JP4849711B2 - Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて基板上に窒化シリコン膜を堆積する工程を有する半導体集積回路装置の製造に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の微細化、高集積化が進んだLSIの製造プロセスでは、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とのエッチング速度差を利用することによって、シリコン基板に素子分離溝(Shallow Groove Isolation;SGI)を形成したり、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート電極に対してコンタクトホールを自己整合的に形成したりすることが行われている。このような素子分離溝(SGI)の形成方法については、例えば特開平11−16999号公報などに記載がある。また、セルフアライン・コンタクト(Self Align Contact;SAC)の形成方法については、例えば特開平11−17147号公報などに記載がある。
【0003】
上記した素子分離溝の形成工程やセルフアライン・コンタクトの形成工程で使用される窒化シリコン膜は、一般にモノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)とをソースガスに用いた熱CVD法によって成膜されている。CVD装置としては、複数枚(例えば100枚程度)の半導体ウエハを一括して熱処理するホットウォール型のバッチ式熱CVD装置が使用される。ホットウォール型の熱CVD装置は、半導体ウエハを間接的に加熱する方式(管壁外のヒータによる輻射加熱)を採用したものであり、チャンバ(反応室)の内壁やチャンバ内の雰囲気全体がソースガスの分解温度以上の温度に加熱される構造になっている。また、バッチ式熱CVD装置の場合、容積の大きいチャンバ内にソースガスを均一に拡散させる必要があるため、通常は0.13kPa(1Torr)以下の減圧条件で成膜を行う低圧(Low Pressure)CVD法が採用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、熱CVD法を用いた窒化シリコン膜の成膜技術について検討した。以下は、その概要である。
【0005】
窒化シリコン膜の成膜に広く使用されているホットウォール型のバッチ式熱CVD装置は、チャンバ(反応室)内の雰囲気全体を加熱する構造になっているため、チャンバの内壁にも反応生成物が堆積し、これがウエハの汚染を引き起こす原因となる。また、この堆積物を除去するために、チャンバの内壁を頻繁に洗浄する煩雑な作業が必要となる。
【0006】
また、バッチ式熱CVD装置は、前述したように0.13kPa(1Torr)以下の減圧条件で成膜を行うので、成膜速度が遅くなる。そこで、これを補償するために100枚程度のウエハを一括して処理しているが、ウエハの大口径化に伴ってチャンバの容積が大きくなると、ソースガスを均一に拡散させるのに多くの時間が必要となり、成膜のスループットが低下する。さらに、多数枚のウエハを一括して処理するバッチ方式では、ウエハの径が大きくなると、ウエハ面内での膜厚均一性の確保が困難になったり、ウエハに転位が発生したりするという問題も生じる。
【0007】
また最近は、微細化されたMISFETのしきい値電圧の低下を防ぐ対策として、nチャネル型MISFETのゲート電極をn型多結晶シリコン、pチャネル型MISFETのゲート電極をp型多結晶シリコンによって構成し、両者を共に表面チャネル型とする、いわゆるデュアルゲートCMOS(またはCMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)ともいう)構造の採用が進められている。
【0008】
この場合、ゲート電極形成後の工程で高温の熱処理が加わると、p型多結晶シリコンで構成されたゲート電極中のp型不純物(ホウ素)がゲート酸化膜を通じて半導体基板(ウエル)内に拡散し、MISFETのしきい値電圧を変動させる虞れがある。そのため、ゲート電極形成後の工程で窒化シリコン膜を堆積する場合は、成膜の温度条件を精密に制御する必要があるが、上記したバッチ式熱CVD装置では、精密な温度条件の設定が困難である。
【0009】
なお、MISFETの特性を変動させない比較的低温で窒化シリコン膜を堆積する方法として、プラズマCVD法が知られているが、プラズマによるゲート酸化膜の損傷やチャージアップの問題があるため、サイドウォールスペーサ用窒化シリコン膜やセルフアライン・コンタクト用窒化シリコン膜への適用は困難である。
【0010】
一方、一つのチャンバ内でウエハを一枚ずつ処理する枚葉式熱CVD装置は、上記したバッチ式熱CVD装置に比べてチャンバの容積を小さくできるため、精密な温度条件の設定が容易であり、大口径のウエハでも面内の膜厚均一性を向上させることができる。また、バッチ式熱CVD装置より圧力が高い1.3kPa(10Torr)〜93kPa(700Torr)程度の準常圧減圧条件でもソースガスを均一、かつ速やかに拡散させることができるので、成膜速度を向上させることもできる。さらに、ウエハを一枚ずつ処理することでウエハ処理の流れを連続化できるため、ウエハプロセスのサイクルタイムを短縮したり、仕掛かりロットを低減したりすることもできる。
【0011】
また、枚葉式熱CVD装置は、ウエハを一枚ずつ処理することによるスループットの低下を補償するために、ウエハとその近傍のみを加熱するコールドウォール方式を採用するため、チャンバの内壁に堆積した反応生成物によるウエハ汚染の虞れが少なく、かつチャンバの内壁を洗浄する作業も軽減される。
【0012】
以上のような検討結果から、本発明者らは、特に直径20cm〜30cm程度の大口径ウエハ上にサイドウォールスペーサ用あるいはセルフアライン・コンタクト用といった高い膜厚均一性が要求される窒化シリコン膜を成膜する場合には、コールドウォール型の枚葉式熱CVD装置を使用することが有効である、という結論を得た。
【0013】
ところが、本発明者らは、現在開発中のメモリLSIの製造プロセスにコールドウォール型枚葉式熱CVD装置を導入することを検討していた過程で、新たな問題を見出した。
【0014】
一般に、メモリLSIは、一つのチップ内にメモリマットと周辺回路とを含んでいる。このうち、メモリマットは、記憶容量の大規模化を実現するために、メモリセルを構成するMISFET同士が極めて密に配置されるが、周辺回路はメモリマットに比べてMISFET同士が疎に配置される。そのため、ウエハ上にMISFETのゲート電極を形成した場合、ウエハ上に区画された複数のチップ領域のそれぞれには、ゲート電極のパターン密度が疎な領域(周辺回路)と密な領域(メモリマット)とが生じる。
【0015】
しかし、このようなウエハ上に熱CVD法で窒化シリコン膜を堆積した場合、複数のチップ領域のそれぞれにおいて、メモリマット上の窒化シリコン膜の膜厚が周辺回路上の窒化シリコン膜のそれに比べて約30%も薄くなるという現象が見られた。これは、ゲート電極が密な領域(メモリマット)は、疎な領域(周辺回路)に比べてウエハ単位面積あたりの実効的な表面積が大きく、ソースガスの供給量が相対的に不足するために、膜の堆積量が減少するからであると考えられる。
【0016】
上記のような問題(膜厚の不均一)が生じると、窒化シリコン膜をドライエッチングすることによって、メモリマットのゲート電極の側壁および周辺回路のゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成したり、ゲート電極や素子分離領域に対して自己整合でコンタクトホールを形成したりする際、周辺回路に堆積された厚い窒化シリコン膜を完全にエッチングすると、メモリマットに堆積された薄い窒化シリコン膜だけでなく、その下地(ゲート酸化膜や基板)の表面までもが削られてしまうため、メモリセルを構成するMISFETの特性が劣化してしまう。
【0017】
一般に、モノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)とをソースガスに用いた熱CVD法による窒化シリコン膜の成膜メカニズムは、下記の式(1)で示されるように、
3SiH4+4NH3 →Si3N4+12H2 (1)
モノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)とが熱分解して窒化シリコン(Si3N4)を生成する吸熱反応であると考えられている。また、この反応における窒化シリコンの生成速度は、モノシラン(SiH4)の供給量に律速されると考えられている。
【0018】
従って、前述したような疎なパターンと密なパターンとが混在するウエハ上に窒化シリコン膜を堆積する場合には、アンモニアに対するモノシランの流量比(SiH4/NH3)を増やし、実効的な表面積が大きいメモリマットに十分な量のモノシランを供給することにより、メモリマットと周辺回路とにおける窒化シリコン膜の膜厚差を低減できるものと推測される。
【0019】
ところが、本発明者らがコールドウォール型の枚葉式熱CVD装置を使ってウエハ上に窒化シリコン膜を堆積する際に、上記のような推測に基づいてモノシランの流量比を増やして見たところ、予期に反してメモリマットと周辺回路との間の膜厚差は低減されなかった。そこで、本発明者らはその原因を追求し、次のような結論を導き出した。
【0020】
チャンバ内の雰囲気全体が加熱されるホットウォール型バッチ式CVD装置の場合、チャンバ内に導入されたソースガスは、ウエハの表面に到達する以前にモノシランおよびアンモニアの分解温度以上の温度まで加熱されるため、ウエハの表面には熱分解されたガスが供給される。これに対し、ウエハが搭載されるステージ(サセプタ)のみが加熱されるコールドウォール型枚葉式熱CVD装置の場合は、ウエハとその近傍のみが高温となるため、ソースガス中のモノシランおよびアンモニアは、チャンバ内に導入されても直ちには熱分解されず、ウエハの表面近傍に到達してはじめて熱分解されることになる。そのため、モノシランに比べて分解温度が約250℃も高いアンモニアは相対的に分解速度が遅くなり、その結果としてウエハの表面に供給される窒素原子の量が不足する。すなわち、この場合は、モノシランの供給量を増やしても、メモリマット上における窒化シリコン膜の成膜速度を向上させることはできない。
【0021】
このように、従来のホットウォール型バッチ式CVD装置を使用する場合には、モノシラン(SiH4)が供給律速となることに起因して成膜の不均一が発生するという窒化シリコン膜の成膜メカニズムは、コールドウォール型枚葉式熱CVD装置を使用して窒化シリコン膜を成膜する場合には適用できないことが本発明者らによって明らかとなった。
【0022】
本発明の目的は、パターン密度が疎な領域と密な領域とを有する半導体ウエハ上に熱CVD法で窒化シリコン膜を堆積する際に、パターン密度が疎な領域と密な領域とにおける窒化シリコン膜の膜厚差を低減することのできる技術を提供することにある。
【0023】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0025】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、(a)シラン系ガスとアンモニアガスとを含む第1のソースガスを用いた熱CVD法によって、半導体基板の主面上に第1の窒化シリコン膜を堆積する工程と、(b)前記半導体基板の主面上に、パターン密度が疎な領域と密な領域とを有する複数の第1パターンを形成する工程と、(c)シラン系ガスとアンモニアガスとを含む第2のソースガスを用いた熱CVD法によって、前記複数の第1パターンが形成された前記半導体基板の主面上に第2の窒化シリコン膜を堆積する工程とを有し、前記第1のソースガスと前記第2のソースガスとは、前記シラン系ガスと前記アンモニアガスとの流量比が互いに異なるものである。
【0026】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、(a)シラン系ガスとアンモニアガスとを含む第1のソースガスを用いた熱CVD法によって、半導体ウエハの主面上に第1の窒化シリコン膜を堆積する工程と、(b)前記半導体ウエハの主面上に、パターン密度が疎な領域と密な領域とを有する複数の第1パターンを形成する工程と、(c)シラン系ガスとアンモニアガスとを含む第2のソースガスを用いた熱CVD法によって、前記複数の第1パターンが形成された前記半導体ウエハの主面上に第2の窒化シリコン膜を堆積する工程とを有し、前記第2のソースガスは、前記シラン系ガスに対する前記アンモニアガスの流量比が前記第1のソースガスよりも大きいものである。
【0027】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、(a)シラン系ガスとアンモニアガスとを含む第1のソースガスを用いた熱CVD法によって、半導体ウエハの主面上に第1の窒化シリコン膜を堆積する工程と、(b)前記半導体ウエハの主面上に、パターン密度が疎な領域と密な領域とを有する複数のゲート電極を形成する工程と、(c)シラン系ガスとアンモニアガスとを含む第2のソースガスを用いた熱CVD法によって、前記複数のゲート電極が形成された前記半導体ウエハの主面上に第2の窒化シリコン膜を堆積する工程と、(d)前記第2の窒化シリコン膜を異方的にエッチングすることによって、前記複数のゲート電極のそれぞれの側壁に、前記第2の窒化シリコン膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程とを有し、前記第2のソースガスは、前記シラン系ガスに対する前記アンモニアガスの流量比が前記第1のソースガスよりも大きいものである。
【0028】
なお、本願において、半導体集積回路装置というときは、特に単結晶シリコン基板上に作られるものだけでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、SOI(Silicon On Insulator)基板やTFT(Thin Film Transistor)液晶製造用基板などといった他の基板上に作られるものを含むものとする。また、ウエハとは半導体集積回路装置の製造に用いる単結晶シリコン基板(一般にほぼ円盤形)、SOI基板、ガラス基板その他の絶縁、半絶縁または半導体基板などやそれらを複合した基板をいう。
【0029】
チップまたはチップ領域とは、ウエハを前工程が終了したあとに、分割される部分に対応する図1に示す単位集積回路領域である。
【0030】
準常圧減圧領域(Sub-Atmospheric reduced pressure region)とは、一般に1.3kPaから93kPaの圧力範囲を指すものとされている。また、準常圧加圧領域とは本願において106kPaから133kPaの圧力範囲を指し、それらと常圧を包括して、準常圧領域と言う。
【0031】
コールドウォール型枚葉式熱CVD装置は、一般にウエハを外周壁よりも高い温度に加熱する(抵抗加熱、高周波誘導加熱、またはランプ加熱)コールドウォール型熱処理炉であって、プラズマなどを直接使用しないウエハ単位で成膜を行うCVD装置である。
【0032】
また、ガス雰囲気はソースガスなどの反応ガス、キャリアガス、稀釈ガスの外、その他の添加ガスを含めることができる。また、それぞれのガス組成に言及する場合、特にそのように明示した場合を除き、それ以外の要素の追加を許容するものとする。
【0033】
さらに、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示したときおよび原理的に明らかに特定の数に限定されるときを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップなどを含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。
【0034】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素などの形状、位置関係などに言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合を除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0036】
(実施の形態1)
図1は、本実施形態のSRAM(Static Random Access Memory)が形成されたシリコンチップ1Aのブロック図である。このSRAMが形成されたシリコンチップ1Aは、携帯用電子機器などに内蔵されて使用されるものであり、その主面には、複数のメモリマットに分割された記憶部と、入出力回路(入力バッファデコーダ、出力回路)、コントロール回路および基準電圧発生回路(降圧電源回路)などからなる周辺回路とが形成されている。
【0037】
図2は、上記記憶部に形成されたメモリセルのなど価回路図である。SRAMのメモリセルは、一対の相補性データ線(DL、/DL)とワード線(WL)との交差部に配置された一対の駆動用MISFET(Qd1、Qd2)、一対の負荷用MISFET(Qp1、Qp2)および一対の転送用MISFET(Qt1、Qt2)によって構成されている。駆動用MISFET(Qd1、Qd2)および転送用MISFET(Qt1、Qt2)はnチャネル型MISFETで構成され、負荷用MISFET(Qp1、Qp2)はpチャネル型MISFETで構成されている。すなわち、メモリセルは、4個のnチャネル型MISFETと2個のpチャネル型MISFETとを使った完全CMOS型で構成されている。完全CMOS型メモリセルは、4個のnチャネル型MISFETと2個の高抵抗負荷素子とを使った負荷抵抗型メモリセルに比べて待機時のリーク電流が少ないため、消費電力が低いという特徴を備えている。
【0038】
メモリセルを構成する上記6個のMISFETのうち、駆動用MISFETQd1および負荷用MISFETQp1は第1のインバータ(INV1)を構成し、駆動用MISFETQd2および負荷用MISFETQp2は第2のインバータ(INV2)を構成している。これら一対のインバータ(INV1、INV2)はメモリセル内で交差結合され、1ビットの情報を記憶する情報蓄積部としてのフリップフロップ回路を構成している。
【0039】
上記フリップフロップ回路の一方の入出力端子は、転送用MISFETQt1のソース、ドレインの一方に接続され、もう一方の入出力端子は、転送用MISFETQt2のソース、ドレインの一方に接続されている。転送用MISFETQt1のソース、ドレインの他方は、データ線DLに接続され、転送用MISFETQt2のソース、ドレインの他方は、データ線/DLに接続されている。また、フリップフロップ回路の一端(2個の負荷用MISFETQp1、Qp2のそれぞれのソース、ドレインの一方)は、例えば3.3Vの電源電圧(Vcc)に接続され、他端(2個の駆動用MISFETQd1、Qd2のそれぞれのソース、ドレインの一方)は、例えば0VのGND電圧に接続されている。
【0040】
図3は、メモリセルを構成する上記6個のMISFETのそれぞれのゲート電極パターンを示す平面図である。なお、図に示す4個の+印を直線で結んだ矩形の領域は、メモリセル1個分の領域を示している。
【0041】
メモリセルを構成する6個のMISFET(駆動用MISFETQd1、Qd2、負荷用MISFETQp1、Qp2および転送用MISFETQt1、Qt2)は、基板1の主面の素子分離溝4によって周囲を囲まれたアクティブ領域(Ln、Lp)に形成されている。nチャネル型で構成される駆動用MISFETQd1、Qd2および転送用MISFETQt1、Qt2は、p型ウエルが形成されたアクティブ領域Lpに形成され、pチャネル型で構成される負荷用MISFETQp1、Qp2は、n型ウエルが形成されたアクティブ領域Lnに形成されている。
【0042】
転送用MISFETQt1、Qt2は、ワード線WLと一体に構成されたゲート電極9Aを有している。このゲート電極9Aは、リン(P)がドープされたn型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCo(コバルト)シリサイド層とからなる。
【0043】
フリップフロップ回路の第1のインバータ(INV1)を構成する駆動用MISFETQd1および負荷用MISFETQp1は、一体に構成されたゲート電極を有している。このゲート電極のうち、駆動用MISFETQd1のゲート電極として使用される部分(ゲート電極9B)は、リンがドープされたn型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCoシリサイド層からなり、負荷用MISFETQp1のゲート電極として使用される部分(ゲート電極9C)は、ホウ素(B)がドープされたp型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCoシリサイド層からなる。
【0044】
同様に、フリップフロップ回路の第2のインバータ(INV2)を構成する駆動用MISFETQd2および負荷用MISFETQp2は、一体に構成されたゲート電極を有し、駆動用MISFETQd2のゲート電極として使用される部分(ゲート電極9B)は、リンがドープされたn型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCoシリサイド層からなり、負荷用MISFETQp2のゲート電極として使用される部分(ゲート電極9C)は、ホウ素がドープされたp型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCoシリサイド層からなる。
【0045】
一方、入出力回路(入力バッファデコーダ、出力回路)、コントロール回路および基準電圧発生回路(降圧電源回路)などの周辺回路は、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETとを組み合わせた相補性MISFETによって構成されている。nチャネル型MISFETのゲート電極は、リンがドープされたn型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCoシリサイド層からなり、pチャネル型MISFETのゲート電極は、ホウ素がドープされたp型多結晶シリコン膜とその上部に形成されたCoシリサイド層からなる。
【0046】
次に、上記SRAMのメモリセルおよび周辺回路を構成するMISFETの製造方法を図4〜図19を用いて説明する。
【0047】
まず、図4に示すように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる基板(シリコンウエハ)1を約850℃で熱酸化してその表面に膜厚10nm程度の薄い酸化シリコン膜2を形成した後、酸化シリコン膜2の上部にCVD法で膜厚120nm程度の窒化シリコン膜3を堆積する。窒化シリコン膜3は、素子分離領域の基板1をエッチングして溝を形成する際のマスクとして使用される。また、窒化シリコン膜3は、酸化されにくい性質を持つので、その下部の基板1の表面が酸化されるのを防ぐマスクとしても使用される。窒化シリコン膜3の下部の酸化シリコン膜2は、基板1と窒化シリコン膜3との界面に生じるストレスを緩和し、このストレスに起因して基板1の表面に転位などの欠陥が発生するのを防ぐために形成する。
【0048】
図5は、上記窒化シリコン膜3の堆積に用いるコールドウォール型の枚葉式熱CVD装置100の概略図である。
【0049】
枚葉式熱CVD装置100のチャンバ101の中央部には、シリコンウエハ(基板)1を搭載するステージ102が設けられている。ステージ102の内部には、シリコンウエハ1を加熱するヒータ(図示せず)が設けられている。ステージ102の上方には、モノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)とからなるソースガスを窒素(N2)などのキャリアガスと共にシリコンウエハ1の表面に供給するシャワーヘッドが設けられている。また、チャンバ101の外部には、チャンバ101の内壁をステージ102やシリコンウエハ1の温度よりも低い温度に設定する温調機構(図示せず)が設けられている。
【0050】
一つのチャンバ101内でシリコンウエハ1を一枚ずつ処理する枚葉式熱CVD装置100は、バッチ式熱CVD装置に比べて精密な温度条件の確保が容易であり、かつウエハ面内での膜厚均一性も良好であるという特徴がある。特に、チャンバ101の内壁温度をステージ102やシリコンウエハ1の温度よりも下げて成膜を行うコールドウォール型のCVD装置は、ソースガスの大部分がシリコンウエハ1の表面で反応して膜を形成し、温度が低いチャンバ101の内壁には膜が殆ど堆積しないので、スループットの高い成膜が可能となる。
【0051】
これに対し、チャンバの内部全体を一様な温度に加熱して成膜を行うホットウォール型CVD装置の場合は、ウエハの表面だけでなく、チャンバ101の内壁表面にも膜が堆積してしまう。そのため、ウエハ表面に堆積する膜が所望の厚さとなるまでに多くの時間を要し、かつチャンバ101の内壁表面に堆積した膜を定期的に除去する手間が必要となる。
【0052】
本実施形態では、シリコンウエハ1の温度を750℃、チャンバ101の内壁温度を30℃にそれぞれ設定し、モノシラン流量=20sccm、アンモニア流量=1400sccm、窒素流量=3600sccm、ガス圧=36kPa(275Torr)の条件で窒化シリコン膜3を堆積する。窒化シリコン膜3は、下地の酸化シリコン膜2の表面が平坦なため、基板(シリコンウエハ)1の全面でほぼ均一な膜厚となる。
【0053】
次に、図6に示すように、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで素子分離領域の窒化シリコン膜3とその下部の酸化シリコン膜2とを選択的に除去した後、窒化シリコン膜3をマスクにしたドライエッチングで素子分離領域の基板1に深さ350〜400nm程度の溝4aを形成する。
【0054】
次に、図7に示すように、溝4aの内部を含む基板1上に酸化シリコン膜5を堆積する。酸化シリコン膜5は、溝4aの深さよりも厚い膜厚(例えば450〜500nm程度)で堆積し、溝4aの内部が酸化シリコン膜5によって完全に埋め込まれるようにする。酸化シリコン膜5は、例えば酸素とテトラエトキシシラン((C2H5)4Si)とをソースガスに使ったプラズマCVD法で堆積する。
【0055】
次に、基板1を約1000℃で熱酸化し、溝4aに埋め込んだ酸化シリコン膜5の膜質を改善するためのデンシファイ(焼き締め)を行った後、図8に示すように、化学機械研磨(CMP)法を用いて溝4aの上部の酸化シリコン膜5を研磨し、その表面を平坦化することによって素子分離溝4を形成する。この研磨は、アクティブ領域の基板1表面を覆っている窒化シリコン膜3をストッパに用いて行ない、酸化シリコン膜5の表面の高さが窒化シリコン膜3のそれと同じになった時点を終点とする。その後、アクティブ領域の基板1表面を覆っている窒化シリコン膜3を熱リン酸で除去する。
【0056】
次に、図9に示すように、基板1の一部にn型不純物(例えばリン)をイオン注入し、他の一部にp型不純物(ホウ素)をイオン注入した後、基板1を約950℃で熱処理して上記不純物を拡散させることにより、基板1の一部にn型ウエル6を形成し、他の一部にp型ウエル7を形成する。
【0057】
次に、フッ酸を用いたウェットエッチングで基板1の表面を洗浄した後、図10に示すように、基板1を約800〜850℃で熱酸化することによって、n型ウエル6およびp型ウエル7のそれぞれの表面に清浄なゲート酸化膜8を形成し、続いてゲート酸化膜8の上部にゲート電極9A〜9Eを形成する。ゲート電極9A〜9Eは、ゲート酸化膜8の上部にCVD法で膜厚200nm〜250nm程度の多結晶シリコン膜を堆積し、続いて多結晶シリコン膜の一部にn型不純物(リン)をイオン注入し、他の一部にp型不純物(ホウ素)をイオン注入した後、フォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜をドライエッチングすることによって形成する。
【0058】
ゲート電極9Aは、リンがドープされたn型多結晶シリコン膜からなり、メモリセルの一部を構成する転送用MISFETQt1、Qt2のゲート電極およびワード線WLとして使用される。ゲート電極9Bは、同じくn型多結晶シリコン膜からなり、メモリセルの一部を構成する駆動用MISFETQd1、Qd2のゲート電極として使用される。ゲート電極9Cは、ホウ素がドープされたp型多結晶シリコン膜からなり、メモリセルの一部を構成する負荷用MISFETQp1、Qp2のゲート電極として使用される。
【0059】
ゲート電極9Dは、リンがドープされたn型多結晶シリコン膜からなり、周辺回路の一部を構成するnチャネル型MISFET(Qa)のゲート電極として使用される。ゲート電極9Eは、ホウ素がドープされたp型多結晶シリコン膜からなり、周辺回路の一部を構成するpチャネル型MISFET(Qb)のゲート電極として使用される。
【0060】
メモリセルを構成する6個のMISFET(駆動用MISFETQd1、Qd2、負荷用MISFETQp1、Qp2および転送用MISFETQt1、Qt2)は極めて密に配置されるため、ゲート電極9A〜9Cは互いに近接して配置される。これに対し、周辺回路を構成するMISFETは疎に配置されるため、ゲート電極9D、9Eは互いに離間して配置される。そのため、シリコンウエハ(基板)1の主面上にゲート電極9A〜9Eを形成すると、ウエハの主面に区画された複数のチップ領域のそれぞれには、ゲート電極パターンが密な領域(メモリマット)と疎な領域(周辺回路)とが生じる。
【0061】
次に、図11に示すように、p型ウエル7にリンまたはヒ素(As)をイオン注入して低不純物濃度のn-型半導体領域10を形成し、n型ウエル6にホウ素をイオン注入して低不純物濃度のp-型半導体領域11を形成した後、基板1の主面上にCVD法で膜厚50nm程度の窒化シリコン膜12を堆積する。
【0062】
上記窒化シリコン膜12の堆積には、前記図5に示したコールドウォール型の枚葉式熱CVD装置100を使用する。
【0063】
ここで、窒化シリコン膜12を堆積するときの各種パラメータを変えたときに、ゲート電極パターンが密な領域(メモリマット)に堆積された窒化シリコン膜12と疎な領域(周辺回路)に堆積された窒化シリコン膜12との膜厚差がどのように変わるかを測定した結果を図12に示す。図に示す8種類の折れ線グラフは、左から順にA:アンモニアのアニール時間、B:チャンバ101の内壁の温度、C:ステージ102からシャワーヘッド103までの距離、D:チャンバ101内のガス圧力、E:ウエハ温度、F:窒素流量、G:アンモニア流量およびH:モノシラン流量である。縦軸は、これら8種類のパラメータのそれぞれを図13に示す3種類(アンモニアのアニール時間のみ2種類)の数値に設定したときに、上記した窒化シリコン膜12の膜厚差がどの程度変化するかを示したもので、数値が大きくなる程、膜厚差が小さくなることを示している。
【0064】
この図から、チャンバ101内のガス圧力(D)、アンモニア流量(G)、モノシラン流量(H)が窒化シリコン膜12の膜厚差の変動に大きく寄与していることが判る。また、チャンバ101内のガス圧力(D)を大きくしたり、アンモニア流量(G)を増やしたりするほど窒化シリコン膜12の膜厚差が小さくなり、逆にモノシラン流量(H)を増やすほど窒化シリコン膜12の膜厚差が大きくなることが判る。
【0065】
図14は、チャンバ101内のガス圧力を26kPa(200Torr)、46kPa(350Torr)にそれぞれ設定し、アンモニアとモノシランの流量比(%)を変えたときに窒化シリコン膜12の膜厚差がどのように変わるかを測定した結果を示している。この図から、アンモニアの流量比が大きくなるほど窒化シリコン膜12の膜厚差が小さくなることが判る。
【0066】
上記測定結果から、ゲート電極パターンが密な領域(メモリマット)に堆積された窒化シリコン膜12と疎な領域(周辺回路)に堆積された窒化シリコン膜12との膜厚差を小さくするためには、モノシランに対するアンモニアの流量比を大きくすること、およびチャンバ101内のガス圧力を大きくすることが有効である。
【0067】
具体的には、ゲート電極パターンが疎な領域(周辺回路)に堆積された窒化シリコン膜12の膜厚に対する密な領域(メモリマット)に堆積された窒化シリコン膜12の膜厚の比を80%以上(膜厚差を20%以下)とするためには、ガス圧を46kPa(350Torr)としたとき、モノシランに対するアンモニアの流量比を少なくとも40倍以上とすることが望ましい。また、上記膜厚の比を85%以上(膜厚差を15%以下)とするためには、モノシランに対するアンモニアの流量比を少なくとも100倍以上とし、上記膜厚の比を90%以上(膜厚差を10%以下)とするためには、上記流量比を少なくとも250倍以上とすることが望ましい。
【0068】
本実施形態では、シリコンウエハ1の温度を750℃(ヒータの設定温度は800℃、一般にウエハの上面温度はヒータの設定温度より約50℃だけ低い)、チャンバ101の内壁温度を25℃にそれぞれ設定し、モノシラン流量=10sccm、アンモニア流量=5000sccm、窒素流量=5000sccm、ガス圧=46kPa(350Torr)の条件で窒化シリコン膜12を堆積することにより、ゲート電極パターンが密な領域(メモリマット)と疎な領域(周辺回路)とで窒化シリコン膜12の膜厚をほぼ均一にすることができた。
【0069】
次に、図15に示すように、上記窒化シリコン膜12を異方的にドライエッチングすることによって、ゲート電極9A〜9Eのそれぞれの側壁にサイドウォールスペーサ12Aを形成する。本実施形態では、メモリマットと周辺回路とで窒化シリコン膜12の膜厚をほぼ均一にすることができたので、メモリマットのゲート酸化膜8や基板1を削ることなくサイドウォールスペーサ12Aを形成することができる。
【0070】
次に、図16に示すように、p型ウエル7にリンまたはヒ素(As)をイオン注入して高不純物濃度のn+型半導体領域(ソース、ドレイン)13を形成し、n型ウエル6にホウ素をイオン注入して高不純物濃度のp+型半導体領域(ソース、ドレイン)14を形成する。続いて、フッ酸を用いたウェットエッチングでn+型半導体領域(ソース、ドレイン)13およびp+型半導体領域(ソース、ドレイン)14のそれぞれの表面のゲート酸化膜8を除去した後、基板1上にスパッタリング法でCo膜を堆積し、熱処理によるシリサイド反応でゲート電極9A〜9E、n+型半導体領域(ソース、ドレイン)13およびp+型半導体領域(ソース、ドレイン)14のそれぞれの表面にCoシリサイド層15を形成した後、未反応のCo膜をウェットエッチングで除去する。ここまでの工程により、メモリマットに駆動用MISFETQd、負荷用MISFETQpおよび転送用MISFETQtが形成され、周辺回路にnチャネル型MISFETQaおよびpチャネル型MISFETQbが形成される。
【0071】
次に、図17に示すように、基板1の主面上にCVD法で膜厚50nm程度の窒化シリコン膜16を堆積する。この窒化シリコン膜16の堆積には、前記図5に示したコールドウォール型の枚葉式熱CVD装置100を使用する。また、成膜条件は、前記サイドウォールスペーサ12Aの形成に用いた窒化シリコン膜12のそれと同一とする。これにより、ゲート電極パターンが密な領域(メモリマット)と疎な領域(周辺回路)とで窒化シリコン膜16の膜厚をほぼ均一にすることができる。
【0072】
次に、図18に示すように、例えば酸素とテトラエトキシシランとをソースガスに使ったプラズマCVD法で窒化シリコン膜16の上部に酸化シリコン膜17を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして酸化シリコン膜17および窒化シリコン膜16を順次ドライエッチングすることにより、n+型半導体領域(ソース、ドレイン)13、p+型半導体領域(ソース、ドレイン)14およびゲート電極9Bの上部にコンタクトホール20〜29を形成する。
【0073】
上記酸化シリコン膜17のドライエッチングは、窒化シリコン膜16をエッチングのストッパに用い、酸化シリコン膜17のエッチング速度が窒化シリコン膜16のエッチング速度よりも大きくなる条件で行う。また、窒化シリコン膜16のエッチングは、そのエッチング速度が素子分離溝4に埋め込まれた酸化シリコン膜5のエッチング速度よりも大きくなる条件で行う。これにより、メモリマットのコンタクトホール20〜25をゲート電極9A〜9Cおよび素子分離溝4に対してそれぞれ自己整合で形成することができる。本実施形態では、メモリマットと周辺回路とで窒化シリコン膜16の膜厚をほぼ均一にすることができたので、メモリマットの素子分離溝4に埋め込まれた酸化シリコン膜5や基板1を削ることなくコンタクトホール20〜29を形成することができる。
【0074】
次に、図19に示すように、酸化シリコン膜17の上部に堆積したメタル膜をパターニングして第1層目の配線30〜39を形成する。
【0075】
(実施の形態2)
図20から24および前記図1から19に基づいて、本発明の第2の実施例の説明を行う。前記実施例においての説明および図面の内容は、代わりの図面がある場合および異なる説明がされる場合の外は、ほぼ同一であり、繰り返し説明しないことにする。
【0076】
前記実施の形態で説明したように、チップ領域内のパターン密度が疎な領域における窒化シリコン膜の膜厚に対する密な領域とにおける窒化シリコン膜の膜厚比を大きく(すなわち窒化シリコン膜の膜厚差を小さく)するためには、アンモニアとモノシランの流量比(NH3/SiH4)および成膜圧力を制御することが重要である。本実施形態では、この流量比(NH3/SiH4)および成膜圧力についてさらに詳細な検討を行った。
【0077】
図20は、上記膜厚比(以下、疎密部膜厚比という)の成膜圧力依存性と、各成膜圧力に対して疎密部膜厚比が最大になるNH3/SiH4流量比の成膜圧力依存性とを測定した結果を示している。
【0078】
図21は、この測定に使用したコールドウォール型枚葉式熱CVD装置100の概略図である。この装置の基本的な構造は、前記実施の形態の図5に示した装置と同一である。チャンバ101の容積は約6リットルであり、ステージ102の内部には抵抗加熱型のヒータが内蔵されている。チャンバ101の側壁には成膜圧力を測定する圧力計(バラトロン(BARATRON) タイプ624)104と、メカニカルブースタポンプ105およびドライポンプ106を備えた排気管107とが取り付けられている。ウエハ1は、各チップ領域に前記図10に示すようなゲート電極(9A〜9E)が形成された直径20cmのシリコンウエハである。
【0079】
図示のように、疎密部膜厚比(一点鎖線で示す)およびNH3/SiH4流量比(実線で示す)は、成膜圧力に対してある範囲内で最適値を持つことが判明した。すなわち、疎密部膜厚比をある値以上にするためには、成膜圧力およびNH3/SiH4流量比を一定の範囲内に制御する必要がある。
【0080】
次に、窒化シリコン膜の疎密部膜厚比が85%以上(膜厚差15%以下)および95%以上(膜厚差5%以下)になる条件を詳しく測定した結果を図22に示す。
【0081】
ウエハは、各チップ領域が前記図1に示すようなブロックに分けられた20cmウエハを使用した。図23(a)、(b)に示すように、各チップ領域のメモリセルにはゲート電極が形成されており、周辺回路の一部には100μm×100μm程度の外形寸法を有する膜厚検査用パッド40が形成されている。疎密部膜厚比の評価は、前記図21に示したコールドウォール型枚葉式熱CVD装置を使ってこのウエハ上に膜厚100nmの窒化シリコン膜を堆積し、膜厚検査用パッド40上の膜厚とメモリアレイ上の膜厚の比を測定することによって行った。成膜時のウエハ温度は750℃(一般的に適切な範囲としては650℃から800℃の範囲があげられるが、その他の条件を若干変更することによって可能な範囲としては600℃から850℃の範囲があげられる)、チャンバ101の内壁温度は30℃にそれぞれ設定した。このときのソースガス(アンモニア+モノシラン)の供給シーケンスを図24(a)に示し、ソースガスの圧力変化を図24(b)に示す。
【0082】
上記の測定結果から、NH3/SiH4流量比を約150倍〜約750倍、成膜圧力を約37kPa(280Torr)〜約50kPa(380Torr)の範囲に設定することにより、疎密部膜厚比が85%以上になることが判明した。また、好ましくはNH3/SiH4流量比を約200倍〜約650倍、成膜圧力を約39kPa(295Torr)〜約49kPa(365Torr)の範囲内、より好ましくはNH3/SiH4流量比を約300倍〜約550倍、成膜圧力を約41kPa(310Torr)〜約47kPa(350Torr)の範囲内に設定することにより、疎密部膜厚比がさらに大きくなることが判明した。すなわち、さらに均一性が増すことが判明した。特に、NH3/SiH4流量比を450倍前後、成膜圧力を44kPa(330Torr)前後に設定することにより、疎密部膜厚比を95%以上にすることができた。
【0083】
上記した成膜圧力およびNH3/SiH4流量比の最適範囲は、直径が20cmのウエハだけでなく他の寸法のウエハを使用する場合にも適用することができる。ただし、ウエハの寸法が変われば表面積も変わるため、表面積に応じてソースガスの流量を増減させる必要がある。例えば直径が30cmのウエハは、20cmのウエハに比べて表面積が2.25倍となるため、ソースガスの流量も、たとえば2.25倍に増やす必要があるが、成膜圧力およびNH3/SiH4流量比は同じでよい。
【0084】
また、窒化シリコン膜の成膜に使用するコールドウォール型枚葉式熱CVD装置も前記図21に示したものに限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で細部を種々変更したものを使用することができる。例えば前記図21の装置は、ステージ102に内蔵された抵抗加熱型のヒータでウエハを加熱する方式を採用しているが、ランプ加熱方式によってウエハを加熱してもよい。ランプ加熱方式は抵抗加熱方式に比べて昇降温特性に優れているという特長がある。他方、抵抗加熱方式は、ランプ加熱方式に比べて熱源からの汚染発生が少ないという特長がある。
【0085】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0086】
前記実施の形態では、キャリアガスまたは稀釈ガスとして、窒素ガスを使用したが、代わりにまたはその一部としてアルゴンなどの不活性ガスを用いることもできる。また、ガス雰囲気はソースガスなどの反応ガス、キャリアガス、稀釈ガスの外、その他の添加ガスを含めることができる。
【0087】
また、ガス雰囲気の圧力については、実施の形態1および2で例示した準常圧減圧領域のみでなく、安全上の問題点は対策が必要であるが、成膜速度などでメリットが期待できる常圧領域や準常圧加圧領域でも可能である。
【0088】
また、前記実施の形態では、SRAMの製造に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各チップ領域内にパターン密度が疎な領域と密な領域とを有する半導体ウエハ上に熱CVD法で窒化シリコン膜を堆積する工程を有するすべての半導体集積回路装置に適用することができる。
【0089】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0090】
本発明によれば、パターン密度が疎な領域と密な領域とを有する半導体ウエハの主面上に、均一な膜厚の窒化シリコン膜を堆積することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるSRAMが形成された半導体チップのブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態であるSRAMのメモリセルのなど価回路図である。
【図3】本発明の一実施の形態であるSRAMのメモリセルを構成するMISFETのゲート電極パターンを示す平面図である。
【図4】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図5】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造に用いるコールドウォール型枚葉式熱CVD装置の概略図である。
【図6】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図8】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図9】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図10】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図11】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図12】窒化シリコン膜を堆積するときの各種パラメータと、窒化シリコン膜の膜厚疎密差との関係を示すグラフである。
【図13】窒化シリコン膜を堆積するときの各種パラメータとその変化量を示す図である。
【図14】モノシラン/アンモニア流量比と窒化シリコン膜の膜厚疎密差との関係を示すグラフである。
【図15】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図16】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図17】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図18】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図19】本発明の一実施の形態であるSRAMの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図20】疎密部膜厚比の成膜圧力依存性、および各成膜圧力に対して疎密部膜厚比が最大になるNH3/SiH4流量比の成膜圧力依存性を示すグラフである。
【図21】図20の疎密部膜厚比およびNH3/SiH4流量比の成膜圧力依存性を測定するのに用いたコールドウォール型枚葉式熱CVD装置の概略図である。
【図22】窒化シリコン膜の疎密部膜厚比を85%以上および95%以上にするためのNH3/SiH4流量比および成膜圧力の二次元分布を示すグラフである。
【図23】(a)は、図22の測定に用いたウエハの要部拡大図、(b)は、同じく断面図である。
【図24】(a)は、図22の測定に用いたソースガス(アンモニア+モノシラン)の供給シーケンスを示す図、(b)は、同じくソースガスの圧力変化を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコンウエハ(基板)
1A シリコンチップ
2 酸化シリコン膜
3 窒化シリコン膜
4 素子分離溝
4a 溝
5 酸化シリコン膜
6 n型ウエル
7 p型ウエル
8 ゲート酸化膜
9A〜9E ゲート電極
10 n-型半導体領域
11 p-型半導体領域
12 窒化シリコン膜
12A サイドウォールスペーサ
13 n+型半導体領域(ソース、ドレイン)
14 p+型半導体領域(ソース、ドレイン)
15 Coシリサイド層
16 窒化シリコン膜
17 酸化シリコン膜
20〜29 コンタクトホール
30〜39 配線
40 膜厚検査用パッド
100 枚葉式熱CVD装置
101 チャンバ
102 ステージ
103 シャワーヘッド
104 圧力計
105 メカニカルブースタポンプ
106 ドライポンプ
107 排気管
DL、/DL 相補性データ線
INV1、INV2 インバータ
Ln、Lp アクティブ領域
Q1〜Q6 MISFET
Qd1、Qd2 駆動用MISFET
Qp1、Qp2 負荷用MISFET
Qt1、Qt2 転送用MISFET
WL ワード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device manufacturing technique, and is particularly effective when applied to the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having a step of depositing a silicon nitride film on a substrate using a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Regarding technology.
[0002]
[Prior art]
In an LSI manufacturing process that has recently been miniaturized and highly integrated, an element isolation trench (SGI) is formed in a silicon substrate by utilizing the etching rate difference between a silicon oxide film and a silicon nitride film. Alternatively, a contact hole is formed in a self-aligned manner with respect to a gate electrode of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). Such a method for forming an element isolation trench (SGI) is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-16999. A method for forming a self-aligned contact (SAC) is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-17147.
[0003]
A silicon nitride film used in the above-described element isolation groove forming process and self-aligned contact forming process is generally monosilane (SiH). Four ) And ammonia (NH Three ) And the source gas as a source gas. As the CVD apparatus, a hot wall type batch type thermal CVD apparatus that heat-treats a plurality of (for example, about 100) semiconductor wafers at once is used. A hot wall type thermal CVD apparatus employs a method of indirectly heating a semiconductor wafer (radiant heating by a heater outside the tube wall), and the inner wall of the chamber (reaction chamber) and the entire atmosphere in the chamber are the source. It is structured to be heated to a temperature above the gas decomposition temperature. In the case of a batch type thermal CVD apparatus, since it is necessary to uniformly diffuse the source gas into a large volume chamber, the film is usually formed under a reduced pressure condition of 0.13 kPa (1 Torr) or less. A CVD method is employed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors examined a technique for forming a silicon nitride film using a thermal CVD method. The following is an overview.
[0005]
A hot wall type batch-type thermal CVD apparatus widely used for forming a silicon nitride film has a structure that heats the entire atmosphere in the chamber (reaction chamber), so that reaction products are also formed on the inner wall of the chamber. Which accumulates and causes contamination of the wafer. Moreover, in order to remove this deposit, the complicated operation | work which cleans the inner wall of a chamber frequently is needed.
[0006]
In addition, since the batch type thermal CVD apparatus performs film formation under a reduced pressure condition of 0.13 kPa (1 Torr) or less as described above, the film formation rate becomes slow. In order to compensate for this, about 100 wafers are processed in a lump. However, if the chamber volume increases as the diameter of the wafer increases, it takes a lot of time to uniformly diffuse the source gas. Is required, and the deposition throughput is reduced. Furthermore, in the batch method in which a large number of wafers are processed at a time, if the wafer diameter increases, it becomes difficult to ensure film thickness uniformity within the wafer surface, and dislocations may occur in the wafer. Also occurs.
[0007]
Recently, as a measure for preventing a reduction in threshold voltage of a miniaturized MISFET, the gate electrode of the n-channel type MISFET is made of n-type polycrystalline silicon, and the gate electrode of the p-channel type MISFET is made of p-type polycrystalline silicon. However, the adoption of a so-called dual gate CMOS (or CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor)) structure in which both are surface channel types is being promoted.
[0008]
In this case, when a high-temperature heat treatment is applied in the process after forming the gate electrode, the p-type impurity (boron) in the gate electrode made of p-type polycrystalline silicon diffuses into the semiconductor substrate (well) through the gate oxide film. There is a risk of changing the threshold voltage of the MISFET. Therefore, when depositing a silicon nitride film in the process after the formation of the gate electrode, it is necessary to precisely control the temperature condition of the film formation, but it is difficult to set the precise temperature condition with the above-described batch type thermal CVD apparatus. It is.
[0009]
A plasma CVD method is known as a method for depositing a silicon nitride film at a relatively low temperature that does not change the characteristics of the MISFET. However, since there is a problem of damage to the gate oxide film due to plasma and a problem of charge-up, the side wall spacer It is difficult to apply the silicon nitride film for silicon and the silicon nitride film for self-aligned contact.
[0010]
On the other hand, a single wafer thermal CVD apparatus that processes wafers one by one in a chamber can reduce the volume of the chamber as compared with the batch thermal CVD apparatus described above, and therefore it is easy to set precise temperature conditions. Even in a large-diameter wafer, in-plane film thickness uniformity can be improved. In addition, the source gas can be diffused uniformly and quickly even under conditions of quasi-atmospheric pressure of 1.3 kPa (10 Torr) to 93 kPa (700 Torr), which is higher than that of a batch type thermal CVD apparatus, improving the film formation rate. It can also be made. Furthermore, since the wafer processing flow can be continued by processing the wafers one by one, the cycle time of the wafer process can be shortened and the number of in-process lots can be reduced.
[0011]
In addition, the single wafer thermal CVD apparatus employs a cold wall method in which only the wafer and the vicinity thereof are heated in order to compensate for a decrease in throughput caused by processing the wafers one by one, so that the wafer is deposited on the inner wall of the chamber. There is less possibility of wafer contamination due to reaction products, and the work of cleaning the inner wall of the chamber is reduced.
[0012]
From the examination results as described above, the present inventors have particularly developed a silicon nitride film that requires high film thickness uniformity for sidewall spacers or self-aligned contacts on a large-diameter wafer having a diameter of about 20 cm to 30 cm. In the case of film formation, it was concluded that it is effective to use a cold wall type single wafer thermal CVD apparatus.
[0013]
However, the present inventors have found a new problem in the process of considering the introduction of a cold wall type single wafer thermal CVD apparatus into the memory LSI manufacturing process currently under development.
[0014]
In general, a memory LSI includes a memory mat and a peripheral circuit in one chip. Among these, in the memory mat, in order to realize a large storage capacity, MISFETs constituting the memory cell are arranged very densely, but in the peripheral circuit, MISFETs are arranged sparsely compared to the memory mat. The Therefore, when the gate electrode of the MISFET is formed on the wafer, each of the plurality of chip areas partitioned on the wafer has a sparse area (peripheral circuit) and a dense area (memory mat) of the gate electrode pattern density. Will occur.
[0015]
However, when a silicon nitride film is deposited on such a wafer by a thermal CVD method, the thickness of the silicon nitride film on the memory mat is larger than that of the silicon nitride film on the peripheral circuit in each of the plurality of chip regions. There was a phenomenon of thinning by about 30%. This is because the area where the gate electrode is dense (memory mat) has a larger effective surface area per wafer unit area than the sparse area (peripheral circuit), and the supply amount of the source gas is relatively short. This is thought to be because the amount of film deposition decreases.
[0016]
When the above problem (non-uniform film thickness) occurs, by performing dry etching on the silicon nitride film, sidewall spacers are formed on the sidewalls of the gate electrode of the memory mat and the gate electrode of the peripheral circuit, When forming a contact hole in a self-aligned manner with respect to a gate electrode or an element isolation region, if a thick silicon nitride film deposited on a peripheral circuit is completely etched, not only a thin silicon nitride film deposited on a memory mat Since the surface of the base (gate oxide film or substrate) is also removed, the characteristics of the MISFET constituting the memory cell are deteriorated.
[0017]
In general, monosilane (SiH Four ) And ammonia (NH Three ) Is used as a source gas, and the film formation mechanism of the silicon nitride film by the thermal CVD method is represented by the following formula (1):
3SiH Four + 4NH Three → Si Three N Four + 12H 2 (1)
Monosilane (SiH Four ) And ammonia (NH Three ) And silicon nitride (Si Three N Four ) Is considered to be an endothermic reaction. In this reaction, the formation rate of silicon nitride is monosilane (SiH Four ) Is considered to be rate-controlled.
[0018]
Therefore, when a silicon nitride film is deposited on a wafer having a mixture of sparse and dense patterns as described above, the flow ratio of monosilane to ammonia (SiH Four / NH Three ) And by supplying a sufficient amount of monosilane to the memory mat having a large effective surface area, it is presumed that the difference in film thickness of the silicon nitride film between the memory mat and the peripheral circuit can be reduced.
[0019]
However, when the present inventors deposited a silicon nitride film on a wafer using a cold-wall type single-wafer thermal CVD apparatus, the flow rate of monosilane was increased based on the above assumption. Contrary to expectation, the film thickness difference between the memory mat and the peripheral circuit was not reduced. Therefore, the present inventors have pursued the cause and derived the following conclusion.
[0020]
In the case of a hot wall type batch CVD apparatus in which the entire atmosphere in the chamber is heated, the source gas introduced into the chamber is heated to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of monosilane and ammonia before reaching the surface of the wafer. Therefore, pyrolyzed gas is supplied to the surface of the wafer. On the other hand, in the case of a cold wall type single wafer thermal CVD apparatus in which only the stage (susceptor) on which the wafer is mounted is heated, only the wafer and its vicinity become high temperature, so monosilane and ammonia in the source gas are Even if it is introduced into the chamber, it is not immediately pyrolyzed, but is pyrolyzed only after reaching the vicinity of the surface of the wafer. For this reason, ammonia having a decomposition temperature as high as about 250 ° C. compared with monosilane has a relatively low decomposition rate, and as a result, the amount of nitrogen atoms supplied to the surface of the wafer is insufficient. That is, in this case, even if the supply amount of monosilane is increased, the deposition rate of the silicon nitride film on the memory mat cannot be improved.
[0021]
Thus, when using the conventional hot wall type batch type CVD apparatus, monosilane (SiH Four The film formation mechanism of non-uniform film formation due to the supply rate-determining is the case where the silicon nitride film is formed using a cold wall type single wafer thermal CVD apparatus. It has been clarified by the present inventors that it is not applicable to the above.
[0022]
An object of the present invention is to form silicon nitride in a sparse region and a dense region when a silicon nitride film is deposited on a semiconductor wafer having a sparse region and a dense region by a thermal CVD method. An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing a film thickness difference between films.
[0023]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
[0025]
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes: (a) a first silicon nitride film on a main surface of a semiconductor substrate by a thermal CVD method using a first source gas containing a silane-based gas and an ammonia gas. (B) forming a plurality of first patterns having a sparse pattern density and a dense area on the main surface of the semiconductor substrate; and (c) a silane-based gas and ammonia. Depositing a second silicon nitride film on a main surface of the semiconductor substrate on which the plurality of first patterns are formed by a thermal CVD method using a second source gas containing a gas, The first source gas and the second source gas are different in flow rate ratio between the silane-based gas and the ammonia gas.
[0026]
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes: (a) a first silicon nitride film on a main surface of a semiconductor wafer by a thermal CVD method using a first source gas containing a silane-based gas and an ammonia gas. (B) forming a plurality of first patterns having a sparse pattern density and a dense pattern on the main surface of the semiconductor wafer; and (c) a silane-based gas and ammonia. Depositing a second silicon nitride film on a main surface of the semiconductor wafer on which the plurality of first patterns are formed by a thermal CVD method using a second source gas containing a gas, The second source gas has a larger flow rate ratio of the ammonia gas to the silane-based gas than the first source gas.
[0027]
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes: (a) a first silicon nitride film on a main surface of a semiconductor wafer by a thermal CVD method using a first source gas containing a silane-based gas and an ammonia gas. (B) forming a plurality of gate electrodes having a sparse pattern density and a dense pattern on the main surface of the semiconductor wafer; and (c) a silane-based gas and an ammonia gas. Depositing a second silicon nitride film on a main surface of the semiconductor wafer on which the plurality of gate electrodes are formed by a thermal CVD method using a second source gas including: (d) the first Forming a sidewall spacer made of the second silicon nitride film on each side wall of the plurality of gate electrodes by anisotropically etching the second silicon nitride film. The second source gas, the flow rate ratio of the ammonia gas to the silane gas is greater than the first source gas.
[0028]
In the present application, the term “semiconductor integrated circuit device” is not limited to those manufactured on a single crystal silicon substrate. Film Transistor) includes those made on other substrates such as liquid crystal manufacturing substrates. A wafer refers to a single crystal silicon substrate (generally substantially disk-shaped), an SOI substrate, a glass substrate, other insulating, semi-insulating, or semiconductor substrates used in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device or a composite substrate thereof.
[0029]
The chip or the chip area is a unit integrated circuit area shown in FIG. 1 corresponding to a portion to be divided after the previous process of the wafer is completed.
[0030]
The sub-atmospheric reduced pressure region generally refers to a pressure range of 1.3 kPa to 93 kPa. In addition, the quasi-normal pressure region refers to a pressure range from 106 kPa to 133 kPa in the present application, and includes the normal pressure and the quasi-normal pressure region.
[0031]
A cold wall type single wafer thermal CVD apparatus is a cold wall type heat treatment furnace that generally heats a wafer to a temperature higher than that of an outer peripheral wall (resistance heating, high frequency induction heating, or lamp heating), and does not directly use plasma or the like. This is a CVD apparatus that performs film formation on a wafer basis.
[0032]
In addition, the gas atmosphere can include a reaction gas such as a source gas, a carrier gas, a dilution gas, and other additive gases. Further, when referring to each gas composition, addition of other elements is allowed unless otherwise specified.
[0033]
Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), unless otherwise specified and clearly limited to a specific number in principle. It is not limited to the specific number, and may be a specific number or more. Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily essential unless explicitly stated or apparently essential in principle. Not too long.
[0034]
Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes and positional relationships of components and the like, the shapes and the like of the components are substantially the same unless explicitly stated or otherwise apparent in principle. Including those that are approximate or similar to. The same applies to the above numerical values and ranges.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
[0036]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a
[0037]
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the memory cells formed in the storage unit. The SRAM memory cell includes a pair of driving MISFETs (Qd) arranged at the intersections between a pair of complementary data lines (DL, / DL) and a word line (WL). 1 , Qd 2 ), A pair of load MISFETs (Qp 1 , Qp 2 ) And a pair of transfer MISFETs (Qt) 1 , Qt 2 ). MISFET for driving (Qd 1 , Qd 2 ) And transfer MISFET (Qt) 1 , Qt 2 ) Is composed of an n-channel type MISFET and a load MISFET (Qp). 1 , Qp 2 ) Is composed of a p-channel type MISFET. That is, the memory cell is configured as a complete CMOS type using four n-channel MISFETs and two p-channel MISFETs. The complete CMOS memory cell has a feature of low power consumption because it has less standby leakage current than a load resistance memory cell using four n-channel MISFETs and two high resistance load elements. I have.
[0038]
Of the six MISFETs constituting the memory cell, the driving MISFET Qd 1 And load MISFETQp 1 Is the first inverter (INV 1 ) For driving MISFETQd 2 And load MISFETQp 2 Is the second inverter (INV 2 ). These pair of inverters (INV 1 , INV 2 ) Constitutes a flip-flop circuit as an information storage unit which is cross-coupled in the memory cell and stores 1-bit information.
[0039]
One input / output terminal of the flip-flop circuit is connected to the transfer MISFET Qt. 1 The other input / output terminal is connected to one of the source and drain of the MISFET Qt for transfer. 2 Is connected to one of the source and drain. MISFETQt for transfer 1 The other of the source and drain is connected to the data line DL, and the transfer MISFET Qt 2 The other of the source and drain is connected to the data line / DL. One end of the flip-flop circuit (two load MISFETs Qp 1 , Qp 2 Is connected to a power supply voltage (Vcc) of 3.3 V, for example, and the other end (two drive MISFETs Qd). 1 , Qd 2 For example, one of the source and the drain is connected to a GND voltage of 0 V, for example.
[0040]
FIG. 3 is a plan view showing the gate electrode pattern of each of the six MISFETs constituting the memory cell. In addition, the rectangular area | region which connected the 4 + mark shown in the figure with the straight line has shown the area | region for one memory cell.
[0041]
Six MISFETs (driving MISFETs Qd constituting the memory cell) 1 , Qd 2 , MISFET Qp for load 1 , Qp 2 And transfer MISFETQt 1 , Qt 2 ) Is formed in the active region (Ln, Lp) surrounded by the
[0042]
MISFETQt for transfer 1 , Qt 2 Has a
[0043]
Flip-flop circuit first inverter (INV 1 MISFETQd for driving constituting) 1 And load MISFETQp 1 Has an integrally configured gate electrode. Of these gate electrodes, driving MISFET Qd 1 The portion used as the gate electrode (
[0044]
Similarly, the second inverter (INV of the flip-flop circuit) 2 MISFETQd for driving constituting) 2 And load MISFETQp 2 Has an integrally configured gate electrode, and is a driving MISFET Qd. 2 The portion used as the gate electrode (
[0045]
On the other hand, peripheral circuits such as an input / output circuit (input buffer decoder, output circuit), a control circuit, and a reference voltage generation circuit (step-down power supply circuit) are configured by complementary MISFETs that combine an n-channel MISFET and a p-channel MISFET. Has been. The gate electrode of the n-channel type MISFET is composed of an n-type polycrystalline silicon film doped with phosphorus and a Co silicide layer formed thereon, and the gate electrode of the p-channel type MISFET is a p-type polycrystalline silicon film doped with boron. It consists of a crystalline silicon film and a Co silicide layer formed thereon.
[0046]
Next, a manufacturing method of the MISFET constituting the SRAM memory cell and the peripheral circuit will be described with reference to FIGS.
[0047]
First, as shown in FIG. 4, a substrate (silicon wafer) 1 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 Ωcm is thermally oxidized at about 850 ° C., and a film thickness of about 10 nm is formed on the surface. After the thin
[0048]
FIG. 5 is a schematic view of a cold wall type single wafer
[0049]
A
[0050]
The single wafer
[0051]
On the other hand, in the case of a hot wall type CVD apparatus that forms a film by heating the entire interior of the chamber to a uniform temperature, a film is deposited not only on the wafer surface but also on the inner wall surface of the
[0052]
In this embodiment, the temperature of the
[0053]
Next, as shown in FIG. 6, after selectively removing the
[0054]
Next, as shown in FIG. 7, a
[0055]
Next, after the
[0056]
Next, as shown in FIG. 9, an n-type impurity (for example, phosphorus) is ion-implanted into a part of the
[0057]
Next, after the surface of the
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
Six MISFETs (driving MISFETs Qd constituting the memory cell) 1 , Qd 2 , MISFET Qp for load 1 , Qp 2 And transfer MISFETQt 1 , Qt 2 ) Are extremely densely arranged, the
[0061]
Next, as shown in FIG. 11, phosphorus or arsenic (As) is ion-implanted into the p-type well 7 to form n with a low impurity concentration. - P-
[0062]
For the deposition of the
[0063]
Here, when various parameters when the
[0064]
From this figure, it can be seen that the gas pressure (D), the ammonia flow rate (G), and the monosilane flow rate (H) in the
[0065]
FIG. 14 shows the difference in film thickness of the
[0066]
From the above measurement results, in order to reduce the film thickness difference between the
[0067]
Specifically, the ratio of the thickness of the
[0068]
In this embodiment, the temperature of the
[0069]
Next, as shown in FIG. 15, the
[0070]
Next, as shown in FIG. 16, phosphorus or arsenic (As) is ion-implanted into the p-type well 7 to increase the n impurity concentration. + Type semiconductor regions (source, drain) 13 are formed, and boron is ion-implanted into the n-type well 6 to form a high impurity concentration p. + A type semiconductor region (source, drain) 14 is formed. Subsequently, n is performed by wet etching using hydrofluoric acid. + Type semiconductor region (source, drain) 13 and p + After removing the
[0071]
Next, as shown in FIG. 17, a
[0072]
Next, as shown in FIG. 18, after depositing a
[0073]
The dry etching of the
[0074]
Next, as shown in FIG. 19, the metal film deposited on the
[0075]
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 20 to 24 and FIGS. The contents of the description and drawings in the above embodiment are substantially the same except when there are alternative drawings and when different descriptions are given, and will not be described repeatedly.
[0076]
As described in the above embodiment, the ratio of the thickness of the silicon nitride film in the dense region to the thickness of the silicon nitride film in the sparse region in the chip region is large (that is, the thickness of the silicon nitride film). To reduce the difference, the flow rate ratio between ammonia and monosilane (NH Three / SiH Four It is important to control the deposition pressure. In this embodiment, this flow rate ratio (NH Three / SiH Four ) And the film forming pressure were further examined in detail.
[0077]
FIG. 20 shows the film formation pressure dependence of the film thickness ratio (hereinafter referred to as the sparse / dense film thickness ratio) and the NH / semiconductor film thickness ratio maximizing for each film formation pressure. Three / SiH Four The measurement result of the film formation pressure dependence of the flow rate ratio is shown.
[0078]
FIG. 21 is a schematic view of the cold wall type single wafer
[0079]
As shown in the figure, the film thickness ratio of the sparse / dense part (indicated by a dashed line) and NH Three / SiH Four It was found that the flow rate ratio (shown by the solid line) has an optimum value within a certain range with respect to the film forming pressure. In other words, in order to make the thickness ratio of the dense / dense part more than a certain value, the film formation pressure and NH Three / SiH Four It is necessary to control the flow rate ratio within a certain range.
[0080]
Next, FIG. 22 shows the results of detailed measurement of conditions in which the thickness ratio of the silicon nitride film is 85% or more (
[0081]
As the wafer, a 20 cm wafer in which each chip area was divided into blocks as shown in FIG. 1 was used. As shown in FIGS. 23A and 23B, a gate electrode is formed in the memory cell of each chip region, and a part of the peripheral circuit is for film thickness inspection having an outer dimension of about 100 μm × 100 μm. A
[0082]
From the above measurement results, NH Three / SiH Four It has been found that by setting the flow rate ratio to about 150 times to about 750 times and the film forming pressure to be in the range of about 37 kPa (280 Torr) to about 50 kPa (380 Torr), the dense portion film thickness ratio becomes 85% or more. Also preferably NH Three / SiH Four The flow rate ratio is about 200 times to about 650 times, and the film forming pressure is in the range of about 39 kPa (295 Torr) to about 49 kPa (365 Torr), more preferably NH. Three / SiH Four It has been found that by setting the flow rate ratio in the range of about 300 times to about 550 times and the film forming pressure in the range of about 41 kPa (310 Torr) to about 47 kPa (350 Torr), the dense part thickness ratio is further increased. That is, it has been found that the uniformity is further increased. In particular, NH Three / SiH Four By setting the flow rate ratio to around 450 times and the film forming pressure to around 44 kPa (330 Torr), the dense part thickness ratio could be 95% or more.
[0083]
The above film formation pressure and NH Three / SiH Four The optimum range of the flow rate ratio can be applied not only to a wafer having a diameter of 20 cm but also to a wafer having other dimensions. However, since the surface area changes as the wafer dimensions change, it is necessary to increase or decrease the flow rate of the source gas according to the surface area. For example, a wafer having a diameter of 30 cm has a surface area of 2.25 times that of a wafer having a diameter of 20 cm. Therefore, the flow rate of the source gas needs to be increased by, for example, 2.25 times. Three / SiH Four The flow rate ratio may be the same.
[0084]
Further, the cold wall type single wafer thermal CVD apparatus used for forming the silicon nitride film is not limited to the one shown in FIG. 21 and uses variously modified details without departing from the gist of the present invention. can do. For example, although the apparatus shown in FIG. 21 employs a method of heating a wafer with a resistance heating type heater built in the
[0085]
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0086]
In the above embodiment, nitrogen gas is used as the carrier gas or the dilution gas, but an inert gas such as argon can be used instead or as a part thereof. In addition, the gas atmosphere can include a reaction gas such as a source gas, a carrier gas, a dilution gas, and other additive gases.
[0087]
Further, regarding the pressure of the gas atmosphere, not only the quasi-atmospheric pressure reduction region exemplified in the first and second embodiments but also a safety problem needs to be taken, but a merit can be expected from the film forming speed and the like. It is possible even in a pressure region or a sub-normal pressure region.
[0088]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the manufacture of SRAM has been described. However, the present invention is not limited to this. On each semiconductor wafer having a sparse pattern density and a dense area in each chip area The present invention can be applied to all semiconductor integrated circuit devices having a step of depositing a silicon nitride film by thermal CVD.
[0089]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
[0090]
According to the present invention, a silicon nitride film having a uniform thickness can be deposited on the main surface of a semiconductor wafer having a sparse pattern density and a dense pattern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor chip on which an SRAM according to an embodiment of the present invention is formed.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a gate electrode pattern of a MISFET constituting an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a schematic view of a cold wall type single wafer thermal CVD apparatus used for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between various parameters when depositing a silicon nitride film and the difference in film thickness density of the silicon nitride film.
FIG. 13 is a diagram showing various parameters and the amount of change when depositing a silicon nitride film.
FIG. 14 is a graph showing a relationship between a monosilane / ammonia flow rate ratio and a difference in film thickness density of a silicon nitride film.
FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing an SRAM which is an embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 18 is a cross sectional view of the essential part of the semiconductor substrate, showing a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a cross sectional view of the essential part of the semiconductor substrate, showing a method for manufacturing an SRAM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20 shows the dependence of the film thickness ratio on the density of the dense part and the film thickness on which the film thickness ratio of the dense part is maximized with respect to each film pressure. Three / SiH Four It is a graph which shows the film-forming pressure dependence of a flow rate ratio.
FIG. 21 shows the film thickness ratio of the dense part and the NH in FIG. Three / SiH Four It is the schematic of the cold wall type single wafer type thermal CVD apparatus used for measuring the film-forming pressure dependence of a flow rate ratio.
FIG. 22 shows NH for increasing the film thickness ratio of the silicon nitride film to 85% or more and 95% or more. Three / SiH Four It is a graph which shows two-dimensional distribution of a flow rate ratio and film-forming pressure.
23A is an enlarged view of the main part of the wafer used in the measurement of FIG. 22, and FIG. 23B is a sectional view of the same.
24A is a diagram showing a source gas (ammonia + monosilane) supply sequence used in the measurement of FIG. 22, and FIG. 24B is a diagram showing a change in pressure of the source gas.
[Explanation of symbols]
1 Silicon wafer (substrate)
1A silicon chip
2 Silicon oxide film
3 Silicon nitride film
4 Element isolation groove
4a groove
5 Silicon oxide film
6 n-type well
7 p-type well
8 Gate oxide film
9A-9E Gate electrode
10 n - Type semiconductor region
11 p - Type semiconductor region
12 Silicon nitride film
12A Sidewall spacer
13 n + Type semiconductor region (source, drain)
14 p + Type semiconductor region (source, drain)
15 Co silicide layer
16 Silicon nitride film
17 Silicon oxide film
20-29 contact hole
30-39 wiring
40 Film thickness inspection pad
100 single wafer thermal CVD system
101 chamber
102 stages
103 shower head
104 Pressure gauge
105 Mechanical booster pump
106 Dry pump
107 exhaust pipe
DL, / DL complementary data line
INV 1 , INV 2 Inverter
Ln, Lp Active region
Q 1 ~ Q 6 MISFET
Qd 1 , Qd 2 MISFET for driving
Qp 1 , Qp 2 MISFET for load
Qt 1 , Qt 2 MISFET for transfer
WL Word line
Claims (20)
前記モノシランガスに対する前記アンモニアガスの流量比を150倍から750倍とし、前記ガス雰囲気の圧力を37kPaから50kPaとすることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。A source gas containing monosilane gas and ammonia gas is supplied in the vicinity of the main surface of the semiconductor wafer heated to a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the monosilane gas and ammonia gas, and the monosilane gas and the ammonia gas are supplied to the main surface of the semiconductor wafer. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising a step of depositing a silicon nitride film on a main surface of the semiconductor wafer placed in a gas atmosphere containing the monosilane gas and the ammonia gas by thermally decomposing in the vicinity. ,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a flow rate ratio of the ammonia gas to the monosilane gas is 150 to 750 times, and a pressure of the gas atmosphere is 37 kPa to 50 kPa.
前記モノシランガスに対する前記アンモニアガスの流量比を100倍以上とすることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。A source gas containing monosilane gas and ammonia gas is supplied in the vicinity of the main surface of the semiconductor wafer heated to a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the monosilane gas and ammonia gas, and the monosilane gas and the ammonia gas are supplied to a cold wall type single wafer. On the main surface of the semiconductor wafer placed in a gas atmosphere in a sub-atmospheric pressure-reduced region containing the monosilane gas and ammonia gas by being thermally decomposed in the vicinity of the main surface of the semiconductor wafer in a reaction chamber of a thermal CVD apparatus A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising a step of depositing a silicon nitride film on the substrate,
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a flow rate ratio of the ammonia gas to the monosilane gas is set to 100 times or more.
前記モノシランガスに対する前記アンモニアガスの流量比を150倍から750倍とし、前記ガス雰囲気の圧力を37kPaから50kPaとすることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。A source gas containing monosilane gas and ammonia gas is supplied in the vicinity of the main surface of the semiconductor wafer heated to a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the monosilane gas and ammonia gas, and the monosilane gas and the ammonia gas are supplied to a cold wall type single wafer. On the main surface of the semiconductor wafer placed in a gas atmosphere in a sub-atmospheric pressure-reduced region containing the monosilane gas and ammonia gas by being thermally decomposed in the vicinity of the main surface of the semiconductor wafer in a reaction chamber of a thermal CVD apparatus A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising a step of depositing a silicon nitride film on the substrate,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a flow rate ratio of the ammonia gas to the monosilane gas is 150 to 750 times, and a pressure of the gas atmosphere is 37 kPa to 50 kPa.
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JPH09275140A (en) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Sony Corp | Formation of contact hole in semiconductor device |
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