JP2880892B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2880892B2 JP5327199A JP32719993A JP2880892B2 JP 2880892 B2 JP2880892 B2 JP 2880892B2 JP 5327199 A JP5327199 A JP 5327199A JP 32719993 A JP32719993 A JP 32719993A JP 2880892 B2 JP2880892 B2 JP 2880892B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に高速度・高集積度をもつMIS型集積回路の
製造に用いる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年のトランジスタサイズの縮小による
集積度の向上に伴いゲート幅が狭くなり、サブミクロン
オーダ以下の微細加工技術で形成される配線やコンタク
ト等では、その寄生抵抗が増加する傾向にある。この問
題に対する解決策の一つとして、ソース・ドレイン領域
又はゲート電極などのシリコン層が露出した部分と、そ
の上に形成したメタルとを反応させて自己整合的にシリ
サイド膜を形成するサリサイド(SALICIDE, self-align
ed-silicide)技術が注目されている。
【0003】サリサイド技術は、これまでに用いられて
きたシリコンプロセスとの互換性を有するとともに、素
子の微細化に伴い浅くなって高抵抗化した接合における
低抵抗化、アルミとのコンタクト抵抗の低減、内部配線
層への適用によるパターンレイアウトの高密度化など多
くの利点がある。そのため、サブミクロン領域における
微細デバイスにおいて、サリサイド技術は必須となって
いる。
【0004】ここで、メタルシリサイドを形成する場
合、金属膜とシリコンとの間にわずかな酸化膜が介在す
るとシリサイドの形成に支障をきたし、シリサイドの形
成が進まない場合がある。従って、シリコン基板上の拡
散層及びゲート電極上に同時にシリサイドを形成するた
めには、このような酸化膜を取り除く前処理工程を金属
膜の堆積工程前に持つことが不可欠である。しかも、こ
の前処理工程では多結晶シリコン(ゲート電極)上の酸
化膜などを完全に除去しなければならないが、この前処
理工程において、酸化膜などの除去に伴いゲート電極側
部の絶縁用酸化膜が後退し、絶縁不良を起こし易い。
【0005】そこで、これらサリサイド構造のMIS型集
積回路の製造に用いられる方法では、ゲート電極の側壁
部に残存させる絶縁膜の耐蝕性を高めることにより、後
続する工程でこの絶縁膜が後退するのを防止する方法が
提案されている(特公平5−37334号公報)。
【0006】図6を参照して、上記公報記載の従来の半
導体装置の製造方法を説明する。同図に示した半導体装
置は、素子分離領域12に囲まれたMIS型トランジスタ
のソース・ドレイン領域18a、18bと、これらの少
なくとも一方に連設する拡散配線領域19とをシリコン
基板11内に設けた構造を有する。
【0007】図6(a)に示すように、シリコン基板1
1上にゲート酸化膜13を形成し、次にそのゲート酸化
膜13上にゲート電極15を形成する。その後、薄い酸
化膜16を通して、上記ゲート電極15をマスクとし
て、シリコン基板11のソース・ドレイン領域18a、
18b及び拡散配線領域19bにシリコン基板11と逆
導電型の不純物をイオン注入する。
【0008】次に、図6(b)に示すように、シリコン
基板11上の全面に常圧気相成長法(以下、単に「CV
D(Chemical Vapor Deposition)」と称する)により
シリコン酸化膜20aを堆積させる。この成膜時の温度
は上記公報には示されていない。
【0009】更に、図6(c)に示すように、前記シリ
コン酸化膜20aに850〜950℃の範囲で熱処理を
施す。次いで、図6(d)に示すように、前記絶縁膜2
0aをエッチバックして前記ゲート電極の側壁に残存さ
せてサイドウォール20aを形成する。
【0010】次いで、図6(e)に示すように、露出し
た基板表面に形成された自然酸化膜21を除去し、しか
るのちに上記ゲート電極15、ソース・ドレイン電極1
8a、18bにチタンシリサイドのような導体膜22を
自己整合的に選択形成する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報記
載の半導体装置の製造方法においては、約400℃の低
温基板温度においてCVD酸化膜を成長させており、以
下のような問題点がある。
【0012】上記従来の半導体装置の製造方法では、サ
イドウオールとして形成する酸化膜のステップカバレッ
ジが低いという問題がある。低いステップカバレッジ
は、サイドウォールの幅を不均一とし、その結果、トラ
ンジスタの寄生抵抗がばらつき、従って、トランジスタ
のオン電流がばらつくこととなる。
【0013】一般に、通常の温度で形成された酸化膜
は、SiO2分子が 基板表面をマイグレーションしない
ため、ステップカバレッジが悪く、たとえ、酸化膜成長
後に、950℃程度の熱処理を加えても、ウエットエッ
チング耐性は改善できるものの、トランジスタのオン電
流のばらつきの問題は解消できない。
【0014】本発明は、上記に鑑み、工程数を増やすこ
となく、エッチング耐性が高いサイドウオール酸化膜を
形成し、且つ、そのステップカバレッジを改善すること
で、信頼性が高いサリサイド構造のMIS型集積回路等
の製造に好適な、半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、MIS型ト
ランジスタのソース・ドレイン領域及びこれらの少なく
とも一方に連設する拡散配線領域をシリコン基板内に設
けた半導体装置を製造する方法において、(a) シリ
コン基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工
程と、(b) 上記シリコン基板上の全面に気相成長法
により、基板温度700℃以上の温度を用いてシリコン
酸化膜を堆積させる工程と、(c)上記シリコン酸化膜
をエッチバックして前記ゲート電極の側部に残存させて
サイドウオールを形成する工程と、(d) 前記ゲート
電極及びソース・ドレイン領域上に導体膜を自己整合的
に選択形成する工程とをこの順に具備したことを特徴と
する。ここで、前記工程(b)における気相成長法がシ
ランガスを用いるシラン還元法である場合には、膜成長
時の基板温度を約800℃以上とすることが好ましい。
【0016】また、前記工程(b)における気相成長法
がテトラエトキシシランガスを用いる熱分解法である場
合には、基板温度は700〜800℃程度することが好
ましい。
【0017】
【作用】上記本発明方法の構成によれば、シリコン基板
上の全面に気相成長法によりシリコン酸化膜を基板温度
700℃以上の温度を用いて堆積させているので、エッ
チング耐性に優れた酸化膜を形成することができる。
【0018】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。 第1実施例 図1は、本発明の第1実施例に係るMOSトランジスタ
の製造方法を、各工程段階毎の半導体装置の断面図とし
て示している。本実施例では、シラン還元法によるCV
D酸化膜成長方法を用いている。同図に示した半導体装
置は、素子分離領域12に囲まれたMIS型トランジスタ
のソース・ドレイン領域18a、18bと、これらの少
なくとも一方に連設する拡散配線領域19とをシリコン
基板11内に設けた構造である。以下、図1(a)〜
(c)に示す各工程を説明する。
【0019】図1(a)に示すように、シリコン基板1
1上にゲート酸化膜13を形成し、次いで、そのゲート
酸化膜13上にゲート電極15を形成する。その後、薄
い酸化膜16を形成し、この酸化膜16を透過させ、上
記ゲート電極15をマスクとして、シリコン基板11と
逆導電型の不純物イオンを注入する。このイオン注入に
より、シリコン基板11内にソース・ドレイン拡散層領
域18a、18b及び拡散配線領域19が形成される。
【0020】次に、図1(b)に示すように、CVD成
長法を用いて酸化膜20bを形成する。この工程で用い
られる主なソースガスは、SiH4を120sccmの流量
で、N2Oを1200sccmの流量で夫々供給し、全圧力
を約1Torrとする。ここで、酸化膜20b成長時の
基板温度は、SiO2のガラス化温度である700℃以上
に設定する。このように設定できることで、ガラス化温
度である700℃以上の熱処理を酸化膜成長工程後に追
加する必要がなくなり、ステップカバレッジの低下を防
ぐことができる。次いで、図1(c)に示すように、絶
縁膜20bをエッチバックしてゲート電極の側壁のみに
酸化膜20bを残存させてサイドウオールを形成する。
【0021】図2は、一般的な酸化膜の密度のアニール
温度依存性を示す。同図から容易に理解できるように、
酸化膜の密度はアニール温度が約800℃以上で飽和
し、この時の密度は約2.2g/cm3である。従っ
て、上記CVD膜成長時の基板温度として、約800℃
以上を採用することが好ましい。
【0022】図3は、一般的な酸化膜のエッチングレー
トの熱処理時間依存性を示す。同図の曲線5及び曲線6
に見るごとく、熱処理温度が800℃以上であれば、約
10分以上の熱処理を行なうと、熱酸化膜と同等のエッ
チングレートが得られることから、十分なエッチング耐
性が得られることがわかる。このことからも、CVD膜
成長時の基板温度として、約800℃以上を採用するこ
とが好ましい。
【0023】第2実施例 図4は、本発明の第2実施例に係るMOSトランジスタ
の製造方法を示す半導体装置の工程段階毎の断面図を示
す。本実施例では、ソースガスとしてテトラエトキシシ
ランを使用するCVD酸化膜成長方法を用いる。テトラ
エトキシシランを用いる本実施例は、シランガスを用い
た第1実施例よりもCVD成長膜の均一性に優れ、更
に、成長速度が速いことから高スループットを得ること
ができる。
【0024】図4に示す半導体装置は、素子分離領域1
2に囲まれたMIS型トランジスタのソース・ドレイン領
域18a、18bと、これらの少なくとも一方に連設す
る拡散配線領域19とをシリコン基板11内に設けた構
造を有する。
【0025】まず、図4(a)に示すように、シリコン
基板11上にゲート酸化膜13を形成し、次いで、その
ゲート酸化膜13上にゲート電極15を形成する。その
後、薄い酸化膜16を形成し、ゲート電極15をマスク
として、酸化膜16を透過させてシリコン基板11のソ
ース・ドレイン領域18a、18b及び拡散配線領域1
9にシリコン基板11と逆導電型の不純物をイオン注入
する。
【0026】次に、図4(b)に示すように、テトラエ
トキシシランの熱分解によるCVD成長法を用いて酸化
膜20bを形成する。この工程で用いられる主なソース
ガスは、テトラエトキシシランを約40sccm、希釈ガス
のN2を約4slmの流量で供給し、全圧力を約0.5To
rrとする。この際、酸化膜成長時の基板温度を、Si
2のガラス化温度である700℃以上に設定する。こ
のように設定できることで、ガラス化温度が700℃以
上の熱処理を、この酸化膜成長工程後に追加する必要が
なくなり、ステップカバレッジの低下を防ぐことができ
る。
【0027】なお、上記第2実施例の熱分解法では、成
長速度が第1実施例の場合よりも速いことから、700
℃程度でも十分な成長速度が得られる。すなわち、本実
施例の製造方法によれば、シラン還元法を用いた第1実
施例の製造方法よりも、酸化膜成長持の基板温度を低温
化させることが出来る。次いで、図4(c)に示すよう
に、前記絶縁膜20bをエッチバックしてゲート電極の
側壁のみに酸化膜を残存させてサイドウオール20bを
形成する。
【0028】上記各実施例の半導体装置の製造方法で
は、CVD膜成長時の基板温度をガラス化温度以上の7
00℃以上に設定する構成を採用する。かかる構成によ
り、酸化膜の密度を大きくすることができ、酸化膜のエ
ッチング耐性を確保すると共に、酸化膜分子のマイグレ
ーションを活性化し、ステップカバレッジを改善する。
かかるステップカバレッジの改善は、サイドウォールの
幅の均一性の向上につながり、トランジスタの寄生抵抗
を均一にし、オン電流のばらつきを少なくすることがで
きる。
【0029】テトラエトキシシランをソースガスとして
使用すれば、更に均一性を向上させることができると共
に、成長速度が速いことから高スループットを達成させ
ることができる。
【0030】図5は、本発明の製造方法で得られた半導
体装置の一例におけるトランジスタのオン電流のゲート
長依存性を、従来方法により得られた半導体装置と対比
して示す。本発明方法で得られた半導体装置では、均一
性に優れた酸化膜を形成できることから、同図から理解
できるように、トランジスタのオン電流特性のバラツキ
を従来方法で製造された半導体装置に比して格段に低減
させることができる。
【0031】上記各実施例の記述は、例示を目的として
なされたものであり、上記実施例の構成から種々の修正
及び変更を施した半導体装置の製造方法も本発明の半導
体装置の製造方法に含まれる。
【0032】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明方法によ
ると、特別の熱処理工程を追加することなくエッチング
耐性に優れた酸化膜を形成でき、トランジスタの特性の
ばらつきが小さく、且つ、信頼性が高い半導体装置を製
造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は夫々、本発明の第1実施例に
係る半導体装置の製造方法を示す、半導体装置の工程段
階毎の断面図。
【図2】酸化膜の密度のアニール温度依存性を示す図。
【図3】酸化膜エッチンググレートの温度依存特性を示
す図。
【図4】(a)〜(c)は夫々、本発明の第2実施例に
係る半導体装置の製造方法を示す、半導体装置の工程段
階毎の断面図。
【図5】トランジスタのオン電流のゲート長依存性を示
す図。
【図6】 (a)〜(e)は夫々、従来技術
の半導体装置の製造方法を示す、半導体装置の工程段階
毎の断面図。
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 フィールド酸化膜 13 ゲート酸化膜 15 ゲート電極 16 薄い酸化膜 18a、18b ソース・ドレイン領域 19 拡散配線領域 20a、20b シリコン酸化膜 21 自然酸化膜 22 チタンシリサイド膜(導体膜) 23 SiH4+N2Oガス 24 テトラエトキシシラン+N2ガス

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MIS型トランジスタのソース・ドレイ
    ン領域及びこれらの少なくとも一方に連設する拡散配線
    領域をシリコン基板内に設けた半導体装置を製造する方
    法において、(a) シリコン基板上にゲート絶縁膜及
    びゲート電極を形成する工程と、(b) 上記シリコン
    基板上の全面に気相成長法により、基板温度700℃以
    上の温度を用いてシリコン酸化膜を堆積させる工程と、
    (c)上記シリコン酸化膜をエッチバックして前記ゲー
    ト電極の側部に残存させてサイドウオールを形成する工
    程と、(d) 前記ゲート電極及びソース・ドレイン領
    域上に導体膜を自己整合的に選択形成する工程とをこの
    順に具備したことを特徴とする半導体の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記工程(b)における気相成長法がシラン
    ガスを用いるシラン還元法であり、前記基板温度を約8
    00℃以上とすることを特徴とする半導体の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    において、前記工程(b)における気相成長法が、テト
    ラエトキシシランガスを用いる熱分解法であり、前記基
    板温度を約800℃以下とすることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
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