JP4471986B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention is related to producing how the semiconductor device.
近年、半導体装置の集積化にともない、ゲート絶縁膜の膜厚が異なる素子を一つのチップ内に集積した半導体装置(マルチオキサイド)が開発されている。以下に図8および図9を参照して従来のマルチオキサイドを有する半導体装置の製造方法を説明する。 In recent years, with the integration of semiconductor devices, semiconductor devices (multi-oxide) in which elements having different gate insulating film thicknesses are integrated in one chip have been developed. A conventional method for manufacturing a semiconductor device having multioxide will be described below with reference to FIGS.
図8(a)に示すように、シリコン基板100上に素子分離領域112を形成した後、熱酸化法により酸化膜114および酸化膜116を形成する。つづいて、図8(b)に示すように、酸化膜116上にレジスト層118を形成する。
As shown in FIG. 8A, after the
この状態で、図8(c)に示すように、たとえばバッファドフッ酸(BHF)を用いてウェットエッチングを行う。その結果、図8(d)に示すように、酸化膜114が除去される。つづいて、図9(a)に示すように、除去液を作用させる。これにより、図9(b)に示すように、レジスト層118が除去される。次に、図9(c)に示すように、アンモニア−過酸化水素混合液(APM)でシリコン基板100表面の粒子状汚染成分(パーティクル)を洗浄除去し、次いで希フッ酸(DHF)でメタル等を洗い流す。
In this state, as shown in FIG. 8C, wet etching is performed using, for example, buffered hydrofluoric acid (BHF). As a result, the
つづいて、図9(d)に示すように、熱酸化法により酸化膜122を形成する。これにより、図9(e)に示すように、膜厚の異なる二つのゲート絶縁膜126およびゲート絶縁膜128が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 9D, an
ここで、一般的には、レジスト層118等の有機物を除去する除去液としては、たとえば硫酸成分を主体とした硫酸過酸化水素水(SPM)を100℃以上に加熱したものが用いられる(たとえば非特許文献1)。しかし、レジスト層118を除去する際に硫酸成分および過酸化水素を含むSPMを用いた場合、図9(b)に示したようにシリコン基板100表面に化学酸化膜120が形成されてしまい、ゲート絶縁膜の膜厚を薄く制御するのが困難となる。また、シリコン基板100表面に水分が残存していると、ウォーターマーク等のしみが形成され、膜の均一性を制御するのも困難である。
Here, generally, as the removing solution for removing organic substances such as the
ところで、近年の半導体装置の微細化にともない、トランジスタのゲート長を短くすることによりスイッチング速度を向上することが求められている。トランジスタのゲート長を短くするにつれ、ゲート絶縁膜の膜厚も薄くする必要がある。そのため、ゲート絶縁膜の膜厚を薄く制御できる技術が求められている。 By the way, with the recent miniaturization of semiconductor devices, it is required to improve the switching speed by shortening the gate length of the transistor. As the gate length of the transistor is shortened, the thickness of the gate insulating film needs to be reduced. Therefore, a technique capable of controlling the thickness of the gate insulating film to be thin is required.
また、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くする技術が求められている一方、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くすると、ゲートリーク電流が無視できないほど大きくなるという問題がある。このためゲート絶縁膜として従来から用いられているシリコン酸化膜(SiO2)より比誘電率の高い絶縁膜(high-k膜)を用いることにより、誘電特性を保ちつつ、物理的膜厚を厚くすることが考えられている。 Further, while a technique for reducing the thickness of the gate insulating film is demanded, there is a problem that when the thickness of the gate insulating film is reduced, the gate leakage current becomes so large that it cannot be ignored. For this reason, by using an insulating film (high-k film) having a higher relative dielectric constant than the conventionally used silicon oxide film (SiO 2 ) as the gate insulating film, the physical film thickness is increased while maintaining the dielectric characteristics. It is considered to be.
しかし、high-k膜には一般的に耐熱性が低いという問題があり、high-k膜をシリコン基板上に直接形成すると、熱処理時等にhigh-k膜とシリコン基板が反応して素子特性が劣化することもある。そのため、high-k膜とシリコン基板との間にシリコン酸化膜を介在させて、このような素子特性の劣化を低減することが提言されている(たとえば特開2001−274378号公報)。この場合、ゲートの駆動能力を維持するために、シリコン酸化膜の膜厚ができるだけ薄くなるように制御することが好ましい。 However, the high-k film generally has a problem of low heat resistance, and when the high-k film is directly formed on the silicon substrate, the device characteristics are caused by the reaction between the high-k film and the silicon substrate during heat treatment. May deteriorate. For this reason, it has been proposed that a silicon oxide film be interposed between the high-k film and the silicon substrate to reduce such deterioration in device characteristics (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-274378). In this case, in order to maintain the gate drive capability, it is preferable to control the silicon oxide film to be as thin as possible.
本発明によれば、
半導体基板上に、シリコン酸化膜よりも比誘電率が高く、ジルコニウムまたはハフニウムを含む酸化膜である高誘電率絶縁膜を形成する工程と、
前記高誘電率絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、
前記導電性膜上に所定形状にパターニングされた保護膜を形成する工程と、
前記保護膜をマスクとして、前記導電性膜をドライエッチングにより選択的に除去するとともに前記高誘電率絶縁膜を前記半導体基板が露出しないように途中までドライエッチングにより選択的に除去する工程と、
前記保護膜を除去する工程と、
BHFまたはDHFであるフッ化化合物を含み、イソプロピルアルコールを主成分とする薬液を用いたウェットエッチングにより前記高誘電率絶縁膜を選択的に除去して前記所定形状に形成するとともに前記半導体基板表面の一部を露出させる工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention,
On a semiconductor substrate, forming a high dielectric constant insulating film is an oxide film containing silicon oxide film dielectric constant than is rather high, zirconium or hafnium,
Forming a conductive film on the high dielectric constant insulating film;
Forming a protective film patterned into a predetermined shape on the conductive film;
Using the protective film as a mask, selectively removing the conductive film by dry etching and selectively removing the high dielectric constant insulating film by dry etching halfway so as not to expose the semiconductor substrate;
Removing the protective film;
The high dielectric constant insulating film is selectively removed by wet etching using a chemical solution containing a fluorinated compound that is BHF or DHF and mainly composed of isopropyl alcohol , and is formed into the predetermined shape. A step of exposing a portion;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
ここで、半導体基板は、Si、Ge等の元素半導体、GaAs、GaN、InP、CdS、SiC等の化合物半導体、InGaAs、HgCdTe等の混晶半導体により構成することができる。半導体基板の表面とは、半導体基板の主面表面のことである。「主成分」とは、薬液中の体積含有率が最も大きい成分をいう。ここで、薬液は、非水系溶媒を主として含むことができる。薬液は、水を含むことができるが、フッ酸系成分、硫酸系成分、または過酸化水素を含まないようにするのが好ましい。 Here, the semiconductor substrate can be composed of an elemental semiconductor such as Si or Ge, a compound semiconductor such as GaAs, GaN, InP, CdS, or SiC, or a mixed crystal semiconductor such as InGaAs or HgCdTe. The surface of the semiconductor substrate is the main surface of the semiconductor substrate. “Main component” refers to a component having the largest volume content in a chemical solution. Here, the chemical liquid can mainly contain a non-aqueous solvent. Chemical solution can include water, hydrofluoric acid-based component, we have preferred to the free of sulfuric acid based component or hydrogen peroxide.
このようにすれば、半導体基板表面が露出したときに、その表面に水が付着しないようにすることができるので、半導体基板表面に化学酸化膜等の被膜やウォーターマークが形成されるのを防ぐことができる。 In this way, when the surface of the semiconductor substrate is exposed, it is possible to prevent water from adhering to the surface, thereby preventing the formation of a film such as a chemical oxide film or a watermark on the surface of the semiconductor substrate. be able to.
本発明の半導体装置の製造方法において、前記保護膜はレジスト膜とすることができ、前記保護膜を除去する工程において、前記保護膜を硫酸過酸化水素水(SPM)により除去することができる。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体基板表面の一部を露出させる工程の後に、前記半導体基板の表面をイソプロピルアルコールで洗浄する工程をさらに含むことができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the protective film can be a resist film, and the protective film can be removed with sulfuric acid hydrogen peroxide (SPM) in the step of removing the protective film.
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention may further include a step of cleaning the surface of the semiconductor substrate with isopropyl alcohol after the step of exposing a part of the surface of the semiconductor substrate.
保護膜はレジスト層により構成することができる。 Protective film Ru can be formed by the resist layer.
本発明の半導体装置の製造方法において、絶縁膜を形成する工程は、シリコン酸化膜よりも比誘電率の高い材料により構成された高誘電率絶縁膜を形成する工程を含むことができ、絶縁膜を除去する工程は、保護膜をマスクとしてドライエッチングにより高誘電率絶縁膜の一部を選択的に除去する工程と、保護膜を除去する工程と、導電膜をマスクとして、ウェットエッチングにより高誘電率絶縁膜の残りを選択的に除去する工程と、を含むことができ、ウェットエッチングは、フッ化化合物を含み有機溶媒を主成分とする除去液を用いて行うことができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step of forming the insulating film can include a step of forming a high dielectric constant insulating film composed of a material having a higher relative dielectric constant than the silicon oxide film. The process of removing a part of the high dielectric constant insulating film by dry etching using the protective film as a mask, the process of removing the protective film, and the process of removing the protective film and the high dielectric by wet etching using the conductive film as a mask selectively removing the remaining percentage insulating film may include wet etching, Ru can be accomplished using a removal solution mainly composed of organic solvent comprises a fluorinated compound.
本発明によれば、半導体基板上にシリコン酸化膜よりも比誘電率の高い高誘電率絶縁膜を少なくとも含む絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を、フッ化化合物を含み、有機溶媒を主成分とする薬液を用いたウェットエッチングにより選択的に除去して半導体基板表面の一部を露出させる工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to the present invention, a step of forming an insulating film including at least a high dielectric constant insulating film having a relative dielectric constant higher than that of a silicon oxide film on a semiconductor substrate, the insulating film including a fluorinated compound, and an organic solvent as a main component. And a step of selectively removing the surface of the semiconductor substrate by wet etching using a chemical liquid as a component to expose a part of the surface of the semiconductor substrate.
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜を形成する工程の前に、半導体基板上に素子分離領域を形成する工程をさらに含むことができ、絶縁膜を除去する工程において、素子分離領域において半導体基板表面が露出されてもよい。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention may further include a step of forming an element isolation region on the semiconductor substrate before the step of forming the insulating film. In the step of removing the insulating film, the surface of the semiconductor substrate but it may also be exposed.
ここで、高誘電率絶縁膜は、3A族元素、3B族元素または4A族元素を含む膜をとすることができる。3A族元素、3B族元素または4A族元素を含む膜として、いわゆるhigh-k膜を選択することができる。このような膜材料として、ジルコニウム、ハフニウム、ランタノイド、アルミニウム、インジウム、ガリウムまたはその酸化物が例示される。すなわち、Zr、Hf、Pr、La、Lu、Eu、Yb、Sm、Ho、Ce、Al、In、Gaおよびこれらの酸化物が挙げられる。具体的には、ZrOx、HfOx、HfAlOx、Al2O3、In2O3、Ga2O3等が挙げられる。このうち、特にZrOx、HfOx、HfAlOxは、特性および半導体プロセスへの適合性の点から好ましい。また、high-k膜として、たとえば、チタン酸バリウム(BaSrTiO3)、酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、窒化シリコン(Si3N4)、窒酸化シリコン(SiON)、またはアルミナ(Al2O3)等、シリコン酸化膜の比誘電率(3.9〜4.5)より比誘電率が大きい材料を用いることもできる。
Here , the high dielectric constant insulating film may be a film containing a 3A group element, a 3B group element, or a 4A group element. A so-called high-k film can be selected as a film containing a group 3A element, a group 3B element, or a group 4A element. Examples of such a film material include zirconium, hafnium, lanthanoid, aluminum, indium, gallium, and oxides thereof. That is, examples include Zr, Hf, Pr, La, Lu, Eu, Yb, Sm, Ho, Ce, Al, In, Ga, and oxides thereof. Specifically, ZrO x, HfO x, HfAlO x, Al 2
本発明の半導体装置の製造方法において、有機溶媒は、極性基を有する溶媒とすることが好ましい。ここで、極性基とは、水酸基、エーテル結合基、カルボニル基、カルボキシル基等、炭素とは異なる電気陰性度を持つ原子を含む基のことである。極性基を有する溶媒としては、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、エチレングリコール、t−ブチルアルコール等のアルコール類;
グリコールエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類;
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、2−ヘプタノン等のケトン類;
プロピレングリコールモノメチルアセテート等のエステル;
を用いることができる。
このうち、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、2−ヘプタノン、シクロペンタノン、メチルエチルケトン、グリコールエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、またはプロピレングリコールモノメチルアセテートからなる群から選択される一種以上を含む溶媒とすることが好ましく、特にイソプロピルアルコールが好ましい。このような溶媒を用いることにより、半導体基板表面への化学酸化膜等の被膜の付着やウォーターマーク等のしみの形成を防ぐことができる。また、有機溶媒は、親水性の溶媒とすることが好ましい。
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the organic solvent is preferably a solvent having a polar group. Here, the polar group is a group containing an atom having an electronegativity different from that of carbon, such as a hydroxyl group, an ether bond group, a carbonyl group, or a carboxyl group. Examples of the solvent having a polar group include alcohols such as isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, ethylene glycol, and t-butyl alcohol;
Ethers such as glycol ether and propylene glycol monomethyl ether;
Ketones such as cyclopentanone, cyclohexanone, methyl ethyl ketone, 2-heptanone;
Esters such as propylene glycol monomethyl acetate;
Can be used.
Among these, it is preferable to use a solvent containing one or more selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethylene glycol, 2-heptanone, cyclopentanone, methyl ethyl ketone, glycol ether, propylene glycol monomethyl ether, or propylene glycol monomethyl acetate, Isopropyl alcohol is particularly preferable. By using such a solvent, adhesion of a film such as a chemical oxide film to the surface of the semiconductor substrate and formation of a stain such as a watermark can be prevented. The organic solvent is preferably a hydrophilic solvent.
本発明の半導体装置の製造方法において、有機溶媒はイソプロピルアルコールであってよく、薬液は、イソプロピルアルコールを90体積%以上含むことができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the organic solvent may be isopropyl alcohol, and the chemical solution may contain 90% by volume or more of isopropyl alcohol.
本発明の半導体装置の製造方法において、保護膜は、i線レジスト膜を用いることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an i-line resist film can be used as the protective film.
本発明の半導体装置の製造方法において、保護膜は、バッファドフッ酸により溶解しない材料により構成することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the protective film can be made of a material that is not dissolved by buffered hydrofluoric acid.
本発明によれば、半導体基板上に形成される膜の膜厚を薄く制御することができる。また、本発明によれば、半導体基板表面に被膜やウォーターマーク等のしみが形成されるのを防ぐことができる。
According to the present invention, the thickness of a film formed on a semiconductor substrate can be controlled to be thin. Further, according to the present invention, Ru prevents the stains, such as coating or watermark is formed on the semiconductor substrate surface.
以下、本発明の半導体装置の製造方法について、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。ここで、各図面は、本発明の理解を容易にするために半導体装置の構成要素を模式的に示す。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor device manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, each drawing schematically shows components of a semiconductor device in order to facilitate understanding of the present invention.
(第一の実施の形態)
図1および図2は、本発明の第一の実施の形態における、半導体装置の製造方法を示す工程図である。本実施の形態において、本発明は、膜厚の異なるゲート絶縁膜の製造に適用される。
(First embodiment)
1 and 2 are process diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention. In this embodiment mode, the present invention is applied to manufacturing gate insulating films having different thicknesses.
図1(a)に示すように、シリコン基板10上に素子分離領域12を形成した後、第一の領域13aおよび第二の領域13bに熱酸化法により第一の酸化膜14(たとえば膜厚5.0nm)および第二の酸化膜16(たとえば膜厚5.0nm)をそれぞれ形成する。ここで、素子分離領域12は、シャロートレンチアイソレーション法(STI法)により形成され、熱酸化法およびCVD法により形成された酸化膜により構成される。つづいて、図1(b)に示すように、第二の酸化膜16上にレジスト層18を形成する。レジスト層18はi線レジスト膜である。レジスト層18は、第二の酸化膜16上にi線レジスト膜を塗布し、パターン形成用マスク(不図示)を用いてたとえばキセノン−水銀ランプ光源(図示せず)からi線を照射して、i線レジスト膜を露光して現像することにより形成される。この状態で、図1(c)に示すように、バッファドフッ酸(BHF)を用いてウェットエッチングを行う。その結果、図1(d)に示すように、第一の酸化膜14が除去される。
As shown in FIG. 1A, after the
つづいて、図2(a)に示すように、イソプロピルアルコール(IPA)を常温で作用させ、ウェットエッチングによりレジスト層18を除去する。ここで、ウェットエッチングは、浸漬方式でも枚葉方式でも行うことができる。これにより、レジスト層18はIPAに溶解し、図2(b)に示すように、レジスト層18が除去される。次に、アンモニア−過酸化水素混合液(APM)でシリコン基板10表面の粒子状汚染成分(パーティクル)を洗浄除去し、次いで希フッ酸(DHF)でメタルを洗い流す。このとき、シリコン基板10表面には薄い化学酸化膜20(たとえば膜厚0.9nm)が形成される(図2(c))。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, isopropyl alcohol (IPA) is allowed to act at room temperature, and the resist
つづいて、図2(d)に示すように、RTO(rapid thermal oxidation)により第三の酸化膜22(たとえば膜厚0.8nm)を形成する。これにより、図2(e)に示すように、膜厚の異なる二つのゲート絶縁膜、第一のゲート絶縁膜26(たとえば膜厚0.8nm)および第二のゲート絶縁膜28(たとえば膜厚5nm)が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 2D, a third oxide film 22 (for example, a film thickness of 0.8 nm) is formed by RTO (rapid thermal oxidation). As a result, as shown in FIG. 2E, the two gate insulating films having different film thicknesses, the first gate insulating film 26 (for example, a film thickness of 0.8 nm) and the second gate insulating film 28 (for example, a film thickness) 5 nm) is formed.
本実施の形態において、レジスト層18をIPAにより除去するので、レジスト層18の除去時にシリコン基板10表面に化学酸化膜が付着することがなく、APMおよびDHFによる洗浄時に薄い化学酸化膜20が形成されるだけである。そのため、その後にRTOにより第三の酸化膜22を形成する際に、膜厚を薄く制御することができる。また、シリコン基板10表面にウォーターマーク等のしみが形成されないので、第三の酸化膜22の均一性を制御することができる。これにより、膜厚が薄く均一な第一のゲート絶縁膜26を形成することができる。また、IPAを常温で作用させることによりレジスト層18を除去することができるので、膜厚の異なるゲート絶縁膜を簡略なプロセスを安定的に製造することができる。
In this embodiment, since the resist
(第二の実施の形態)
図3および図4は、本発明の第二の実施の形態における、半導体装置の製造方法を示す工程図である。本実施の形態において、本発明は、図2に示した膜厚の異なる第一のゲート絶縁膜26および第二のゲート絶縁膜28上に、高誘電率絶縁膜を形成する例に適用される。
(Second embodiment)
3 and 4 are process diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device in the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the present invention is applied to an example in which a high dielectric constant insulating film is formed on the first
第一の実施の形態において、図1および図2を参照して説明したのと同様にして素子分離領域12が形成されたシリコン基板10上に第一のゲート絶縁膜26および第二のゲート絶縁膜28を形成する(図3(a))。つづいて、図3(b)に示すように、シリコン基板10全面に、原子層化学気相成長法(ALCVD:atomic-layer chemical vapor deposition)または有機金属化学気相成長法(MOCVD:metal-organic chemical vapor deposition )等のCVD法、あるいはスパッタ法により高誘電率絶縁膜30(たとえば膜厚3nm)を形成する。高誘電率絶縁膜30は、たとえば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、HfAlOx膜等、シリコン酸化膜の比誘電率(3.9〜4.5)より比誘電率が大きい材料により構成することができる。さらに、高誘電率絶縁膜30の上面に多結晶シリコン31(たとえば膜厚200nm)を形成する。
In the first embodiment, the first
つづいて、図3(c)に示すように、多結晶シリコン31上にレジスト層32を形成する。その後、図3(d)に示すように、レジスト層32をマスクとして、多結晶シリコン31および高誘電率絶縁膜30をドライエッチングにより段階的に選択的に除去する。高誘電率絶縁膜30の途中までエッチングを行った後、SPMを作用させる。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a resist
これにより、図4(a)に示すように、レジスト層32が除去される。つづいて、図4(b)および図4(c)に示すように、多結晶シリコン31をマスクとしてウェットエッチングにより、高誘電率絶縁膜30、第一のゲート絶縁膜26、第二のゲート絶縁膜28を選択的に除去する。このとき、エッチング液としてはBHFを用いることができる。また、エッチング液として、IPA等の有機溶媒にフッ化化合物を添加した薬液、リン酸系水溶液、硫酸水溶液等を用いることもできる。ここで、リン酸系水溶液としては、熱リン酸を用いることができる。この後、IPAでシリコン基板10表面をリンスする。これにより、シリコン基板10表面に残存する水分を除去することができ、シリコン基板10表面にウォーターマークが形成されるのを防ぐことができる。
Thereby, as shown in FIG. 4A, the resist
以上の処理により、第一のゲート絶縁膜26およびその上面に形成された高誘電率絶縁膜30により構成される第三のゲート絶縁膜38、ならびに第二のゲート絶縁膜28およびその上に形成された高誘電率絶縁膜30により構成される第四のゲート絶縁膜40を製造することができる。
By the above processing, the third gate insulating film 38 constituted by the first
本実施の形態においては、第三のゲート絶縁膜38および第四のゲート絶縁膜40の製造直後のシリコン基板10が露出したときに、シリコン基板10表面をIPAで洗浄するので、シリコン基板10表面に残存する水分を除去することができる。これにより、シリコン基板10表面にウォーターマークが形成されるのを防ぐことができる。
In the present embodiment, when the
(第三の実施の形態)
本実施の形態は、素子形成領域に形成されるトランジスタの製造方法に関するものである。以下、図5および図6を参照して説明する。
(Third embodiment)
This embodiment relates to a method for manufacturing a transistor formed in an element formation region. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 5 and 6.
図5(a)に示すように、シリコン基板50上に熱酸化法により酸化絶縁膜52(たとえば膜厚0.8nm)を形成し、その上にCVD法またはスパッタ法により高誘電率絶縁膜54(たとえば膜厚2.0nm)を形成し、次いでその上にCVD法により多結晶シリコン層56(たとえば膜厚200nm)を形成する。
As shown in FIG. 5A, an oxide insulating film 52 (for example, a film thickness of 0.8 nm) is formed on a
つづいて、図5(b)に示すように、多結晶シリコン層56上にレジスト膜を成膜し、ArFエキシマレーザによるリソグラフィ技術を用いてレジスト層58を形成する。その後、図5(c)および図5(d)に示すように、レジスト層58をマスクとして、多結晶シリコン層56および高誘電率絶縁膜54をドライエッチングにより段階的に選択的に除去する。高誘電率絶縁膜54の途中までエッチングを行った後、SPMによりレジスト層58を除去する(図6(a))。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, a resist film is formed on the
つづいて、多結晶シリコン層56をマスクとして、高誘電率絶縁膜54の残りと酸化絶縁膜52をウェットエッチングにより選択的に除去する。(図6(b)および図6(c))。このとき、エッチング液としてはBHFまたはDHFを用いることができる。また、エッチング液として、IPA等の有機溶媒にフッ化化合物を添加した薬液、リン酸系水溶液、硫酸水溶液等を用いることもできる。ここで、リン酸系水溶液としては、熱リン酸を用いることができる。これにより、酸化絶縁膜52および高誘電率絶縁膜54により構成されるゲート絶縁膜60を製造することができる。
Subsequently, using the
この後、IPAでシリコン基板50表面をリンスする。これにより、シリコン基板50表面に残存する水分を除去することができ、シリコン基板50表面にウォーターマークが形成されるのを防ぐことができる。
Thereafter, the surface of the
つづいて、サイドウォール64を形成した後、シリコン基板50表面にイオン注入を行う。これにより、多結晶シリコン層56およびゲート絶縁膜60の下側領域の両端に不純物領域62が形成される(図6(d))。つづいて、シリコン基板50全面に金属層を形成し、多結晶シリコン層56および不純物領域62と接する部分をシリサイド化させた後、その他の部分の金属層を除去してゲート電極、ソース、ドレイン領域に金属シリサイド層を形成する(不図示)。なお、ゲート電極としては多結晶シリコン層56にかえて、ポリSiGe層を用いることもできる。
Subsequently, after the
このように、シリコン基板50表面にイオン注入を行う際に、シリコン基板50表面に水分が残存していると、ウォーターマークが形成され、イオン注入の条件が不均一になってしまう。本実施の形態においては、イオン注入に先立ち、IPAを用いてシリコン基板50表面の水分を除去するので、均一な条件で不純物領域62を形成することができる。
Thus, when ion implantation is performed on the surface of the
以下に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.
第一の実施の形態において図1および図2を参照して説明したのと同様にして、第一のゲート絶縁膜26および第二のゲート絶縁膜28を製造した。
その際、第一のゲート絶縁膜26の形成領域における酸化膜の膜厚を、
(1)図2(a)に示したIPAによるレジスト層18の除去後、
(2)図2(b)に示したAPMおよびDHFによるシリコン基板10表面の洗浄処理後、
(3)図2(d)に示したRTO後、
のそれぞれについて測定した。膜厚はエリプソメータにより測定した。
The first
At that time, the thickness of the oxide film in the region where the first
(1) After removing the resist
(2) After cleaning the surface of the
(3) After the RTO shown in FIG.
It measured about each of. The film thickness was measured with an ellipsometer.
また、比較として、上記(1)のレジスト層18の除去をSPMを用いて行った場合の第一のゲート絶縁膜26の形成領域における酸化膜の膜厚も同様に測定した。
For comparison, the thickness of the oxide film in the formation region of the first
図7は、これらの測定結果を示すグラフである。(1)のレジスト層18の除去後、IPAを用いた場合にはシリコン基板10表面に酸化膜が形成されなかったが、SPMを用いた場合にはシリコン基板10表面に1.2nmの化学酸化膜が形成された。その後(2)のAPMおよびDHFによる洗浄を行うと、IPAによりレジスト層18の除去を行った場合でもシリコン基板10表面に約0.9nmの酸化膜が形成された。つづいて(3)のRTOを行うと、このように形成された化学酸化膜はある程度収縮し、IPAによりレジスト層18の除去を行った場合、酸化膜の膜厚が0.8nmとなり、SPMによりレジスト層18の除去を行った場合、酸化膜の膜厚が1.0nmとなった。このように、IPAを用いてレジスト層18の除去を行った場合、SPMを用いてレジスト層18を除去する比較例に比べて第一のゲート絶縁膜26の膜厚を約0.2nm薄くすることができた。また、同様の測定を繰り返し行ったところ、再現性よく第一のゲート絶縁膜26の膜厚を制御することができた。
FIG. 7 is a graph showing the measurement results. After removal of the resist
以上のように、第一のゲート絶縁膜26の膜厚は、レジスト層18の除去時に形成される酸化膜の膜厚およびAPMおよびDHFによるシリコン基板10洗浄時に形成される酸化膜の膜厚に依存する。従来のSPMを用いてレジスト層18を除去する手法では、SPMの影響により、レジスト層18の除去時にシリコン基板10表面に厚い酸化膜が形成されてしまう。一方、IPAを用いてレジスト層18を除去する手法では、レジスト層18の除去時にシリコン基板10表面に酸化膜が形成されない。そのため、IPAを用いてレジスト層18を除去することにより、最終的に形成される第一のゲート絶縁膜26の膜厚をSPMを用いた場合に比べて薄くすることができる。
As described above, the thickness of the first
10 シリコン基板
12 素子分離領域
13a 第一の領域
13b 第二の領域
14 第一の酸化膜
16 第二の酸化膜
18 レジスト層
20 化学酸化膜
22 第三の酸化膜
26 第一のゲート絶縁膜
28 第二のゲート絶縁膜
30 高誘電率絶縁膜
31 ポリシリコン層
32 レジスト層
38 第三のゲート絶縁膜
40 第四のゲート絶縁膜
50 シリコン基板
52 酸化絶縁膜
54 高誘電率絶縁膜
56 多結晶シリコン層
58 レジスト層
60 ゲート絶縁膜
62 不純物領域
64 サイドウォール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記高誘電率絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、
前記導電性膜上に所定形状にパターニングされた保護膜を形成する工程と、
前記保護膜をマスクとして、前記導電性膜をドライエッチングにより選択的に除去するとともに前記高誘電率絶縁膜を前記半導体基板が露出しないように途中までドライエッチングにより選択的に除去する工程と、
前記保護膜を除去する工程と、
BHFまたはDHFであるフッ化化合物を含み、イソプロピルアルコールを主成分とする薬液を用いたウェットエッチングにより前記高誘電率絶縁膜を選択的に除去して前記所定形状に形成するとともに前記半導体基板表面の一部を露出させる工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 On a semiconductor substrate, forming a high dielectric constant insulating film is an oxide film containing silicon oxide film relative dielectric constant than is rather high, zirconium or hafnium,
Forming a conductive film on the high dielectric constant insulating film;
Forming a protective film patterned into a predetermined shape on the conductive film;
Using the protective film as a mask, selectively removing the conductive film by dry etching and selectively removing the high dielectric constant insulating film by dry etching halfway so as not to expose the semiconductor substrate;
Removing the protective film;
The high dielectric constant insulating film is selectively removed by wet etching using a chemical solution containing a fluorinated compound that is BHF or DHF and mainly composed of isopropyl alcohol , and is formed into the predetermined shape. A step of exposing a portion;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記高誘電率絶縁膜は、酸化ハフニウム(HfO 2 )、酸化ジルコニウム(ZrO 2 )、またはHfAlO x 膜であ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 of manufacturing a semiconductor device, wherein the high dielectric constant insulating film is a hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), or HfAlO x film.
前記高誘電率絶縁膜は、酸化ハフニウム(HfO 2 )である半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the high dielectric constant insulating film is hafnium oxide (HfO 2 ).
前記薬液は、イソプロピルアルコールを90体積%以上含む半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claim 1 to 3,
Before SL chemical solution, a method of manufacturing a semiconductor device including isopropyl alcohol 90% by volume or more.
前記保護膜はレジスト膜であって、前記保護膜を除去する工程において、前記保護膜を硫酸過酸化水素水(SPM)により除去する半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claim 1 to 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the protective film is a resist film, and the protective film is removed with sulfuric acid hydrogen peroxide (SPM) in the step of removing the protective film.
前記半導体基板表面の一部を露出させる工程の後に、前記半導体基板の表面をイソプロピルアルコールで洗浄する工程をさらに含む半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claim 1 to 5,
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of cleaning the surface of the semiconductor substrate with isopropyl alcohol after the step of exposing a part of the surface of the semiconductor substrate.
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