JP2940487B2 - 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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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴ない、素子寸
法の微細化が進んでいる。絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ(以下MOS Tr.とも記す)の微細化におい
ては、単チャネル効果が問題となることが知られてお
り、この単チャネル効果を抑制する方法の一つとして、
トランジスタのソース・ドレインの拡散層深さを浅くす
ることが考えられている。しかし、単に拡散層を浅くす
る方法では、シート抵抗の増大や配線材料とのコンタク
ト抵抗の増大などの問題を生ずる。この為、ソース・ド
レイン領域上とゲート電極上をせり上げる方法が、例え
ば特開平2−84740号公報に提案されている。以下
この方法について図4を用いて説明する。
【0003】まず図4(a)に示すように、Si基板1
上に素子分離酸化膜2とゲート酸化膜3、及びゲート電
極4Aを形成した後、酸化膜からなるサイドウォール5
を形成する。次に図4(b)に示すようにソース、ドレ
イン領域6,7上とゲート電極4A上に選択的にSi膜
8(8A〜8C)を形成しせり上げる構造や、せり上げ
た後、図4(c)に示すように、成長領域をシリサイド
化してTiシリサイド膜9(9A〜9C)を形成するも
のである。この方法によれば、浅い拡散層の形成と低抵
抗化を同時に達成することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法
は、選択Si成長法を用い、ソース、ドレイン領域とゲ
ート電極上とを同時にせり上げている。
【0005】一般に、選択Si成長法を用いるプロセス
では、選択性の崩れなどにより絶縁膜上へのSi堆積の
可能性がある。例えば、ソース、ドレイン領域およびゲ
ート電極上への選択Si成長プロセスにおいては、サイ
ドウォール上にシリコンの結晶粒が成長することによ
り、ゲート電極とソース領域間もしくはゲート電極とド
レイン領域間がシリコン粒で接続され、電気的にショー
トする可能性がある。
【0006】せり上げプロセスでは、ソース、ドレイン
領域とゲート電極上に同時にSi膜を形成するが、ゲー
ト電極上へのSi成長は図4(b)に示したように、ゲ
ート電極4Aの上面から上方向に向かってSi膜8Aが
成長すると同時に、ゲート電極4Aの側壁から横方向に
もSi膜8Aが成長する。さらに成長を続けると、横方
向の成長進行に伴い形成されたSi膜8A下面より、更
に下方向にSi膜が成長する。一方、ソース及びドレイ
ン領域6,7上では上方向にSi膜8B,8Cが成長す
る。このため、せり上げプロセスでは、ゲート電極4A
とソースもしくはドレイン領域間距離がSi膜の成長に
より実質的に短くなる。
【0007】この時、図4(a)に示したように、ゲー
ト電極側壁上部のサイドウォール5で被覆されていない
領域Lが広い場合、ゲート電極4Aとソースもしくはド
レイン領域間距離がより短くなる。特に、サイドウォー
ル5が酸化膜である場合は、選択Si成長前に行うHF
系溶液による前処理工程でサイドウォールがエッチング
され領域Lが広くなる。
【0008】上述したように、ゲート電極とソースもし
くはドレイン領域間のショートは、選択性の崩れなどに
よりサイドウォール上に形成されるSi結晶粒によって
発生するが、せり上げプロセスによってゲート電極とソ
ースもしくはドレイン領域との距離が短くなると、より
小さいサイズの結晶粒でショートが発生することにな
る。すなわち、ソース、ドレイン領域とゲート電極を同
時にせり上げるプロセスでは、ゲート電極とソースもし
くはドレイン領域間ショートに伴うリーク電流の増大が
問題となる。また、ゲート電極上に成長するSi膜が異
常成長して、ソース、ドレイン領域と接合する場合もあ
るが、この場合も、ゲート電極とソースもしくはドレイ
ン領域間距離が短くなるとショートの可能性が高くな
る。
【0009】本発明の目的は上記従来技術の課題を解決
するためになされたものであって、ゲート電極とソー
ス、ドレイン領域形成にせり上げプロセスを用いた場合
でも、ゲート電極とソースもしくはドレイン領域間のリ
ーク電流が少なく、製造歩留まりや信頼性を向上させる
ことのできる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極の上に
絶縁膜を成長した後、エッチングしてこのゲート電極の
側壁に絶縁膜よりなるサイドウォールを形成する工程
と、このサイドウォールに対するエッチング速度が1〜
10nm/minであるエッチング液を用いて基板表面
の自然酸化膜を除去したのち、このサイドウォールに自
己整合させて、基板上の成長速度が前記ゲート電極上の
成長速度より速くなる成長条件領域で、ソース及びドレ
イン領域上とゲート電極上のみにSi膜を選択的に形成
する工程とを含むことを特徴としている。
【0011】また、上記基板表面の自然酸化膜のエッチ
ング液として、HF系溶液を用いることを特徴としてい
る。更に上記の選択的にSi膜を形成する工程の後に、
金属膜を堆積する工程と、アニールによってこの金属膜
をシリサイド化する工程とを含むことを特徴としてい
る。
【0012】一般にポリシリコン膜は種々の方位に成長
する為、Si膜より成長速度は遅い。例えば、図2に示
すSi膜の成長条件領域、すなわち点ABCで囲まれた
領域では、Siエピタキシャル膜の成長速度(実線)が
ポリシリコン膜の成長速度(破線)より速いため、ソー
ス、ドレイン領域において所望の膜厚のエピタキシャル
膜を得るまでに形成されるゲート電極上へのポリシリコ
ン膜の膜厚が薄くなる。従って、図2の上記成長条件領
域以外の条件で形成した場合と比較して、ゲート電極と
ソースもしくはドレイン領域上のSi膜との距離を長く
保つことができる。また、シリコン膜の成長前処理とし
て、上記のエッチング液を使用することにより、サイド
ウォールの上部のエッチングによる後退量を抑制するこ
とができ、ゲート電極とソースもしくはドレイン領域上
のSi膜との距離を長く保つことができる。このため、
ゲート電極とソースもしくはドレイン間のリーク電流を
低減させることができる。
【0013】図3は排気速度500l/sec(窒素換
算)の能力を有するUHV−CVD(高真空CVD)装
置を用いた場合について、図2のB点及びC点の基板温
度依存性を調べたものである。いずれの点も基板温度が
高くなるに伴い高Si2 6流量側に移動することがわ
かる。各々の基板温度について、B点及びC点を用いて
図2の成長領域が得られ、点ABC領域、望ましくは点
ABD領域で成長することによりゲート電極とソースも
しくはドレイン間のリーク電流を低減することができ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】次に本発明について、図面を参照
して説明する。図1(a)〜(c)は本発明の実施の形
態を説明する為の半導体チップの断面図である。
【0015】まず図1(a)に示すように、Si基板1
上にLOCOS法により素子分離酸化膜2を形成した
後、熱酸化法により厚さ8nmの酸化膜を形成し、その
後、化学気相成長法により厚さ200nmのポリシリコ
ン膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術によ
り、この酸化膜及びポリシリコン膜のパターンニングを
行い、ゲート酸化膜3とゲート電極4を形成する。
【0016】次に、全面にCVD法で50nmの酸化膜
を形成した後、異方性ドライエッチングによりこの酸化
膜をエッチバックし、サイドウォール5を形成する。そ
の後、イオン注入法を用い、BF2 イオンを加速電圧3
0keV、面積濃度1×1015/cm2 の条件で注入し
た後、窒素雰囲気中で1000℃のアニール処理を施し
て注入イオンを活性化し、ソース領域6及びドレイン領
域7を形成する。
【0017】次に図1(b)に示すように、高真空CV
D(UHV−CVD)装置により、ソース、ドレイン領
域6,7上及びゲート電極4上に選択的にSi膜8(8
A〜8C)を成長する。
【0018】成長条件は以下のようにする。まず、成長
基板をNH4 OH、H2 2 、H2O混合液で洗浄した
後、30秒間の0.5%HF溶液処理、2分間の純水リ
ンス、及び乾燥処理を施す。上記CVD法で形成したサ
イドウォール5に対する0.5%HF溶液のエッチング
レートは、9nm/minであるので、サイドウォール
5の上部の後退量を抑えることができる。
【0019】次に、UHV−CVD装置に基板を導入
し、成長チャンバー内で800℃の高真空中アニール処
理を施し、基板表面の自然酸化膜を除去する。
【0020】その後、図2の点ABD領域の条件であ
る、基板温度650℃、Si2 6 ガス分圧1×10-4
Torr(Si2 6 ガス流量5sccm)の条件で原
料ガスを供給してソース、ドレイン領域6,7上にSi
膜8B,8Cを、そしてゲート電極4上のみにポリシリ
コン膜を選択的に成長する。
【0021】次に図1(c)に示すように、全面にTi
膜をスパッタ法により堆積した後、Ti膜とSi膜8
(8A〜8C)を反応させてTiシリサイド膜9(9A
〜9C)を形成し、絶縁膜上の未反応のTi膜を除去す
る。その後、周知のプロセスを用いて層間絶縁膜の形成
と配線工程を経て、MOS Tr.を形成する。
【0022】本実施の形態では、PMOS Tr.につ
いて説明したが、本発明は、NMOS Tr.やCMO
S Tr.においても実施できることはいうまでもな
い。また、本実施の形態では、せり上げ後に形成する金
属としてTiを用いたが、W、Co、Mo等を用いるこ
とも可能である。
【0023】また、本実施の形態では、ゲート電極とし
てポリシリコン膜を用いたが、ポリシリコンとWの2層
膜などの積層構造を持つゲート電極を用いてもW膜上に
はポリシリコン膜が形成される為、同様の効果が得られ
る。
【0024】また、本実施の形態では、UHV−CVD
法による成長例について説明したが、LPCVD(減圧
気相成長法)を用いても本発明の実施は可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
装置の製造方法は、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
ート電極の側壁に絶縁膜よりなるサイドウォールを形成
し、ソース及びドレイン領域上の成長速度がゲート電極
上の成長速度より速くなる成長条件で、ソース及びドレ
イン領域上とゲート電極上のみにSi膜を選択的に形成
することにより、せり上げプロセスを用いた従来技術で
問題となるゲートとソースもしくはドレイン間の電気的
ショートの可能性を低減できる。この結果、本発明の構
造を持つ半導体装置の製造歩留まりや信頼性を向上させ
ることができる。
【0026】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明する為の半導体チッ
プの断面図。
【図2】本発明の実施の形態に係わるSi膜の成長条件
を示す図。
【図3】本発明の実施の形態に係わる基板温度と原料ガ
ス流量との関係を示す図。
【図4】従来のソース、ドレインおよびゲート電極せり
上げ構造を持つMOS Tr.の形成方法を説明する為
の半導体チップの断面図。
【符号の説明】
1 Si基板 2 素子分離酸化膜 3 ゲート酸化膜 4,4A ゲート電極 5 サイドウォール 6 ソース領域 7 ドレイン領域 8A〜8C Si膜 9A〜9C Tiシリサイド膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲ
    ート電極を形成する工程と、このゲート電極表面を含む
    全面に絶縁膜を形成したのち異方性エッチングし、前記
    ゲート電極の側壁に絶縁膜よりなるサイドウォールを形
    成する工程と、このサイドウォールに対するエッチング
    速度が1〜10nm/minであるエッチング液を用い
    前記半導体基板表面の自然酸化膜を除去する工程と、自
    然酸化膜が除去された前記半導体基板表面上の成長速度
    が前記ゲート電極上の成長速度より速くなる条件で基板
    上のソース・ドレイン領域上と前記ゲート電極上のみに
    選択的にシリコン膜を形成する工程とを含むことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 エッチング液はHF系溶液である請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 選択的にシリコン膜を形成したのち全面
    に金属膜を形成し、アニールしてこの金属膜をシリサイ
    ド化する工程を含む請求項1又は請求項2記載の半導体
    装置の製造方法。
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