JP3595716B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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【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係り、特に、LDD構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて、細線効果を抑制するゲートのサリサイド(Self−Aligned Silicide)化を行うための側壁スペーサのプラズマエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置の高集積化及び動作の高速化のために、電界効果型トランジスタのゲート長が短縮化されることに伴い、ゲートと配線との接触抵抗が増大し、半導体装置の高集積化及び動作の高速化を妨げる細線効果が発生するという問題があった。
【0003】
LDD構造を有する半導体装置においては、この細線効果を抑制すべく、ゲートと配線との接触面積を大きくするために、ゲートのサリサイド化が行われている。ゲートのサリサイド化とは、ゲート上面のみならずゲート側面上部までをゲートと配線との接続部にするために、ゲート側面上部までゲートが露出するような側壁スペーサをゲート周囲に形成し、この側壁を利用して自己整合的にゲート上部のシリサイド化を行うものである。これにより、ゲートと配線との接触抵抗を低減し、細線効果を抑制することができる。
【0004】
以下、従来のゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング方法について説明する。
【0005】
図3は、従来のゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング工程におけるゲート部分の構造を示した断面図である。具体的には、図3(a)はエッチング前の構造、図3(b)はエッチング後の構造をそれぞれ示した断面図である。
【0006】
エッチング前のゲート部分は、図3(a)に示すように、シリコン基板(Si)5表面近傍のチャネル領域上にゲート絶縁酸化膜(Gate−Ox.)4が形成され、ゲート絶縁酸化膜4上にポリシリコンゲート電極(poly−Si)3が形成されている。また、ポリシリコンゲート電極3及びシリコン基板5の表面を覆ってシリコン酸化膜(SiO2)2が形成され、さらにシリコン酸化膜2の表面を覆って、側壁スペーサとなるシリコン窒化膜(SiN)1が形成されている。
【0007】
このシリコン窒化膜1をエッチングしてゲート側面上部までゲートが露出するような側壁スペーサを形成するためには、通常の側壁スペーサが形成されるエッチングにとどまらず、側壁スペーサ肩部が除去されるように、エッチングを行わなければならない。
【0008】
従来のゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング工程においては、図3(a)及び(b)に示すように、側壁スペーサ肩部を除去するために、六フッ化硫黄(SF6)、臭化水素(HBr)、酸素(O2)をおよそ8:1:1の体積比で含有する雰囲気を使用して、150mTorr以上の高圧力の下でエッチングを行う。この高圧力の下でのエッチングは等方的に進行し、側壁スペーサ肩部が除去された時点でエッチングを終了すると、ゲート側面上部までゲートが露出するような側壁スペーサ1A’が形成され、この側壁スペーサ1A’を利用してゲート上部のサリサイド化を行うことができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図4は、従来のゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング工程におけるエッチング前後の側壁スペーサ部分の構造を示した拡大断面図である。
【0010】
上述のように、側壁スペーサ肩部を除去するためのエッチングは等方的に進行することから、図4に示すように、側壁スペーサ1A’を形成するシリコン窒化膜1のエッチングによる水平方向の後退量が大きく、予めこの後退量を見込んで、堆積するシリコン窒化膜1の膜厚を厚めに設定する必要があった。
【0011】
また、等方的にエッチングが進行するので、側壁スペーサ肩部及び下部の形状もスソを引き易く、寸法制御精度にも問題があり、今後、素子をさらに微細化する場合への対応が非常に困難であった。
【0012】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、LDD構造を有する半導体装置の製造中にゲート周囲に形成する側壁スペーサ肩部を、ゲート上部が露出するように除去するプラズマエッチング方法において、高い寸法制御精度で、側壁スペーサ肩部をエッチングすることが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、LDD構造を有する半導体装置の製造工程中にゲート周囲に形成する側壁スペーサ肩部を、ゲート上部が露出するように除去する半導体装置の製造方法において、塩素、臭化水素、六フッ化硫黄、酸素をおよそ12:3:1:1の体積比で含有し、圧力150mTorr未満の第1の雰囲気を使用して、ゲートを覆って形成されたシリコン窒化膜を異方性エッチングし、側壁スペーサに加工する第1の工程と、塩素、臭化水素、酸素をおよそ12:3:1の体積比で含有し、圧力150mTorr未満の第2の雰囲気を使用して、側壁スペーサ肩部をテーパエッチングして除去する第2の工程と、六フッ化硫黄、臭化水素、酸素をおよそ8:1:1の体積比で含有し、圧力150mTorr以上の第3の雰囲気を使用して、側壁スペーサを等方性エッチングして整形する第3の工程とを備えたことを特徴とし、この構成により、高い寸法制御精度で、側壁スペーサ肩部をエッチングすることが可能となる。
【0014】
従って、シリコン窒化膜は、側壁スペーサの幅とほぼ等しい膜厚に形成されたものとするとよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の一形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1は、本発明に係る半導体装置の製造方法の各製造工程におけるゲート部分の構造を示した断面図である。具体的には、図1(a)は、本発明に係る半導体装置の製造方法による加工前のゲート部分の構造、図1(b)は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第1の工程による加工後の構造、図1(c)本発明に係る半導体装置の製造方法の第2の工程による加工後の構造、図1(d)本発明に係る半導体装置の製造方法の第3の工程による加工後の構造をそれぞれ示した断面図である。
【0017】
本発明に係る半導体装置の製造方法による加工前のゲート部分は、図1(a)に示すように、シリコン基板(Si)5表面近傍のチャネル領域上にゲート絶縁酸化膜(Gate−Ox.)4が形成され、ゲート絶縁酸化膜4上にポリシリコンゲート電極(poly−Si)3が形成されている。また、ポリシリコンゲート電極3及びシリコン基板5の表面を覆ってシリコン酸化膜(SiO2)2が形成され、さらにシリコン酸化膜2の表面を覆って、形成しようとする側壁スペーサの幅とほぼ同等の厚さのシリコン窒化膜(SiN)1が形成されている。
【0018】
図1(b)に示すように、本発明に係る半導体装置の製造方法の第1の工程においては、側壁スペーサとなるシリコン窒化膜1を垂直方向に加工したシリコン窒化膜1Aとするために、塩素(Cl2)、臭化水素(HBr)、六フッ化硫黄(SF6)、酸素(O2)をおよそ12:3:1:1の体積比で含有する第1の雰囲気を使用して、150mTorr未満の低圧力で、シリコン窒化膜1の異方性エッチングを行う。但し、第1の工程における第1の雰囲気では、シリコン窒化膜1とその下地酸化膜であるシリコン酸化膜2との選択比が小さく、過剰なエッチングはすることができないため、シリコン酸化膜2が露出した時点で、又はそれ以前にエッチングを止める。
【0019】
次に、図1(c)に示すように、本発明に係る半導体装置の製造方法の第2の工程においては、シリコン窒化膜1Aと下地のシリコン酸化膜2との十分な選択比を得るために、塩素(Cl2)、臭化水素(HBr)、酸素(O2)をおよそ12:3:1の体積比で含有する第2の雰囲気を使用して、150mTorr未満の低圧力で、シリコン窒化膜1Aの側壁スペーサ肩部をテーパエッチングして除去し、シリコン窒化膜1Bとする。しかし、第2の工程におけるエッチングは、テーパエッチングであるために、除去した側壁スペーサ肩部のシリコン酸化膜2表面にシリコン窒化膜1bが薄皮状に残存してしまう。
【0020】
そこで、図1(d)に示すように、本発明に係る半導体装置の製造方法の第3の工程においては、シリコン窒化膜1B,1bを等方的にエッチングするために、六フッ化硫黄(SF6)、臭化水素(HBr)、酸素(O2)をおよそ8:1:1の体積比で含有する雰囲気を使用して、150mTorr以上の高圧力の下でエッチングを行い、第2の工程において除去した側壁スペーサ肩部のシリコン酸化膜2表面に薄皮状に残存したシリコン窒化膜1bを除去して、側壁スペーサ1Cの整形を行う。第3の工程におけるエッチング条件は、従来のエッチング条件と同様であるが、既に第2の工程において側壁スペーサ肩部を除去した後であるので、エッチング時間はかなり短くなる。第1,第2,第3の工程の具体的なエッチング時間は、シリコン窒化膜1の膜厚等の条件に応じて定められる。
【0021】
上述の第1の工程から第3の工程までの各工程の処理は、同一のエッチング装置内で連続に行うことができる。
【0022】
図2は、本発明に係る半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法とによるゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング前後におけるゲート部分の構造を示した断面図である。具体的には、図2(a)は本発明に係る半導体装置の製造方法による側壁スペーサのプラズマエッチング前後におけるゲート部分の構造、図2(b)は従来の半導体装置の製造方法による側壁スペーサのプラズマエッチング前後におけるゲート部分の構造をそれぞれ示した断面図である。
【0023】
図2(b)に示すように、従来の半導体装置の製造方法により側壁スペーサのプラズマエッチングを行った場合には、側壁スペーサ肩部を除去するためのエッチングは等方的に進行することから、側壁スペーサ1A’を形成するシリコン窒化膜1のエッチングによる水平方向の後退量が大きく、形成される側壁スペーサ1A’の幅bは、当初形成されていたシリコン窒化膜1の膜厚aよりも小さくなってしまう。従って、予めこの後退量(a−b)を見込んで、堆積するシリコン窒化膜1の膜厚aを厚めに設定する必要があり、また、寸法制御精度にも問題があった。
【0024】
一方、図2(a)に示すように、本発明に係る半導体装置の製造方法により側壁スペーサのプラズマエッチングを行った場合には、シリコン窒化膜1を側壁スペーサ1A(図1(b)参照)に加工するエッチング過程において異方性エッチングを行っているため、形成される側壁スペーサ1Cの幅bは、当初形成されていたシリコン窒化膜1の膜厚aとほぼ等しい。従って、予め堆積するシリコン窒化膜1の膜厚aは、形成しようとする側壁スペーサ1Cの幅bとほぼ同等に設定すればよく、寸法制御精度も非常に高い。
【0025】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、側壁スペーサとなるシリコン窒化膜の異方性エッチングを行い、シリコン窒化膜を垂直方向に加工する第1の工程と、シリコン窒化膜と下地のシリコン酸化膜との十分な選択比を得て、シリコン窒化膜の側壁スペーサ肩部を除去する第2の工程と、シリコン窒化膜を等方的にエッチングして、側壁スペーサの整形を行う第3の工程とにより、LDD構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて側壁スペーサ肩部を除去するプラズマエッチングを行うこととしたので、高い寸法制御精度で側壁スペーサ肩部をエッチングして、側壁スペーサの整形を行うことができ、従来の技術では非常に困難であった素子のさらなる微細化への対応も可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法の各製造工程におけるゲート部分の構造を示した断面図。
【図2】本発明に係る半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法とによるゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング前後におけるゲート部分の構造を示した断面図。
【図3】従来のゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング工程におけるゲート部分の構造を示した断面図。
【図4】従来のゲートのサリサイド化のための側壁スペーサのプラズマエッチング工程におけるエッチング前後の側壁スペーサ部分の構造を示した拡大断面図。
【符号の説明】
1 シリコン窒化膜(SiN)
2 シリコン酸化膜(SiO2)
3 ポリシリコンゲート電極(poly−Si)
4 ゲート絶縁酸化膜(Gate−Ox.)
5 シリコン基板(Si)
Claims (2)
- LDD構造を有する半導体装置の製造工程中にゲート周囲に形成する側壁スペーサ肩部を、前記ゲート上部が露出するように除去する半導体装置の製造方法において、
塩素、臭化水素、六フッ化硫黄、酸素をおよそ12:3:1:1の体積比で含有し、圧力150mTorr未満の第1の雰囲気を使用して、前記ゲートを覆って形成されたシリコン窒化膜を異方性エッチングし、前記側壁スペーサに加工する第1の工程と、
塩素、臭化水素、酸素をおよそ12:3:1の体積比で含有し、圧力150mTorr未満の第2の雰囲気を使用して、前記側壁スペーサ肩部をテーパエッチングして除去する第2の工程と、
六フッ化硫黄、臭化水素、酸素をおよそ8:1:1の体積比で含有し、圧力150mTorr以上の第3の雰囲気を使用して、前記側壁スペーサを等方性エッチングして整形する第3の工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記シリコン窒化膜は、前記側壁スペーサの幅とほぼ等しい膜厚に形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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