JP2010258305A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、特に極短時間アニール技術を用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using an extremely short time annealing technique.
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)素子の微細化進行に伴い、MOSFET素子の一部として形成される不純物活性層の薄膜化の要求も厳しくなってきている。この不純物活性層の薄膜化を実現するために、不純物活性化の際の熱処理に対して高温化と短時間化が同時に求められるようになってきている。 With the progress of miniaturization of MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) elements, there is an increasing demand for thinning of the impurity active layer formed as a part of the MOSFET elements. In order to realize the thinning of the impurity active layer, it has been required to simultaneously increase the temperature and shorten the time for the heat treatment at the time of impurity activation.
近年ではフラッシュランプや赤外レーザーを用いた極短時間アニール(MSA:millisecond anneal)なども用いられるようになって来た。(例えば、特許文献1参照。)
しかし、このような極短時間アニール処理を用いる場合には、極端な非平衡状態で半導体基板熱が加えられるため、基板に加わる応力が大きくなることが問題となっている。具体的には、時間が非常に短くかつ半導体基板の表面側のみを過熱する機構であるため、熱処理中の半導体基板の温度は基板の厚さ方向で温度勾配が発生し、基板の裏面に大きな引っ張り応力を与えてしまう。
In recent years, an extremely short time annealing (MSA) using a flash lamp or an infrared laser has been used. (For example, refer to
However, in the case of using such an extremely short time annealing process, the heat applied to the semiconductor substrate is applied in an extremely non-equilibrium state, so that the stress applied to the substrate is increased. Specifically, since the mechanism is such that the time is very short and only the front surface side of the semiconductor substrate is heated, the temperature of the semiconductor substrate during the heat treatment generates a temperature gradient in the thickness direction of the substrate, and the back surface of the substrate is large. Tensile stress is applied.
ところで半導体装置の製造プロセスでは、MSA工程を行う以前にさまざまな工程を経ており、これらの工程における半導体基板の機械的な搬送やプロセス室での基板保持などにより、半導体基板の裏面にはさまざまな傷がつく機会が存在している。 By the way, in the manufacturing process of a semiconductor device, various processes are performed before the MSA process is performed. Various processes are performed on the back surface of the semiconductor substrate by mechanical transport of the semiconductor substrate or holding the substrate in the process chamber in these processes. There is an opportunity to get scratched.
このような半導体基板の裏面についてしまう傷は、半導体製造装置によっては装置の調整によって軽減することが可能な場合があるが、製造装置の持つ機構によりどうしてもついてしまう傷や、たとえ調整を行っても偶発的についてしまう傷なども存在しており、この傷の発生機会を完全になくしてしまうことは事実上不可能である。 Such scratches on the back surface of the semiconductor substrate may be able to be reduced by adjustment of the apparatus depending on the semiconductor manufacturing apparatus. However, even if adjustments are made even if the damage is caused by the mechanism of the manufacturing apparatus. There are also wounds that are accidentally attached, and it is virtually impossible to completely eliminate the chance of such wounds.
MSA工程を適用する以前の半導体装置の製造プロセスにおいては、この裏面についてしまう傷は主に製品の不良率を上げてしまうパーティクルの発生源としてのみ問題視されてきた。しかし、MSA技術の適用によりこの傷がMSAプロセス中に発生する裏面応力の集中点として機能してしまい、裏面傷を起点とした基板の割れが発生してしまうことが問題となるようになってきている。 In the manufacturing process of a semiconductor device before applying the MSA process, the scratches on the back surface have been regarded as a problem only as a source of particles that mainly increase the defective rate of the product. However, the application of MSA technology causes this flaw to function as a concentration point of the back surface stress generated during the MSA process, and it becomes a problem that the substrate is cracked starting from the back surface flaw. ing.
本発明は、極短時間アニール処理を行う際に、基板自体の損傷を抑制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。 It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that suppresses damage to the substrate itself when performing an extremely short time annealing treatment.
本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板に導電性の不純物を導入する工程と、前記半導体基板及び前記ゲート電極上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜を形成後に前記半導体基板の裏面全面を研磨する工程と、前記半導体基板の裏面全面を研磨した後に前記半導体基板の表面が1000℃以上での保持時間が0.1秒以下となるような加熱処理により前記不純物を活性化する工程とを備えることを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a step of forming a gate electrode over a semiconductor substrate, a step of introducing a conductive impurity into the semiconductor substrate, and a protective film over the semiconductor substrate and the gate electrode. Forming the protective film, polishing the entire back surface of the semiconductor substrate after forming the protective film, and holding the surface of the semiconductor substrate at a temperature of 1000 ° C. or higher after polishing the entire back surface of the semiconductor substrate. And a step of activating the impurities by heat treatment for 1 second or less.
本発明によれば、極短時間アニール処理を行う際に、基板自体の損傷を抑制する半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that suppresses damage to the substrate itself when performing an extremely short time annealing treatment.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、MSA工程によって引っ張り応力が半導体基板の裏面傷によって集中するメカニズムについて図1を用いて説明する。基板裏面に加わる応力をσ0とし、プロセス中に発生する基板裏面傷の深さをd、傷の先端部の曲率半径をrと仮定すると、基板裏面傷の先端付近の最大応力点(裏面傷の先端から深さ方向に2/r程度の領域)に集中する最大応力σmaxは具体的には以下の式で表すことができる。 First, a mechanism in which tensile stress is concentrated due to scratches on the back surface of the semiconductor substrate in the MSA process will be described with reference to FIG. The stress applied to the back surface of the substrate and sigma 0, the depth of the substrate back surface scratches that occur in the process d, the curvature radius of the wound of the tip assuming r, the maximum stress point near the tip of the substrate back surface flaws (back surface flaws Specifically, the maximum stress σ max concentrated in the region of about 2 / r in the depth direction from the tip of the tip can be expressed by the following equation.
σmax〜(1+2(d/r)1/2)σ0
上記の式より分かるように、dの値が大きくrの値が小さくなればなるほど最大応力点に集中する応力が大きくなる。つまり開口幅が狭く深い傷が、開口幅が広く浅い傷よりも問題となる。図2は、d/rの値の変化によって最大応力点に集中する応力が元の応力からどのぐらい増幅されるかを示したグラフである。
σ max to (1 + 2 (d / r) 1/2 ) σ 0
As can be seen from the above equation, the greater the value of d and the smaller the value of r, the greater the stress concentrated at the maximum stress point. In other words, a scratch having a narrow opening width is more problematic than a scratch having a wide opening width and a shallow opening. FIG. 2 is a graph showing how much the stress concentrated at the maximum stress point is amplified from the original stress by changing the value of d / r.
図2に示すように、元の応力σ0の数倍から数十倍にも到達するため、MSA処理時に生じる引っ張り応力により、集中した応力値がシリコンの脆性破壊応力(1〜2GPa程度)を超えてしまい、シリコン基板が損傷するという問題が発生する。この問題を解決するためには、半導体基板裏面に応力が集中するような傷がない状態でMSA処理を行うことが求められる。 As shown in FIG. 2, to reach even several tens of times from several times the original stress sigma 0, the resulting tensile stress at the time of MSA treatment, concentrated stress value is silicon brittle fracture stress (about 1~2GPa) This causes a problem that the silicon substrate is damaged. In order to solve this problem, it is required to perform the MSA process in a state where there is no flaw that causes stress concentration on the back surface of the semiconductor substrate.
これまでの半導体製造プロセスにおける裏面傷の観察の結果、裏面傷の深さdは1μm未満の浅いものから、10〜20μm程度の非常に深いものまでさまざまなものがあることが判明している。そのため、半導体基板裏面を少なくとも20μm以上研磨すれば、ほとんどの傷がなくなってしまうか、たとえ若干の傷が残ったとしても傷の深さが大幅に浅くなることからその傷による応力の集中度合いは小さくなることが考えられる。 As a result of observing backside scratches in the semiconductor manufacturing process so far, it has been found that there are various depths of backside scratches d ranging from shallow depths of less than 1 μm to very deep depths of about 10 to 20 μm. Therefore, if the back surface of the semiconductor substrate is polished at least 20 μm or more, most of the scratches will be eliminated, or even if some scratches remain, the depth of the scratches will be greatly reduced. It can be considered to be smaller.
図3は、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す工程フロー図である。また、図4乃至図6は図3に示したプロセスフローを模式的に表した工程断面図である。図3乃至図6を用いて本発明の実施例1について説明する。なお、図4乃至図6に示したそれぞれの構成は、実際の寸法比とは異なるものであることを断っておく。 FIG. 3 is a process flow diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 4 to 6 are process sectional views schematically showing the process flow shown in FIG. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. It should be noted that each configuration shown in FIGS. 4 to 6 is different from the actual dimensional ratio.
まず、図4(a)に示すように、半導体基板1の主面に例えばRIE(Reactive Ion Etching)法等を用いて溝を形成し、この溝の内部に絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離絶縁領域2を形成する(S101)。続いて、イオン注入により半導体基板1の主面にウェル拡散層領域3を形成する(S102)。ウェル拡散層領域は各素子分離領域2に囲まれた領域毎にp型ウェルとn型ウェルに適宜作り分けても構わない。
First, as shown in FIG. 4A, a trench is formed in the main surface of the
次に、図4(b)に示すように、周知のトランジスタ形成技術によって、ウェル拡散層領域3上にゲート絶縁膜4および多結晶シリコンなどのゲート電極5を形成する(S103)。ゲート電極絶縁膜4は、例えば、ウェル拡散層表面を熱酸化することによって形成したシリコン酸化膜(SiO2)などを用い、ゲート電極は、ゲート絶縁膜4上に形成した多結晶シリコン膜、或いは金属膜等からなるゲート電極材料を加工することによって形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a gate
次いで、図4(c)に示すように、周知のイオン注入技術によって、ゲート電極4をマスクとしてイオン注入を行うことによってトランジスタのソース・ドレイン領域となるイオン注入領域6を形成する(S104)。
Next, as shown in FIG. 4C, ion implantation is performed by a known ion implantation technique using the
続いて、図5(a)に示すように、半導体基板1及びゲート電極5を覆うようにゲート電極側壁材料(例えば、シリコン窒化膜)7を堆積し、さらに基板表面保護膜(例えば、シリコン酸化膜)8を形成する(S105)。この保護膜8は続いて行われる半導体基板1の裏面研磨工程において、半導体基板1表面を保護するために形成される。保護膜8の材料は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等が考えられる。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a gate electrode sidewall material (for example, silicon nitride film) 7 is deposited so as to cover the
保護膜8を形成した後、図5(b)に示すように、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法等を用いて半導体基板1の裏面全面を研磨する(S106)。ここで、半導体基板1の裏面とは、ゲート電極5が形成された面と反対側の面のことをいう。半導体基板1の裏面を研磨する量は適宜調整することが可能であるが、20μm以上であることが望ましい。少なくとも20μm以上研磨することによって、この工程までに半導体基板1の裏面全面に生じたほとんどの傷がなくなってしまうか、大幅に浅くなることから半導体基板1の損傷を効果的に抑制することができる。
After forming the protective film 8, as shown in FIG. 5B, the entire back surface of the
半導体基板1の裏面を研磨した後、図5(c)に示すように、保護膜8を例えば、希沸酸エッチング処理などを用いて除去する。(S107)。さらに露出したゲート電極側壁材料7をRIE(Reactive Ion Etching)法等を用いて加工することにより、ゲート電極側壁7を形成し、その後、図6(a)に示すように、MSA処理として、例えばキセノン(Xe)フラッシュランプを用いて光を半導体基板1全面に照射する(S108)。
After the back surface of the
フラッシュランプの照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は20〜35J/cm2とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、イオン注入領域6に形成された結晶欠陥が回復すると同時に導入された不純物元素が活性化され、ソース・ドレイン拡散層領域9が得られる。フラッシュランプ光の照射に際しては、光照射前から予め基板を400℃程度の温度に加熱しておくことが望ましい。
The flash lamp irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 20 to 35 J /
なお、MSA処理としてはフラッシュランプ光を用いたアニールの他に、CO2レーザーなどのガスレーザーや、YAGレーザーのような半導体レーザーなど、赤外から可視光のレーザー光用いたアニール処理を使用しても構わない。本実施例においてMSA処理とは、半導体基板1の表面が1000℃以上に加熱され、かつ半導体基板1の表面の1000℃以上での保持時間が0.1秒以下である熱処理のことを指す。
In addition to annealing using flash lamp light, MSA processing uses annealing processing using laser light from infrared to visible light, such as gas lasers such as CO 2 lasers and semiconductor lasers such as YAG lasers. It doesn't matter. In this embodiment, the MSA treatment refers to a heat treatment in which the surface of the
また、本実施例においては、フラッシュランプアニールなどのMSA処理を行う前に、表面保護膜8の除去やゲート側壁材料7の加工を行っているが、保護膜8やゲート側壁材料7が基板表面全体に残った状態でMSA処理を行っても構わない。
In this embodiment, the surface protective film 8 is removed and the
続いて、図6(b)に示すように、スパッタ法等により、半導体基板1の表面にニッケル(Ni)等の金属を堆積し、加熱処理を行うことによってゲート電極5及びソース・ドレイン拡散層領域9の表面をそれぞれシリサイド化し、ニッケルシリサイド膜10を形成する。加熱処理後、素子分離領域2上等に残った未反応の金属をウェットエッチング等により除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, a metal such as nickel (Ni) is deposited on the surface of the
次に、図6(c)に示すように、半導体基板1の表面に、例えば、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜11を堆積する。そして、ゲート電極5及びソース・ドレイン拡散層9の上の層間絶縁膜11に、コンタクトホールがそれぞれ開口される。それぞれのコンタクトホールに金属等の導電性材料を埋め込みコンタクトプラグ12を形成し、このコンタクトプラグ12に金属配線13を接続することにより半導体装置が製造される。
Next, as illustrated in FIG. 6C, an
以上示したように、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法を用いることによって、MSA処理前に半導体基板1の裏面に生じた傷を除去、或いは浅くすることができる。そうすることにより、MSA処理時の半導体基板1への熱応力を緩和することができ、半導体基板1の損傷を抑制することができる。
As described above, by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, it is possible to remove or shallow a scratch generated on the back surface of the
なお、半導体基板1の裏面の研磨を行う工程位置に関しては、MSA工程の直前が最も望ましいが、工程の組み合わせによってMSA工程直前に行うことが困難な場合においては、少なくともゲート電極4のパターンを形成し終えた後のいずれかのタイミングで半導体基板裏面の研磨を行うようにすれば、半導体基板1の損傷を抑制する効果を得ることができる。
The process position for polishing the back surface of the
続いて、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法について説明する。図7は、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法を示す工程フロー図である。また、図8乃至図10は図7に示したプロセスフローを模式的に表した工程断面図である。図7乃至図10を用いて本発明の実施例2について説明する。本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法では、MSA処理と従来のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理とを組み合わせた工程を有していることを特徴としている。 Then, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated. FIG. 7 is a process flow diagram illustrating the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 8 to 10 are process sectional views schematically showing the process flow shown in FIG. A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention is characterized in that it includes a process in which MSA processing and conventional RTA (Rapid Thermal Annealing) processing are combined.
以下にその実施例について説明する。まず、図8(a)に示すように、半導体基板21の主面に例えばRIE法等を用いて溝を形成し、この溝の内部に絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域22を形成する(S201)。続いて、イオン注入により半導体基板21の主面にウェル拡散層領域23を形成する(S202)。ウェル拡散層領域は各素子分離領域22に囲まれた領域毎にp型ウェルとn型ウェルに適宜作り分けても構わない。
Examples thereof will be described below. First, as shown in FIG. 8A, a trench is formed on the main surface of the
次に、図8(b)に示すように、周知のトランジスタ形成技術によって、ウェル拡散層領域23上にゲート絶縁膜24および多結晶シリコンなどのゲート電極25を形成する(S203)。ゲート絶縁膜24材料は、例えば、ウェル拡散層23表面を熱酸化することによって形成したシリコン酸化膜などを用い、ゲート電極25は、ゲート絶縁膜24上に形成した多結晶シリコン膜、或いは金属膜等からなるゲート電極材料を加工することによって形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次いで、図8(c)に示すように、周知のイオン注入技術によって、トランジスタのソース・ドレイン・エクステンション領域となる比較的浅いイオン注入領域26を形成する(S204)。さらに、図9(a)に示すように、基板全面にシリコン酸化膜などを堆積しRIE法等を用いて加工することにより、ゲート側壁絶縁膜27を形成し(S205)、ゲート電極25とゲート側壁絶縁膜27をマスクにして、周知のイオン注入技術によって、トランジスタのソース・ドレイン・コンタクト領域となる比較的深いイオン注入領域28を形成する(S206)。
Next, as shown in FIG. 8C, a relatively shallow
続いて、図9(b)に示すように、基板表面全体に、シリコン窒化膜等の表面保護膜29を堆積し(S207)、RTA処理として、例えば1000〜1070℃程度のSpike RTAや、1000℃以下程度の10〜30秒程度のSoak RTA処理等を行うことによって、ソース・ドレイン・エクステンション領域となる比較的浅いイオン注入領域26やソース・ドレイン・コンタクト領域となる比較的深いイオン注入領域28の結晶欠陥を回復すると同時に、導入された不純物元素が活性化され、各々ソース・ドレイン・エクステンション拡散層領域30およびソース・ドレイン・コンタクト拡散層領域31が得られる。本実施例においてRTA処理とは、半導体基板21の温度が900℃以上1100℃以下の範囲に保たれる時間が、1秒以上120秒以下である熱処理のことを指す。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, a surface
ここで、シリコン窒化膜等の表面保護膜29材料に、高ストレスのシリコン窒化膜などを用いることによって、RTA処理による再結晶化の課程で多結晶シリコンゲート電極にストレスを蓄積し、トランジスタのチャネル領域のキャリア移動度を向上させる、いわゆるSMT(Stress Memorization Technology)技術と併用することも可能である。
Here, by using a high-stress silicon nitride film or the like as the
その後、図9(c)に示すように、例えばCMP法等を用いて半導体基板21の裏面を研磨する(S209)。半導体基板21の裏面を研磨する量は適宜調整することが可能であるが、20μm以上であることが望ましい。少なくとも20μm以上研磨することによって、この工程までに半導体基板21の裏面全面に生じたほとんどの傷がなくなってしまうか、大幅に浅くなることから半導体基板21の損傷を効果的に抑制することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 9C, the back surface of the
半導体基板21の裏面を研磨した後、保護膜29を除去する。なお、保護膜29を介して後のMSA処理を行う場合には、MSA工程とこの工程の順序を入れ替えても構わない(S210)。また、本実施例では保護膜16の形成前にRTA処理を行っているため、保護膜を除去する際に結晶化されていない不純物拡散層がエッチングされることを抑制することができる。
After the back surface of the
保護膜29を除去した後、図10に示すように、MSA処理として、例えばキセノン(Xe)フラッシュランプを用いて光を半導体基板21全面に照射する(S209)。フラッシュランプの照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は20〜35J/cm2とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、ソース・ドレイン・エクステンション拡散層領域30、ソース・ドレイン・コンタクト拡散層領域31、および多結晶シリコンゲート電極25に導入された不純物の活性化率が上がり、素子の性能が向上する。フラッシュランプ光の照射に際しては、光照射前から予め半導体基板21を400℃程度の温度に加熱しておくことが望ましい。
After removing the
なお、MSA処理としてはフラッシュランプ光を用いたアニールの他に、CO2レーザーなどのガスレーザーや、YAGレーザーのような半導体レーザーなど、赤外から可視光のレーザー光を用いたアニール処理を使用しても構わない。本実施例においてMSA処理とは、半導体基板11の表面が1000℃以上に加熱され、かつ半導体基板11の表面の1000℃以上での保持時間が0.1秒以下である熱処理のことを指す。
In addition to annealing using flash lamp light, MSA treatment uses annealing treatment using laser light from infrared to visible light such as gas laser such as CO 2 laser and semiconductor laser such as YAG laser. It doesn't matter. In this embodiment, the MSA treatment refers to a heat treatment in which the surface of the
この後の工程については、前記した実施例1と同様であるのでここでの説明は省略する。 Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.
以上示したように、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法を用いることによって、MSA処理前に半導体基板21の裏面に生じた傷を除去、或いは浅くすることができる。そうすることにより、MSA処理時の半導体基板21への熱応力を緩和することができ、半導体基板21の損傷を抑制することができる。また、保護膜29の形成前にRTA処理を行っていることにより、不純物層に残留する結晶欠陥の更なる抑制や、保護膜29除去時の不純物拡散層表面のエッチングを抑制することができる。
As described above, by using the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, it is possible to remove or shallow the scratches generated on the back surface of the
なお、半導体基板21の裏面の研磨を行う工程位置に関しては、MSA工程の直前が最も望ましいが、工程の組み合わせによってMSA工程直前に行うことが困難な場合においては、少なくともゲート電極25のパターンを形成し終えた後のいずれかのタイミングで半導体基板裏面の研磨を行うようにすれば、半導体基板21の損傷を抑制する効果を得ることができる。
The process position for polishing the back surface of the
続いて、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法について説明する。図11は、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法を示す工程フロー図である。また、図12乃至図14は図11に示したプロセスフローを模式的に表した工程断面図である。図12乃至図14を用いて本発明の実施例3について説明する。本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法では、実施例1の工程に加えてさらに半導体基板の裏面にホウ素ドープ多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜の少なくとも一方を形成する工程を有していることを特徴としている。
Then, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 3 of this invention is demonstrated. FIG. 11 is a process flow diagram illustrating the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 12 to 14 are process sectional views schematically showing the process flow shown in FIG. A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The semiconductor device manufacturing method according to
半導体装置の製造工程において、半導体基板の裏面に高濃度のホウ素(Boron)をドープした多結晶シリコンを付けておいたり、半導体基板の裏面にシリコン窒化膜を残しておいたりすることで、半導体製造プロセスにおける予期し得ない金属汚染における影響を低減するという手法が用いられる場合がある。ここでホウ素ドープ多結晶シリコン膜は主に金属元素に対するゲッタリング層の役割を、シリコン窒化膜は主に金属元素の汚染から半導体基板裏面を保護する保護層の役割を果たしている。半導体装置の製造工程で基板の裏面研磨を行う場合には、あらかじめ形成しておいた高濃度のホウ素をドープした多結晶シリコンやシリコン窒化膜が無くなってしまうという問題点は、以下のような方法により回避できる。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a polycrystalline silicon doped with high-concentration boron (Boron) is attached to the back surface of the semiconductor substrate, or a silicon nitride film is left on the back surface of the semiconductor substrate. Techniques may be used to reduce the impact on unpredictable metal contamination in the process. Here, the boron-doped polycrystalline silicon film mainly serves as a gettering layer for the metal element, and the silicon nitride film mainly serves as a protective layer for protecting the back surface of the semiconductor substrate from contamination of the metal element. When polishing the back surface of the substrate in the manufacturing process of the semiconductor device, the problem that the polycrystalline silicon or silicon nitride film doped with high-concentration boron previously formed is lost is as follows. Can be avoided.
まず、図12(a)に示すように、半導体基板41の主面に例えばRIE法等を用いて、溝を形成し、この溝の内部に絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離絶縁領域42を形成する(S301)。続いて、イオン注入により半導体基板41の主面にウェル拡散層領域43を形成する(S302)。ウェル拡散層領域は各素子分離領域42に囲まれた領域毎にp型ウェルとn型ウェルに適宜作り分けても構わない。
First, as shown in FIG. 12A, a trench is formed in the main surface of the
次に、図12(b)に示すように、周知のトランジスタ形成技術によって、ウェル拡散層領域43上にゲート絶縁膜44および多結晶シリコンなどのゲート電極45を形成する(S303)。ゲート絶縁膜44材料は、例えば、ウェル拡散層表面を熱酸化することによって形成したシリコン酸化膜(SiO2)などを用い、ゲート電極45は、ゲート絶縁膜44上に形成した多結晶シリコン膜、或いは金属膜等からなるゲート電極材料を加工することによって形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, a
次いで、図12(c)に示すように、周知のイオン注入技術によって、ゲート電極45をマスクとしてイオン注入を行うことによってトランジスタのソース・ドレイン領域となるイオン注入領域46を形成する(S304)。
Next, as shown in FIG. 12C,
続いて、図13(a)に示すように、半導体基板41及びゲート電極45を覆うようにゲート電極側壁材料(例えばシリコン窒化膜)47を堆積し、さらに基板表面保護膜(例えばシリコン酸化膜)48を形成する(S305)。この保護膜48は続いて行われる半導体基板41の裏面研磨工程において、半導体基板41表面を保護するために形成される。保護膜48の材料としては、例えば、CVD法を用いたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等が考えられる。
Subsequently, as shown in FIG. 13A, a gate electrode sidewall material (for example, silicon nitride film) 47 is deposited so as to cover the
保護膜48を形成した後、例えばCMP法等を用いて半導体基板41の裏面全面を研磨する(S306)。ここで、半導体基板41の裏面とは、ゲート電極45が形成された面と反対側の面のことをいう。半導体基板41の裏面を研磨する量は適宜調整することが可能であるが、20μm以上であることが望ましい。少なくとも20μm以上研磨することによって、この工程までに半導体基板41の裏面全面に生じたほとんどの傷がなくなってしまうか、大幅に浅くなることから半導体基板41の損傷を効果的に抑制することができる。
After forming the
半導体基板41の裏面を研磨した後、図13(b)に示すように、スパッタ法やプラズマCVD法などの比較的低温で製膜可能でかつ基板裏面に選択的に堆積可能な方法によって、半導体基板41の裏面にホウ素ドープ多結晶シリコン膜49を形成する(S307)。ここで、ホウ素ドープ多結晶シリコン膜49の形成に続いて、ホウ素ドープ多結晶シリコン膜49上にシリコン窒化膜50を形成しても構わない。また、ホウ素ドープ多結晶シリコン膜49の形成なしに、半導体基板41の裏面に直接シリコン窒化膜を形成しても構わない。低温で成膜可能なプロセスを用いることによって、活性化の熱処理前にイオン注入領域25の不純物が拡散してしまうことを抑制することができる。
After the back surface of the
さらに、ホウ素ドープ多結晶シリコン膜49やシリコン窒化膜50の製膜に、半導体基板41の表裏面に同時に製膜されるLP−CVD法等の堆積方法を用いても構わない。半導体基板41の表裏面に同時に成膜を行い、半導体基板41の表面側に堆積された膜のみを除去することでも、裏面保護膜を形成することが可能である。半導体基板41の表面側に堆積された膜を除去する方法として、表面保護膜48をエッチングストッパーとしたRIE法等によるエッチングを挙げることができる。
Furthermore, a deposition method such as an LP-CVD method in which the boron-doped
続いて、図13(c)に示すように、表面保護膜48を例えば、希沸酸エッチング処理などを用いて除去する(S308)。さらに露出したゲート電極側壁材料(例えばシリコン窒化膜)47をRIE法等で加工することにより、ゲート電極側壁47を形成する。ゲート電極側壁47を形成した後に、MSA処理として、例えばキセノン(Xe)フラッシュランプを用いて光を半導体基板41全面に照射する(S309)。
Subsequently, as shown in FIG. 13C, the surface
フラッシュランプの照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は20〜35J/cm2とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、イオン注入領域46に形成された結晶欠陥が回復すると同時に導入された不純物元素が活性化され、ソース・ドレイン拡散層領域51が得られる。フラッシュランプ光の照射に際しては、光照射前から予め半導体基板41を400℃程度の温度に加熱しておくことが望ましい。
The flash lamp irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 20 to 35 J /
なお、MSA処理としてはフラッシュランプ光を用いたアニールの他に、CO2レーザーなどのガスレーザーや、YAGレーザーのような半導体レーザーなど、赤外から可視光のレーザー光を用いたアニール処理を使用しても構わない。本実施例においてMSA処理とは、半導体基板41の表面が1000℃以上に加熱され、かつ半導体基板41の表面の1000℃以上での保持時間が0.1秒以下である熱処理のことを指す。また、本実施例においては、フラッシュランプアニールなどのMSA処理を行う前に、表面保護膜48の除去やゲート側壁材料47の加工を行っているが、保護膜48やゲート側壁材料47が基板表面全体に残った状態でMSA処理を行っても構わない。
In addition to annealing using flash lamp light, MSA treatment uses annealing treatment using laser light from infrared to visible light such as gas laser such as CO 2 laser and semiconductor laser such as YAG laser. It doesn't matter. In this embodiment, the MSA treatment refers to a heat treatment in which the surface of the
この後の工程については、前記した実施例1と同様であるのでここでの説明は省略する。 Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.
以上示したように、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法を用いることによって、MSA処理前に半導体基板41の裏面に生じた傷を除去、或いは浅くすることができる。そうすることにより、MSA処理時の半導体基板41への熱応力を緩和することができ、半導体基板41の損傷を抑制することができる。
As described above, by using the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment of the present invention, it is possible to remove or shallow the scratches generated on the back surface of the
なお、半導体基板41の裏面の研磨を行う工程位置に関しては、MSA工程の直前が最も望ましいが、工程の組み合わせによってMSA工程直前に行うことが困難な場合においては、少なくともゲート電極45のパターンを形成し終えた後のいずれかのタイミングで半導体基板裏面の研磨を行うようにすれば、半導体基板41の損傷を抑制する効果を得ることができる。
The process position for polishing the back surface of the
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。例えば、実施例2の工程に加えて実施例3に記載したホウ素ドープ多結晶シリコン膜やシリコン窒化膜を半導体基板裏面に形成しても構わない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in addition to the steps of Example 2, the boron-doped polycrystalline silicon film and silicon nitride film described in Example 3 may be formed on the back surface of the semiconductor substrate.
1、21、41 半導体基板
2、22、42 素子分離領域
3、23、43 ウェル拡散層領域
4、24、44 ゲート絶縁膜
5、25、45 ゲート電極
6、46 イオン注入領域
7、27、47 ゲート側壁材料
8、29、48 保護膜
9、51 ソース・ドレイン拡散層領域
10 ニッケルシリサイド膜
11 層間絶縁膜
12 コンタクトプラグ
13 金属配線
26 浅いイオン注入領域
28 深いイオン注入領域
30 ソース・ドレイン・エクステンション拡散層領域
31 ソース・ドレイン・コンタクト拡散層領域
49 ホウ素ドープ多結晶シリコン膜
50 シリコン窒化膜
1, 21, 41
Claims (7)
前記半導体基板に導電性の不純物を導入する工程と、
前記半導体基板及び前記ゲート電極上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成後に前記半導体基板の裏面全面を研磨する工程と、
前記半導体基板の裏面全面を研磨した後に前記半導体基板の表面が1000℃以上での保持時間が0.1秒以下となるような加熱処理により前記不純物を活性化する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。 Forming a gate electrode on the semiconductor substrate;
Introducing a conductive impurity into the semiconductor substrate;
Forming a protective film on the semiconductor substrate and the gate electrode;
Polishing the entire back surface of the semiconductor substrate after forming the protective film;
And a step of activating the impurities by a heat treatment such that after the entire back surface of the semiconductor substrate is polished, the surface of the semiconductor substrate has a retention time at 1000 ° C. or higher of 0.1 seconds or less. A method for manufacturing a semiconductor device.
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