WO2007034534A1 - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体表面の水素終端処理を迅速に行う方法に関すると共に、当該水 素終端処理を実行する装置、前記水素終端処理を行うことによって得られた半導体 デバイス等の製品に関する。 背景技術
[0002] 半導体領域に形成された集積回路を構成する電界効果トランジスタの製造工程を , LDD (Lightly Doped Drain)構造の n型電界効果トランジスタを例にし、図 1を 用いて説明する。
[0003] まず、半導体基板である p型（110)面シリコン 101の表面に、例えば STI (Shallow
Trench Isolation)法により素子分離を行い、素子領域 102を形成する（図 1 (a) )
[0004] 素子領域 102に対し、 RCA洗浄などの酸ィ匕前洗浄を行い（図 1 (b) )、有機物、パ 一ティクル、メタル不純物を除去した後、希フッ酸処理に引き続き純水リンスを施し、 素子領域 102を水素で終端 103する（図 l (c) )。ゥ ハを乾燥後（図 1 (d) )、ゲート絶 縁膜 (SiO ) 105を形成する（図 l (e) )。
2
[0005] 次に、シリコン 101の全面に、しきい値電圧を制御するため、ボロンをイオン注入す る（図 l (f) )。
[0006] 次に、シリコン 101の全面に、多結晶シリコン膜を堆積させ、これをパターユングし て素子領域 102のゲート絶縁膜 105上に、多結晶シリコンによるゲート電極 106を形 成する（図 l (g) )。
[0007] 次に、リンを低濃度でイオン注入して高電界を緩和する n_ソース及びドレイン領域
107を形成する（図 1 (h) )。
[0008] 次に、 CVD法などにより、ゲート電極 106を被覆するように、シリコン酸ィ匕膜 (SiO )
2 を、シリコン 101の全面に堆積させ、異方性エッチングを行って、ゲート電極 106の側 壁に側壁絶縁膜 108を形成する（図 1 (i) )。
[0009] その後、砒素などの n型不純物を高濃度にイオン注入して n+ソース及びドレイン領 域 109を形成する（図 l (j) )。
[0010] 本発明者等は、先に、特許文献 1において、半導体表面を洗浄する際に、水素、重 水素を添加した H Oを使用すると共に、高周波振動を与えることによって、水素終端
2
する半導体装置の製造方法を提案した。
[0011] ここで、 Si(l lO)面や Si (l l l)面さらには多結晶 Si上に、上記のような電界効果ト ランジスタを形成する場合、図 1 (d)において、希フッ酸処理し、水素終端化 103させ るのに時間がかかる。 RCA洗浄時に形成されたケミカル SiOを、希フッ酸処理にて
2
剥離し、水素終端ィ匕させるまでに力かる時間について言えば、 Si(100)面の場合に は、 0. 5wt%の希フッ酸液に 1分も浸せば実現出来る。しかし、 Si(l lO)面、 Si (l l 1)面さらには多結晶 Siの場合、 0. 5wt%の希フッ酸液に 10分以上浸す必要がある 。その水素終端ィ匕時間を短縮し、 3分程度とするためには、希フッ酸の濃度を 10wt %近く上げる必要がある。その場合、 STIに用いるシリコン酸ィ匕膜には、特に埋め込 み中央部においてエッチングされて、図 1 (c)に示すようなボイド 104が発生する。ボ イド 104の中には、その後のゲート電極形成工程（図 1 (g) )において、多結晶シリコ ンが埋め込まれる。このボイド 104の中に埋め込まれた多結晶シリコンは、集積回路 が出来上がった際に、素子間の耐圧を劣化させる原因になり、また配線ショートを生 じさせる原因にちなる。
[0012] また、 Fin— FETのような 3次元トランジスタにおいては、一つのトランジスタを、 Si (
100)面と Si (110)面の両方の上に形成する場合がある。
[0013] 図 2に、 Fin— FETにおけるゲート絶縁膜形成前後の様子を示す。図 2 (a)は、ソー スからドレイン方向へ見た場合の素子領域断面である。 Si基板 201上に、 SiO 202
2 が形成され、その上に Fin203が形成されている。素子領域は、 Si (100)面 204と、 Si (110)面 205で構成されている。 RCA洗浄において酸洗浄 (HC1ZH O洗浄）
2 2 を行った後に、ケミカル酸ィ匕膜 206が形成される（図 2 (b) )。その後、 0. 5%希フッ酸 処理を行い、ケミカル酸ィ匕膜 206を剥離する力 Si (110)面 205を水素終端ィ匕させ るには、 10分程度の時間がかかる。 10分程度の処理により、図 1の場合と同様に、 S TIのシリコン酸ィ匕膜のエッチングが進行し、素子間耐圧の劣化、配線ショートを誘発
する。また Si (100)面 204は、 1分もあれば水素終端が完了する力 その後、 Si (11 0)面 205の水素終端ィ匕が達成されるまで、 9分間のオーバーエッチングとなる。それ により、 Si(100)面の表面が荒れる（図 2 (c)の 207)という弊害が生じる。その結果、 Si(100)面 204上に形成されたゲート絶縁膜 208の電気的信頼性は、 Si (110)面 2 05上に形成されたゲート絶縁膜 209と比べ、劣るものとなる（図 2 (d) )。
[0014] 一方、特許文献 1では、洗浄工程における水素終端について開示しているが、ケミ カル酸ィ匕膜を希フッ酸処理して剥離する際の水素終端について説明されていない。
[0015] 特許文献 1 :特開 2005— 51141号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 本発明は、このような事情によりなされたものであり、 Si (100)面に比べて、 Si (l l l )面、 Si (110)面、多結晶シリコン表面、アモルファスシリコン表面が水素終端ィ匕しに くい原因を解明して、より効率的な水素終端化方法を提供することを課題とする。さら には水素終端ィ匕を実現することで、電気的信頼性が高 、半導体装置の製造方法及 び製造装置を提供しょうとするものである。
課題を解決するための手段
[0017] 本発明は、希フッ酸を含む溶液に、酸化剤を入れることで、水素終端化のスピード を早めることに特徴がある。
[0018] 図 3に、 Si(100)面、 Si (l lO)面、 Si(l l l)面上に滴下させた純水の接触角の、 0 . 5wt%DHF浸漬時間依存性を示す。横軸は Siを DHF溶液に浸漬させた時間であ る。縦軸は DHF処理直後に 30secの純水リンスを行い、その 2分後に所望面上に純 水を滴下させた後、 30秒以内に測定した接触角である。なお接触角測定時におい て厳密な時間管理を行った理由は、クリーンルーム放置により、ウェハ面上に付着す る有機物や、成長する自然酸ィ匕膜の影響を避ける為である。図 3より、 Si(100)面は 、 DHF浸漬時間にほとんど依存せず、 1分の処理で接触角は 75° と疎水化が実現 できている。それに対し、 Si (110)面や Si (111)面は、浸漬時間が短いと、十分な疎 水化が実現出来ない。 DHF浸漬時間が長くなるに従い、接触角は大きくなり、処理 1 0分程度で接触角は飽和し、疎水化が実現出来る。以上より、 Si (l lO)面や（111)
面は、 Si (100)面と比較し、疎水化を実現し難い表面と言える。多結晶シリコンゃァ モルファスシリコンも同様に疎水化を実現し難 、表面である。
[0019] なお、純水の面上における接触角は、 Si表面の表面終端状態を表現していると考 えている。疎水化が強まるのは、 Si— H終端が増加することを意味し、親水化傾向と なるのは、 Si— OH、 Si— F、 Si— O結合の割合が増えることを意味する。なお、 DH F処理後表面を、 XPS、エリプソ、 FTIR— ATR法を用いて調べた結果、 Si— F、 Si —O結合は見られないことから、親水ィ匕傾向を高めるのは、 Si— OH結合が主要因 であると判断した。 SiOのエッチング種は、 HF—であるが、 SiOは、この HF—により
2 2 2 2
、効果的に除去され、 Si表面には、 Si— oで終端されたサイトは、ほとんど残ってい ないものと推測される。
[0020] Si (110)面が疎水化しにくいことは、 Si— OH結合を形成し易いことを意味する力 これは KOH溶液浸漬実験にぉ 、て、 Si (110)面のエッチングレートが早 、ことから も容易に類推出来る。 Si— Si結合の弱い部分への OHイオンアタックにより、 Si (OH ) が形成され、 Siは溶液中に溶け出す。その結果、 Si (l lO)面の場合、 Si (l lO)テ
4
ラスが広がるように、またはくー110>方向への Si (l l l)ファセットのチェーンが生じ るようにエッチングが進行する。エッチングが進行した結果、モノハイドライドが形成さ れるが、 Si (l lO)面上のモノハイドライドは、比較的安定な終端性を示すと思われる 。 Si (l l l)面上のモノハイドライドも同様である。安定なモノハイドライド構造を形成さ れるまでの間、 3 110)面ゃ3 111)面上の弱ぃ31—31結合にぉぃては、 Si—OH 結合を容易に形成し、表面は Si— OH結合となり易い。
[0021] ここで、 Si— H結合が形成されるメカニズムについて、図 4を参照して説明する。大 きく分けて二つのパスがある。一つは、 Si— OH結合から、 Si— F結合、さらには Si— H結合へと進むものである。 Si— OH結合から Si— F結合への流れについては、 Si— O— Hの Oは、電気陰性度が大きぐ負に帯電する。すると、溶液中に存在する HF 分子の Hが Oに引き寄せられ、 HF分子の Fは、 Si— O— H結合における Siと結合す る。 Si— F結合については、 Fはその大きい電気陰性度の為、負に帯電し、 Siは正に 帯電する。すると溶液中に存在する HF分子の Fは Siと結合し、 Hは Si— F結合のバ ックボンドを形成する Siと結合する。 Fと結合した Siは、 SiFとなって水中へ脱離する
。これが Si (100)面などでの水素終端ィ匕の支配的なメカニズムと推測される。
[0022] もう一つのパスは、 Si— OH結合が進行し、 Si(OH) という形で表面の Siが水中へ
4
溶出し、残った Siは Si— H結合を形成するというものである。これは Si (110)面や Si ( 111)面の場合にぉ 、て支配的なメカニズムと推測される。 Si (110)面や Si (111)面 の場合、 Si— OH終端を形成し易いが、 Si (OH) を形成するまでに時間がかかり、そ
4
れにより、水素終端スピードが遅くなるものと考えている。
[0023] このような水素終端化スピードが遅い面方位としては、 Si (l l l)面に垂直なく 111
>軸を、く 11— 2>またはく— 1—12>軸方向へ傾けた面が挙げられる。例えば Si (111)面、（221)面、（331)面、（551)面、（110)面、（335)面、（112)面、 (113) 面、（115)面、（117)面などである。なお Si (l l l)面に垂直なく 111 >軸を、くー1 12 >軸方向へ傾けた面として、 Si (001)面が挙げられる力 この面は、ダイハイド ライド終端が主であるので水素終端化スピードは速い。但し、少しでもオフアングルが 形成されると、 Si(l l l)ファセット、つまりモノハイドライド箇所が現れ、水素終端化し 難くなる。
[0024] また、実質的に（110)面方位をその表面に有するシリコンは、 Si— OH終端ィ匕が進 行し易ぐ水素終端ィ匕し難くなる。結晶学的に見て、（110)面方位とほぼ等価な方向 を向いている面であり、（551)面、（311)面、（221)面、（553)面、（335)面、 (112 )面、（113)面、（115)面、（117)面などを含む。
[0025] Kazuo Satoら報告の Sensors and Actuators 73 (1999) P122— 130にお ける Fig. 2より、（110)面をアルカリエッチング処理した場合、く— 110>方向に筋 が走る表面形状が得られることが分かっている。（110)面と同様な表面形状が得られ る領域として、く 100>方向に 0〜12° までオフさせた面、例えば 8° オフの（551) 面などが当てはまる。く— 110>方向へは 1° オフさせた面までは、同様な表面形 状が得られる。上記 Fig. 2の（110)面と同じ表面ラフネス挙動を示す面方位も、 Si— OH終端ィ匕が進行し易ぐ水素終端ィ匕し難くなる。
[0026] さらに T. Satoら報告の Phys. Rev. , Β4, 1950 (1971)によると、（110)面と同 様なキャリア電子移動度が得られる面を知ることが出来る。これら、移動度が同等の 面は、表面モホロジーゃ水素終端状態が、（110)面とほぼ同様な状態な面であると
類推することが出来る。それにより、く— 110>方向へ 0〜35° オフさせた面、例え ば（331)面、（221)面、 (332)面、 (111)面などは（110)面と同様の表面状態と言 うことが出来る。またく 1— 10>方向へ 0〜12° オフさせた面、例えば（320)面を用 いても（110)面と同様の表面状態であると言える。以上の面やその近傍面も、 Si— O H終端化が進行し易ぐ水素終端ィ匕し難くなる。
[0027] Si (110)面や Si (111)面の水素終端化スピードを上げる手法だ力 図 4において、 Si— F反応力 Si— H終端を形成する反応割合を増やすベぐ HFの濃度を上げた 実験を行ってみた。結果を図 5に示す。図 5より、 DHF濃度を、 0. 5wt%から lOwt %と上げることにより、浸漬時間 3分程度で Si(l lO)面の疎水化が実現出来ている。 しかしながら、 0. 5wt%から 10wt%へと濃度を上げたことにより、 SiOのエッチング
2
レートは 20倍へと上昇する。それにより、 STIなどの素子分離酸ィ匕膜や、ゲートの側 壁絶縁膜、 PMD (Pre -Metal Dielectric)膜へのダメージも上昇する。
[0028] DHF濃度を上げることなぐ 0. 5wt%DHF程度の濃度で、 Si (110)面や Si (111 )面を短時間で水素終端ィ匕する手法として、溶液中に酸化剤として過酸化水素 H O
2 2 を 0. 5wt%添カ卩した際の結果を図 6に示す。 Si (110)面、 Si (111)面共に、 3分程 度の浸漬で、十分な疎水化が達成出来ている。 1分程度の浸漬でも、 DHF浸漬を長 時間行った接触角と同程度の角度が得られている。なお H O
2 2を 0. 5wt%添加した 溶液での SiOのエッチングレートを調べた。
2
[0029] 図 7は、縦軸が SiOの膜厚、横軸が溶液への浸漬時間である。特性の傾きが SiO
2 2 のエッチングレートとなる。 DHFのみの場合と、 H Oを添カ卩した DHFでは、 SiOの
2 2 2 エッチングレートの差が見られない。このこと力ら、 H Oを添カ卩した DHF溶液を用い
2 2
ても、素子分離酸化膜や、ゲートの側壁絶縁膜、 PMD膜へのダメージは増加しない ことが分かる。なお H Oの添加割合については、 DHF:H O = 1 : 0. 1〜1 : 100で
2 2 2 2
も同様な結果が得られるが、 H Oの添加割合を下げ過ぎると、金属不純物の除去
2 2
効果が低減するおそれがある。
[0030] 同様な結果は、酸化剤として Oを lOppm添カ卩した純水中に DHFをカ卩えた溶液を
3
用いても得られた。なお lOppmとは、水の重さ中における、 Oの重さの割合である。
3
純水中の O濃度だが、 0. OOlppmから lOOppmと変化させても同様な効果が見ら
れた。
[0031] では、なぜ酸化剤を添加することで、水素終端ィ匕が早まるかを推論する。図 8に、 F TIR— ATR法による、 Si— Hストレッチモードピークを示す。 2つのピークは、 0. 5wt %DHF処理後のものと、 0. 5%DHFに 0. 5wt%H Oを添カ卩した溶液で処理した
2 2
ものである。サンプルは、それぞれの処理を 3分間行い、 30秒の純水リンス、さらには N乾燥を 1分行った後、 FTIR測定をしたものである。 DHF処理と比較し、 H Oを添
2 2 2 加した処理では、 2089cm_1付近のピークが増大している。これは、 Si— Hモノハイ ドライド終端のピークである。 DHFでは、モノハイドライド部に OHが置き換わって終 端されている力 H O添加では OHが除去され、 Si— H終端性が高まったことが分
2 2
力る。これは図 9で示すように、 Si— OHのバックボンドへ Oが挿入され、 Si— O— Si 結合が形成された後、 Si— F結合形成、 Si— H結合形成へと進んだ結果であると推 測している。なお図 9において、 pathlの反応が主体であると考えている。 Si— OH結 合において、 Siのバックボンドは容易に酸ィ匕されることが分力つている。クリーンルー ム雰囲気で放置しても、数時間でバックボンドへの酸素の挿入反応が確認される。そ の弱い Si— OHのバックボンドの酸化力 H O溶液添加により加速され、水素終端
2 2
化が早まるものと考えている。
[0032] 以上のように、 HF系溶液に酸化剤を加えることで、 Si— OH終端箇所を素早く酸ィ匕 除去し、 Si— H終端されることが、今回初めて明らかになった。シリコン酸ィ匕膜のエツ チングレートも、酸化剤添加前後で変化しないことから、 STIなどの素子分離用シリコ ン酸化膜や、ゲートのサイドウォール膜、 PMD膜へのダメージも従来通りとなる。 Si ( 100)表面に対して、水素終端ィ匕し難い Si (111)面、 Si(l lO)面、多結晶シリコン表 面を、 Si(100)面と同様に水素終端ィ匕させることが可能となった。このことで、様々な 面方位上に作成されるトランジスタの信頼性は向上し、さらにコンタクト部における抵 抗低減にも大いに寄与する。
発明の効果
[0033] 本発明によれば、 HF—イオンと酸化剤とを含む溶液を用いることで、 Si (100)面、
2
Si(l lO)面、多結晶シリコン表面、アモルファスシリコン表面など、モノハイドライドで 水素終端化される箇所が存在するシリコン表面の水素終端化スピードを早め、水素
終端ィ匕を確実にすることが出来た。
[0034] 本技術は、 HF—イオンによる処理時間を短縮ィ匕することが出来ることから、 STIの
2
シリコン酸ィ匕膜のエッチングを抑えることが出来、素子間の耐圧劣化や配線ショート、 側壁絶縁膜や PMD膜へのダメージも抑制することが出来る。また様々な面方位上に 高品質なゲート絶縁膜を形成することが可能となる。さらにはサリサイドなどのコンタク ト部においても、コンタクト抵抗の低減に大きく寄与する。
[0035] なお本技術は、ゲート絶縁膜形成工程、サリサイド形成金属の成膜工程だけでは なぐバリアメタル形成工程、コンタクトホールへのプラグ材料埋め込み工程などにも 、応用可能である。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]図 1 (a)〜図 1 (j)は従来技術を用いて電界効果トランジスタを作成する工程を 工程順に説明するための図である。
[図 2]図 2 (a)〜図 2 (d)は従来技術を用いた Fin— FETのゲート絶縁膜形成工程を 説明する図である。
[図 3]図 3は接触角の DHF溶液浸漬時間依存性 (面方位による違い)を説明するた めのグラフである。
[図 4]図 4は Si— H結合の形成メカニズムを説明するための模式図である。
[図 5]図 5は接触角の DHF溶液浸漬時間依存性 (DHF濃度による違い)を説明する ためのグラフである。
[図 6]図 6は接触角の DHF溶液、及び H O添加 DHF溶液への浸漬時間依存性 (Si
2 2
(110)面、 Si (111)面）を説明するためのグラフである。
[図 7]図 7は DHF溶液、及び H O添加 DHF溶液の、 SiOエッチングレートを示すグ
2 2 2
ラフである。
[図 8]図 8は FTIR— ATR測定による、 Si— Hストレッチモードピークのスペクトルを示 すグラフである。
[図 9]図 9は Si— OH結合が Si— H結合へと変わるメカニズムを説明するための模式 図である。
[図 10]図 10 (a)〜図 10 (p)は本発明の第 1の実施例に係る製造方法を工程順に説
明する図である。
[図 11]図 11 (a)〜図 11 (d)は本発明の第 2の実施例に係る Fin— FETのゲ 膜形成工程を説明する図である。
符号の説明
[0037] 1001 p型（110)シリコンウェハ
1002 素子領域
1003 水素終端
1004 ゲート絶縁膜
1005 ゲート電極
1006 n_ソース及びドレイン領域
1007 側壁絶縁膜
1008 n+ソース及びドレイン領域
1009 ソース、ドレイン領域表面
1010 水素終端
1011 金属薄膜
1012 サリサイド領域
1013 barrier— SiN
1014 BPSG
発明を実施するための最良の形態
[0038] 以下の実施例に基づいて説明する。
実施例 1
[0039] 第 1の実施例として、半導体領域に形成された集積回路を構成する電界効果トラン ジスタの製造工程を、 LDD (Lightly Doped Drain)構造の n型電界効果トランジ スタを例にし、説明する。図 10にはトランジスタフローを示す。
[0040] p型（110)シリコンウェハ 1001の表面に、例えば STI (Shallow Trench Isolati on)法により素子分離を行い、ソース、ドレイン及びチャネル領域を含む素子領域 10 02を形成する（図 10 (a) )。素子領域 1002に対し、 RCA洗浄などの酸化前洗浄を 行い（図 10 (b) )、有機物、パーティクル、メタル不純物を除去した後、 0. 5wt%のフ
ッ酸に、 0. 5wt%のH Oを添カ卩した溶液で処理を行う。その際のエッチング時間は
2 2
1分である。引き続き純水リンスを施し、素子領域 1002を水素で終端 1003する（図 1 0 (c) )。
[0041] なお HF系の薬剤で SiOをエッチングする際のエッチング種は、 HF—となるが、 R
2 2
CA洗浄時に形成されたケミカル酸ィ匕膜は、ほぼ 30秒程度でエッチオフされ、 Si— O で終端されるサイトは、ほぼ無くなる。表面は、 Si— OHの終端箇所がエッチングされ 、最終的に Si— Hへと移る力 その時間はオーバーエッチング 30秒程度で実現出来 る。そのことにより、素子分離に用いる STIのシリコン酸ィ匕膜のエッチングが抑えられ 、ボイド発生は見られない。
[0042] HF系の薬剤については、 DHF溶液であっても良いし、 BHF (バッファードフッ酸： DHFと NH Fの混合溶液）であっても良い。 DHFまたは NH Fの少なくとも一つを含
4 4
む溶液であっても良い。溶液に添加される酸化剤については、 H Oの
2 2 他、オゾン O
3 であっても良い。さらには有機系の酸化剤であつても良い。
[0043] ウェハを乾燥後（図 10 (d) )、ゲート酸ィ匕膜形成装置により、素子領域のシリコン表 面を酸化し、 5nmのゲート絶縁膜 (SiO ) 1004を形成する（図 10 (e) )。なお本発明
2
において形成されるシリコン酸ィ匕膜は、少なくともシリコンと接する部分に存在すれば よぐその上層に異種の材料、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属を用いた酸 化物、窒化物、酸窒化物、シリケートなどが 1層以上積層形成された絶縁膜を用いて も良い。またシリコン酸ィ匕膜の代わりに、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属 を用いた酸ィ匕物、窒化物、酸窒化物、シリケートなどの単層または積層構造を用いて も良い。さらには、シリコン酸ィ匕膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜の何れか一つ 以上を含む膜を用いても良い。
[0044] 次に、シリコン 1001の全面に、しきい値電圧を制御するため、ボロンをイオン注入 する（図 10 (f) )。
[0045] 次に、シリコン 1001の全面に、多結晶シリコン膜を堆積させ、これをパターユングし て素子領域 1002のゲート絶縁膜 1004上に、多結晶シリコン電極 1005をゲート電 極として形成する（図 10 (g) )。
[0046] 次にリンを低濃度でイオン注入して高電界を緩和する n_ソース及びドレイン領域 1
006を形成する（図 10 (h) )。
[0047] 次に、 CVD法などにより、ゲート電極 1005を被覆するように、シリコン酸ィ匕膜 (SiO
2
)をシリコン 1001の全面に堆積させ、異方性エッチングを行ってゲート電極 1005の 側壁に側壁絶縁膜 1007を形成する（図 10 (i) )。
[0048] その後、砒素などの n型不純物を高濃度にイオン注入して n+ソース及びドレイン領域
1008を形成する（図 10 (j) )。
[0049] 次に、サリサイド形成の工程に移る。ソース、ドレイン領域表面 1009には、ゲート絶 縁膜として膜厚 5nmの SiOが形成されている力 0. 5wt%のフッ酸に、 0. 5 ％の
2
H Oを添加した溶液で、剥離処理を行う。その際のエッチング時間は 2分である。引
2 2
き続き純水リンスを施し、ソース、ドレイン領域表面 1009を水素で終端 1010する（図 10 (k) ) oソース、ドレイン領域上のシリコン表面を短時間にエッチングし、確実に水 素終端ィ匕することで、後に形成されるコバルトシリサイドの抵抗値上昇を防ぎ、安定し た低抵抗コンタクトを実現することが出来る。さらには、エッチング時間を短時間とす ることで、 STIのシリコン酸ィ匕膜や側壁絶縁膜のエッチングを、極力抑制することが出 来る。
[0050] HF系の薬剤は、 DHF溶液であっても良いし、 BHF (バッファードフッ酸： DHFと N H Fの混合溶液）であっても良い。 DHFまたは NH Fの少なくとも一つを含む溶液で
4 4
あっても良い。溶液に添加される酸化剤については、 H Oの
2 2 他、オゾンであっても良 い。さらには有機系の酸化剤であっても良い。
[0051] その後、 Coスパッタに引き続き、 TiZTiNスパッタを行い、金属薄膜 1011を形成 する（図 10 (1) )。
[0052] サリサイドアニールを行い、コバルトシリサイド領域 1012を形成し（図 10 (m) )、サリ サイド SPMの工程（図 10 (n) )を経て、サリサイド領域 1012が形成される。
[0053] 次にbarrier—SiN1013を成膜後（図10 (o) )、PMD膜でぁるBPSG1014の成膜 を行う（図 10 (p) )。
[0054] 本実施例では、 p型（110)シリコンウェハを用いた力 Si(l l l)面や多結晶シリコン 面の水素終端化スピードを早めるのにも適応可能である。多結晶シリコン上に作成さ れるトランジスタ TFTは、液晶ドライバとして用いられている力 本技術を使用すれば
、その信頼性を高めることも可能となる。
[0055] 本実施例では、ゲート絶縁膜形成前、及び CoZTiNスパッタ前において、 0. 5wt %のフッ酸に、 0. 5 ％の11 Oを添カ卩した溶液で処理を行ったことで、 STI酸ィ匕膜
2 2
のエッチングが抑えられた。これにより、 STI中にボイドも形成されず、多結晶シリコン の埋め込みも見られていない。また素子間の耐圧劣化や、また配線ショート起因の歩 留低下を防ぐことが可能となる。
[0056] さらには、 CoZTiN成膜前において、 0. 5wt%のフッ酸に、 0. 5wt%の H Oを
2 2 添加した溶液で処理を行ったことで、側壁絶縁膜のエッチングが抑えられた。このこと で、 BL (ビットライン)ショート、 WL (ワードライン)ショート等の起因による歩留まり低下 を抑えることが可能となる。
実施例 2
[0057] 次に第 2の実施例として、 Fin— FETのゲート絶縁膜形成前後の様子を示す。
[0058] 図 11 (a)は、ソース力 ドレイン方向へ見た場合の素子領域断面である。 Si基板 11 01上に、 SiO 1102力形成され、その上に Finl 103が形成されている。素子領域は
2
、 Si (100)面 1104と、 Si(l lO)面 1105で構成されている。 RCA洗浄において酸洗 浄 (HC1ZH O洗浄)を行った後に、ケミカル酸ィ匕膜 1106が形成される（図 11 (b) )
2 2
。その後、 0. 5wt%希フッ酸に 0. 5%H Oを添カ卩した溶液で処理を行い、ケミカル
2 2
酸ィ匕膜 1106を剥離する。剥離時間は 1分である。本溶液を用いることで、ケミカル酸 化膜 1106は、面方位によらず 30秒程度で剥離され、その後、オーバーエッチ 30秒 程度で水素終端される。 1分程度の短時間エッチングにより、 STIのシリコン酸ィ匕膜の エッチングは抑制され、さらにオーバーエッチング時間も短いことから、 Si(100)面 1 106の荒れも抑制される（図 11 (c) )。その後、リンス処理と乾燥処理を施した後、 Si( 100)面 1104と、 Si(110)面 1105表面には、それぞれゲート絶縁膜 1107と、ゲート 絶縁膜 1108が形成される（図 l l (d) )。従来技術である図 2の場合と比較し、 Si(10 0)表面 1006の荒れが防げており、ゲート絶縁膜 1107と 1108の膜質差は小さい。よ つて、面方位に依らず、良好で均一なゲート絶縁膜が形成出来、 Finトランジスタの 駆動力向上が実現出来る。以降、ゲート電極形成工程へと進む。
[0059] 以上の説明で明らかなように、本発明によれば Si (100)面、 Si (110)面、多結晶シ
リコン表面、アモルファスシリコン表面の水素終端性スピードを早め、確実な終端性を 実現できる。
産業上の利用可能性
この手法は、第 1の実施例や第 2の実施例で示したゲート絶縁膜形成工程、第 1の 実施例で示したサリサイド形成金属の成膜工程だけではなく、バリアメタル形成工程 、コンタクトホールへのプラグ材料埋め込み工程などにも、応用可能である。
Claims
請求の範囲
[1] 少なくとも HF—イオンと酸化剤とを含む溶液を用いて半導体表面を水素終端ィ匕す
2
ることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
[2] 請求項 1に記載された半導体装置の製造方法において、前記半導体表面は、 (11 1)面または（110)面または（551)面を有するシリコンであることを特徴とする、半導 体装置の製造方法。
[3] 請求項 1に記載された半導体装置の製造方法において、前記半導体表面は、 (11
I)面に垂直なく 111 >軸を、く 11 2>またはくー1 12 >軸方向へ傾けた面を 有するシリコンであることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
[4] 請求項 1に記載された半導体装置の製造方法にお!、て、前記半導体表面は、実質 的に（110)面方位をその表面に有するシリコンであることを特徴とする、半導体装置 の製造方法。
[5] 請求項 4に記載された半導体装置の製造方法において、前記実質的に（110)面 方位を有する表面は、（110)面、 (551)面、 (311)面、（221)面、 (553)面、 (335) 面、 (112)面、 (113)面、 (115)面、 (117)面、 (331)面、（221)面、 (332)面、 (1
I I)面、及び、（320)面のいずれかであることを特徴とする、半導体装置の製造方法
[6] 請求項 1に記載された半導体装置の製造方法にお!、て、前記半導体表面は、多結 晶シリコンによって形成されていることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
[7] 請求項 1に記載された半導体装置の製造方法にお!、て、前記半導体表面は、ァモ ルファスシリコンによって形成されていることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
[8] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載された半導体装置の製造方法において、酸化剤 として、過酸ィ匕水素水及びオゾン及び有機系酸化剤の少なくとも一つを含むことを特 徴とする、半導体装置の製造方法。
[9] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載された半導体装置の製造方法において、 HF—と
2 酸化剤とを含む溶液には、 HF及び NH Fの少なくとも一つを含むことを特徴とする、
4
半導体装置の製造方法。
[10] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載された半導体装置の製造方法において、前記半
導体表面を少なくとも HF _イオンと酸化剤で構成された溶液で水素終端化させた後
2
、純水を含む溶液でリンスすることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
[11] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載された半導体装置の製造方法において、前記半 導体表面を少なくとも HF—イオンと酸化剤で構成された溶液で水素終端化させ、さ
2
らに純水を含む溶液でリンスした後、ゲート絶縁膜形成工程、サリサイド形成金属の 成膜工程、ノリアメタル形成工程、コンタクトホールへのプラグ材料埋め込み工程、 の中の少なくとも一つの工程を行うことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
[12] 少なくとも HF—イオンと酸化剤とを含む溶液を用いて、半導体表面を水素終端ィ匕
2
することを特徴とする、半導体製造装置。
[13] 請求項 12に記載された半導体製造装置において、前記半導体表面は、（111)面 または（110)面または（551)面を有するシリコンであることを特徴とする、半導体製 造装置。
[14] 請求項 12に記載された半導体製造装置において、前記半導体表面は、（111)面 に垂直なく 111 >軸を、く 11— 2>またはく— 1— 12>軸方向へ傾けた面を有す るシリコンであることを特徴とする、半導体製造装置。
[15] 請求項 12に記載された半導体製造装置において、前記半導体表面は、実質的に
(110)面方位をその表面に有するシリコンであることを特徴とする、半導体製造装置
[16] 請求項 12に記載された半導体製造装置において、前記実質的に（110)面方位を 有する表面は、（110)面、 (551)面、 (311)面、（221)面、 (553)面、 (335)面、 (1 12)面、（113)面、（115)面、（117)面、（331)面、（221)面、（332)面、（111)面 、及び、（320)面のいずれかであることを特徴とする半導体製造装置。
[17] 請求項 12に記載された半導体製造装置において、前記半導体表面は、多結晶シ リコンによって形成されていることを特徴とする、半導体製造装置。
[18] 請求項 12に記載された半導体製造装置において、前記半導体表面は、ァモルフ ァスシリコンによって形成されていることを特徴とする、半導体製造装置。
[19] 請求項 12乃至 18のいずれかに記載された半導体製造装置において、酸化剤とし て、過酸ィ匕水素水及びオゾン及び有機系酸化剤の少なくとも一つを含むことを特徴
とする、半導体製造装置。
[20] 請求項 12乃至 18のいずれかに記載された半導体製造装置において、 HF—と酸
2 ィ匕剤とを含む溶液には、 HF及び NH Fの少なくとも一つを含むことを特徴とする、半
4
導体製造装置。
[21] 請求項 12乃至 18のいずれかに記載された半導体製造装置において、前記半導 体表面を少なくとも HF—イオンと酸化剤で構成された溶液で水素終端化させた後、
2
純水を含む溶液でリンスすることを特徴とする、半導体製造装置。
[22] 請求項 12乃至 18のいずれかに記載された半導体製造装置において、前記半導 体表面を少なくとも HF—イオンと酸化剤で構成された溶液で水素終端化させ、さら
2
に純水を含む溶液でリンスした後、ゲート絶縁膜形成工程、サリサイド形成金属の成 膜工程、ノリアメタル形成工程、コンタクトホールへのプラグ材料埋め込み工程、の 中の少なくとも一つの工程を行うことを特徴とする、半導体製造装置。
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