JP2833530B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
法、特に電界効果トランジスタ(MOSFET)の製造
方法に関するものである。
能化は、比例縮小則に従ってトランジスタの微細化を行
うことによって進められてきたが、電界効果トランジス
タの微細化を行う場合、ゲート領域とソース・ドレイン
領域の低抵抗化は達成されなければならない問題であ
る。その低抵抗化を実現するために、ゲートとソース・
ドレイン領域を、高融点金属との反応によりシリサイド
化する方法があり、特に、ゲートとソース・ドレイン領
域上に、同時にシリサイド膜を形成するサリサイド構造
は、プロセス工程が簡単であるために、半導体装置への
適用が進められている。
て、金属形成前に、シリコン表面をスパッタエッチング
処理により清浄化する方法が提案されている(特開昭6
0−52044号公報「金属珪化物形成方法」)。この
公報掲載の実施例を図5に示し、以下に述べる。
32が例えば熱酸化又は化学酸化法などにより形成され
ている。その上にポリシリコン領域34が形成されてい
る。次に公知の方法によって、ポリシリコン領域34以
外の二酸化シリコン層32をパターン化することによ
り、基板の所定の領域を露出させる(a図)。
液に曝し、さらには、10%の弗化水素によりデグレー
ジング処理を行うことにより金属被着処理に備える。
金属蒸着を行うに先立ってシリコン基板が大気に露出さ
せる際に薄い自然酸化膜36がシリコン基板30とポリ
シリコン領域34に形成される。ついで、スパッタエッ
チングすると、シリコン基板30及びポリシリコン領域
34から、自然酸化膜36を効果的に除去できる(b
図)。
金属層40をスパッタリングにより被着させ(c図)、
しかるのちシリコン基板を真空装置から取り出し、窒素
もしくはアルゴンの不活性雰囲気又は真空中で加熱する
ことにより、金属をシリコン基板及びポリシリコン領域
と反応させて、金属層がこれらシリコン基板及びポリシ
リコン領域と接する金属珪化物層42に転換する(d
図)。こうして金属珪化物を形成する(e図)。
とソース・ドレイン領域の低抵抗化には、抵抗率が低い
ことからチタン膜とシリコン膜との反応により形成され
る、チタンシリサイド膜が用いられている。しかし、微
細領域で形成したシリサイド膜は、シリサイド化反応の
拡散種がシリコンであることから、拡散種が少ないシリ
コン端部のシリサイド膜の薄膜化が顕著になり、低抵抗
化が困難となっている。
ン領域が浅接合化すると、チタン膜も薄膜化しなければ
ならない。そこで、低抵抗チタンシリサイド膜の低抵抗
化に必要な膜厚を得るには、シリコンとチタンとの反応
を促進する必要がある。このことから、高融点シリサイ
ド膜形成直前の工程であるイオン注入のカバー膜である
シリコン酸化膜の異方性ドライエッチングによって形成
される、シリコン及びゲート電極表面のダメージ層が与
えるシリサイド化抑制効果を無視することができなくな
り、よって、ダメージ層の排除が重要となる。
においては、Arスパッタエッチングによって、シート
抵抗を低くすることは可能であることが述べられてい
る。しかし、スパッタエッチングによる表面酸化膜の除
去では、酸素がシリコン基板中に押し込まれてしまい、
後に行うシリサイド反応を阻害する可能性が大きい。
シリサイド化反応を阻害する可能性は、ロバート・ベイ
ヤー氏らによって、ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス(Journal of Applied
Physics)の第61巻、第11号の5110頁か
ら5117頁の「Titanium disilici
de formation on heavily d
oped silicon substrate」に報
告されている。
エッチングにより形成されるシリコン及びゲート電極表
面のダメージ層が残ったままでシリサイド化反応を行う
と、低抵抗なシリサイド膜が形成できない事実とよく一
致する。従って、シリサイド化反応を行う直前のシリコ
ン表面は、不純物が押し込まれずに化学的に洗浄される
ことが必要である。
絶縁膜及びその上にゲート電極が形成されたシリコン基
板の該ゲート電極の側壁部にシリコン酸化膜を形成する
工程と、電界効果トランジスタのソース領域とドレイン
領域を形成する工程と、シリコンと二酸化シリコン膜の
エッチング速度が等しい化学反応型ドライエッチング法
により、ゲート電極表面及びシリコン基板表面のダメー
ジ層を除去する工程と、前記ダメージ層を除去する工程
において生成した表面堆積物を除去してシリコン表面を
清浄化する酸洗浄工程と、弗酸によりゲート電極及びシ
リコン基板上のシリコン酸化膜を除去する工程と、前記
ゲート電極及びシリコン基板上に高融点金属膜を堆積し
たのち、熱処理により高融点金属シリサイド層を形成す
る工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法
である。
終工程である異方性ドライエッチングによって形成され
る、ゲート電極及びシリコン基板の表面のダメージ層を
除去する方法として、化学反応型ドライエッチング(C
DE:ChemicalDry Etching)を行
っている。続いて、そのときに形成されるゲート電極及
びシリコン基板の表面の炭素の堆積物を除去するため
に、酸素によるプラズマ処理と、アンモニアと過酸化水
素と水の混合液による洗浄(APM)、及び塩酸と過酸
化水素と水の混合液による洗浄(HPM)を行う。さら
に、塩酸過酸化水素水溶液によって形成されるゲート電
極及びシリコン基板の表面のシリコン酸化膜を除去する
ために、弗酸水溶液による洗浄(BHF)を行う。
サイド膜形成のシリサイド(シリコン界面において、シ
リサイド化の阻害要因となる酸素、炭素、窒素の濃度を
それぞれ、1020atm/cm3 、1019atms/c
m3 、1018atms/cm3 以下にすることができる。
す。図2はシリコン基板上にチタンシリサイドを形成し
た後のチタンシリサイドとシリコン基板中のチタン、シ
リコン、酸素、炭素、窒素の深さ方向分布である。
リコン基板のシリコン表面の洗浄方法として、アンモニ
アと過酸化水素水溶液中でボイルすることによる洗浄
と、塩酸と過酸化水素水溶液中でボイルすることによる
洗浄を行うと、チタンシリサイドとシリコン基板との界
面の酸素濃度を1020atms/cm3 以下かつ、炭素濃
度を1019atms/cm3 以下かつ、窒素濃度を1018
atms/cm3 以下にすることができないことが示され
ている。
及びシリコン基板のシリコン表面の洗浄方法として、化
学反応型ドライエッチングと、アンモニアと過酸化水素
水溶液による洗浄と、塩酸と過酸化水素水溶液による洗
浄と、弗酸溶液による洗浄を行うことにより、チタンシ
リサイドとシリコン基板との界面の酸素濃度を1020a
tms/cm3 以下かつ、炭素濃度を1019atms/cm
3 以下かつ、窒素濃度を1018atms/cm3 以下にす
ることができることが示されている。
た場合の大面積チタンシリサイド膜のシート抵抗を図3
に示す。この図より、チタンシリサイド膜の形成の直前
に、アンモニアと過酸化水素水溶液による洗浄と、塩酸
と過酸化水素水溶液による洗浄しか行わない場合は、高
抵抗であるが、化学反応型ドライエッチングと、アンモ
ニアと過酸化水素水溶液による洗浄と、塩酸と過酸化水
素水溶液による洗浄と、弗酸溶液による洗浄を行うこと
により、低抵抗膜が得られていることが分かる。
する。図1(a)〜(e)はCMOSの製造方法の一部
の実施例を示した模式的断面図である。
10を形成したシリコン基板1上に、ゲート酸化膜1と
ポリシリコンのゲート電極12を形成する。シリコン酸
化膜13を化学的気相成長法により形成した後、異方性
ドライエッチングを行い、ゲート電極12の側壁部のみ
にシリコン酸化膜13を残す。次にゲート電極の上面及
びソース・ドレイン領域上にシリコン酸化膜15を形成
する。次に通常のイオン注入法により、nまたはp型不
純物を導入し、ソース・ドレイン領域を形成する(図1
(a))。
コン酸化膜15を除去して、シリコン基板1及びゲート
電極12の表面を露出させる(図1(b))。その後、
化学反応型ドライエッチングを行い、異方性ドライエッ
チングによるゲート電極及びソース・ドレイン領域の表
面のダメージ層を除去する(図1(c))。
ようなものである。Siをエッチングする場合は、エッ
チャントであるCF4 に酸素を添加したガスを放電室に
導入しそこにマイクロ波を照射して放電させ、プラズマ
を生成する。このプラズマを輸送管を通して、基板のお
いてあるエッチング室まで輸送し、Si+F* →SiF
4 の反応でエッチングする。
って発生したシリコン表面の炭素の堆積物をアンモニア
過酸化水素水溶液と塩酸過酸化水素水溶液による洗浄を
行い、塩酸過酸化水素水溶液による洗浄において形成さ
れたシリコン酸化膜を弗酸溶液によって除去する。
成し(図1(d))、その後、2段階の急速熱処理(R
TA)によりチタンシリサイド膜19を形成し、シリサ
イド膜形成後のシリサイドとシリコン界面における酸素
濃度を1020atms/cm3以下かつ、炭素濃度を10
19atms/cm3 以下かつ、窒素濃度を1018atms
/cm3 以下とする(図1(e))。
ト電極上チタンシリサイド膜のシート抵抗のゲート電極
線幅依存性を図4に示す。比較として、化学反応型ドラ
イエッチング及び弗化水素水溶液による洗浄を行わなか
った場合のチタンシリサイド膜のシート抵抗のゲート電
極の線幅依存性も示してある。この図より、チタンシリ
サイド膜形成に先立ち、本発明の洗浄を行うことによっ
て、線幅が細い場合でも、低いシート抵抗のチタンシリ
サイド膜を形成できることが示されている。
造方法では、チタンシリサイド膜の形成直前のゲート電
極またはシリコン基板のダメージ層を除去し、さらに、
チタンシリサイド層とゲート電極及びシリコン基板との
界面での酸素濃度が1020atms/cm3 以下かつ、炭
素濃度が1019atms/cm3 以下かつ、窒素濃度が1
018atms/cm3 以下にすることによって、低抵抗の
チタンシリサイド膜を形成することが可能となり、シー
ト抵抗が4Ω/□程度のチタンシリサイド膜が得られ
る。
細くなった場合でも、同様の効果が得られる。
面図である。
(a)はAPM+HPM、(b)はCDE+APM+H
PM+BHFの場合である。
温度依存性を示す図である。
の線幅依存性を示す図である。
記載の製造方法を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 シリコン基板上に、ゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成す
る工程と、該ゲート電極の側壁部にシリコン酸化膜を形
成する工程と、電界効果トランジスタのソース領域とド
レイン領域を形成する工程と、化学反応型ドライエッチ
ング法により、ゲート電極表面及びシリコン基板表面の
ダメージ層を除去する工程と、前記ダメージ層を除去す
る工程において生成した表面堆積物を除去してシリコン
表面を清浄化する酸洗浄工程と、弗酸によりゲート電極
及びシリコン基板上のシリコン酸化膜を除去する工程
と、前記ゲート電極及びシリコン基板上に高融点金属膜
を堆積したのち、熱処理により高融点金属シリサイド層
を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項2】シリコン表面を清浄化する酸洗浄工程が、
酸素プラズマ処理、アンモニアと過酸化水素の水溶液に
よる洗浄と、塩酸と過酸化水素の水溶液による洗浄から
なる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7183755A JP2833530B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7183755A JP2833530B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0936360A JPH0936360A (ja) | 1997-02-07 |
JP2833530B2 true JP2833530B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=16141416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7183755A Expired - Lifetime JP2833530B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2833530B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
KR100570203B1 (ko) * | 1998-12-30 | 2006-08-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 게이트전극 형성방법 |
KR100423094B1 (ko) * | 2002-01-31 | 2004-03-16 | 아남반도체 주식회사 | 실리사이드의 브릿지 방지방법 |
JP5004432B2 (ja) * | 2005-04-11 | 2012-08-22 | 東京エレクトロン株式会社 | 金属シリサイド膜を形成する方法、前処理方法、成膜システム、制御プログラムおよびコンピュータ記憶媒体 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07142447A (ja) * | 1993-11-16 | 1995-06-02 | Kawasaki Steel Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-07-20 JP JP7183755A patent/JP2833530B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0936360A (ja) | 1997-02-07 |
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