JP5119604B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にはゲート脇に埋め込まれたシリコンゲルマニウムをソース/ドレインとして用いた構成の半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a structure using silicon germanium embedded beside a gate as a source / drain.
MOS型のトランジスタを備えた半導体装置においては、シリコン基板への応力印加によってキャリア移動度を向上させる技術が積極的に利用されている。このような技術の一つとして、例えばp型のMOSトランジスタ(PMOS)においては、トランジスタのソース/ドレイン(S/D)として、シリコン(Si)よりも格子定数の大きいシリコンゲルマニウム(SiGe)層をエピタキシャル成長によって形成し、チャネル領域に応力を与える手法が提案されている(例えば、下記非特許文献1参照)。
In a semiconductor device including a MOS transistor, a technique for improving carrier mobility by applying stress to a silicon substrate is actively used. As one of such techniques, for example, in a p-type MOS transistor (PMOS), a silicon germanium (SiGe) layer having a lattice constant larger than that of silicon (Si) is used as the source / drain (S / D) of the transistor. A method of applying stress to the channel region formed by epitaxial growth has been proposed (for example, see Non-Patent
このような構成の半導体装置の製造は、例えば次のように図7のフローチャートに従った各工程が行われる。先ず、シリコン基板の表面側に素子分離領域を形成し、素子分離領域で分離されたアクティブ領域上を横切るように、ゲート絶縁膜を介して上部にオフセット絶縁膜が設けられたゲート電極を形成し、これらの側壁に絶縁性のサイドウォールを形成する(ステップS201)。以上までは、通常のMOSプロセスと同様に行なう。 In manufacturing the semiconductor device having such a configuration, for example, the following steps are performed according to the flowchart of FIG. 7 as follows. First, an element isolation region is formed on the surface side of the silicon substrate, and a gate electrode having an offset insulating film provided thereon is formed through the gate insulating film so as to cross over the active region isolated in the element isolation region. Insulating sidewalls are formed on these sidewalls (step S201). The process up to this point is performed in the same manner as in a normal MOS process.
その後、PMOS領域以外をレジストパターンで覆った後、このレジストパターンと共にオフセット絶縁膜およびサイドウォールをマスクにして、PMOS領域においてアクティブ領域に露出したシリコン基板部分をエッチングによって掘り下げる、いわゆるリセスエッチングを行う(ステップS202)。次に、アッシングによってレジストパターンを除去する(ステップS203)。その後、硫酸と過酸化水素の混合薬液を用いた洗浄(いわゆるSH洗浄)を行い(ステップS204)、さらにアンモニアと過酸化水素の混合薬液を用いた洗浄(いわゆるSC−1洗浄)を行う(ステップS205)。次いで、ステップS202のリセスエッチングで生じたダメージを、アッシングやその後の洗浄によって生じた自然酸化膜と共に希フッ酸(DHF)を用いてエッチング除去するオーバーエッチングを行う(ステップS206)。 Then, after covering the area other than the PMOS area with a resist pattern, so-called recess etching is performed in which the silicon substrate portion exposed to the active area in the PMOS area is dug by etching using the resist pattern and the offset insulating film and sidewalls as a mask ( Step S202). Next, the resist pattern is removed by ashing (step S203). Thereafter, cleaning using a mixed chemical solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (so-called SH cleaning) is performed (step S204), and further cleaning using a mixed chemical solution of ammonia and hydrogen peroxide (so-called SC-1 cleaning) is performed (step S204). S205). Next, overetching is performed to remove the damage caused by the recess etching in step S202 by using dilute hydrofluoric acid (DHF) together with a natural oxide film generated by ashing or subsequent cleaning (step S206).
以上の後、リセスエッチングによって掘り下げてオーバーエッチングした面に、SiGe層をエピタキシャル成長させてS/Dを形成する(ステップS207)。 After the above, an S / D is formed by epitaxially growing a SiGe layer on the surface etched by recess etching and overetched (step S207).
以上のような製造方法においては、SiGe層をエピタキシャル成長させてS/Dを形成する前処理として、リセスエッチングのダメージを自然酸化膜と共に除去するための工程で、希フッ酸(DHF)を用いたオーバーエッチングを行っている(図7、ステップS206)。しかしながら、リセスエッチングの際に生じたダメージは、自然酸化膜よりも深い位置にまで達している場合が多い。このため、希フッ酸によって自然酸化膜をエッチングしても、自然酸化膜よりも深い位置のダメージを除去することができず、SiGe層をエピタキシャル成長させる面にダメージ層が残り、結晶状態の良好なSiGe層をエピタキシャル成長させることができない。 In the manufacturing method as described above, dilute hydrofluoric acid (DHF) is used as a pretreatment for epitaxially growing the SiGe layer to form the S / D, in a process for removing the recess etching damage together with the natural oxide film. Over-etching is performed (FIG. 7, step S206). However, the damage generated during the recess etching often reaches a deeper position than the natural oxide film. For this reason, even if the natural oxide film is etched with dilute hydrofluoric acid, damage at a deeper position than the natural oxide film cannot be removed, and the damaged layer remains on the surface on which the SiGe layer is epitaxially grown, resulting in a good crystalline state. The SiGe layer cannot be epitaxially grown.
さらに、希フッ酸(DHF)は、CVD法などの堆積成膜法によって形成した酸化シリコン膜に対するエッチングレートが非常に高く、熱酸化膜などの酸化処理によって成長させた酸化シリコン膜のエッチングレートを1とした場合の5〜7倍となる。このため、上述したステップS206においては、自然酸化膜を除去する間に、素子分離やサイドウォールを構成する酸化シリコン膜のエッチングが過度に進み、デバイスの加工形状が悪化する。これを防止するために、希フッ酸によるオーバーエッチング量を少なくすると、自然酸化膜を除去しきれず、SiGe層のエピタキシャル成長が困難になる。 Further, dilute hydrofluoric acid (DHF) has a very high etching rate with respect to a silicon oxide film formed by a deposition film forming method such as a CVD method, and has an etching rate of a silicon oxide film grown by an oxidation process such as a thermal oxide film. 5 to 7 times that of 1. For this reason, in the above-described step S206, while the natural oxide film is removed, the element isolation and the etching of the silicon oxide film constituting the sidewall proceed excessively, and the processed shape of the device deteriorates. In order to prevent this, if the amount of overetching with dilute hydrofluoric acid is reduced, the natural oxide film cannot be removed, and the epitaxial growth of the SiGe layer becomes difficult.
そこで本発明は、デバイスの加工形状を悪化させることなくリセスエッチングによるダメージを十分に取り除くことが可能で、これによりシリコン基板をリセスエッチングしたエッチング面上に結晶状態の良好なSiGe層を十分にエピタキシャル成長させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can sufficiently remove the damage caused by the recess etching without deteriorating the processing shape of the device, thereby sufficiently epitaxially growing the SiGe layer having a good crystalline state on the etched surface obtained by recess etching the silicon substrate. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can be made to operate.
このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、次のような工程を順に行う。先ず第1工程では、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する。次に、第2工程では、シリコン基板を掘り下げる部分を開口する形状のレジストパターンを、当該シリコン基板上に形成する。その後第3工程では、ゲート電極およびレジストパターンをマスクにしたエッチングにより、シリコン基板の表面層を掘り下げる。その後第4工程では、掘り下げられたシリコン基板の表面にアッシング処理を含む酸化処理によって酸化膜を成長させる。次の第5工程では、フッ酸ガスとアンモニアガスとを供給する処理とその後の熱処理とを行う表面ガスエッチング反応により、酸化膜を除去する。そして、酸化処理をウェット処理で行うことで酸化膜を成長させる第4工程と、この酸化膜を除去する第5工程とを2回以上繰り返した後の第6工程では、第5工程において酸化膜が除去された面に、シリコンゲルマニウム(SiGe)層をエピタキシャル成長させる。 In order to achieve such an object, the semiconductor device manufacturing method of the present invention sequentially performs the following steps. First, in the first step, a gate electrode is formed on a silicon substrate via a gate insulating film. Next, in a second step, a resist pattern having a shape that opens a portion where the silicon substrate is dug is formed on the silicon substrate. Thereafter, in a third step, the surface layer of the silicon substrate is dug down by etching using the gate electrode and the resist pattern as a mask. Thereafter, in a fourth step, an oxide film is grown on the surface of the dug silicon substrate by an oxidation process including an ashing process . In the next fifth step, the oxide film is removed by a surface gas etching reaction in which a process of supplying hydrofluoric acid gas and ammonia gas and a subsequent heat treatment are performed. Then, in the sixth step after repeating the oxidation process by the wet process to grow the oxide film and the fifth process of removing the oxide film twice or more, the oxide film in the fifth process A silicon germanium (SiGe) layer is epitaxially grown on the surface from which is removed.
このような構成の半導体装置の製造方法では、ゲート電極をマスクにしてシリコン基板の表面をエッチングして掘り下げるリセスエッチング(第3工程)の後、掘り下げたシリコン基板の表面の酸化処理(第4工程)と、この酸化処理によって成長させた酸化膜の除去(第5工程)とを2回以上繰り返し行う構成となっている。これにより、第3工程でのエッチングによるダメージが深い位置にまで達していた場合であっても、酸化膜の成長と除去とを繰り返すことで、このダメージを完全に除去することができる。 In the method of manufacturing a semiconductor device having such a configuration, after the recess etching ( third step) for etching and etching the surface of the silicon substrate using the gate electrode as a mask, the surface of the etched silicon substrate is oxidized ( fourth step). And the removal of the oxide film grown by this oxidation treatment ( fifth step) is repeated two or more times. Thereby, even if the damage caused by the etching in the third step has reached a deep position, the damage can be completely removed by repeating the growth and removal of the oxide film.
しかも、酸化膜の除去(第5工程)として行う表面ガスエッチング反応は、堆積成膜された酸化シリコンのエッチングレートが、酸化処理によって成長させた酸化シリコンのエッチングレートよりも遅い。したがって、シリコン基板上に堆積成膜された酸化シリコン膜が過度にエッチングされることはなく、デバイスの加工形状が良好に維持されるい。 Moreover, in the surface gas etching reaction performed as the removal of the oxide film ( fifth step), the etching rate of the deposited silicon oxide is slower than the etching rate of the silicon oxide grown by the oxidation treatment. Therefore, the silicon oxide film deposited on the silicon substrate is not excessively etched, and the processed shape of the device is favorably maintained.
以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、デバイスの加工形状を維持した状態でリセスエッチングによるダメージを十分に取り除くことが可能で、これによりシリコン基板をリセスエッチングしたエッチング面上に結晶状態の良好なSiGe層を十分にエピタキシャル成長させることが可能になる。この結果、SiGe層によってチャネル領域を歪ませてキャリア移動度を十分に向上させた半導体装置の実現が可能になる。 As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to sufficiently remove the damage caused by the recess etching while maintaining the processed shape of the device. In addition, it is possible to sufficiently epitaxially grow a SiGe layer having a good crystalline state. As a result, a semiconductor device in which the channel region is distorted by the SiGe layer and the carrier mobility is sufficiently improved can be realized.
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。各実施形態においては、図2〜図4の断面工程図に基づき、さらに各実施形態に特徴的な工程手順を示した各フローチャートを用いて半導体装置の製造方法を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device will be described based on cross-sectional process diagrams of FIGS. 2 to 4 and further using respective flowcharts showing process steps characteristic to each embodiment.
<第1実施形態>
本第1実施形態においては、図1のフローチャートのステップS1〜ステップS9の順に、図2〜図4の断面工程図を用いて製造方法を説明する。
<First Embodiment>
In the first embodiment, the manufacturing method will be described using the cross-sectional process diagrams of FIGS. 2 to 4 in the order of steps S1 to S9 in the flowchart of FIG.
先ず、ステップS1では、シリコン基板の表面側にゲート電極等の構成要素を形成する。 First, in step S1, components such as a gate electrode are formed on the surface side of the silicon substrate.
この場合、先ず図2(1)に示すように、単結晶シリコンからなるシリコン基板1を用意し、その表面側に素子分離3を形成する。この際、例えば、シリコン基板1の表面側に溝を形成し、この溝内に絶縁膜を埋め込んだSTI(shallow trench isolation)構造の素子分離3を形成する。溝内を埋め込む絶縁膜としては、例えばHDP(high density plasma)−CVD(chemical vapor deposition)法によって堆積成膜した酸化シリコン膜(以下、HDP膜と記す)を用いる。
In this case, first, as shown in FIG. 2A, a
次に、素子分離3で分離されたシリコン基板1のアクティブ領域1a上を横切る形状で、ゲート絶縁膜5を介してポリシリコンからなるゲート電極7をパターン形成する。この際、ゲート電極7上にオフセット絶縁膜9が設けられるように、ゲート絶縁膜5、ゲート電極7、およびオフセット絶縁膜9を構成する各材料膜を積層成膜した後に、これらの積層膜をパターンエッチングする。
Next, the gate electrode 7 made of polysilicon is patterned through the
次いで、ゲート絶縁膜5、ゲート電極7、およびオフセット絶縁膜9の側壁に、絶縁性のサイドウォール11を形成する。このサイドウォール11は、TEOS膜11-1、窒化シリコン膜11-2、およびTEOS膜11-3からなる3層構造として形成する。ここでTEOS膜11-1とは、TEOS(tetraethoxy silane)ガスを用いたCVD法によって堆積成膜された酸化シリコン膜である。
Next, insulating
このような3層構造のサイドウォール11を形成するには、先ず、オフセット絶縁膜9以下を覆う状態で、TEOS膜11-1および窒化シリコン膜11-2を順次成膜する。次に、窒化シリコン膜11-2およびその下層のTEOS膜11-1を、シリコン基板1が露出するまでエッチバックする。その後、オフセット絶縁膜9、エッチバック後に側壁に残されたTEOS膜11-1および窒化シリコン膜11-2を覆う状態で、さらにTEOS膜11-3を成膜し、シリコン基板1が露出するまでTEOS膜11-3をエッチバックする。これにより、図示した3層構造のサイドウォール11が得られる。
In order to form the
次に、ステップS2では、シリコン基板の表面を掘下げるリセスエッチングを行う。 Next, in step S2, recess etching is performed to dig up the surface of the silicon substrate.
この場合、先ず図2(2)に示すように、シリコン基板1の上部に、PMOS領域1pを露出させ、NMOS領域1nなどのその他の領域を覆う形状のレジストパターン21を形成する。
In this case, first, as shown in FIG. 2B, a
そして、レジストパターン21、およびPMOS領域1pにおけるゲート電極7上のオフセット絶縁膜9やサイドウォール11をマスクにしたエッチングにより、シリコン基板1の表面層を掘り下げるリセスエッチングを行う(図4、ステップS2)。このリセスエッチングにおいては、等方性のエッチングを行うことにより、サイドウォール11の下方にまで掘下げパターン23が広げられるようにする。
Then, recess etching for digging the surface layer of the
次に、ステップS3では、図2(3)に示すように、シリコン基板1の上部からレジストパターン21を除去する工程を行う。ここでは、アッシング処理によってレジストパターン21を除去する。
Next, in step S3, as shown in FIG. 2C, a process of removing the resist
次に、ステップS4では、上述したアッシング処理の後洗浄として、硫酸と過酸化水素の混合薬液を用いた洗浄(いわゆるSH洗浄)を行い、さらにステップS5においては、アンモニアと過酸化水素の混合薬液を用いた洗浄(いわゆるSC−1洗浄)を行う。 Next, in step S4, cleaning using a mixed chemical solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (so-called SH cleaning) is performed as cleaning after the ashing process described above, and in step S5, a mixed chemical solution of ammonia and hydrogen peroxide is used. Cleaning using so-called SC-1 cleaning is performed.
以上のようなステップS3〜S4で示した一連のレジストパターンの除去および洗浄処理は、全てシリコン基板1を酸化させる酸化処理としても作用する。そして、これらの酸化処理により、掘下げパターン23の底面に、酸化膜(酸化シリコン膜)25が成長する。
The series of resist pattern removal and cleaning processes shown in steps S3 to S4 as described above all act as an oxidation process for oxidizing the
以上の後、ステップS6では、図3(4)に示すように、掘下げパターン23の底面に成長させた酸化膜25を、フッ酸(HF)ガスとアンモニア(NH3)ガスとを供給する処理とその後の熱処理とを行う表面ガスエッチング反応(Chemical Oxide Remover:COR)によって除去する。
Thereafter, in step S6, as shown in FIG. 3 (4), the
CORプロセスにおいては、先ず、第1の処理チャンバ内にHF/NH3ガスを導入し、それらのガスによる化学反応によりシリコン基板1の表面に形成されている酸化膜をエッチングする。
In the COR process, first, HF / NH 3 gas is introduced into the first processing chamber, and an oxide film formed on the surface of the
この際の第1の処理チャンバ内におけるプロセス条件は下記の通りである。
処理チャンバ内圧力 :1.3〜4.0Pa
HF流量 :10〜50sccm
NH3流量 :10〜50sccm
Ar(キャリアガス)流量:50〜100sccm
基板温度 :20〜40℃
The process conditions in the first processing chamber at this time are as follows.
Processing chamber pressure: 1.3 to 4.0 Pa
HF flow rate: 10-50 sccm
NH 3 flow rate: 10 to 50 sccm
Ar (carrier gas) flow rate: 50-100 sccm
Substrate temperature: 20-40 ° C
以上の処理後において、エッチングされた表面上には、HF/NH3ガスと酸化膜との反応によって変質した膜が残存している。 After the above treatment, a film altered by the reaction between the HF / NH 3 gas and the oxide film remains on the etched surface.
そこで、上述したHF/NH3ガスによって処理されたシリコン基板1は、直ちに第2の処理チャンバ内に搬送され、非酸化性の雰囲気内にいて熱的な処理が行われる。これにより、シリコン基板1の表面に残存している変質した膜を昇華させ除去する。そして、このようなガス供給による化学反応と熱処理による変質した膜の昇華除去とにより、シリコン基板1の露出面上(掘下げパターン23の底面)に成長させた酸化膜25を除去する。
Therefore, the
この際の第2の処理チャンバ内におけるプロセス条件は下記の通りである。
処理チャンバ内雰囲気:N2
処理チャンバ内圧力 :66〜93Pa
基板温度 :100〜200℃
The process conditions in the second processing chamber at this time are as follows.
Atmosphere in processing chamber: N 2
Processing chamber pressure: 66-93 Pa
Substrate temperature: 100-200 ° C
以上のような一連のCORプロセスによる酸化膜除去においては、堆積成膜された酸化シリコンのエッチングレートが、酸化処理によって成長させた酸化シリコンのエッチングレートよりも遅い。例えば、熱酸化膜のエッチング量を1とした時にTEOS膜のエッチング量は0.5〜1.0程度である。これに対して、希フッ酸(DHF)を用いたウェットエッチングにおいては、熱酸化膜のエッチング量を1とした時のTEOS膜のエッチング量は5〜7程度にもなる。 In the oxide film removal by the series of COR processes as described above, the etching rate of the deposited silicon oxide is slower than the etching rate of the silicon oxide grown by the oxidation treatment. For example, when the etching amount of the thermal oxide film is 1, the etching amount of the TEOS film is about 0.5 to 1.0. On the other hand, in wet etching using dilute hydrofluoric acid (DHF), the etching amount of the TEOS film is about 5 to 7 when the etching amount of the thermal oxide film is 1.
次に、ステップS7では、前のステップS6に行ったCORプロセスが1回目であるか否かを判断する。 Next, in step S7, it is determined whether or not the COR process performed in the previous step S6 is the first time.
そして、1回目である(Yes)と判断された場合には、酸化処理の工程に戻り、図3(5)に示すように、再び酸化処理によって掘下げパターン23の底面に酸化膜27を成長させる工程を行う。この際、例えばステップS3のアッシング処理にまで戻って、さらにステップS4およびステップS5を行い酸化膜27を成長させるか、またはステップS4のSH洗浄にまで戻っても良い。
If it is determined to be the first time (Yes), the process returns to the oxidation process, and as shown in FIG. 3 (5), the
その後は、ステップS6のCORプロセスによって酸化膜を除去する工程を再び行う。これにより、図3(6)に示すように、再度の酸化処理によって成長させた酸化膜27を除去して掘下げパターン23の底面にシリコン基板1を露出させる。
Thereafter, the step of removing the oxide film by the COR process in step S6 is performed again. As a result, as shown in FIG. 3 (6), the
しかる後、ステップS7においては、前回のCORプロセスが1回目ではない(No)と判断されて次のステップS8に進む。ステップS8では、掘下げパターンの底面のダメージが除去されたか否かを判断する。ここでは、ステップS2のリセスエッチングで掘下げパターンの底面に加わるダメージが、ステップS3(またはステップS4)〜ステップS6までの繰り返しを何回行うことで除去されるかをあらかじめ試験的に求めておき、求められた所定の回数が繰り返された場合にダメージが除去されたと判断しても良い。 Thereafter, in step S7, it is determined that the previous COR process is not the first time (No), and the process proceeds to the next step S8. In step S8, it is determined whether or not the damage on the bottom surface of the dug pattern has been removed. Here, the number of times that the damage applied to the bottom surface of the dug pattern by the recess etching in Step S2 is removed by repeating Steps S3 (or Step S4) to Step S6 is experimentally obtained in advance. It may be determined that the damage has been removed when the required number of times has been repeated.
そして、このステップS8において、ダメージが除去されたと判断されるまで、ステップS3(またはステップS4)にまで戻ってステップS8までを繰り返し行い、ダメージが除去された(Yes)場合に次のステップS9に進む。 In step S8, the process returns to step S3 (or step S4) until step S8 is repeated until it is determined that the damage is removed, and the process is repeated until step S8. If the damage is removed (Yes), the process proceeds to the next step S9. move on.
その後、ステップS9では、図4に示すように、CORプロセスによって酸化膜(27)が除去された掘下げパターン23内に、SiGe層29をエピタキシャル成長させてソース/ドレイン(S/D)を形成する。尚、この際、必要に応じて他の領域へのSiGe層の形成を防止するためのカバー膜を設ける。
Thereafter, in step S9, as shown in FIG. 4, the
以上のようにして、シリコン基板1の表面側に、SiGe層29からなるS/Dをエピタキシャル成長させた後、S/Dにp型の不純物を導入することにより、チャネル領域に圧縮応力を加えたPMOS31が得られる。尚、ここではp型の不純物に換えてS/Dにn型の不純物を導入することでN型のMOSトランジスタが得られる。
As described above, after epitaxially growing the S / D made of the
以上の製造方法によれば、図2(2)を用いて説明したシリコン基板1の表面をエッチングして掘り下げるリセスエッチング(S2)の後、図2(3)〜図3(6)のように掘り下げたシリコン基板1の表面の酸化処理と、この酸化処理によって成長させた酸化膜の除去とを2回以上繰り返し行う構成となっている。これにより、上述したリセスエッチングによるダメージが深い位置にまで達していた場合であっても、酸化膜の成長と除去とを繰り返すことで、このダメージを完全に除去することができる。
According to the above manufacturing method, after the recess etching (S2) in which the surface of the
しかも、酸化膜の除去(S6)として行うCORプロセス(表面ガスエッチング反応)は、上述したように堆積成膜された酸化シリコンのエッチングレートが、酸化処理によって成長させた酸化シリコンのエッチングレートよりも遅い。したがって、シリコン基板1上に堆積成膜された酸化シリコン膜を用いてなるサイドウォール11や素子分離3が、この酸化膜除去の工程(S6)で過度にエッチングされることはなく、デバイスの加工精度を良好に維持することができる。
Moreover, in the COR process (surface gas etching reaction) performed as the removal of the oxide film (S6), the etching rate of the silicon oxide deposited as described above is higher than the etching rate of the silicon oxide grown by the oxidation treatment. slow. Therefore, the
以上のことから、本第1実施形態の製造方法によれば、デバイスの加工形状を維持した状態でリセスエッチングによるダメージを十分に取り除くことが可能で、これによりシリコン基板1をリセスエッチングしたエッチング面上に結晶状態の良好なSiGe層29を十分にエピタキシャル成長させることが可能になる。この結果、S/Dとして形成したSiGe層29によってチャネル領域を歪ませてキャリア移動度を十分に向上させた半導体装置(PMOS31)の実現が可能になる。
From the above, according to the manufacturing method of the first embodiment, it is possible to sufficiently remove the damage caused by the recess etching while maintaining the processed shape of the device, whereby the etched surface where the
<第2実施形態>
図5は、第2実施形態の製造方法を説明するためのフローチャートである。この図に示す第2実施形態の製造方法が、図1のフローチャートを用いて説明した第1実施形態の製造方法と異なるところは、2回目以降の酸化処理をオゾン処理に変更した点にあり、他の手順は第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a flowchart for explaining the manufacturing method of the second embodiment. The manufacturing method of the second embodiment shown in this figure is different from the manufacturing method of the first embodiment described with reference to the flowchart of FIG. 1 in that the second and subsequent oxidation treatments are changed to ozone treatment. Other procedures are the same as those in the first embodiment.
すなわち、図5のステップS1〜ステップS6までを上述した第1実施形態と同様に行う。その後、ステップS7において前回のCORプロセスが1回目である(Yes)と判断された場合、および次のステップS8において掘下げパターンの底面のダメージが除去されていない(No)と判断されたた場合には、ステップS10に進む。 That is, steps S1 to S6 in FIG. 5 are performed in the same manner as in the first embodiment described above. Thereafter, when it is determined in step S7 that the previous COR process is the first time (Yes), and in the next step S8, it is determined that damage on the bottom surface of the dug pattern has not been removed (No). Advances to step S10.
そして、ステップS10においては、例えばオゾン(O3)を用いた酸化処理を行う。これにより、図3(5)に示すように、再び掘下げパターン23の底面に酸化膜27を成長させる工程を行う。ここでオゾン(O3)を用いた酸化処理としては、オゾン(O3)を純粋に溶解させたオゾン水に掘下げパターン23の底面を晒すウェット処理、オゾン(O3)プラズマクリーニング、さらにはオゾン(O3)の蒸気を供給する酸化処理であっても良い。
In step S10, an oxidation process using, for example, ozone (O 3 ) is performed. Thereby, as shown in FIG. 3 (5), the step of growing the
またステップS10においては、オゾン(O3)を用いた酸化処理に換えて、酸素ガス(O2)を用いたRIE(Reactive Ion Etching)や、塩酸・過酸化水素混合液(SC−2)を用いたウェット処理を行っても良い。 In step S10, instead of the oxidation treatment using ozone (O 3 ), RIE (Reactive Ion Etching) using oxygen gas (O 2 ) or hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixture (SC-2) is used. The used wet treatment may be performed.
その後は、ステップS6のCORプロセスによって酸化膜を除去する工程を再び行う。これにより、図3(6)に示すように、再度の酸化処理によって成長させた酸化膜27を除去して掘下げパターン23の底面にシリコン基板1を露出させる。
Thereafter, the step of removing the oxide film by the COR process in step S6 is performed again. As a result, as shown in FIG. 3 (6), the
以下、ステップS8において掘下げパターンの底面のダメージが除去された(Yes)と判断されるまで、ステップS10のオゾン(O3)を用いた酸化処理とステップS6のCORプロセスによる酸化膜の除去とを繰り返す。そして、ステップS8においてダメージが除去された(Yes)場合に、次のステップS9に進む。 Hereinafter, the oxidation process using ozone (O 3 ) in step S10 and the removal of the oxide film by the COR process in step S6 are performed until it is determined in step S8 that the damage on the bottom surface of the dug pattern has been removed (Yes). repeat. If the damage is removed in step S8 (Yes), the process proceeds to the next step S9.
ステップS9では、第1実施形態と同様に、図4に示すように、SiGe層29をエピタキシャル成長させてソース/ドレイン(S/D)を形成し、さらにS/Dにp型の不純物を導入することによりチャネル領域に圧縮応力を加えたPMOS31が得られる。尚、ここではp型の不純物に換えてS/Dにn型の不純物を導入することでN型のMOSトランジスタが得られる。
In step S9, as in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the
以上の第2実施形態の製造方法であっても、図2(2)を用いて説明したシリコン基板1の表面をエッチングして掘り下げるリセスエッチング(S2)の後、図2(3)〜図3(6)のように掘り下げたシリコン基板1の表面の酸化処理と、この酸化処理によって成長させた酸化膜のCORプロセスによる除去とを2回以上繰り返し行う構成である。このため、第1実施形態と同様にリセスエッチングによるダメージを完全に除去することが可能であり、またデバイスの加工精度を良好に維持することができる。そして、第1実施形態と同様に、S/Dとして形成したSiGe層29によってチャネル領域を歪ませてキャリア移動度を十分に向上させた半導体装置(PMOS31)の実現が可能になる。
Even in the manufacturing method of the second embodiment described above, after the recess etching (S2) for etching and digging the surface of the
さらに、本第2実施形態の製造方法であれば、酸化処理(S10)においてウェット処理を選択することにより、シリコン基板1の全面において、酸化処理するパターンの粗密に依存することなく酸化処理を均等に行うことが可能になる。また、酸化処理(S10)における酸化処理方法を適宜選択することにより、リセスエッチングによるダメージを除去するために必要な酸化処理(S10)と酸化膜の除去(S6)との繰り返し回数の調整が可能である。
Furthermore, in the manufacturing method according to the second embodiment, the wet process is selected in the oxidation process (S10), so that the oxidation process is uniformly performed on the entire surface of the
<第3実施形態>
図6は、第3実施形態の製造方法を説明するためのフローチャートである。この図に示す第3実施形態の製造方法が、図5のフローチャートを用いて説明した第2実施形態の製造方法と異なるところは、ステップS2のリセスエッチングの後のレジスト除去の工程にあり、他の手順は第2実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a flowchart for explaining the manufacturing method according to the third embodiment. The manufacturing method of the third embodiment shown in this figure is different from the manufacturing method of the second embodiment described with reference to the flowchart of FIG. 5 in the step of removing the resist after the recess etching in step S2. The procedure is the same as in the second embodiment.
すなわち、ステップS2の後のレジスト除去としては、ステップS4’における硫酸と過酸化水素の混合薬液を用いたSHスピン洗浄と、ステップS5’におけるアンモニアと過酸化水素の混合薬液を用いたSC−1スピン洗浄とを行う。これらの薬液を用いた洗浄においては、枚様式のスピン洗浄を採用したことにより、レジストの除去効果を高めた洗浄となっている。 That is, as resist removal after step S2, SH spin cleaning using a mixed chemical solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide in step S4 ′ and SC-1 using a mixed chemical solution of ammonia and hydrogen peroxide in step S5 ′. Perform spin cleaning. In the cleaning using these chemical solutions, the effect of removing the resist is improved by adopting a single-type spin cleaning.
そして、以上のステップS4’とその後のステップS5’との連続したスピン洗浄によるレジスト除去の後には、第2実施形態で説明したと同様にステップ6〜ステップS10を行い、最終的にステップS9においてSiGe層をエピタキシャル成長させてS/Dを形成する。 Then, after the resist removal by the continuous spin cleaning in the above step S4 ′ and the subsequent step S5 ′, steps 6 to S10 are performed in the same manner as described in the second embodiment, and finally in step S9. The S / D is formed by epitaxially growing the SiGe layer.
以上の第3実施形態の製造方法であっても、図2(2)を用いて説明したシリコン基板1の表面をエッチングして掘り下げるリセスエッチング(S2)の後、図2(3)〜図3(6)のように掘り下げたシリコン基板1の表面の酸化処理と、この酸化処理によって成長させた酸化膜のCORプロセスによる除去とを2回以上繰り返し行う構成である。このため、第1実施形態と同様にリセスエッチングによるダメージを完全に除去することが可能であり、またデバイスの加工精度を良好に維持することができる。そして、第1実施形態と同様に、S/Dとして形成したSiGe層29によってチャネル領域を歪ませてキャリア移動度を十分に向上させた半導体装置(PMOS31)の実現が可能になる。
Even in the manufacturing method of the third embodiment described above, after the recess etching (S2) for etching and etching the surface of the
さらに、本第3実施形態の製造方法であれば、酸化処理(S10)においてウェット処理を選択することにより、シリコン基板1の全面において、酸化処理するパターンの粗密に依存することなく酸化処理を均等に行うことが可能になること、また、酸化処理(S10)における酸化処理方法を適宜選択することにより、リセスエッチングによるダメージを除去するために必要な酸化処理(S10)と酸化膜の除去(S6)との繰り返し回数の調整が可能であることは、第2実施形態と同様である。
Furthermore, in the manufacturing method according to the third embodiment, the wet process is selected in the oxidation process (S10), so that the oxidation process is uniformly performed on the entire surface of the
さらに、本第3実施形態の製造方法であれば、レジスト除去もウェット処理のみによって行われるため、シリコン基板1の全面において、レジスト除去の効果およびこの工程での酸化処理の効果を、パターンの粗密に依存することなく均等に得ることが可能である。
Further, in the manufacturing method of the third embodiment, since the resist removal is also performed only by the wet process, the effect of the resist removal and the effect of the oxidation process in this step are obtained on the entire surface of the
尚、第3実施形態の製造方法においては、このステップS10において、バッチ式のSH洗浄とバッチ式のSC−1スピン洗浄とをこの順に行うようにしても良い。 In the manufacturing method of the third embodiment, in this step S10, batch type SH cleaning and batch type SC-1 spin cleaning may be performed in this order.
さらに、本第3実施形態の製造方法においては、ステップS7において1回目である(Yes)と判断された場合、さらにはステップS8においてダメージが除去されていない(No)と判断された場合、ステップS4’に戻っても良い。そして、ステップS10のオゾン(O3)による酸化処理に変えて、SHスピン洗浄S4’とSC−1スピン洗浄S5’とをこの順に行う様にしても良い。 Furthermore, in the manufacturing method of the third embodiment, when it is determined that the first time is determined in Step S7 (Yes), and further, it is determined in Step S8 that the damage is not removed (No), You may return to S4 '. Then, instead of the oxidation treatment with ozone (O 3 ) in step S10, SH spin cleaning S4 ′ and SC-1 spin cleaning S5 ′ may be performed in this order.
1…シリコン基板、3…素子分離(HDP膜)、5…ゲート絶縁膜、7…ゲート電極、11…サイドウォール、11-1…TEOS膜、11-3…TEOS膜、21…レジストパターン、25,27…酸化膜、29…SiGe層、31…PMOS
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記シリコン基板を掘り下げる部分を開口する形状のレジストパターンを、当該シリコン基板上に形成する第2工程と、
前記ゲート電極および前記レジストパターンをマスクにしたエッチングにより、前記シリコン基板の表面層を掘り下げる第3工程と、
酸化処理によって、前記掘り下げられたシリコン基板の表面に酸化膜を成長させる第4工程と、
フッ酸ガスとアンモニアガスとを供給する処理とその後の熱処理とを行う表面ガスエッチング反応により、前記酸化膜を除去する第5工程と、
前記第4工程と第5工程とを2回以上繰り返した後、前記酸化膜が除去された面に、シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させる第6工程とを含み、
前記第3工程の後の前記第4工程では、アッシング処理を含む前記酸化処理により前記レジストパターンの除去処理を行い、
前記第5工程の後の前記第4工程では、前記酸化処理をウェット処理で行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first step of forming a gate electrode on a silicon substrate via a gate insulating film;
A second step of forming on the silicon substrate a resist pattern having a shape that opens a portion where the silicon substrate is dug down;
A third step of digging a surface layer of the silicon substrate by etching using the gate electrode and the resist pattern as a mask;
A fourth step of growing an oxide film on the surface of the dug down silicon substrate by oxidation treatment;
A fifth step of removing the oxide film by a surface gas etching reaction in which a treatment for supplying hydrofluoric acid gas and ammonia gas and a subsequent heat treatment are performed;
A sixth step of epitaxially growing a silicon germanium layer on the surface from which the oxide film has been removed after repeating the fourth step and the fifth step twice or more;
Wherein in the fourth step after the third step, have rows removal process of the resist pattern by the oxidation process including ashing,
Wherein in the fourth step after the fifth step, the method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that intends row the oxidation treatment in a wet processing.
前記第3工程のエッチングによって生じた前記シリコン基板の表面層のダメージが除去されるまで、前記第4工程と第5工程とを繰り返し行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the fourth step and the fifth step are repeated until damage to the surface layer of the silicon substrate caused by the etching in the third step is removed.
前記第3工程の前に、堆積成膜された酸化シリコン膜を用いて前記ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Prior to the third step, a step of forming a sidewall on the side wall of the gate electrode using a deposited silicon oxide film is performed.
前記第1工程の前に、堆積成膜された酸化シリコン膜を用いて前記シリコン基板の表面側に素子分離を形成する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Prior to the first step, a step of forming element isolation on the surface side of the silicon substrate using a deposited silicon oxide film is performed.
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