JPH05243218A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05243218A
JPH05243218A JP4044119A JP4411992A JPH05243218A JP H05243218 A JPH05243218 A JP H05243218A JP 4044119 A JP4044119 A JP 4044119A JP 4411992 A JP4411992 A JP 4411992A JP H05243218 A JPH05243218 A JP H05243218A
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film
layer
surface layer
semiconductor device
etching
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Masanobu Yoshiie
昌伸 善家
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NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁膜に覆われた導電体層(半導体を含む)
表面をエッチング工程により選択的に露出させ、露出し
た導電体層表面に接続する成膜(酸化を含む)を実施す
る前に、自然酸化膜、ダメージ及び汚染物質等を含む露
出した導電体層表面に形成される表面層を完全に除去す
ることができる半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 絶縁膜3をエッチングして、シリコン基板1
表面に設けられた拡散層2に達するコンタクトホールを
形成する。このとき、拡散層2の表面に形成される表面
層2aを成膜装置内において3弗化塩素ガスを使用して
除去する。次に、同じ成膜装置内で多結晶シリコン膜4
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング工程を有す
る半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、エッチング工程により導電体層
(半導体層を含む)の表面の少なくとも一部の露出を行
い、この露出された導電体層表面に接続する成膜(酸化
を含む)の前処理としては、例えばフォトレジストを除
去した後、洗浄及び水洗を行なっている。スルーホール
工程のように下地に金属膜が露出している場合には、フ
ォトレジストを剥離し、有機溶剤によるリンス及び水洗
を行ない、スパッタ装置内で下地金属膜の表面をアルゴ
ンガス等でスパッタエッチ(逆スパッタ)をして、上層
金属膜のスパッタを実施する場合もある。
【0003】従来の半導体装置の製造方法について、添
付の図面を参照して説明する。図10は、従来の半導体
装置の製造方法における一工程を示す断面図、図11
は、従来の半導体装置の製造方法における一工程を示す
断面図、図12(a)乃至(c)は、従来の半導体装置
の製造方法を工程順に示す断面図、図13は、従来の半
導体装置の製造方法における一工程を示す断面図であ
る。
【0004】先ず、図10に示すように、p型シリコン
基板61表面にn+ 型拡散層62を形成し全面に膜厚約
0.5乃至1.0μmの、例えば、シリコン酸化膜から
なる絶縁膜63を形成し、フォトレジストをマスクとし
たプラズマエッチングにより拡散層62に達するコンタ
クトホールを絶縁膜63に形成してフォトレジストを酸
素プラズマによるアッシングにより除去する。このと
き、コンタクトホールに露出した拡散層62表面に、膜
厚約2乃至5nmの表面層62aが形成される。表面層
62aは主として自然酸化膜から成りこの表面層62a
はコンタクトホール形成時にフォトレジスト除去時のプ
ラズマエッチング及びプラズマアッシングによる影響で
ダメージが与えられ、更に、この表面層62aはフォト
レジスト除去時の重金属及びハイドロカーボンポリマー
((CH2 )n ; nは正整数)等の汚染物質を含んでい
る。次に、LPCVD装置内において、窒素ガス(N
2 )をキャリアガスとしたモノシラン(SiH4 ) の熱
分解反応により、膜厚約0.5μmの多結晶シリコン膜
64aを形成する。続いて、LPCVD装置から取り出
し、燐の熱拡散等により多結晶シリコン膜64aをn+
型にして、フォトリソグラフィ工程による多結晶シリコ
ン膜64aのエッチングを施し、多結晶シリコン膜64
aの配線をする。
【0005】次に、図11に示すように、従来の多層配
線のスルーホールの形成方法は、p型シリコン基板71
上に膜厚約0.5乃至1.0μmの、例えば、シリコン
酸化膜からなる絶縁膜73aを形成し、この絶縁膜73
a上に全面に膜厚約0.1乃至0.2μmのn+ 型の多
結晶シリコン膜74を形成する。更に、この多結晶シリ
コン膜74上にスパッタ法により全面に膜厚約0.1乃
至0.2μmのタングステンシリサイド膜75を形成
し、これらをパターニングしてn+ 型の多結晶シリコン
膜74及びタングステンシリサイド膜75の積層膜から
なる下層配線を形成する。次に、CVD法により例えば
シリコン酸化膜からなる膜厚約0.5μmの絶縁膜73
bを全面に形成して、フォトレジストをマスクとしたプ
ラズマエッチングによりタングステンシリサイド膜75
に達するスルーホールを絶縁膜73bに形成して、フォ
トレジストを酸素プラズマによるアッシングにより除去
する。このとき、スルーホールに露出したタングステン
シリサイド膜75の表面に、膜厚約2乃至5nmの表面
層75aが形成される。この表面層75aは上述の表面
層62aと同様に主として自然酸化膜から成りこの表面
層75aはプラズマエッチング及びプラズマアッシング
の影響でダメージが与えられている。更に、この表面層
75aは重金属及びハイドロカーボンポリマー等の汚染
物質を含んでいる。次に、スパッタ装置内において全面
に膜厚約0.5μmの、例えば、アルミニウム膜又はタ
ングステン膜等の金属膜を堆積する。次いで、スパッタ
装置から取り出し、フォトリソグラフィ工程による金属
膜のエッチングを施して上層配線76を形成する。
【0006】次に、図12(a)に示すように、従来の
DRAMにおける容量絶縁膜の形成方法は、p型シリコ
ン基板81表面にn+ 型拡散層82を形成し、全面に膜
厚約0.5乃至0.7μmの、例えば、シリコン酸化膜
からなる絶縁膜83を形成する。更に、拡散層82に達
するコンタクトホールを絶縁膜83に形成し、LPCV
D装置を使用したモノシランの熱分解反応により膜厚約
0.4μmの多結晶シリコン膜(図示せず)を全面に形
成する。次に、LPCVD装置から取り出し、燐の熱拡
散等により多結晶シリコン膜をn+ 型にして、フォトレ
ジストをマスクとしたプラズマエッチングによりこの多
結晶シリコン膜のエッチングを施す。次いで前記フォト
レジストを酸素プラズマによるアッシングにより除去
し、多結晶シリコン膜からなるストーレージノード電極
84を形成する。このとき、ストーレージノード電極8
4表面に、膜厚約2乃至5nmの表面層84aが形成さ
れる。この表面層84aも図10中の表面層62aと同
様に主として自然酸化膜から成り、この表面層84aは
ダメージが与えられ重金属及びハイドロカーボンポリマ
ー等の汚染物質を含んでいる。
【0007】次に、図12(b)に示すように、LPC
VD装置内において、窒素ガスをキャリアガスとしたジ
クロロシラン(SiH2 Cl2 )及びアンモニアガス
(NH3 )の気相化学反応により、膜厚約5乃至10n
mのシリコン窒化膜87を全面に形成する。
【0008】次に、図12(c)に示すように、同一又
は他のLPCVD装置内において、窒素ガスをキャリア
ガスとしたモノシランの熱分解反応により、膜厚約0.
4μmの多結晶シリコン膜を形成し、次いで、LPCV
D装置から取り出し、燐の熱拡散等により多結晶シリコ
ン膜をn+ 型にして、フォトリソグラフィ工程による多
結晶シリコン膜及びシリコン窒化膜87のエッチングを
施し、多結晶シリコン膜からなるプレート電極86及び
シリコン窒化膜からなる容量絶縁膜87aを形成する。
【0009】次に、図13に示すように、従来のゲート
酸化膜の形成方法は、p型シリコン基板91表面にパッ
ド酸化膜(図示せず)及びシリコン窒化膜(図示せず)
を形成し、公知の選択酸化法により膜厚約0.6乃至
0.8μmのフィールド酸化膜93を形成してシリコン
窒化膜及びパッド酸化膜をエッチング除去し、素子形成
領域となる部分のシリコン基板91表面を露出させる。
このとき、露出したシリコン基板91表面には表面層
(図示せず)が形成されている。この表面層は約2nm
の厚さを有し、炭素化合物等の汚染物質を含んでいる。
次に、熱酸化炉内において、窒素ガス又はヘリウムガス
をキャリアガスとして水素ガス(H2 )及び酸素ガス
(O2 )の反応により、露出したシリコン基板91表面
にシリコン酸化膜からなる約15nmのゲート絶縁膜9
8を形成する。このときゲート絶縁膜98にはピット状
の窪みが形成されている。この窪みは、例えば炭素及び
シリコンの反応によるシリコンカーバイトの生成により
その周辺のシリコンの酸化が阻害されるために生じる。
次に、n+ 型の多結晶シリコン膜からなるゲート電極9
9を形成し、更に、ソース及びドレイン領域となるn+
型拡散層92a,92bを形成し、MOSトランジスタ
が形成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置の製造方法は、エッチング工程によ
り導電体層(半導体層を含む)表面の少なくとも一部を
露出させた後、露出させた導電体層表面に接続する成膜
(酸化を含む)をする場合、上述したような方法及び成
膜装置を採用しているため、露出された導電体層表面に
形成された表面層を完全に除去することができず、この
表面層の存在のために種々の不具合が生じるという問題
点がある。
【0011】この種々の不具合について具体的に述べ
る。これらの表面層は、プラズマ等によるダメージが与
えられており、更に、重金属及び炭素化合物等の汚染物
質等を含み、主として自然酸化膜から構成されている。
コンタクトホールの場合には、自然酸化膜の存在はコン
タクト抵抗の増大となり、例えば0.4μm口より小さ
い微細コンタクトホールでは特に問題となる。また、表
面層にダメージが与えられていたり重金属により汚染さ
れていると、コンタクトリーク電流が増加し、重金属の
存在は結晶欠陥の発生の原因ともなる。
【0012】また、スルーホールの場合には、自然酸化
膜の存在はコンタクトホールの場合と同様にコンタクト
抵抗の増大となり、ダメージ及び汚染の存在は長期信頼
性の低下となる。この場合、上述したように、上層配線
の金属膜をスパッタ装置で堆積する前にアルゴンスパッ
タ等により下層配線の表面層を除去することは可能であ
り、コンタクト抵抗の増大は緩和される。しかしなが
ら、この逆スパッタによりダメージの発生及び汚染物質
の付着が生じ、新たな表面層が形成されることになり、
長期信頼性の面では完全な解決に至らない。
【0013】DRAMにおける容量絶縁膜の場合には、
自然酸化膜が存在すると容量値は低下することになり、
ダメージ及び汚染の存在は耐圧不良及び容量絶縁膜のリ
ーク電流の増大等の信頼性の劣化の原因となる。
【0014】また、ゲート絶縁膜の場合には、自然酸化
膜からなる表面層の膜厚は他の場合より薄いが、特に汚
染の存在が重大である。例えば、ゲート絶縁膜上の汚染
された表面層に酸化したシリコン酸化膜が含まれる場
合、ピット状の窪み等に依存した形状因子及び汚染物質
がリークパスを形成し、耐圧不良等の信頼性の劣化をも
たらすことになる。
【0015】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、エッチング工程により導電体層(半導体
層を含む)表面の少なくとも一部の露出を実施し、この
露出された導電体層表面に接続する成膜(酸化を含む)
を実施する前に、露出された導電体層表面に形成され
て、自然酸化膜、ダメージ及び汚染物質等を含む表面層
を完全に除去することができる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、所定の導電体層上に形成された絶縁膜を
有する半導体基板にエッチングを施し、前記導電体層の
表面を選択的に露出するエッチング工程と、前記導電体
層の露出表面にエッチング工程に不随して形成される表
面層を3弗化塩素ガスにより除去する工程と、前記導電
体層に接続する膜を形成する成膜工程とを有することを
特徴とする。
【0017】
【作用】本発明においては、所定の導電体層上に形成さ
れた絶縁膜を有する半導体基板にエッチングを施し、導
電体層の表面を選択的に露出させている。この露出され
た導電体層の表面には表面層が形成される。この露出さ
れた導電体層表面に接続する成膜を実施する前に前記表
面層を成膜装置内において3弗化塩素ガスにより除去
し、しかる後に同一成膜装置により成膜を実施してい
る。従って、導電体層と導電体層表面に接続する成膜と
の間に表面層が介在することがない。これにより、表面
層の介在によって生じるコンタクト抵抗の増大及び長期
信頼性の低下という不具合を回避することができる。
【0018】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。
【0019】先ず、本発明の実施例に係る半導体装置の
製造方法における成膜装置について説明する。図2は本
発明の実施例に係る半導体装置の製造方法において使用
する成膜装置を示す模式図、図5は、同じく本実施例方
法において使用する他の成膜装置を示す模式図である。
【0020】図2に示す成膜装置は、3弗化塩素ガス
(ClF3 )によるエッチング手段を有している。この
3弗化塩素ガスは、多結晶シリコン、タングステン及び
モリブデン等の金属に対してエッチングが有効であり多
結晶シリコン膜、タングステン膜及びモリブデン膜等を
成膜する炉芯管等の成膜装置において、装置内面に付着
している多結晶シリコン、タングステン及びモリブデン
等のエッチングによるクリーニングに使用することがで
きる。本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法にお
ける成膜装置は、この3弗化塩素ガスの上述の特質を利
用しているものである。
【0021】図2に示すように、本発明の実施例に係る
半導体装置の製造方法において使用する成膜装置は石英
チェンバー12内において3弗化塩素ガス(ClF3
によるエッチング、モノシラン(SiH4 )の熱分解反
応による多結晶シリコン膜の成膜及びジクロロシラン
(SiH2 Cl2 )とアンモニアガス(NH3 )との気
相化学反応によるシリコン窒化膜の成膜が可能なLPC
VD装置である。
【0022】石英チェンバー12は炉体11内に設けら
れ、加熱ランプ13により加熱される。3弗化塩素ガ
ス、窒素ガス(N2 )若しくはヘリウムガス(He)か
らなるキャリアガス、モノシラン、ジクロロシラン又は
アンモニアガスは、それぞれバルブ15a、15b、1
5c、15d、15eを介して石英チェンバー12内に
流入し、石英チェンバー12内の残留ガスはバルブ16
を介して真空ポンプ14により排気される。3弗化塩素
ガスによるエッチングは、所定の加工が施された半導体
基板を石英チェンバー12内に挿入した後、バルブ15
a、15b、及びバルブ16のみを開き、所定温度に保
持された石英チェンバー12内を真空ポンプ14により
減圧して実施する。
【0023】次に、例えば半導体基板に多結晶シリコン
膜を堆積する場合、バルブ15aを閉じ、所定減圧下で
加熱ランプ13により石英チェンバー12内を数百℃に
加熱し、バルブ15cを開き、モノシランの熱分解によ
り多結晶シリコン膜を成膜する。この多結晶シリコン膜
の代りにシリコン窒化膜を堆積する場合には、バルブ1
5cの代りにバルブ15d及び15eを開き、ジクロロ
シランとアンモニアガスとの気相化学反応によりシリコ
ン窒化膜を成膜する。
【0024】一方、図5に示す成膜装置は、3弗化塩素
ガス(ClF3 )によるエッチングを実施する前処理室
38、熱酸化を実施する酸化室39a及び金属膜のスパ
ッタを実施するスパッタ室39bが別個に設けられたマ
ルチチェンバー型の成膜装置である。
【0025】所定の加工が施された半導体基板にゲート
酸化膜を形成する場合、半導体基板をゲートバルブ35
aを介してインターロック室37aに挿入し、インター
ロック室37aを不活性雰囲気に変換してから、ゲート
バルブ35bを介して不活性雰囲気に保持された移載室
37bに挿入する。次に、前処理室38を不活性雰囲気
にした後、ゲートバルブ36aを介して半導体基板を前
処理室38に挿入され、一定温度及び一定減圧の下で、
例えばアルゴンガスにより所定濃度に希釈された3弗化
塩素ガス(ClF3 )によるエッチングを実施する。エ
ッチング終了後、前処理室38を再び不活性雰囲気に変
換し、ゲートバルブ36aを介して半導体基板を移載室
37bに挿入する。次に、一定の高温に保持された酸化
室39aを不活性雰囲気にした後、ゲートバルブ36b
を介して半導体基板を酸化室39aに挿入し、熱酸化を
実施する。熱酸化終了後、酸化室39aは再び不活性雰
囲気に変換され、ゲートバルブ36bを介して半導体基
板を移載室37bに挿入する。更に、インターロック室
37aを再び不活性雰囲気に変換した後、ゲートバルブ
35bを介して半導体基板をインターロック室37aに
挿入し、ゲートバルブ35aを介して成膜装置から取り
出す。
【0026】また、所定の加工を施した半導体基板に、
例えばタングステン膜を形成する場合、前処理室38内
におけるエッチングの後、移載室37bへの移動までは
上述のゲート酸化膜の形成工程と同じである。移載室3
7bの圧力をスパッタ室39bの圧力程度まで減圧し、
スパッタ室39bを不活性雰囲気に変換した後、ゲート
バルブ36cを介して半導体基板をスパッタ室39に挿
入し、タングステン膜の成膜を実施する。次に、スパッ
タ室39bを再び不活性雰囲気に変換し、移載室37b
の圧力を再びスパッタ室39bの圧力程度まで減圧した
後、半導体基板をゲートバルブ36cを介して移載室3
7bに挿入する。以降の操作はゲート酸化膜の形成工程
と同じである。
【0027】次に、本発明の第1の実施例に係る半導体
装置の製造方法について説明する。図1は、本発明の第
1の実施例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す
断面図である。
【0028】図1(a)に示すように、p型シリコン基
板1表面にn+ 型拡散層2を選択的に形成する。また、
このn+ 型拡散層2上を含めたp型シリコン基板1上の
全面に膜厚約0.5乃至1.0μmの、例えばシリコン
酸化膜からなる絶縁膜3を形成する。更に、フォトレジ
スト(図示せず)をマスクとしたプラズマエッチングに
より拡散層2に達するコンタクトホールを絶縁膜3に形
成し、このフォトレジストを酸素プラズマによるアッシ
ングにより除去する。このとき、前記コンタクトホール
に露出した拡散層2の表面に、膜厚約2乃至5nmの表
面層2aが形成される。この表面層2aは主として自然
酸化膜から成り、また、この表面層2aはコンタクトホ
ール形成時にフォトレジスト除去時のプラズマエッチン
グ及びプラズマアッシングによるダメージが与えられ表
面層2aはフォトレジスト除去時の重金属及びハイドロ
カーボンポリマー等の汚染物質を含んでいる。
【0029】次に、図1(b)に示すように、図2に示
した成膜装置内において、3弗化塩素ガスにより表面層
2aをエッチング除去する。操作方法は上述のとうりで
ある。このエッチングは、3弗化塩素ガスを例えばキャ
リアガスであるアルゴンガスにより数vol%に希釈
し、室温において数Torr以下の減圧下により数分間
実施する。このときのシリコンに対するエッチング速度
は、約1乃至3nm/minである。3弗化塩素ガスに
よるシリコン酸化膜のエッチング速度はシリコンのエッ
チング速度に対して十分小さな値であるが、表面層2a
を構成する自然酸化膜が完全なSiO2 では無く、緻密
性も通常のシリコン酸化膜に劣ることなどから、表面層
2aのエッチング速度はシリコンのエッチング速度の約
1/4乃至1/2になる。以上のことから、このエッチ
ングは表面層2aをエッチングすると共に拡散層2表面
のシリコンもエッチングすることになる。
【0030】次に、図1(c)に示すように、図2の成
膜装置内で、上述の操作により、窒素ガスをキャリアガ
スとしたモノシランの熱分解反応によって絶縁膜3上及
びコンタクトホール内面に膜厚約0.5μmの多結晶シ
リコン膜4を形成する。次に、前記成膜装置から取り出
し、燐の熱拡散等により多結晶シリコン膜4をn+ 型に
する。
【0031】次に、図1(d)に示すように、フォトリ
ソグラフィ工程による多結晶シリコン膜4のエッチング
を行ない、多結晶シリコン配線4aを形成する。
【0032】本実施例においては、n+ 型拡散層2及び
p型シリコン基板1上に形成された絶縁膜3にエッチン
グを施してn+ 型拡散層2に達するコンタクトホールを
形成している。このとき露出されたn+ 型拡散層2の表
面には表面層が形成される。この露出されたn+ 型拡散
層2の表面に接続する多結晶シリコン膜4の成膜を実施
する前に前記表面層を成膜装置内において3弗化塩素ガ
スにより除去し、しかる後に同一成膜装置により成膜を
実施している。従って、n+ 型拡散層2と多結晶シリコ
ン膜4との間に表面層が介在することがない。これによ
り、表面層の介在によって生じるコンタクト抵抗の増大
及び長期信頼性の低下という不具合を回避することがで
きる。
【0033】図3は横軸にコンタクト径をとり、縦軸に
不良率をとって、両者の関係を示すグラフ図である。図
3において、A1は本発明の第1の実施例に係る半導体
装置の製造方法により得られた測定値、B1は従来の半
導体装置の製造方法により得られた測定値であり、コン
タクト抵抗が1KΩ/個より大きい場合を不良としてい
る。図3に示すように、従来の製造方法により得られた
半導体装置においてはコンタクト径が0.4μm口より
小さくなると不良率が増大するが、本実施例方法により
得られた半導体装置においては不良品の発生は無い。こ
のことから、本実施例方法によれば、拡散層2の表面の
表面層が完全に除去され、コンタクト抵抗の増大が抑制
され、良好なコンタクトホールが形成されていることが
理解できる。また、コンタクトホール形成時に付与され
たダメージ及び汚染物質も表面層2aの除去により取り
除かれることになり、コンタクトリーク電流の無いコン
タクトホールが形成できる。
【0034】次に、本発明の第2の実施例に係る半導体
装置の製造方法について説明する。
【0035】図4は、本発明の第2の実施例に係る半導
体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【0036】図4(a)に示すように、p型シリコン基
板21表面に膜厚約0.5乃至1.0μmの、例えばシ
リコン酸化膜からなる絶縁膜23aを形成し、更に、こ
の絶縁膜23a上に膜厚約0.1乃至0.2μmのn+
型の多結晶シリコン膜24形成する。次に、このn+ 型
の多結晶シリコン膜24上にスパッタ法により膜厚約
0.1乃至0.2μmのタングステンシリサイド膜25
を形成し、これらをパターニングしてn+ 型の多結晶シ
リコン膜24及びタングステンシリサイド膜25の積層
膜からなる下層配線を形成する。次に、このタングステ
ンシリサイド層25上にCVD法により、例えばシリコ
ン酸化膜からなる膜厚約0.5μmの絶縁膜23bを形
成し、フォトレジスト(図示せず)をマスクとしたプラ
ズマエッチングによりタングステンシリサイド膜25に
達するスルーホールを絶縁膜23bに形成し、フォトレ
ジストを酸素プラズマによるアッシングにより除去す
る。このとき、スルーホールに露出したタングステンシ
リサイド膜25表面に、膜厚約2乃至5nmの表面層2
5aが形成される。この表面層25aは図1に示した表
面層2aと同様に主としてシリコン酸化膜からなる自然
酸化膜であり、また、表面層25aはダメージが与えら
れ重金属及びハイドロカーボンポリマー等の汚染物質を
含んでいる。
【0037】次に、図4(b)に示すように、図5に示
した成膜装置の前処理室38内で上述の操作方法によ
り、3弗化塩素ガスを使用して表面層25aをエッチン
グ除去する。このエッチング条件は、本発明の第1の実
施例に係る半導体装置の製造方法におけるエッチング条
件に概略同じである。次に、図5の成膜装置のスパッタ
室39b内で、前述の操作により全面に膜厚約0.5μ
mの、例えばアルミニウム膜からなる金属膜を形成す
る。
【0038】次に、図4(c)に示すように、この金属
膜を形成したものを前記成膜装置から取り出し、フォト
リソグラフィ工程による金属膜のエッチングを施し、上
層配線26を形成する。
【0039】本実施例においても、第1の実施例と同様
に、絶縁膜23bのエッチングによりタングステンシリ
サイド膜25が露出し、この露出したタングステンシリ
サイド膜25に接続する金属膜からなる上層配線25a
の成膜を実施する前に表面層25aを成膜装置内におい
て3弗化塩素ガスにより除去し、しかる後に同一成膜装
置により成膜を実施している。従って、タングステンシ
リサイド膜25と上層配線26との間に表面層25aが
介在することがない。これにより、表面層の介在によっ
て生じるコンタクト抵抗の増大及び長期信頼性の低下と
いう不具合を回避することができる。
【0040】このように、本実施例においては第1の実
施例と同様に、コンタクト抵抗の増大が抑制されて良好
なスルーホールが得られ、特に重金属汚染による長期信
頼性の劣化も避けることができる。
【0041】次に、本発明の第3の実施例に係る半導体
装置の製造方法について説明する。図6は本発明の第3
の実施例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図、図7は本発明の第3の実施例に係る半導体装置の
製造方法におけるシリコン窒化膜堆積膜厚に対するシリ
コン酸化膜換算膜厚を示すグラフ図である。本実施例は
DRAMにおける容量絶縁膜の形成方法に関する。
【0042】先ず、図6(a)に示すように、p型シリ
コン基板41表面にn+ 型拡散層42を選択的に形成す
る。次に、このn+ 型拡散層42を含むP型シリコン基
板41上に膜厚約0.5乃至0.7μmの、例えばシリ
コン酸化膜からなる絶縁膜43を形成する。更に、拡散
層42に達するコンタクトホールを絶縁膜43に形成
し、LPCVD装置を使用したモノシランの熱分解反応
により膜厚約0.4μmの多結晶シリコン膜(図示せ
ず)を形成する。次に、LPCVD装置から取り出し、
燐の熱拡散等により多結晶シリコン膜をn+ 型にして、
フォトレジスト(図示せず)をマスクとしたプラズマエ
ッチングにより多結晶シリコン膜のエッチングを施し、
フォトレジストを酸素プラズマによるアッシングにより
除去し、多結晶シリコン膜からなるストーレージノード
電極44を形成する。このとき、ストーレージノード電
極44表面に、膜厚約2乃至5nmの表面層44aが形
成される。表面層44aも第1の実施例で示した図1の
表面層2aと同様に主として自然酸化膜から成りダメー
ジが与えられて重金属及びハイドロカーボンポリマー等
の汚染物質を含んでいる。
【0043】次に、図6(b)に示すように、図2に示
した成膜装置内で上述の操作方法により、3弗化塩素ガ
スにより表面層44aをエッチング除去する。このエッ
チング条件は、本発明の第1の実施例に係る半導体装置
の製造方法のエッチング条件と概略同じである。
【0044】次に、図6(c)に示すように、引き続き
図2に示した成膜装置内で、上述の操作を実施し、窒素
ガスをキャリアガスとしたジクロロシランとアンモニア
ガスとの気相化学反応により膜厚約2乃至5nmのシリ
コン窒化膜47を全面に形成する。更に、同一の成膜装
置内で、前述の操作により窒素ガスをキャリアガスとし
たモノシランの熱分解反応により膜厚約0.2乃至0.
3μmの多結晶シリコン膜を形成する。次いで、成膜装
置から取り出し、燐の熱拡散等により多結晶シリコン膜
をn+ 型にする。次に、フォトリソグラフィ工程による
多結晶シリコン膜及びシリコン窒化膜47のエッチング
を行ない、多結晶シリコン膜からなるプレート電極46
及びシリコン窒化膜47からなる容量絶縁膜47aを形
成する。
【0045】本実施例においては、第1,2の実施例と
同様に、ストレージノード電極44に接続するシリコン
窒化膜47の成膜を実施する前に表面層44aを成膜装
置内において3弗化塩素ガスにより除去し、しかる後に
同一成膜装置によりシリコン窒化膜47の成膜を実施し
ている。従って、ストレージノード電極44とシリコン
窒化膜47との間に表面層44aが介在することがな
い。これにより、表面層44aの介在によって生じるコ
ンタクト抵抗の増大及び長期信頼性の低下という不具合
を回避することができる。
【0046】次に、図7に示すように、A3は本実施例
方法により得られた半導体装置の測定値であり、B3は
従来の製造方法により得られた半導体装置(図12参
照)の測定値である。図7より明らかなように、堆積さ
れたシリコン窒化膜膜厚に対するシリコン酸化膜に換算
した膜厚が本実施例においては表面層44aが除去され
るため従来方法による場合より約1nm薄くなってい
る。従って、本実施例方法により得られた半導体装置は
高容量値化できる。更に、表面層44aの除去により、
耐圧不良や容量絶縁膜のリーク電流の増大等の信頼性の
劣化の原因となるダメージ及び汚染の存在を解消するこ
とができる。
【0047】次に、本発明の第4の実施例に係る半導体
装置の製造方法について説明する。
【0048】図8は本発明の第4の実施例に係る半導体
装置の製造方法を示す工程順に示す断面図、図9は、本
発明の第4の実施例に係る半導体装置の製造方法におけ
るストレス時間に対するTDDB故障率を示すグラフ図
である。本実施例はゲート絶縁膜の形成方法に関する。
【0049】先ず、図8(a)に示すように、p型シリ
コン基板51表面にパッド酸化膜(図示せず)及びシリ
コン窒化膜(図示せず)を形成し、公知の選択酸化法に
より膜厚約0.6乃至0.8μmのフィールド酸化膜5
3を形成し、シリコン窒化膜及びパッド酸化膜をエッチ
ング除去し、素子形成領域となる部分のシリコン基板5
1表面を露出させる。このとき、露出したシリコン基板
51表面には表面層51aが形成される。この表面層5
1aは約2nmの厚さを有し、炭素化合物等の汚染物質
を含んでいる。
【0050】次に、図8(b)に示すように、図5に示
した成膜装置の前処理室38内で上述の操作方法を実施
して、3弗化塩素ガスにより表面層51aをエッチング
除去する。このエッチング条件は、本発明の第1の実施
例に係る半導体装置の製造方法のエッチング条件と概略
同じである。
【0051】次に、図8(c)に示すように、引き続き
図5の成膜装置の酸化室36a内で、上述の操作によ
り、露出したシリコン基板51表面にシリコン酸化膜か
らなる約15nmのゲート絶縁膜58を形成する。この
とき、ゲート絶縁膜58の表面は従来方法と異なりピッ
ト状の窪みは形成されない。
【0052】次に、図8(d)に示すように、図5に示
した成膜装置から取り出し、n+ 型の多結晶シリコン膜
からなるゲート電極59並びにソース及びドレイン領域
となるn+ 型拡散層52a,52bを形成し、MOSト
ランジスタが形成される。
【0053】本実施例においては、第1,2,3の実施
例と同様に、エッチングにより露出されたP型シリコン
基板51に接続するゲート絶縁膜58の成膜を実施する
前に表面層51aを成膜装置内において3弗化塩素ガス
により除去し、しかる後に同一成膜装置によりゲート絶
縁膜58の成膜を実施している。従って、P型シリコン
基板51とゲート絶縁膜58との間に表面層51aが介
在することがない。これにより、表面層の介在によって
生じるコンタクト抵抗の増大及び長期信頼性の低下とい
う不具合を回避することができる。
【0054】次に、図9に示すように、A4は本実施例
により得られた半導体装置の測定値であり、B4は従来
の製造方法(図13参照)により得られた半導体装置の
測定値である。測定は、本実施例方法及び従来方法によ
り得られた半導体装置共に、夫々の方法に従って形成し
たシリコン基板、ゲート絶縁膜及びゲート電極からなる
キャパシタ構造のものに対し実施した。ストレス印加電
界は8.5MV/cmである。TDDB(Time D
ependent Dielectric Break
downの略)測定から得た故障率の時間依存性は、同
図から明らかなように、本実施例を採用した場合には従
来方法に比較して寿命が約1桁延びている。これは汚染
物質、ダメージ及び自然酸化膜等を含む表面層51aを
除去してからゲート絶縁膜58を形成したためである。
【0055】なお、図2に示す成膜装置は、同一チェン
バー内で3弗化塩素ガスによるエッチング、多結晶シリ
コン膜の成膜及びシリコン窒化膜の成膜を実施する成膜
装置であるが、成膜の種類,組み合わせはこれに限定さ
れるものではない。
【0056】また、図5に示す成膜装置は、酸化室及び
スパッタ室を有する成膜装置であるが、成膜の種類及び
組合せはこれに限定されるものではない。
【0057】更に、図4に示す上層配線26となる金属
膜は、アルミニウム膜を使用しているが、特にこれに限
定されることはなく、タングステン膜等の金属膜も使用
することができる。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、所定の導
電体層上に形成された絶縁膜を有する半導体基板にエッ
チングを施し、導電体層の表面を選択的に露出させた
後、露出された導電体層表面に接続する成膜(酸化を含
む)を実施する前に、露出された導電体層表面に形成さ
れた表面層を、成膜装置内において3弗化塩素ガスによ
り除去し、しかる後に同一成膜装置により成膜を実施す
る。これにより、自然酸化膜、ダメージ及び汚染物質等
を含む表面層の介在によってもたらされた種々の不具
合、例えば、コンタクト抵抗の増大、容量値の低下、リ
ーク電流の増加及び耐圧の低下等の信頼性の劣化を回避
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)乃至(d)は本発明の第1の実施例に係
る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法に
おいて使用する成膜装置を示す模式図である。
【図3】本発明の第1の実施例に係る半導体装置の製造
方法におけるコンタクト径と不良率との関係を示すグラ
フ図である。
【図4】(a)乃至(c)は本発明の第2の実施例に係
る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図5】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法に
おいて使用する他の成膜装置を示す模式図である。
【図6】(a)乃至(d)は本発明の第3の実施例に係
る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図7】本発明の第3の実施例に係る半導体装置の製造
方法におけるシリコン窒化膜堆積膜厚とシリコン酸化膜
換算膜厚との関係を示すグラフ図である。
【図8】(a)乃至(d)は本発明の第4の実施例に係
る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図9】本発明の第4の実施例に係る半導体装置の製造
方法におけるストレス時間とTDDB故障率との関係を
示すグラフ図である。
【図10】従来の半導体装置の製造方法における一工程
を示す断面図である。
【図11】従来の半導体装置の製造方法における一工程
を示す断面図である。
【図12】(a)乃至(c)は従来の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図13】従来の半導体装置の製造方法における一工程
を示す断面図である。
【符号の説明】
1,21,41,51,61,71,81,91;p型
シリコン基板 2,42,52a,52b,62,82,92a,92
b;n+ 型拡散層 3,23a,23b,43,63,73a,73b,8
3;絶縁膜 4,24,74;多結晶シリコン膜 4a,64a;多結晶シリコン配線 25,75;タングステンシリサイド膜 26,76;上層配線 44,84;ストレージノード電極 46,86;プレート電極 47,87;シリコン窒化膜 47a,87a;容量絶縁膜 53,93;フィールド酸化膜 58,98;ゲート絶縁膜 59,99;ゲート電極 11;炉体 12;石英チェンバー 13;加熱ランプ 14;真空ポンプ 15a,15b,15c,15d,15e,16;バル
ブ 35a,35b,36a,36b,36c;ゲートバル
ブ 37a;インターロック室 37b;移載室 38;前処理室 39a;酸化室 39b;スパッタ室

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の導電体層上に形成された絶縁膜を
    有する半導体基板にエッチングを施し、前記導電体層の
    表面を選択的に露出するエッチング工程と、前記導電体
    層の露出表面にエッチング工程に不随して形成される表
    面層を3弗化塩素ガスにより除去する工程と、前記導電
    体層に接続する膜を形成する成膜工程とを有することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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