JPH10214794A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
ングすることにより該シリコン半導体表面を露出させ、
その後、少なくともそのエッチングされた部分を覆う薄
膜を形成する半導体装置の製造方法において、上記半導
体表面と上記薄膜との間に自然酸化膜が形成されること
を抑止する。 【解決手段】 エッチングと同時又はその後、該エッチ
ングにより露出した半導体2表面上にSiC膜を形成
し、該SiC膜を除去することなくその上に薄膜8を形
成する。具体的には、例えばエッチングを炭素系エッチ
ングガスを用いて行うことによりエッチングと同時にS
iC膜を形成する。
Description
方法、特にシリコン半導体表面上の絶縁膜を選択的又は
全面的にエッチングすることにより該シリコン半導体表
面を全面的に又は選択的に露出させ、その後、少なくと
もそのエッチングされた部分を覆う薄膜を形成する半導
体装置の製造方法に関する。
シリコン半導体基板或いはパターニングされた多結晶シ
リコン半導体層と、他の導電体層とのコンタクトをとる
場合、該他の導電体層の形成前に層間絶縁膜を形成し、
その後、該層間絶縁膜のコンタクトをとるべき部分を選
択的エッチング(フォトレジスト膜を選択的に形成し、
その後、該膜をマスクとしてウェットエッチング)する
ことにより除去して開口を形成し、その後、他の導電膜
(ポリシリコン膜、シリサイド膜、金属膜)を形成(C
VD、スパッタリング等により膜を全面的に形成し、そ
の後、フォトエッチング)するプロセスを経る。
導体領域を形成した半導体基板の表面の絶縁膜を選択的
にエッチングすることにより開口を形成し、その後、誘
電体を成す、例えばシリコンナイトライドSi3 N4 か
らなる絶縁膜を形成する。
導体基板或いはパターニングされた多結晶シリコン半導
体層上の層間絶縁膜をエッチングすることにより開口を
形成して半導体基板或いは半導体層の表面を露出させる
と、その後、導電膜或いは誘電体を成す絶縁膜を形成す
るまでの間に開口部の表面が自然酸化し、自然酸化膜が
生じてしまうという問題があった。かかる自然酸化は、
ソリューション処理による洗浄や、空気中での放置によ
り生じる。
の増大を招き、ばらつきの原因にもなるので好ましくな
い。また、ウオッシュドポリシリコンエミッタトランジ
スタの場合にはトランジスタの電流増幅率、周波数特性
等の特性のばらつきの原因になり、好ましくないし、M
IS容量の場合は容量値の減少を招き、ばらつきの原因
にもなるので好ましくない。
容量は本来の容量に対して直列容量として関与する。そ
して、今後益々激しくなるICのシュリンク化に伴う誘
電体を成すシリコンナイトライド等からなる絶縁膜の薄
膜化により、自然酸化膜による容量の変動の度合が益々
大きくなるので、この問題が極めて重大となる。
結果、シリコンと炭素(カーボン)Cとの化合物である
シリコンカーバイトSixCy(以下単に「SiC]と
記す。)膜が自然酸化膜の形成を抑止する働きを持つこ
とが判明した。そこで、このSiC膜を自然酸化膜の抑
止に活かすべく模索し、本発明を為すに至った。
縁膜を選択的又は全面的にエッチングすることにより該
シリコン半導体表面を全面的に又は選択的に露出させ、
その後、少なくともそのエッチングされた部分を覆う薄
膜を形成する半導体装置の製造方法において、上記半導
体表面と上記薄膜との間に自然酸化膜が形成されること
を抑止することを目的とする。
製造方法は、エッチングと同時又はその後、該エッチン
グにより露出した半導体表面上にSiC膜を形成し、該
SiC膜を除去することなくその上に上記薄膜を形成す
ることを特徴とする。
によれば、エッチングにより露出した半導体表面上にS
iC膜を形成し、該SiC膜を除去することなくその上
に上記薄膜を形成するので、薄膜の形成前における自然
酸化膜の生成はSiC膜により抑止することができる。
従って、自然酸化膜による、コンタクト抵抗の増大、ウ
オッシュドポリシリコンエミッタトランジスタの特性の
変動、MIS容量の減少等の弊害をなくすことができ
る。
従って詳細に説明する。
量の形成に適用した一つの実施の形態(第1の実施形
態)を示すものである。
の形成を行い、アイソレーション層3形成用のイオン打
込み及び熱拡散処理を行うことによって素子分離した
後、減圧CVDにより130nm程度の膜厚を有するT
EOS−SiO2 膜5を形成する。図1(A)は該TE
OS−SiO2 膜5形成後の状態を示す。2はMIS容
量の一方の電極となる半導体領域であり、上記選択酸化
膜4及びアイソレーション層3により他の半導体領域と
素子分離されている。
より選択的にエッチングすることにより開口6を形成す
る。この開口6の形成領域がMIS容量素子の実効的形
成領域となる。この開口6の形成は従来においてはソリ
ューションエッチングにより行われていたが、本実施の
形態においては後述するようにSiC膜を形成して自然
酸化膜の成長を抑制できるようにするために、そして高
精度化、サイズのシュリンク化に対応するために、炭素
系エッチングガスを用いてのRIEにより行う。このと
きのRIE条件は、例えばRFのパワーが750W、真
空度が227Paである。そして、使用ガスは、CF4
が60SCCM、Arが900SCCM、CHF3 が6
0SCCMである。このようにエッチングガスとして炭
素原子を含んだ炭素系エッチングガスを用いることによ
り、図示はしないが薄いSiC膜が形成される。そし
て、このSiC膜が自然酸化膜の生成を抑止する働きを
する。この効果については後詳細に説明する。
の半導体領域2表面を露出させるべく、SiO2 膜5の
膜厚の例えば30%程度オーバーエッチングする。本例
ではSiO2 膜5が約130nmなので、170nm程
度エッチングする。図1(B)はこのエッチング後の状
態を示す。尚、ほんの僅かながら自然酸化膜ができる
が、その厚さは0.7nm程度で、ほとんど無視できる
程度なので図示しない。また、自然酸化膜はそれよりも
もっと薄いのでこれも図示しない。
ず、本選択的エッチングにエッチングマスクとして用い
たレジスト膜をアッシャーによってアッシングにより除
去し、その後、SH(硫酸過水)による洗浄処理を施
し、更にSC(アンモニア過水)洗浄処理を施す。これ
により、選択的エッチングの後処理を終える。
グガスを用いて半導体基板上の絶縁膜を除去する技術は
存在した。しかし、従来においては、そのような場合、
そのエッチング終了後レジスト膜除去(後処理)前に、
半導体基板の露出表面の自然酸化膜及びダメージ層を除
去する目的で、表面を例えば10nm程度エッチングす
るライトエッチング処理(LEC)を施していた。この
エッチングはLight Etching Chamber を用い、例えば、
RFのパワーが100W、真空度が133Pa、ガスと
してCF4 が100SCCM、O2 が100SCCM、
エッチング時間が30秒間程度というエッチング条件で
行っていた。しかし、かかるエッチングは自然酸化膜の
生成を抑制するSiC膜を除去することになるので、行
わない方が良いことが本願発明者により発見された。こ
の点については後で図2に従って説明する。
i3 N4 膜(膜厚例えば20〜40nm)7を減圧CV
Dにより形成し、その後、該Si3 N4 膜7を選択的エ
ッチングによりパターニングする。この選択的エッチン
グはフォトレジスト膜をマスクとするプラズマエッチン
グにより行う。図1(C)はSi3 N4 膜7の選択的エ
ッチング後の状態を示す。
ポリシリコン層(厚さ例えば150nm)8を形成す
る。具体的には、減圧CVDによるシリコン層の形成、
不純物のドーピング及びフォトレジスト膜をマスクとす
るRIEによるエッチングにより行う。その後、層間絶
縁膜となるSiO2 膜(400nm)9を例えば常圧C
VDにより形成する。その後、該膜9を選択的エッチン
グすることにより開口する。10はその開口である。図
1(D)は開口10の形成後の状態を示す。
スパッタリングにより形成し、その後、パターニングす
る。図1(E)はパターニング後の状態を示す。
ついて自然酸化膜の生成を比較して示すものである。
(A)はMISRIE[ 図1(B)に示す、REIによ
る開口6の形成] 、ライトエッチング[ LEC:従来行
っていたが本実施の形態において行わないMISRIE
後のエッチング] 及び後処理(フォトレジスト膜等を除
去し、更に洗浄する処理)を行った場合を示す。この場
合、ライトエッチングLEC後のアンロードにより5n
mの厚さを有する極めて厚い自然酸化膜が形成されてし
まう。
場合、即ち、MISRIE後ライトエッチング(LE
C)を行うことなく後処理を行った場合を示す。この場
合は、ライトエッチングを行わないので、SiC膜が除
去されない。従って、自然酸化膜の生成をSiC膜によ
って抑制することができ、最終段階における自然酸化膜
の膜厚は0.7nmと極めて薄くすることができる。
を施した後、自然酸化膜を除去するウェットエッチング
(エッチング深さ10nm)処理を施し、その後、後処
理を施した場合を示し、この場合は自然酸化膜が1.4
nmになった。
に、図2(B)に示す場合、即ちLEC処理工程を行わ
ない本実施の形態の場合が最適であるといえる。
化膜の膜厚との関係を炭素系エッチングガスを用いてド
ライエッチングによる処理を施したシリコン半導体基板
の場合(白丸で示す)と施さないシリコン半導体基板の
場合(黒丸で示す)について示す。この図からも明らか
なように、炭素系エッチングガスを用いてドライエッチ
ングによる処理を施したシリコン半導体基板の場合(白
丸で示す)には酸化に対するマージン、即ち酸化を開始
しても酸化膜が形成されるまでにかかる時間(約30分
間)があるのに対して、その処理を施さない場合(黒丸
で示す)にはそのような酸化に対するマージンがない。
そのマージン分、同じ酸化時間に対する酸化膜厚に差異
が生じ、その差異は約20nm程度になる。このよう
に、炭素系エッチングガスを用いてドライエッチングに
よる処理を施すことには自然酸化膜を薄くする上で顕著
な効果のあることが解る。
積不良率[ %] との関係をライトエッチングに関する4
つのケースについて示すもので、曲線が右寄りに位置す
る程誘電膜(Si3 N4 )の膜質の良さを示し、ライト
エッチングを行わなかった場合(LEC0nm)の方が
誘電膜の絶縁破壊が起きにくい、即ち誘電膜の膜質が良
好であることが分かる。即ち、MIS容量に電荷を充電
するとその充電電荷量に比例して端子電圧が高くなり、
やがて破壊する。そこで、数十、数百という多数の容量
素子について充電しその充電量を破壊するまで高めてど
れだけの充電量で破壊したかを測定し、横軸に各充電電
荷量[ C/cm2]をとり縦軸に累積故障率[ %] をとっ
たグラフが図4なのである。これにより、本発明適用に
よって膜質の劣化するおそれがないのみならず、膜質が
向上することが解る。
合の各ロットのMIS容量の容量値の各ロット毎の平均
値/X(明細書において便宜上/を以てバーに代える。
しかして、/Xは平均値を示す。)及び各ロット内のば
らつきR(ロットの平均値と最も大きな差のあるものと
の容量値の差)を示す図である。このようにロット間の
平均容量/Xのばらつきは小さく、また各ロット内にお
けるばらつきRは小さい。尚、ロット番号15のロット
におけるRが他のロットのそれに比較して異常に大きい
のは測定系のエラーによるものと判明した。
らつきも各ロット内におけるばらつきも相当に小さいと
いえる。
ュドポリシリコンエミッタタイプのダブルポリシリコン
型バイポーラトランジスタの製造に適用した実施の形態
(第2の実施の形態)を工程順に示すものである。
層間絶縁膜14を形成し、該層間絶縁膜14及び該ポリ
シリコン層13に対してエミッタ形成用の開口15を形
成する選択的エッチング処理を施す。その後、サイドウ
ォール形成用絶縁膜16を形成する。図6(A)は該絶
縁膜16形成後の状態を示す。
絶縁膜16に対してRIEによるエッチング処理を施
し、開口15の内側面にのみ絶縁膜16が残存するよう
にする。このエッチングは図1に示す実施の形態と同様
に炭素系エッチングガスを用いて行う。すると、基板1
の表面にSiC膜18が生じる。
層19を形成する。これによりエミッタが形成される。
然酸化膜の生成を抑制することができるので、自然酸化
膜の膜厚、膜質のばらつきに起因するトランジスタの特
性のばらつきを小さくすることができる。
ュドポリシリコンエミッタタイプのシングルポリシリコ
ン型バイポーラトランジスタの製造に適用した実施の形
態(第3の実施の形態)を工程順に示すものである。
絶縁膜5を形成する。
ジスト膜20をマスクとして上記絶縁膜5を、図1に示
した実施形態と同様に炭素系エッチングガスを用いての
RIEエッチングすることによりエミッタ形成用開口1
5を形成する。すると、基板1の表面にSiC膜18が
生じる。
いたレジスト膜20を除去し、その後、エミッタとなる
ポリシリコン層21を形成し、その後、該ポリシリコン
層21をパターニングする。
然酸化膜の生成を抑制することができるので、自然酸化
膜の膜厚、膜質のばらつきに起因するトランジスタの特
性のばらつきを小さくすることができる。
成を抑制するSiC膜をRIEエッチングを炭化系エッ
チングガスを用いてのエッチングにより行うことによっ
て為すものであるが、しかし、半導体基板表面部に炭素
をイオン打ち込みすることによりSiC膜を形成するよ
うにしても良い。また、上記各実施の形態は、半導体基
板表面の絶縁膜を選択的に形成してその表面を部分的に
露出する場合に適用したものであったが、絶縁膜を全面
的にエッチングする場合にも適用することができる。ま
た、表面上の絶縁膜が形成される半導体は単結晶半導体
基板(厳密にはエピタキシャル成長層の場合もある。)
であったが、多結晶シリコン半導体層、或はアモルファ
ス半導体層、特にパターニングされた多結晶シリコン半
導体層、或はアモルファス半導体層であっても良い。
ば、エッチングにより露出した半導体表面上にSiC膜
を形成し、該SiC膜を除去することなくその上に上記
薄膜を形成するので、薄膜の形成前における自然酸化膜
の生成はSiC膜により抑止することができる。従っ
て、自然酸化膜による、コンタクト抵抗の増大、ウオッ
シュドポリシリコンエミッタトランジスタの特性の変
動、MIS容量の減少等の弊害をなくすことができる。
法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図である。
酸化膜の生成を比較して示すものである。
との関係を炭素系エッチングガスを用いてドライエッチ
ング処理を施したシリコン半導体基板の場合(白丸で示
す)と施さないシリコン半導体基板の場合(黒丸で示
す)について示すグラフである。
%] との関係をライトエッチングに関する4つのケース
について示すグラフである。
トのMIS容量の容量値の各ロット毎の平均値/X及び
各ロット内のばらつきRを示す図である。
法の第2の実施の形態を工程順に示す断面図である。
法の第3の実施の形態を工程順に示す断面図である。
C膜。
Claims (7)
- 【請求項1】 シリコン半導体表面上の絶縁膜を選択的
又は全面的にエッチングすることにより該シリコン半導
体表面を全面的に又は選択的に露出させ、その後、少な
くともそのエッチングされた部分を覆う薄膜を形成する
半導体装置の製造方法において、 上記エッチングと同時又はその後、該エッチングにより
露出する部分表面に炭化シリコン層を形成し、 上記炭化シリコン層を除去することなくその上に上記薄
膜の形成を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法 - 【請求項2】 炭化シリコン層の形成を、エッチングガ
スとして炭素原子を含んだ炭素系ガスを用いることによ
りシリコン半導体表面を全面的に又は選択的に露出させ
るエッチングと同時に行うことを特徴とする請求項1記
載の半導体装置の製造方法 - 【請求項3】 炭化シリコン層の形成を、シリコン半導
体表面を全面的に又は選択的に露出させるエッチングの
終了後シリコン半導体の露出した表面部に炭素をイオン
打ち込みすることにより行うことを特徴とする請求項1
記載の半導体装置の製造方法 - 【請求項4】 エッチングされた部分を覆う薄膜が導電
層であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の半
導体装置の製造方法 - 【請求項5】 エッチングされた部分を覆う薄膜が絶縁
層であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の半
導体装置の製造方法 - 【請求項6】 シリコン半導体が単結晶シリコン半導体
であることを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記
載の半導体装置の製造方法 - 【請求項7】 シリコン半導体が多結晶又はアモルファ
スシリコン半導体であることを特徴とする請求項1、
2、3、4又は5記載の半導体装置の製造方法
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