JP4087172B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【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係わり、特にシリコン酸化膜の信頼性を向上させる工程を含み、少なくとも2種類の膜厚のシリコン酸化膜を有するデバイスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体基板上に2種のゲート膜厚をもつMOSトランジスタを製造する際、一方のゲート酸化膜の信頼性を向上させるために以下の工程を用いてきた。
【0003】
まず、図2(a)に示すように、シリコン半導体基板9上に素子分離膜10を公知の技術により形成した後、例えばシリコン基板の熱酸化により第1のゲート酸化膜11を形成する。活性領域は、素子分離膜10により、2つ以上の領域に形成される。
【0004】
次に、図2(b)に示すように、第1のゲート絶縁膜11に対し窒化処理を行う。通常この窒化処理により窒素がシリコン基板とゲート酸化膜の界面にシリコン酸窒化物12として偏析し、界面順位やトラップを埋めるため、第1のゲート絶縁膜の信頼性が向上する。
【0005】
次に、図2(c)に示すように、公知の技術により、少なくとも第2のゲート酸化膜を形成したい部分を開口させるマスク材13を、例えばフォトレジスト膜などによって形成した後、選択的に第1のゲート酸化膜を除去する。
【0006】
通常この第1のゲート酸化膜の除去にはフッ酸が用いられるが、フッ酸のみでは前記シリコン基板とゲート酸化膜の界面に形成されたシリコン酸窒化物12は除去されないため、シリコン酸窒化12がシリコン表面上に残ることになる。
【0007】
次に、図2(d)に示すように前記マスク材13を除去後、第2のゲート酸化膜14を、例えばシリコン基板の熱酸化により形成する。
【0008】
引き続き図2(e)に示すように、公知の技術により、ゲート電極膜15、及びトランジスタのソース/ドレイン16を形成し、MOSトランジスタを製造していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の製造方法では第1のゲート酸化膜への窒化処理時に形成された、シリコン酸窒化物がシリコン基板表面に残ったまま、第2のゲート酸化膜を形成する。よって、特に第2のゲート酸化膜形成が熱酸化によって行われる場合は、このシリコン酸窒化物が酸化阻害物として作用するため、第2のゲート酸化膜の信頼性が著しく劣化するという問題点があった。
【0010】
本発明は製造方法を改善して、上記の問題点を取り除くことを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法では、第2のゲート酸化膜を形成するために、第1のゲート絶縁膜を除去する際、もしくは第2のゲート酸化膜を形成する直前のシリコン基板洗浄を行う際に、アンモニア過酸化水素水による処理を含むことにより、第2のゲート酸化膜を形成する部位のシリコン酸窒化を、第2のゲート酸化膜形成前に除去する事ができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下に図1に基づいて説明する。まず図1(a)に示すように、シリコン半導体基板1上に素子分離膜2を公知の技術により形成した後、例えばシリコン基板の熱酸化により第1のゲート酸化膜3を形成する。半導体活性領域は、素子分離膜2により2つ以上に分離される。
【0013】
次に、図1(b)に示すように、第1のゲート絶縁膜3に対し窒化処理を行う。通常この窒化処理により窒素がシリコン基板とゲート酸化膜の界面にシリコン酸窒化物4として偏析し、界面順位やトラップを埋めるため、第1のゲート絶縁膜の信頼性が向上する。また、窒化処理においては、一酸化二窒素ガスや、アンモニアガスが用いられるが、特にアンモニアガスを使用した場合、活性度が一酸化二窒素より高く、より界面に多くのシリコン酸窒化物を形成しやすい。
【0014】
次に、図1(c)に示すように、公知の技術により、少なくとも第2のゲート酸化膜を形成したい部分を開口させるマスク材5を、例えばフォトレジスト膜などによって形成した後、選択的に一部活性領域の第1のゲート酸化膜を除去する。通常この第1のゲート酸化膜の除去にはフッ酸が用いられるが、フッ酸のみでは前記シリコン基板とゲート酸化膜の界面に形成されたシリコン酸窒化物12は除去されないため、除去時の工程にアンモニア過酸化水素を含んだ薬液による処理を含ませる。アンモニア過酸化水素水はシリコンや、シリコン窒化物をエッチングする特性を持つので、前記シリコン酸窒化物4をも除去する事になる。
【0015】
もしくは、選択的に第1のゲート酸化膜を除去する際は、従来の方法通り、フッ酸による処理のみに留め、その後、第2のゲート酸化膜を形成する直前のシリコン基板洗浄において、アンモニア過酸化水素を含んだ薬液による処理を含ませても同じ効果を得ることができる。
【0016】
次に、図1(d)に示すように前記マスク材5を除去後、第2のゲート酸化膜6を、例えばシリコン基板1の熱酸化により形成する。この時、第2のゲート酸化膜が形成されるシリコン基板表面には酸化阻害物であるシリコン酸窒化物がないので、高品質のゲート酸化膜を形成する事が可能となる。
【0017】
引き続き、図1(e)に示すように、公知の技術により、ゲート電極膜7、及びトランジスタのソース/ドレイン8を形成し、MOSトランジスタを製造する。
【0018】
ここでは第1、第2の酸化膜ともにゲート酸化膜として用いたMOSトランジスタを実施例として上げたが、以下にあげる素子の製造方法においても、応用が利き、同じ効果を持つことは言うまでもない。
1.前記第1の酸化膜をMOS容量素子の絶縁膜、前記第2の酸化膜をMOSトランジスタのゲート酸化膜とした半導体素子の製造方法。
2.前記第1の酸化膜をMOSトランジスタのゲート酸化膜、前記第2の酸化膜をMOS容量素子の絶縁膜とした半導体素子の製造方法。
3.前記第1の酸化膜、及び第2の酸化膜ともMOS容量素子の絶縁膜とした半導体素子の製造方法。
【0019】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、窒化処理後に形成されるシリコン酸窒化物が第2のゲート酸化膜形成部より除去される、第2のゲート酸化膜形成時の酸化阻害が起きないため、第2のゲート酸化膜の信頼性を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の工程断面図である。
【図2】従来の技術の工程断面図である。
【符号の説明】
1、9 シリコン半導体基板
2、10 素子分離膜
3、11 第1のゲート酸化膜
4、12 シリコン酸窒化物
5、13 マスク剤
6、14 第2のゲート酸化膜
7、15 ゲート電極膜
8、16 ソース/ドレイン

Claims (5)

  1. シリコン基板上に少なくとも2種類以上の膜厚の異なるシリコン酸化膜を形成する半導体装置の製造方法において、
    第1の膜厚を有する第1のシリコン酸化膜を前記シリコン基板上に形成する工程と、
    前記第1のシリコン酸化膜と前記シリコン基板との界面にシリコン酸窒化物が形成されるよう前記第1のシリコン酸化膜を窒化処理する工程と、
    少なくとも第2のゲート酸化膜を形成する部分を開口するようにフォトレジスト膜を形成する工程と、
    前記シリコン基板の一部から前記フォトレジスト膜により覆われていない前記第1のシリコン酸化膜を、アンモニア過酸化水素水を含む薬液により除去するとともに、前記第1のシリコン酸化膜と前記シリコン基板との界面に形成されたシリコン酸窒化物を除去する工程と、
    前記フォトレジスト膜を除去する工程と、
    前記第1のシリコン酸化膜が除去された部分に第1の膜厚と異なる第2の膜厚を有する第2のシリコン酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第1のシリコン酸化膜を窒化処理する工程は、アンモニアガスを使用することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. シリコン基板上に少なくとも2種類以上の膜厚の異なるシリコン酸化膜を形成する半導体装置の製造方法において、
    第1の膜厚を有する第1のシリコン酸化膜を前記シリコン基板上に形成する工程と、
    前記第1のシリコン酸化膜と前記シリコン基板との界面にシリコン酸窒化物が形成されるよう前記第1のシリコン酸化膜を窒化処理する工程と、
    少なくとも第2のゲート酸化膜を形成する部分を開口するようにフォトレジスト膜を形成する工程と、
    前記シリコン基板の一部から前記フォトレジスト膜により覆われていない前記第1のシリコン酸化膜を除去する工程と、
    アンモニア過酸化水素水を含む薬液によりシリコン基板を洗浄するとともに、前記第1のシリコン酸化膜と前記シリコン基板との界面に形成されたシリコン酸窒化物を除去する工程と、
    前記フォトレジスト膜を除去する工程と、
    前記第1のシリコン酸化膜が除去された部分に第1の膜厚と異なる第2の膜厚を有する第2のシリコン酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 前記第1のシリコン酸化膜を窒化処理する工程は、アンモニアガスを使用することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第1のシリコン酸化膜を除去する工程は、フッ酸を用いて前記シリコン基板の一部から前記フォトレジスト膜により覆われていない前記第1のシリコン酸化膜を除去することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
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