JP2009224543A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部にソース領域14が形成された半導体基板11上にマスク開口部34を有するハードマスク層31を形成する工程と、マスク開口部34の側壁にサイドウォールマスク(図示せず)を形成する工程と、サイドウォールマスクとハードマスク層31をマスクにして半導体基板11に溝15をソース領域14に達するように形成する工程と、サイドウォールマスクを除去する工程と、マスク開口部34と溝15の内部にゲート絶縁膜16を介してゲート電極18を形成する工程と、ゲート電極18の側壁にサイドウォール19を形成した後、ゲート電極18の側方の半導体基板11の表面側にドレイン領域20を形成する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図5
Description
次いで、上記ハードマスク層113をエッチングマスクに用いて、上記半導体基板111をエッチングし、溝(トレンチ)115を形成する。この溝115は、溝115の底面に上記ソース領域113が表出するように形成される。もしくはソース領域113に入り込むように形成される。
上記ゲート電極118の加工では、半導体基板111上のゲート電極118の部分は、上記溝115よりも幅広に形成される。
次いで、通常のサイドウォール形成技術によって、上記ゲート電極118の上部の側壁にサイドウォール119を形成する。
次いで、上記ドレイン領域120上にシリサイド層121を形成する。このとき、ゲート電極118上にもシリサイド層121が形成される。このシリサイド層121は、例えばコバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等の金属シリサイドで形成される。上記シリサイド層21の形成方法は、通常のシリサイド層の形成方法と同様である。
上記従来技術の製造方法では乗り上げ部118Aの長さdがリソグラフィー技術におけるマスクの合わせズレによって大きくバラつく。そのため、トランジスタ特性がばらついたり、トランジスタの微細化が困難になるという問題があった。
この方法では乗り上げ部118A(前記図7(5)参照)は溝115と自己整合的に形成できる。
また、ウエットエッチングを用いた場合、溝115の加工マスクとして酸化シリコン(SiO2)を用いれば希フッ酸(DHF)による後退が可能であるが、一般にマスクの下地にSTIやLOCOSなど酸化シリコン(SiO2)系の材料が使用されており、ハードマスク層113を後退させる際に、下地との選択比がとれない問題がある。このため、一般に酸化シリコン(SiO2)系の材料を溝加工のエッチングマスクとして用いることは難しい。
したがって、上記方法では、ゲート電極118の乗り上げ部118Aが形成される部分を自己整合的に形成できるが、トランジスタ性能の劣化を伴う懸念がある。
したがって、溝とマスク開口部の内部に埋め込むように形成されたゲート電極の半導体基板上に乗り上げている部分、いわゆる乗り上げ部を溝に対して自己整合的に形成することができる。
また、ハードマスク層を窒化シリコンで形成し、サイドウォールマスクを酸化シリコンで形成することで、溝を加工した後にサイドウォールマスクを希フッ酸(DHF)により選択的に除去することが可能になる。このように、サイドウォールマスクの除去をチャネル形成領域にダメージを与えないフッ酸を用いることができるようになる。
また、ハードマスクを後退させて、いわゆる乗り上げ部を形成する方法と異なり、エッチングにおいて、チャネルへダメージを与える可能性のある熱燐酸によるウエットエッチングを使用する必要がないため、トランジスタ性能の劣化がないという利点がある。
上記半導体基板11には、例えばシリコン基板を用いる。また、上記半導体基板11にはシリコン層を形成したSOI基板を用いてもよい。
上記素子分離領域12は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation))で形成されている。
上記ソース領域14は、例えば半導体基板11中に導電型不純物をイオン注入することで形成される。例えば、nMOSトランジスタを形成する場合にはn型の導電型不純物としてリン(P)、ヒ素(As)もしくはアンチモン(Sb)をイオン注入する。例えば、pMOSトランジスタを形成する場合にはp型の導電型不純物としてホウ素(B)もしくは二フッ化ホウ素(BF2)をイオン注入する。上記ソース領域14は、例えば半導体基板11の表面から1000nm程度の深さから100nm〜200nm程度の幅に形成されている。
上記酸化シリコン膜32は、例えばCVD法、熱酸化法等の酸化シリコン膜の成膜技術によって上記半導体基板11表面に形成する。例えばCVD法で形成した場合には、半導体基板11の全面に形成される。また、熱酸化法で形成した場合には、露出している半導体基板11表面に形成され、通常、酸化シリコンで形成されるSTIの素子分離領域13上には形成されないか、極薄く酸化層が成長される。
上記酸化シリコン膜32は、例えば10nmの厚さに形成され、上記窒化シリコン膜33は、例えば150nmの厚さに形成される。
上記した酸化シリコン膜32、窒化シリコン膜33の各膜厚は一例であって、適宜、変更することができる。
その後、上記レジストマスク41を除去する。この図2(5)ではレジストマスク41を除去した後の状態を示した。
このとき、ハードマスク層31の上面は窒化シリコン膜33で形成されているのでエッチングされない。
この結果、再び、マスク開口部34が形成される。
したがって、ゲート電極18の上記半導体基板11上に形成される、いわゆる乗り上げ部18Aの長さdは、前記サイドウォールマスク44(前記図3(8)等参照)の厚さによって決定される。
まず、窒化シリコン膜33を除去する。この窒化シリコン膜33の除去には、例えばウエットエッチングを用いる。このウエットエッチングには、例えば熱リン酸をエッチング液に用いる。
次に酸化シリコン膜32を除去する。この酸化シリコン膜の除去には例えばウエットエッチングを用いる。このウエットエッチングには、例えば希フッ酸(DHF)などを用いる。このように、ウエットエッチングによって除去することで、半導体基板11へのエッチングダメージが入らないようにしている。
図面では、ハードマスク層31を除去した後の状態を示した。
次いで、上記ゲート電極18の側方の上記半導体基板11の表面側にドレイン領域20を形成する。このドレイン領域20は、例えばイオン注入法によって、例えば半導体基板11の表面側に導電型不純物をイオン注入することで形成される。例えば、nMOSトランジスタを形成する場合にはn型の導電型不純物としてリン(P)、ヒ素(As)もしくはアンチモン(Sb)をイオン注入する。例えば、pMOSトランジスタを形成する場合にはp型の導電型不純物としてホウ素(B)もしくは二フッ化ホウ素(BF2)をイオン注入する。
次いで、上記ドレイン領域20上にシリサイド層21を形成する。このとき、ゲート電極18上にもシリサイド層21が形成される。
上記シリサイド層21は、例えばコバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等の金属シリサイドで形成される。
上記シリサイド層21の形成方法は、通常のシリサイド層の形成方法と同様である。例えば、ゲート電極18側の全面を被覆するように、金属シリサイドを形成する金属膜を形成した後、熱処理を行って、金属膜の金属とゲート電極18、半導体基板11等のシリコンを反応させて、金属シリサイドのシリサイド層21を形成する。その後、シリサイド反応しなかった余剰な金属膜を、例えばウエットエッチングによって除去する。その後、金属シリサイドの緻密化のための熱処理を施してもよい。
例えば、上記図4(10)によって説明した工程で、例えば原子層蒸着(ALD)法、スパッタリング法等の成膜方法によって、上記溝15の内面に、酸化ハフニウム膜、酸化アルミニウム膜等の高誘電率絶縁膜を成膜する。
その後、上記溝15およびハードマスク層31のマスク開口部34の内部にゲート電極18を形成する。このゲート電極18の形成方法は、上記説明した方法による。
次に、ゲート電極18をマスクにして、上記露出されている高誘電率絶縁膜を除去する。この高誘電率絶縁膜の除去はウエットエッチングによって行う。例えば、高誘電率絶縁膜が酸化ハフニウム等のハフニウム系絶縁膜の場合、フッ酸を用いる。また、高誘電率絶縁膜が酸化アルミニウム等のアルミニウム系絶縁膜の場合、例えばフッ酸を用いる。
したがって、溝15とマスク開口部34の内部に埋め込むように形成されたゲート電極18の半導体基板11上に乗り上げている部分、いわゆる乗り上げ部18Aを溝15に対して自己整合的に形成することができる。
また、ハードマスク層31を窒化シリコンで形成し、サイドウォールマスク44を酸化シリコンで形成することで、溝15を加工した後にサイドウォールマスク44を希フッ酸(DHF)により選択的に除去することが可能になる。このように、サイドウォールマスク44の除去をチャネル形成領域にダメージを与えないフッ酸を用いることができるようになる。
また、ハードマスクを後退させて、いわゆる乗り上げ部を形成する方法と異なり、エッチングにおいて、チャネルへダメージを与える可能性のある熱燐酸によるウエットエッチングを使用する必要がないため、トランジスタ性能の劣化がないという利点がある。
Claims (4)
- 内部にソース領域が形成された半導体基板上にマスク開口部を有するハードマスク層を形成する工程と、
前記マスク開口部の側壁にサイドウォールマスクを形成する工程と、
前記サイドウォールマスクと前記ハードマスク層をマスクにして前記半導体基板に溝を前記ソース領域に達するように形成する工程と、
前記サイドウォールマスクを除去する工程と、
前記マスク開口部と前記溝の内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成した後、前記ゲート電極の側方の前記半導体基板の表面側にドレイン領域を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記ハードマスク層を窒化シリコンで形成し、
前記サイドウォールマスクを酸化シリコンで形成する
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記サイドウォールマスクを酸化シリコンで形成し、
前記サイドウォールマスクを除去する工程は前記サイドウォールマスクを希フッ酸によるウエットエッチングで除去する
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ドレイン領域上に金属シリサイド層を形成する
請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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