JP2011119472A - Semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

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雄二 斎藤
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor manufacturing apparatus that suppresses the quantity of warpage in a substrate by forming a film having an internal stress only on the rear surface of the substrate without damaging the front surface thereof and consistently applies film formation to the rear surface and pattern formation to the front surface. <P>SOLUTION: The semiconductor manufacturing apparatus includes a chemical application section 102 for applying chemical to a substrate, a heating treatment section 104 for heating the substrate, a resist coating section 107 for coating a resist on the front surface of the substrate, an exposure section 105 for exposing a specified pattern in the resist, and a developing section 108 for developing the resist to form the specified pattern. The chemical application section 102 is provided with a chemical application means that applies chemical only to the rear surface of the substrate while the substrate is floated and rotated, and the heating treatment section 104 is provided with a heat treatment means that heat treats the substrate to form a stress application film having the internal stress, thus performing consistently the formation of both the stress application film on the rear surface and the specified pattern on the front surface. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造装置に関し、特に、半導体基板の裏面に成膜する手段を備える半導体製造装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus including means for forming a film on the back surface of a semiconductor substrate.

従来、半導体装置の高速化は、トランジスタ形状の微細化によって進められてきた。しかしながら、近年、リソグラフィ技術の進歩が止まりつつあり、微細化によってトランジスタのオン電流を向上させるのではなく、チャネルとなる反転層におけるキャリアの移動度又はゲート絶縁膜の比誘電率を増大させる技術が注目されている。   Conventionally, speeding up of semiconductor devices has been advanced by miniaturization of transistor shapes. However, in recent years, advances in lithography technology have stopped, and there is a technique for increasing the mobility of carriers in the inversion layer serving as the channel or the relative dielectric constant of the gate insulating film, rather than improving the on-current of the transistor by miniaturization. Attention has been paid.

CMOS(complementary metal oxide semiconductor)デバイスに用いられるゲート絶縁膜は、一般にシリコン酸化膜であり、誘電率は3.9程度を示す。しかし、トランジスタの微細化に伴い、ゲート絶縁膜が薄膜化されると、リーク電流が増大し、高い消費電力及び待機電力を有するデバイスとなる。そこで、誘電率が4.0以上であるゲート絶縁膜を用い、実際の膜厚はシリコン酸化膜よりも厚くても、実効的な膜厚である等価酸化膜厚(Equivalent Oxide Thickness:EOT)を薄膜化できるHigh−kゲート絶縁膜の開発が進んでいる。   A gate insulating film used for a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) device is generally a silicon oxide film and has a dielectric constant of about 3.9. However, when the gate insulating film is made thinner with the miniaturization of the transistor, the leakage current increases, and the device has high power consumption and standby power. Therefore, a gate insulating film having a dielectric constant of 4.0 or more is used, and an equivalent oxide thickness (EOT) which is an effective film thickness is obtained even if the actual film thickness is thicker than the silicon oxide film. Development of a high-k gate insulating film that can be thinned is in progress.

しかしながら、従来のポリシリコンゲート電極とHigh−kゲート絶縁膜とを組み合わせただけでは、ゲート電極の空乏化と呼ばれる現象により、High−kゲート絶縁膜とポリシリコンゲート電極との間に、空乏層容量が形成されるため、EOTが薄いHigh−kゲート絶縁膜の利点が失われる。従って、ゲート電極の空乏化を防ぐためには、High−kゲート絶縁膜と金属ゲート電極との組み合わせが必須であり、High−kゲート絶縁膜と金属ゲート電極とによる適正な閾値電圧の制御がCMOSデバイスを構築する上で重要な課題となっている。   However, if a conventional polysilicon gate electrode and a high-k gate insulating film are combined, a depletion layer is formed between the high-k gate insulating film and the polysilicon gate electrode due to a phenomenon called depletion of the gate electrode. Since the capacitance is formed, the advantage of the high-k gate insulating film with a thin EOT is lost. Therefore, in order to prevent depletion of the gate electrode, a combination of the high-k gate insulating film and the metal gate electrode is essential, and proper threshold voltage control by the high-k gate insulating film and the metal gate electrode is required for the CMOS. This is an important issue in building devices.

このHigh−kゲート絶縁膜と金属ゲート電極との組み合わせにおける仕事関数の研究においては、チタン、タングステン、タンタル及びモリブデン並びにそれらの窒化物及び炭化物が用いられている。しかしながら、いずれも、ギガパスカル(GPa)単位の大きな内部応力を有するため、ゲートリソグラフィを行う際の半導体基板の反りを無視することはできない。   In the study of the work function in the combination of the high-k gate insulating film and the metal gate electrode, titanium, tungsten, tantalum and molybdenum, and nitrides and carbides thereof are used. However, since both have large internal stresses in units of gigapascal (GPa), the warpage of the semiconductor substrate when performing gate lithography cannot be ignored.

ゲートの長さ等を縮小するためのリソグラフィ技術は、解像度の向上に従い焦点深度が浅くなり、半導体基板の上に形成される素子による段差及び半導体基板の反りに対して新しい技術の導入が必要となっている。   Lithography technology for reducing the length of gates and the like has a shallower depth of focus as the resolution is improved, and it is necessary to introduce a new technology for steps due to elements formed on the semiconductor substrate and warping of the semiconductor substrate. It has become.

現在主流の、微細リソグラフィ技術である液浸露光技術は、空気(n=1.0)と比較して屈折率が高い超純水(n=1.3)を半導体基板とレンズとの間に満たすことにより焦点深度を深くしている(例えば、特許文献1等を参照。)。   The immersion exposure technology, which is the current mainstream microlithography technology, uses ultrapure water (n = 1.3), which has a higher refractive index than air (n = 1.0), between the semiconductor substrate and the lens. By satisfying this, the depth of focus is increased (see, for example, Patent Document 1).

また、フォーカスモニタリングのシステムを用い、チップ毎にフォーカスを合わせることによって、半導体基板の反りによる影響を相殺している(例えば、特許文献2等を参照。)。   Further, the focus monitoring system is used to adjust the focus for each chip, thereby canceling the influence of the warp of the semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 2).

また、近年、チャネル領域に歪みを加えることにより、キャリアの移動度を増大させて、トランジスタを高速化させる技術が報告されている。   In recent years, a technique for increasing the speed of a transistor by increasing the mobility of carriers by applying strain to a channel region has been reported.

チャネル領域に歪みを導入するために、膜応力を持つシリコン窒化膜をコンタクトライナ膜として形成する例がある(例えば、特許文献3等を参照。)。つまり、エッチングによって層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する際に、エッチストップ膜として形成されるライナ膜により、チャネル領域に応力を印加して歪みを加える。より具体的には、膜応力を有するシリコン窒化膜をライナ膜として用いる場合、nMOSに対しては引っ張り応力を持つシリコン窒化膜を形成し、pMOSに対しては圧縮応力を持つシリコン窒化膜を形成する。   There is an example in which a silicon nitride film having a film stress is formed as a contact liner film in order to introduce strain into the channel region (see, for example, Patent Document 3). That is, when a contact hole is formed in the interlayer insulating film by etching, stress is applied to the channel region by the liner film formed as an etch stop film. More specifically, when a silicon nitride film having a film stress is used as a liner film, a silicon nitride film having a tensile stress is formed for nMOS, and a silicon nitride film having a compressive stress is formed for pMOS. To do.

この方法を用いてキャリアの移動度の向上をより大きくするためには、ライナ膜の膜厚を厚くすることにより、チャネル領域に印加される歪み量を大きくすればよい。また、nMOSに用いられるシリコン窒化膜については、多くの場合、成膜後の処理によって膜収縮を生じさせることにより引っ張り応力を発生させる方法が用いられる。   In order to further improve the carrier mobility using this method, the strain applied to the channel region may be increased by increasing the thickness of the liner film. In many cases, a silicon nitride film used for nMOS is a method in which tensile stress is generated by causing film shrinkage by a post-deposition process.

なお、ライナ膜の膜厚を大きくする場合、ライナ膜を多層構造とすることも知られている。この場合、一層毎に膜収縮を行ってもよい。ライナ膜を多層とした構造については、例えば、特許文献4等に提示されている。   It is also known that when the thickness of the liner film is increased, the liner film has a multilayer structure. In this case, film shrinkage may be performed for each layer. A multilayered structure of the liner film is presented in, for example, Patent Document 4 and the like.

また、チャネル領域に効果的に歪みを与えるためには、大きな応力をもつ膜がチャネル領域に近づくほど大きな歪みを加えることができる。ディスポーザブルサイドウォール技術によって、サイドウォールを除去した後、応力を有するライナ膜を形成する方法が特許文献5等に提示されている。   Further, in order to effectively give strain to the channel region, a larger strain can be applied as a film having a large stress approaches the channel region. A method of forming a liner film having stress after removing the sidewall by the disposable sidewall technique is proposed in Patent Document 5 and the like.

特開2004−289126号公報JP 2004-289126 A 特開2006−195353号公報JP 2006-195353 A 特開2003−060076号公報JP 2003-060076 A 特許第3050193号公報Japanese Patent No. 3050193 特開2008−091536号公報JP 2008-091536 A

大きな内部応力を有する金属ゲート電極とHigh−k絶縁膜との構造を採用する場合は、幅が32nm以下の微細なライン状のゲートリソグラフィを、トランジスタを形成した後に歪み印加膜を形成して、半導体基板が反った状態で行わなければならない。また、ホール状のコンタクトリソグラフィを径が300mmのウェハ面内に下地活性領域及びゲート領域とずれなく形成することが求められる。   When adopting a structure of a metal gate electrode having a large internal stress and a high-k insulating film, a fine line-shaped gate lithography having a width of 32 nm or less is formed after a transistor is formed, a strain applying film is formed, It must be done with the semiconductor substrate warped. Further, it is required to form hole-shaped contact lithography on a wafer surface having a diameter of 300 mm without deviation from the base active region and the gate region.

半導体基板の反りを解消するために、半導体基板に内部応力を有する膜を成膜する方法が考えられるが、従来の化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法とウエットエッチング法とを用いると、トランジスタ等が形成されている表面にダメージを与えるおそれがある。   In order to eliminate the warpage of the semiconductor substrate, a method of forming a film having an internal stress on the semiconductor substrate can be considered. However, when a conventional chemical vapor deposition (CVD) method and a wet etching method are used, In addition, the surface on which the transistor or the like is formed may be damaged.

また、トランジスタのチャネル領域に歪みを印加する場合において、トランジスタが形成された半導体基板の表面に応力を有する膜を形成するため、トランジスタ同士の距離に依存して、厚い膜を形成できず、効果的な応力をチャネル領域に印加できない。さらに、nMOS及びpMOSにおいて選択的に応力膜を作り分ける場合、成膜をする工程と成膜をしない工程とが必要となり、マスク費用及び工程数が膨大な量となる等により、トランジスタの能力向上に対する費用対効果が薄れることとなる。   In addition, when a strain is applied to the channel region of the transistor, since a film having stress is formed on the surface of the semiconductor substrate on which the transistor is formed, a thick film cannot be formed depending on the distance between the transistors. Stress cannot be applied to the channel region. Furthermore, when the stress film is selectively formed in the nMOS and the pMOS, a process for forming a film and a process for not forming a film are required, and the mask cost and the number of processes are enormous. Cost-effectiveness against

本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、内部応力を有する膜を半導体基板の裏面にのみ形成することにより、半導体基板の反り量を抑制し、その際に半導体基板の表面にダメージを与えず、半導体基板の裏面に対する成膜と半導体基板の表面に対するパターン形成とを一貫して行う半導体製造装置を得られるようにすることにある。   In view of the above-described conventional problems, the object of the present invention is to form a film having internal stress only on the back surface of the semiconductor substrate, thereby suppressing the amount of warping of the semiconductor substrate, and in doing so damages the surface of the semiconductor substrate. Therefore, a semiconductor manufacturing apparatus that consistently performs film formation on the back surface of the semiconductor substrate and pattern formation on the front surface of the semiconductor substrate can be obtained.

さらに、チャネル領域に対する歪みの印加工程において、トランジスタの密集度が向上し、半導体基板の表面に厚い応力印加膜を形成できなくなった場合、トランジスタが形成されていない裏面に厚い応力印加膜を形成し、トランジスタの駆動能力を向上させることを目的とする。   Furthermore, in the process of applying strain to the channel region, when the density of the transistors is improved and a thick stress applying film cannot be formed on the surface of the semiconductor substrate, a thick stress applying film is formed on the back surface where the transistor is not formed. An object is to improve the driving capability of the transistor.

前記の目的を達成するために、本発明は、半導体製造装置を半導体基板の裏面にのみ薬液を塗布する手段を有する構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention has a configuration in which a semiconductor manufacturing apparatus has means for applying a chemical only to the back surface of a semiconductor substrate.

具体的に、本発明に係る半導体製造装置は、半導体基板に薬液を塗布する薬液塗布部と、半導体基板を加熱する加熱処理部と、半導体基板の表面にレジストを塗布するレジスト塗布部と、塗布されたレジストに所定のパターンを露光する露光部と、露光されたレジストを現像することにより所定のパターンを得る現像部とを備え、薬液塗布部は、半導体基板を浮遊した状態で、半導体基板を回転させながら半導体基板の裏面にのみ薬液を塗布する薬液塗布手段を有し、加熱処理部は、半導体基板に熱処理を行うことにより、内部応力を有する応力印加膜を成膜する熱処理手段を有し、半導体基板の裏面に応力印加膜の成膜を行うことと、半導体基板の表面に所定のパターンを形成する処理とを一貫して行うことを特徴とする。   Specifically, a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention includes a chemical solution application unit that applies a chemical solution to a semiconductor substrate, a heat treatment unit that heats the semiconductor substrate, a resist application unit that applies a resist to the surface of the semiconductor substrate, and an application An exposure unit that exposes a predetermined pattern on the resist and a development unit that obtains the predetermined pattern by developing the exposed resist, and the chemical solution application unit floats the semiconductor substrate in a state where the semiconductor substrate is suspended. It has a chemical solution application means for applying a chemical solution only to the back surface of the semiconductor substrate while rotating, and the heat treatment unit has a heat treatment means for forming a stress application film having internal stress by performing a heat treatment on the semiconductor substrate. The present invention is characterized in that the stress applying film is formed on the back surface of the semiconductor substrate and the process of forming a predetermined pattern on the surface of the semiconductor substrate is performed consistently.

本発明に係る半導体製造装置によると、半導体基板の表面を汚染させず、半導体基板の裏面の全面に内部応力を有する膜の成膜を行うため、半導体基板の反りを抑制することができるので、リソグラフィ工程における重ね合わせの向上及びパターン形成不良の低減ができる。   According to the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, since the film having the internal stress is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate without contaminating the surface of the semiconductor substrate, warping of the semiconductor substrate can be suppressed. It is possible to improve overlay in the lithography process and reduce pattern formation defects.

本発明に係る半導体製造装置は、半導体基板の反り量を測定する測定手段と、測定手段により測定された反り量に基づいて、反り量を補正するために最適な薬液の塗布膜厚を逐次演算する演算手段とをさらに備えていることが好ましい。   The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention sequentially calculates a coating thickness of a chemical solution that is optimal for correcting the warpage amount based on a measurement means that measures the warpage amount of the semiconductor substrate and the warpage amount measured by the measurement means. It is preferable to further include an arithmetic means for performing the above.

このようにすると、半導体基板の反り量に応じて半導体基板に成膜する膜の膜厚を決定できるため、一定に反り量を制御することができる。   In this way, since the film thickness of the film formed on the semiconductor substrate can be determined in accordance with the warpage amount of the semiconductor substrate, the warpage amount can be controlled to be constant.

本発明に係る半導体製造装置において、薬液は、ポリシラザンを含み、その粘性係数が0.5Pa・s以上且つ1.5Pa・s以下であることが好ましい。   In the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, the chemical solution preferably contains polysilazane and has a viscosity coefficient of 0.5 Pa · s or more and 1.5 Pa · s or less.

この場合、応力印加膜はシリコン窒化膜であることが好ましい。   In this case, the stress application film is preferably a silicon nitride film.

さらに、この場合、熱処理手段は、前記半導体基板に窒素ガス雰囲気下又は減圧下で且つ450℃以上且つ550℃以下の熱処理を行う手段であることが好ましい。   Furthermore, in this case, the heat treatment means is preferably means for performing heat treatment on the semiconductor substrate at 450 ° C. or more and 550 ° C. or less in a nitrogen gas atmosphere or under reduced pressure.

また、この場合、応力印加膜の内部応力は、−100MPa以下であることが好ましい。   In this case, the internal stress of the stress application film is preferably −100 MPa or less.

また、この場合、応力印加膜の膜密度は、2.0g/cm以上であることが好ましい。 In this case, the film density of the stress application film is preferably 2.0 g / cm 3 or more.

本発明に係る半導体製造装置によると、半導体基板の表面のパターン形成と半導体基板の裏面に対する内部応力を有する膜の成膜とを一貫して行うことができ、半導体基板の表面を汚染させることなく半導体基板の反りを抑制できるため、リソグラフィ工程における重ね合わせ精度の向上及びパターン形成不良の低減が可能となる。また、トランジスタのチャネル領域に応力を印加できるため、トランジスタの性能を向上することができる。   According to the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, the pattern formation on the surface of the semiconductor substrate and the film formation having the internal stress on the back surface of the semiconductor substrate can be performed consistently without contaminating the surface of the semiconductor substrate. Since warpage of the semiconductor substrate can be suppressed, it is possible to improve overlay accuracy and reduce pattern formation defects in the lithography process. In addition, since stress can be applied to the channel region of the transistor, the performance of the transistor can be improved.

本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the semiconductor manufacturing device concerning a 1st embodiment of the present invention. ポリシラザン溶液の塗布膜厚と塗布時の半導体基板の回転速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the coating film thickness of a polysilazane solution, and the rotational speed of the semiconductor substrate at the time of application | coating. 本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する方法の工程を示す図である。It is a figure showing a process of a method of manufacturing a semiconductor device using a semiconductor manufacturing device concerning a 1st embodiment of the present invention. ポリシラザンから窒化シリコンが形成される反応式を示す図である。It is a figure which shows the reaction formula in which silicon nitride is formed from polysilazane. 半導体基板の反り量と、ゲートと活性領域との重ね合わせ精度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature amount of a semiconductor substrate, and the overlay accuracy of a gate and an active region. (a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the method of manufacturing a semiconductor device using the semiconductor manufacturing apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention in order of a process. ポリシラザンの内部応力において、アニール雰囲気とアニール温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between annealing atmosphere and annealing temperature in the internal stress of polysilazane. 本発明の第2の実施形態に係る半導体製造装置を用いて、半導体基板の裏面にシリコン窒化膜を形成した場合のn型トランジスタの駆動電流の大きさを示すグラフである。It is a graph which shows the magnitude | size of the drive current of an n-type transistor at the time of forming a silicon nitride film in the back surface of a semiconductor substrate using the semiconductor manufacturing apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置について図1及び図2を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置は、反り量測定器101、ポリシラザン塗布チャンバ102、ホットプレート103、アニールチャンバ104、露光部105、チルプレート106、レジスト塗布モジュール107及びデベロッパ108を備えている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a warpage measuring device 101, a polysilazane coating chamber 102, a hot plate 103, an annealing chamber 104, an exposure unit 105, a chill plate 106, a resist. A coating module 107 and a developer 108 are provided.

反り量測定器101において、例えばレーザの反射及びレンズのフォーカス位置を利用して半導体基板の反り量が測定される。測定した反り量に基づいて、予め評価されたポリシラザンの塗布膜厚と反り量の補正とのデータから測定した反り量を所定の量に補正するために最適なポリシラザンの塗布膜厚を逐次演算する。   In the warpage amount measuring device 101, for example, the amount of warpage of the semiconductor substrate is measured using the reflection of the laser and the focus position of the lens. Based on the measured amount of warpage, the optimum polysilazane coating thickness is sequentially calculated to correct the measured amount of warpage to a predetermined amount based on the previously evaluated polysilazane coating thickness and warpage correction. .

ポリシラザン塗布チャンバ102において、半導体基板を回転させながら半導体基板の裏面にポリシラザンの塗布が行われる。ここで、ポリシラザンは、パーヒドロポリシラザンを用いることが好ましく、これを用いると400℃〜800℃程度の温度でシリコン窒化膜の形成が可能である。ただし、他のシラザン重合体を用いてもよい。半導体基板の裏面にポリシラザンを塗布するには、半導体基板を反転して、その表面を保持する必要があるため、例えばベルヌーイチャックを用いて半導体基板の表面を浮遊して保持する。また、ポリシラザンを塗布する際に、半導体基板の回転速度を制御することによりポリシラザンの塗布膜厚を制御できる。この詳細は後に説明する。   In the polysilazane coating chamber 102, polysilazane is coated on the back surface of the semiconductor substrate while rotating the semiconductor substrate. Here, it is preferable to use perhydropolysilazane as the polysilazane. When this is used, a silicon nitride film can be formed at a temperature of about 400 ° C. to 800 ° C. However, other silazane polymers may be used. In order to apply polysilazane to the back surface of the semiconductor substrate, it is necessary to invert the semiconductor substrate and hold the surface thereof. For example, a Bernoulli chuck is used to float and hold the surface of the semiconductor substrate. Further, when polysilazane is applied, the coating thickness of the polysilazane can be controlled by controlling the rotation speed of the semiconductor substrate. Details of this will be described later.

ホットプレート103において、所定の膜厚のポリシラザンを塗布した半導体基板に対し、高温によるベーク処理が行われる。これにより、塗布液中に含まれる溶媒等を揮発させる。ベーク温度は150℃〜250℃の間であることが望ましい。   In the hot plate 103, a semiconductor substrate coated with polysilazane having a predetermined film thickness is baked at a high temperature. Thereby, the solvent contained in the coating solution is volatilized. The baking temperature is desirably between 150 ° C and 250 ° C.

アニールチャンバ104において、前記の処理を受けた半導体基板に対し、減圧下におけるアニール処理が行われる。アニールチャンバ104は枚葉式又はバッチ式であり、窒素ガス雰囲気中又はガスを流さない減圧下で且つ400℃〜800℃のアニール処理をすることが好ましい。このアニール処理により半導体基板の裏面にのみシリコン窒化膜が形成されるため、半導体基板の反りが解消又は抑制される。また、形成されたシリコン窒化膜により、後に行われる配線工程における半導体基板の裏面からの金属汚染を防止することも可能となる。この場合、形成されるシリコン窒化膜の膜密度は2.0g/cm以上であることが好ましい。 In the annealing chamber 104, an annealing process under reduced pressure is performed on the semiconductor substrate subjected to the above process. The annealing chamber 104 is a single wafer type or a batch type, and it is preferable to perform an annealing process in a nitrogen gas atmosphere or under a reduced pressure without flowing a gas at 400 ° C. to 800 ° C. Since this annealing treatment forms a silicon nitride film only on the back surface of the semiconductor substrate, warping of the semiconductor substrate is eliminated or suppressed. In addition, the formed silicon nitride film can prevent metal contamination from the back surface of the semiconductor substrate in a wiring process performed later. In this case, the film density of the formed silicon nitride film is preferably 2.0 g / cm 3 or more.

レジスト塗布モジュール107によりレジストの塗布が行われた半導体基板に対し、露光部105において露光処理が行われる。半導体基板の裏面に形成されたシリコン窒化膜により半導体基板の反りは解消又は抑制されているため、パターン形成不良及び重ね合わせのずれの発生がより抑制される。なお、レジストの塗布前には半導体基板の表面とレジストとの濡れ性を向上させるために、ヘキサメチルジシラザン(Hexa Methyl Disilazane:HMDS)を塗布してもよい。   The exposure unit 105 performs an exposure process on the semiconductor substrate on which the resist is applied by the resist application module 107. Since the warpage of the semiconductor substrate is eliminated or suppressed by the silicon nitride film formed on the back surface of the semiconductor substrate, occurrence of pattern formation defects and misalignment is further suppressed. Before applying the resist, hexamethyldisilazane (HMDS) may be applied in order to improve the wettability between the surface of the semiconductor substrate and the resist.

チルプレート106において、露光部105による露光後に半導体基板の冷却が行われる。また、チルプレート106において、レジストの塗布から露光までの間に半導体の冷却が行われてもよい。   In the chill plate 106, the semiconductor substrate is cooled after exposure by the exposure unit 105. In the chill plate 106, the semiconductor may be cooled between the resist application and the exposure.

デベロッパ108において、現像が行われる。   Development is performed in the developer 108.

このような、反り量測定器101からデベロッパ108までによる一連の測定、半導体基板の裏面におけるシリコン窒化膜の形成及び露光処理を行うことにより、高精度のパターン形成及び高い処理能力による処理が可能となる。   By performing a series of measurements from the warpage measuring instrument 101 to the developer 108, forming a silicon nitride film on the back surface of the semiconductor substrate, and performing an exposure process, it is possible to form a pattern with high accuracy and a process with high processing capability. Become.

ここで、ポリシラザンの塗布膜厚の制御について説明する。ポリシラザンの塗布時における半導体基板の回転により、ポリシラザン溶液は遠心力を受けて半導体基板の外周から飛散する。しかしながら、ポリシラザン溶液と半導体基板の表面との間には、粘性と表面張力との働きにより微量のポリシラザン溶液が残る。塗布及び回転を止めると残留したポリシラザン溶液は表面張力により半導体基板の表面におよそ均一に再形成される。これにより半導体基板の表面にはポリシラザン溶液の薄い膜が形成されることとなる。   Here, control of the polysilazane coating thickness will be described. Due to the rotation of the semiconductor substrate during the application of polysilazane, the polysilazane solution receives centrifugal force and scatters from the outer periphery of the semiconductor substrate. However, a slight amount of polysilazane solution remains between the polysilazane solution and the surface of the semiconductor substrate due to the action of viscosity and surface tension. When the application and rotation are stopped, the remaining polysilazane solution is re-formed almost uniformly on the surface of the semiconductor substrate by surface tension. As a result, a thin film of polysilazane solution is formed on the surface of the semiconductor substrate.

図2に示すように、半導体基板の回転速度を大きくすることにより遠心力は強くなり、半導体基板の外周から飛散せずに残留するポリシラザン溶液の量は減少するため、結果的にポリシラザン溶液から形成される膜の膜厚は薄くなる。すなわち、回転速度を制御することによりポリシラザンの膜厚を制御することが可能となる。   As shown in FIG. 2, the centrifugal force is increased by increasing the rotation speed of the semiconductor substrate, and the amount of the polysilazane solution remaining without scattering from the outer periphery of the semiconductor substrate is reduced. As a result, it is formed from the polysilazane solution. The film thickness is reduced. That is, the film thickness of polysilazane can be controlled by controlling the rotation speed.

次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する方法について図3〜図5を参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図3に示すように、まず、反り量測定器101により、半導体基板の反り量を測定する。反り量の測定結果及び事前に評価したポリシラザンの塗布膜厚と反り量補正とのデータから、反り量を所定の量に補正するのに最適なポリシラザンの膜厚を演算する。   As shown in FIG. 3, first, the warpage amount of the semiconductor substrate is measured by the warpage amount measuring device 101. The optimum polysilazane film thickness for correcting the warpage amount to a predetermined amount is calculated from the measurement result of the warpage amount and the previously evaluated polysilazane coating film thickness and warpage amount correction data.

次に、ポリシラザン塗布チャンバ102により、半導体基板の裏面にポリシラザンを塗布する。ここで、成膜は塗布後の半導体基板の回転速度を制御することにより、演算された最適ポリシラザンの塗布膜厚が形成されるようにする。   Next, polysilazane is applied to the back surface of the semiconductor substrate by the polysilazane coating chamber 102. Here, in the film formation, the calculated coating thickness of the optimum polysilazane is formed by controlling the rotation speed of the semiconductor substrate after coating.

塗布するポリシラザンは、液体状で半導体基板の裏面に塗布できるように、溶媒に含まれている。溶媒は主に有機成分からなり、ポリシラザンをシリコン窒化膜に変換する際に不純物としてふるまう。このため、塗布によりポリシラザンを均一に塗布した後には、ベークにより溶媒を揮発させる必要がある。   The polysilazane to be applied is contained in a solvent so that it can be applied in a liquid state on the back surface of the semiconductor substrate. The solvent is mainly composed of an organic component, and acts as an impurity when polysilazane is converted into a silicon nitride film. For this reason, after uniformly applying polysilazane by coating, it is necessary to volatilize the solvent by baking.

溶媒としては沸点が低い有機溶媒及びデュポン(Du Pont)社によって開発されたDBE(登録商標)を用いることが望ましい。半導体基板の裏面に均一な膜厚のポリシラザンを塗布するために、ポリシラザンを溶解した薬液の粘性係数は0.5Pa・s以上且つ1.5Pa・s以下であることが望ましい。また、後のベークにより溶媒を除去できるように、溶媒の沸点は300℃以下であることが望ましい。   As the solvent, it is desirable to use an organic solvent having a low boiling point and DBE (registered trademark) developed by Du Pont. In order to apply polysilazane having a uniform film thickness to the back surface of the semiconductor substrate, the viscosity coefficient of the chemical solution in which polysilazane is dissolved is preferably 0.5 Pa · s or more and 1.5 Pa · s or less. In addition, the boiling point of the solvent is desirably 300 ° C. or lower so that the solvent can be removed by subsequent baking.

ポリシラザンの塗布は枚葉式のスピンコータを用いて行う。従来は、半導体基板の裏面へのシリコン窒化膜の成膜にバッチ式又は枚葉式の化学気相成長(CVD)装置を用いている。しかしながら、バッチ式のCVD装置ではバッチ炉内の位置によって温度及びガス密度のばらつきがあり、これに起因するシリコン窒化膜の膜厚のばらつきが生じ、十分な膜厚制御が難しくなっている。また、枚葉式のCVD装置ではスループットが不足してしまう。   The polysilazane is applied using a single wafer type spin coater. Conventionally, a batch type or single wafer type chemical vapor deposition (CVD) apparatus is used for forming a silicon nitride film on the back surface of a semiconductor substrate. However, in a batch type CVD apparatus, there are variations in temperature and gas density depending on the position in the batch furnace, resulting in variations in the thickness of the silicon nitride film, which makes it difficult to control the thickness sufficiently. Further, the throughput is insufficient in a single wafer type CVD apparatus.

次に、ホットプレート103を用いて、半導体基板に対して、例えば150℃〜200℃のベークを行うことにより、塗布されたポリシラザンの溶媒を除去する。この処理の前と比較してポリシラザンの膜厚は、溶媒が除去され、さらに熱による高密度化により薄くなる。半導体基板の反り量を補正するために最も重要なのはストレスと膜厚との積であり、膜厚は重要なパラメータとなる。このため、ポリシラザンの塗布及びベークにより膜厚を最適化する必要がある。   Next, the applied polysilazane solvent is removed by baking the semiconductor substrate, for example, at 150 to 200 ° C. using the hot plate 103. The film thickness of the polysilazane becomes thinner by removing the solvent and further increasing the density by heat compared to before this treatment. The most important factor for correcting the warpage amount of the semiconductor substrate is the product of the stress and the film thickness, and the film thickness is an important parameter. For this reason, it is necessary to optimize the film thickness by applying and baking polysilazane.

次に、アニールチャンバ104により、半導体基板に対してアニール処理を行う。図4は、左辺にポリシラザンを示し、右辺に窒化シリコンを示す反応式である。図4に示すように、ポリシラザンは、(−SiHNH−)を基本骨格とする重合体である。ポリシラザンに対して、窒素雰囲気下又は減圧下で400℃〜800℃の高温によるアニール処理がなされることにより水素が離脱して、シリコン窒化膜が得られる。 Next, the annealing process is performed on the semiconductor substrate by the annealing chamber 104. FIG. 4 is a reaction formula showing polysilazane on the left side and silicon nitride on the right side. As shown in FIG. 4, polysilazane is a polymer having (—SiH 2 NH—) as a basic skeleton. When polysilazane is annealed at a high temperature of 400 ° C. to 800 ° C. in a nitrogen atmosphere or under reduced pressure, hydrogen is released and a silicon nitride film is obtained.

次に、半導体基板の表面に、パターン形成のための露光を行う。まず、半導体基板の表面とレジストとの濡れ性を向上させるためにHMDSを塗布する。次に、レジスト塗布モジュール107により、半導体基板の表面にレジストを塗布する。ここで、レジストは単層でも多層でもよい。レジストを塗布した後、露光部105により露光を行うが、露光前にホットプレート103による加熱及びチルプレート106による冷却を行ってもよい。露光後にはデベロッパ108により現像を行い、パターン形成のマスクが形成される。   Next, exposure for pattern formation is performed on the surface of the semiconductor substrate. First, HMDS is applied to improve the wettability between the surface of the semiconductor substrate and the resist. Next, a resist is applied to the surface of the semiconductor substrate by the resist application module 107. Here, the resist may be a single layer or a multilayer. After applying the resist, exposure is performed by the exposure unit 105, but heating by the hot plate 103 and cooling by the chill plate 106 may be performed before the exposure. After the exposure, development is performed by the developer 108 to form a pattern forming mask.

図5は、半導体基板の反り量と、ゲートと活性領域との重ね合わせ精度との関係を示し、半導体基板の反り量において、0以上は上方に凸形状となる反りを示し、0以下は上方に凹形状となる反りを示している。図5に示すように、半導体基板の反りが凸形状の場合、重ねあわせ精度が悪く、半導体基板の反り量が0となると、重ねあわせ精度が最も良くなる。また、半導体基板の反りが凹形状となるに従って、重ねあわせ精度が悪化することが予想されるが、図5では、凹形状において30μmまでの反り量しか得られず、重ね合わせ精度の悪化は観察されなかった。   FIG. 5 shows the relationship between the amount of warpage of the semiconductor substrate and the overlay accuracy between the gate and the active region. In the amount of warpage of the semiconductor substrate, 0 or more indicates warpage that has a convex shape upward, and 0 or less indicates upward. The warpage which becomes a concave shape is shown. As shown in FIG. 5, when the warp of the semiconductor substrate is convex, the overlay accuracy is poor, and when the warp amount of the semiconductor substrate is 0, the overlay accuracy is the best. Further, it is expected that the overlay accuracy deteriorates as the warp of the semiconductor substrate becomes concave, but in FIG. 5, only the warp amount up to 30 μm can be obtained in the concave shape, and the deterioration of the overlay accuracy is observed. Was not.

本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置によると、半導体基板の反り量の測定から半導体基板の裏面における測定結果に基づく膜厚の膜の形成まで及び半導体基板の表面のパターン形成を一貫して行うことができ、表面を汚染させることなく半導体基板の反り量を制御することにより、リソグラフィの重ね合わせ精度を向上させることができる。また、半導体基板の裏面にシリコン窒化膜を形成することにより、配線工程における半導体基板の裏面からの金属汚染を防止することができる。   According to the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention, from the measurement of the amount of warpage of the semiconductor substrate to the formation of a film having a film thickness based on the measurement result on the back surface of the semiconductor substrate, the pattern formation on the surface of the semiconductor substrate is consistent. By controlling the amount of warpage of the semiconductor substrate without contaminating the surface, the lithography overlay accuracy can be improved. Further, by forming a silicon nitride film on the back surface of the semiconductor substrate, metal contamination from the back surface of the semiconductor substrate in the wiring process can be prevented.

なお、今回の結果は、最も精度が要求されるトランジスタゲートと活性領域との重ね合わせ精度の結果を示したが、コンタクトホールの形成工程及び配線工程のリソグラフィでも、同様の結果が得られる。   Although the present result shows the result of the overlay accuracy of the transistor gate and the active region that require the highest accuracy, the same result can be obtained by lithography in the contact hole forming process and the wiring process.

(第2の実施形態)
MIS(Metal Insulator Semiconductor)構造及びMIPS(Metal Inserted Polysilicon Stack)構造のトランジスタにおいては、トランジスタ能力の向上のために歪み印加技術が利用されている。これは、半導体基板に応力歪みを与えることによりキャリアの移動度を向上させる技術である。例えば、主面の面方位が(100)面であるシリコンからなる半導体基板の上に形成されたn型トランジスタに対して、ゲート長方向に引っ張り応力による歪みを与えることにより電子の移動度が向上して、トランジスタの駆動力が増大する。この時、p型トランジスタ側にも引っ張り応力による歪みが印加されるが、面方位が(100)の半導体基板を用いると、歪みがシリコン格子の方位にキャンセルされるため、正孔の移動度を劣化させることなく、維持することが可能である。他に、引っ張り応力及び圧縮応力による歪みをトランジスタに対して付与する方法として、トランジスタを形成する活性領域におけるチャネル領域に応力歪みを記憶させる、いわゆるストレスメモライゼーション技術(Stress Memorization Technique:SMT)法と呼ばれる方法がある。
(Second Embodiment)
In a transistor having a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure and a MIPS (Metal Inserted Polysilicon Stack) structure, a strain applying technique is used to improve transistor performance. This is a technique for improving carrier mobility by applying stress strain to a semiconductor substrate. For example, electron mobility is improved by applying strain due to tensile stress in the gate length direction for an n-type transistor formed on a semiconductor substrate made of silicon whose principal plane is the (100) plane. As a result, the driving power of the transistor increases. At this time, strain due to tensile stress is also applied to the p-type transistor side, but if a semiconductor substrate with a plane orientation of (100) is used, the strain is canceled to the orientation of the silicon lattice, so the mobility of holes is reduced. It is possible to maintain without deteriorating. In addition, as a method for imparting strain due to tensile stress and compressive stress to a transistor, a so-called stress memorization technique (SMT) method in which stress strain is stored in a channel region in an active region forming the transistor, There is a method called.

この方法では、ゲート及びソース/ドレイン領域の上にシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を成膜し、ソース/ドレイン領域の活性化アニールを行った後に膜を除去する。シリコン窒化膜等の応力により半導体基板のシリコン格子が歪んだ状態で、熱処理を行うことによって、歪んだ状態で格子が安定する。トランジスタの上に成膜されたシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を除去してもこのシリコン格子の歪み状態は保存されることとなる。電子の移動度は、格子の原子間距離によって決まるため、後工程まで膜応力の効果が残留し、応力が記憶されることとなる。本実施形態は、SMT法のように、半導体基板の表面の上にシリコン窒化膜を形成するのではなく、裏面側に形成して、トランジスタに歪みが印加又は記憶される半導体装置の製造方法である。   In this method, a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed on the gate and source / drain regions, and after activation annealing of the source / drain regions, the film is removed. When the heat treatment is performed in a state where the silicon lattice of the semiconductor substrate is distorted by the stress of the silicon nitride film or the like, the lattice is stabilized in the distorted state. Even if the silicon nitride film or silicon oxide film formed on the transistor is removed, the strain state of the silicon lattice is preserved. Since the electron mobility is determined by the interatomic distance of the lattice, the effect of the film stress remains until the subsequent process, and the stress is stored. The present embodiment is a method of manufacturing a semiconductor device in which a silicon nitride film is not formed on the surface of a semiconductor substrate, but is formed on the back side, and strain is applied to or stored in a transistor as in the SMT method. is there.

以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する方法について、図6〜図8を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device using the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、図6(a)に示すように、シャロウトレンチ分離(Shallow Trench Isolation:STI)法を用いて、主面の面方位が(100)面である半導体基板201に素子分離領域202を形成する。これにより、n型トランジスタ領域Aとp型トランジスタ領域Bとを区画し、公知技術によりn型トランジスタ及びp型トランジスタをそれぞれ形成する。すなわち、n型トランジスタ領域Aにおいて、半導体基板201に、第1の活性領域203a及びp型ウェル204aを形成し、第1の活性領域203aの上に第1のゲート絶縁膜205a及びn型ゲート電極206aを順次形成する。これと共に、p型トランジスタ領域Bにおいて、半導体基板201に第2の活性領域203b及びn型ウェル204bを形成し、第2の活性領域203bの上に第2のゲート絶縁膜205b及びp型ゲート電極206bを順次形成する。次に、n型ゲート電極206aの側面上に第1の側壁膜207aを形成すると共に、p型ゲート電極206bの側面上に第2の側壁膜207bを形成する。例えば、第1のゲート絶縁膜205a及び第2のゲート絶縁膜205bは、シリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜であり、n型ゲート電極206a及びp型ゲート電極206bは、ポリシリコン膜であり、第1の側壁膜207a及び第2の側壁膜207bは、シリコン酸化膜である。その後、第1の活性領域203aには、n型ゲート電極206a及び第1の側壁膜207aをマスクとして、n型不純物を注入することによりn型エクステンション領域208aを形成する。また、第2の活性領域203bには、p型ゲート電極206b及び第2の側壁膜207bをマスクとしてp型不純物を注入することによりp型エクステンション領域208bを形成する。   First, as shown in FIG. 6A, an element isolation region 202 is formed in a semiconductor substrate 201 whose principal surface has a (100) plane orientation by using a shallow trench isolation (STI) method. . Thereby, the n-type transistor region A and the p-type transistor region B are partitioned, and an n-type transistor and a p-type transistor are formed by a known technique. That is, in the n-type transistor region A, the first active region 203a and the p-type well 204a are formed in the semiconductor substrate 201, and the first gate insulating film 205a and the n-type gate electrode are formed on the first active region 203a. 206a are sequentially formed. At the same time, in the p-type transistor region B, the second active region 203b and the n-type well 204b are formed in the semiconductor substrate 201, and the second gate insulating film 205b and the p-type gate electrode are formed on the second active region 203b. 206b are sequentially formed. Next, the first sidewall film 207a is formed on the side surface of the n-type gate electrode 206a, and the second sidewall film 207b is formed on the side surface of the p-type gate electrode 206b. For example, the first gate insulating film 205a and the second gate insulating film 205b are silicon oxide films or silicon oxynitride films, the n-type gate electrode 206a and the p-type gate electrode 206b are polysilicon films, The first sidewall film 207a and the second sidewall film 207b are silicon oxide films. Thereafter, an n-type extension region 208a is formed in the first active region 203a by implanting an n-type impurity using the n-type gate electrode 206a and the first sidewall film 207a as a mask. In the second active region 203b, a p-type extension region 208b is formed by implanting p-type impurities using the p-type gate electrode 206b and the second sidewall film 207b as a mask.

次に、第1の側壁膜207aの側面上に第1のサイドウォール211aを形成すると共に、第2の側壁膜207bの側面上に第2のサイドウォール211bを形成する。ここで、第1のサイドウォール211a及び第2のサイドウォール211bは、シリコン酸化膜であり、断面がL字状の第1の内側サイドウォール209a及び第2の内側サイドウォール209bと、その上にそれぞれ形成されたシリコン窒化膜からなる第1の外側サイドウォール210a及び第2の外側サイドウォール210bとからそれぞれ構成されている。   Next, the first sidewall 211a is formed on the side surface of the first sidewall film 207a, and the second sidewall 211b is formed on the side surface of the second sidewall film 207b. Here, the first side wall 211a and the second side wall 211b are silicon oxide films, and the first inner side wall 209a and the second inner side wall 209b having an L-shaped cross section are formed on the first side wall 211a and the second inner side wall 209b. The first outer side wall 210a and the second outer side wall 210b are respectively formed of silicon nitride films formed.

次に、第1の活性領域203aにn型不純物である砒素(As)を選択的に注入することにより、第1の活性領域203aにおける第1のサイドウォール211aの外側にn型ソース/ドレイン領域212aを形成する。また、第2の活性領域203bにボロン(B)を選択的に注入することにより、第2の活性領域203bにおける第2のサイドウォール211bの外側にp型ソース/ドレイン領域212bを形成する。   Next, arsenic (As), which is an n-type impurity, is selectively implanted into the first active region 203a, whereby an n-type source / drain region is formed outside the first sidewall 211a in the first active region 203a. 212a is formed. Further, boron (B) is selectively implanted into the second active region 203b, thereby forming the p-type source / drain region 212b outside the second sidewall 211b in the second active region 203b.

次に、図6(b)に示すように、半導体基板201に対して1050℃程度で1ms〜10sの熱処理を行うことにより、ソース/ドレインの注入領域及びゲートのポリシリコンの注入領域を活性化する。この後、n型ソース/ドレイン領域212a、n型ゲート電極206a、p型ソース/ドレイン領域212b及びp型ゲート電極206bの各上部に金属シリサイド層214を形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, the semiconductor substrate 201 is heat-treated at about 1050 ° C. for 1 ms to 10 s to activate the source / drain implantation region and the gate polysilicon implantation region. To do. Thereafter, a metal silicide layer 214 is formed on each of the n-type source / drain region 212a, the n-type gate electrode 206a, the p-type source / drain region 212b, and the p-type gate electrode 206b.

この後、トランジスタの表面には、引っ張り応力を持つシリコン窒化膜を形成して、トランジスタのゲート絶縁膜の下のチャネル領域に歪みを印加する。また、n型トランジスタのn型ソース/ドレイン領域212aの上には炭素比率が1%〜3%のシリコンエピタキシャル膜が形成されていてもよい。この時、トランジスタの表面のシリコン窒化膜の膜厚を厚くすれば、チャネル領域に印加できる歪み量は増大するが、微細化及び高集積化によってトランジスタ同士の距離が狭まると、膜厚を厚くすることはできず、トランジスタ同士の距離により、シリコン窒化膜の膜厚が設定される。   Thereafter, a silicon nitride film having tensile stress is formed on the surface of the transistor, and strain is applied to the channel region under the gate insulating film of the transistor. A silicon epitaxial film having a carbon ratio of 1% to 3% may be formed on the n-type source / drain region 212a of the n-type transistor. At this time, if the thickness of the silicon nitride film on the surface of the transistor is increased, the amount of strain that can be applied to the channel region increases. However, if the distance between the transistors is reduced due to miniaturization and higher integration, the thickness is increased. However, the thickness of the silicon nitride film is set depending on the distance between the transistors.

そこで、トランジスタを形成していない半導体基板201の裏面に、表面のシリコン窒化膜とは逆方向の圧縮応力を持つ絶縁膜を形成することにより、表面側の引っ張り応力を向上させることができる。すなわち、半導体基板201の裏面に、本発明に係る半導体製造装置を用いてポリシラザンを原料としたシリコン窒化膜213を形成する。本実施形態においては、半導体基板201の裏面からの圧縮応力を利用して、該半導体基板201の表面に対して引っ張り応力を持つ膜を形成したことに相当する効果を実現するために、第1の実施形態における半導体基板201の反りを解消するシリコン窒化膜の膜厚よりも厚いシリコン窒化膜を形成することが望ましい。   Therefore, the tensile stress on the surface side can be improved by forming an insulating film having a compressive stress in the direction opposite to that of the silicon nitride film on the front surface of the semiconductor substrate 201 on which the transistor is not formed. That is, a silicon nitride film 213 made of polysilazane as a raw material is formed on the back surface of the semiconductor substrate 201 using the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention. In the present embodiment, in order to realize an effect equivalent to the formation of a film having a tensile stress on the surface of the semiconductor substrate 201 using the compressive stress from the back surface of the semiconductor substrate 201, the first It is desirable to form a silicon nitride film thicker than the thickness of the silicon nitride film that eliminates the warp of the semiconductor substrate 201 in this embodiment.

図7は、ポリシラザンを半導体基板201の表面に塗付した後、窒素中又は水蒸気中で熱処理した場合における各温度で形成されるシリコン窒化膜の膜応力の大きさを示している。ここで、応力は、一般(学術的)に0以上は引っ張り応力を示し、0以下は圧縮応力を示すため、図7においても、そのように示している。   FIG. 7 shows the magnitude of the film stress of the silicon nitride film formed at each temperature when polysilazane is applied to the surface of the semiconductor substrate 201 and then heat-treated in nitrogen or water vapor. Here, in general (scientifically), the stress is 0 or more indicates a tensile stress, and 0 or less indicates a compressive stress.

図7に示すように、ポリシラザン膜を水蒸気中で熱処理する場合、膜応力は、熱処理の温度を上昇させると、約850℃程度で引っ張り応力から圧縮応力に応力値が反転する。   As shown in FIG. 7, when the polysilazane film is heat-treated in water vapor, when the temperature of the heat treatment is increased, the stress value is reversed from tensile stress to compressive stress at about 850 ° C.

金属シリサイド層214は耐熱性に乏しく、ニッケルシリサイドの場合は500℃以上の熱処理、コバルトシリサイドでは800℃以上の熱処理をすることは難しいため、水蒸気中で熱処理して、圧縮応力膜を形成することは難しい。   Since the metal silicide layer 214 has poor heat resistance, it is difficult to perform heat treatment at 500 ° C. or higher for nickel silicide and 800 ° C. or higher for cobalt silicide. Therefore, heat treatment is performed in water vapor to form a compressive stress film. Is difficult.

窒素中で熱処理をした場合、500℃程度で圧縮応力が得られ、600℃以上では引っ張り応力を示す。そこで、ポリシラザンを半導体基板201の裏面に塗付した後、窒素雰囲気中で450℃以上且つ550℃以下の熱処理を加えることにより、半導体基板201の裏面に圧縮応力を有するシリコン窒化膜213を形成することができる。ここで、半導体基板201の表面に引っ張り応力を有する膜を形成するのに相当する効果を実現するために、半導体基板201の裏面に形成されるシリコン窒化膜213の内部応力は、−100MPa以下であることが好ましい。半導体基板201の裏面には、トランジスタが形成されていないため、トランジスタが形成されている半導体基板201の表面のような膜厚の制限はなく、厚く形成すれば、より大きな応力を持ち、チャネル領域の歪み量も大きくなる。   When heat treatment is performed in nitrogen, compressive stress is obtained at about 500 ° C., and tensile stress is exhibited at 600 ° C. or higher. Therefore, after applying polysilazane to the back surface of the semiconductor substrate 201, a silicon nitride film 213 having compressive stress is formed on the back surface of the semiconductor substrate 201 by applying a heat treatment at 450 ° C. or more and 550 ° C. or less in a nitrogen atmosphere. be able to. Here, in order to realize an effect equivalent to forming a film having tensile stress on the surface of the semiconductor substrate 201, the internal stress of the silicon nitride film 213 formed on the back surface of the semiconductor substrate 201 is −100 MPa or less. Preferably there is. Since no transistor is formed on the back surface of the semiconductor substrate 201, there is no limitation on the film thickness as in the surface of the semiconductor substrate 201 on which the transistor is formed. The amount of distortion increases.

その後、図示はしていないが、半導体基板201の上に層間絶縁膜を形成し、平坦化処理をした後、コンタクトプラグ及び配線等の形成し、半導体装置を完成する。   After that, although not shown, an interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate 201, planarized, and then contact plugs and wirings are formed to complete the semiconductor device.

以上のようにして、第1の活性領域203aにおけるチャネル領域にゲート長方向に引っ張り応力を向上できるn型MISトランジスタと、半導体基板201に(100)シリコン基板を用いることにより第2の活性領域203bにおけるチャネル領域に応力が生じていないp型MISトランジスタとを備えた半導体装置を得ることができる。   As described above, by using the n-type MIS transistor capable of improving the tensile stress in the gate length direction in the channel region in the first active region 203a and the (100) silicon substrate for the semiconductor substrate 201, the second active region 203b. Thus, a semiconductor device including a p-type MIS transistor in which no stress is generated in the channel region can be obtained.

図8は、上記の方法により、半導体基板201の裏面に膜厚が150nmのシリコン窒化膜を形成した場合と、該シリコン窒化膜を形成しない場合のn型トランジスタのオン電流とオフ電流との関係を示している。図8に示すように、例えば、オフ電流1000pA/μmにおいて比較すると、820μA/μmから900μA/μmに駆動能力が9.7%向上している。   FIG. 8 shows the relationship between the on-state current and the off-state current of the n-type transistor when a silicon nitride film having a thickness of 150 nm is formed on the back surface of the semiconductor substrate 201 by the above method and when the silicon nitride film is not formed. Is shown. As shown in FIG. 8, for example, when compared with an off current of 1000 pA / μm, the driving ability is improved by 9.7% from 820 μA / μm to 900 μA / μm.

このように、本発明の第2の実施形態に係る半導体製造装置によると、半導体基板の表面にダメージを与えることなく、チャネル領域により大きな歪みを印加することが可能となるため、トランジスタの性能を向上することができる。   As described above, according to the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention, it is possible to apply a large strain to the channel region without damaging the surface of the semiconductor substrate. Can be improved.

本発明に係る半導体製造装置は、リソグラフィ工程における重ね合わせの向上及びパターン形成不良の低減ができ、特に、半導体基板の裏面に成膜する手段を備える半導体製造装置等に有用である。   The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention can improve overlay and reduce pattern formation defects in a lithography process, and is particularly useful for a semiconductor manufacturing apparatus provided with means for forming a film on the back surface of a semiconductor substrate.

101 反り量測定器
102 ポリシラザン塗布チャンバ(薬液塗布部)
103 ホットプレート
104 アニールチャンバ(加熱処理部)
105 露光部
106 チルプレート
107 レジスト塗布モジュール(レジスト塗布部)
108 デベロッパ(現像部)
201 半導体基板
202 素子分離領域
203a 第1の活性領域
203b 第2の活性領域
204a p型ウェル
204b n型ウェル
205a 第1のゲート絶縁膜
205b 第2のゲート絶縁膜
206a n型ゲート電極
206b p型ゲート電極
207a 第1の側壁膜
207b 第2の側壁膜
208a n型エクステンション領域
208b p型エクステンション領域
209a 第1の内側サイドウォール
209b 第2の内側サイドウォール
210a 第1の外側サイドウォール
210b 第2の外側サイドウォール
211a 第1のサイドウォール
211b 第2のサイドウォール
212a n型ソース/ドレイン領域
212b p型ソース/ドレイン領域
213 シリコン窒化膜
214 金属シリサイド層
101 Warpage measuring device 102 Polysilazane coating chamber (chemical solution coating unit)
103 Hot plate 104 Annealing chamber (heat treatment part)
105 Exposure unit 106 Chill plate 107 Resist application module (resist application unit)
108 Developer (Developer)
201 Semiconductor substrate 202 Element isolation region 203a First active region 203b Second active region 204a p-type well 204b n-type well 205a first gate insulating film 205b second gate insulating film 206a n-type gate electrode 206b p-type gate Electrode 207a First sidewall film 207b Second sidewall film 208a n-type extension region 208b p-type extension region 209a first inner sidewall 209b second inner sidewall 210a first outer sidewall 210b second outer side Wall 211a First sidewall 211b Second sidewall 212a n-type source / drain region 212b p-type source / drain region 213 Silicon nitride film 214 Metal silicide layer

Claims (7)

半導体基板に薬液を塗布する薬液塗布部と、
前記半導体基板を加熱する加熱処理部と、
前記半導体基板の表面にレジストを塗布するレジスト塗布部と、
塗布されたレジストに所定のパターンを露光する露光部と、
露光されたレジストを現像することにより前記所定のパターンを得る現像部とを備え、
前記薬液塗布部は、前記半導体基板を浮遊した状態で、前記半導体基板を回転させながら該半導体基板の裏面にのみ薬液を塗布する薬液塗布手段を有し、
前記加熱処理部は、前記半導体基板に熱処理を行うことにより、内部応力を有する応力印加膜を成膜する熱処理手段を有し、
前記半導体基板の裏面に前記応力印加膜の成膜を行うことと、前記半導体基板の表面に前記所定のパターンを形成する処理とを一貫して行うことを特徴とする半導体製造装置。
A chemical application part for applying a chemical to a semiconductor substrate;
A heat treatment unit for heating the semiconductor substrate;
A resist coating section for coating a resist on the surface of the semiconductor substrate;
An exposure unit that exposes a predetermined pattern to the applied resist;
A developing unit that obtains the predetermined pattern by developing the exposed resist;
The chemical solution application unit has chemical solution application means for applying a chemical solution only to the back surface of the semiconductor substrate while rotating the semiconductor substrate in a state where the semiconductor substrate is floated,
The heat treatment unit has a heat treatment means for forming a stress application film having an internal stress by performing a heat treatment on the semiconductor substrate,
A semiconductor manufacturing apparatus characterized by consistently performing the formation of the stress applying film on the back surface of the semiconductor substrate and the process of forming the predetermined pattern on the surface of the semiconductor substrate.
前記半導体基板の反り量を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記反り量に基づいて、前記反り量を補正するために最適な薬液の塗布膜厚を逐次演算する演算手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
Measuring means for measuring the amount of warpage of the semiconductor substrate;
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a calculation unit that sequentially calculates an optimum coating thickness of the chemical solution for correcting the warp amount based on the warp amount measured by the measuring unit. The semiconductor manufacturing apparatus as described.
前記薬液は、ポリシラザンを含み、その粘性係数が0.5Pa・s以上且つ1.5Pa・s以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the chemical solution includes polysilazane and has a viscosity coefficient of 0.5 Pa · s to 1.5 Pa · s. 前記応力印加膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項3に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the stress applying film is a silicon nitride film. 前記熱処理手段は、前記半導体基板に窒素ガス雰囲気下又は減圧下で且つ450℃以上且つ550℃以下の熱処理を行う手段であることを特徴とする請求項4に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the heat treatment means is a means for performing heat treatment on the semiconductor substrate at 450 ° C. or more and 550 ° C. or less in a nitrogen gas atmosphere or under reduced pressure. 前記応力印加膜の内部応力は、−100MPa以下であることを特徴とする請求項4に記載の半導体製造装置。   The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, wherein an internal stress of the stress application film is −100 MPa or less. 前記応力印加膜の膜密度は、2.0g/cm以上であることを特徴とする請求項4に記載の半導体製造装置。 The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, wherein a film density of the stress application film is 2.0 g / cm 3 or more.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150139774A (en) * 2014-05-22 2015-12-14 램 리써치 코포레이션 Back side deposition apparatus and applications
JP2018041080A (en) * 2016-09-05 2018-03-15 東京エレクトロン株式会社 Stress position specifying tuning for controlling curvature to control overlay during processing of semiconductor
US9997348B2 (en) 2016-09-28 2018-06-12 International Business Machines Corporation Wafer stress control and topography compensation
KR20180069920A (en) * 2015-11-09 2018-06-25 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Bottom processing
US11441222B2 (en) 2017-08-31 2022-09-13 Lam Research Corporation PECVD deposition system for deposition on selective side of the substrate
US11946142B2 (en) 2019-08-16 2024-04-02 Lam Research Corporation Spatially tunable deposition to compensate within wafer differential bow

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150139774A (en) * 2014-05-22 2015-12-14 램 리써치 코포레이션 Back side deposition apparatus and applications
KR102379334B1 (en) * 2014-05-22 2022-03-25 램 리써치 코포레이션 Back side deposition apparatus and applications
KR20180069920A (en) * 2015-11-09 2018-06-25 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Bottom processing
JP2018536990A (en) * 2015-11-09 2018-12-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Bottom processing
KR102584138B1 (en) * 2015-11-09 2023-10-04 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 bottom treatment
JP2022000917A (en) * 2016-09-05 2022-01-04 東京エレクトロン株式会社 Position specifying tuning for stress for controlling curvature for controlling overlay during semiconductor processing
JP2018041080A (en) * 2016-09-05 2018-03-15 東京エレクトロン株式会社 Stress position specifying tuning for controlling curvature to control overlay during processing of semiconductor
JP7164289B2 (en) 2016-09-05 2022-11-01 東京エレクトロン株式会社 Position-Specific Tuning of Bow-Controlling Stress to Control Overlay During Semiconductor Processing
JP7216785B2 (en) 2016-09-05 2023-02-01 東京エレクトロン株式会社 Position-Specific Tuning of Bow-Controlling Stress to Control Overlay During Semiconductor Processing
US9997348B2 (en) 2016-09-28 2018-06-12 International Business Machines Corporation Wafer stress control and topography compensation
US11441222B2 (en) 2017-08-31 2022-09-13 Lam Research Corporation PECVD deposition system for deposition on selective side of the substrate
US11725283B2 (en) 2017-08-31 2023-08-15 Lam Research Corporation PECVD deposition system for deposition on selective side of the substrate
US11851760B2 (en) 2017-08-31 2023-12-26 Lam Research Corporation PECVD deposition system for deposition on selective side of the substrate
US11946142B2 (en) 2019-08-16 2024-04-02 Lam Research Corporation Spatially tunable deposition to compensate within wafer differential bow

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