JP3350246B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3350246B2
JP3350246B2 JP23625794A JP23625794A JP3350246B2 JP 3350246 B2 JP3350246 B2 JP 3350246B2 JP 23625794 A JP23625794 A JP 23625794A JP 23625794 A JP23625794 A JP 23625794A JP 3350246 B2 JP3350246 B2 JP 3350246B2
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silicon layer
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に金属又は金属化合物の酸化を抑えつつ酸
化雰囲気における処理を行う工程を改良した半導体装置
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which a process in an oxidizing atmosphere while suppressing oxidation of a metal or a metal compound is improved.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、半導体装置の電極や配線としては
多結晶シリコンが広く用いられている。しかしながら、
半導体装置の高集積化、高速化に伴い電極や配線の抵抗
による信号伝達遅延が重大な問題となってきている。特
に、大容量、高集積化が進展しているMOSLSIの分
野では、ゲート電極に使用されている多結晶シリコンは
第1層配線と共用になるので、ここでの抵抗値が半導体
装置の高速動作の障害となっている。
2. Description of the Related Art At present, polycrystalline silicon is widely used as electrodes and wirings of semiconductor devices. However,
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated and operate at higher speeds, signal transmission delay due to resistance of electrodes and wirings has become a serious problem. In particular, in the field of MOS LSI in which large capacity and high integration are progressing, the polycrystalline silicon used for the gate electrode is shared with the first layer wiring. Has become an obstacle.

【0003】このようなことから、多結晶シリコンに代
わる電極配線材料として、熱的な安定性と電気的低抵抗
性を有する高融点金属のシリサイドが使用されつつあ
る。また、最近ではW、Mo等の高融点金属そのものを
ゲート電極として使用する試みもなされている。W、M
o等の高融点金属は、その電気抵抗率が多結晶シリコン
よりも2桁低く、またシリサイドの抵抗率の1/4〜1
/3であり、低抵抗の電極配線材料として有望視されて
いる。
For these reasons, silicide of a high melting point metal having thermal stability and electrical low resistance is being used as an electrode wiring material instead of polycrystalline silicon. Recently, attempts have been made to use a high melting point metal such as W or Mo as a gate electrode. W, M
A high melting point metal such as o has an electrical resistivity two orders of magnitude lower than that of polycrystalline silicon, and is 1/4 to 1 times lower than the resistivity of silicide.
/ 3, which is promising as a low-resistance electrode wiring material.

【0004】上述した高融点金属(例えばW)をゲート
電極の一構成材料として用いた半導体装置としては、従
来より図7(a)に示す構造のものが知られている。即
ち、図中の71はp型シリコン基板であり、この基板7
1には素子領域を電気的に分離するためのフィールド絶
縁膜72が形成されている。このフィールド絶縁膜72
で分離された基板71表面には、互いに電気的に分離さ
れたソース、ドレインとなるn+ 型拡散層73a、73
bが形成されている。これら拡散層73a、73b間の
チャネル領域を含む前記基板71表面上には、ゲート酸
化膜74を介して多結晶シリコン層75、窒化金属層
(例えばTiN層)76及びW層77からなるゲート電
極78が設けられている。なお、前記ゲート電極78を
構成する窒化金属層76はW層77の多結晶シリコン層
75に対する密着性を向上すると共に、W層77と多結
晶シリコン層75とが反応して抵抗率が1桁上昇するの
を防止する反応障壁層として作用する。
As a semiconductor device using the above-mentioned high melting point metal (for example, W) as a constituent material of a gate electrode, a semiconductor device having a structure shown in FIG. 7A is conventionally known. That is, reference numeral 71 in the figure denotes a p-type silicon substrate.
1, a field insulating film 72 for electrically isolating the element region is formed. This field insulating film 72
The n + -type diffusion layers 73a and 73 serving as a source and a drain electrically separated from each other
b is formed. On the surface of the substrate 71 including the channel region between the diffusion layers 73a and 73b, a gate electrode including a polycrystalline silicon layer 75, a metal nitride layer (for example, a TiN layer) 76 and a W layer 77 via a gate oxide film 74. 78 are provided. The metal nitride layer 76 constituting the gate electrode 78 improves the adhesion of the W layer 77 to the polycrystalline silicon layer 75, and the W layer 77 reacts with the polycrystalline silicon layer 75 to form a single digit resistivity. It acts as a reaction barrier layer that prevents it from rising.

【0005】ところで、従来より採用されている多結晶
シリコンゲート電極の形成工程では、5〜50nmとい
った薄いゲート酸化膜に対する欠陥やゲート電極のエッ
ジ形状に起因するゲート耐圧劣化を回復するために、酸
化雰囲気(例えば乾燥酸素)中で熱処理を行い、多結晶
シリコン層の露出面やソース、ドレイン領域となる基板
表面上にシリコン酸化層を新たに成長させる工程を行っ
ている。この工程は、ゲート後酸化工程と呼ばれてい
る。
In the process of forming a polycrystalline silicon gate electrode which has been conventionally employed, in order to recover a defect in a thin gate oxide film such as 5 to 50 nm and a gate breakdown voltage deterioration caused by an edge shape of the gate electrode, an oxide film is formed. A heat treatment is performed in an atmosphere (for example, dry oxygen) to perform a process of newly growing a silicon oxide layer on the exposed surface of the polycrystalline silicon layer and the substrate surface serving as the source and drain regions. This step is called a post-gate oxidation step.

【0006】しかしながら、一般にW、Mo等の高融点
金属等は酸化雰囲気中での熱処理において耐性がないた
め、前述した図7(a)に示すゲート電極構造に対して
従来のような後酸化工程を適用することができないとい
う問題があった。
However, since a high melting point metal such as W or Mo generally has no resistance to heat treatment in an oxidizing atmosphere, the gate electrode structure shown in FIG. There is a problem that can not be applied.

【0007】上記問題を解決する方法として、還元性気
体(例えば水素)及び酸化性気体(例えば水蒸気)を含
み、さらに窒素を含む気体を希釈用気体とした雰囲気中
で熱処理することで、ゲート電極を構成する金属層及び
窒化金属層の酸化を招くことなくシリコン酸化膜を形成
でき、ゲート耐圧を向上させることが可能なシリコン選
択酸化技術がよく知られている(特開平3−11976
3)。
As a method of solving the above problem, a gate electrode is formed by performing a heat treatment in an atmosphere containing a reducing gas (eg, hydrogen) and an oxidizing gas (eg, water vapor) and further containing nitrogen as a dilution gas. There is well known a silicon selective oxidation technique capable of forming a silicon oxide film without causing oxidation of a metal layer and a metal nitride layer constituting the semiconductor layer and improving a gate withstand voltage (Japanese Patent Laid-Open No. 3-11976).
3).

【0008】この選択酸化技術においては、上記還元性
気体としてH2 を、酸化性気体として水蒸気(H2 O)
を、窒素を含む気体としてN2 を用いた場合には、それ
らの混合比率を次のように設定することが望ましいと言
われている。即ち、H2 、H2 O、N2 の分圧をPH2
H2O 、PN2とすると、PH2/PH2O を0.5以上、
1.0×109 以下にし、かつlogPN2を−22以
上、14以下にする。更に、より好ましい条件としては
前記温度を800〜900℃にすることがよく、この
際、PH2/PH2O を1.0×103 以上、1.0×10
4 以下にし、かつlogPN2を−2以上、2以下にす
る。この雰囲気条件で熱処理することにより、ゲート電
極を構成する金属層及び窒化金属層を酸化させずにシリ
コンのみを酸化することが可能となっている。
In this selective oxidation technique, H 2 is used as the reducing gas and water vapor (H 2 O) is used as the oxidizing gas.
It is said that when N 2 is used as a nitrogen-containing gas, it is desirable to set the mixing ratio thereof as follows. That is, the partial pressure of H 2 , H 2 O, and N 2 is changed to P H2 ,
When P H2O and P N2 are set, P H2 / P H2O is 0.5 or more,
1.0 × 10 9 or less, and logP N2 is −22 or more and 14 or less. Further, as a more preferable condition, the temperature is preferably set to 800 to 900 ° C. At this time, PH 2 / P H2O is set to 1.0 × 10 3 or more and 1.0 × 10 3
4 or less and logP N2 is -2 or more and 2 or less. By performing the heat treatment under this atmosphere condition, it is possible to oxidize only silicon without oxidizing the metal layer and the metal nitride layer constituting the gate electrode.

【0009】しかしながら、最近の精力的な研究により
この種の方法にあっては以下のような問題の生じること
が明らかとなった。まず、上記選択酸化条件だとPH2O
が低いためシリコンの酸化速度が非常に遅く、ゲート電
極の耐圧性向上に必要なシリコン酸化膜を得るためには
高温長時間加熱する必要があることが明らかになった。
However, recent vigorous research has revealed that this type of method has the following problems. First, under the above selective oxidation conditions, P H2O
, The silicon oxidation rate was very slow because of the low temperature, and it was clarified that high-temperature and long-time heating was necessary to obtain a silicon oxide film necessary for improving the breakdown voltage of the gate electrode.

【0010】例として、ゲート電極8を選択酸化雰囲気
(916℃、H2 /H2 O/N2 =0.164/1×1
-4/0.836atm)で120分加熱を行っても、
SiO2 膜厚は約2〜3nmしか形成されない(図7
(b))。そのため、916℃という高温加熱を長時間
行うと必要があり、加熱が長時間に及ぶと、ゲート電極
78の多結晶シリコン層75中のドーパント75´がゲ
ート酸化膜74中に拡散し、ゲート電極の耐圧性を劣化
させることが明らかになった。
As an example, a gate electrode 8 is formed in a selective oxidation atmosphere (916 ° C., H 2 / H 2 O / N 2 = 0.164 / 1 × 1).
Be heated 120 min 0 -4 /0.836atm),
Only a thickness of about 2 to 3 nm of SiO 2 is formed (FIG. 7).
(B)). Therefore, it is necessary to perform heating at a high temperature of 916 ° C. for a long time, and when the heating is performed for a long time, the dopant 75 ′ in the polycrystalline silicon layer 75 of the gate electrode 78 diffuses into the gate oxide film 74 and the gate electrode It has been clarified that the pressure resistance is deteriorated.

【0011】上記問題以外に、金属層上のレジストを剥
離する工程において、金属層表面が改質される問題が生
じている。例として、Wゲート電極の加工後のW上面の
レジストを剥離する工程においては、SH処理(H2
4 +H22 )によるとWを溶かしてしまうため、O
2 アッシャーによりレジスト剥離を行っている。このと
きW表面の酸化が起こるため、表面の酸化物を還元する
必要がある。またレジスト剥離方法としてCF4 +H2
Oのダウンフロープラズマ処理があるが、レジスト剥離
後の表面がFで汚染されてしまう問題が生じている。
In addition to the above problems, there is a problem that the surface of the metal layer is modified in the step of removing the resist on the metal layer. As an example, in the step of removing the resist on the W upper surface after processing the W gate electrode, SH processing (H 2 S
O 4 + H 2 O 2 ) dissolves W, so O
2 The resist is stripped by asher. At this time, since oxidation of the W surface occurs, it is necessary to reduce the oxide on the surface. As a resist stripping method, CF 4 + H 2
Although there is a downflow plasma treatment of O, there is a problem that the surface after the resist is stripped is contaminated with F.

【0012】さらにまた、上記した問題は、ゲート電極
に限らず金属配線上のレジストマスク、スルーホール開
口のマスクとなるレジストマスクに関しても同様に生じ
ている。
Further, the above-mentioned problem similarly occurs not only with respect to the gate electrode but also with respect to a resist mask on a metal wiring and a resist mask serving as a mask for a through-hole opening.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のゲート後酸化工程や酸化雰囲気におけるレジストの
剥離工程等においては、ゲート電極の耐圧性が減少する
など半導体素子の特性が劣化してしまう問題や、電極配
線となる金属又は金属化合物層が容易に酸化され、形成
された酸化物を再度還元しなくてはならず、工程数が増
加してしまう問題等が生じていた。本発明は、上記実情
に鑑みてなされたものであり、酸化雰囲気における処理
工程を改良した半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。
As described above, in the conventional post-gate oxidation step, the resist stripping step in an oxidizing atmosphere, and the like, the characteristics of the semiconductor element such as the withstand voltage of the gate electrode decrease, and the like. And the metal or metal compound layer serving as the electrode wiring is easily oxidized, and the formed oxide must be reduced again, thereby increasing the number of steps. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a processing step in an oxidizing atmosphere is improved.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前述した問題を解決する
ために本発明は、水のみからなるガスを励起してプラズ
マ化することによりH及びOHを生成する工程と、シリ
コンからなる領域と金属又は金属化合物からなる領域と
が混在した基板に対して前記H及びOHを供給し、前記
シリコンからなる領域酸化を行うとともに同時に酸
化される前記金属又は金属化合物からなる領域を選択的
に還元することにより、前記シリコンからなる領域を選
択的に酸化する工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a process of generating H and OH by exciting a gas consisting only of water to form a plasma, and forming a silicon-containing region and a metal. or a region of a metal compound is supplied to the H and OH to the substrate was mixed with an oxidation region composed of the silicon, at the same time acid
By selectively reducing the region made of the metal or metal compound to be converted, the region made of silicon is selected.
Selectively oxidizing the semiconductor device .

【0015】[0015]

【0016】また、本発明は、シリコン層上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に金属又は
金属化合物からなる層を形成する工程と、前記金属又は
金属化合物からなる層上にレジストパターンを形成する
工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記金属
又は金属化合物からなる層をエッチングすることにより
ゲート電極を形成する工程と、前記レジストパターンを
除去する工程と、水のみからなるガスを励起してプラズ
マ化することによりH及びOHを生成する工程と、前記
H及びOHを用いて、前記レジストパターンを除去した
後の前記シリコン層の酸化を行うとともに、同時に酸化
される前記金属又は金属化合物からなる層を選択的に還
元することにより、前記シリコン層を選択的に酸化する
工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
法を提供する。
The present invention also provides a step of forming a gate insulating film on a silicon layer, a step of forming a layer of a metal or a metal compound on the gate insulating film, and a step of forming a layer of a metal or a metal compound on the gate insulating film. Forming a gate electrode by etching a layer made of the metal or metal compound using the resist pattern as a mask, removing the resist pattern, and a gas containing only water. To generate H and OH by exciting and turning into plasma, and oxidizing the silicon layer after removing the resist pattern by using the H and OH , and simultaneously oxidizing the silicon layer.
By selectively reducing the layer made from the metal or metal compound is, to provide a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a <br/> step of selectively oxidizing the silicon layer .

【0017】また、本発明は、シリコン層上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に金属又は
金属化合物からなる層を形成する工程と、前記金属又は
金属化合物からなる層上にレジストパターンを形成する
工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記金属
又は金属化合物からなる層をエッチングすることにより
ゲート電極を形成する工程と、水のみからなるガスを励
起してプラズマ化することによりH及びOHを生成する
工程と、前記H及びOHを用いて、前記レジストパター
ンを除去するとともに前記シリコン層の酸化を行うとと
もに、同時に酸化される前記金属又は金属化合物からな
る層を選択的に還元することにより、前記シリコン層を
選択的に酸化する工程とを具備することを特徴とする半
導体装置の製造方法を提供する。
The present invention also provides a step of forming a gate insulating film on a silicon layer, a step of forming a layer made of a metal or a metal compound on the gate insulating film, and a step of forming a layer made of the metal or a metal compound on the gate insulating film. A step of forming a resist pattern, a step of forming a gate electrode by etching a layer made of the metal or metal compound using the resist pattern as a mask, and exciting a gas consisting only of water to form a plasma. A step of generating H and OH, and removing the resist pattern and oxidizing the silicon layer using the H and OH ;
Further, by selectively reducing the layer of the metal or metal compound that is oxidized simultaneously , the silicon layer
Selectively oxidizing the semiconductor device.

【0018】上記した本発明において、以下の態様が特
に好ましい。 (1)前記レジストパターンを除去する工程は、酸素及
び水素を含むガスを励起して該ガスをプラズマ化し、プ
ラズマ化した前記酸素及び水素を含むガスを用いて行う
こと。
In the present invention described above, the following embodiments are particularly preferable. (1) The step of removing the resist pattern is performed by exciting a gas containing oxygen and hydrogen to convert the gas into plasma, and using the gasified gas containing oxygen and hydrogen.

【0019】(2)前記レジストパターンを除去する工
程及び前記シリコン層を選択的に酸化する工程は、同一
の真空チャンバー内で連続的に行うこと。 (3)前記レジストパターンを除去した後、さらに加熱
を行い、前記レジストパターンを除去する工程の温度よ
り高い温度で、前記シリコン層を選択的に酸化するこ
と。
(2) The step of removing the resist pattern and the step of selectively oxidizing the silicon layer are continuously performed in the same vacuum chamber. (3) After removing the resist pattern, heating is further performed to selectively oxidize the silicon layer at a temperature higher than the temperature of the step of removing the resist pattern.

【0020】(4)前記シリコンからなる領域又は前記
シリコン層を選択的に酸化する場所と離れた場所におい
て、前記酸素及び水素を含むガスをプラズマ化し、プラ
ズマ化した該ガスを前記シリコンからなる領域又は前記
シリコン層に供給すること。
(4) The gas containing oxygen and hydrogen is turned into a plasma in a region apart from the region made of silicon or a place where the silicon layer is selectively oxidized, and the gas is turned into a region made of silicon. Alternatively, supply to the silicon layer.

【0021】(5)前記酸素及び水素を含むガスとして
水(H2 O)を用いること。 (6)前記金属又は金属化合物からなる領域又は層とし
てタングステン、モリブデン、白金、パラジウム、ロジ
ウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、タンタル、チ
タン等、又はこれらの化合物を用いること。また、アル
ミニウム、銅やこれらの化合物を用いても良い。
(5) Water (H 2 O) is used as the gas containing oxygen and hydrogen. (6) Tungsten, molybdenum, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, nickel, cobalt, tantalum, titanium, or the like, or a compound thereof is used as the region or layer made of the metal or metal compound. Further, aluminum, copper, or a compound thereof may be used.

【0022】(7)ゲート電極を、金属層単層構造、金
属層/反応障壁層、及び金属層/反応障壁層/多結晶シ
リコン層等の積層構造とすること。 (8)反応障壁層として、チタン、ジルコニウム、ハフ
ニウム、タングステン、バナジウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、レニウム、シリコン等の窒化物、酸化物、
窒化酸化物を用いること。
(7) The gate electrode has a metal layer single-layer structure, a stacked structure of a metal layer / reaction barrier layer, and a metal layer / reaction barrier layer / polycrystalline silicon layer. (8) As a reaction barrier layer, nitride, oxide such as titanium, zirconium, hafnium, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, chromium, rhenium, silicon,
Use of nitrided oxide.

【0023】(9)前記酸素及び水素を含むガス、例え
ば水と希ガス(ArやKr等)とを混合し、その混合ガ
スを用いて前記シリコンからなる領域又は前記シリコン
層を選択的に酸化すること。
(9) A gas containing oxygen and hydrogen, for example, water and a rare gas (Ar, Kr or the like) are mixed, and the mixed gas is used to selectively oxidize the silicon region or the silicon layer. To do.

【0024】[0024]

【作用】本発明によれば、酸素及び水素を含むガスを励
起して該ガスをプラズマ化することによりH及びOHを
生成し、シリコンからなる領域と金属又は金属化合物か
らなる領域とが混在した基板に対して前記H及びOHを
供給するので、OH等によりシリコンからなる領域の酸
化を行うとともに、同時に酸化される金属又は金属化合
物からなる領域をHにより効果的に還元することができ
る。なおこの場合、Hはシリコン酸化物を還元する能力
が弱いので、酸化されたシリコンからなる領域をシリコ
ンへ還元することはない。
According to the present invention, a gas containing oxygen and hydrogen is excited to generate H and OH by turning the gas into plasma, and a region made of silicon and a region made of metal or metal compound are mixed. Since the H and OH are supplied to the substrate, the region made of silicon can be oxidized by OH or the like, and the region made of a metal or metal compound that is simultaneously oxidized can be effectively reduced by H. Note that, in this case, since H has a weak ability to reduce silicon oxide, it does not reduce the region made of oxidized silicon to silicon.

【0025】したがって、プラズマ化した酸素及び水素
を含むガスを用いることにより、シリコン層上にゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極中の金属又は金属
化合物からなる層を酸化させずに、前記シリコン層を選
択的に酸化することを簡単な工程で行うことが可能であ
る。
Therefore, by using a gas containing oxygen and hydrogen in the form of plasma, a layer made of a metal or a metal compound in a gate electrode formed on a silicon layer via a gate insulating film is not oxidized. The selective oxidation of the silicon layer can be performed by a simple process.

【0026】即ち、ゲート電極を構成する金属層等の酸
化を抑制しつつ、レジスト剥離あるいはゲート後酸化の
工程を容易に行うことができ、さらに低温でSiO2
を形成することができるので、熱的負荷の軽減が可能と
なり、ゲート耐圧の向上を達成することができる。
That is, the resist stripping or post-gate oxidation step can be easily performed while suppressing the oxidation of the metal layer or the like constituting the gate electrode, and the SiO 2 film can be formed at a low temperature. The thermal load can be reduced, and the gate withstand voltage can be improved.

【0027】また、本発明の方法における酸素及び水素
を含むガスのプラズマ化、例えば水の放電処理の工程に
おいては、水の分圧、印可電力、印可周波数、基板温度
を変化させることにより、金属層等とシリコン層の酸化
の選択性を変えることが可能である。
In the method of the present invention, in the process of converting a gas containing oxygen and hydrogen into plasma, for example, in the step of discharging water, the partial pressure of water, applied power, applied frequency, and substrate temperature are changed to change the metal. It is possible to vary the selectivity of oxidation of the layer and the silicon layer.

【0028】さらに、前記シリコンからなる領域又は前
記シリコン層を選択的に酸化する場所と離れた場所にお
いて、前記酸素及び水素を含むガスをプラズマ化し、プ
ラズマ化した該ガスを前記シリコンからなる領域又は前
記シリコン層に供給することによって、前記ゲート絶縁
膜に対してダメ−ジを与えることなく、効果的にシリコ
ンの選択的酸化を行うことができる。
Further, the gas containing oxygen and hydrogen is turned into a plasma in a region apart from the region made of silicon or a place where the silicon layer is selectively oxidized, and the gas is turned into a region made of silicon or By supplying to the silicon layer, selective oxidation of silicon can be performed effectively without damaging the gate insulating film.

【0029】[0029]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。図1(a)〜(d)は、本発明の
第1の実施例に係るゲート電極の形成工程を示す断面図
である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing steps of forming a gate electrode according to a first embodiment of the present invention.

【0030】まず、図1(a)に示すように、例えばp
型シリコン基板11表面に選択酸化によりフィールド酸
化膜12を形成した後、熱酸化処理を施してフィールド
酸化膜12で分離されたシリコン基板11に厚さ5〜3
0nmのシリコン酸化膜13を形成した。
First, as shown in FIG.
Field oxide film 12 is formed by selective oxidation on the surface of type silicon substrate 11, and then subjected to thermal oxidation treatment so that silicon substrate 11 separated by field oxide film 12 has a thickness of 5 to 3 mm.
A 0 nm silicon oxide film 13 was formed.

【0031】次いで、シリコン酸化膜13上に導電性不
純物が添加された厚さ50nmの多結晶シリコン層14
を堆積した後、基板11を473Kの温度に保持した状
態で、TiをターゲットとしてN2 とArの混合ガス中
でスパッタリングすることにより、多結晶シリコン層1
4上に厚さ50nmのTiN層15を堆積した。つづい
て、LPCVD法により水素(H2 )、モノシラン(S
iH4 )、及び六フッ化タングステン(WF6 )の混合
ガスを用い、H2 を0.173Torr、SiH4
0.013Torr、WF6 を0.065Torrの各
分圧に保持し、420℃の基板温度でTiN層15上に
厚さ約150nmのW層16を堆積した(図1
(b))。
Next, a 50 nm-thick polycrystalline silicon layer 14 doped with conductive impurities is formed on the silicon oxide film 13.
Then, while the substrate 11 is maintained at a temperature of 473 K, the polycrystalline silicon layer 1 is sputtered by using Ti as a target in a mixed gas of N 2 and Ar.
On top of this, a 50 nm thick TiN layer 15 was deposited. Subsequently, hydrogen (H 2 ) and monosilane (S
Using a mixed gas of iH 4 ) and tungsten hexafluoride (WF 6 ), H 2 was maintained at a partial pressure of 0.173 Torr, SiH 4 was maintained at a partial pressure of 0.013 Torr, and WF 6 was maintained at a partial pressure of 0.065 Torr. A W layer 16 having a thickness of about 150 nm was deposited on the TiN layer 15 at the substrate temperature (FIG. 1).
(B)).

【0032】ひきつづき、前記W層16、TiN層15
及び多結晶シリコン層14を通常のフォトリソグラフィ
と反応性イオンエッチング(RIE)を用いて順次選択
的にエッチングし、O2 アッシャーによりレジストを剥
離することで図1(c)に示すゲート電極18を形成し
た。
Subsequently, the W layer 16, the TiN layer 15
Then, the polycrystalline silicon layer 14 is sequentially and selectively etched using ordinary photolithography and reactive ion etching (RIE), and the resist is peeled off with an O 2 asher to form the gate electrode 18 shown in FIG. Formed.

【0033】次に、水蒸気(H2 O)分圧を25.6m
Torr、基板温度を530℃とし、マイクロ波放電
(2450MHz、印可電力100W)によりH2 Oを
プラズマ化して、これをダウンフローでシリコン基板1
1に供給した。このプラズマ処理は30分行った。
Next, the partial pressure of steam (H 2 O) was increased to 25.6 m
Torr, the substrate temperature was set to 530 ° C., H 2 O was turned into plasma by microwave discharge (2450 MHz, applied power 100 W), and this was flowed down to the silicon substrate 1.
1. This plasma treatment was performed for 30 minutes.

【0034】図2は、上記マイクロ波放電を用いた処理
装置の概略構成を示す断面図である。この図に示される
ように、反応容器(石英管)27内には試料28(ここ
ではシリコン基板11)が収容され、試料28はセラミ
ックヒーター29により所望の温度に加熱されるように
なっている。一方、21は水を収容する原料容器であ
り、この原料容器21中の水は、水の分圧を制御するニ
ードルバルブ22、23、及び水の分圧を測定する水分
計24の設けられたガス導入管を通って、マイクロ波放
電部25に供給される。このマイクロ波放電部25にお
いて、水がマイクロ波放電によって励起され、プラズマ
26となる。プラズマ化された水は上記反応容器27内
に設けられた試料28に対して供給される。なお、3
0、31はそれぞれターボ分子ポンプ、ロータリーポン
プである。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a processing apparatus using the microwave discharge. As shown in this figure, a sample 28 (here, the silicon substrate 11) is accommodated in a reaction vessel (quartz tube) 27, and the sample 28 is heated to a desired temperature by a ceramic heater 29. . On the other hand, 21 is a raw material container for storing water. The water in the raw material container 21 is provided with needle valves 22 and 23 for controlling the partial pressure of water and a moisture meter 24 for measuring the partial pressure of water. The gas is supplied to the microwave discharge unit 25 through the gas introduction pipe. In the microwave discharge unit 25, water is excited by the microwave discharge and becomes a plasma 26. The plasmatized water is supplied to a sample 28 provided in the reaction vessel 27. In addition, 3
Numerals 0 and 31 are a turbo molecular pump and a rotary pump, respectively.

【0035】以上の条件の下での酸化処理によると、図
1(d)に示すように多結晶シリコン層14の側壁部と
シリコン基板11が酸化されるとともに、W表面は酸化
されず、且つ露出したTiN層15の側壁がわずかに酸
化されて約0.5nmのTiO2 膜17が形成されてい
ることが確認された。これは従来の方法に比べ、プロセ
ス温度が916℃から530℃にまで低温化でき、且つ
W層及びTiN層の酸化抑制に有効であることが明らか
となった。更に、レジスト剥離アッシングによって酸化
されたW表面は還元され良好な膜になる。また、本実施
例の方法によりゲート電極18の下部エッジ領域の酸化
膜が約5nm厚くなっていることを確認した。
According to the oxidation treatment under the above conditions, as shown in FIG. 1D, the side wall of the polycrystalline silicon layer 14 and the silicon substrate 11 are oxidized, and the W surface is not oxidized. It was confirmed that the exposed sidewall of the TiN layer 15 was slightly oxidized to form a TiO 2 film 17 of about 0.5 nm. This proves that the process temperature can be lowered from 916 ° C. to 530 ° C. as compared with the conventional method, and is effective in suppressing the oxidation of the W layer and the TiN layer. Further, the W surface oxidized by the resist peeling ashing is reduced to a good film. Further, it was confirmed that the thickness of the oxide film in the lower edge region of the gate electrode 18 was increased by about 5 nm by the method of the present embodiment.

【0036】つづいて、フィールド酸化膜12及びゲー
ト電極18をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイ
オン注入し、活性化することによりシリコン基板11表
面にソース、ドレインとなるn+ 型拡散層19a、19
bを形成した(図1(e))。
Subsequently, n-type impurities, for example, arsenic are ion-implanted and activated using the field oxide film 12 and the gate electrode 18 as a mask to activate the n + -type diffusion layer 19 a serving as a source and a drain on the surface of the silicon substrate 11. 19
b was formed (FIG. 1E).

【0037】本実施例によれば、ゲート電極構造におけ
るW層、TiN層の酸化を最小にとどめると共に、プロ
セス温度の低下により良好なゲート電極絶縁耐性を有す
る半導体装置を製造することができることが確認され
た。
According to the present example, it was confirmed that the oxidation of the W layer and the TiN layer in the gate electrode structure can be minimized, and a semiconductor device having good gate electrode insulation resistance can be manufactured by lowering the process temperature. Was done.

【0038】図3(a)〜(c)はそれぞれ印加電力、
基板温度、水分圧に対するSiO2膜及びWO3 膜の膜
厚を示す特性図である。本実施例に示した水の放電は、
図3(a)〜(c)の条件の範囲内で変化させることが
可能である。斜線領域は、Wが酸化せずSiのみ酸化す
る選択酸化領域であり、傾向として印加電力と基板温度
は高いほど選択性がよく、また水分圧は低いほど選択性
が良い。このそれぞれの選択酸化領域は水分圧、基板温
度、印加電力の3つのパラメーターの増減により種々変
化するものであり、また金属の種類によっても選択酸化
領域は異なる。ここで水の放電条件は、水分圧1〜20
00mTorr、印加電力10〜500Wが好ましく、
基板温度としては室温から1000℃の範囲において有
効である。更に好ましくは、水分圧10〜1000mT
orr、10〜50mTorr、更には25mTorr
が良い。また、印加電力100W以上、基板温度300
〜800℃の範囲において、より良好な結果が得られ
る。さらにまた、放電方法はマイクロ波によるもの以外
に、RFを用いた平行平板型によるもの、磁石や電磁石
を用いたマグネトロン型のもの、あるいはヘリコン波を
用いたもの等がある。
FIGS. 3 (a) to 3 (c) show the applied power,
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the thickness of a SiO 2 film and a WO 3 film with respect to a substrate temperature and a water pressure. The discharge of water shown in this embodiment is:
It can be changed within the range of the conditions of FIGS. The shaded area is a selective oxidation area in which W is not oxidized but only Si is oxidized. The tendency is that the higher the applied power and the substrate temperature, the better the selectivity, and the lower the water pressure, the better the selectivity. Each of these selective oxidation regions changes in various ways depending on the increase and decrease of three parameters of moisture pressure, substrate temperature, and applied power, and the selective oxidation region also differs depending on the type of metal. Here, the water discharge conditions are as follows:
00 mTorr, applied power of 10 to 500 W is preferable,
The substrate temperature is effective in the range from room temperature to 1000 ° C. More preferably, the water pressure is 10 to 1000 mT.
orr, 10 to 50 mTorr, and even 25 mTorr
Is good. In addition, the applied power is 100 W or more, and the substrate temperature is 300.
In the range of に お い て 800 ° C., better results are obtained. In addition to the discharge method using microwaves, there are a parallel plate type using RF, a magnetron type using magnets and electromagnets, and a method using helicon waves.

【0039】次に、本発明の第2の実施例に係る半導体
装置の製造工程について、図4(a)〜(c)を参照し
て説明する。まず、第1の実施例と同様にしてW層16
を堆積する工程まで行った後、W層16上にレジスト膜
20を塗布してこれを通常のフォトリソグラフィーによ
ってパターニングした。次に、レジストパターン20を
マスクとして、W層16、TiN層15、及び多結晶シ
リコン層14を反応性イオンエッチング(RIE)によ
り順次選択的にエッチングすることにより、図4(a)
に示すゲート電極18を形成した。
Next, a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the W layer 16 is formed in the same manner as in the first embodiment.
Was performed, a resist film 20 was applied on the W layer 16 and patterned by ordinary photolithography. Next, using the resist pattern 20 as a mask, the W layer 16, the TiN layer 15, and the polycrystalline silicon layer 14 are sequentially and selectively etched by reactive ion etching (RIE), thereby obtaining FIG.
Was formed.

【0040】次いで、ゲート電極18上部の1μmのレ
ジストパターン20を剥離するために水の放電を行っ
た。放電条件としては、水蒸気(H2 O)分圧を25.
6mTorr、基板温度を530℃とし、第1の実施例
と同様にマイクロ波放電によりH2 Oをプラズマ化し
て、これをダウンフローでシリコン基板11に供給し
た。このプラズマ処理は30分行った。
Next, water was discharged to remove the 1 μm resist pattern 20 on the gate electrode 18. As the discharge conditions, the partial pressure of water vapor (H 2 O) was set at 25.
At 6 mTorr and a substrate temperature of 530 ° C., H 2 O was turned into plasma by microwave discharge and supplied to the silicon substrate 11 in a downflow manner as in the first embodiment. This plasma treatment was performed for 30 minutes.

【0041】この水の放電による処理により、図4
(b)に示すように、W層16上のレジスト膜20は剥
離された。この時、W層16の表面は酸化されていなか
った。また、この時、ゲート電極18の多結晶シリコン
層14の側壁部、TiN層15の側壁部がわずかに酸化
され、且つゲート電極18の下部エッジ領域の酸化膜が
約5nm厚くなっていることが確認された。
FIG. 4 shows the results of the water discharge treatment.
As shown in (b), the resist film 20 on the W layer 16 was peeled off. At this time, the surface of the W layer 16 was not oxidized. At this time, the side wall of the polycrystalline silicon layer 14 of the gate electrode 18 and the side wall of the TiN layer 15 are slightly oxidized, and the oxide film in the lower edge region of the gate electrode 18 is about 5 nm thick. confirmed.

【0042】続いて、フィールド酸化膜12及びゲート
電極18をマスクとして、n型不純物、例えば砒素をイ
オン注入し、活性化することによりシリコン基板11表
面にソース、ドレインとなるn+ 型拡散層19a、19
bを形成した(図4(c))。
Subsequently, using the field oxide film 12 and the gate electrode 18 as a mask, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted and activated to activate the n + -type diffusion layer 19a serving as a source and a drain on the surface of the silicon substrate 11. , 19
b was formed (FIG. 4C).

【0043】また、金属層上のマスクはレジストだけで
なく、カーボンにおいても同様の効果が得られた。本実
施例に示した水の放電は、第1の実施例で示した条件の
範囲内で変化させることが可能である。
The same effect was obtained with carbon as well as resist as the mask on the metal layer. The discharge of water shown in this embodiment can be changed within the range of the conditions shown in the first embodiment.

【0044】本実施例によれば、水の放電処理工程にお
いて、レジスト剥離工程と同時にゲート後酸化工程を行
うことができ、工程短縮と同時にプロセス温度の低下が
可能である。更に、良好なゲート電極絶縁耐性を有する
MOS型半導体装置を製造することができることが確認
された。
According to this embodiment, in the water discharge treatment step, the post-gate oxidation step can be performed simultaneously with the resist stripping step, and the process temperature can be lowered simultaneously with the shortening of the step. Furthermore, it was confirmed that a MOS type semiconductor device having good gate electrode insulation resistance can be manufactured.

【0045】次に、本発明の第3の実施例に係る半導体
装置の製造工程について、図5(a)〜(c)を参照し
て説明する。まず、第1、第2の実施例と同様にしてW
層16を堆積する工程まで行った後、W層16上にレジ
スト膜20を塗布してこれを通常のフォトリソグラフィ
ーによってパターニングした。次に、レジストパターン
20をマスクとして、W層16、TiN層15、及び多
結晶シリコン層14を反応性イオンエッチング(RI
E)により順次選択的にエッチングすることにより、図
5(a)に示すゲート電極18を形成した。
Next, a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as in the first and second embodiments, W
After performing the process up to the step of depositing the layer 16, a resist film 20 was applied on the W layer 16 and patterned by ordinary photolithography. Next, using the resist pattern 20 as a mask, the W layer 16, the TiN layer 15, and the polycrystalline silicon layer 14 are subjected to reactive ion etching (RI
5E, the gate electrode 18 shown in FIG. 5A was formed.

【0046】次いで、ゲート電極18上部の1μmのレ
ジスト膜20を剥離するため水の放電を行った。放電条
件として、水蒸気(H2 O)分圧を25.6mTor
r、基板温度を100℃とし、マイクロ波放電(245
0MHz、印可電力100W)によるH2 Oダウンフロ
ープラズマ処理を30分行った。この結果、図5(b)
に示すように、W層16上のレジスト膜20は剥離され
た。この時、W層16の表面は酸化されていなかった。
更に、ゲート電極18の下部エッジ領域の酸化膜を厚く
するために、基板11を反応容器27内に配置した状態
で連続して、かつマイクロ波放電条件を上記条件に維持
しつつ、基板温度を530℃に昇温し30分間保持した
後、降温した。この水放電処理により、ゲート電極18
の下部エッジ領域の酸化膜が約5nm厚くなっているこ
とが確認された。この時も、W層16の表面は酸化され
ていなかった。(図5(c))。
Next, water was discharged to remove the 1 μm resist film 20 on the gate electrode 18. As a discharge condition, a partial pressure of water vapor (H 2 O) was set to 25.6 mTorr.
r, the substrate temperature was set to 100 ° C., and microwave discharge (245
H 2 O down-flow plasma processing was performed for 30 minutes at 0 MHz and an applied power of 100 W). As a result, FIG.
As shown in (1), the resist film 20 on the W layer 16 was peeled off. At this time, the surface of the W layer 16 was not oxidized.
Further, in order to increase the thickness of the oxide film in the lower edge region of the gate electrode 18, the substrate temperature is maintained while the substrate 11 is disposed in the reaction vessel 27 and the microwave discharge conditions are maintained at the above-described conditions. The temperature was raised to 530 ° C., maintained for 30 minutes, and then lowered. By this water discharge treatment, the gate electrode 18
It was confirmed that the oxide film in the lower edge region was thicker by about 5 nm. At this time, the surface of the W layer 16 was not oxidized. (FIG. 5 (c)).

【0047】続いて、フィールド酸化膜12及びゲート
電極18をマスクとしてn型不純物、例えば砒素をイオ
ン注入し、活性化することにより、シリコン基板11表
面にソース、ドレインとなるn+ 型拡散層19a、19
bを形成した(図5(d))。
Subsequently, n-type impurities, for example, arsenic are ion-implanted and activated using the field oxide film 12 and the gate electrode 18 as a mask, thereby activating the n + -type diffusion layer 19a serving as a source and a drain on the surface of the silicon substrate 11. , 19
b was formed (FIG. 5D).

【0048】本実施例においては、低温でレジスト膜を
剥離した後、高温で選択酸化を行うため、レジスト膜剥
離による雰囲気中の残留有機物が基板と反応しにくく、
且つ速やかに排気される。この方法により、有機物汚染
の影響を受けない良好なゲート酸化膜を形成することが
でき、信頼性の高いゲート電極を得ることが可能とな
る。
In this embodiment, after the resist film is stripped at a low temperature, selective oxidation is performed at a high temperature, so that the residual organic matter in the atmosphere due to the resist film stripping hardly reacts with the substrate.
And it is quickly exhausted. According to this method, a favorable gate oxide film which is not affected by organic contamination can be formed, and a highly reliable gate electrode can be obtained.

【0049】また、本実施例に示したレジスト膜剥離時
の基板温度は室温〜500℃の範囲において有効であ
り、その後の選択酸化時の基板温度は500〜1000
℃の範囲において良好な結果が得られる。また水分圧、
印加電力の条件は第1の実施例で示した条件の範囲内で
変化させることが可能である。
The substrate temperature at the time of removing the resist film shown in the present embodiment is effective in the range of room temperature to 500 ° C., and the substrate temperature at the time of selective oxidation thereafter is 500 to 1000.
Good results are obtained in the range of ° C. Also the water pressure,
The condition of the applied power can be changed within the range of the condition shown in the first embodiment.

【0050】更に本実施例では、同一真空チャンバー内
において基板を連続処理するので、異なるチャンバー間
を移動させるなど、工程が複雑となることはなく、簡単
な工程でレジスト剥離処理、選択酸化処理を行うことが
できる。なお、工程の複雑化がある程度許される状況下
においては、レジスト剥離処理、選択酸化処理を異なる
真空チャンバー内において行うこともできる。この場
合、基板のチャンバー間搬送を真空中で行うことが好ま
しく、これにより、選択酸化処理に与える残留有機物の
影響を最小限に抑えることが可能である。
Further, in this embodiment, since the substrate is continuously processed in the same vacuum chamber, the steps such as moving between different chambers are not complicated, and the resist stripping processing and the selective oxidation processing can be performed in simple steps. It can be carried out. Note that in a situation where the complexity of the process is allowed to some extent, the resist stripping process and the selective oxidation process can be performed in different vacuum chambers. In this case, it is preferable that the transfer of the substrate between the chambers be performed in a vacuum, whereby the influence of the residual organic matter on the selective oxidation treatment can be minimized.

【0051】次に、他の例に係る半導体装置の製造工程
について、図6(a)及び(b)を参照して説明する。
この例は、金属又は金属化合物からなる層を形成し、こ
の金属又は金属化合物からなる層上にレジストパターン
を形成し、このレジストパターンをマスクとして前記金
属又は金属化合物からなる層をエッチングすることによ
り、電極又は配線を形成し、その後、図2に示したダウ
ンフロー方式の装置により水のみからなるガスを励起し
てプラズマ化し、このガスを基板に供給することによっ
て前記レジストパターンを除去する方法である。
Next, a manufacturing process of a semiconductor device according to another example will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b).
In this example, a layer made of a metal or metal compound is formed, a resist pattern is formed on the layer made of the metal or metal compound, and the layer made of the metal or metal compound is etched using the resist pattern as a mask. , Electrodes or wirings are formed, and thereafter, a gas consisting of only water is excited and turned into plasma by the down-flow type apparatus shown in FIG. 2, and the gas is supplied to the substrate to remove the resist pattern. is there.

【0052】まず、(001)を主面とするn型シリコ
ン基板32にフィールド酸化膜33、p+ 拡散層34を
順次形成する。次に、層間絶縁膜としてCVD−SiO
2 膜35、BPSG膜36の積層膜を全面に堆積した
後、拡散層上にコンタクトホールを設け、このコンタク
トホール底部にTiSi2 層37を選択的に形成し、さ
らに該コンタクトホール内にW層38を選択的に埋め込
む。この後、Ti膜39/TiN膜40/Al膜41を
順次積層形成し、この上にレジスト膜42を塗布してこ
れを通常のフォトリソグラフィーによってパターニング
した。次に、レジストパターン42をマスクとして、A
l膜41、TiN膜40、Ti膜39を反応性イオンエ
ッチング(RIE)により順次選択的にエッチングする
ことにより、図6(a)に示す配線層43をパタ−ン形
成した。
First, a field oxide film 33 and ap + diffusion layer 34 are sequentially formed on an n-type silicon substrate 32 having (001) as a main surface. Next, CVD-SiO is used as an interlayer insulating film.
2 is deposited on the entire surface, a contact hole is formed on the diffusion layer, a TiSi 2 layer 37 is selectively formed at the bottom of the contact hole, and a W layer is formed in the contact hole. 38 is selectively embedded. Thereafter, a Ti film 39 / TiN film 40 / Al film 41 were sequentially formed and laminated, a resist film 42 was applied thereon, and this was patterned by ordinary photolithography. Next, using the resist pattern 42 as a mask, A
By selectively and selectively etching the l film 41, the TiN film 40, and the Ti film 39 by reactive ion etching (RIE), a wiring layer 43 shown in FIG. 6A was formed.

【0053】次いで、Al膜41上のレジスト膜42を
剥離するため水の放電を行った。放電条件として、水蒸
気(H2 O)分圧を10mTorr、基板温度を100
℃とし、マイクロ波放電(2450MHz、印可電力1
00W)によるH2 Oダウンフロープラズマ処理を30
分行った。
Next, water was discharged to remove the resist film 42 on the Al film 41. As the discharge conditions, the partial pressure of water vapor (H 2 O) was set to 10 mTorr, and the substrate temperature was set to 100 mTorr.
° C and microwave discharge (2450 MHz, applied power 1)
00W) of H 2 O down-flow plasma treatment for 30
Minutes went.

【0054】この水放電処理により、図6(b)に示す
ようにAl膜41上のレジスト膜42は剥離された。こ
の時、配線層43中のAl膜41の表面は酸化されず、
また配線層43中のTiN膜40、Ti膜39の側面に
は約0.5nmのTiO2 膜44が形成されていること
が確認された。
By this water discharge treatment, the resist film 42 on the Al film 41 was peeled off as shown in FIG. At this time, the surface of the Al film 41 in the wiring layer 43 is not oxidized,
Also, it was confirmed that a TiO 2 film 44 of about 0.5 nm was formed on the side surfaces of the TiN film 40 and the Ti film 39 in the wiring layer 43.

【0055】従来のO2 アッシャーによるレジスト剥離
の方法では、剥離工程中にAl配線表面も酸化されてA
23 が形成されるので、次の工程においてこのAl
23 を除去することが必須となる。本実施例によれ
ば、レジスト剥離時にAl配線表面が酸化されないの
で、Al23 の除去工程は必要なく、工程数削減につ
ながり信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。
In the conventional method of stripping the resist using an O 2 asher, the surface of the Al wiring is also oxidized during the stripping process, and
Since l 2 O 3 is formed, this Al
It is essential to remove 2 O 3 . According to the present embodiment, since the Al wiring surface is not oxidized when the resist is stripped, the step of removing Al 2 O 3 is not required, and the number of steps is reduced, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【0056】なお、上記例においてはAl配線について
述べたが、これに限らずCu等の金属配線全般、あるい
は金属電極全般においても適用可能である。さらに、金
属化合物層(TiNやTiSi2 等)上のレジスト剥離
に対しても適用可能である。
In the above example, Al wiring has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to general metal wiring such as Cu or general metal electrodes. Further, the present invention can be applied to resist stripping on a metal compound layer (such as TiN or TiSi 2 ).

【0057】また、上記例に示した水の放電において、
基板温度範囲が室温〜500℃の時良好な結果が得ら
れ、印加電力、水分圧の条件は第1の実施例で示した範
囲内で変化させる事が可能である。
In the discharge of water shown in the above example,
Good results are obtained when the substrate temperature range is from room temperature to 500 ° C., and the conditions of applied power and water pressure can be changed within the ranges shown in the first embodiment.

【0058】また、レジスト剥離工程に限らず、例えば
従来のレジスト剥離工程後に金属層や金属化合物層等の
上に残留する有機物を除去する工程に対しても本発明は
適用可能であり、同様の効果が得られた。
The present invention can be applied not only to the resist stripping step but also to a step of removing an organic substance remaining on a metal layer or a metal compound layer after the conventional resist stripping step. The effect was obtained.

【0059】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、酸素及び水素を含むガスとしては、水以外
に、過酸化水素、水素、酸素等を用いることができる。
特に、水と水素、あるいは過酸化水素と水素を組み合わ
せて使用すると選択酸化の効果が著しい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, as the gas containing oxygen and hydrogen, hydrogen peroxide, hydrogen, oxygen, or the like can be used in addition to water.
In particular, when water and hydrogen or hydrogen peroxide and hydrogen are used in combination, the effect of selective oxidation is remarkable.

【0060】さらに、酸素及び水素を含むガス、例えば
水と希ガス(ArやKr等)とを混合し、その混合ガス
を用いてシリコンを選択的に酸化しても良く、これによ
りシリコンの酸化速度を上げることも可能である。
Further, a gas containing oxygen and hydrogen, for example, water and a rare gas (Ar, Kr, or the like) may be mixed, and silicon may be selectively oxidized using the mixed gas. It is also possible to increase the speed.

【0061】また、金属層としてAl膜やW層を挙げた
が、他の金属層、例えばモリブデン、白金、パラジウ
ム、ロジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、タン
タル、チタン、銅等の層でも良い。さらに、金属層以
外、例えば金属化合物層(TiNやTiSi2 等)でも
良い。
Although the Al film and the W layer have been described as the metal layers, other metal layers such as molybdenum, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, nickel, cobalt, tantalum, titanium, copper and the like may be used. Further, other than the metal layer, for example, a metal compound layer (TiN, TiSi 2 or the like) may be used.

【0062】また、金属層と多結晶シリコン層の間等に
挟む反応障壁層としては、窒化チタン以外に、ジルコニ
ウム、ハフニウム、タングステン、バナジウム、ニオ
ブ、タンタル、クロム、レニウム、シリコン等の窒化
物、さらにチタン、ジルコニウム、ハフニウム、タング
ステン、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、レニ
ウム、シリコン等の酸化物、窒化酸化物等を用いても良
い。
As a reaction barrier layer sandwiched between a metal layer and a polycrystalline silicon layer, other than titanium nitride, nitride such as zirconium, hafnium, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, chromium, rhenium, silicon, etc. Further, oxides such as titanium, zirconium, hafnium, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, chromium, rhenium, and silicon, and nitrided oxides may be used.

【0063】さらにまた、シリコン層としては、シリコ
ン基板表面の層、SOI(SiliconOn Insulator)基板
表面のシリコン層、あるいは絶縁基板上のシリコン層等
が考えられる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することが可能である。
Further, as the silicon layer, a layer on the surface of a silicon substrate, a silicon layer on a surface of an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a silicon layer on an insulating substrate, or the like can be considered. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ化した酸素及
び水素を含むガスを用いることにより、金属又は金属化
合物からなる層に対してシリコン層を選択的に酸化する
ことを簡単な工程で行うことが可能である。
According to the present invention, the selective oxidation of the silicon layer with respect to the layer made of a metal or a metal compound can be performed in a simple step by using a gas containing oxygen and hydrogen which has been turned into plasma. It is possible.

【0065】したがって、ゲート電極を構成する金属層
等の酸化を抑制しつつ、レジスト剥離あるいはゲート後
酸化の工程を容易に行うことができ、さらに低温でSi
2膜を形成することができるので、熱的負荷の軽減が
可能となり、ゲート耐圧の向上を達成することができ
る。
Therefore, the resist stripping or post-gate oxidation step can be easily performed while suppressing the oxidation of the metal layer and the like constituting the gate electrode.
Since the O 2 film can be formed, the thermal load can be reduced, and the gate withstand voltage can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による半導体装置の製造方法に係わる
第1の実施例を示す工程断面図。
FIG. 1 is a process sectional view showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】 上記第1の実施例において使用するマイクロ
波放電を用いた処理装置の概略構成を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a processing apparatus using microwave discharge used in the first embodiment.

【図3】 印加電力、基板温度、水分圧に対するSiO
2 膜及びWO3 膜の膜厚を示す特性図
FIG. 3 shows the relationship between the applied power, the substrate temperature, and the moisture pressure.
Characteristic diagram showing film thickness of 2 film and WO 3 film

【図4】 本発明による半導体装置の製造方法に係わる
第2の実施例を示す工程断面図。
FIG. 4 is a process sectional view showing a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図5】 本発明による半導体装置の製造方法に係わる
第3の実施例を示す工程断面図。
FIG. 5 is a process sectional view showing a third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図6】 他の例を示す工程断面図。FIG. 6 is a process sectional view showing another example.

【図7】 従来例の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図。
FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11:p型シリコン基板 12:フィールド酸化膜 13:シリコン酸化膜 14:多結晶シリコン層 15:TiN層 16:W層 17:TiO2 膜 18:ゲート電極 19a、19b:n+ 型拡散層 20:レジスト膜 21:原料容器 22:ニードルバルブ 23:ニードルバルブ 24:水分計 25:マイクロ波放電部 26:プラズマ 27:反応容器(石英管) 28:試料(基板) 29:セラミックヒーター 30:ターボ分子ポンプ 31:ロータリーポンプ 32:n型シリコン基板 33:フィールド酸化膜 34:p+ 拡散層 35:CVD−SiO2 膜 36:BPSG膜 37:TiSi2 層 38:W層 39:Ti膜 40:TiN膜 41:Al膜 42:レジストパターン 43:配線層 44:TiO2 膜 71:p型シリコン基板 72:フィールド絶縁膜 73a、73b:n+ 型拡散層 74:ゲート酸化膜 75:多結晶シリコン 75’:ドーパント 76:窒化金属層 77:W層 78:ゲート電極11: p-type silicon substrate 12: field oxide film 13: silicon oxide film 14: polycrystalline silicon layer 15: TiN layer 16: W layer 17: TiO 2 film 18: gate electrode 19a, 19b: n + type diffusion layer 20: Resist film 21: Raw material container 22: Needle valve 23: Needle valve 24: Moisture meter 25: Microwave discharge part 26: Plasma 27: Reaction container (quartz tube) 28: Sample (substrate) 29: Ceramic heater 30: Turbo molecular pump 31: Rotary pump 32: n-type silicon substrate 33: field oxide film 34: p + diffusion layer 35: CVD-SiO 2 film 36: BPSG film 37: TiSi 2 layer 38: W layer 39: Ti film 40: TiN film 41 : Al film 42: resist pattern 43: wiring layer 44: TiO 2 film 71: p-type silicon substrate 72: Fi Field insulating films 73a, 73b: n + -type diffusion layer 74: gate oxide film 75: polycrystalline silicon 75 ': dopant 76: metal nitride layer 77: W layer 78: Gate electrode

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−186675(JP,A) 特開 平2−237118(JP,A) 特開 平3−119763(JP,A) 特開 平4−144226(JP,A) 特開 平5−343391(JP,A) 特開 平6−151386(JP,A) 特開 平6−163543(JP,A) 特開 昭59−132136(JP,A) 特開 昭62−115727(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 29/78 H01L 21/316 H01L 21/28 H01L 21/3205 Continuation of the front page (56) References JP-A-1-186675 (JP, A) JP-A-2-237118 (JP, A) JP-A-3-119763 (JP, A) JP-A-4-144226 (JP) JP-A-5-343391 (JP, A) JP-A-6-151386 (JP, A) JP-A-6-163543 (JP, A) JP-A-59-132136 (JP, A) 62-115727 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/336 H01L 29/78 H01L 21/316 H01L 21/28 H01L 21/3205

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 水のみからなるガスを励起してプラズマ
化することによりH及びOHを生成する工程と、シリコ
ンからなる領域と金属又は金属化合物からなる領域とが
混在した基板に対して前記H及びOHを供給し、前記シ
リコンからなる領域酸化を行うとともに同時に酸化
される前記金属又は金属化合物からなる領域を選択的に
還元することにより、前記シリコンからなる領域を選択
的に酸化する工程とを具備することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
A step of generating H and OH by exciting a gas consisting only of water to produce plasma, and a step of producing a H and an OH on a substrate in which a region composed of silicon and a region composed of a metal or a metal compound are mixed. and supplying OH, with an oxidation region composed of the silicon, oxidized simultaneously
The region made of silicon is selected by selectively reducing the region made of the metal or metal compound to be formed.
And a step of selectively oxidizing the semiconductor device.
【請求項2】 シリコン層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金属又は金属化合物から
なる層を形成する工程と、前記金属又は金属化合物から
なる層上にレジストパターンを形成する工程と、前記レ
ジストパターンをマスクとして前記金属又は金属化合物
からなる層をエッチングすることによりゲート電極を形
成する工程と、前記レジストパターンを除去する工程
と、水のみからなるガスを励起してプラズマ化すること
によりH及びOHを生成する工程と、前記H及びOHを
用いて、前記レジストパターンを除去した後の前記シリ
コン層の酸化を行うとともに、同時に酸化される前記金
属又は金属化合物からなる層を選択的に還元することに
より、前記シリコン層を選択的に酸化する工程とを具備
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a gate insulating film on a silicon layer, a step of forming a metal or metal compound layer on the gate insulating film, and forming a resist pattern on the metal or metal compound layer. A step of forming, a step of forming a gate electrode by etching a layer made of the metal or metal compound using the resist pattern as a mask, a step of removing the resist pattern, and exciting a gas consisting of only water A step of generating H and OH by plasma, and using the H and OH to oxidize the silicon layer after removing the resist pattern, and comprising the metal or metal compound that is simultaneously oxidized. especially the selective reduction of the layer
Further comprising the step of selectively oxidizing the silicon layer .
【請求項3】 前記レジストパターンを除去する工程
と、前記シリコン層の酸化を行うとともに、同時に酸化
される前記金属又は金属化合物からなる層を選択的に還
元することにより、前記シリコン層を選択的に酸化する
工程は、同一の真空チャンバー内で連続的に行うことを
特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。
3. A step of removing the resist pattern and oxidizing the silicon layer , and simultaneously oxidizing the silicon layer.
By selectively reducing the layer made from the metal or metal compound is, <br/> step of selectively oxidizing the silicon layer is characterized by continuously be carried out in the same vacuum chamber A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 .
【請求項4】 前記レジストパターンを除去した後、前
記レジストパターンを除去する工程の温度より高い温度
で、前記シリコン層の酸化を行うとともに、同時に酸化
される前記金属又は金属化合物からなる層を選択的に還
元することにより、前記シリコン層を選択的に酸化する
ことを特徴とする請求項記載の半導体装置。
After wherein removing the resist pattern, at a temperature higher than the temperature of removing the resist pattern, performs oxidation of the silicon layer, simultaneously oxide
It is by selectively reducing a layer composed of the metal or metal compound, a semiconductor device according to claim 2, wherein <br/> selectively oxidizing the silicon layer.
【請求項5】 シリコン層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金属又は金属化合物から
なる層を形成する工程と、前記金属又は金属化合物から
なる層上にレジストパターンを形成する工程と、前記レ
ジストパターンをマスクとして前記金属又は金属化合物
からなる層をエッチングすることによりゲート電極を形
成する工程と、水のみからなるガスを励起してプラズマ
化することによりH及びOHを生成する工程と、前記H
及びOHを用いて、前記レジストパターンを除去すると
ともに前記シリコン層の酸化を行うとともに、同時に酸
化される前記金属又は金属化合物からなる層を選択的に
還元することにより、前記シリコン層を選択的に酸化
る工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
Forming a wherein a silicon layer gate insulating on the membrane, forming a layer made of a metal or metal compound on the gate insulating film, a resist pattern in a layer on comprised of the metal or metal compound Forming a gate electrode by etching the layer made of the metal or metal compound using the resist pattern as a mask; and exciting H and OH by exciting a gas consisting only of water to form a plasma. Generating, and H
And OH to remove the resist pattern and oxidize the silicon layer ,
The method of manufacturing a semiconductor device which, by the selective reduction of the layer composed of the metal or metal compound, characterized by comprising a <br/> Ru step to selectively oxidize the silicon layer is of.
【請求項6】 前記水のみからなるガスを励起してプラ
ズマ化することによりH及びOHを生成する工程は、前
記シリコンからなる領域又は前記シリコン層から離れた
場所で行うことを特徴とする請求項1乃至請求項のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1 , wherein the step of generating H and OH by exciting the gas consisting of only water to produce plasma is performed in a region made of silicon or a place remote from the silicon layer. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記金属又は金属化合物からなる領域又
は層としてタングステン、モリブデン、白金、パラジウ
ム、ロジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、タン
タル、チタン、アルミニウム、銅、またはこれらの化合
物を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項のい
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein said metal or metal compound is made of tungsten, molybdenum, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, nickel, cobalt, tantalum, titanium, aluminum, copper or a compound thereof. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 前記H及びOHは、前記シリコンからな
る領域又は前記シリコン層に対してダウンフローで供給
することを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造
方法。
Wherein said H and OH, the method according to claim 6, wherein the feeding in downflow for the area or the silicon layer made of the silicon.
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