JP5032018B2

JP5032018B2 - 膜形成方法

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Publication number: JP5032018B2
Application number: JP2005334474A
Authority: JP
Inventors: 洋一鈴木
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2007142193A

Description

本発明は、膜形成方法に関する。

ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート電極上には、通常、窒化膜が設けられている。この窒化膜は、コンタクトホールを形成するためにゲート電極上の絶縁層をエッチングする際のエッチストッパとして機能する。この窒化膜によって、ゲート電極がエッチングによるダメージを受け難くなる。

また、上記窒化膜の内部応力を高めることによって、電子又はホール等のキャリアの移動度を向上できることが知られている（非特許文献１，２参照）。
Shinya Ito et al., Tech Dig Int Electron Devices Meet, vol.2000;page 10.7.1-10.7.4 (2000) T.Sunaki et al., Symp on VLSI Tech., p.14 (2005)

しかしながら、窒化膜の成膜条件を変化させる等の従来方法では、窒化膜の内部応力をせいぜい１．４ＧＰａ程度にしか高めることができない。このため、窒化膜等の膜の内部応力を更に高める技術が必要とされている。

そこで本発明は、膜の内部応力を向上できる膜形成方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の膜形成方法は、基板を第１の方向に反らせる工程と、反った前記基板上に膜を形成する工程と、前記膜を形成した後、反った前記基板を前記第１の方向とは反対の第２の方向に反らせる工程とを含む。

本発明の膜形成方法によれば、膜の内部応力を向上できる。

また、前記第１の方向に反らせる工程では、前記基板の一方の面を加熱し、前記第２の方向に反らせる工程では、前記基板の温度を低下させることが好ましい。

この場合、第１の方向に反らせる工程では、基板が一方の面から徐々に加熱されるので基板を第１の方向に反らせることができる。また、第２の方向に反らせる工程では、基板の温度が低下することによって、基板を第２の方向に反らせることができる。

また、前記第１の方向に反らせる工程では、前記基板の一方の面上に別の膜を形成し、前記第２の方向に反らせる工程では、前記別の膜を除去することが好ましい。

この場合、第１の方向に反らせる工程では、別の膜の内部応力と基板の内部応力とが異なっているので、基板を第１の方向に反らせることができる。また、第２の方向に反らせる工程では、別の膜を除去することによって、基板を第２の方向に反らせることができる。

また、前記膜は窒素原子を含有することが好ましい。窒素原子を含む膜の内部応力は大きいので、得られる膜の内部応力を更に向上できる。

また、前記基板はゲート電極を有しており、前記膜は前記ゲート電極上に形成されることが好ましい。この場合、ゲート電極を含むトランジスタにおいて、キャリアの移動度を向上できる。

本発明によれば、膜の内部応力を向上できる膜形成方法が提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。本実施形態に係る膜形成方法は、例えば以下の工程を順に経ることにより実施される。

（基板準備工程）
図１(ａ)に示されるように、基板２を準備する。基板２は、例えばシリコン基板等の半導体基板であることが好ましい。

（第１の方向に反らせる工程）
図１(ｂ)に示されるように、基板２を第１の方向Ｚ１に反らせる。その結果、基板２の一方の面２ａが凸面、他方の面２ｂが凹面となる。方向Ｚ１は、例えば基板２の面２ａの法線方向である。本実施形態では、基板２の面２ａを加熱する。これにより、基板２が面２ａから徐々に加熱されるので、基板２における面２ａに近い領域の熱膨張率と、基板２における面２ｂに近い領域の熱膨張率とに差が生じる。その結果、基板２を方向Ｚ１に反らせることができる。基板２を加熱する加熱手段としては、例えば、ヒータ、ランプ等が挙げられる。加熱の際には、基板２の温度が室温から所定の温度に到達するまで昇温することが好ましい。所定の温度は、例えば４００〜５００℃である。基板２の反り量ｄは、この所定の温度に依存する。基板２の反り量ｄは、反らせる前の基板２（図１(ａ)参照）の曲率半径と、反った基板２（図１(ｂ)参照）の曲率半径との差を表す。

なお、万力等の器具を用いて基板２を反らせてもよい。また、基板２の一部をチャックで吸引することによって基板２を反らせてもよい。

（膜形成工程）
図１(ｃ)に示されるように、反った基板２上に膜４を形成する。本実施形態では、膜４は、基板２の面２ｂ上に形成される。膜４は、例えば、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等のＣＶＤ法を用いて形成されることが好ましい。プラズマＣＶＤ法としては、例えば、平行平板型のＣＶＤ法、バイアス高密度プラズマ型（ＨＤＰ型）のＣＶＤ法等が挙げられる。

膜４は窒素原子を含有することが好ましい。この場合、膜４の内部応力を更に向上できる。膜４は、例えばシリコン窒化膜等の窒化膜、ＳｉＣＮ膜等の炭窒化膜であることが好ましい。膜４の膜厚は、２０〜２００ｎｍであることが好ましい。一実施例において、膜４の膜厚は５０ｎｍである。膜４の内部応力は、大きければ大きいほど好ましい。一実施例において、膜４の内部応力は１．４ＧＰａである。膜４の内部応力は、成膜条件を調整することによって制御される。

（第２の方向に反らせる工程）
図１(ｄ)に示されるように、反った基板２を第１の方向Ｚ１とは反対の第２の方向Ｚ２に反らせる。本実施形態では、基板２の温度を低下させる。これにより、基板２を方向Ｚ２に反らせることができる。基板２の面２ｂが平面又は凸面になるまで基板２を方向Ｚ２に反らせてもよいし、基板２を方向Ｚ２に反らせた結果、基板２の面２ｂが凹面のままであってもよい。基板２を元の戻すと基板２の面２ｂは平面となる。基板２を方向Ｚ２に反らせる程度は、膜４の膜厚、膜４の内部応力等を調整することによって制御される。

基板２の温度を低下させるためには、基板２の加熱を停止してもよいし、基板２に与える熱エネルギーを、加熱の際に基板２に与える熱エネルギーよりも小さくしてもよい。また、基板２を冷却してもよい。

本実施形態の膜形成方法によれば、基板２を方向Ｚ２に反らせることによって、膜４の内部応力（引っ張り応力）を向上できる。例えば、基板２として直径３００ｍｍのシリコンウェハを用いて、膜４として膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜を形成し、基板２の反り量ｄを０．１５ｍｍとした場合、膜４の内部応力を４ＧＰａ程度まで高めることができる。

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。本実施形態に係る膜形成方法は、例えば以下の工程を順に経ることにより実施される。

（基板準備工程）
図２(ａ)に示されるように、第１実施形態と同様に、基板２を準備する。

（第１の方向に反らせる工程）
図２(ｂ)に示されるように、第１実施形態と同様に、基板２を第１の方向Ｚ１に反らせる。

（膜形成工程）
図２(ｃ)に示されるように、反った基板２上に膜４を形成する。本実施形態では、膜４は、基板２の面２ａ上に形成される。

（第２の方向に反らせる工程）
図２(ｄ)に示されるように、第１実施形態と同様に、反った基板２を第１の方向Ｚ１とは反対の第２の方向Ｚ２に反らせる。本実施形態では、基板２の面２ｂが平面又は凸面になるまで基板２を方向Ｚ２に反らせてもよいし、基板２を方向Ｚ２に反らせた結果、基板２の面２ｂが凹面のままであってもよい。

本実施形態の膜形成方法によれば、基板２を方向Ｚ２に反らせることによって、膜４の内部応力（圧縮応力）を向上できる。

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。本実施形態に係る膜形成方法は、例えば以下の工程を順に経ることにより実施される。

（基板準備工程）
図３(ａ)に示されるように、第１実施形態と同様に、基板２を準備する。

（第１の方向に反らせる工程）
図３(ｂ)に示されるように、基板２を第１の方向Ｚ１に反らせる。その結果、基板２の一方の面２ａが凸面、他方の面２ｂが凹面となる。本実施形態では、基板２の面２ａ上に別の膜６を形成することにより、基板２を方向Ｚ１に反らせる。この場合、膜６の内部応力と基板２の内部応力とが異なっているので、基板２を方向Ｚ１に反らせることができる。

膜６は、シリコン窒化膜等の窒化膜であることが好ましい。膜６は、例えばＳｉＨ_４を原料ガスとしてＣＶＤ法を用いて形成されることが好ましい。膜６の膜厚は、１００〜４００ｎｍであることが好ましい。一実施例において、膜６の膜厚は２００ｎｍである。膜６の内部応力は、０．５〜１．５ＧＰａ（圧縮）であることが好ましい。一実施例において、膜６の内部応力は１ＧＰａである。

基板２の反り量ｄは、膜６の膜厚及び膜６の内部応力の積に比例する。よって、膜６の膜厚及び膜６の内部応力を調整することによって、基板２の反り量ｄを制御することができる。

（膜形成工程）
図３(ｃ)に示されるように、反った基板２上に膜４を形成する。本実施形態では、膜４は、基板２の面２ｂ上に形成される。

（第２の方向に反らせる工程）
図３(ｄ)に示されるように、反った基板２を第１の方向Ｚ１とは反対の第２の方向Ｚ２に反らせる。本実施形態では、膜６を除去することによって基板２を方向Ｚ２に反らせる。膜６を除去する方法としては、例えばエッチング等が挙げられる。これにより、基板２の内部応力と膜６の内部応力との差に起因する基板２の反りがなくなるので、基板２を方向Ｚ２に反らせることができる。基板２の面２ｂが平面又は凸面になるまで基板２を方向Ｚ２に反らせてもよいし、基板２を方向Ｚ２に反らせた結果、基板２の面２ｂが凹面のままであってもよい。

本実施形態の膜形成方法によれば、基板２を方向Ｚ２に反らせることによって、膜４の内部応力（引っ張り応力）を向上できる。

［第４実施形態］
図４は、第４実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。本実施形態に係る膜形成方法は、例えば以下の工程を順に経ることにより実施される。

（基板準備工程）
図４(ａ)に示されるように、第１実施形態と同様に、基板２を準備する。

（第１の方向に反らせる工程）
図４(ｂ)に示されるように、第３実施形態と同様に、基板２を第１の方向Ｚ１に反らせる。

（膜形成工程）
図４(ｃ)に示されるように、反った基板２上に膜４を形成する。本実施形態では、膜４は、基板２の面２ａ上に形成される。

（第２の方向に反らせる工程）
図４(ｄ)に示されるように、第３実施形態と同様に、反った基板２を第１の方向Ｚ１とは反対の第２の方向Ｚ２に反らせる。本実施形態では、基板２の面２ｂが平面又は凸面になるまで基板２を方向Ｚ２に反らせてもよいし、基板２を方向Ｚ２に反らせた結果、基板２の面２ｂが凹面のままであってもよい。

図５及び図６は、上記各実施形態の膜形成方法を用いてトランジスタを製造する方法の一例を模式的に示す工程断面図である。

まず、図５(ａ)に示されるように、基板１０を準備する。基板１０は、ゲート電極２４を有している。ゲート電極２４は、例えばシリコン基板９上に配置されている。シリコン基板９は、例えば、絶縁領域８と、ソース領域１２と、ドレイン領域１４とを有する。ゲート電極２４とシリコン基板９との間には、例えばシリコン酸化膜１６が設けられている。ゲート電極２４は、絶縁層１６上に設けられたポリシリコン層１８と、ポリシリコン層１８上に設けられたシリサイド層２０と、シリサイド層２０上に設けられたシリコン酸化膜２２とを備えることが好ましい。ゲート電極２４の両側面上には、絶縁物からなるスペーサ２６がそれぞれ設けられていることが好ましい。

上述の基板１０を第１の方向に反らせた後、図５(ｂ)に示されるように、反った基板１０上に膜２８を形成する。膜２８は、膜４と同様のものである。その後、反った基板１０を第１の方向とは反対の第２の方向に反らせる。これにより、膜２８の内部応力を向上できる。

続いて、図５(ｃ)に示されるように、例えばフォトリソグラフィー法を用いて膜２８をパターニングすることにより、パターン膜２８ａを形成する。パターン膜２８ａは、例えばドレイン領域１４上に設けられた開口を有する。パターン膜２８ａは、ゲート電極２４を保護している。

次に、図６(ａ)に示されるように、基板１０及びパターン膜２８ａを覆うように、例えばＣＶＤ法等を用いて絶縁層３０を形成する。絶縁層３０は、例えばシリコン酸化物からなる。

次に、図６(ｂ)に示されるように、絶縁層３０上にレジストマスク３２を形成し、レジストマスク３２を用いて絶縁層３０をエッチングすることにより、コンタクトホール３４を有する絶縁層３０ａを形成する。レジストマスク３２は、レジスト膜を露光及び現像することにより得られる。コンタクトホール３４は、パターン膜２８ａの開口の位置に合わせて形成される。しかしながら、コンタクトホール３４の位置とパターン膜２８ａの開口の位置とがずれる場合がある。この場合であっても、ゲート電極２４は、パターン膜２８ａに覆われているのでエッチングによるダメージを受けない。このようにコンタクトホール３４を形成する方法を、セルフアラインコンタクト法（ＳＡＣ法）という。

上述のようにして、トランジスタを製造することができる。このようにトランジスタを製造すると、得られるトランジスタにおけるキャリアの移動度を向上できる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。

第１実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。第２実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。第３実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。第４実施形態に係る膜形成方法を模式的に示す工程断面図である。各実施形態の膜形成方法を用いてトランジスタを製造する方法の一例を模式的に示す工程断面図である。各実施形態の膜形成方法を用いてトランジスタを製造する方法の一例を模式的に示す工程断面図である。

符号の説明

２，１０…基板、２ａ，２ｂ…面、４，２８…膜、６…膜（別の膜）、２４…ゲート電極、Ｚ１…第１の方向、Ｚ２…第２の方向。

Claims

基板を第１の方向に反らせる工程と、
反った前記基板上に膜を形成する工程と、
前記膜を形成した後、反った前記基板を前記第１の方向とは反対の第２の方向に反らせることにより、前記膜にキャリアの移動度を高めるための応力を発生させる工程と、
を含み、
前記第１の方向に反らせる工程では、前記基板の一方の面を加熱し、
前記第２の方向に反らせる工程では、前記基板の温度を低下させる、
膜形成方法。
前記膜は窒素原子を含有する、請求項１に記載の膜形成方法。
前記基板はゲート電極を有しており、
前記膜は前記ゲート電極上に形成される、請求項１または２に記載の膜形成方法。