JP4301138B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
World 1992,12の「CVD−WSiのULSIポリサイドアプリケーション」(216頁〜)参照)。
1)WSixの形成
2)ポリサイド(Polycide)ドライエッチング
3)LDD領域形成用のCVD−SiO2形成
4)LDDエッチバック
5)WSix露出面への2度目のSiO2(キャッピング用SiO2、以下キャップ−SiO2と称する)形成
の5つの段階で剥がれが発見され、その後キャップ−SiO2が被覆された後での剥離の報告は従来は無い。
2)ポリサイド(Polycide)ドライエッチング後、
3)LDD領域形成用のCVD−SiO2形成、
4)LDDエッチバック
の3つの段階に関して言えば、はじめの工程での問題や、その物性から発生したものが多い。段階5)のみ、プロセス・モジュールにおける組み合わせで発生したものが多い。発生した剥がれの具体的な状況は下記1.〜5.の如きものであった。
1.WSixの形成後に、
(イ)下地にベタ形成された酸化膜、あるいはポリSiから皮むけ状の剥がれを発生
(ロ)高濃度AsやBドープした下地密パターンの片隅のポリSiから気泡状に浮いた剥がれを発生
2.ポリサイドドライエッチング後に、
(イ)WSixの形成後に、高濃度ドーブした下地ポリSi密パターン下から剥がれを発生
(ロ)ポリサイド構造の異なるウエーハ周辺の狭いパターンで剥がれを発生
3.LDDCVD−SiO2形成後に、
ポリサイドエッチング後すでにriftingし、剥がれを発見
4.LDDエッチバック後に、
ポリサイドエッチング後すでに微細にriftingし、LDDエッチバックではっきり剥がれを発見
5.WSix露出面に2度目のキャップ−SiO2形成に、
(イ)パイロ酸化やTEOS等のCVD膜の膜厚によって、微細パターンで剥がれを発生
(ロ)WSixのSi組成小やWSix膜厚によって、微細パターンで剥がれを発生
(1)WSixの形成後に、BF2 +を高濃度ドープした下地ポリSi密パターン下から剥がれを発生
(2)ポリサイド構造の異なるウエーハ周辺の狭いパターンで剥がれを発生
(2)WSixのSi組成小やWSix膜厚によって微紳パターンで剥がれを発生
の各場合である。
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
セルフ・アライン・コンタクトプロセスにより形成されるオフセット酸化膜付きゲート電極を有する半導体装置の製造方法において、
りんドープのポリシリコンからなる下層ポリシリコン層を形成し、その上にタングステンシリサイドからなる上層シリサイド層を形成し、
脱ガスを目的とした熱処理を行い、
その後該シリサイド層の上にシリコンナイトライドまたはシリコン・オキシ・ナイトライドを形成し、これを水分バリアー機能及び酸化と−OH基の拡散を防止する機能を有する水分バリアー層とし、この水分バリアー層の膜厚は酸化アニールと酸化膜膜厚とトランジスタ寿命とにより決定するものとし、さらにCVD酸化膜を形成し、これをオフセット膜とし、
このとき上記オフセット膜は、セルフ・アライン・コンタクトプロセスに適正な任意の膜厚で形成し、
更に上記下層ポリシリコン層と上記上層シリサイド層と上記CVD酸化膜からなるオフセット膜とからなる積層膜を加工してゲート電極構造とし、
該ゲート電極構造上に、更にシリコンナイトライドを形成しその後CVD酸化膜を形成 して積層膜を形成し、エッチバックにより該ゲート電極構造の側壁に水分バリアー性及び酸化と−OH基の拡散を防止する機能を有する層をなすシリコンナイトライドと、CVD酸化膜とからなる積層膜からなるスペーサーを形成し、
その後ソース/ドレインを形成する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法
である。
この実施例では、セルフ・アライン・コンタクト(SAC)プロセス等のオフセット酸化膜付き電極を有する半導体装置において、電極上の酸化膜の形成方法やLDD酸化膜の形成時に酸素バリアーとしてSi3N4膜を挟んだ構造にすることにより、WSixの微小剥がれによるLDD−SiO2形成時のWSix膜破壊を防止し、併せて、その後に形成する層間膜からのゲートへの水分進入を防止して、トランジスタ特性の早期劣化を少なくできる品質に作り込んだ構造を示す。
(1)図2に示すような、半導体基板(ここではSi基板)上に素子分離領域11としてLOCOSが形成された構造に、図3に示すように、ゲート絶縁膜12(SiO2)形成、及びPドープのポリSi1aとLT−WSix1bを形成してゲート電極材料のポリサイド形成後、オフセット酸化膜を形成する前にCVD−WSixであれば少なくとも脱ガスを目的としたアニールを行い、併せて多結晶成長させてもよく、このための550℃以上の熱処理を加え、その後、シリコン・ナイトライド3を形成し、つづけてCVD酸化膜2を形成し、オフセット絶縁膜とする。以上で図3の構造が完成する。
(2)その後、ゲートパターン4を、フォトレジストで形成し、ECRドライエッチ等でエッチング加工する。これにより図5の構造を得る。つづけて形成するLDD用の酸化膜に代えて、シリコン・ナイトライド5/CVD酸化膜6と言う積層膜を形成し、図6の構造として、更にエッチバックによりサイドスぺ−サー5a,5bとする(図1参照)。
(1)水分バリアーとなるバリアー層3のナイトライド膜厚は、酸化アニールと酸化膜膜厚とトランジスタ寿命によって決定される。通常は5〜100nmが使われる。余りに厚い膜はゲートの応用を与え好ましくない。また薄膜では、Si−N基の結合ネットワークが切れ、バリアー性が無くなるので、数レイヤー必要となる。
(2)バリアー層3としては、シリコンナイトライドでなくても、厚くすることで水分バリアーとできるならば、例えばプラズマ励起CVDや減圧CVDで、モノシランやN2Oやアンモニアを用いたシリコン・オキシ・ナイトライドを形成してこのバリアー層3とするのでもよい。
(3)酸化膜の形成方法は、通常のCVD酸化膜でよく、バリアー層が存在するので、水分含有が多くてもよい。また、比較的高温のTEOSの熱分解等で形成するものでもよい。また、膜厚制限も無いので、有利である。
(4)シリコン・ナイトライド膜の形成も、ジクロルシランとアンモニアの減圧CVDでも、比較的低温のモノシランとアンモニアによるプラズマ励起CVDで形成するものでもよい。
1a 電極材料(ポリSi)
1b (上層)電極材料(シリサイド、WSi)
2 オフセット膜(CVD酸化膜)
3 バリアー層(SiN)
4 ゲートパターン(フォトレジスト)
5a サイドスペーサー(SiW)
6a サイドスペーサー(酸化膜)
Claims (1)
- セルフ・アライン・コンタクトプロセスにより形成されるオフセット酸化膜付きゲート電極を有する半導体装置の製造方法において、
りんドープのポリシリコンからなる下層ポリシリコン層を形成し、その上にタングステンシリサイドからなる上層シリサイド層を形成し、
脱ガスを目的とした熱処理を行い、
その後該シリサイド層の上にシリコンナイトライドまたはシリコン・オキシ・ナイトライドを形成し、これを水分バリアー機能及び酸化と−OH基の拡散を防止する機能を有する水分バリアー層とし、この水分バリアー層の膜厚は酸化アニールと酸化膜膜厚とトランジスタ寿命とにより決定するものとし、さらにCVD酸化膜を形成し、これをオフセット膜とし、
このとき上記オフセット膜は、セルフ・アライン・コンタクトプロセスに適正な任意の膜厚で形成し、
更に上記下層ポリシリコン層と上記上層シリサイド層と上記CVD酸化膜からなるオフセット膜とからなる積層膜を加工してゲート電極構造とし、
該ゲート電極構造上に、更にシリコンナイトライドを形成しその後CVD酸化膜を形成 して積層膜を形成し、エッチバックにより該ゲート電極構造の側壁に水分バリアー性及び酸化と−OH基の拡散を防止する機能を有する層をなすシリコンナイトライドと、CVD酸化膜とからなる積層膜からなるスペーサーを形成し、
その後ソース/ドレインを形成する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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- 2004-10-20 JP JP2004306148A patent/JP4301138B2/ja not_active Expired - Lifetime
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