JP3186708B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[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、シリコン基板の最表面のデバイス活
性領域の重金属をゲッタリングする方法に関するもので
ある。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for gettering a heavy metal in a device active region on the outermost surface of a silicon substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体素子の微細化,高集積化に
伴い、半導体素子の製造工程における微量な重金属汚染
が半導体素子の電気特性に悪影響を及ぼすことが指摘さ
れている。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization and high integration of semiconductor devices, it has been pointed out that a slight amount of heavy metal contamination in a semiconductor device manufacturing process has an adverse effect on electrical characteristics of the semiconductor device.
【0003】微量な重金属による汚染は、ゲート酸化膜
の近傍に存在してMOSトランジスタの酸化膜耐圧を劣
化させたり、あるいはトレンチ容量素子の容量絶縁膜近
傍に存在して電荷保持特性を劣化させたりする。さらに
は、禁制帯中に深いエネルギー準位をつくって少数キャ
リヤの再結合中心となり、PN接合のリーク電流を増大
させたりする。[0003] Contamination by a trace amount of heavy metal is present near the gate oxide film to degrade the oxide film breakdown voltage of the MOS transistor, or is present near the capacitance insulating film of the trench capacitor to degrade the charge retention characteristics. I do. Further, a deep energy level is formed in the forbidden band to become a recombination center for minority carriers, thereby increasing the leakage current of the PN junction.
【0004】このようなシリコン基板表面近傍の素子活
性領域に存在する重金属をゲッタリングする方法の一例
が、特開平1−26856号公報に記載されている。An example of a method for gettering a heavy metal present in an element active region near the surface of a silicon substrate is described in JP-A-1-26856.
【0005】特開平1−26856号公報に記載された
重金属のゲッタリング方法を図23〜図25を用いて説
明する。特開平1−26856号公報に記載された重金
属のゲッタリング方法は、まず図23(a)に示される
ように、シリコン基板800上にゲート酸化膜801が
形成される。A method for gettering heavy metals described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-28566 will be described with reference to FIGS. According to the heavy metal gettering method described in JP-A-1-26856, a gate oxide film 801 is first formed on a silicon substrate 800 as shown in FIG.
【0006】次に、図23(b)に示されるように、ゲ
ート酸化膜801上にゲート電極となる多結晶シリコン
膜802が形成される。Next, as shown in FIG. 23B, a polycrystalline silicon film 802 serving as a gate electrode is formed on the gate oxide film 801.
【0007】引続いて、図24(c)に示されるよう
に、多結晶シリコン膜802中にB(ボロン)イオン8
03が1×1015/cm2〜1×1016/cm2の濃度範
囲でイオン注入される。Subsequently, as shown in FIG. 24C, B (boron) ions 8 are formed in the polycrystalline silicon film 802.
03 is ion-implanted in a concentration range of 1 × 10 15 / cm 2 to 1 × 10 16 / cm 2 .
【0008】さらに、図24(d)に示されるように、
多結晶シリコン膜802中にP(リン)イオン804が
5×1013/cm2〜5×1014/cm2の濃度範囲でイ
オン注入される。[0008] Further, as shown in FIG.
P (phosphorus) ions 804 are ion-implanted into the polycrystalline silicon film 802 in a concentration range of 5 × 10 13 / cm 2 to 5 × 10 14 / cm 2 .
【0009】次に、ボロンとリンがドーピングされた多
結晶シリコン膜802中に熱処理が行なわれると、ゲー
ト酸化膜801中に存在する金属806(図25
(e))は図25(f)に示されるように、多結晶シリ
コン膜805中にゲッタリングされる。Next, when a heat treatment is performed in polycrystalline silicon film 802 doped with boron and phosphorus, metal 806 existing in gate oxide film 801 (FIG. 25)
(E)) is gettered in the polycrystalline silicon film 805 as shown in FIG.
【0010】以上のように、特開平1−26856号公
報に記載された重金属のゲッタリング方法は、ゲート電
極のシート抵抗に大きな影響を及ぼさない程度のPをド
ープすることにより、ゲート絶縁膜中の金属などをゲッ
タリングし、半導体素子の電気特性(トランジスタのし
きい値電圧など)の変動を抑制するものである。As described above, the method of gettering heavy metals described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-26856 discloses a method of doping P which does not significantly affect the sheet resistance of the gate electrode, thereby reducing the gate insulating film. Of the semiconductor device, thereby suppressing fluctuations in the electrical characteristics of the semiconductor element (such as the threshold voltage of the transistor).
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
1−26856号公報に記載された重金属のゲッタリン
グ方法では、後工程での熱処理を受けて、多結晶シリコ
ン膜802中にゲッタリングされた重金属は再放出さ
れ、その再放出された重金属は、シリコン基板の表面近
傍の素子活性領域に存在し、半導体素子の電気特性に悪
影響を及ぼすという問題がある。However, in the heavy metal gettering method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 26856/1990, the heavy metal gettered in the polycrystalline silicon film 802 is subjected to a heat treatment in a later step. Is re-emitted, and the re-emitted heavy metal is present in the element active region near the surface of the silicon substrate, and has a problem of adversely affecting the electrical characteristics of the semiconductor element.
【0012】本発明の目的は、ゲート酸化膜やトレンチ
容量絶縁膜の近傍の素子活性領域に存在する重金属を有
効にゲッタリングする半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can effectively getter heavy metals existing in an element active region near a gate oxide film and a trench capacitance insulating film.
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体装置の製造方法においては、シ
リコン基板上にゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲ
ート酸化膜上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前
記非晶質シリコン膜上にシリコン酸化膜からなるマスク
パターンを形成する工程と、前記非晶質シリコン膜にそ
の導電型を決定しない不純物元素イオンをイオン注入を
する工程と、前記シリコン基板を熱処理することによっ
て前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する
工程と、前記導電型を決定しない不純物元素がイオン注
入された多結晶シリコン膜をドライエッチングにより除
去してゲート電極を形成する工程とを含むものである。Means for Solving the Problems To achieve the above object,
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a gate oxide film on a silicon substrate, a step of forming an amorphous silicon film on the gate oxide film, Forming a mask pattern made of a silicon oxide film on the amorphous silicon film, implanting an impurity element ion whose conductivity type is not determined into the amorphous silicon film, and heat-treating the silicon substrate to form the amorphous silicon film. The method includes a step of converting a silicon film into a polycrystalline silicon film, and a step of forming a gate electrode by removing the polycrystalline silicon film into which the impurity element whose conductivity type is not determined by ion implantation is removed by dry etching.
【0020】また本発明に係る半導体装置の製造方法
は、シリコン基板にトレンチを形成する工程と、前記シ
リコン基板に非晶質シリコン膜を形成して前記トレンチ
を充填する工程と、前記非晶質シリコン膜の表面部にそ
の導電型を決定しない不純物元素をイオン注入する工程
と、前記シリコン基板を熱処理することによって前記非
晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する工程と、
前記シリコン基板表面上に存在する前記多結晶シリコン
膜を除去する工程とを含むものである。Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a trench in a silicon substrate, a step of forming an amorphous silicon film on the silicon substrate and filling the trench, A step of ion-implanting an impurity element whose conductivity type is not determined on the surface of the silicon film, and a step of converting the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film by heat-treating the silicon substrate;
Removing the polycrystalline silicon film present on the surface of the silicon substrate.
【0021】また本発明に係る半導体装置の製造方法
は、シリコン基板にトレンチを形成する工程と、前記シ
リコン基板に第1の非晶質シリコン膜を形成し前記トレ
ンチを充填する工程と、前記第1の非晶質シリコン膜上
にその導電型を決定しない不純物元素が導入された第2
の非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記シリコン基
板を熱処理することによって前記第1および第2の非晶
質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する工程と、前
記シリコン基板表面上に存在する多結晶化した前記第2
の非晶質シリコン膜を除去する工程とを含むものであ
る。Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a trench in a silicon substrate; a step of forming a first amorphous silicon film in the silicon substrate to fill the trench; A second amorphous silicon film in which an impurity element whose conductivity type is not determined is introduced into the second amorphous silicon film;
Forming an amorphous silicon film, converting the first and second amorphous silicon films into a polycrystalline silicon film by heat-treating the silicon substrate, and forming a polycrystalline silicon film on the surface of the silicon substrate. The second polycrystallized
Removing the amorphous silicon film.
【0022】[0022]
【0023】またシリコン基板上にゲート酸化膜を形成
する工程と、前記ゲート酸化膜上に第1の非晶質シリコ
ン膜を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜上にその
導電型を決定しない不純物元素が導入された第2の非晶
質シリコン膜を形成する工程と、前記シリコン基板を熱
処理することによって前記第1および2の非晶質シリコ
ン膜を多結晶シリコン膜に変換する工程と、前記多結晶
シリコン膜をパターニングしゲート電極を形成する工程
と、前記シリコン基板の拡散層上およびゲート電極上に
金属シリサイドを形成する工程とを含むものである。A step of forming a gate oxide film on the silicon substrate; a step of forming a first amorphous silicon film on the gate oxide film; and determining a conductivity type on the amorphous silicon film. Forming a second amorphous silicon film into which an impurity element not to be introduced is introduced, and converting the first and second amorphous silicon films into a polycrystalline silicon film by heat-treating the silicon substrate. Forming a gate electrode by patterning the polycrystalline silicon film ; and forming a metal silicide on the diffusion layer and the gate electrode of the silicon substrate.
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0026】多結晶膜中にゲッタリングされた重金属が
後工程での熱処理で再放出されないようにするために
は、重金属がゲッタリングされた領域を除去してしまう
か、または再放出しないように重金属を固着すればよ
い。In order to prevent the heavy metal gettered in the polycrystalline film from being re-emitted by a heat treatment in a later step, the heavy metal must be removed from the gettered region or must not be re-emitted. What is necessary is just to fix a heavy metal.
【0027】本発明の第1の方法においては、基板上の
素子領域に存在する重金属を該素子領域以外にゲッタリ
ングし、重金属がゲッタリングされた領域を除去するも
のであり、前記素子領域をマスクして、該素子領域以外
の領域にイオンを注入し、かつ、前記素子領域以外の領
域での結晶粒径を小さくするための熱処理を行ない、さ
らに、再度前記デバイス活性領域をマスクして、デバイ
ス活性領域以外の領域をエッチングにより除去するもの
である。In the first method of the present invention, a heavy metal present in an element region on a substrate is gettered in a region other than the element region, and the region where the heavy metal is gettered is removed. Masking, implanting ions into regions other than the device region, and performing a heat treatment to reduce the crystal grain size in the region other than the device region, and further masking the device active region again; The region other than the device active region is removed by etching.
【0028】次に、素子領域がゲート電極である場合を
具体例として説明する。ゲート電極となる非晶質シリコ
ン膜上に、シリコン酸化膜のマスクパターンを形成し、
非晶質シリコン膜中に酸素又は窒素イオンを注入し、熱
処理(結晶化)を行なう。Next, a case where the element region is a gate electrode will be described as a specific example. Forming a mask pattern of a silicon oxide film on the amorphous silicon film to be a gate electrode,
Oxygen or nitrogen ions are implanted into the amorphous silicon film and heat treatment (crystallization) is performed.
【0029】酸素または窒素イオンが注入された領域
は、シリコン酸化膜にマスキングされて注入されない領
域に比べて、結晶粒の成長が抑制され、結晶粒径が小さ
くなる。多結晶シリコン膜中の結晶粒界では、格子不整
合によるひずみ場が形成されることによって、重金属が
ゲッタリングされることが知られている。In the region into which oxygen or nitrogen ions are implanted, the growth of crystal grains is suppressed and the crystal grain size becomes smaller than in the region which is masked by the silicon oxide film and is not implanted. It is known that a heavy metal is gettered by forming a strain field due to lattice mismatch at a crystal grain boundary in a polycrystalline silicon film.
【0030】結晶粒径が小さいほど単位体積当たりのゲ
ッタリングサイトが増加するため、ゲート酸化膜および
トレンチ容量絶縁膜近傍や基板表面のデバイス活性領域
に存在する重金属は、多結晶化したシリコン膜中のより
結晶粒径が小さい領域、すなわち酸素または窒素がドー
ピングされた領域に優先的にゲッタリングされる。Since the gettering sites per unit volume increase as the crystal grain size becomes smaller, heavy metals existing in the vicinity of the gate oxide film and the trench capacitance insulating film and in the device active region on the substrate surface are reduced in the polycrystalline silicon film. Is preferentially obtained in a region having a smaller crystal grain size, that is, a region doped with oxygen or nitrogen.
【0031】その後、シリコン酸化膜をマスクとして多
結晶シリコン膜をドライエッチング法により除去して形
成されたゲート電極は、重金属をほとんど含まないた
め、その後の熱処理工程で重金属が再放出することはな
い。Thereafter, the gate electrode formed by removing the polycrystalline silicon film by dry etching using the silicon oxide film as a mask contains almost no heavy metal, so that the heavy metal will not be re-emitted in the subsequent heat treatment step. .
【0032】また本方法は、トレンチ容量電極形成工程
にも応用可能である。この場合、トレンチ容量電極とな
る非晶質シリコン膜の表面部に酸素または窒素をイオン
注入するか、もしくは、第1の非晶質シリコン膜を形成
した後、酸素または窒素をドーピングした第2の非晶質
シリコンを形成する。This method is also applicable to a trench capacitor electrode forming step. In this case, oxygen or nitrogen is ion-implanted into a surface portion of the amorphous silicon film to be a trench capacitor electrode, or a second amorphous silicon film is doped with oxygen or nitrogen after forming the first amorphous silicon film. Form amorphous silicon.
【0033】その後、熱処理を行ない非晶質シリコンを
結晶化すると、トレンチ近傍のデバイス活性領域に存在
する重金属は、多結晶化したシリコン膜中のより結晶粒
径が小さい領域、すなわち酸素または窒素がドーピング
された領域に優先的にゲッタリングされる。After that, when the amorphous silicon is crystallized by performing a heat treatment, the heavy metal present in the device active region near the trench becomes a region having a smaller crystal grain size in the polycrystallized silicon film, ie, oxygen or nitrogen. Gettering is preferentially performed on the doped region.
【0034】その後、シリコン基板上のトレンチ上部に
存在する重金属を含んだ多結晶シリコン膜を除去すれ
ば、トレンチ部に形成された容量電極は重金属をほとん
ど含まないため、その後の熱処理工程で重金属が再放出
することはない。After that, if the polycrystalline silicon film containing the heavy metal present above the trench on the silicon substrate is removed, the capacitor electrode formed in the trench portion contains almost no heavy metal, so that the heavy metal is removed in the subsequent heat treatment step. Will not release again.
【0035】また本発明の第2の方法においては、基板
上の重金属が存在する素子領域を金属シリサイド化し
て、該素子領域内に重金属を固定するものであり、前記
素子領域内で、イオンの注入、及び前記素子領域の結晶
粒径を小さくするための熱処理を行ない、さらに、前記
素子領域に対して金属シリサイド化して、該素子領域内
に重金属を固定するものである。Further, in the second method of the present invention, the element region where the heavy metal exists on the substrate is converted into a metal silicide, and the heavy metal is fixed in the element region. Implantation and heat treatment for reducing the crystal grain size of the element region are performed, and further, the element region is converted into metal silicide to fix a heavy metal in the element region.
【0036】次に、素子領域がゲート電極である場合を
具体例として説明する。ゲート電極となる第1の多結晶
シリコン膜の最表面にイオン注入によって酸素または窒
素イオンをドーピングするか、もしくは第1の多結晶シ
リコン膜上にその導電型を決定しない不純物(酸素また
は窒素)をドーピングした第2の多結晶シリコン膜を形
成する。Next, a case where the element region is a gate electrode will be described as a specific example. Doping oxygen or nitrogen ions by ion implantation into the outermost surface of the first polycrystalline silicon film serving as a gate electrode, or adding impurities (oxygen or nitrogen) whose conductivity type is not determined on the first polycrystalline silicon film A doped second polycrystalline silicon film is formed.
【0037】このような構造をもつ非晶質シリコン膜を
熱処理によって結晶化すると、第1の多結晶シリコン膜
の上部に存在する酸素または窒素がドーピングされた領
域は、その結晶粒径が第1の多結晶シリコン膜の結晶粒
径に比べ小さくなるため、前記本発明の第1の方法と同
様に、格子不整合によるひずみ場が増加し、ゲッタリン
グ能力が増加する。When the amorphous silicon film having such a structure is crystallized by heat treatment, the region of the first polycrystalline silicon film which is doped with oxygen or nitrogen has a crystal grain size of the first polycrystalline silicon film. Since the crystal grain size is smaller than that of the polycrystalline silicon film, the strain field due to the lattice mismatch increases, and the gettering ability increases, as in the first method of the present invention.
【0038】したがって、ゲート酸化膜近傍のデバイス
活性領域に存在する重金属は、第1の多結晶シリコン膜
の上部に存在する酸素または窒素がドーピングされた領
域に優先的にゲッタリングされる。Therefore, the heavy metal present in the device active region near the gate oxide film is preferentially gettered by the oxygen or nitrogen doped region existing above the first polycrystalline silicon film.
【0039】このような状態で、ゲート電極のパターニ
ング、サイドウォール膜の形成後、拡散層およびゲート
電極の金属シリサイド化を行なうと、第1の多結晶シリ
コン膜の上部に存在する酸素、窒素またはハロゲンがド
ーピングされた領域にゲッタリングされていた重金属も
同時に金属シリサイド化され、ゲート電極に固着され
る。In this state, after the patterning of the gate electrode and the formation of the sidewall film, the diffusion layer and the gate electrode are subjected to metal silicidation, whereby the oxygen, nitrogen, or oxygen existing above the first polycrystalline silicon film is removed. The heavy metal gettered in the halogen-doped region is also converted to metal silicide at the same time, and is fixed to the gate electrode.
【0040】したがって、その後の熱処理工程で重金属
が再放出することはない。これらの方法を用いれば、重
金属がゲート酸化膜近傍やトレンチ容量素子近傍といっ
た基板表面の素子活性領域から効果的に除去されるた
め、ゲート酸化膜耐圧、電荷保持特性および接合リーク
特性などの劣化を抑制できる。Therefore, the heavy metal is not re-emitted in the subsequent heat treatment step. By using these methods, heavy metals are effectively removed from the element active region on the substrate surface such as near the gate oxide film or near the trench capacitance element, so that deterioration of the gate oxide film breakdown voltage, charge retention characteristics, junction leak characteristics, and the like is reduced. Can be suppressed.
【0041】次に、本発明の具体例を実施形態として図
面を用いて説明する。Next, a specific example of the present invention will be described as an embodiment with reference to the drawings.
【0042】(実施形態1)図1〜図5は、本発明の実
施形態1に係る半導体装置の製造方法をゲート電極の形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 5 are sectional views showing a case in which a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention is applied to a step of forming a gate electrode.
【0043】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板100上にゲート酸化膜101を形成する。First, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film 101 is formed on a silicon substrate 100.
【0044】次に、図1(b)に示すように、ゲート酸
化膜101上にゲート電極となる非晶質シリコン膜10
2を公知のCVD法を用いて形成する。Next, as shown in FIG. 1B, an amorphous silicon film 10 serving as a gate electrode is formed on the gate oxide film 101.
2 is formed using a known CVD method.
【0045】引続いて、図2(c)に示すように、非晶
質シリコン膜102上にシリコン酸化膜103を公知の
CVD法を用いて形成する。Subsequently, as shown in FIG. 2C, a silicon oxide film 103 is formed on the amorphous silicon film 102 by using a known CVD method.
【0046】さらに、図2(d)に示すように、シリコ
ン酸化膜103上にフォトレジスト104を塗布し、公
知のフォトリソグラフィー技術を用いてゲート電極のパ
ターニングを行なう。Further, as shown in FIG. 2D, a photoresist 104 is applied on the silicon oxide film 103, and the gate electrode is patterned by using a known photolithography technique.
【0047】次に、図3(e)に示すように、フォトレ
ジスト104をマスクとして、不要なシリコン酸化膜1
03を公知のドライエッチング技術を用いて除去し、シ
リコン酸化膜103からなるシリコン酸化膜パターン1
05を形成する。Next, as shown in FIG. 3E, the unnecessary silicon oxide film 1 is
03 is removed using a known dry etching technique, and a silicon oxide film pattern 1 composed of a silicon oxide film 103 is removed.
05 is formed.
【0048】引続いて、フォトレジスト104を除去し
た後、図3(f)に示すように、シリコン酸化膜パター
ン105をマスクとして、非晶質シリコン膜102に酸
素イオン106を注入し、非晶質シリコン膜102中に
高濃度酸素注入領域107を形成する。Subsequently, after the photoresist 104 is removed, oxygen ions 106 are implanted into the amorphous silicon film 102 using the silicon oxide film pattern 105 as a mask, as shown in FIG. A high-concentration oxygen implantation region 107 is formed in the high-quality silicon film 102.
【0049】酸素イオン106の注入ドーズ量は、1×
1015/cm2〜1×1017/cm2の濃度範囲であり、
好ましくは1×1016/cm2で注入する。また、注入
エネルギーは、酸素イオン106が非晶質シリコン膜1
02を突き抜けてしまわないようなエネルギー値に設定
すればよく、例えば、非晶質シリコン膜102の膜厚が
0.2μmの場合、注入エネルギーは40〜60KeV
の範囲に設定すればよい。The implantation dose of oxygen ions 106 is 1 ×
A concentration range of 10 15 / cm 2 to 1 × 10 17 / cm 2 ,
Preferably, implantation is performed at 1 × 10 16 / cm 2 . The implantation energy is such that the oxygen ions 106
02 may be set to an energy value so as not to penetrate through. For example, when the thickness of the amorphous silicon film 102 is 0.2 μm, the implantation energy is 40 to 60 KeV.
May be set in the range.
【0050】次に、図4(g)に示すように、非晶質シ
リコン膜102を窒素雰囲気中で熱処理し、多結晶シリ
コン膜にする。Next, as shown in FIG. 4G, the amorphous silicon film 102 is heat-treated in a nitrogen atmosphere to form a polycrystalline silicon film.
【0051】その熱処理条件としては、例えば950℃
で30分程度行なう。このとき、高濃度酸素注入領域1
07は、シリコン酸化膜105によってマスクされた非
酸素注入領域に比べ、その結晶粒径が小さくなり、ゲッ
タリングサイトとなる結晶粒界の密度が増加するため、
ゲッタリング能力が向上する。The heat treatment conditions are, for example, 950 ° C.
For about 30 minutes. At this time, the high-concentration oxygen injection region 1
07 has a smaller crystal grain size and a higher density of crystal grain boundaries serving as gettering sites as compared with the non-oxygen implanted region masked by the silicon oxide film 105.
Gettering ability is improved.
【0052】従って、ゲート酸化膜101や基板表面近
傍の素子活性領域108に存在する重金属109(図4
(h))は図5(i)に示すように、多結晶シリコン膜
102中の高濃度酸素注入領域107に選択的にゲッタ
リングされる。Therefore, the heavy metal 109 (FIG. 4) existing in the gate oxide film 101 and the element active region 108 near the substrate surface.
5H is selectively gettered in the high-concentration oxygen implantation region 107 in the polycrystalline silicon film 102, as shown in FIG.
【0053】引き続いて、図5(j)に示すように、シ
リコン酸化膜パターン105をマスクとして、多結晶シ
リコン膜102を公知のドライエッチング技術を用いて
除去し、ゲート電極110を形成する。Subsequently, as shown in FIG. 5J, using the silicon oxide film pattern 105 as a mask, the polycrystalline silicon film 102 is removed by a known dry etching technique to form a gate electrode 110.
【0054】図6は、本発明の実施形態1に係る製造方
法を用いて形成した半導体素子における重金属分布を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing a heavy metal distribution in a semiconductor device formed by using the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
【0055】図6から明らかなように、シリコン酸化膜
105にマスクされて酸素イオン106が注入されない
領域(図6の(a))には、ほとんど重金属が存在しな
いのに対して、酸素イオン106が注入された領域(図
6の(b))では、多結晶シリコン膜中に重金属が存在
していることが分かる。As is clear from FIG. 6, in the region (FIG. 6 (a)) where the oxygen ions 106 are not implanted because of being masked by the silicon oxide film 105, there is almost no heavy metal. It can be seen that heavy metal exists in the polycrystalline silicon film in the region (FIG. 6 (b)) into which is implanted.
【0056】本発明の実施形態1によれば、重金属10
9を多く含んだ高濃度酸素注入領域108が除去されて
残留した多結晶シリコン膜、すなわちゲート電極110
には、重金属がほとんど存在しない。According to the first embodiment of the present invention, the heavy metal 10
Polycrystalline silicon film remaining after the high-concentration oxygen implantation region 108 containing a large amount of
Has almost no heavy metals.
【0057】したがって、図5(j)に続く後工程の半
導体素子製造工程における各種の熱処理によってゲート
電極110にゲッタリングされた重金属が再放出するこ
とがなくなるため、ゲート酸化膜110の耐圧特性や接
合リーク特性の劣化を防止することができる。Therefore, since the heavy metal gettered on the gate electrode 110 is not re-emitted by various heat treatments in the subsequent semiconductor device manufacturing process following FIG. 5J, the breakdown voltage characteristics of the gate oxide film 110 and Deterioration of junction leak characteristics can be prevented.
【0058】なお、本発明の実施形態1では、ゲート電
極110の形成時にシリコン酸化膜をマスクとして多結
晶シリコンをドライエッチングで除去しているが、この
シリコン酸化膜の存在が後工程において不都合を生じる
場合は、酸素イオン注入+結晶化熱処理を行なった後
に、一旦シリコン酸化膜をウェットエッチングによって
除去し、その後、改めてフォトレジストによってマスク
パターンを形成するようにしてもよい。In the first embodiment of the present invention, the polycrystalline silicon is removed by dry etching using the silicon oxide film as a mask when the gate electrode 110 is formed. However, the presence of this silicon oxide film causes inconvenience in later steps. If this occurs, the silicon oxide film may be removed once by wet etching after performing oxygen ion implantation + crystallization heat treatment, and then a mask pattern may be formed again using photoresist.
【0059】(実施形態2)図7〜図10は、本発明の
実施形態2に係る半導体装置の製造方法をトレンチ容量
電極の形成工程に適用した場合を工程順に示す断面図で
ある。(Embodiment 2) FIGS. 7 to 10 are sectional views showing the order of steps in a case where a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied to a step of forming a trench capacitor electrode.
【0060】本発明の実施形態2に係る半導体装置の製
造方法では、まず、図7(a)に示すように、シリコン
基板300上にフォトレジスト301を塗布し、公知の
リソグラフィー技術を用いてトレンチ形成のためのパタ
ーニングを行なう。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 7A, a photoresist 301 is applied on a silicon substrate 300, and trenches are formed by using a known lithography technique. Patterning for formation is performed.
【0061】次に、図7(b)に示すように、公知のド
ライエッチング技術を用いて、フォトレジスト301を
マスクとして、シリコン基板300にトレンチ302を
形成する。Next, as shown in FIG. 7B, a trench 302 is formed in the silicon substrate 300 using a photoresist 301 as a mask by a known dry etching technique.
【0062】引き続いて、フォトレジスト301を除去
した後、図8(c)に示すように、シリコン基板300
を熱酸化処理し、トテンチ302の表層にトレンチ容量
絶縁膜303を形成する。Subsequently, after the photoresist 301 is removed, as shown in FIG.
Is thermally oxidized to form a trench capacitance insulating film 303 on the surface of the torch 302.
【0063】次に、図8(d)に示すように、トテンチ
容量絶縁膜303上に容量電極となる非晶質シリコン膜
304を形成する。Next, as shown in FIG. 8D, an amorphous silicon film 304 serving as a capacitance electrode is formed on the torch capacitance insulating film 303.
【0064】さらに、図9(e)に示すように、非晶質
シリコン膜304の表面部に酸素イオン305を注入
し、高濃度酸素注入領域306を形成する。Further, as shown in FIG. 9E, oxygen ions 305 are implanted into the surface of the amorphous silicon film 304 to form a high-concentration oxygen implanted region 306.
【0065】続いて、図9(f)に示すように、シリコ
ン基板300に熱処理を施し、非晶質シリコン膜304
を多結晶シリコン膜307に変換する。Subsequently, as shown in FIG. 9F, a heat treatment is performed on the silicon substrate 300 to form an amorphous silicon film 304.
Is converted to a polycrystalline silicon film 307.
【0066】この熱処理は、例えば、窒素雰囲気中、9
50℃の温度で30分間行なう。このとき、高酸素濃度
注入領域306は、微細な結晶粒を有する多結晶シリコ
ン膜308に変換されるため、トレンチ容量部のシリコ
ン基板表面近傍に存在する重金属309(図10
(g))は、微細な結晶粒を有する多結晶シリコン膜3
08に優先的にゲッタリングされる(図10(h))。This heat treatment is performed, for example, in a nitrogen atmosphere at 9
Perform at a temperature of 50 ° C. for 30 minutes. At this time, since the high oxygen concentration implantation region 306 is converted into the polycrystalline silicon film 308 having fine crystal grains, the heavy metal 309 (FIG. 10) existing near the silicon substrate surface in the trench capacitance portion is formed.
(G)) shows a polycrystalline silicon film 3 having fine crystal grains.
08 is preferentially obtained (FIG. 10 (h)).
【0067】次に、図10(i)に示すように、微細な
結晶粒を有する多結晶シリコン膜308をエッチングに
より除去する。Next, as shown in FIG. 10I, the polycrystalline silicon film 308 having fine crystal grains is removed by etching.
【0068】本発明の実施形態2によれば、残留した多
結晶シリコン膜307は、図10(i)に続く後工程で
の熱処理工程によって重金属を放出することはなく、こ
の多結晶シリコン膜307をトレンチ容量電極として用
いれば、電荷保持特性の劣化を防止することができる。According to the second embodiment of the present invention, the remaining polycrystalline silicon film 307 does not emit heavy metals in a heat treatment step in the subsequent step following FIG. Is used as a trench capacitor electrode, it is possible to prevent the charge retention characteristics from deteriorating.
【0069】(実施形態3)図11〜図13は、本発明
の実施形態3に係る半導体装置の製造方法をトレンチ容
量電極の形成工程に適用した場合を工程順に示す断面図
である。(Embodiment 3) FIGS. 11 to 13 are sectional views showing a case in which a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention is applied to a step of forming a trench capacitor electrode in the order of steps.
【0070】本発明の実施形態3に係る半導体装置の製
造方法は、図7(a)〜(c)に示される段階までは、
実施形態2と同様な工程で行われる。The method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes the steps up to the stage shown in FIGS.
This is performed in the same steps as in the second embodiment.
【0071】実施形態2では、図8(d)及び(e)に
示す工程段階にて、シリコン基板上に非晶質シリコン膜
を形成した後、酸素イオン注入を行なっている。In the second embodiment, oxygen ions are implanted after forming an amorphous silicon film on a silicon substrate in the process steps shown in FIGS. 8D and 8E.
【0072】これに対して、本発明の実施形態3では、
図11(a)に示すように、シリコン基板400上に第
1の非晶質シリコン膜404をCVD法により形成す
る。On the other hand, in the third embodiment of the present invention,
As shown in FIG. 11A, a first amorphous silicon film 404 is formed on a silicon substrate 400 by a CVD method.
【0073】続けて、図11(b)に示すように、第1
の非晶質シリコン膜404上に、CVD法を用いて酸素
がドーピングされた第2の非晶質シリコン膜406を形
成する。Subsequently, as shown in FIG.
A second amorphous silicon film 406 doped with oxygen is formed on the amorphous silicon film 404 by using the CVD method.
【0074】第2の非晶質シリコン膜406は、SiH
4+N2Oの混合ガスを用いて、550℃程度の温度で成
長させる。ガスの混合比は、SiH4の分圧が60pa
に対してN2Oの分圧が3.0paで行なう。The second amorphous silicon film 406 is made of SiH
Growth is performed at a temperature of about 550 ° C. using a mixed gas of 4 + N 2 O. The gas mixture ratio was such that the partial pressure of SiH 4 was 60 pa.
At a partial pressure of N 2 O of 3.0 pa.
【0075】引き続いて、図12(c)に示すように、
シリコン基板400に窒素雰囲気中、950℃で30分
の熱処理を施し、第1の非晶質シリコン膜404および
第2の非晶質シリコン膜406を結晶化して、多結晶シ
リコン膜にする。Subsequently, as shown in FIG.
A heat treatment is performed on the silicon substrate 400 at 950 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to crystallize the first amorphous silicon film 404 and the second amorphous silicon film 406 to form a polycrystalline silicon film.
【0076】このとき、酸素がドーピングされている第
2の非晶質シリコン膜406は、平均結晶粒径15nm
の第2の多結晶シリコン膜408に、酸素がドーピング
されていない第1の非晶質シリコン膜404は平均結晶
粒径200nmの第1の多結晶シリコン膜407にな
る。At this time, the second amorphous silicon film 406 doped with oxygen has an average crystal grain size of 15 nm.
The first amorphous silicon film 404 in which the second polycrystalline silicon film 408 is not doped with oxygen becomes a first polycrystalline silicon film 407 having an average crystal grain size of 200 nm.
【0077】このとき、トレンチ近傍に存在する重金属
409(図12(d))は、図13(e)に示すよう
に、ゲッタリングサイトとなる結晶粒界の密度が増大し
てゲッタリング能力が向上した第2の多結晶シリコン膜
408に優先的にゲッタリングされる。At this time, as shown in FIG. 13E, the heavy metal 409 (FIG. 12D) existing in the vicinity of the trench has an increased gettering ability due to an increase in the density of crystal grain boundaries serving as gettering sites. Gettering is preferentially performed on the improved second polycrystalline silicon film 408.
【0078】引き続いて、図13(f)に示すように、
第2の多結晶シリコン膜408を除去する。Subsequently, as shown in FIG.
The second polycrystalline silicon film 408 is removed.
【0079】その結果、実施形態2と同様に、重金属汚
染の少ないトレンチ容量素子及びデバイス活性領域を形
成することができる。As a result, similarly to the second embodiment, a trench capacitance element and a device active region with less heavy metal contamination can be formed.
【0080】(実施形態4)図14〜図19は、本発明
の実施形態4に係る半導体装置の製造方法をゲート電極
形成工程及びソース・ドレイン領域形成工程に適用した
場合を工程順に示す断面図である。(Embodiment 4) FIGS. 14 to 19 are sectional views showing a case where a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention is applied to a step of forming a gate electrode and a step of forming source / drain regions. It is.
【0081】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製
造方法では図14(a)に示すように、シリコン基板5
00上にゲート酸化膜501を形成する。In the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG.
A gate oxide film 501 is formed on the substrate.
【0082】次に、図14(b)に示すように、ゲート
酸化膜上501に非晶質シリコン膜502を公知のCV
D技術を用いて約0.25μm程度形成する。Next, as shown in FIG. 14B, an amorphous silicon film 502 is formed on the gate oxide film 501 by a known CV method.
It is formed to a thickness of about 0.25 μm using D technology.
【0083】続いて、図15(c)に示すように、非晶
質シリコン膜502の表面に酸素イオン503をイオン
注入し、高濃度酸素領域504を形成する。Subsequently, as shown in FIG. 15C, oxygen ions 503 are implanted into the surface of the amorphous silicon film 502 to form a high-concentration oxygen region 504.
【0084】ここで、酸素イオン注入の注入エネルギー
は、10〜20KeVのエネルギー範囲に設定され、好
ましくは15KeVで注入する。また、注入ドーズ量
は、1×1015/cm2〜1×1017/cm2の濃度範囲
に設定され、好ましくは1×1016/cm2で注入す
る。Here, the implantation energy of the oxygen ion implantation is set in the energy range of 10 to 20 KeV, preferably at 15 KeV. Further, the implantation dose is set in a concentration range of 1 × 10 15 / cm 2 to 1 × 10 17 / cm 2 , preferably, at 1 × 10 16 / cm 2 .
【0085】引き続いて、図15(d)に示すように、
シリコン基板500に対して950℃で30分間、窒素
雰囲気中の熱処理を施し、非晶質シリコン502を多結
晶シリコン膜505にする。Subsequently, as shown in FIG.
The silicon substrate 500 is subjected to a heat treatment at 950 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to turn the amorphous silicon 502 into a polycrystalline silicon film 505.
【0086】このとき、高濃度酸素注入領域504は、
酸素が注入されていない領域に比べて、結晶粒の成長が
抑制されるため、微細な結晶粒をもつ多結晶シリコン膜
506になる。At this time, the high-concentration oxygen implantation region 504 is
Since the growth of crystal grains is suppressed as compared with a region into which oxygen is not implanted, a polycrystalline silicon film 506 having fine crystal grains is obtained.
【0087】その結果、この領域では、ゲッタリングサ
イトとなる結晶粒界の密度が増加するため、ゲッタリン
グ能力が向上する。As a result, in this region, the density of the crystal grain boundary serving as a gettering site increases, so that the gettering ability is improved.
【0088】したがって、ゲート酸化膜501や素子活
性領域507に存在する重金属508(図15(d))
は図16(e)に示すように、ゲート電極となる多結晶
シリコン膜505の最上部に存在する微細な結晶粒をも
つ多結晶シリコン膜506に優先的にゲッタリングされ
る。このときの半導体素子中の重金属分布を図20に示
す。Therefore, heavy metal 508 existing in gate oxide film 501 and element active region 507 (FIG. 15D)
As shown in FIG. 16E, gettering is preferentially performed on the polycrystalline silicon film 506 having fine crystal grains existing at the uppermost portion of the polycrystalline silicon film 505 serving as a gate electrode. FIG. 20 shows the distribution of heavy metals in the semiconductor element at this time.
【0089】次に、図16(f)に示すように、多結晶
シリコン膜505上にフォトレジスト509を塗布し、
公知のフォトリソグラフィー技術を用いてゲート電極の
パターニングを行なう。Next, as shown in FIG. 16F, a photoresist 509 is applied on the polycrystalline silicon film 505,
The gate electrode is patterned using a known photolithography technique.
【0090】次に、図17(g)に示すように、フォト
レジスト509をマスクとして、多結晶シリコン膜50
5を公知のドライエッチング技術を用いて除去し、ゲー
ト電極510を形成する。Next, as shown in FIG. 17 (g), the polysilicon film 50 is
5 is removed using a known dry etching technique, and a gate electrode 510 is formed.
【0091】さらに、図17(h)に示すように、ゲー
ト電極510上に公知のCVD技術を用いてシリコン酸
化膜511を形成する。Further, as shown in FIG. 17H, a silicon oxide film 511 is formed on the gate electrode 510 by using a known CVD technique.
【0092】次に、図18(i)に示すように、公知の
ドライエッチングを用いてシリコン酸化膜511をエッ
チバックし、ゲート電極510にサイドウォール512
を形成する。Next, as shown in FIG. 18I, the silicon oxide film 511 is etched back using a known dry etching, and the side wall 512 is formed on the gate electrode 510.
To form
【0093】さらに、図18(j)に示すように、公知
のスパッタ法によりチタン膜513をシリコン基板50
0の表面に被着する。Further, as shown in FIG. 18J, a titanium film 513 is formed on the silicon substrate 50 by a known sputtering method.
0 surface.
【0094】次に、図19(k)に示すように、シリコ
ン基板500を窒素雰囲気中で加熱し、拡散層上および
ゲート電極上のチタン膜513をシリサイド化する。Next, as shown in FIG. 19K, the silicon substrate 500 is heated in a nitrogen atmosphere to silicide the titanium film 513 on the diffusion layer and the gate electrode.
【0095】最後に、拡散層とゲート電極以外の部分に
残る未反応チタン514をウェットエッチングで選択的
に除去し、図19(l)に示すように、サリサイド構造
を形成する。Finally, unreacted titanium 514 remaining in portions other than the diffusion layer and the gate electrode is selectively removed by wet etching to form a salicide structure as shown in FIG.
【0096】本発明の実施形態4によれば、重金属が優
先的にゲッタリングされていた第2の多結晶シリコン膜
は、チタンと反応してシリサイド化するため、ゲッタリ
ングされた重金属は、ゲート電極表面のシリサイド膜中
に固着される。According to the fourth embodiment of the present invention, the second polycrystalline silicon film to which the heavy metal has been preferentially gettered reacts with titanium to be silicided. It is fixed in the silicide film on the electrode surface.
【0097】したがって、図19(l)に続く後工程の
熱処理によってゲート酸化膜や素子活性領域に重金属が
再放出することはなくなり、ゲート酸化膜の耐圧特性や
接合リーク特性の劣化を防止することができる。Therefore, the heavy metal is not re-emitted to the gate oxide film or the active region of the element by the heat treatment in the post-process subsequent to FIG. Can be.
【0098】(実施形態5)図21〜図22は、本発明
の実施形態5に係る半導体装置の製造方法をゲート電極
形成工程及びソース・ドレイン領域形成工程に適用した
場合を工程順に示す断面図である。(Embodiment 5) FIGS. 21 to 22 are sectional views showing, in order of process, a case where a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step. It is.
【0099】本発明の実施形態5に係る半導体装置の製
造方法では、図14(a)〜(b)に示される段階まで
は、実施形態2と同様な工程で行われる。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, steps similar to those of the second embodiment are performed up to the steps shown in FIGS.
【0100】実施形態4では、図15(c)に示す工程
段階で、シリコン基板上に非晶質シリコン膜を形成した
後、酸素イオン注入を行なっている。In the fourth embodiment, in the process step shown in FIG. 15C, an oxygen ion implantation is performed after an amorphous silicon film is formed on a silicon substrate.
【0101】本発明の実施形態5に係る半導体装置の製
造方法では、図21(a)に示すように、シリコン基板
700上に形成した第1の非晶質シリコン膜702上
に、酸素がドーピングされた第2の非晶質シリコン膜7
04を形成する。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 21A, oxygen is doped on a first amorphous silicon film 702 formed on a silicon substrate 700. Second amorphous silicon film 7
04 is formed.
【0102】第2の非晶質シリコン膜704は、SiH
4+N2Oの混合ガスを用いて、550℃程度の温度で成
長させる。ガスの混合比は、SiH4の分圧が60pa
に対してN2Oの分圧が3.0paで行なう。The second amorphous silicon film 704 is made of SiH
It is grown at a temperature of about 550 ° C. using a mixed gas of 4 + N 2 O. The gas mixture ratio was such that the partial pressure of SiH 4 was 60 pa.
At a partial pressure of N 2 O of 3.0 pa.
【0103】引き続いて、図21(b)に示すように、
シリコン基板700に窒素雰囲気中、950℃で30分
の熱処理を施し、第1の非晶質シリコン膜702および
第2の非晶質シリコン膜704を結晶化して多結晶シリ
コン膜にする。Subsequently, as shown in FIG.
A heat treatment is performed on the silicon substrate 700 at 950 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to crystallize the first amorphous silicon film 702 and the second amorphous silicon film 704 into a polycrystalline silicon film.
【0104】このとき、酸素がドーピングされている第
2の非晶質シリコン膜704は平均結晶粒径15nmの
第2の多結晶シリコン膜706に、酸素がドーピングさ
れていない第1の非晶質シリコン膜702は平均結晶粒
径200nmの第1の多結晶シリコン膜705になる。At this time, the second amorphous silicon film 704 doped with oxygen is formed by adding a second amorphous silicon film 706 having an average crystal grain size of 15 nm to the first amorphous silicon film undoped with oxygen. The silicon film 702 becomes a first polycrystalline silicon film 705 having an average crystal grain size of 200 nm.
【0105】その結果、結晶粒径の小さい第2の多結晶
シリコン膜706では、ゲッタリングサイトとなる結晶
粒界の密度が増大するため、ゲッタリング能力が向上す
る。したがって、ゲート酸化膜近傍の素子活性領域70
7に存在する重金属708(図22(c))は、図22
(d)に示すように、第2の多結晶シリコン膜706中
に選択的にゲッタリングされる。As a result, in the second polycrystalline silicon film 706 having a small crystal grain size, the density of the crystal grain boundary serving as a gettering site is increased, so that the gettering ability is improved. Therefore, the device active region 70 near the gate oxide film
The heavy metal 708 (FIG. 22 (c)) existing in FIG.
As shown in (d), gettering is selectively performed in the second polysilicon film 706.
【0106】その後、実施形態4に示したゲート電極パ
ターン形成工程、すなわち図16(f)から図19
(l)に示した工程を経ることにより、重金属が優先的
にゲッタリングされていた第2の多結晶シリコン膜70
6はチタンと反応してシリサイド化するため、ゲッタリ
ングされた重金属は、ゲート電極表面のシリサイド膜中
に固着される。Thereafter, the gate electrode pattern forming step shown in the fourth embodiment, that is, from FIG.
Through the step shown in (l), the second polycrystalline silicon film 70 in which the heavy metal was preferentially gettered is obtained.
Since 6 reacts with titanium to form silicide, the gettered heavy metal is fixed in the silicide film on the surface of the gate electrode.
【0107】したがって、その後の熱処理によってゲー
ト酸化膜や素子活性領域に重金属が再放出することはな
くなり、ゲート酸化膜の耐圧特性や接合リーク特性の劣
化を防ぐことができる。Therefore, the heavy metal does not re-emit to the gate oxide film or the active region of the element due to the subsequent heat treatment, so that the breakdown voltage characteristics and the junction leak characteristics of the gate oxide film can be prevented from deteriorating.
【0108】なお、上述した5つの実施形態では、ゲッ
タリング領域形成すなわち微細な結晶粒をもつ多結晶シ
リコン膜形成のために導入する不純物元素として酸素を
用いているが、窒素を用いることも可能であり、導電型
を決定しない不純物元素は、酸素、窒素またはハロゲン
元素の中から適宜選択して用いればよい。In the above-described five embodiments, oxygen is used as an impurity element introduced for forming the gettering region, that is, for forming a polycrystalline silicon film having fine crystal grains. However, nitrogen can also be used. The impurity element whose conductivity type is not determined may be appropriately selected from oxygen, nitrogen, or a halogen element.
【0109】また、素子領域としては、ゲート電極及び
トレンチ容量電極の場合を説明したが、これ以外のもの
でもよい。Although the case where the element region is the gate electrode and the trench capacitor electrode has been described, other regions may be used.
【0110】[0110]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体装置のゲート電極やトレンチ容量電極等の素子領域
を形成する方法において、結晶化熱処理時における素子
領域の結晶粒の成長を抑制し、素子領域以外での結晶粒
界の密度増大によって、重金属が優先的に素子領域以外
の領域にゲッタリングされ、その領域を除去するか、も
しくはシリサイド化して重金属を固着するため、ゲッタ
リングされた重金属がその後の熱処理工程で素子領域に
再放出するのを防止することができる。As described above, according to the present invention, in a method for forming an element region such as a gate electrode or a trench capacitance electrode of a semiconductor device, growth of crystal grains in the element region during crystallization heat treatment is suppressed. Due to the increase in the density of the crystal grain boundaries outside the element region, the heavy metal was preferentially gettered to the region other than the element region, and the region was removed or silicided to fix the heavy metal and gettered. The heavy metal can be prevented from being re-emitted to the element region in a subsequent heat treatment step.
【0111】したがって、本発明を用いることにより、
ゲート酸化膜の初期耐圧特性やTDDB特性、電荷保持
特性及び接合リーク特性等の半導体デバイスの電気特性
劣化を防止することができ、半導体装置の特性及び製造
歩留まりを向上させることができる。Therefore, by using the present invention,
It is possible to prevent the electrical characteristics of the semiconductor device from deteriorating, such as the initial withstand voltage characteristic, the TDDB characteristic, the charge retention characteristic, and the junction leakage characteristic of the gate oxide film, and to improve the characteristics of the semiconductor device and the production yield.
【図1】本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方
法をゲート電極の形成工程に適用した場合を工程順に示
す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a case where a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention is applied to a step of forming a gate electrode in the order of steps.
【図2】本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方
法をゲート電極の形成工程に適用した場合を工程順に示
す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is applied to a step of forming a gate electrode in the order of steps.
【図3】本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方
法をゲート電極の形成工程に適用した場合を工程順に示
す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the order of steps in a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is applied to a gate electrode forming step;
【図4】本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方
法をゲート電極の形成工程に適用した場合を工程順に示
す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention is applied to a step of forming a gate electrode.
【図5】本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方
法をゲート電極の形成工程に適用した場合を工程順に示
す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is applied to a step of forming a gate electrode in the order of steps.
【図6】本発明の実施形態1に係る製造方法を用いて形
成した半導体素子における重金属分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing heavy metal distribution in a semiconductor device formed by using the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施形態2に係る半導体装置の製造方
法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工程
順に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied to a process of forming a trench capacitor electrode.
【図8】本発明の実施形態2に係る半導体装置の製造方
法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工程
順に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied to a process of forming a trench capacitor electrode.
【図9】本発明の実施形態2に係る半導体装置の製造方
法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工程
順に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied to a process of forming a trench capacitor electrode.
【図10】本発明の実施形態2に係る半導体装置の製造
方法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工
程順に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied to a process of forming a trench capacitor electrode.
【図11】本発明の実施形態3に係る半導体装置の製造
方法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工
程順に示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view illustrating a case where the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is applied to a process of forming a trench capacitor electrode in the order of processes.
【図12】本発明の実施形態3に係る半導体装置の製造
方法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工
程順に示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is applied to a step of forming a trench capacitor electrode in the order of steps.
【図13】本発明の実施形態3に係る半導体装置の製造
方法をトレンチ容量電極の形成工程に適用した場合を工
程順に示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention is applied to a process of forming a trench capacitor electrode.
【図14】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図15】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step in the order of steps.
【図16】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図17】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図18】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図19】本発明の実施形態4に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図20】本発明の実施形態4に係る製造方法を用いて
形成した半導体素子における重金属分布を示す図であ
る。FIG. 20 is a diagram showing heavy metal distribution in a semiconductor device formed by using the manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.
【図21】本発明の実施形態5に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図22】本発明の実施形態5に係る半導体装置の製造
方法をゲート電極形成工程及びソース・ドレイン領域形
成工程に適用した場合を工程順に示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing, in order of process, a case where the method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention is applied to a gate electrode forming step and a source / drain region forming step.
【図23】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。FIG. 23 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example in the order of steps.
【図24】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。FIG. 24 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example in the order of steps.
【図25】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図である。FIG. 25 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a conventional example in the order of steps.
100 シリコン基板 101 ゲート酸化膜 102非晶質シリコン膜 103 シリコン酸化膜 104 フォトレジスト 105 シリコン酸化膜マスク 106 酸素イオン 107 高濃度酸素注入領域 108素子活性領域 109 重金属 110 ゲート電極 300 シリコン基板 301 フォトレジスト 302 トレンチ 303 容量絶縁膜 304 非晶質シリコン膜 305 酸素イオン 306 高濃度酸素注入領域 307 多結晶シリコン膜 308 微細な結晶粒を有する多結晶シリコン膜 309 重金属 400 シリコン基板 403 容量絶縁膜 404 第1の非晶質シリコン膜 406 第2の非晶質シリコン膜 407 第1の多結晶シリコン膜 408 第2の多結晶シリコン膜 409 重金属 500 シリコン基板 501 ゲート酸化膜 502 非晶質シリコン膜 503 酸素イオン 504 高濃度酸素注入領域 505 多結晶シリコン 506 微細な結晶粒をもつ多結晶シリコン 507 素子活性領域 508 重金属 509 フォトレジスト 510 ゲート電極 511 シリコン酸化膜 512 サイドウォール 513 チタン膜 514 未反応チタン膜 700 シリコン基板 701 ゲート酸化膜 702 第1の非晶質シリコン膜 704 第2の非晶質シリコン膜 705 第1の多結晶シリコン 706 第2の多結晶シリコン 707 素子活性領域 708 重金属 REFERENCE SIGNS LIST 100 silicon substrate 101 gate oxide film 102 amorphous silicon film 103 silicon oxide film 104 photoresist 105 silicon oxide film mask 106 oxygen ions 107 high-concentration oxygen implantation region 108 element active region 109 heavy metal 110 gate electrode 300 silicon substrate 301 photoresist 302 Trench 303 Capacitance insulating film 304 Amorphous silicon film 305 Oxygen ion 306 High-concentration oxygen implanted region 307 Polycrystalline silicon film 308 Polycrystalline silicon film having fine crystal grains 309 Heavy metal 400 Silicon substrate 403 Capacitive insulating film 404 First non-structure Crystalline silicon film 406 second amorphous silicon film 407 first polycrystalline silicon film 408 second polycrystalline silicon film 409 heavy metal 500 silicon substrate 501 gate oxide film 502 amorphous silicon film Film 503 oxygen ions 504 high-concentration oxygen implantation region 505 polycrystalline silicon 506 polycrystalline silicon having fine crystal grains 507 device active region 508 heavy metal 509 photoresist 510 gate electrode 511 silicon oxide film 512 sidewall 513 titanium film 514 unreacted Titanium film 700 silicon substrate 701 gate oxide film 702 first amorphous silicon film 704 second amorphous silicon film 705 first polycrystalline silicon 706 second polycrystalline silicon 707 element active region 708 heavy metal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−109737(JP,A) 特開 平7−201873(JP,A) 特開 平1−243549(JP,A) 特開 平5−75045(JP,A) 特開 平9−17998(JP,A) 特開 昭62−285470(JP,A) 特開 平5−129219(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/322 H01L 21/28 301 H01L 29/78 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-109737 (JP, A) JP-A-7-201873 (JP, A) JP-A-1-243549 (JP, A) JP-A-5-2018 75045 (JP, A) JP-A-9-17998 (JP, A) JP-A-62-285470 (JP, A) JP-A-5-129219 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/322 H01L 21/28 301 H01L 29/78
Claims (4)
る工程と、前記ゲート酸化膜上に非晶質シリコン膜を形
成する工程と、前記非晶質シリコン膜上にシリコン酸化
膜からなるマスクパターンを形成する工程と、前記非晶
質シリコン膜にその導電型を決定しない不純物元素イオ
ンをイオン注入をする工程と、前記シリコン基板を熱処
理することによって前記非晶質シリコン膜を多結晶シリ
コン膜に変換する工程と、前記導電型を決定しない不純
物元素がイオン注入された多結晶シリコン膜をドライエ
ッチングにより除去してゲート電極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。 1. A forming a silicon substrate on a gate oxide film, a step of forming an amorphous silicon film on the gate oxide film, a mask pattern of a silicon oxide film on the amorphous silicon film Forming an amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film by heat-treating the silicon substrate by implanting an impurity element ion whose conductivity type is not determined into the amorphous silicon film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: converting a polycrystalline silicon film into which an impurity element whose conductivity type is not determined is ion-implanted by dry etching to form a gate electrode.
と、前記シリコン基板に非晶質シリコン膜を形成して前
記トレンチを充填する工程と、前記非晶質シリコン膜の
表面部にその導電型を決定しない不純物元素をイオン注
入する工程と、前記シリコン基板を熱処理することによ
って前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換す
る工程と、前記シリコン基板表面上に存在する前記多結
晶シリコン膜を除去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. A step of forming a trench in a silicon substrate, a step of forming an amorphous silicon film in the silicon substrate and filling the trench, and a step of forming a conductivity type on a surface portion of the amorphous silicon film. Implanting an impurity element that is not determined, converting the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film by heat-treating the silicon substrate, and removing the polycrystalline silicon film present on the silicon substrate surface. Removing the semiconductor device.
と、前記シリコン基板に第1の非晶質シリコン膜を形成
し前記トレンチを充填する工程と、前記第1の非晶質シ
リコン膜上にその導電型を決定しない不純物元素が導入
された第2の非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記
シリコン基板を熱処理することによって前記第1および
第2の非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する
工程と、前記シリコン基板表面上に存在する多結晶化し
た前記第2の非晶質シリコン膜を除去する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 3. A step of forming a trench in a silicon substrate, a step of forming a first amorphous silicon film in the silicon substrate and filling the trench, and a step of forming a trench on the first amorphous silicon film. Forming a second amorphous silicon film into which an impurity element whose conductivity type is not determined is introduced, and heat-treating the silicon substrate to convert the first and second amorphous silicon films into a polycrystalline silicon film. And a step of removing the polycrystalline second amorphous silicon film existing on the surface of the silicon substrate.
る工程と、前記ゲート酸化膜上に第1の非晶質シリコン
膜を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜上にその導
電型を決定しない不純物元素が導入された第2の非晶質
シリコン膜を形成する工程と、前記シリコン基板を熱処
理することによって前記第1および2の非晶質シリコン
膜を多結晶シリコン膜に変換する工程と、前記多結晶シ
リコン膜をパターニングしゲート電極を形成する工程
と、前記シリコン基板の拡散層上およびゲート電極上に
金属シリサイド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。Forming a wherein a silicon substrate a gate oxide film on, forming a first amorphous silicon film on the gate oxide film, the conductivity type on said amorphous silicon film Forming a second amorphous silicon film into which an impurity element that is not determined is introduced, and converting the first and second amorphous silicon films into a polycrystalline silicon film by heat-treating the silicon substrate And forming a gate electrode by patterning the polycrystalline silicon film ; and forming a metal silicide on a diffusion layer and a gate electrode of the silicon substrate.
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