JP2007250855A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板と、前記半導体基板に設けられた溝と、前記半導体基板上に、前記溝に追従して設けられたゲート絶縁膜と、前記溝に、前記ゲート絶縁膜を介して埋めこまれたゲート電極と、前記溝の近傍に設けられたn型拡散層と、を具備した半導体装置でにおいて、前記溝の下部を、断面が略真円状となるように加工する。
【選択図】図10
Description
溝の下部が略真円状に加工されていることで、ゲート電極(3)から受ける電界を大きくすることができるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができる。
半導体基板(20)に浅い溝(181)を形成した後に、更に、深溝形成工程(ステップS07〜08)によって、溝を深くエッチングすることで、溝の浅い部分には保護膜(10、11)が残り、深い部分には半導体基板(20)が剥き出しとなった状態となる。この状態で水素アニール処理を行うことで、溝の下部(深い部分)を、断面が略真円の形状に加工することができる。
また、水素アニール処理によって、溝をエッチングした際に生じた残さ(結晶欠陥)が修復される。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図10は、本実施の形態に係る半導体装置30の断面構造を示している。本実施の形態においては、半導体装置30として、n型チャネルMOSトランジスタを例示して説明する。半導体装置30は、半導体基板20、ゲート絶縁膜6、ゲート電極3、シリコン酸化膜層17、及び電極16を有している。半導体基板20には、p型ウエル層2、チャネルドープ層4、n型拡散層5、溝18、及び一対の素子分離部1が設けられている。各部の詳細について以下に詳述する。
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図27は、半導体装置の製造方法のフローチャートを示している。また、図11〜図26は、各ステップにおける半導体装置の断面構造を示している。
まず、半導体基板(シリコン基板)に素子分離用の溝を形成する。更に、シリコン酸化膜7を製膜する。これにより、シリコン酸化物が溝内に埋めこまれて溝型素子分離部1が形成される。また、この時にシリコン酸化膜7によって半導体基板の表面が被覆された状態となる。ここで、素子分離部1の深さとしては、280nmが例示される。
続いて、ボロンを注入して、p型ウエル層2が形成される。ボロン注入の条件としては、厚さ10nmのシリコン酸化膜7を通して、250keVで1×1013/cm2、150keVで5×1012/cm2、及び80keVで3×1012/cm2という条件が例示される。ボロンを注入した後に、損傷回復のために熱処理が実施される。この時の熱処理の条件としては、1000℃、1分間という条件が例示される。
続いて、シリコン酸化膜7上に、ハードマスク8が形成される。ハードマスク8の成分としては、シリコン窒化膜が例示される。シリコン窒化膜の膜厚としては、50nmが例示される。
続いて、ゲート電極が形成される予定の部分のハードマスク8とシリコン酸化膜7とが、リソグラフィ技術とドライエッチング技術とによって除去される。この時に除去されるスペースの幅としては、50nmが例示される。
ハードマスク8をマスクとして、ドライエッチング技術によりチャネルドープ層4がエッチングされる。これにより、浅い溝181が形成される。浅い溝181の深さとしては、60nmが例示される。
続いて、保護膜9が製膜される。保護膜9は、ハードマスク8上と、浅い溝181に追従する部分とに製膜される。保護膜9としては、シリコン酸化膜10とシリコン窒化膜11とを積層したものが挙げられる。
保護膜(シリコン酸化膜10とシリコン窒化膜11)を、深さ方向に異方性エッチングする。異方性エッチングとしては、反応性イオンエッチング等が例示される。これにより、浅い溝181の底部とハードマスク8上に形成された保護膜(シリコン酸化膜10及びシリコン窒化膜11)が除去される。浅い溝181の底部では、チャネルドープ層4のシリコンが剥き出しとなる。一方、浅い溝181の側壁部分には、シリコン酸化膜10とシリコン窒化膜11は残存している。以下の説明では、側壁に残存した保護膜を側壁マスク19と記載する。
浅い溝181の底部にて、チャネルドープ層4が剥き出しとなった状態から、更に異方性エッチングを進める。これにより深い溝182が形成される。ここで、チャネルドープ層4を形成するシリコンと、側壁マスク19のシリコン窒化膜とでは、シリコンの方がエッチングされ易い。よって、溝18の横方向に対しては、側壁マスク19がマスクの役割を果たしているので殆どエッチングされない。深さ方向にのみ選択的にエッチングして、アスペクト比10以上の形状を得る事ができる。また、図18に示されるように、側壁マスク19の底部と、深い溝182部分の界面とでは、ボーイングしていてもよい。
続いて、ウエットエッチングにより、自然酸化膜を除去する。更に、水素アニール処理を行う。水素アニール処理によって、深い溝182部分の形状が、断面が略真円状の形状に加工される。水素アニール処理の条件としては、900℃、60秒という条件が例示される。
続いて、犠牲酸化が行われる。これにより、溝18の下部において、シリコンが剥き出しとなった部分が犠牲酸化膜12で被覆される。
熱燐酸により、シリコン窒化膜11が剥離される。
続いて、ウエットエッチングにより、犠牲酸化膜12及びシリコン酸化膜10が除去される。
熱酸化を行い、ゲート絶縁膜6を形成する。ゲート絶縁膜6は、半導体基板20上に、溝18に追従して形成される。ゲート絶縁膜6の厚みとしては、10nmが例示される。
ドライ酸素雰囲気中で熱酸化することで、多結晶シリコン膜13が形成される。多結晶シリコン膜13は、溝18を埋めこむように形成される。また、半導体基板20の表面上にも多結晶シリコン膜13が形成される。この時の熱酸化の温度としては、例えば1000℃である。この時、溝の下部円形部には、す(空間)14が形成される場合があるが、溝18の側壁及び下部において既にゲート絶縁膜6が形成され、そのゲート絶縁膜の内側を覆うかたちで多結晶シリコンが埋め込まれているので、特性に対して影響は与えない。
更に、多結晶シリコン膜13上に、タングステンシリサイド膜15が形成される。この時の膜厚は、例えば10nmである。
続いて、ゲート電極3が形成される。ゲート電極3は、公知の技術により形成することができる。尚、図25において、す(空間)14は省略されて描かれている。
リン及び砒素を注入して、n型拡散層5が形成される。リンの注入条件としては、50keVで1×1014という条件が例示される。また、砒素注入の条件としては、20keVで1×1015という条件が例示される。また、これらの注入後には、活性化のために1000℃で10秒程度の熱処理が施される。
その後、シリコン酸化膜17を堆積させる。さらに、周知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、電極用の穴を開口させる。更に、電極配線用の導電膜を堆積して加工することで、電極16が形成される。このようにして、図10に示されるような、溝埋めこみ型のゲート電極を有するn型チャネルMOSトランジスタ(半導体装置30)が作製される。
2 p型ウエル層
3 ゲート電極
4 チャネルドープ層
5 n型拡散層
6 ゲート絶縁膜
7 シリコン酸化膜
8 ハードマスク
9 保護膜
10 シリコン酸化膜
11 シリコン窒化膜
12 犠牲酸化膜
13 多結晶シリコン膜
14 す(空間)
15 タングステンシリサイド
16 電極
17 シリコン酸化膜
18 溝
181 浅い溝
182 深い溝
19 側壁マスク
20 半導体基板
21 保護膜
30 半導体装置
Claims (6)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた溝と、
前記半導体基板上に、前記溝に追従して設けられたゲート絶縁膜と、
前記溝に、前記ゲート絶縁膜を介して埋めこまれたゲート電極と、
前記溝の近傍に設けられた拡散層と、
を具備し、
前記溝の下部は、断面が略真円状である
半導体装置。 - 請求項1に記載された半導体装置であって、
前記溝の上部の断面は、矩形状である
半導体装置。 - 請求項1又は2に記載された半導体装置であって、
前記溝の下部の断面形状は、前記溝の下部の半径をRとし、前記溝の上部の幅Wとして、「R>0.5W」となる形状である
半導体装置。 - 半導体基板上に、ハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスク及び前記半導体基板の一部をエッチングして、浅い溝を形成する浅溝形成工程と、
前記浅い溝に追従するように保護膜を形成する工程と、
前記浅い溝の側壁に形成された前記保護膜は残して、前記浅い溝の底部に形成された前記保護膜と、その下の前記半導体基板の一部をエッチングすることで、深い溝を形成する深溝形成工程と、
水素アニール処理によって、前記深溝形成工程においてエッチングされた部分を、断面が略真円の形状に加工する円形加工工程と、
を具備した
半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記深溝形成工程においてエッチングされる部分の深さLは、前記浅溝形成工程において形成された前記浅い溝の幅Wとして、「L>W」となる深さである
半導体装置の製造方法。 - 請求項4又は5に記載された半導体装置の製造方法であって、
更に、
前記円形加工工程の後に、前記深い溝に追従するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート電極を、前記ゲート絶縁膜で被覆された前記深い溝の中に埋め込まれるようにして形成する工程と、
を具備した
半導体装置の製造方法。
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