JP4685215B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に係り、より具体的には半導体素子の接合領域形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体素子が形成される領域は、駆動回路が稠密に集積されているセル領域と、素子が疎らに配置されている周辺回路領域とに分けられる。セル領域では多数の半導体素子が稠密に配置されており、集積密度が高く、これに対して、周辺回路領域では素子が疎らに配置されており、集積密度が低い。そこで、同じ段差がついても、相対的にセル領域のアスペクト比が一層高い。たとえば、コンタクトホールを形成する工程の際、同一エッチング条件の下でコンタクトホールのエッチングを行なうと、周辺領域は接合領域が完全にオープンされる一方、セル領域は高い集積密度及びゲート電極の段差によってコンタクトホールオープンが行なわれない。
【0003】
このため、従来はセル領域の接合領域を基板上に上昇させ、コンタクト不良を防止する方法が提案された。以下、添付図を参照してこれについて説明する。
【0004】
まず、図1(a)を参照して、セル領域C及び周辺領域Pが限定された半導体基板1の所定の部分にフィールド酸化膜2を公知の方法で形成する。その後、半導体基板1の上にゲート絶縁膜3、導電層4及びハードマスク膜5が順次蒸着した上、所定の部分パターニングして、ゲート電極を形成する。
【0005】
次に、図1(b)に示すように、ゲート電極の両側壁に公知の通りに側壁スペーサ6を形成する。その後、半導体基板1の結果物の上にシリコン窒化膜7を蒸着し、周辺領域Pの上部のみを覆うようにシリコン窒化膜をパターニングする。
【0006】
図1(c)に示すように、露出した半導体基板1のセル領域Cに化学気相成長法でドープされたエピタキシャル層8を成長する。この際、エピタキシャル層8は公知の如く酸化膜及びシリコン窒化膜の上では成長しない特性をもつ。これにより、セル領域Cのフィールド酸化膜2上、側壁スペーサ6上及びハードマスク膜5上にはエピタキシャル層8が形成されず、シリコン窒化膜7の覆われた周辺領域においてもエピタキシャル層が形成されない。即ち、ドープされたエピタキシャル層8はセル領域Cの接合予定領域上にのみ形成される。ドープされたエピタキシャル層8の形成で、セル領域Cはゲート電極と基板との段差が減少する。
【0007】
図1(d)に示すように、結果物の上にソース、ドレーン用不純物をイオン注入した後、急速熱処理工程(rapid thermal annealing)を行なって、接合領域(9a、9b、9c、9d)が形成される。イオン注入の際、周辺領域Pにはシリコン窒化膜7が覆われているので、ソース、ドレーン用不純物が基板の表面に配置され、これにより接合領域9c、9dは薄く形成される。また、急速熱処理工程によって、ドープされたエピタキシャル層8内の不純物は基板1に一部拡散される。この際、セル領域Cの実際的な接合領域は、基板側に拡散した不純物領域9a、9bと基板の上側に成長したエピタキシャル層8となる。
【0008】
その後、図1(e)に示すように、周辺領域Pを覆っているシリコン窒化膜7を公知の方式で除去した後、半導体基板1の結果物上に層間絶縁膜10を形成する。
【0009】
このように、セル領域Cの接合領域を基板の上部に突出するように形成することにより、ゲート電極と接合領域との段差を減らすことができる。これにより、コンタクトホールの形成が容易になる。
【0010】
ところが、前記従来の技術は次のような問題点を有する。
【0011】
前記従来の方法は多数回の熱工程が要求されることから、セル領域Cまたは周辺領域Pに形成されるPMOSトランジスタのしきい値電圧が増加される。すなわち、前記従来の方法はエピタキシャル層8を成長させる時と、接合領域(9a、9b、9c、9d)を形成するための熱処理工程の時に高温の熱工程が要求される。このような工程は、熱に敏感なPMOSトランジスタのチャネル地域のしきい値電圧を変化させる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は前記熱工程の数を減少させ、素子特性の変化を防止し得る半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、セル領域及び周辺領域が限定された半導体基板の上にゲート電極を形成する第1の段階と、前記第1の段階の後、前記ゲート電極の両側壁に側壁スペーサを形成する第2の段階と、前記第2の段階の後、前記周辺領域に該当するゲート電極の両側に接合用不純物を打ち込む第3の段階と、前記第3の段階の後、前記周辺領域の半導体基板の結果物上に成長抑制用層を形成する第4の段階と、前記第4の段階の後、前記露出したセル領域の接合予定領域上に不純物のドープされたエピタキシャル層を成長させる第5の段階と、前記第5の段階の後、前記成長抑制用層を除去する第6の段階とを含み、前記第5の段階で前記ドープされたエピタキシャル層は、600℃乃至700℃の温度で高真空化学気相成長法(UHVCVD)で形成され、前記第5の段階で前記ドープされたエピタキシャル層の成長の際、周辺領域にイオン注入された接合用不純物は半導体基板内に拡散して接合領域を成し、セル領域ではドープされたエピタキシャル層内の不純物が一部半導体基板内に拡散することを特徴とする。
【0014】
ここで、成長抑制用層はシリコン窒化膜であり、前記周辺領域の半導体基板の結果物にシリコン窒化膜を形成する段階は、前記半導体基板の結果物上にシリコン窒化膜を形成する段階と、前記シリコン窒化膜が周辺領域上にのみ存在するように、所定の部分オーバーエッチングする段階とを含む。前記シリコン窒化膜は厚さ100Å乃至200Åに形成される。
【0015】
更に、前記成長抑制用層がシリコン窒化膜の場合、前記側壁スペーサは酸化膜で形成することが好ましい。
【0016】
前記不純物のドープされたエピタキシャル層は、基板から厚さ500Å乃至1500Åに成長する。この際、前記不純物のドープされたエピタキシャル層には燐が含まれていることが好ましい。
【0017】
ここで、前記ドープされたエピタキシャル層は、800℃乃至900℃の温度及び水素雰囲気中で1分間乃至5分間ペーキング工程を行ない、インサイチュでDCS(dichlorosilane)は30sccm乃至300sccm程度、ホスフィン(phosphine)は50sccm乃至300sccm程度、HClは30sccm乃至200sccm程度供給し、圧力は10torr乃至50torr、温度は750℃乃至950℃程度に維持して、3分間乃至10分間熱工程を行ない、ドープされたエピタキシャル層を形成する。
【0018】
尚、ドープされたエピタキシャル層を高真空化学気相成長法(UHCVD)で形成する場合、シラン(silane)もしくはジシラン(disilane)ガスを用いて1torr以下の圧力と600℃乃至700℃の温度で熱工程を行なうことにより、ドープされたエピタキシャル層を形成する。
【0019】
前記周辺領域の半導体基板の結果物上に成長抑制用層を形成する段階と、前記ドープされたエピタキシャル層を形成する段階との間に、基板の表面に発生した自然酸化膜及びセル領域上に残留する成長抑制用層を除去するため、クリーニングする段階をさらに含むことが好ましい。この際、クリーニング工程としては、RCAクリーニング、UVオゾンクリーニングまたはHF浸漬工程を用いることが好ましい。また、ゲート電極を形成する段階は、半導体基板上にゲート絶縁膜、導電層及びハードマスク膜を順次積層する段階と、前記ハードマスク膜、導電層及びゲート絶縁膜を所定の部分パターニングしてゲート電極を形成する段階とを含む。
【0020】
本発明によれば、周辺領域の接合領域を形成するための拡散がエピタキシャル層の成長と同時に行なわれることにより、接合領域を形成するための急速熱処理工程が排除される。
【0021】
これにより、一回の熱処理工程を減縮することができ、PMOSトランジスタの熱負担を減らすことになる。従って、PMOSトランジスタしきい値電圧の変化を減少することができる。
【0022】
しかも、ドープされたエピタキシャル層の形成によりゲート電極と接合領域との段差が減って、コンタクトホールの形成が容易である。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施例を説明する。
【0024】
図2(a)乃至図2(d)は本発明による半導体素子の製造方法を説明するための各工程別の断面図である。
【0025】
まず、図2(a)を参照して、セル領域C及び周辺領域Pが限定された半導体基板11の所定の部分にフィールド酸化膜12を公知の方法で形成する。その後、半導体基板11の上にゲート絶縁膜13、導電層14及びハードマスク15を順次蒸着した後、所定の部分パターニングしてゲート電極を形成する。
【0026】
その後、図2(b)に示すように、半導体基板11の結果物上に所定の厚さの酸化膜を約300乃至800Å程度に蒸着した後、非等方性エッチングを行なってゲート電極の両側壁に側壁スペーサ16を形成する。この際、側壁スペーサ16は後続形成されるシリコン窒化膜を除去する際、同時に除去されることを防止する酸化膜で形成されることが好ましい。その次に、周辺領域Pの露出した半導体基板11に接合領域用不純物を選択的にイオン注入する。この際、不純物はPMOSトランジスタの場合、B+またはBF2+イオンを注入し、NMOSトランジスタの場合、As+またはP+イオンを注入する。ここで、B+イオンを注入する場合には2乃至10KeVのエネルギー及び1015乃至1017ions/cm2の濃度で注入し、BF2+イオンを注入する場合には10乃至30KeVのエネルギー及び1015乃至1017ions/cm2の濃度で注入する。また、As+イオンを注入する場合には10乃至30KeVのエネルギー及び1015乃至1017ions/cm2の濃度で注入し、P+イオンを注入する場合には10乃至30KeVのエネルギー及び1015乃至1017ions/cm2の濃度で注入する。
【0027】
その後、図2(c)に示すように、半導体基板11の結果物上にシリコン窒化膜18を低圧化学気相成長法(LPCVD)で、厚さ約100乃至300Åに蒸着する。次に、シリコン窒化膜18を周辺領域Pのみ覆うようにドライエッチングする。この際、エッチング時に基板11の表面に発生するダメージを最小化しながら、セル領域Cのシリコン窒化膜18を完璧に除去するため、前記シリコン窒化膜18の除去の際に100%未満にオーバーエッチングを行なうことが好ましい。
【0028】
その後、セル領域Cの半導体基板11にドープされたエピタキシャル層19は厚さ約500Å乃至1500Åに成長される。エピタキシャル層19の成長際、シリコン窒化膜18は成長抑制層の役割を果たす。前記ドープされたエピタキシャル層19は低圧化学気相成長法(LPCVD)または高真空化学蒸着法(UHVCVD)で形成され、前記ドープされたエピタキシャル層19には燐が含まれている。この際、前記ドープされたエピタキシャル層19を低圧化学気相成長法で形成する場合には、蒸着直前、800℃乃至900℃の温度及び水素(hydrogen)雰囲気中で1分間乃至5分間ベーキング(baking)工程を行なう。次に、インサイチュ(in-situ)で、DCS(dichlorosilane)は30sccm乃至300sccm程度、ホスフィンは50sccm乃至300sccm程度、HClは30sccm乃至200sccm程度に供給し、圧力は10乃至50torr、温度は750℃乃至950℃程度に維持し、3分間乃至10分間工程を行なって、ドープされたエピタキシャル層19を形成する。
【0029】
一方、高真空化学気相成長法(UHCVD)を使用する場合には、蒸着ガスをシラン(silane)またはジシラン(disilane)を使用し、1torr以下の圧力と600℃乃至700℃の温度で工程を行なって、ドープされたエピタキシャル層19を形成する。
【0030】
ドープされたエピタキシャル層19は酸化膜12、15、17及びシリコン窒化膜18の上には成長しないので、セル領域Cの接合予定領域上にのみ形成される。また、ドープされたエピタキシャル層19の成長の際に、所定の熱工程が伴われるので、ドープされたエピタキシャル層19の成長と同時に、周辺領域Pにイオン注入された接合用不純物が拡散し、接合領域17a、17bが形成される。しかも、ドープされたエピタキシャル層内にある不純物も一部半導体基板11側に拡散し、セル領域Cの接合領域17c、17dを成す。この際、セル領域Cの実質的な接合領域は基板11内に形成された接合領域17c、17dと基板の表面に突出したドープされたエピタキシャル層19である。
【0031】
また、前記シリコン窒化膜18を形成する工程と、ドープされたエピタキシャルシリコン層19を形成する工程の前に、表面に自然酸化膜及びシリコン窒化膜の残滓を除去するために、RCAクリーニング、UVオゾンクリーニングもしくはHF浸漬(dipping)工程を施す。
【0032】
その後、図2(d)に示すように、周辺領域Pを覆っているシリコン窒化膜18を高温のH3PO4溶液に浸けて除去した後、半導体基板11の結果物上に層間絶縁膜20を形成する。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、周辺領域の接合領域を形成するための拡散がエピタキシャル層の成長と同時に行なわれることにより、接合領域を形成するための急速熱処理工程が排除される。これにより、一回の熱処理工程を減縮することができて、PMOSトランジスタの熱負担を減らすことになる。従って、PMOSトランジスタしきい値電圧の変化を減少することができる。しかも、ドープされたエピタキシャル層の形成によりゲート電極と接合領域との段差が減少し、コンタクトホールの形成が容易である。
【0034】
その他、本発明はその要旨から外れない範囲でいろいろ変更して実施することができる。
【0035】
温度で熱工程を行なって形成することを特徴とする請求項11記載の半導体素子の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の半導体素子の製造方法を説明するための各工程別の断面図である。
【図2】 本発明による半導体素子の製造方法を説明するための各工程別の断面図である。
【符号の説明】
11 半導体基板
12 フィールド酸化膜
13 ゲート絶縁膜
14 導電層
15 ハードマスク膜
16 側壁スペーサ
17a、17b、17c、17d 接合領域
18 シリコン窒化膜
19 不純物がドープされたエピタキシャル層
20 層間絶縁膜
Claims (8)
- セル領域及び周辺領域が限定された半導体基板の上にゲート電極を形成する第1の段階と、
前記第1の段階の後、前記ゲート電極の両側壁に側壁スペーサを形成する第2の段階と、
前記第2の段階の後、前記周辺領域に該当するゲート電極の両側に接合用不純物を打ち込む第3の段階と、
前記第3の段階の後、前記周辺領域の半導体基板の結果物上に成長抑制用層を形成する第4の段階と、
前記第4の段階の後、前記露出したセル領域の接合予定領域上に不純物のドープされたエピタキシャル層を成長させる第5の段階と、
前記第5の段階の後、前記成長抑制用層を除去する第6の段階とを含み、
前記第5の段階で前記ドープされたエピタキシャル層は、600℃乃至700℃の温度で高真空化学気相成長法(UHVCVD)で形成され、
前記第5の段階で前記ドープされたエピタキシャル層の成長の際、周辺領域にイオン注入された接合用不純物は半導体基板内に拡散して接合領域を成し、セル領域ではドープされたエピタキシャル層内の不純物が一部半導体基板内に拡散することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記成長抑制用層はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
- 前記シリコン窒化膜は厚さ100Å乃至200Åに形成されることを特徴とする請求項2記載の半導体素子の製造方法。
- 前記側壁スペーサは酸化膜で形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
- 前記不純物のドープされたエピタキシャル層は基板から厚さ500Å乃至1500Åに形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
- 前記不純物のドープされたエピタキシャル層には燐が含まれていることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
- セル領域及び周辺領域が限定された半導体基板の上にゲート電極を形成する第1の段階と、
前記第1の段階の後、前記ゲート電極の両側壁に側壁スペーサを形成する第2の段階と、
前記第2の段階の後、前記周辺領域に該当するゲート電極の両側に接合用不純物を打ち込む第3の段階と、
前記第3の段階の後、前記周辺領域の半導体基板の結果物上に成長抑制用層を形成する第4の段階と、
前記第4の段階の後、前記露出したセル領域の接合予定領域上に不純物のドープされたエピタキシャル層を成長させる第5の段階と、
前記第5の段階の後、前記成長抑制用層を除去する第6の段階とを含み、
前記第5の段階で前記ドープされたエピタキシャル層は、800℃乃至900℃の温度及び水素(hydrogen)雰囲気中で1分間乃至5分間ベーキング工程を行ない、インサイチュ(in-situ)で、DCS(dichlorosilane)は30sccm乃至300sccm程度、ホスフィン(phosphine)は50sccm乃至300sccm程度、HClは30sccm乃至200sccm程度供給し、圧力は10torr乃至50torr、温度は750℃乃至950℃程度に維持し、3分間乃至10分間熱工程を行なって形成され、
前記第5の段階で前記ドープされたエピタキシャル層の成長の際、周辺領域にイオン注入された接合用不純物は半導体基板内に拡散して接合領域を成し、セル領域ではドープされたエピタキシャル層内の不純物が一部半導体基板内に拡散することを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記ドープされたエピタキシャル層はシラン(silane)またはジシラン(disilane)ガスを用いて、1torr以下の圧力で前記熱工程を行なって形成することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
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