JPH10256183A - 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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JPH10256183A
JPH10256183A JP7078997A JP7078997A JPH10256183A JP H10256183 A JPH10256183 A JP H10256183A JP 7078997 A JP7078997 A JP 7078997A JP 7078997 A JP7078997 A JP 7078997A JP H10256183 A JPH10256183 A JP H10256183A
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JP
Japan
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film
semiconductor device
sio
nitride film
polycrystalline
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JP7078997A
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English (en)
Inventor
Keiji Obara
啓志 小原
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリサイド膜から成るゲート電極に所望の幅
の側壁スペーサを形成し且つ多結晶Si膜からのシリサ
イド膜の剥離を防止する。 【解決手段】 少なくともWSix 膜13の表面に窒化
膜17を形成した後に、TEOSを原料とする減圧CV
D法で側壁スペーサ用のSiO2 膜15を堆積させる。
所望の幅の側壁スペーサを形成することができるにも拘
らず、SiO2 膜15の堆積時の高温に起因するWSi
x 膜13中のWとTEOS中の酸素との急激な反応を窒
化膜17で防止することができて、多結晶Si膜12と
WSix 膜13との界面等における酸化膜の成長を防止
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、TEOSを原
料とする減圧CVD法で堆積させたSiO2 膜から成る
側壁スペーサをポリサイド膜から成るゲート電極に形成
する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】配線遅延を減少させて半導体装置の高速
動作を達成すると共に多結晶Si膜から成るゲート電極
の高い信頼性を維持するために、ポリサイド膜から成る
ゲート電極が採用されている。また、ドレインにおける
電界の集中を緩和して短チャネル効果を抑制するために
LDD構造が採用されており、このLDD構造を実現す
るためにゲート電極に側壁スペーサが形成されている。
【0003】ところで、高密度化、高集積化された記憶
素子や論理演算素子等を製造するために半導体装置の微
細化が進められており、この微細化に伴ってゲート長も
短縮されている。一方、ゲート電極の側壁スペーサの幅
によってソース/ドレインの不純物分布ひいては閾値電
圧等の電気特性が変動するが、ゲート長の短縮に伴っ
て、側壁スペーサの幅の変動による電気特性の変動も相
対的に大きくなる。
【0004】ゲート電極の側壁スペーサは、以前は、常
圧CVD法で堆積させたSiO2 膜で形成されていた。
しかし、このSiO2 膜では、ウェハの面内における厚
さの均一性が低く、下地パターンの疎密に対する厚さの
依存性が大きく、段差被覆性も良くない。このため、所
望の幅の側壁スペーサを形成することが困難で、所望の
電気特性を有する半導体装置を製造することが困難であ
った。
【0005】そこで、これらを改善するために、TEO
S(tetraethyl orthosilicate):Si(OC2 5
4 を原料とする減圧CVD法で堆積させたSiO2 膜で
ゲート電極の側壁スペーサが形成されている。
【0006】図3は、このSiO2 膜を用いる本願の発
明の一従来例を示している。この一従来例では、図3
(a)に示す様に、Si基板(図示せず)の表面にゲー
ト酸化膜としてのSiO2 膜11等を形成した後、多結
晶Si膜12とWSix 膜13とを順次に堆積させてW
ポリサイド膜14を形成する。
【0007】次に、図3(b)に示す様に、リソグラフ
ィ及びエッチングによってWポリサイド膜14をゲート
電極のパターンに加工し、図3(c)に示す様に、TE
OSを原料とする減圧CVD法でSiO2 膜15を堆積
させる。そして、図3(d)に示す様に、SiO2 膜1
5の全面にRIEを施して、このSiO2 膜15から成
る側壁スペーサをWポリサイド膜14に形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、TEOSを
原料とする減圧CVD法は690℃程度と常圧CVD法
よりも290℃程度も高い温度で行われるので、この高
温のためにWSix 膜13中のWとTEOS中の酸素と
が急激に反応する。
【0009】この結果、図3(c)に示した様に、多結
晶Si膜12とWSix 膜13との界面等でWOx 膜1
6が成長して、多結晶Si膜12からWSix 膜13が
剥離していた。従って、図3に示した一従来例では、高
速で且つ所望の電気特性を有する半導体装置を高い歩留
りで製造することが困難であった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願の発明による半導体
装置の製造方法は、多結晶Si膜上にシリサイド膜を積
層させたポリサイド膜から成るゲート電極に、TEOS
を原料とする減圧CVD法で堆積させたSiO2 膜から
成る側壁スペーサを形成する半導体装置の製造方法にお
いて、少なくとも前記シリサイド膜の表面に窒化膜を形
成する工程と、前記窒化膜を形成した後に前記SiO2
膜を堆積させる工程とを具備することを特徴としてい
る。
【0011】本願の発明による半導体装置の製造方法
は、窒素を含む雰囲気中での熱処理で前記窒化膜を形成
することが好ましい。
【0012】本願の発明による半導体装置の製造方法
は、前記熱処理時の温度が800℃以上であることが好
ましい。
【0013】本願の発明による半導体装置の製造方法
は、CVD法による堆積によって前記窒化膜を形成して
もよい。
【0014】本願の発明による半導体装置の製造方法で
は、TEOSを原料とする減圧CVD法で、ゲート電極
の側壁スペーサを形成するためのSiO2 膜を堆積させ
ているので、所望の厚さのSiO2 膜を堆積させること
ができて、ポリサイド膜から成るゲート電極に所望の幅
の側壁スペーサを形成することができる。
【0015】しかも、ポリサイド膜から成るゲート電極
の少なくともシリサイド膜の表面に窒化膜を形成した後
にSiO2 膜を堆積させているので、この堆積時の高温
に起因するシリサイド膜中の金属とTEOS中の酸素と
の急激な反応を窒化膜で防止することができ、多結晶S
i膜とシリサイド膜との界面等における酸化膜の成長を
防止して、多結晶Si膜からのシリサイド膜の剥離を防
止することができる。
【0016】また、窒素を含む雰囲気中での熱処理で窒
化膜を形成すれば、処理炉の内面には窒化膜が形成され
ないので、SiO2 膜を堆積させるための減圧CVD法
を同じ処理炉で行っても、SiO2 膜の堆積時に処理炉
の内面から窒化膜が剥離して汚染粒子が生成されること
がない。
【0017】このため、SiO2 膜を堆積させるための
減圧CVD法を行う前に、窒化膜を形成した半導体製造
装置とは別個の半導体製造装置までウェハを搬送した
り、窒化膜の形成後に処理炉を交換したりする必要がな
く、窒化膜を形成するための熱処理に引き続いて連続的
に、SiO2 膜を堆積させるための減圧CVD法を行う
ことができる。
【0018】しかも、窒素を含む雰囲気中での熱処理に
よって、シリサイド膜を緻密化させてその結合を密にす
ることができるので、シリサイド膜中の金属とTEOS
中の酸素との急激な反応を効果的に防止して、多結晶S
i膜からのシリサイド膜の剥離を効果的に防止すること
ができる。
【0019】一方、CVD法による堆積によって窒化膜
を形成すれば、シリサイド膜の表面のみならずゲート電
極の全体を窒化膜で覆うことができるので、多結晶Si
膜とシリサイド膜との界面における酸化膜の形成を効果
的に防止して、多結晶Si膜からのシリサイド膜の剥離
を効果的に防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、Wポリサイド膜から成るゲ
ート電極を有する半導体装置の製造に適用した本願の発
明の一実施形態を説明するが、本実施形態の説明に先立
って、本実施形態で用いる半導体製造装置をまず説明す
る。
【0021】図2に示す様に、この半導体製造装置21
では、石英インナーチューブ22と石英アウターチュー
ブ23とが同軸状に設けられており、これらの下端にマ
ニホールド24が配置されている。石英インナーチュー
ブ22と石英アウターチューブ23との間の空間は、こ
れらの上端部で石英インナーチューブ22内の空間に通
じると共に、これらの下端でマニホールド24に通じて
いる。
【0022】マニホールド24は排気管25を介して真
空系(図示せず)に接続されており、ガスノズル26が
マニホールド24内を通過して石英インナーチューブ2
2内の空間の下端部に通じている。ガスノズル26には
ガス流量制御装置31が接続されており、このガス流量
制御装置31はバルブ32を介してTEOS供給源(図
示せず)に接続されている。
【0023】ガス流量制御装置31はバルブ33及びガ
ス流量計34を介してN2 供給源(図示せず)にも接続
されている。石英アウターチューブ23の周囲にヒータ
ー35が配置されている。石英インナーチューブ22内
の空間には下方からボート36を挿入可能であり、ボー
ト36にはウェハ37が装填される。
【0024】次に、本実施形態を説明する。本実施形態
でも、図1(a)(b)に示す様に、Wポリサイド膜1
4をゲート電極のパターンに加工するまでは、図3に示
した一従来例と実質的に同様の工程を実行する。しか
し、本実施形態では、その後、ウェハ37をボート36
に装填して、このボート36を石英インナーチューブ2
2内に挿入する。
【0025】そして、石英インナーチューブ22内の空
間をヒーター35で700℃に加熱すると共に、マニホ
ールド24及び排気管25を介して石英アウターチュー
ブ23内の大気を真空系に排出して石英アウターチュー
ブ23内の空間を真空状態にする。
【0026】次に、石英インナーチューブ22内の空間
をヒーター35によって7℃/分の割合で800℃まで
昇温させた後、バルブ32を閉塞した状態でバルブ33
を開放して、ガス流量制御装置31で16slmに制御
されたN2 をガスノズル26から石英インナーチューブ
22内へ導入する。この時のN2 の流量はガス流量計3
4によって確認することができる。
【0027】石英インナーチューブ22内へ導入された
2 は、石英インナーチューブ22と石英アウターチュ
ーブ23との間の空間、マニホールド24及び排気管2
5を通って真空系に排出されるが、この熱処理を10分
間に亘って行う。その結果、図1(c)に示す様に、W
Six 膜13の表面に窒化膜17が形成される。
【0028】次に、石英インナーチューブ22内の空間
をヒーター35によって7℃/分の割合で700℃まで
降温させた後、バルブ33を閉塞した状態でバルブ32
を開放して、ガス流量制御装置31で90sccmに制
御されたTEOSをガスノズル26から石英インナーチ
ューブ22内へ導入して、石英インナーチューブ22内
の圧力を0.8Torrにする。
【0029】その結果、図1(d)に示す様に、TEO
Sを原料とする減圧CVD法でSiO2 膜15が堆積す
る。その後、図1(e)に示す様に、SiO2 膜15の
全面にRIEを施して、このSiO2 膜15から成る側
壁スペーサをWポリサイド膜14に形成する。
【0030】以上の様な本実施形態では、N2 中の熱処
理によって、WSix 膜13の表面に窒化膜17が形成
されると共にWSix 膜13が緻密化してその結合が密
になる。このため、WSix 膜13中のWとTEOS中
の酸素との急激な反応が効果的に防止されて、図1
(d)と図3(c)との比較からも明らかな様に、多結
晶Si膜12とWSix 膜13との界面等におけるWO
x 膜16の成長が防止されて、多結晶Si膜12からW
Six 膜13が剥離しない。
【0031】なお、以上の実施形態はWポリサイド膜か
ら成るゲート電極を有する半導体装置の製造に本願の発
明を適用したものであるが、Wポリサイド膜以外のポリ
サイド膜から成るゲート電極を有する半導体装置の製造
にも本願の発明を適用することができる。
【0032】また、以上の実施形態ではN2 中の熱処理
時の温度を800℃にしているが、800℃より高い温
度でもよい。更に、以上の実施形態では窒化膜17を形
成するための熱処理をN2 中で行っているが、この熱処
理時の雰囲気が窒素を含んでいればよく、例えばNH3
中で熱処理を行ってもよい。
【0033】また、以上の実施形態ではN2 中の熱処理
でWSix 膜13の表面に窒化膜17を形成している
が、CVD法で窒化膜を形成してもよい。CVD法では
WSix 膜13の表面のみならずWポリサイド膜14の
全体を窒化膜で覆うことができるので、多結晶Si膜1
2とWSix 膜13との界面におけるWOx 膜16の形
成を効果的に防止して、多結晶Si膜12からのWSi
x 膜13の剥離を効果的に防止することができる。
【0034】
【発明の効果】本願の発明による半導体装置の製造方法
では、ポリサイド膜から成るゲート電極に所望の幅の側
壁スペーサを形成することができ、しかも、多結晶Si
膜からのシリサイド膜の剥離を防止することができるの
で、高速で且つ所望の電気特性を有する半導体装置を高
い歩留りで製造することができる。
【0035】また、窒素を含む雰囲気中での熱処理で窒
化膜を形成すれば、窒化膜を形成するための熱処理に引
き続いて連続的に、SiO2 膜を堆積させるための減圧
CVD法を行うことができ、しかも、多結晶Si膜から
のシリサイド膜の剥離を効果的に防止することができる
ので、生産性の低下を防止しつつ高速で且つ所望の電気
特性を有する半導体装置を更に高い歩留りで製造するこ
とができる。
【0036】一方、CVD法による堆積によって窒化膜
を形成すれば、多結晶Si膜からのシリサイド膜の剥離
を効果的に防止することができるので、高速で且つ所望
の電気特性を有する半導体装置を更に高い歩留りで製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の発明の一実施形態を工程順に示す側断面
図である。
【図2】一実施形態で用いる半導体製造装置の概略図で
ある。
【図3】本願の発明の一従来例を工程順に示す側断面図
である。
【符号の説明】
12 多結晶Si膜 13 WSix 膜(シリサ
イド膜) 14 Wポリサイド膜(ポリサイド膜) 15 SiO
2 膜 17 窒化膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多結晶Si膜上にシリサイド膜を積層さ
    せたポリサイド膜から成るゲート電極に、TEOSを原
    料とする減圧CVD法で堆積させたSiO2膜から成る
    側壁スペーサを形成する半導体装置の製造方法におい
    て、 少なくとも前記シリサイド膜の表面に窒化膜を形成する
    工程と、 前記窒化膜を形成した後に前記SiO2 膜を堆積させる
    工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 窒素を含む雰囲気中での熱処理で前記窒
    化膜を形成する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。
  3. 【請求項3】 前記熱処理時の温度が800℃以上であ
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 CVD法による堆積によって前記窒化膜
    を形成する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。
JP7078997A 1997-03-07 1997-03-07 半導体装置の製造方法 Pending JPH10256183A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030054669A (ko) * 2001-12-26 2003-07-02 주식회사 하이닉스반도체 금속 배선의 형성 방법
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JP2004111962A (ja) * 2002-09-19 2004-04-08 Samsung Electronics Co Ltd 金属ゲートパターンを有する半導体素子の製造方法
JP2006303404A (ja) * 2005-04-22 2006-11-02 Hynix Semiconductor Inc 半導体素子の製造方法

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