である、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。
  3. 前記第2の突部の側面に、第1の側壁部を形成する工程では、前記第1の突部の側面にも第1の側壁部が形成される、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第1の側壁部を形成する工程は、全面的に第1の側壁膜を形成し、この第1の側壁膜をエッチバックすることなく、前記第1の側壁膜をそのまま前記第1の側壁部とする、ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記凸状半導体部はシリコン層により構成されているとともに、
    前記凸状半導体部の上面及び両側面に、エピタキシャル成長をさせることにより、ソース領域及びドレイン領域を持ち上げるシリコン層を形成する工程を、さらに備えることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
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