JP3146561B2 - 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
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子のゲート
電極材の側壁部に配置するサイドウォールの製造方法に
関するものである。
電極材の側壁部に配置するサイドウォールの製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開昭63−308387号公報には、
微細化のために反応性イオンエッチングにて絶縁膜の側
壁部にサイドウォールを形成して、絶縁層及サイドウォ
ールをマスクとして自己整合によって伝導路を形成する
技術が開示されている。又、特開平2−86136号公
報には、1μm前後のサイドウォールを得るのに絶縁膜
膜厚を2〜3μmにし、ポリシリコンゲート電極材の側
壁角度を80〜90°に制御し、さらにオーバーエッチ
量を極力おさえるようにしている。
微細化のために反応性イオンエッチングにて絶縁膜の側
壁部にサイドウォールを形成して、絶縁層及サイドウォ
ールをマスクとして自己整合によって伝導路を形成する
技術が開示されている。又、特開平2−86136号公
報には、1μm前後のサイドウォールを得るのに絶縁膜
膜厚を2〜3μmにし、ポリシリコンゲート電極材の側
壁角度を80〜90°に制御し、さらにオーバーエッチ
量を極力おさえるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平2−8
6136号公報に示された方法では、サイドウォール加
工するための絶縁膜膜厚が2〜3μmと大変厚い。さら
に、側壁角度を80〜90°に制御するプロセスを含ん
でおり、プロセスに制約がある。又、サイドウォール形
成用絶縁膜が大変厚いためオーバーエッチ時間も多くな
りエッチングしたくない場所のエッチングを最小限にす
ることも非常に困難である。このような理由により、実
用化に乏しいものである。
6136号公報に示された方法では、サイドウォール加
工するための絶縁膜膜厚が2〜3μmと大変厚い。さら
に、側壁角度を80〜90°に制御するプロセスを含ん
でおり、プロセスに制約がある。又、サイドウォール形
成用絶縁膜が大変厚いためオーバーエッチ時間も多くな
りエッチングしたくない場所のエッチングを最小限にす
ることも非常に困難である。このような理由により、実
用化に乏しいものである。
【0004】この発明の目的は、新規な方法にてゲート
電極部の側壁に形成した絶縁膜よりなるサイドウォール
の広がりを大きくできる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
電極部の側壁に形成した絶縁膜よりなるサイドウォール
の広がりを大きくできる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、半導体基
板上の所定領域に絶縁膜を介してゲート電極材を形成す
る第1工程と、前記ゲート電極材上を含む半導体基板上
に所定厚さの絶縁膜を形成する第2工程と、マグネトロ
ン型反応性イオンエッチング装置を用いて前記半導体基
板に対し高周波電力を印加すると共に、CF系ガスとH
2ガスとの混合ガス、又は炭素に水素及びフッ素を結合
したガス、及びN2ガス又はHeガス、及び酸素ガス又
は酸素を含んだ化合物ガスを流しながら前記絶縁膜をエ
ッチングし、前記ゲート電極材の側壁部に残す絶縁膜の
広がりを大きくするようにした第3工程とを備えた半導
体装置の製造方法をその要旨する。
板上の所定領域に絶縁膜を介してゲート電極材を形成す
る第1工程と、前記ゲート電極材上を含む半導体基板上
に所定厚さの絶縁膜を形成する第2工程と、マグネトロ
ン型反応性イオンエッチング装置を用いて前記半導体基
板に対し高周波電力を印加すると共に、CF系ガスとH
2ガスとの混合ガス、又は炭素に水素及びフッ素を結合
したガス、及びN2ガス又はHeガス、及び酸素ガス又
は酸素を含んだ化合物ガスを流しながら前記絶縁膜をエ
ッチングし、前記ゲート電極材の側壁部に残す絶縁膜の
広がりを大きくするようにした第3工程とを備えた半導
体装置の製造方法をその要旨する。
【0006】
【0007】
【作用】第1の発明は、第1工程により半導体基板上の
所定領域に絶縁膜を介してゲート電極材が形成され、第
2工程によりゲート電極材上を含む半導体基板上に所定
厚さの絶縁膜が形成され、第3工程によりマグネトロン
型反応性イオンエッチング装置を用いて前記半導体基板
に対し高周波電力を印加すると共に、CF系ガスとH2
ガスとの混合ガス、又は炭素に水素及びフッ素を結合し
たガス(例えば、CHF3等)、及びN2ガス又はHeガ
ス、及び酸素ガス又は酸素を含んだ化合物ガスを流しな
がら、絶縁膜がエッチングされてゲート電極材の側壁部
にのみ絶縁膜が残される。
所定領域に絶縁膜を介してゲート電極材が形成され、第
2工程によりゲート電極材上を含む半導体基板上に所定
厚さの絶縁膜が形成され、第3工程によりマグネトロン
型反応性イオンエッチング装置を用いて前記半導体基板
に対し高周波電力を印加すると共に、CF系ガスとH2
ガスとの混合ガス、又は炭素に水素及びフッ素を結合し
たガス(例えば、CHF3等)、及びN2ガス又はHeガ
ス、及び酸素ガス又は酸素を含んだ化合物ガスを流しな
がら、絶縁膜がエッチングされてゲート電極材の側壁部
にのみ絶縁膜が残される。
【0008】このとき、図24のようにゲート電極材3
4の上の絶縁膜35をエッチングする際に、マグネトロ
ン放電によってプラズマ中に化1に示すフッ化炭素(C
F2 * ;ただし、*印はラジカルを表す)が容易に生成
されてCx Fy なる組成のポリマーが効率的に発生す
る。又、N2 ガス又はHeガスの添加によりポリマーの
生成が安定化する。その結果、ポリマーの堆積とエッチ
ングの競争反応でエッチング方向(図24でθで示す)
が決まりサイドウォール36の寸法Wが決定されるが、
マグネトロン放電とN2 ガス又はHeガスの添加により
化1の反応が促進され、エッチング角度θが小さくなり
ゲート電極部の高さHに対するサイドウォール36の広
がりWが大きくなる。
4の上の絶縁膜35をエッチングする際に、マグネトロ
ン放電によってプラズマ中に化1に示すフッ化炭素(C
F2 * ;ただし、*印はラジカルを表す)が容易に生成
されてCx Fy なる組成のポリマーが効率的に発生す
る。又、N2 ガス又はHeガスの添加によりポリマーの
生成が安定化する。その結果、ポリマーの堆積とエッチ
ングの競争反応でエッチング方向(図24でθで示す)
が決まりサイドウォール36の寸法Wが決定されるが、
マグネトロン放電とN2 ガス又はHeガスの添加により
化1の反応が促進され、エッチング角度θが小さくなり
ゲート電極部の高さHに対するサイドウォール36の広
がりWが大きくなる。
【0009】
【化1】
【0010】又、上記化1でのCF2 *が、化2に示すよ
うに酸素ガス、又は酸素を含んだ化合物ガスと反応しC
OF2 *となり、マグネトロン型反応性イオンエッチング
装置の電極に悪影響を及ぼすことが防止される。
うに酸素ガス、又は酸素を含んだ化合物ガスと反応しC
OF2 *となり、マグネトロン型反応性イオンエッチング
装置の電極に悪影響を及ぼすことが防止される。
【0011】
【化2】CF2 * +1/2 O2 →COF2 *
【0012】
【実施例】この発明を具体化した一実施例を図面に従っ
て説明する。図1には、本実施例のNチャンネルの縦型
DMOSトランジスタ部Z1を有する半導体装置を示
し、同図においてはDMOSトランジスタ部Z1の他に
フィールドプレート部Z2と外周部(EQR部)Z3を
示す。又、図2〜図15にはその製造工程を示す。
て説明する。図1には、本実施例のNチャンネルの縦型
DMOSトランジスタ部Z1を有する半導体装置を示
し、同図においてはDMOSトランジスタ部Z1の他に
フィールドプレート部Z2と外周部(EQR部)Z3を
示す。又、図2〜図15にはその製造工程を示す。
【0013】図2に示すように、N+ シリコン基板1を
用意し、その上にN- エピタキシャル層2を形成する。
その後、N- エピタキシャル層2上にシリコン酸化膜3
を3000〜5000Å程度形成する。
用意し、その上にN- エピタキシャル層2を形成する。
その後、N- エピタキシャル層2上にシリコン酸化膜3
を3000〜5000Å程度形成する。
【0014】そして、図3に示すように、深いP- ウェ
ル形成のためにレジスト4を用いてシリコン酸化膜3の
ホトエッチを行う。その後、図4に示すように、ボロン
を3×1013cm-2dose,60keV程度イオン注入し、
ドライブイン(1170℃、4〜6時間、N2 )を行
い、深いP- ウェル層5を形成する。
ル形成のためにレジスト4を用いてシリコン酸化膜3の
ホトエッチを行う。その後、図4に示すように、ボロン
を3×1013cm-2dose,60keV程度イオン注入し、
ドライブイン(1170℃、4〜6時間、N2 )を行
い、深いP- ウェル層5を形成する。
【0015】次に、図5に示すように、シリコン酸化膜
3を除去した後に、エピタキシャル層2の表面にパッド
酸化膜6を300〜500Å程度デポするとともに、そ
の上にシリコン窒化膜(Si3 N4 膜)7を1000〜
2000Å程度デポし、レジスト8を用いてホトエッチ
によりシリコン窒化膜7をパターニングする。その後、
図6に示すように、LOCOS酸化を行いフィールド酸
化膜9を9000〜10000Å程度形成する。その後
に、シリコン窒化膜7をホットリン酸により除去し、さ
らに、パッド酸化膜6をHF等により全面エッチして除
去する。引き続き、ゲート酸化膜10を300〜100
0Å程度形成する。
3を除去した後に、エピタキシャル層2の表面にパッド
酸化膜6を300〜500Å程度デポするとともに、そ
の上にシリコン窒化膜(Si3 N4 膜)7を1000〜
2000Å程度デポし、レジスト8を用いてホトエッチ
によりシリコン窒化膜7をパターニングする。その後、
図6に示すように、LOCOS酸化を行いフィールド酸
化膜9を9000〜10000Å程度形成する。その後
に、シリコン窒化膜7をホットリン酸により除去し、さ
らに、パッド酸化膜6をHF等により全面エッチして除
去する。引き続き、ゲート酸化膜10を300〜100
0Å程度形成する。
【0016】次に、図7に示すように、全面にポリシリ
コン膜(11)を5000〜10000Å程度デポし、
リン拡散を行い同ポリシリコン膜(11)をリンドープ
ポリシリコン膜11にする。そして、そのリンドープポ
リシリコン膜11の上面にポリシリコン酸化膜12を5
00〜1500Å程度形成し、さらにその上にCVDに
よるシリコン酸化膜13を1μm程度形成する。
コン膜(11)を5000〜10000Å程度デポし、
リン拡散を行い同ポリシリコン膜(11)をリンドープ
ポリシリコン膜11にする。そして、そのリンドープポ
リシリコン膜11の上面にポリシリコン酸化膜12を5
00〜1500Å程度形成し、さらにその上にCVDに
よるシリコン酸化膜13を1μm程度形成する。
【0017】その後、図8に示すように、レジスト14
を用いたホトエッチによりリンドープポリシリコン膜1
1とポリシリコン酸化膜12とシリコン酸化膜13とを
パターニングする。その結果、図9に示すように、トラ
ンジスタ形成領域におけるエピタキシャル層2の上にゲ
ート酸化膜10を介してリンドープポリシリコンゲート
電極材(以下、単にポリシリコンゲート電極材という)
11aが配置されることとなる。
を用いたホトエッチによりリンドープポリシリコン膜1
1とポリシリコン酸化膜12とシリコン酸化膜13とを
パターニングする。その結果、図9に示すように、トラ
ンジスタ形成領域におけるエピタキシャル層2の上にゲ
ート酸化膜10を介してリンドープポリシリコンゲート
電極材(以下、単にポリシリコンゲート電極材という)
11aが配置されることとなる。
【0018】次に、全面にステップカバーの良好なTE
OSのCVDシリコン酸化膜15を1μm程度形成す
る。そして、図10に示すように、CVDシリコン酸化
膜15をエッチバックしてリンドープポリシリコン膜1
1(ポリシリコンゲート電極材11aを含む)の側面に
CVDシリコン酸化膜15によるサイドウォール16を
形成する。
OSのCVDシリコン酸化膜15を1μm程度形成す
る。そして、図10に示すように、CVDシリコン酸化
膜15をエッチバックしてリンドープポリシリコン膜1
1(ポリシリコンゲート電極材11aを含む)の側面に
CVDシリコン酸化膜15によるサイドウォール16を
形成する。
【0019】このサイドウォール16の形成の際に、マ
グネトロン型反応性イオンエッチング装置(徳田製作所
製HiRRIE II )が用いられる。つまり、図16に
示すように、チャンバ29内には上下に電極30及び3
1が対向配置されている。上側電極31はアースされる
とともに、下側電極30には高周波電源32から例えば
500〜1000Wの高周波電力が印加できるようにな
っている。さらに、チャンバ29の下側には電磁マグネ
ット33が設置され、約800ガウスの磁場が設定でき
るようになっている。
グネトロン型反応性イオンエッチング装置(徳田製作所
製HiRRIE II )が用いられる。つまり、図16に
示すように、チャンバ29内には上下に電極30及び3
1が対向配置されている。上側電極31はアースされる
とともに、下側電極30には高周波電源32から例えば
500〜1000Wの高周波電力が印加できるようにな
っている。さらに、チャンバ29の下側には電磁マグネ
ット33が設置され、約800ガウスの磁場が設定でき
るようになっている。
【0020】そして、このマグネトロン型反応性イオン
エッチング装置の下側電極30上に図9の半導体基板を
配置する。この状態で、CVDシリコン酸化膜15(サ
イドウォール形成用絶縁膜)を、例えばエッチング圧力
を6〜20Paにし、反応ガスとしてCHF3 を流量3
0〜70(cc/min)で流し、かつ、N2 ガスを流量1
0〜50(cc/min)で流しながら、エッチングを行い
サイドウォール16を形成する。
エッチング装置の下側電極30上に図9の半導体基板を
配置する。この状態で、CVDシリコン酸化膜15(サ
イドウォール形成用絶縁膜)を、例えばエッチング圧力
を6〜20Paにし、反応ガスとしてCHF3 を流量3
0〜70(cc/min)で流し、かつ、N2 ガスを流量1
0〜50(cc/min)で流しながら、エッチングを行い
サイドウォール16を形成する。
【0021】次に、図11に示すように、ボロンを6×
1013〜9×1013cm-2dose,40keVで全面(マス
クレス)にイオン注入を行い、さらに、ドライブインを
1170℃、60分程度行いP- チャンネル領域17を
形成する。その後、図12に示すように、ホトでパター
ニングをしたマスク18を用いて、リンを5×1015cm
-2dode、13keVでイオン注入を行いN+ インプラ領
域19を形成する。
1013〜9×1013cm-2dose,40keVで全面(マス
クレス)にイオン注入を行い、さらに、ドライブインを
1170℃、60分程度行いP- チャンネル領域17を
形成する。その後、図12に示すように、ホトでパター
ニングをしたマスク18を用いて、リンを5×1015cm
-2dode、13keVでイオン注入を行いN+ インプラ領
域19を形成する。
【0022】そして、図13に示すように、DMOSト
ランジスタ部Z1でのP- チャンネル領域17とのボデ
ィコンタクト、及び、フィールドプレート部Z2でのコ
ンタクト形成のために、ボロンを6×1014cm-2dose、
60keV程度で全面イオン注入行い、P+ インプラ領
域20を形成する。
ランジスタ部Z1でのP- チャンネル領域17とのボデ
ィコンタクト、及び、フィールドプレート部Z2でのコ
ンタクト形成のために、ボロンを6×1014cm-2dose、
60keV程度で全面イオン注入行い、P+ インプラ領
域20を形成する。
【0023】次に、図14に示すように、N2 で熱処理
を行いN+ ソース領域21及びP+ コンタクト領域22
を形成する。この時、例えば、1000℃〜1050℃
で1時間程度行うと、N+ ソース領域21及びP+ コン
タクト領域22の深さは0.7〜1.2μm程度にな
る。又、N+ ソース領域21は、ボロンも同時にイオン
注入されているが、リンの方がボロンに比べて10倍程
度多くなっており、このドーズ量ではN+ ソース領域2
1でのボロンの影響はない。
を行いN+ ソース領域21及びP+ コンタクト領域22
を形成する。この時、例えば、1000℃〜1050℃
で1時間程度行うと、N+ ソース領域21及びP+ コン
タクト領域22の深さは0.7〜1.2μm程度にな
る。又、N+ ソース領域21は、ボロンも同時にイオン
注入されているが、リンの方がボロンに比べて10倍程
度多くなっており、このドーズ量ではN+ ソース領域2
1でのボロンの影響はない。
【0024】次に、全面にBPSG膜23を配置すると
ともに、レジスト24を用いたホトエッチ(ウェットあ
るいはドライエッチ)によりBPSG膜23の所定領域
を除去しDMOSトランジスタ部Z1のコンタクト及び
フィールドプレート部Z2のコンタクト部の穴あけを行
う。
ともに、レジスト24を用いたホトエッチ(ウェットあ
るいはドライエッチ)によりBPSG膜23の所定領域
を除去しDMOSトランジスタ部Z1のコンタクト及び
フィールドプレート部Z2のコンタクト部の穴あけを行
う。
【0025】引き続き、図15に示すように、リンドー
プポリシリコン膜11とのコンタクトのためにレジスト
25を用いたホトエッチを行う。この時、同時に外周部
(EQR部)Z3も穴あけを行う。
プポリシリコン膜11とのコンタクトのためにレジスト
25を用いたホトエッチを行う。この時、同時に外周部
(EQR部)Z3も穴あけを行う。
【0026】次に、図15において、外周部(EQR
部)Z3のN+ コンタクト形成のためのリンのイオン注
入をN+ ソース領域21の形成と同条件で行い、さら
に、アニールを行い図1に示すN+ 層26を形成する。
その後、アルミ電極27、パッシベーション膜(図示
略)、裏面のドレイン電極28を形成する。
部)Z3のN+ コンタクト形成のためのリンのイオン注
入をN+ ソース領域21の形成と同条件で行い、さら
に、アニールを行い図1に示すN+ 層26を形成する。
その後、アルミ電極27、パッシベーション膜(図示
略)、裏面のドレイン電極28を形成する。
【0027】このようにして、縦型DMOSパワートラ
ンジスタを集積化した半導体装置が完成する。このよう
に製造された半導体装置においては、エピタキシャル層
2上に絶縁膜としてのゲート酸化膜10を介して所定の
幅を有するポリシリコンゲート電極材11aが配置さ
れ、その電極材11aの両側面に所定の幅を有する絶縁
性のサイドウォール16が形成され、P- チャンネル領
域17が電極材11aとサイドウォール16とをマスク
としたボロンのイオン注入にてエピタキシャル層2にお
けるポリシリコンゲート電極材11aの下方にわたり形
成され、さらに、N+ ソース領域21が電極材11aと
サイドウォール16とをマスクとしたリンのイオン注入
にてP- チャンネル領域17内において当該領域17よ
り浅く、かつ狭い範囲に、ポリシリコンゲート電極材1
1aの下方にわたり形成されることとなる。
ンジスタを集積化した半導体装置が完成する。このよう
に製造された半導体装置においては、エピタキシャル層
2上に絶縁膜としてのゲート酸化膜10を介して所定の
幅を有するポリシリコンゲート電極材11aが配置さ
れ、その電極材11aの両側面に所定の幅を有する絶縁
性のサイドウォール16が形成され、P- チャンネル領
域17が電極材11aとサイドウォール16とをマスク
としたボロンのイオン注入にてエピタキシャル層2にお
けるポリシリコンゲート電極材11aの下方にわたり形
成され、さらに、N+ ソース領域21が電極材11aと
サイドウォール16とをマスクとしたリンのイオン注入
にてP- チャンネル領域17内において当該領域17よ
り浅く、かつ狭い範囲に、ポリシリコンゲート電極材1
1aの下方にわたり形成されることとなる。
【0028】尚、本半導体装置を微細化設計する際の設
計思想については、本願出願人による特願平2−264
701号に記載されているので、ここでは省略する。次
に、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い
てCHF3 ガス及びN2 ガスを流しながらエッチングし
てサイドウォール16を形成するときのプロセスについ
てより詳細に説明する。
計思想については、本願出願人による特願平2−264
701号に記載されているので、ここでは省略する。次
に、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い
てCHF3 ガス及びN2 ガスを流しながらエッチングし
てサイドウォール16を形成するときのプロセスについ
てより詳細に説明する。
【0029】通常、サイドウォール16の寸法Wは図1
7に示すようにゲート電極材11aの上面端部での水平
方向の絶縁膜(CVDシリコン酸化膜15)の幅aと、
エッチング時の異方度(縦方向と横方向のエッチング速
度比)により決定される。そして、マグネトロン放電に
よってプラズマ中に前記化1に示すCF2 等のフッ化炭
素が容易に生成され、このためCx Fy(ただし、x,
yはCとFの比を示す)なる組成のポリマーが効率的に
発生するようになる。又、N2 を添加することによりこ
のポリマーの生成を安定的かつ適切な量にコントロール
することが容易となり、サイドウォール寸法Wが図17
のaの寸法と異方度だけでは決まらずポリマーの堆積と
エッチングの競争反応で決定されるようになる。そし
て、マグネトロン放電とN2 ガスの添加により化1の反
応が促進され、エッチング角度θが小さくなり、ゲート
電極部の側壁に形成するサイドウォール16の広がりW
が大きくなる。
7に示すようにゲート電極材11aの上面端部での水平
方向の絶縁膜(CVDシリコン酸化膜15)の幅aと、
エッチング時の異方度(縦方向と横方向のエッチング速
度比)により決定される。そして、マグネトロン放電に
よってプラズマ中に前記化1に示すCF2 等のフッ化炭
素が容易に生成され、このためCx Fy(ただし、x,
yはCとFの比を示す)なる組成のポリマーが効率的に
発生するようになる。又、N2 を添加することによりこ
のポリマーの生成を安定的かつ適切な量にコントロール
することが容易となり、サイドウォール寸法Wが図17
のaの寸法と異方度だけでは決まらずポリマーの堆積と
エッチングの競争反応で決定されるようになる。そし
て、マグネトロン放電とN2 ガスの添加により化1の反
応が促進され、エッチング角度θが小さくなり、ゲート
電極部の側壁に形成するサイドウォール16の広がりW
が大きくなる。
【0030】図18には絶縁膜(CVDシリコン酸化膜
15)の膜厚に対するサイドウォールの寸法Wの測定結
果を示す。又、その時の条件を表1に示す。尚、図18
に示す従来方法は、ナローギャップ装置;東京エレクト
ロンTEL580を使用してエッチングしたものであ
る。
15)の膜厚に対するサイドウォールの寸法Wの測定結
果を示す。又、その時の条件を表1に示す。尚、図18
に示す従来方法は、ナローギャップ装置;東京エレクト
ロンTEL580を使用してエッチングしたものであ
る。
【0031】
【表1】
【0032】その結果、サイドウォール16の寸法Wを
0.7μmとするには、従来法ではシリコン酸化膜15
の膜厚(サイドウォール形成用絶縁膜)を1.8μmに
する必要があったが、本実施例では1.1μmでよい。
0.7μmとするには、従来法ではシリコン酸化膜15
の膜厚(サイドウォール形成用絶縁膜)を1.8μmに
する必要があったが、本実施例では1.1μmでよい。
【0033】このように本実施例では、N- エピタキシ
ャル層2(半導体基板)上の所定領域にゲート酸化膜1
0(絶縁膜)を介してポリシリコンゲート電極材11a
を形成し(第1工程)、ポリシリコンゲート電極材11
a上を含むN- エピタキシャル層2上に所定厚さのCV
Dシリコン酸化膜15(絶縁膜)を形成し(第2工
程)、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用
いて、炭素に水素及びフッ素を結合したCHF3 ガス、
及びN2 ガスを流しながら、CVDシリコン酸化膜15
をエッチングしてポリシリコンゲート電極材11aの側
壁部にのみCVDシリコン酸化膜15を残すようにした
(第3工程)。
ャル層2(半導体基板)上の所定領域にゲート酸化膜1
0(絶縁膜)を介してポリシリコンゲート電極材11a
を形成し(第1工程)、ポリシリコンゲート電極材11
a上を含むN- エピタキシャル層2上に所定厚さのCV
Dシリコン酸化膜15(絶縁膜)を形成し(第2工
程)、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用
いて、炭素に水素及びフッ素を結合したCHF3 ガス、
及びN2 ガスを流しながら、CVDシリコン酸化膜15
をエッチングしてポリシリコンゲート電極材11aの側
壁部にのみCVDシリコン酸化膜15を残すようにした
(第3工程)。
【0034】その結果、ゲート電極部の側壁に形成した
CVDシリコン酸化膜15よりなるサイドウォール16
の広がりを大きくできる。従って、同じサイドウォール
16の寸法を得るためには従来方法よりCVDシリコン
酸化膜15(サイドウォール形成用絶縁膜)の膜厚を薄
くできることとなり、CVDシリコン酸化膜15(サイ
ドウォール形成用絶縁膜)のデポ時間の短縮、サイドウ
ォール形成時のエッチング時間を短縮させることができ
スループットの向上やコストダウンが可能となる。
CVDシリコン酸化膜15よりなるサイドウォール16
の広がりを大きくできる。従って、同じサイドウォール
16の寸法を得るためには従来方法よりCVDシリコン
酸化膜15(サイドウォール形成用絶縁膜)の膜厚を薄
くできることとなり、CVDシリコン酸化膜15(サイ
ドウォール形成用絶縁膜)のデポ時間の短縮、サイドウ
ォール形成時のエッチング時間を短縮させることができ
スループットの向上やコストダウンが可能となる。
【0035】又、パワーMOSトランジスタでは不純物
拡散Xj(拡散深さ)が深く横方向への広がりも大きい
ため最低でもサイドウォール寸法を0.5μm以上必要
となる。又、このサイドウォールをセルフアラインコン
タクトで電気的絶縁分離層として使用する場合において
も耐圧、リークの面から0.5μm以上が必要である。
このように、パワーMOSトランジスタでは0.5μm
以上のサイドウォール寸法Wが必要となるが、従来法で
は絶縁膜(サイドウォール形成用絶縁膜)の膜厚が厚く
なるため必然的にエッチング時のオーバーエッチ量も多
くなり、エッチングされてはならない場所、即ち、LO
COSやSi表面を必要以上にエッチングしてしまい素
子特性を劣化させパワーMOSトランジスタへのサイド
ウォールの適用は実用上困難である。しかし、本実施例
ではそのようなことがなく、CVDシリコン酸化膜15
(サイドウォール形成用絶縁膜)を薄くでき実用上優れ
ている。
拡散Xj(拡散深さ)が深く横方向への広がりも大きい
ため最低でもサイドウォール寸法を0.5μm以上必要
となる。又、このサイドウォールをセルフアラインコン
タクトで電気的絶縁分離層として使用する場合において
も耐圧、リークの面から0.5μm以上が必要である。
このように、パワーMOSトランジスタでは0.5μm
以上のサイドウォール寸法Wが必要となるが、従来法で
は絶縁膜(サイドウォール形成用絶縁膜)の膜厚が厚く
なるため必然的にエッチング時のオーバーエッチ量も多
くなり、エッチングされてはならない場所、即ち、LO
COSやSi表面を必要以上にエッチングしてしまい素
子特性を劣化させパワーMOSトランジスタへのサイド
ウォールの適用は実用上困難である。しかし、本実施例
ではそのようなことがなく、CVDシリコン酸化膜15
(サイドウォール形成用絶縁膜)を薄くでき実用上優れ
ている。
【0036】次に、マグネトロン型反応性イオンエッチ
ング装置を用いて、各種のエッチングガスについて実験
を行った。この条件を表2,3に示すとともに、図19
に測定結果を示す。
ング装置を用いて、各種のエッチングガスについて実験
を行った。この条件を表2,3に示すとともに、図19
に測定結果を示す。
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】その結果、第1比較例でのCF4 /N2 を
用いた場合、第2比較例でのCHF 3 /Arを用いた場
合、第3比較例でのCF4 /CHF3 /Arを用いた場
合では、サイドウォール寸法が小さく従来法(表1)と
同レベルである。
用いた場合、第2比較例でのCHF 3 /Arを用いた場
合、第3比較例でのCF4 /CHF3 /Arを用いた場
合では、サイドウォール寸法が小さく従来法(表1)と
同レベルである。
【0040】それに対し、第2実施例でのCF4 /CH
F3 /N2 を用いた場合、第3実施例でのCHF3 /H
eを用いた場合、第4実施例でのCF4 /N2 /H2 を
用いた場合、第5実施例でのCHF3 /He/N2 /O
2 を用いた場合については、上記実施例(第1実施例)
でのCHF3 /N2 と同様な効果がありいずれもサイド
ウォール寸法が大きい。
F3 /N2 を用いた場合、第3実施例でのCHF3 /H
eを用いた場合、第4実施例でのCF4 /N2 /H2 を
用いた場合、第5実施例でのCHF3 /He/N2 /O
2 を用いた場合については、上記実施例(第1実施例)
でのCHF3 /N2 と同様な効果がありいずれもサイド
ウォール寸法が大きい。
【0041】又、図20に示すように、マグネットの有
無によりサイドウォール寸法を実験により求めた。その
結果、マグネットが無い場合にはサイドウォールの寸法
が小さかった。
無によりサイドウォール寸法を実験により求めた。その
結果、マグネットが無い場合にはサイドウォールの寸法
が小さかった。
【0042】これらのことより、マグネットにより高密
度なプラズマの生成とガス成分中にHが含まれること
と、N2 ガス又はHeガスの添加によりサイドウォール
の寸法を大きくすることができることが分かる。つま
り、図19での第1比較例と、第4実施例との比較によ
り、サイドウォール寸法を大きくするためにはH2 が必
要である。又、第1比較例と第1実施例との比較によ
り、炭素に水素及びフッ素を結合したガス(CHF3 )
が必要である。第2実施例と、第3比較例との比較によ
り、N2 ガスが必要である。又、第2比較例と、第3実
施例との比較により、Heガスを流す必要があることが
分かる。
度なプラズマの生成とガス成分中にHが含まれること
と、N2 ガス又はHeガスの添加によりサイドウォール
の寸法を大きくすることができることが分かる。つま
り、図19での第1比較例と、第4実施例との比較によ
り、サイドウォール寸法を大きくするためにはH2 が必
要である。又、第1比較例と第1実施例との比較によ
り、炭素に水素及びフッ素を結合したガス(CHF3 )
が必要である。第2実施例と、第3比較例との比較によ
り、N2 ガスが必要である。又、第2比較例と、第3実
施例との比較により、Heガスを流す必要があることが
分かる。
【0043】又、第5実施例においては、第1実施例で
のガス(CHF3 /N2 )及び第3実施例でのガス(C
HF3 /He)にO2 を添加したガス、即ち、CHF3
とHeとN2 とO2 を用いている。この第5実施例で
は、O2 ガスを混入することによりチャンバの洗浄周期
を大幅に向上させることができる。図21には、第1実
施例(CHF3 /N2 )についてウェハ処理枚数による
エッチレートとエッチレート均一性を調べた結果を示
す。即ち、横軸にウェハの処理枚数をとり、縦軸にウェ
ハにおける多数のサンプリングポイントでの平均エッチ
レート、及びウェハにおける多数のサンプリングポイン
トでのエッチレートVの均一性{=(Vmax−Vmin )
/(Vmax +Vmin )}をとっている。この第1実施例
ではウェハの処理枚数17枚近辺でエッチレート及びエ
ッチレート均一性の低下が見られる。一方、図22に
は、第5実施例(CHF3 /He/N2 /O2 )につい
てウェハ処理枚数によるエッチレートとエッチレート均
一性を調べた結果を示す。この第5実施例では、ウェハ
を200枚処理してもエッチレート及びエッチレート均
一性の低下は見られず良好であった。その結果、第1実
施例では工程を安定化させるため17枚/回の割合でチ
ャンバ内のドライクリーニング又はウェットクリーニン
グする必要があるが、第5実施例(CHF3 /He/N
2 /O2 )においては、少なくとも200枚/回の割合
でチャンバ内のドライクリーニング又はウェットクリー
ニングを行えばよくスループットを大幅に向上できる。
これは、上記化1でのCF2 * がマグネトロン型反応性
イオンエッチング装置の電極を覆い放電状態を悪化させ
る原因となるが、上記化2に示すように酸素ガスを混入
することによりCF2 * とO2 が反応しCOF2 * とな
り、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置の電極
に悪影響を及ぼすことが防止され電極の汚れが少なくな
るためで、チャンバ洗浄周期が大幅に向上するものであ
る。
のガス(CHF3 /N2 )及び第3実施例でのガス(C
HF3 /He)にO2 を添加したガス、即ち、CHF3
とHeとN2 とO2 を用いている。この第5実施例で
は、O2 ガスを混入することによりチャンバの洗浄周期
を大幅に向上させることができる。図21には、第1実
施例(CHF3 /N2 )についてウェハ処理枚数による
エッチレートとエッチレート均一性を調べた結果を示
す。即ち、横軸にウェハの処理枚数をとり、縦軸にウェ
ハにおける多数のサンプリングポイントでの平均エッチ
レート、及びウェハにおける多数のサンプリングポイン
トでのエッチレートVの均一性{=(Vmax−Vmin )
/(Vmax +Vmin )}をとっている。この第1実施例
ではウェハの処理枚数17枚近辺でエッチレート及びエ
ッチレート均一性の低下が見られる。一方、図22に
は、第5実施例(CHF3 /He/N2 /O2 )につい
てウェハ処理枚数によるエッチレートとエッチレート均
一性を調べた結果を示す。この第5実施例では、ウェハ
を200枚処理してもエッチレート及びエッチレート均
一性の低下は見られず良好であった。その結果、第1実
施例では工程を安定化させるため17枚/回の割合でチ
ャンバ内のドライクリーニング又はウェットクリーニン
グする必要があるが、第5実施例(CHF3 /He/N
2 /O2 )においては、少なくとも200枚/回の割合
でチャンバ内のドライクリーニング又はウェットクリー
ニングを行えばよくスループットを大幅に向上できる。
これは、上記化1でのCF2 * がマグネトロン型反応性
イオンエッチング装置の電極を覆い放電状態を悪化させ
る原因となるが、上記化2に示すように酸素ガスを混入
することによりCF2 * とO2 が反応しCOF2 * とな
り、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置の電極
に悪影響を及ぼすことが防止され電極の汚れが少なくな
るためで、チャンバ洗浄周期が大幅に向上するものであ
る。
【0044】尚、この第5実施例の応用例としては、C
HF3 /N2 /O2 、CF4 /CHF3 /N2 /O2 、
CHF3 /He/O2 としたり、CO2 ガスをCHF3
/N 2 に混入したり、N2 OやCOを混入してもよい。
つまり、酸素ガス、又は酸素を含んだ化合物ガスを混入
すればよい。
HF3 /N2 /O2 、CF4 /CHF3 /N2 /O2 、
CHF3 /He/O2 としたり、CO2 ガスをCHF3
/N 2 に混入したり、N2 OやCOを混入してもよい。
つまり、酸素ガス、又は酸素を含んだ化合物ガスを混入
すればよい。
【0045】さらに、図23にはセルサイズとDMOS
面積当たりのオン抵抗値の関係を調べた。その結果、サ
イドウォールを使用することにより耐圧を一定値に維持
したままセルの微細化が達成され(20μm□→15μ
m□)、このとき、図23から分かるように、オン抵抗
が290mΩ/mm2 から160mΩ/mm2 に低減で
きた。さらに、12μmセルまでの微細化が可能であり
160mΩ/mm2 以下のオン抵抗が可能である。
面積当たりのオン抵抗値の関係を調べた。その結果、サ
イドウォールを使用することにより耐圧を一定値に維持
したままセルの微細化が達成され(20μm□→15μ
m□)、このとき、図23から分かるように、オン抵抗
が290mΩ/mm2 から160mΩ/mm2 に低減で
きた。さらに、12μmセルまでの微細化が可能であり
160mΩ/mm2 以下のオン抵抗が可能である。
【0046】尚、この発明は上記各実施例に限定される
ものではなく、サイドウォールの寸法を大きくすること
には効果があるがN2 を添加するとサイドウォール形成
用絶縁膜とSiとの選択比が低下してしまう条件もあ
る。そのため、サイドウォールの形成プロセスは表4に
示すようにゲート電極材等の露出のためのエッチング工
程とその後のオーバーエッチ工程を別々の条件で行なう
ようにしてもよい。つまり、エッチング条件を切り換え
てもよい。この条件であればサイドウォールを安定的に
形成できる。
ものではなく、サイドウォールの寸法を大きくすること
には効果があるがN2 を添加するとサイドウォール形成
用絶縁膜とSiとの選択比が低下してしまう条件もあ
る。そのため、サイドウォールの形成プロセスは表4に
示すようにゲート電極材等の露出のためのエッチング工
程とその後のオーバーエッチ工程を別々の条件で行なう
ようにしてもよい。つまり、エッチング条件を切り換え
てもよい。この条件であればサイドウォールを安定的に
形成できる。
【0047】
【表4】
【0048】又、絶縁膜としてはSiO2 の他にも、S
iNやSiONを使ってもよい。又、パワーMOSに限
定されるものではなくサイドウォールを用いる半導体集
積回路であればすべてに適用可能である。例えば、DR
AMなどにも適用可能である。
iNやSiONを使ってもよい。又、パワーMOSに限
定されるものではなくサイドウォールを用いる半導体集
積回路であればすべてに適用可能である。例えば、DR
AMなどにも適用可能である。
【0049】又、ゲート電極材としては、ポリシリコン
ゲート電極材の他にもアルミゲート電極材やシリサイド
ゲート電極等を用いてもよい。さらに、マグネトロン型
反応性イオンエッチング装置において流すガスとしての
炭素に水素及びフッ素を結合したガスはCHF3 の他に
も、CH2 F2やCH 3 FやC2 HF5 等でもよい。
ゲート電極材の他にもアルミゲート電極材やシリサイド
ゲート電極等を用いてもよい。さらに、マグネトロン型
反応性イオンエッチング装置において流すガスとしての
炭素に水素及びフッ素を結合したガスはCHF3 の他に
も、CH2 F2やCH 3 FやC2 HF5 等でもよい。
【0050】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
新規な方法にてゲート電極部の側壁に形成した絶縁膜よ
りなるサイドウォールの広がりを大きくできる優れた効
果を発揮する。
新規な方法にてゲート電極部の側壁に形成した絶縁膜よ
りなるサイドウォールの広がりを大きくできる優れた効
果を発揮する。
【図1】実施例の半導体装置の断面図である。
【図2】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図3】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図4】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図5】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図6】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図7】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図8】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図9】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図10】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図11】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図12】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図13】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図14】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図15】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図16】マグネトロン型反応性イオンエッチング装置
を示す図である。
を示す図である。
【図17】エッチング処理を説明するための半導体装置
の断面図である。
の断面図である。
【図18】絶縁膜膜厚とサイドウォール寸法との関係を
示す図である。
示す図である。
【図19】絶縁膜膜厚とサイドウォール寸法との関係を
示す図である。
示す図である。
【図20】マグネットの有無とサイドウォール寸法との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図21】ウェハ処理枚数に対するエッチレート及びエ
ッチレート均一性を示す図である。
ッチレート均一性を示す図である。
【図22】ウェハ処理枚数に対するエッチレート及びエ
ッチレート均一性を示す図である。
ッチレート均一性を示す図である。
【図23】セルサイズとオン抵抗との関係を示す図であ
る。
る。
【図24】エッチング処理を説明するための半導体装置
の断面図である。
の断面図である。
2 半導体基板としてのN- エピタキシャル層 10 絶縁膜としてのゲート酸化膜 11a ポリシリコンゲート電極材 15 絶縁膜としてのCVDシリコン酸化膜 16 サイドウォール
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−73724(JP,A) 特開 昭63−142635(JP,A) 特開 昭57−190320(JP,A) 特開 平1−211921(JP,A) 特開 平1−241128(JP,A) 特開 平4−239723(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 21/3065 H01L 29/78
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上の所定領域に絶縁膜を介し
てゲート電極材を形成する第1工程と、 前記ゲート電極材上を含む半導体基板上に所定厚さの絶
縁膜を形成する第2工程と、 マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用いて前
記半導体基板に対し高周波電力を印加すると共に、CF
系ガスとH2ガスとの混合ガス、又は炭素に水素及びフ
ッ素を結合したガス、及びN2ガス又はHeガス、及び
酸素ガス又は酸素を含んだ化合物ガスを流しながら前記
絶縁膜をエッチングし、前記ゲート電極材の側壁部に残
す絶縁膜の広がりを大きくするようにした第3工程とを
備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27143091A JP3146561B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-10-18 | 半導体装置の製造方法 |
US07/903,465 US5462896A (en) | 1991-06-24 | 1992-06-23 | Method of forming a sidewall on a semiconductor element |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3-151993 | 1991-06-24 | ||
JP15199391 | 1991-06-24 | ||
JP27143091A JP3146561B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-10-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0563188A JPH0563188A (ja) | 1993-03-12 |
JP3146561B2 true JP3146561B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=26481047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27143091A Expired - Lifetime JP3146561B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-10-18 | 半導体装置の製造方法 |
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Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP3146561B2 (ja) |
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USD854785S1 (en) | 2018-09-02 | 2019-07-30 | Ifgcure Holdings, Llc | PPR bra |
USD854784S1 (en) | 2018-09-02 | 2019-07-30 | Ifgcure Holdings, Llc | PPR bra |
USD862844S1 (en) | 2018-08-22 | 2019-10-15 | IFG Cure Holdings, LLC | PPR shirt |
USD863722S1 (en) | 2018-09-02 | 2019-10-22 | Ifgcure Holdings, Llc | PPR bra |
USD863732S1 (en) | 2018-08-22 | 2019-10-22 | Ifgcure Holdings, Llc | PPR shirt |
USD863723S1 (en) | 2018-09-02 | 2019-10-22 | Ifgcure Holdings, Llc | PPR bra |
KR102612956B1 (ko) | 2021-03-02 | 2023-12-12 | 주식회사 이랜드리테일 | 와이어리스 브래지어 |
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DE19622415A1 (de) * | 1996-06-04 | 1997-12-11 | Siemens Ag | CMOS-Halbleiterstruktur und Verfahren zur Herstellung derselben |
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CN107425064A (zh) * | 2016-05-23 | 2017-12-01 | 北大方正集团有限公司 | 双侧墙vdmos器件及其制作方法 |
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1991
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1992
- 1992-06-23 US US07/903,465 patent/US5462896A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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---|---|
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JPH0563188A (ja) | 1993-03-12 |
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