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JP4694782B2 - Semiconductor device, manufacturing method thereof, and semiconductor surface processing method - Google Patents

Semiconductor device, manufacturing method thereof, and semiconductor surface processing method Download PDF

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JP4694782B2 JP2003403290A JP2003403290A JP4694782B2 JP 4694782 B2 JP4694782 B2 JP 4694782B2 JP 2003403290 A JP2003403290 A JP 2003403290A JP 2003403290 A JP2003403290 A JP 2003403290A JP 4694782 B2 JP4694782 B2 JP 4694782B2
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明は、改善された移動度等の特性を有する半導体装置及びその製造方法、並びに、半導体表面の処理方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having improved characteristics such as mobility, a manufacturing method thereof, and a semiconductor surface processing method.

一般に、この種の半導体装置には、シリコン等の半導体表面にそってソース領域、ドレイン領域、及び、チャネル領域を形成した電界効果トランジスタがある。更に、この電界効果トランジスタは、チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜、及び、ゲート絶縁膜上にゲート電極を有している。良く知られているように、電界効果トランジスタには、n型電界効果トランジスタ(n型トランジスタ)とp型電界効果トランジスタ(p型トランジスタ)とがあり、これらn型とp型トランジスタを含むLSIを作成する場合、表面に(100)面を有するシリコン(以下、(100)シリコンと呼ぶ)が使用されるのが普通である。尚、本明細書における面方位の記述として、例えば、(100)は、(100)面と等価な面(100)、(010)、(001)等、全てを総称して表しているものとする。   In general, this type of semiconductor device includes a field effect transistor in which a source region, a drain region, and a channel region are formed along a semiconductor surface such as silicon. Further, this field effect transistor has a gate insulating film formed on the channel region and a gate electrode on the gate insulating film. As is well known, field effect transistors include n-type field effect transistors (n-type transistors) and p-type field effect transistors (p-type transistors). An LSI including these n-type and p-type transistors is used. When forming, silicon having (100) plane on the surface (hereinafter referred to as (100) silicon) is usually used. As a description of the plane orientation in this specification, for example, (100) is a collective representation of all planes (100), (010), (001), etc. equivalent to the (100) plane. To do.

このように、(100)シリコンを用いて、n型トランジスタ及びp型トランジスタを形成した場合、p型トランジスタの駆動能力、例えば、移動度が、n型トランジスタの約0.3倍程度という低さであることが知られている。このため、通常、p型トランジスタのサイズをn型トランジスタのサイズに比較して大きく設計する手法が採用されている。しかしながら、p型トランジスタのサイズをn型トランジスタのサイズよりも大きく設計することは、微細化を妨げる要因の一つともなっている。   Thus, when an n-type transistor and a p-type transistor are formed using (100) silicon, the driving capability, for example, mobility of the p-type transistor is as low as about 0.3 times that of the n-type transistor. It is known that For this reason, generally, a method of designing the size of the p-type transistor larger than the size of the n-type transistor is adopted. However, designing the size of the p-type transistor larger than the size of the n-type transistor is one of the factors that hinder miniaturization.

ここで、図1を参照して、半導体領域にn型トランジスタを形成し、集積回路を構成する場合を例にとって、従来の半導体装置の製造方法を説明する。尚、この例は、LDD(Lightly Doped Drain)構造のn型トランジスタを製造する工程を示している。   Here, with reference to FIG. 1, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described by taking an example of forming an integrated circuit by forming an n-type transistor in a semiconductor region. In this example, an n-type transistor having an LDD (Lightly Doped Drain) structure is shown.

まず、図1(a)に示すように、p型(100)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が形成される。ここで、シリコンの面方位(100)には、(100)面に等価な面(100)、(010)、(001)が含まれることは前述した通りであり、この場合、(100)の表面を有するシリコンは、半導体基板、或いは、半導体基板上に形成された半導体層であっても良い。   First, as shown in FIG. 1A, element isolation is performed on the surface of p-type (100) silicon 101 by, for example, STI (Shallow Trench Isolation) to form an element region 102. Here, as described above, the plane orientation (100) of silicon includes planes (100), (010), and (001) equivalent to the (100) plane. In this case, The silicon having the surface may be a semiconductor substrate or a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate.

次に、素子領域102に対して、NHOH−H−HO(SC1)及びHCl−H−HO(SC2)を用いたRCA洗浄が行われる(図1(b))。RCA洗浄の結果、有機物、パーティクル、メタル不純物が全表面から除去され、その後、ゲート絶縁膜(SiO)103が形成される(図1(c))。 Next, the device region 102 is subjected to RCA cleaning using NH 4 OH—H 2 O 2 —H 2 O (SC1) and HCl—H 2 O 2 —H 2 O (SC2) (FIG. 1). (B)). As a result of the RCA cleaning, organic substances, particles, and metal impurities are removed from the entire surface, and then a gate insulating film (SiO 2 ) 103 is formed (FIG. 1C).

更に、図1(d)に示すように、シリコン101の全面に、閾値電圧を制御するため、ボロンがイオン注入される。イオン注入後、シリコン101の全面に、多結晶シリコン膜が堆積され、これをパターニングすることにより、素子領域102のゲート絶縁膜103上に、多結晶シリコン電極105が図1(e)に示すように形成される。   Further, as shown in FIG. 1D, boron is ion-implanted over the entire surface of the silicon 101 in order to control the threshold voltage. After the ion implantation, a polycrystalline silicon film is deposited on the entire surface of the silicon 101. By patterning the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon electrode 105 is formed on the gate insulating film 103 in the element region 102 as shown in FIG. Formed.

続いて、図1(f)に示すように、リンを低濃度でイオン注入することにより、高電界を緩和するn-ソース及びn−ドレイン領域106が形成される。次に、CVD法などにより、ゲート電極105を被覆するように、シリコン酸化膜(SiO)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105の側壁に側壁絶縁膜107を形成する(図1(g))。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108を形成する(図1(h))。 Subsequently, as shown in FIG. 1 (f), n-source and n-drain regions 106 for relaxing a high electric field are formed by ion implantation of phosphorus at a low concentration. Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) is deposited on the entire surface of the silicon 101 so as to cover the gate electrode 105 by a CVD method or the like, and anisotropic etching is performed so that the side wall of the gate electrode 105 is insulated. A film 107 is formed (FIG. 1G). Thereafter, n + source and drain regions 108 are formed by ion implantation of n-type impurities such as arsenic at a high concentration (FIG. 1 (h)).

(100)シリコンを使用して、図示された方法によりn型トランジスタは作成されるが、同様に(100)シリコン上に作成されるp型トランジスタは、前述したように、n型トランジスタに比較して移動度において低いと言う欠点がある。   An n-type transistor is fabricated by the illustrated method using (100) silicon. Similarly, a p-type transistor fabricated on (100) silicon is compared with an n-type transistor as described above. There is a disadvantage that the mobility is low.

一方、p型トランジスタの駆動能力を高めるために、表面に(110)面を有する(110)シリコンを使用することが提唱されている。実際、(110)シリコンを使用した場合、p型トランジスタの駆動能力は、(100)シリコンを使用した場合に比較して、約2.5倍にも上昇することが報告されている。しかしながら、(110)シリコンを使用した場合、逆に、n型トランジスタの駆動能力が(100)シリコンを使用した場合の約0.6倍程度になってしまう。したがって、n型トランジスタの駆動能力の低下を抑えることができれば、(110)シリコンは、非常に有用な材料となる。しかしながら、(110)シリコンを使用して、n型トランジスタの駆動能力の低下を防止する方法については、未だ提案されていないのが実情である。   On the other hand, in order to increase the driving capability of the p-type transistor, it has been proposed to use (110) silicon having a (110) plane on the surface. In fact, it has been reported that when (110) silicon is used, the driving capability of the p-type transistor is about 2.5 times higher than when (100) silicon is used. However, when (110) silicon is used, on the contrary, the driving capability of the n-type transistor is about 0.6 times that when (100) silicon is used. Therefore, (110) silicon is a very useful material if a decrease in driving capability of the n-type transistor can be suppressed. However, the actual situation is that a method for preventing a decrease in driving capability of an n-type transistor using (110) silicon has not been proposed yet.

また、(110)シリコンにも適用できると考えられる装置及び方法が、特願平9−15790号(特表平10−33362号公報)(特許文献1)及び特開平11−57636号公報(特許文献2)においてそれぞれ開示されている。しかしながら、特許文献1は、(100)シリコンのみを用いて行ったものであり、(110)シリコンについては、実験はなされていなかったものである。同様に、特許文献2は、(100)シリコンを用いた場合の実験結果であり、(110)シリコンについては、実験は行われていない。   Further, an apparatus and a method that can be applied to (110) silicon are disclosed in Japanese Patent Application No. 9-15790 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-33362) (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-57636 (Patent Document). Each of them is disclosed in Document 2). However, Patent Literature 1 is performed using only (100) silicon, and (110) silicon has not been tested. Similarly, Patent Document 2 is an experimental result when (100) silicon is used, and no experiment has been performed on (110) silicon.

一方、特開平9−51097号公報(特許文献3)は、シリコンと酸化膜との間の界面における電子散乱による界面移動度の劣化を回避できる電界効果トランジスタの製造方法を開示している。しかしながら、特許文献3は(001)シリコンにおける電子の走行方向とステップの方向とを平行にすることを開示しているだけで、(110)シリコンについては検討していない。
特表平10−33362号公報 特開平11−57636号公報 特開平9−51097号公報
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-51097 (Patent Document 3) discloses a method of manufacturing a field effect transistor that can avoid deterioration of interface mobility due to electron scattering at the interface between silicon and an oxide film. However, Patent Document 3 only discloses that the electron traveling direction and the step direction in (001) silicon are parallel, and (110) silicon is not studied.
Japanese National Patent Publication No. 10-33362 JP-A-11-57636 Japanese Patent Laid-Open No. 9-51097

本発明者等の観察によれば、図1に示されたような方法により、電界効果トランジスタを製造した場合、RCA洗浄におけるアルカリ処理時、並びに、純水リンス時等に、素子領域表面が不可避的に粗面化してしまうことが判明した。   According to the observations of the present inventors, when a field effect transistor is manufactured by the method shown in FIG. 1, the surface of the element region is unavoidable during alkali treatment in RCA cleaning, pure water rinsing, and the like. Was found to be rough.

一方、電界効果トランジスタにおけるキャリアの移動度は、当該トランジスタの駆動能力を示す指標の―つであり、p型電界効果トランジスタにおいてはホール、n型電界効果トランジスタにおいては電子がそれぞれキャリアとなる。一般的に、電界効果トランジスタの駆動能力を向上させるためには、素子領域の表面の粗さを少なくしてキャリアの移動度を上げる必要がある。   On the other hand, the carrier mobility in a field effect transistor is one of the indexes indicating the driving capability of the transistor, and holes are used as carriers in p-type field effect transistors and electrons are used as carriers in n-type field effect transistors. In general, in order to improve the driving ability of a field effect transistor, it is necessary to reduce the roughness of the surface of the element region and increase the mobility of carriers.

具体的に説明すると、通常のRCA洗浄を用いた場合、素子領域におけるシリコンの表面ラフネスは、中心線平均粗さRaで表現すると、Ra=0.5〜1.5nm程度の荒れを生じ、その上に、ゲート絶縁膜が形成されることを本発明者等は確認した。ゲート絶縁膜形成にはドライOを用いて形成されるSiO膜が―般的であるが、ドライOを用いる酸化の場合、(111)ファセット面から酸化種が進入し、優先的に酸化が進むと考えられ、その結果、シリコン表面とゲートSiO膜界面の粗さは、更に大きくなることが観測された。 More specifically, when normal RCA cleaning is used, the surface roughness of silicon in the element region, when expressed by the centerline average roughness Ra, causes a roughness of Ra = 0.5 to 1.5 nm. The present inventors have confirmed that a gate insulating film is formed thereon. For forming a gate insulating film, a SiO 2 film formed using dry O 2 is generally used. However, in the case of oxidation using dry O 2 , an oxidizing species enters from the (111) facet surface, and thus preferentially. It was considered that oxidation progressed, and as a result, it was observed that the roughness of the silicon surface and the gate SiO 2 film interface was further increased.

RCA洗浄による微小な荒れを有するシリコンを用いて、電界効果トランジスタを作製した場合、当該電界効果トランジスタの駆動能力が低下するのみならず、実際にゲート電極に電圧を加えた場合、突起部に電界集中が生じ、絶縁破壊に至りやすくなる。特に、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンを用いた場合、アルカリ処理時における荒れは激しくなり、このことが、当該実質的(110)面方位をその表面に有するシリコンを用いた場合における移動度の低下等を招くことも判明した。   When a field effect transistor is manufactured using silicon having minute roughness due to RCA cleaning, not only the driving ability of the field effect transistor is lowered, but also when a voltage is actually applied to the gate electrode, an electric field is applied to the protrusion. Concentration occurs, leading to dielectric breakdown. In particular, when silicon having a substantially (110) plane orientation on its surface is used, the roughening during the alkali treatment becomes severe, and this uses silicon having the substantial (110) plane orientation on its surface. It has also been found that this causes a decrease in mobility.

以上、n型電界効果トランジスタを例にとって説明したが、TFT、CCDやIGBT等の半導体素子についても、同様なことが言える。   Although the n-type field effect transistor has been described above as an example, the same applies to semiconductor elements such as TFT, CCD, and IGBT.

本発明は、このような事情によりなされたものであり、その目的はシリコン表面の粗さを低減させることにより、改善された性能を有する半導体装置を提供することである。   The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having improved performance by reducing the roughness of the silicon surface.

本発明の他の目的は、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンを用いて高い表面平坦性を有し、特性の向上した半導体装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having high surface flatness and improved characteristics using silicon having a substantially (110) plane orientation on its surface.

本発明の別の目的は、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンを使用して、駆動能力の高いn型トランジスタを製造する製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for manufacturing an n-type transistor having a high driving capability by using silicon having a substantially (110) plane orientation on the surface thereof.

本発明の更に他の目的は、半導体領域表面の粗さを小さく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である。   Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing the roughness of the surface of the semiconductor region.

本発明の他の目的は、洗浄によって生じる半導体領域表面の粗さを維持又は平坦化することができる半導体表面の処理方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method for treating a semiconductor surface that can maintain or planarize the roughness of the surface of the semiconductor region caused by cleaning.

本発明は、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンの表面ラフネスを、中心線平均粗さRaで、Ra=0.15nm以下とすることで、半導体装置におけるキャリア電子の散乱を低く抑え、半導体装置のキャリア電子駆動能力を向上させることに特徴がある。半導体装置のキャリア電子移動度は、半導体領域表面のラフネスと密接な関係を持ち、特に、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンでは、Raを小さくするに従い、キャリア電子の移動度を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the surface roughness of silicon having substantially (110) plane orientation on the surface thereof is set to Ra = 0.15 nm or less with a center line average roughness Ra, whereby carrier electrons are scattered in the semiconductor device. It is characterized by being kept low and improving the carrier electron driving capability of the semiconductor device. The carrier electron mobility of a semiconductor device has a close relationship with the roughness of the surface of the semiconductor region. In particular, in silicon having a substantially (110) plane orientation on the surface, the mobility of carrier electrons increases as Ra is reduced. Can be improved.

ここで、実質的な(110)面方位とは、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)面などを含んでいる。   Here, the substantial (110) plane orientation refers to a plane facing a direction substantially equivalent to the (110) plane orientation from the crystallographic viewpoint, and is a (551) plane, (311) plane, ( 221) plane, (553) plane, (335) plane, (112) plane, (113) plane, (115) plane, (117) plane, and the like.

Kazuo Sato等によれば、”Sensors and Actuators 73(1999)” (P122―130)に掲載された論文のFig.2に、(110)面をアルカリエツチング処理した場合、<−110>方向に筋が走る表面形状となることが示されている。このように、(110)面と同様な表面形状が得られる領域として、<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。<−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。したがって、当該論文のFig.2に示された(110)面と同じ表面ラフネス挙動を示す面方位は、実質的に(110)面方位に含まれる。   According to Kazuo Sato et al., FIG. Of a paper published in “Sensors and Actuators 73 (1999)” (P122-130). 2 shows that when the (110) plane is subjected to an alkali etching treatment, a surface shape in which a line runs in the <−110> direction is obtained. Thus, as a region where a surface shape similar to the (110) plane is obtained, a plane turned off to 0 to 12 ° in the <100> direction, for example, a (551) plane off by 8 ° is applicable. A similar surface shape can be obtained up to a surface that is turned off by 1 ° in the <−110> direction. Therefore, FIG. The plane orientation showing the same surface roughness behavior as the (110) plane shown in 2 is substantially included in the (110) plane orientation.

更に、T.Sato等は、Phys.Rev.,B4,1950(1971)において、(110)面と同様なキャリア電子移動度が得られる面を報告している。この報告によれば、<−110>方向に電子を流した場合、<−110>方向へ0〜35°オフさせた面、例えば(331)面、(221)面、(332)面、(111)面などを用いても(110)面と同様の電子移動挙動を得ることが出来る。また、<110>方向へ0〜12°オフさせた面、例えば(320)面を用いても(110)面と同様の挙動を得ることが出来る。したがって、上記した面やその近傍面も、本明細書で言う実質的(110)面に含まれる。   Further, T.W. Sato et al., Phys. Rev. , B4, 1950 (1971), a surface on which carrier electron mobility similar to that of the (110) surface can be obtained is reported. According to this report, when electrons are flowed in the <−110> direction, the surface is turned off by 0 to 35 ° in the <−110> direction, such as the (331) plane, the (221) plane, the (332) plane, ( Even if the (111) plane is used, the same electron movement behavior as that of the (110) plane can be obtained. Further, even when a plane off by 0 to 12 ° in the <110> direction, for example, the (320) plane is used, the same behavior as the (110) plane can be obtained. Therefore, the above-described surface and its vicinity surface are also included in the substantial (110) surface referred to in this specification.

上記した点を前提として、以下本発明の特徴を列挙する。まず、本発明の半導体装置は、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンに半導体素子が形成された半導体装置において、その表面ラフネスが、中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下、好ましくは0.11nm以下であることを特徴としている。更に、前記Raは0.09nm以下が望ましく、0.07nm以下が更に好ましい。この場合、半導体装置は、MOSトランジスタによって特徴付けられる電界効果トランジスタであっても良い。前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、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であっても良いし、前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜中には、希ガス元素を含んでも良い。   Based on the above points, the features of the present invention are listed below. First, the semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on silicon having a substantially (110) plane orientation on its surface, and its surface roughness is expressed as 0. centerline average roughness Ra. It is characterized by being 15 nm or less, preferably 0.11 nm or less. Further, the Ra is preferably 0.09 nm or less, and more preferably 0.07 nm or less. In this case, the semiconductor device may be a field effect transistor characterized by a MOS transistor. The gate insulating film of the field effect transistor may be a film including any one or more of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. In the gate insulating film of the field effect transistor, It may contain a rare gas element.

前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜には、
Hf、Zr、Ta、Ti、La、Co、Y及びAlの一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属珪化物、
Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから選ばれる一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属酸化物、
Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから選ばれる一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属窒化物、
あるいは、
Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属酸窒化物
を含んだ高誘電膜で形成しても良い。
In the gate insulating film of the field effect transistor,
A metal silicide combining one or any element of Hf, Zr, Ta, Ti, La, Co, Y and Al,
Selected from Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Sr and Ba Metal oxides combining one or any of the elements,
Selected from Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Sr and Ba A metal nitride combining one or any of the elements,
Or
One from Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Sr and Ba Alternatively, a high dielectric film containing a metal oxynitride in which any element is combined may be formed.

前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、または高誘電膜、これら何れかの膜を組み合わせた構造であっても良い。   The gate insulating film of the field effect transistor may have a structure in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a high dielectric film, or any of these films are combined.

本発明の一態様によれば、OH濃度を低下させたRCA SC−1洗浄液を用いてシリコン表面を洗浄する工程と、酸素ラジカルを含む雰囲気で、前記洗浄されたシリコン表面を酸化することによって、前記洗浄されたシリコン表面に酸化膜を形成する工程とを含み、これらによって、シリコン表面を平坦化することを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。この場合、酸化膜はゲート絶縁膜として利用されても良い。   According to one aspect of the present invention, the step of cleaning the silicon surface using an RCA SC-1 cleaning solution with a reduced OH concentration, and oxidizing the cleaned silicon surface in an atmosphere containing oxygen radicals, And a step of forming an oxide film on the cleaned silicon surface, thereby obtaining a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon surface is planarized. In this case, the oxide film may be used as a gate insulating film.

更に、本発明の別の態様によれば、OH濃度を低下させたRCA SC−1洗浄液を用いてシリコン表面を洗浄する工程と、酸素ラジカルを含む雰囲気で、半導体領域の表面に犠牲酸化膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜を剥離する工程とを含み、これによって、半導体領域の表面平坦性を向上させることができる半導体装置に製造方法が得られる。前記ラジカル酸素を含む雰囲気は、マイクロ波励起により発生させられた希ガスと酸素ガスの混合ガスプラズマを用いて実現しても良い。   Furthermore, according to another aspect of the present invention, a sacrificial oxide film is formed on the surface of the semiconductor region in a step of cleaning the silicon surface using an RCA SC-1 cleaning solution with a reduced OH concentration and in an atmosphere containing oxygen radicals. A manufacturing method is obtained for a semiconductor device that includes a step of forming and a step of peeling the sacrificial oxide film, whereby the surface flatness of the semiconductor region can be improved. The atmosphere containing radical oxygen may be realized using a mixed gas plasma of a rare gas and oxygen gas generated by microwave excitation.

本発明の別の態様に係る電界効果トランジスタの製造方法は、チャネル領域を形成するにあたり、チャネル領域の半導体表面の平坦性を向上させるため、酸素ラジカルを含む雰囲気で半導体表面に犠牲酸化膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜を剥離する工程と、チャネル領域の半導体表面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴としている。前記ラジカル酸素を含む雰囲気は、マイクロ波励起により発生させられた希ガスと酸素ガスの混合ガスプラズマを用いて実現しても良い。前記希ガスは、クリプトン、アルゴン、又はキセノンの一つ又は複数であっても良い。前記ゲート絶縁膜は、ラジカル酸素、ラジカル窒素の少なくとも一つを含む雰囲気中において、半導体表面を酸化処理、窒化処理の何れか乃至は同時並行処理を含むことで形成しても良い。前記ゲート絶縁膜は、マイクロ波励起により発生させられた希ガスと絶縁膜形成ガスの混合ガスプラズマを用いて形成しても良い。   In the method of manufacturing a field effect transistor according to another aspect of the present invention, when forming a channel region, a sacrificial oxide film is formed on the semiconductor surface in an atmosphere containing oxygen radicals in order to improve the flatness of the semiconductor surface of the channel region. And a step of removing the sacrificial oxide film, and a step of forming a gate insulating film on the semiconductor surface of the channel region. The atmosphere containing radical oxygen may be realized using a mixed gas plasma of a rare gas and oxygen gas generated by microwave excitation. The rare gas may be one or more of krypton, argon, or xenon. The gate insulating film may be formed by including any one of an oxidation treatment and a nitridation treatment or a simultaneous parallel treatment on the semiconductor surface in an atmosphere containing at least one of radical oxygen and radical nitrogen. The gate insulating film may be formed using a mixed gas plasma of a rare gas and an insulating film forming gas generated by microwave excitation.

前記希ガスはクリプトンまたはアルゴンであり、絶縁膜形成ガスはアンモニア、窒素、酸素の何れか乃至はそれらの混合ガスであっても良い。   The rare gas may be krypton or argon, and the insulating film forming gas may be ammonia, nitrogen, oxygen, or a mixed gas thereof.

本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法又は半導体表面の処理方法は、シリコン表面に湿式ガスを用いた酸化処理を行う第1工程と、酸化膜を剥離すること無く10A以上1000A以下までエッチバックする第2の工程と、その後、第1工程と第2の工程を所望数繰り返し、最後にHFを含む水溶液により酸化膜を剥離することにより、シリコン表面を平坦化することを特徴としている。   A method for manufacturing a semiconductor device or a method for treating a semiconductor surface according to another aspect of the present invention includes a first step of performing an oxidation treatment using a wet gas on a silicon surface, and 10A to 1000A without peeling off the oxide film. It is characterized in that the silicon surface is flattened by removing the oxide film with an aqueous solution containing HF by repeating the desired number of steps of the second step of etching back and then the first step and the second step. .

本発明の別の態様による半導体装置の製造方法又は半導体表面処理方法は、pHが7以下の非アルカリ性の液体のみで半導体を処理または半導体表面の洗浄を行うことを含んでいる。   A semiconductor device manufacturing method or a semiconductor surface treatment method according to another aspect of the present invention includes treating a semiconductor or cleaning a semiconductor surface only with a non-alkaline liquid having a pH of 7 or less.

前記洗浄方法は、超音波洗浄をOHの発生を抑制しつつ行っても良い。   In the cleaning method, ultrasonic cleaning may be performed while suppressing generation of OH.

前記OHの発生の抑制は、Hを添加することによって行っても良い。 The generation of OH may be suppressed by adding H 2 .

本発明の別の態様に係る半導体装置の製造方法又は半導体表面の処理方法は、オゾンを含有する純水による洗浄を行う第1工程、500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFと、脱気したHOと、界面活性剤とを含有する洗浄液による洗浄を行う第2工程、オゾンを含有するHOによる戦場をおこなう第3工程、酸化膜を除去するためにHFと脱気したHOを含有する洗浄液による洗浄を行う第4工程、水素が添加されたHOによる洗浄を行う第5工程、からなる洗浄方法を含んでいる。 A method for manufacturing a semiconductor device or a method for treating a semiconductor surface according to another aspect of the present invention includes a first step of cleaning with pure water containing ozone, HF and deaeration while applying vibrations having a frequency of 500 kHz or higher. The second step of cleaning with a cleaning solution containing H 2 O and a surfactant, the third step of performing a battlefield with H 2 O containing ozone, HF and degassed H to remove the oxide film The cleaning method includes a fourth step of cleaning with a cleaning solution containing 2 O and a fifth step of cleaning with H 2 O to which hydrogen is added.

前記第2、第4工程の脱気したHOは、HOを脱気した後に水素を添加したHOを用いても良い。 The second, degassed of H 2 O the fourth step, may be used of H 2 O was added hydrogen was degassed of H 2 O.

前記洗浄方法は、洗浄開始から終了まで、処理薬液と半導体装置が空気に触れることが無くても良い。   In the cleaning method, the processing chemical solution and the semiconductor device may not be exposed to air from the start to the end of cleaning.

本発明の更に他の態様に係る半導体装置の製造方法、又は、半導体表面の処理方法は、HFと、溶存酸素濃度が100ppb以下のHOとを含有する洗浄液により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜の剥離処理を行うことを特徴としている。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device or a method for treating a semiconductor surface, wherein a silicon oxide film, silicon nitridation is performed using a cleaning liquid containing HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less. The film and the silicon oxynitride film are peeled off.

前記剥離処理は、剥離開始から終了まで、処理薬液と半導体装置が空気に触れることが無くても良い。   In the peeling treatment, the treatment chemical solution and the semiconductor device may not come into contact with air from the start to the end of the peeling.

本発明の別の態様に係る半導体装置の製造方法、又は、半導体表面の処理方法は、500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFと、溶存酸素濃度が100ppb以下のHOへHを添加した洗浄液により、半導体表面を洗浄することを特徴としている。 A method for manufacturing a semiconductor device or a method for treating a semiconductor surface according to another aspect of the present invention adds H to HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less while applying vibration at a frequency of 500 kHz or more. The semiconductor surface is cleaned with the cleaning solution.

前記洗浄処理は、洗浄開始から終了まで、処理薬液と半導体装置が空気に触れることが無くても良い。   From the start to the end of cleaning, the cleaning chemical solution and the semiconductor device may not be exposed to air.

前述した説明は実質的に(110)面方位を有するシリコン表面について説明したが、本発明に係るシリコン表面の平坦化方法は実質的に(110)面方位を有するシリコン表面に限定されることなく、実質的に(100)面方位を有するシリコン表面に適用しても、当該シリコン表面を中心線平均粗さRaで0.09nm以下まで平坦化することができる。   Although the above description has been given for a silicon surface having a substantially (110) plane orientation, the method for planarizing a silicon surface according to the present invention is not limited to a silicon surface having a substantially (110) plane orientation. Even when applied to a silicon surface having a substantially (100) plane orientation, the silicon surface can be flattened to a centerline average roughness Ra of 0.09 nm or less.

本発明によれば、ラジカル酸素を含む雰囲気で平坦化処理を行なうことで、シリコン表面の平坦性を、従来のRCA洗浄によって得られる1.0nm程度の表面ラフネス(Ra)を0.05nmまで低下させることが出来たし、0.02nmまでも充分可能である。この結果、実質的に(110)面方位をその表面に有するシリコンにおいて、そのキヤリア電子移動度を、従来技術より1.6倍向上させることが出来、(100)面方位における移動度と同等以上にすることが出来る。さらに、シリコン表面とゲート絶縁膜界面が原子的に平坦であることから、ゲート綺縁膜の信頼性も向上する。尚、本発明に係る平坦化方法を使用すれば、(100)面方位を有するシリコン表面の中心線平均粗さRaを0.09nm以下にすることもでき、これによって、(100)シリコン表面に形成された半導体装置の特性をも改善できる。   According to the present invention, the flatness of the silicon surface is reduced by reducing the surface roughness (Ra) of about 1.0 nm obtained by conventional RCA cleaning to 0.05 nm by performing the flattening process in an atmosphere containing radical oxygen. It was possible to make it even 0.02 nm. As a result, in the silicon having the (110) plane orientation on the surface, the carrier electron mobility can be improved by 1.6 times compared to the prior art, and is equal to or higher than the mobility in the (100) plane orientation. Can be made. Further, since the interface between the silicon surface and the gate insulating film is atomically flat, the reliability of the gate clean film is improved. If the planarization method according to the present invention is used, the center line average roughness Ra of the (100) plane orientation silicon surface can be made 0.09 nm or less. The characteristics of the formed semiconductor device can also be improved.

本発明の原理
以下では、(110)シリコンを使用して電界効果トランジスタを構成した場合について説明する。まず、(110)シリコン表面におけるキャリア電子の移動度を、律速する要因(律速要因)について説明すると、移動度の律速要因として、通常、(1)不純物散乱μco、(2)ホノン散乱μph、(3)表面ラフネス散乱μsrの3つの要因が挙げられる。更に、観測される移動度μは、3つの要因の足し合わせとなっており、Mattersonの法則で与えられ、次式によってあらわされることが知られている。
Principle of the invention :
Below, the case where a field effect transistor is comprised using (110) silicon is demonstrated. First, the factor (rate-limiting factor) that determines the mobility of carrier electrons on the (110) silicon surface will be described. Usually, (1) impurity scattering μ co and (2) phonon scattering μ ph are the rate-limiting factors of mobility. (3) Three factors of surface roughness scattering μ sr are mentioned. Furthermore, the observed mobility μ is an addition of three factors, is given by Matterson's law, and is known to be expressed by the following equation.

Figure 0004694782
Figure 0004694782

上記した3つの律速要因の中で、(110)面における電子キャリアが、シリコン表面のラフネス(即ち、表面ラフネス散乱μsr)に大きく影響を受けることが判明した。実際に、極低温にて移動度と実効電界との関係を調べると、不純物散乱μco及びホノン散乱μphを実質的に無視することができ、表面ラフネス散乱μsrによる影響だけを抽出することが出来る。そこで、77kにて移動度と実効電界との関係を調べた結果、(110)面は、(100)面よりも、界面ラフネスが移動度に与える影響が大きいことが分かった。 Among the three rate-determining factors described above, it has been found that electron carriers on the (110) plane are greatly affected by the roughness of the silicon surface (ie, surface roughness scattering μ sr ). Actually, when investigating the relationship between mobility and effective electric field at extremely low temperatures, impurity scattering μ co and phonon scattering μ ph can be substantially ignored, and only the influence of surface roughness scattering μ sr is extracted. I can do it. Therefore, as a result of investigating the relationship between the mobility and the effective electric field at 77k, it was found that the influence of the interface roughness on the mobility is greater in the (110) plane than in the (100) plane.

更に、図2を参照すると、中心線平均組さRaと界面ラフネススペクトルとの関係を、シミュレーションにより調べた結果が示されている。従来手法を用いて実際に実現可能なRaが約0.4nmであることを考慮すると、図2に示された中心線平均組さRaと界面ラフネススペクトルとの関係は、従来手法による限界より小さいRa領域における関係であることが分かる。ここで、界面ラフネススペクトルとは、物理的に測定などで求められるラフネスではなく、実際にキャリアが感じているラフネスであり、以下の式のように定義する。   Furthermore, referring to FIG. 2, the result of examining the relationship between the centerline average group Ra and the interface roughness spectrum by simulation is shown. Considering that Ra that can actually be realized using the conventional method is about 0.4 nm, the relationship between the centerline average group Ra and the interface roughness spectrum shown in FIG. 2 is smaller than the limit of the conventional method. It can be seen that the relationship is in the Ra region. Here, the interface roughness spectrum is not the roughness physically obtained by measurement or the like, but the roughness actually felt by the carrier, and is defined as the following equation.

Figure 0004694782
Figure 0004694782

ここで、△は、界面ラフネスの中心線平均粗さRa、Λは、界面ラフネスの平均周期であり、更に、qは、キャリアの界面への入射波数ベクトルkと反射波数ベクトルk’との差(即ち、q=k−k’)である。   Here, Δ is the center line average roughness Ra of the interface roughness, Λ is the average period of the interface roughness, and q is the difference between the incident wave vector k to the carrier interface and the reflected wave vector k ′. (Ie q = k−k ′).

図2に示すように、(100)面では、Raの変化に対して、界面スペクトルの変化は無視できるほど小さい。それに対して、(110)面の場合、Ra低下に従い、ラフネススペクトルは低下し、キャリアの移動度が上昇することが分かる。更に、図2からも明らかな通り、Raを0.07nm以下にすることで、(100)シリコンにおける電子移動度と同等レベルまで、(110)シリコンにおける移動度が向上することがシミュレーションにより推測できる。   As shown in FIG. 2, in the (100) plane, the change in the interface spectrum is negligibly small with respect to the change in Ra. On the other hand, in the case of the (110) plane, it can be seen that the roughness spectrum decreases and the carrier mobility increases as Ra decreases. Further, as is apparent from FIG. 2, it can be estimated by simulation that the mobility in (110) silicon is improved to Ra and the level equivalent to the electron mobility in (100) silicon by setting the Ra to 0.07 nm or less. .

そこで、本発明の趣旨は(110)シリコン表面のRaを従来の限界である0.4nm以下、特に、0.15nm以下、好ましくは、0.07nm以下まで平坦化できる手法及び平坦化されたシリコンを用いて形成された半導体装置を得ることにある。   Accordingly, the gist of the present invention is that the Ra of the (110) silicon surface can be flattened to 0.4 nm or less, particularly 0.15 nm or less, preferably 0.07 nm or less, which is the conventional limit, and flattened silicon. The object is to obtain a semiconductor device formed by using the above.

第1の実施形態
図3を参照して、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
First embodiment :
With reference to FIG. 3, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.

まず、図3(a)に示すように、p型(110)シリコン301を用意し、その表面に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)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302を形成する。 First, as shown in FIG. 3A, p-type (110) silicon 301 is prepared, and element isolation is performed on the surface thereof by, for example, STI (Shallow Trench Isolation) method, thereby including an element region including a source / drain region and a channel region. 302 is formed.

次に、素子領域302に対し、有機物、パーティクル、メタル汚染除去の為、RCA洗浄を施す(図3(b))。また、本発明にように、微細な粗さ(ラフネス)が問題となるようなラフネス領域では、RCA洗浄の一工程であるSC1洗浄時におけるラフネスの増加をも考慮しておく必要があることが分かった。実際、RCA洗浄の一工程であるSC1洗浄時に、OH濃度によってシリコン表面がエッチングされ、当該エッチングによりラフネスが増加することが確認された。   Next, RCA cleaning is performed on the element region 302 in order to remove organic matter, particles, and metal contamination (FIG. 3B). Further, as in the present invention, in a roughness region where fine roughness (roughness) is a problem, it is necessary to consider an increase in roughness during SC1 cleaning, which is one step of RCA cleaning. I understood. In fact, during SC1 cleaning, which is one step of RCA cleaning, it was confirmed that the silicon surface was etched by the OH concentration, and the roughness increased by the etching.

このことを考慮して、この実施形態では、OH濃度が低いSC1洗浄処理を施す。典型的な従来のSC1処理では、NHOH:H:HO=1:1:5の薬液が使用される。しかしながら、本発明の第1の実施形態では、NHOH:H:HO=0.05:1:5と、従来のSC1処理に比較してOH濃度を下げている。 Considering this, in this embodiment, the SC1 cleaning process having a low OH concentration is performed. In a typical conventional SC1 process, a chemical solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 5 is used. However, in the first embodiment of the present invention, NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5, which is lower than the conventional SC1 treatment.

尚、シリコン結晶中において、COP(Crystal Originated Particle)等の欠陥密度が高い場合、SC1処理時に表面ラフネスの増加が加速することも観測された。更に、欠陥が原因で、SC1処理後にマイクロピットが表面に形成され、酸化膜耐圧の劣化も誘発することが判明した。特に、CZウェハを用いた場合、COP密度が高いことが知られている。   In addition, when the defect density such as COP (Crystal Originated Particle) is high in the silicon crystal, it was also observed that the increase in surface roughness was accelerated during the SC1 treatment. Further, it has been found that micropits are formed on the surface after SC1 treatment due to defects, and also induces deterioration of the oxide film breakdown voltage. In particular, when a CZ wafer is used, it is known that the COP density is high.

従って、SC1洗浄時における表面ラフネスの増加を抑制するには、好ましくは、シリコン表面に水素アニール処理、または、アルゴンアニール処理等を施し、残留酸素のレベルを、5E16/cm3程度まで低下させたシリコンを用いるか、さらにはSiエピタキシャル成長を表面に施したシリコンウェハを用いるのが良い。本実施形態では、Siエピタキシャル成長を表面に施したシリコンウェハを用いた。   Therefore, in order to suppress an increase in surface roughness during the SC1 cleaning, it is preferable that the silicon surface is subjected to a hydrogen annealing process or an argon annealing process to reduce the residual oxygen level to about 5E16 / cm 3. It is preferable to use a silicon wafer having a surface subjected to Si epitaxial growth. In the present embodiment, a silicon wafer having Si epitaxial growth on the surface is used.

このように、前記低OH濃度のSC1工程を用いた場合、シリコン表面は、0.15nm程度の中心線平均粗さRaを有していた。この程度の表面粗さを有するシリコンを用いてn型トランジスタを作製した場合、従来のn型トランジスタに比較して改善された移動度を有するn型トランジスタを得ることができる。しかしながら、図2からも明らかな通り、(110)シリコンを使用した場合、この程度のRaでは、(100)シリコンを使用した場合と同等の移動度は達成できない。   Thus, when the low OH concentration SC1 process was used, the silicon surface had a center line average roughness Ra of about 0.15 nm. When an n-type transistor is manufactured using silicon having such a surface roughness, an n-type transistor having improved mobility as compared with a conventional n-type transistor can be obtained. However, as is clear from FIG. 2, when (110) silicon is used, such a degree of Ra cannot achieve the same mobility as when (100) silicon is used.

そこで、この実施形態では、表面粗さを更に平坦化するために、図3(c)に示すように、素子領域のシリコン表面の平坦化処理として、ラジカル酸素を含む雰囲気中において、素子領域表面を酸化し、酸化膜303を形成する。このラジカル酸素雰囲気で酸化膜303を形成することによって、当該酸化膜303の表面は酸化膜303の形成前に比較して平坦化されることが確認された。また、ラジカル酸素雰囲気における酸化では、等方性酸化が行われていることも判明した。   Therefore, in this embodiment, in order to further planarize the surface roughness, as shown in FIG. 3C, the surface of the device region is planarized in an atmosphere containing radical oxygen as a planarization treatment of the silicon surface of the device region. Then, an oxide film 303 is formed. It was confirmed that by forming the oxide film 303 in this radical oxygen atmosphere, the surface of the oxide film 303 is flattened as compared to before the oxide film 303 is formed. It has also been found that isotropic oxidation is performed in the oxidation in a radical oxygen atmosphere.

ここで、図3(c)で使用したラジカル酸化ついて、図4を参照して具体的に説明する。   Here, the radical oxidation used in FIG. 3C will be described in detail with reference to FIG.

図4には、本発明のラジカル酸化処理を行うために使用したラジアルラインスロットアンテナを用いた装置の一例が示されている。図示された装置は、特許願9―133422(特表平10−33362号公報参照)に開示されたプラズマ装置と実質的に同等の構成を備え、本発明では、当該装置を用いて、シリコン酸化膜は次のようにして形成される。   FIG. 4 shows an example of an apparatus using a radial line slot antenna used for performing the radical oxidation treatment of the present invention. The illustrated apparatus has substantially the same configuration as the plasma apparatus disclosed in Japanese Patent Application No. 9-133422 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-33362). The film is formed as follows.

図4において、真空チャンバー401は、まず、真空状態にされ、続いて、シャワープレート402からKrガス、Oガスを導入し、処理室内の圧力を1Torr程度に設定する。一方、(110)面方位のシリコン403が加熱機構を持つ試料台404に置かれ、試料の温度が400℃程度になるように設定されている。この温度設定を200〜550℃の範囲内で変化させても、以下に述べる結果と殆ど同様の結果が得られる。 In FIG. 4, the vacuum chamber 401 is first brought to a vacuum state, and then Kr gas and O 2 gas are introduced from the shower plate 402 to set the pressure in the processing chamber to about 1 Torr. On the other hand, silicon (403) oriented in the (110) plane is placed on a sample stage 404 having a heating mechanism, and the temperature of the sample is set to about 400 ° C. Even if this temperature setting is changed within the range of 200 to 550 ° C., the result almost similar to the result described below can be obtained.

同軸導波管405から、ラジアルラインスロットアンテナ406、誘電体板407を通して、処理窒内に、2.45GHzのマイクロ波を供給し、処理室内に高密度のプラズマを生成する。また、供給するマイクロ波の周波数は、900MHz以上10GHz以下の範囲であれば以下に述べる結果はほとんど同様のものと成る。シャワープレート402とシリコン403の間隔は、本実施例では6cmにしている。この間隔は狭い方がより高速な酸化が可能となる。本実施形態では、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置を用いて酸化した例を示したが、他の方法を用いてマイクロ波を処理室内に導入しても良い。   A microwave of 2.45 GHz is supplied from the coaxial waveguide 405 to the processing nitrogen through the radial line slot antenna 406 and the dielectric plate 407, and high-density plasma is generated in the processing chamber. If the frequency of the supplied microwave is in the range of 900 MHz to 10 GHz, the results described below are almost the same. In this embodiment, the distance between the shower plate 402 and the silicon 403 is 6 cm. A narrower interval enables faster oxidation. In the present embodiment, an example of oxidation using a plasma apparatus using a radial line slot antenna is shown, but microwaves may be introduced into the processing chamber using other methods.

ラジカル酸素を含む雰囲気中でシリコン表面を酸化する場合、シリコン表面の突起部分への酸化種の付着確率が高い効果と、さらには、ラジカルが突起部に当ると、突起部が負に帯電し、O+やO+等の酸素イオンを引き寄せ易くなる効果が相乗し、突起部分が優先的に酸化され、結果として、シリコン表面には、平坦化されたシリコン酸化膜が形成されるものと推測される。 When oxidizing the silicon surface in an atmosphere containing radical oxygen, the effect of high adhesion of oxidized species to the protrusions on the silicon surface, and further, when the radicals hit the protrusions, the protrusions are negatively charged, It is presumed that the effect of easily attracting oxygen ions such as O + and O 2 + is synergistic and the protrusions are preferentially oxidized, and as a result, a flattened silicon oxide film is formed on the silicon surface. The

図5には、ドライ酸化をシリコン表面に施した場合と、ラジカル酸素を含む雰囲気中で酸化を施した場合で、酸化前後における表面平坦変化の様子が示されている。ここで、イニシャルは、前記低OH濃度のSC1工程を行った後の中心線平均粗さRaが示されており、図からも明らかな通り、Raは0.14〜0.16の範囲にある。   FIG. 5 shows how the surface flatness changes before and after oxidation when dry oxidation is performed on the silicon surface and when oxidation is performed in an atmosphere containing radical oxygen. Here, the initial shows the centerline average roughness Ra after performing the SC1 step of the low OH concentration. As is apparent from the figure, Ra is in the range of 0.14 to 0.16. .

このようなシリコン表面に、ドライ酸化により、シリコン酸化膜を形成した場合、Raは0.17〜0.19nmとの間に変化している。一方、本発明のように、ラジカル酸化によりシリコン酸化膜を形成した場合、その表面のRaは0.07nmよりも小さくなっている。このように、ドライ酸化の場合は、酸化によりラフネスが増加しているのに対し、ラジカル酸化を施すことにより、平坦性が向上していることが分かる。即ち、ラジカル酸化によって形成されたシリコン酸化膜の表面及び当該シリコン酸化膜を剥離した後のシリコン表面はラジカル酸化前のシリコン表面よりも平坦化されていることが判明した。このように、低OH濃度でRCA SC1洗浄工程により洗浄されたシリコン表面に、ラジカル酸化によって酸化膜(シリコン酸化膜)を形成すると、図5からも明らかな通り、シリコン酸化膜は中心線平均粗さRaを0.06nmまで平坦化することができる。換言すれば、ラジカル酸化のように等方性酸化を行うことによって、シリコン酸化膜の表面を平坦化できる。したがって、平坦化された酸化膜は除去、剥離することなく、そのまま、ゲート絶縁膜或いはゲート絶縁膜の一部として使用することもできる。   When a silicon oxide film is formed on such a silicon surface by dry oxidation, Ra changes between 0.17 and 0.19 nm. On the other hand, when a silicon oxide film is formed by radical oxidation as in the present invention, Ra on the surface thereof is smaller than 0.07 nm. Thus, in the case of dry oxidation, the roughness is increased by the oxidation, but it is understood that the flatness is improved by performing radical oxidation. That is, it was found that the surface of the silicon oxide film formed by radical oxidation and the silicon surface after peeling the silicon oxide film were flattened compared to the silicon surface before radical oxidation. In this way, when an oxide film (silicon oxide film) is formed by radical oxidation on the silicon surface cleaned by the RCA SC1 cleaning process at a low OH concentration, the silicon oxide film has a center line average roughness as is apparent from FIG. The thickness Ra can be flattened to 0.06 nm. In other words, the surface of the silicon oxide film can be planarized by performing isotropic oxidation such as radical oxidation. Therefore, the planarized oxide film can be used as it is as a part of the gate insulating film or the gate insulating film without being removed and peeled off.

図5に示された酸化後のラフネスは、酸化膜をHFとHCl混合液(体積比率、HF:HCl=1.19)に1分間浸して剥離した後のものである。尚、エッチングにHFとHCIの混合液を用いたのは、なるべく低OHイオン濃度の薬液を用いることにより、絶縁膜剥離時におけるシリコン表面のエッチングを抑制し、シリコンとゲート絶縁膜界面の状況を正確に把握する為である。酸化後のラフネスを測定する前に、(110)シリコンを、HFとHClの混合液に10分以上浸潰した後、浸漬前後でのRaの変化を調べた。この結果、浸漬前後において、(110)シリコンにRaの変化が認められず、シリコンのエッチングは生じないことが確認できた。このことにより、本評価手法の妥当性が確認出来た。以降、絶縁膜下のシリコン表面のラフネス値は、前記HFとHClの混合液に1分間浸して絶縁膜を剥離した後に評価した値とする。   The roughness after oxidation shown in FIG. 5 is obtained after the oxide film is immersed in a mixed solution of HF and HCl (volume ratio, HF: HCl = 1.19) for 1 minute and peeled off. In addition, the reason why the mixed liquid of HF and HCI is used for the etching is to suppress the etching of the silicon surface when the insulating film is peeled off by using a chemical solution having a low OH ion concentration as much as possible, and the situation of the interface between the silicon and the gate insulating film is controlled. This is to grasp accurately. Before measuring the roughness after oxidation, (110) silicon was immersed in a mixed solution of HF and HCl for 10 minutes or more, and the change in Ra before and after immersion was examined. As a result, it was confirmed that no change in Ra was observed in (110) silicon before and after the immersion, and no etching of silicon occurred. This confirmed the validity of this evaluation method. Thereafter, the roughness value of the silicon surface under the insulating film is a value evaluated after the insulating film is peeled off by immersing in the mixed solution of HF and HCl for 1 minute.

前述したように、ラジカル酸化を施した場合、表面の平坦性を向上させることができる。本ラジカル酸化処理を用いたシリコン表面の平坦化は、シリコン面方位や適応される半導体素子に限定されること無く、他の半導体素子にも応用が可能な技術である。   As described above, when radical oxidation is performed, the surface flatness can be improved. The planarization of the silicon surface using this radical oxidation treatment is a technique that can be applied to other semiconductor elements without being limited to the silicon plane orientation and the applicable semiconductor elements.

図3(d)に示すように、前述した酸化膜303の形成(図3(c))後、当該酸化膜303の剥離が行われる。本実施形態では、HF:HCl=1:19の体積比で混合したpHが1以下の薬液を使用して、酸化膜303を剥離した。   As shown in FIG. 3D, after the oxide film 303 is formed (FIG. 3C), the oxide film 303 is peeled off. In the present embodiment, the oxide film 303 is peeled off using a chemical solution having a pH of 1 or less mixed at a volume ratio of HF: HCl = 1: 19.

次に、図3(e)に示すように、ラジカル酸素を含む雰囲気中で素子領域のシリコン表面を酸化し、5nmのゲート絶縁膜(SiO)304を形成する。この状態で、シリコンを、HF:HCI=1:19の体積比で混合したpHが1以下の薬液に1分間浸漬を用いて、ゲート絶縁膜を剥離し、シリコン表面とゲート絶緑眼の界面ラフネスを評価したところ、中心線平均粗さRaで、0.06nmが達成できた。前述したように、酸化膜303をそのまま残して、酸化膜303をゲート酸化膜304として利用しても同様に、0.06nm以下の中心線平均粗さRaを有するゲート絶縁膜304を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 3E, the silicon surface of the element region is oxidized in an atmosphere containing radical oxygen to form a 5 nm gate insulating film (SiO 2 ) 304. In this state, silicon is mixed in a volume ratio of HF: HCI = 1: 19 and immersed in a chemical solution having a pH of 1 or less for 1 minute to remove the gate insulating film, and the interface between the silicon surface and the gate green eye. When the roughness was evaluated, the center line average roughness Ra was 0.06 nm. As described above, even if the oxide film 303 is left as it is and the oxide film 303 is used as the gate oxide film 304, the gate insulating film 304 having a center line average roughness Ra of 0.06 nm or less is formed similarly. Can do.

尚、本発明において形成されるシリコン酸化膜は、少なくともシリコンと接する部分に存在すればよく、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、本発明において形成されるシリコン酸化膜の代わりに、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属を用いた酸化物、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。更には、シリコン酸化膜、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。ここで、本発明においてゲート絶縁膜として使用できる高誘電膜を構成する材料を例示すると、Hf、Zr、Ta、Ti、La、Co、Y及びAlの一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属シリケート、Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから選ばれる一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属酸化物、Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから選ばれる一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属窒化物、あるいは、Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから一つ又は何れかの元素を組み合わせた金属酸窒化物が含まれる。   The silicon oxide film formed in the present invention only needs to be present at least in a portion in contact with silicon, and an oxide, nitride, or the like using a different material, an alkaline earth metal, a rare earth metal, or a transition metal on the upper layer. An insulating film in which one or more layers of oxynitride, silicate, and the like are stacked may be used. Further, instead of the silicon oxide film formed in the present invention, a single layer or a laminated structure such as an oxide, nitride, oxynitride, silicate, or the like using an alkaline earth metal, a rare earth metal, or a transition metal may be used. good. Furthermore, a film including any one or more of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film may be used. Here, as an example of a material constituting a high dielectric film that can be used as a gate insulating film in the present invention, a metal in which one or any element of Hf, Zr, Ta, Ti, La, Co, Y, and Al is combined. From silicate, Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Sr and Ba Metal oxide, Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, a combination of one or any selected elements Metal nitride combining one or any element selected from Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Sr and Ba, or Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, M , Bi, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, include metal oxynitride in combination with one or any one element of Sr and Ba.

図3(f)に戻ると、シリコン301の全面に、閾値電圧を制御するため、ボロンがイオン注入される。ボロンのイオン注入後、シリコン301の全面に、多結晶シリコン膜を堆積させ、これをパターニングして素子領域302のゲート絶縁膜304上に、多結晶シリコン電極(ゲート電極)305を形成する(図3(g))。   Returning to FIG. 3F, boron is ion-implanted over the entire surface of the silicon 301 in order to control the threshold voltage. After the boron ion implantation, a polycrystalline silicon film is deposited on the entire surface of the silicon 301 and patterned to form a polycrystalline silicon electrode (gate electrode) 305 on the gate insulating film 304 in the element region 302 (FIG. 3 (g)).

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n−ドレイン領域306を形成する(図3(h))。   Next, phosphorus is ion-implanted at a low concentration to form n-source and n-drain regions 306 that relax the high electric field (FIG. 3H).

次に、CVD法などにより、ゲート電極305を被覆するように、シリコン酸化膜(SiO)を、シリコン301の全面に堆積させた後、異方性エッチングを行って、ゲート電極305の側壁に側壁絶縁膜307を形成する(図3(i))。 Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) is deposited on the entire surface of the silicon 301 so as to cover the gate electrode 305 by CVD or the like, and then anisotropic etching is performed on the side wall of the gate electrode 305. Sidewall insulating films 307 are formed (FIG. 3I).

その後、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n+ドレイン領域308を形成し、n型トランジスタが得られた(図3(j))。   Thereafter, n-type impurities such as ions were implanted at a high concentration to form n + source and n + drain regions 308, and an n-type transistor was obtained (FIG. 3 (j)).

次に、図3(b)に示されたRCA洗浄後におけるRaと移動度との関係を検討した。ここでは、RCA洗浄工程のSC1洗浄時のアンモニア濃度を変化させることにより、シリコン表面の中心線平均粗さRaを、0.05〜0.18nmと変化させ、その際における移動度のラフネス散乱成分の変化を調べた。   Next, the relationship between Ra and mobility after RCA cleaning shown in FIG. Here, by changing the ammonia concentration during SC1 cleaning in the RCA cleaning step, the center line average roughness Ra of the silicon surface is changed from 0.05 to 0.18 nm, and the roughness scattering component of mobility at that time I examined the changes.

図6には、その結果が図6に示されている。図6より、Raが低下するに従い、移動度は向上することが分かる。前記した低OH濃度のSC1工程を用いた場合、Raは0.15nm程度であり、それが洗浄によって達成できる平坦限界と言える。これ対して、本発明の第1の実施形態のように、ラジカル酸化により酸化膜を形成し、それを剥離する工程を入れることで、Raを0.05nmまで平坦化が達成出来た。   FIG. 6 shows the result in FIG. FIG. 6 shows that the mobility increases as Ra decreases. When the SC1 process having the low OH concentration described above is used, Ra is about 0.15 nm, which can be said to be a flat limit that can be achieved by cleaning. On the other hand, as in the first embodiment of the present invention, the formation of an oxide film by radical oxidation and the step of removing it were performed, and thereby Ra could be flattened to 0.05 nm.

図6に示された(110)シリコンのRaと移動度との関係からも明らかなように、Raを0.15nm以下とすることで、電子移動度の向上現象を確認出来た。また、Raを0.09nm以下にすると、急激に移動度が増加することが分かった。0.09nmは急激な移動度上昇が起こり始める変曲点と言える。更に、Raを0.07nmまで平坦化することで、(100)表面で得られるキャリア電子移動度と同等の移動度が得られ、移動度は0.05nm以下まで改善されることが予測できる。   As is clear from the relationship between the Ra and mobility of (110) silicon shown in FIG. 6, the improvement phenomenon of electron mobility could be confirmed by setting Ra to 0.15 nm or less. Moreover, when Ra was 0.09 nm or less, it turned out that a mobility increases rapidly. It can be said that 0.09 nm is an inflection point at which a rapid increase in mobility starts to occur. Further, by flattening Ra to 0.07 nm, mobility equivalent to the carrier electron mobility obtained on the (100) surface can be obtained, and it can be predicted that the mobility is improved to 0.05 nm or less.

以上は、洗浄後、前記ラジカル酸化を行うことにより、非常に平坦な面を得ることが出来たことで、初めて得ることが出来た知見である。   The above is the knowledge that can be obtained for the first time because a very flat surface can be obtained by performing the radical oxidation after washing.

図6からも明らかな通り、第1の実施形態では、Ra=0.05nmを達成できており、従来技術と比較し、n型トランジスタの移動度を、1.6倍向上させることが実現できた。   As is clear from FIG. 6, in the first embodiment, Ra = 0.05 nm can be achieved, and the mobility of the n-type transistor can be improved 1.6 times compared to the prior art. It was.

さらに従来技術より、シリコン表面とゲート絶縁膜との界面が平坦であることから、ゲート絶縁膜の信頼性も向上させることが出来る。 Furthermore, since the interface between the silicon surface and the gate insulating film is flatter than in the prior art, the reliability of the gate insulating film can also be improved.

以上の(110)シリコン表面におけるキャリア電子移動度の向上については、電界効果トランジスタのみならず、広く、TFT、CCDやIGBT等の半導体素子についても、容易に応用が可能である。   The above improvement in carrier electron mobility on the (110) silicon surface can be easily applied not only to field effect transistors but also to semiconductor elements such as TFTs, CCDs, and IGBTs.

第2の実施形態
次に、図7を参照して、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
Second embodiment :
Next, with reference to FIG. 7, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described.

第1の実施形態では、表面にSiエピタキシャル成長処理を施した(110)シリコン面を用いたが、第2の実施形態では、表面にSiエピタキシヤル成長処理を施した(110)シリコン面を、<100>方向へ8°オフさせたシリコン面を用い、更に、シリコン酸窒化膜を用いた場合について述べる。尚、前述の8°オフさせた面は、(551)シリコン面と言い換えることができ、且つ、当該(551)シリコン面も実質的に(110)シリコン面に含まれている。   In the first embodiment, the (110) silicon surface subjected to Si epitaxial growth treatment on the surface is used. However, in the second embodiment, the (110) silicon surface subjected to Si epitaxial growth treatment on the surface is < A case where a silicon surface which is turned off by 8 ° in the 100> direction is used and a silicon oxynitride film is further used will be described. The above-mentioned plane turned off by 8 ° can be rephrased as a (551) silicon surface, and the (551) silicon surface is substantially included in the (110) silicon surface.

図7(a)に示すように、p型(551)シリコン701の表面に、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法により素子分離が施され、ソースドレイン及びチャネル領域を含む素子領域702が形成される。   As shown in FIG. 7A, element isolation is performed on the surface of p-type (551) silicon 701 by, for example, STI (Shallow Trench Isolation), thereby forming an element region 702 including a source / drain and a channel region. The

次に、図7(b)に示すように、素子領域702に対し、有機物、パーティクル、メタル汚染除去の為、RCA洗浄が施される。尚、第1の実施形態と同様に、SC1時におけるラフネス増加を抑制するために、NHOH:H:HO=0.05:1:5と、OH濃度を下げた薬液を使用した。 Next, as shown in FIG. 7B, the element region 702 is subjected to RCA cleaning in order to remove organic matter, particles, and metal contamination. As in the first embodiment, NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5, a chemical solution with a reduced OH concentration, is used to suppress an increase in roughness during SC1. It was used.

その後、図7(c)及び(d)のように、素子領域のシリコン表面の平坦化処理として、300℃〜500℃のラジカル酸素を含む雰囲気中で、素子領域表面に犠牲酸化膜703を形成し、更に、前記犠牲酸化膜を剥離する。本実施形態では、犠牲酸化膜剥離に、HF:HCl=1:19の体積比で混合したpHが1以下の薬液を使用した。その時点での表面状況を観察すると、図8に示すように、(110)面が表面に現れたテラスと、<−110>方向に沿ったステップにより、自己整合的に、階段状の形状が現れる。ステップの高さは0.17〜0.35nm程度、中心線平均粗さRaで0.04nm程度が好ましい。尚、犠牲酸化膜は必ずしも剥離される必要はないことは前述した通りである。   Thereafter, as shown in FIGS. 7C and 7D, a sacrificial oxide film 703 is formed on the surface of the element region in an atmosphere containing radical oxygen at 300 ° C. to 500 ° C. as a planarization process of the silicon surface of the element region. Further, the sacrificial oxide film is peeled off. In the present embodiment, a chemical solution having a pH of 1 or less mixed at a volume ratio of HF: HCl = 1: 19 was used for removing the sacrificial oxide film. When the surface condition at that time is observed, as shown in FIG. 8, a step shape is formed in a self-aligning manner by a step along the <−110> direction and a terrace with the (110) plane appearing on the surface. appear. The step height is preferably about 0.17 to 0.35 nm, and the center line average roughness Ra is preferably about 0.04 nm. As described above, the sacrificial oxide film does not necessarily have to be peeled off.

次に、図7(e)に示すように、ラジカル酸素を含む雰囲気で素子領域のシリコン表面を酸化し、ゲート絶縁膜(酸窒化膜)704を形成する。この状態で、ゲート絶縁膜を、HF:HCl=1:19の体積比で混合したpHが1以下の薬液に浸漬して剥離し、シリコン表面とゲート絶縁膜の界面ラフネスを評価したところ、中心線平均粗さRaで、0.05nmが達成できた。尚、比較の為に、ラジカル犠牲酸化処理を行わなかったシリコン表面の中心線平均粗さRaを調べたところ、0.15nmであった。   Next, as shown in FIG. 7E, the silicon surface of the element region is oxidized in an atmosphere containing radical oxygen to form a gate insulating film (oxynitride film) 704. In this state, the gate insulating film was immersed and peeled off in a chemical solution having a pH ratio of 1 or less mixed at a volume ratio of HF: HCl = 1: 19, and the interface roughness between the silicon surface and the gate insulating film was evaluated. A line average roughness Ra of 0.05 nm was achieved. For comparison, the centerline average roughness Ra of the silicon surface that was not subjected to radical sacrificial oxidation treatment was 0.15 nm.

本発明の電界効果トランジスタのゲートシリコン酸窒化膜は、第1の実施形態と同様に、ラジアルラインスロットアンテナを用いたマイクロ波励起プラズマ処置(図4)を使用することによって形成できる。具体的には、シリコン酸窒化膜は次のようにして形成される。まず、図4に示された真空チャンバー401内を真空にし、シャワープレート402からKrガス、Oガス、NHガスを導入し、処理室内の圧力を1 Torr程度に設定する。一方、加熱機構を持つ試料台404には、(110)面方位のシリコン403を置き、試料の温度が400℃程度になるように設定する。この温度設定は200〜550℃の範囲内で以下に述べる結果はほとんど同様のものとなる。 The gate silicon oxynitride film of the field effect transistor of the present invention can be formed by using a microwave-excited plasma treatment (FIG. 4) using a radial line slot antenna, as in the first embodiment. Specifically, the silicon oxynitride film is formed as follows. First, the inside of the vacuum chamber 401 shown in FIG. 4 is evacuated, Kr gas, O 2 gas, and NH 3 gas are introduced from the shower plate 402, and the pressure in the processing chamber is set to about 1 Torr. On the other hand, on a sample stage 404 having a heating mechanism, silicon (403) oriented in the (110) plane is placed, and the temperature of the sample is set to about 400 ° C. This temperature setting is in the range of 200 to 550 ° C., and the results described below are almost the same.

この状態で、同軸導波管405から、ラジアルラインスロットアンテナ406、誘電体板407を通して、処理室内に、2.45GHzのマイクロ波を供給し、処理室内に高密度のプラズマを生成する。シャワープレート402とシリコン403の間隔は、本実施形態では6cmにしている。本実施形態の説明は、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ装置を用いて酸化した例を示したが、他の方法を用いてマイクロ波を処理室内に導入しても良い。   In this state, a 2.45 GHz microwave is supplied from the coaxial waveguide 405 through the radial line slot antenna 406 and the dielectric plate 407 into the processing chamber, and high-density plasma is generated in the processing chamber. The distance between the shower plate 402 and the silicon 403 is 6 cm in this embodiment. In the description of the present embodiment, an example in which oxidation is performed using a plasma apparatus using a radial line slot antenna is shown, but microwaves may be introduced into the processing chamber using other methods.

本発明のシリコン酸窒化膜形成においては、水素が存在することがひとつの重要な要件である。プラズマ中に水素が存在することにより、シリコン酸窒化膜中及び界面のダングリングボンドがSi−H、N−H結合を形成して終端され、その結果、シリコン酸窒化膜及び界面の電子トラップが無くなる。Si−H結合、N−H結合が本発明の酸窒化膜に存在することは、それぞれF11R、XPSを測定することで確認されている。水素が存在することで、CV特性のヒステリシスも無くなり、シリコンとシリコン酸窒化膜界面密度も3×1010cm−2と低く抑えられる。希ガス(ArまたはKr)とO、N、Hの混合ガスを使用してシリコン酸窒化膜を形成する場合には、水素ガスの分圧を0.5%以上とすることで、膜中の電子や正孔のトラップが急激に減少することが判明した。 In the formation of the silicon oxynitride film of the present invention, the presence of hydrogen is one important requirement. Due to the presence of hydrogen in the plasma, dangling bonds in the silicon oxynitride film and at the interface are terminated by forming Si—H and N—H bonds, and as a result, electron traps at the silicon oxynitride film and the interface are generated. Disappear. The presence of Si—H bonds and N—H bonds in the oxynitride film of the present invention has been confirmed by measuring F11R and XPS, respectively. The presence of hydrogen eliminates the hysteresis of the CV characteristics, and the interface density between silicon and the silicon oxynitride film can be suppressed to a low level of 3 × 10 10 cm −2 . When a silicon oxynitride film is formed using a mixed gas of a rare gas (Ar or Kr) and O 2 , N 2 , H 2 , the partial pressure of hydrogen gas is set to 0.5% or more, It was found that the traps of electrons and holes in the film decreased rapidly.

本発明において、マイクロ波励起プラズマ処理室内に導入するガスを、例えば、Krガス、NHガスとすることで、シリコン窒化膜を形成することも可能となる。 In the present invention, the silicon nitride film can be formed by using, for example, Kr gas or NH 3 gas as the gas introduced into the microwave-excited plasma processing chamber.

更に、本発明において形成されるシリコン酸窒化膜またはシリコン窒化膜は、少なくともシリコンと接する部分に存在すればよく、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。また本発明において形成されるシリコン酸窒化膜の代わりに、アルカリ土類金属、希土類金属、遷移金属を用いた酸化物、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。   Furthermore, the silicon oxynitride film or silicon nitride film formed in the present invention may be present at least in a portion in contact with silicon, and an oxidation using a different material, alkaline earth metal, rare earth metal, or transition metal on the upper layer. An insulating film in which one or more layers of nitride, nitride, oxynitride, silicate, or the like are stacked may be used. Further, instead of the silicon oxynitride film formed in the present invention, a single layer or a laminated structure such as an oxide, nitride, oxynitride, silicate, or the like using an alkaline earth metal, a rare earth metal, or a transition metal may be used. good.

図7に戻ると、前述したゲート絶縁膜形成後、シリコン701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7(f))。   Returning to FIG. 7, after the gate insulating film is formed, boron is ion-implanted over the entire surface of the silicon 701 to control the threshold voltage (FIG. 7F).

続いて、シリコン701の全面に、多結晶シリコン膜を堆積させ、これをパターニングして、図7(g)に示すように、素子領域フ702のゲート絶縁膜703上に、多結晶シリコン電極705をゲート電極として形成する。次に、図7(h)に示すように、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706を形成する。   Subsequently, a polycrystalline silicon film is deposited on the entire surface of the silicon 701 and patterned to form a polycrystalline silicon electrode 705 on the gate insulating film 703 in the element region 702 as shown in FIG. Are formed as gate electrodes. Next, as shown in FIG. 7H, phosphorus is ion-implanted at a low concentration to form n-source and drain regions 706 that relax the high electric field.

更に、CVD法などにより、ゲート電極4を被覆するように、シリコン酸化膜(SiO)を、シリコン701の全面に堆積させた後、異方性エッチングを行って、図7(i)に示すように、ゲート電極705の側壁に側壁絶縁膜707を形成する。 Further, a silicon oxide film (SiO 2 ) is deposited on the entire surface of the silicon 701 so as to cover the gate electrode 4 by a CVD method or the like, and then anisotropic etching is performed, as shown in FIG. As described above, a sidewall insulating film 707 is formed on the sidewall of the gate electrode 705.

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708を形成し、n型トランジスタが得られた(図7(j))。   Thereafter, an n-type impurity such as arsenic was ion-implanted at a high concentration to form n + source and drain regions 708, whereby an n-type transistor was obtained (FIG. 7 (j)).

上記した本発明の第2の実施形態に係る製造方法で作製された電界効果トランジスタのキャリア電子移動度を評価した結果、従来技術と比較し、移動度を1.6倍向上させることが実現できた。   As a result of evaluating the carrier electron mobility of the field effect transistor manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention described above, the mobility can be improved by 1.6 times compared to the conventional technique. It was.

更に、従来技術より、シリコン表面とゲート絶縁膜との界面が平坦であることから、ゲート絶縁膜の信頼性も向上させることが出来る。   Furthermore, since the interface between the silicon surface and the gate insulating film is flatter than in the prior art, the reliability of the gate insulating film can also be improved.

以上、シリコン表面をラジカル犠牲酸化処理によって平坦化した場合の実施形態を示したが、ラジカル犠牲酸化処理以外の手法を用いても、平坦性を維持または向上させることができる。   As described above, the embodiment in which the silicon surface is planarized by radical sacrificial oxidation treatment has been described. However, flatness can be maintained or improved even by using a technique other than radical sacrificial oxidation treatment.

第3の実施形態
まず、湿式酸化を用いた平坦性向上の実施形態を第3の実施形態として説明する。
Third embodiment :
First, an embodiment for improving flatness using wet oxidation will be described as a third embodiment.

比較的大きいラフネスを有する表面を備えた(110)シリコンを用意し、1000℃、H=1slm、O=1slmの条件で、当該シリコン表面を湿式酸化し、シリコン酸化膜3000Aを形成する(第1工程)。次に、HFを含むHO薬液により、シリコン酸化膜を残膜厚0〜2500Aとなるまでエッチバックを行い(第2工程)、その後、第1工程と第2工程を、2回繰り返し、最後にHF:HCl=1:19の体積比で混合したpHが1以下の薬液を用いシリコン酸化膜を完全に剥離した。 (110) silicon having a surface having a relatively large roughness is prepared, and the silicon surface is wet-oxidized under the conditions of 1000 ° C., H 2 = 1 slm, O 2 = 1 slm to form a silicon oxide film 3000A ( First step). Next, etch back the silicon oxide film with a H 2 O chemical solution containing HF until the remaining film thickness becomes 0 to 2500 A (second step), and then repeat the first step and the second step twice. Finally, the silicon oxide film was completely removed using a chemical solution having a pH of 1 or less mixed at a volume ratio of HF: HCl = 1: 19.

その結果を図9に示す。図9の横軸は、第2工程におけるシリコン酸化膜の残膜量(厚さ)を示し、縦軸は中心線平均粗さRaを示している。リファレンスとして、一度に9000Aのシリコン酸化膜を形成し、HF:HCl=1:19の体積比で混合したpHが1以下の薬液を用いてシリコン酸化膜を剥離したものを示す。   The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 9 indicates the amount (thickness) of the remaining silicon oxide film in the second step, and the vertical axis indicates the centerline average roughness Ra. As a reference, a silicon oxide film of 9000 A formed at a time and the silicon oxide film peeled off using a chemical solution having a pH of 1 or less mixed at a volume ratio of HF: HCl = 1: 19 is shown.

この結果、第2工程におけるエッチバック時の残膜厚を小さくするに従い、Raは低減することが分かり、残膜厚1000Aでほぼ飽和している。しかしながら、残膜0、つまり、シリコン酸化膜を全て剥離し切ってしまうと、平坦化の効果が失われる。   As a result, it is found that Ra decreases as the remaining film thickness at the time of etch back in the second process is reduced, and is almost saturated at the remaining film thickness of 1000A. However, if the remaining film 0, that is, the silicon oxide film is completely peeled off, the planarization effect is lost.

これは、薬液処理によりシリコン面が露出すると、薬液自身によるシリコン表面のアタックやメタル汚染付着などの平坦化を阻害する要因が増加することに起因するものと推測される。また、第2工程における残膜量を適切な値、例えば、残膜100Aなどにすれば、一度に9000Aのシリコン酸化膜を形成し剥離するよりも、第1工程と第2工程を繰り返した処理を行った方が、平坦化効果が高いことが確認出来た。   This is presumed to be due to the fact that, when the silicon surface is exposed by the chemical treatment, the factors that obstruct the planarization such as attack of the silicon surface and adhesion of metal contamination due to the chemical itself increase. Further, if the remaining film amount in the second process is set to an appropriate value, for example, the remaining film 100A, the process in which the first process and the second process are repeated rather than forming and peeling the 9000A silicon oxide film at a time. It was confirmed that the effect of flattening was higher.

酸化とエッチバックによる平坦化効果のメカニズムは不明であるが、エッチバックにより残膜を薄くすると、シリコンとシリコン酸化膜界面付近に、湿式酸化時の酸化種が均一に届きやすくなることも一因と推測される。   The mechanism of the planarization effect due to oxidation and etchback is unknown, but if the remaining film is thinned by etchback, the oxidized species during wet oxidation can easily reach the vicinity of the interface between silicon and silicon oxide. It is guessed.

更に、第1工程と第2工程の繰り返し回数と平坦性との関係を調べ、その結果を図10に示す。図10の横軸は、繰り返し回数、縦軸は中心線平均粗さRaである。図10からも明らかな通り、繰り返し3回を超えると、ほぼ飽和の傾向が見られ、繰り返し回数には適正値があることが確認出来た。   Further, the relationship between the number of repetitions of the first step and the second step and the flatness is examined, and the result is shown in FIG. In FIG. 10, the horizontal axis represents the number of repetitions, and the vertical axis represents the centerline average roughness Ra. As is clear from FIG. 10, when the number of repetitions exceeds 3, the tendency of saturation is almost observed, and it has been confirmed that the number of repetitions has an appropriate value.

以上より、湿式ガスを用いた酸化を行い(第1工程)、酸化膜を剥離すること無く10A以上1000A以下までエッチバックを行い(第2工程)、その後、第1工程と第2工程を所望数繰り返し、最後にHFを含む水溶液により酸化膜を剥離することによっても、シリコン表面をイニシャルウェハーに比較して平坦化することが出来る。   As described above, oxidation using wet gas is performed (first step), etch back is performed from 10 A to 1000 A without peeling the oxide film (second step), and then the first step and the second step are desired. The silicon surface can be flattened as compared with the initial wafer also by peeling the oxide film several times and finally with an aqueous solution containing HF.

第4の実施形態
次に、薬液処理を用いて平坦性維持及び改善する手法を本発明の第4の実施形態として説明する。シリコン表面の洗浄にはRCA洗浄が多用されていることは前述した通りであるが、RCA洗浄工程のSC1洗浄(80℃程度に昇温させたアンモニアと過酸化水素水と純水液中にシリコンを浸漬しての洗浄)中に、Si−Si結合の弱い部分がOHイオンによりアタックされ、Si表面が荒れることが知られている。SC1処理では、過酸化水素水によるシリコン表面の酸化と、OHイオンによるSi−Oエッチング、さらにはSi一Siエツチングによるエッチバックを同時に進行させる。そのことにより、パーティクル除去や有機物汚染除去の効果が高いという特徴を有するものの、Si表面を荒らすという副作用が存在する。シリコン表面をなるべく荒らさない為には、アルカリ洗浄を無くした洗浄処理方法が求められる。アルカリ洗浄処理を無くし、RCAと同等レベル以上のパーティクル除去、有機汚染除去、メタル汚染除去能力を有する洗浄方法として、特開平11−057636号公報に、5つの工程を用いた洗浄処理方法が示されている。
Fourth embodiment :
Next, a method for maintaining and improving flatness using chemical processing will be described as a fourth embodiment of the present invention. As described above, the RCA cleaning is frequently used for cleaning the silicon surface. However, the SC1 cleaning in the RCA cleaning step (silicon in the ammonia, hydrogen peroxide solution and pure water solution heated to about 80 ° C. is used. It is known that a portion having a weak Si—Si bond is attacked by OH ions during the cleaning of the Si surface and the Si surface is roughened. In the SC1 treatment, oxidation of the silicon surface with hydrogen peroxide, Si—O etching with OH ions, and etch back by Si—Si etching are simultaneously performed. Although it has the feature that the effect of particle removal and organic substance contamination removal is high, there exists a side effect of roughening the Si surface. In order not to roughen the silicon surface as much as possible, a cleaning method that eliminates alkali cleaning is required. JP-A-11-057636 discloses a cleaning method using five steps as a cleaning method that eliminates alkali cleaning treatment and has particle removal, organic contamination removal, and metal contamination removal capability equal to or higher than those of RCA. ing.

当該公報に示された洗浄方法は、オゾンを含有する純水による洗浄を行う第1工程、500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFとHOと界面活性剤とを含有する洗浄液による洗浄を行う第2工程、オゾンを含有する純水による洗浄を行う第3工程、シリコン酸化膜を除去する為のHFとHOを含有する洗浄液による洗浄を行う第4工程、純水による洗浄を行う第5工程からなることを特徴としている。 The cleaning method disclosed in the publication is a first step of cleaning with pure water containing ozone, and cleaning with a cleaning liquid containing HF, H 2 O, and a surfactant while applying vibration at a frequency of 500 kHz or higher. A second step of performing cleaning, a third step of cleaning with pure water containing ozone, a fourth step of cleaning with a cleaning solution containing HF and H 2 O for removing the silicon oxide film, and cleaning with pure water It consists of the 5th process to perform.

特開平11−057636号公報に示された洗浄方法は、前述のようにアルカリ処理が入っていないことから、Si表面の平坦性を損なうことなく洗浄を行うことができるものと推測され、当該公報には、洗浄前又は後の表面がRaで0.11nmに保たれている例が示されている。しかしながら、当該公報には、RCA洗浄を施した場合、表面ラフネス(Ra)が荒れると言う事実について指摘していない。更に、当該公報は、本発明者等の一部による実験結果を示しており、(100)面方位をその表面に有するシリコンに限って行った実験結果である。(110)面方位をその表面に有するシリコンの場合、イニシャルウェハーが0.15nm以下のものは得られないし、同方法を用いても0.15nm以下のRaは得られない。また、特開平11−057636号公報では、(100)面方位の中心線平均粗さRaを(0.09)nm以下にする手法については、開示していない。   Since the cleaning method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-057636 does not include alkali treatment as described above, it is estimated that cleaning can be performed without impairing the flatness of the Si surface. Shows an example in which the surface before or after cleaning is maintained at 0.11 nm in Ra. However, this publication does not point out the fact that the surface roughness (Ra) becomes rough when RCA cleaning is performed. Further, this publication shows experimental results by a part of the present inventors and the like, and is experimental results conducted only on silicon having (100) plane orientation on the surface thereof. In the case of silicon having (110) plane orientation on its surface, an initial wafer having a thickness of 0.15 nm or less cannot be obtained, and Ra of 0.15 nm or less cannot be obtained using this method. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-057636 does not disclose a method of setting the centerline average roughness Ra of (100) plane orientation to (0.09) nm or less.

本発明者等は、前述した第1〜第5の工程のうち、第2工程及び第4の工程に用いるHOを脱気させ、溶存酸素量を下げる処理を施すことによって、表面の平坦性を維持できることを見出した。ここでは、この方法を本発明の第4の実施形態として説明すると、当該第4の実施形態における第2工程では、第1工程において形成されたシリコン酸化膜を除去し、パーティクルの除去を行い、同じく、第4工程においては、第3工程において形成されたシリコン酸化膜を除去し、メタル汚染の除去を行っている。 The present inventors flatten the surface by degassing H 2 O used in the second step and the fourth step among the first to fifth steps described above to reduce the amount of dissolved oxygen. It was found that sex can be maintained. Here, this method will be described as a fourth embodiment of the present invention. In the second step of the fourth embodiment, the silicon oxide film formed in the first step is removed, particles are removed, Similarly, in the fourth step, the silicon oxide film formed in the third step is removed to remove metal contamination.

第2及び第4の工程において、薬液中に溶存酸素が存在すると、HFにより除去されたSi表面において、Si−Si結合の弱い部分が選択的に再酸化され、更に、HFにより除去されることが同時に進行し、結果、表面ラフネスが増大してしまう。そこで、第4の実施形態では、第2および第4の工程における溶存酸素量を従来のppmオーダーから100ppb以下(好ましくは、10ppb以下)まで下げ、薬液処理を行った結果、表面ラフネス(Ra)を維持できることを見出した。   In the second and fourth steps, when dissolved oxygen is present in the chemical solution, a weak part of the Si-Si bond is selectively reoxidized on the Si surface removed by HF and further removed by HF. Proceed simultaneously, resulting in an increase in surface roughness. Therefore, in the fourth embodiment, the amount of dissolved oxygen in the second and fourth steps is lowered from the conventional ppm order to 100 ppb or less (preferably 10 ppb or less), and the chemical treatment is performed. As a result, surface roughness (Ra) It was found that can be maintained.

より具体的に説明すると、(110)シリコンに対しオゾン5ppm含む純水による洗浄を5分行い(第1工程)、950kHzの周波数の振動を与えながら、脱気した0.5%HF水と、脱気したHOと、50ppmの界面活性剤とを含有する洗浄液による洗浄を5分行った(第2工程)。次に、オゾンを5ppm含有する純水による洗浄を5分行い(第3工程)、酸化膜を除去する為の脱気した0.5%HFと脱気したHOを含有する洗浄液による洗浄を1分行い(第4工程)、脱気したHOにHを0.1〜50ppm添加した超純水による洗浄を10分行った(第5工程)。 More specifically, (110) cleaning with pure water containing 5 ppm of ozone is performed for 5 minutes (first step), and 0.5% HF water deaerated while giving vibration at a frequency of 950 kHz, Cleaning with a cleaning solution containing degassed H 2 O and 50 ppm of surfactant was performed for 5 minutes (second step). Next, cleaning with pure water containing 5 ppm of ozone is performed for 5 minutes (third step), and cleaning with a cleaning solution containing degassed 0.5% HF and degassed H 2 O to remove the oxide film is performed. Was performed for 1 minute (fourth step), and cleaning with ultrapure water in which 0.1 to 50 ppm of H was added to degassed H 2 O was performed for ten minutes (fifth step).

また、洗浄は、シリコンを洗浄液に浸漬する事で行った。洗浄が終了したシリコン表面のラフネスを、従来のRCAと比較した結果を図11に示す。図11からも明らかな通り、洗浄前にRaが0.08nmのシリコン表面に、従来技術のRCA洗浄を施すと、0.13nmまで粗くなるが、本発明の実施形態では、0.10nmと荒れが緩和していることが分かる。   The cleaning was performed by immersing silicon in the cleaning solution. FIG. 11 shows the result of comparing the roughness of the cleaned silicon surface with a conventional RCA. As is clear from FIG. 11, when the conventional RCA cleaning is performed on the silicon surface with Ra of 0.08 nm before the cleaning, the surface becomes rough to 0.13 nm. However, in the embodiment of the present invention, the surface is rough as 0.10 nm. Can be seen to ease.

尚、本発明のように、シリコン酸化膜を剥離する際に、HFと、100ppb以下の溶存酸素濃度を有するHOとを含有する洗浄液を用いることで、シリコン表面の荒れを緩和することが出来る技術は、実質的に(110)の面方位を有するシリコンのみならず、他の面方位(例えば、(100)の面方位)にも応用が可能である。更に、本発明はシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜のいずれか一つを剥離処理を行う際にも利用できる。 As in the present invention, when the silicon oxide film is peeled off, the surface roughness of the silicon surface can be alleviated by using a cleaning solution containing HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less. The technology that can be applied is applicable not only to silicon having a substantially (110) plane orientation but also to other plane orientations (for example, (100) plane orientation). Furthermore, the present invention can also be used when any one of a silicon nitride film and a silicon oxynitride film is peeled off.

また、第2工程及び第4工程に用いるHOを脱気させ、その後、水素を0.1〜50ppm添加することで、溶存酸素量を下げる効果に加え、OHイオン濃度を下げることを試み、RCAと比較した結果も図11に示す。この結果、Raは、イニシャルウェハーの0.08nmと比較し、0.01nm程度、荒れるものの、その程度は低減出来ていることが分かる。特に、第2工程においては、従来技術だと、500kHz以上の周波数の振動を与えながら処理すると、HOがHとOHに解離し、OH濃度が上昇すると言う間題があった。本発明では、HFに、脱気することで溶存酸素が100ppb以下とした後にHを50ppm添加したHOと、50ppmの界面活性剤とを含有する洗浄液による洗浄を行うことにより、Raを実質的に維持できる。このことは、OHの発生を抑制した超音波洗浄が第2工程で行われていることを意味している。尚、溶存酸素は10ppb以下が好ましい。 In addition, by degassing H 2 O used in the second step and the fourth step, and then adding 0.1 to 50 ppm of hydrogen, in addition to the effect of lowering the amount of dissolved oxygen, an attempt is made to lower the OH ion concentration. FIG. 11 also shows the result of comparison with RCA. As a result, it can be seen that Ra is reduced by about 0.01 nm compared to 0.08 nm of the initial wafer, but the level is reduced. In particular, in the second step, the conventional technique has a problem that H 2 O is dissociated into H and OH and the OH concentration is increased when the treatment is performed while applying vibrations having a frequency of 500 kHz or more. In the present invention, Ra is substantially removed by performing cleaning with a cleaning solution containing 50 ppm of H 2 O added with 50 ppm of H after degassing and reducing dissolved oxygen to 100 ppb or less. Can be maintained. This means that ultrasonic cleaning with suppressed generation of OH is performed in the second step. The dissolved oxygen is preferably 10 ppb or less.

更に、第2工程及び第4工程に用いるHOを脱気させ、その後、水素を0.1〜50ppm添加した薬液を使用することに加え、5つの工程を処理するにあたり、洗浄開始から終了まで、洗浄薬液とシリコン表面共に空気に晒すことの無い装置内で処理することで、空気中から薬液へ酸素が溶け込むことを防止した。従来のRCAと比較した結果をも図11に示す。図からも明らかな通り、イニシャルウェハーの0.08nmと比較して荒れは生じず、表面ラフネス(Ra)を維持できることが分かる。 Furthermore, H 2 O used in the second step and the fourth step is degassed, and then, in addition to using a chemical solution to which 0.1 to 50 ppm of hydrogen is added, the cleaning process starts and ends when the five processes are performed. Until now, both the cleaning chemical and the silicon surface were treated in an apparatus that was not exposed to air, thereby preventing oxygen from dissolving into the chemical from the air. The result compared with the conventional RCA is also shown in FIG. As is clear from the figure, it can be seen that the surface roughness (Ra) can be maintained without causing roughness as compared with 0.08 nm of the initial wafer.

前述した半導体の処理或いは洗浄は、pHが7以下の非アルカリ性の液体のみで行われても良い。この場合、超音波洗浄をOHの発生を抑制しつつ行っても良いし、OH発生の抑制はHを添加することによって行っても良い。 The semiconductor treatment or cleaning described above may be performed only with a non-alkaline liquid having a pH of 7 or less. In this case, ultrasonic cleaning may be performed while suppressing generation of OH, and suppression of generation of OH may be performed by adding H 2 .

いずれにしても、図11に示した実施形態では、(110)面方位のシリコンを5つの工程で洗浄することにより、0.11nm以下の中心線平均粗さRaを有するシリコン表面を得ることができた。また、(100)面方位を有するシリコンに適用した場合、0.09nm以下の中心線平均粗さを得ることができた。   In any case, in the embodiment shown in FIG. 11, the silicon surface having a center line average roughness Ra of 0.11 nm or less can be obtained by cleaning silicon with (110) orientation in five steps. did it. Further, when applied to silicon having a (100) plane orientation, a center line average roughness of 0.09 nm or less could be obtained.

図12(a)及び12(b)を参照すると、上述した本発明の手法により平坦化された(110)面方位を有するシリコン表面に、実際に、pMOS及びnMOSトランジスタが形成された場合における各pMOS及びnMOSトランジスタの移動度が示されている。pMOS及びnMOSトランジスタの移動度は良く知られているように、それぞれ正孔移動度(hole mobility)及び電子移動度(electron mobility)によって評価される。図12(a)からも明らかな通り、本発明に係るpMOSは、従来の(100)シリコン面に形成されたpMOSの移動度(100)に比較して、大きな移動度(110)を有していることが分る。また、図12(b)を参照すると、(100)面方位のシリコン表面に形成されたnMOSに比較して、(110)で示された本発明に係るnMOSは若干低い電子移動度を示すものの、従来の(110)面に形成されたnMOSに比較して改善された電子移動度を示している。   Referring to FIGS. 12A and 12B, each of the pMOS and nMOS transistors in the case where the pMOS and nMOS transistors are actually formed on the silicon surface having the (110) plane orientation flattened by the method of the present invention described above. The mobility of pMOS and nMOS transistors is shown. As is well known, the mobility of the pMOS and nMOS transistors is evaluated by the hole mobility and the electron mobility, respectively. As is clear from FIG. 12A, the pMOS according to the present invention has a large mobility (110) compared to the mobility (100) of the pMOS formed on the conventional (100) silicon surface. You can see that Referring to FIG. 12 (b), the nMOS according to the present invention shown in (110) shows slightly lower electron mobility than the nMOS formed on the (100) plane silicon surface. The electron mobility improved compared with the conventional nMOS formed on the (110) plane.

いずれにしても、本発明に係るpMOS及びnMOSは従来方法で(110)シリコン上に形成されるpMOS及びnMOSに比較して、約20%改善された正孔移動度及び電子移動度を示すことが判明した。   In any case, the pMOS and nMOS according to the present invention exhibit hole mobility and electron mobility improved by about 20% compared to the pMOS and nMOS formed on (110) silicon by the conventional method. There was found.

次に、図13を参照すると、(100)面に形成された従来のnMOS及び平坦化された(110)面に形成された本発明のpMOS及びnMOSにおける(1/f)ノイズの測定結果が示されている。図13からも明らかな通り、本発明に係るpMOS及びnMOSは従来の(100)シリコンに形成されたnMOSに比較して、(1/f)ノイズ特性を約1桁改善できる。   Next, referring to FIG. 13, the measurement results of (1 / f) noise in the conventional nMOS formed on the (100) plane and the pMOS and nMOS of the present invention formed on the flattened (110) plane are shown. It is shown. As is apparent from FIG. 13, the pMOS and nMOS according to the present invention can improve the (1 / f) noise characteristics by about one digit compared with the conventional nMOS formed in (100) silicon.

従来技術における電界効果トランジスタの製造工程を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing process of the field effect transistor in a prior art. シリコン表面の中心線平均粗さRaと界面ラフネススペクトルとの関係を調べたシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result which investigated the relationship between the centerline average roughness Ra of a silicon surface, and an interface roughness spectrum. 本発明の第1の実施形態に係る電界効果トランジスタの製造工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing process of the field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図3の製造工程で使用される装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the apparatus used at the manufacturing process of FIG. 本発明の第1の実施形態に係る製造方法による効果を説明するグラフであり、ここでは、シリコン表面の平坦化に対する酸化方法の依存性を示している。It is a graph explaining the effect by the manufacturing method concerning a 1st embodiment of the present invention, and shows the dependence of the oxidation method to the planarization of the silicon surface here. シリコン表面の中心線平均組さRaと電子移動度との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the centerline average group Ra on the silicon surface and the electron mobility. 本発明の第2の実施形態に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図7に示された製造方法で使用される(551)面における原子ステップの模式図である。It is a schematic diagram of the atomic step in the (551) plane used with the manufacturing method shown by FIG. 本発明の第3の実施形態に係る製造方法の第2工程におけるシリコン酸化膜のエッチバック残膜量とRaとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the etch-back residual film quantity of the silicon oxide film in the 2nd process of the manufacturing method which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and Ra. 本発明の第3の実施形態で行われる第1工程と第2工程の繰り返し回数とRaとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between Ra and the frequency | count of repetition of the 1st process performed in the 3rd Embodiment of this invention, and a 2nd process. 本発明の第4の実施形態に係る表面平坦性維持手法の効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of the surface flatness maintenance technique concerning a 4th embodiment of the present invention. (a)及び(b)はそれぞれ本発明に係るpMOS及びnMOSの移動度を説明するグラフである。(A) And (b) is a graph explaining the mobility of pMOS and nMOS concerning the present invention, respectively. 本発明に係るpMOS及びnMOSの(1/f)ノイズ特性を従来のnMOSと比較して説明するグラフである。It is a graph explaining the (1 / f) noise characteristic of pMOS and nMOS concerning the present invention compared with conventional nMOS.

符号の説明Explanation of symbols

301、701 p型(110)シリコン
302、702 素子領域
303、703 酸化膜
304、704 ゲート絶縁膜
305、705 ゲート電極
306、706 n−ソース、ドレイン領域
307、707 側壁絶縁膜
308、708 n+ソース、ドレイン領域
301, 701 p-type (110) silicon 302, 702 element region 303, 703 oxide film 304, 704 gate insulating film 305, 705 gate electrode 306, 706 n-source, drain region 307, 707 sidewall insulating film 308, 708 n + source , Drain region

Claims (59)

(110)面または(551)面方位のシリコン表面を用いて形成された半導体装置において、
その表面ラフネスが、中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下であることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device formed using a (110) plane or a (551) plane oriented silicon surface,
A semiconductor device characterized in that the surface roughness is 0.15 nm or less in terms of centerline average roughness Ra.
請求項において、前記シリコン表面は、中心線平均粗さRaで0.11nm以下であることを特徴とする半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1 , wherein the silicon surface has a center line average roughness Ra of 0.11 nm or less. 請求項において、前記シリコン表面は、中心線平均粗さRaで0.09nm以下であることを特徴とする半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2 , wherein the silicon surface has a center line average roughness Ra of 0.09 nm or less. 請求項において、前記シリコン表面は、中心線平均粗さRaで0.07nm以下であることを特徴とする半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3 , wherein the silicon surface has a center line average roughness Ra of 0.07 nm or less. 請求項において、前記シリコン表面は中心線平均粗さRaで0.02nm以上であることを特徴とする半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 4 , wherein the silicon surface has a center line average roughness Ra of 0.02 nm or more. ソース領域、ドレイン領域、チャネル領域、前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜、及び、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を有する電界効果トランジスタにおいて、前記チャネル領域は(110)面または(551)面方位を有するシリコン表面に形成され、前記シリコン表面は0.09nm以下の中心線平均粗さRaを有していることを特徴とする半導体装置。 In a field effect transistor having a source region, a drain region, a channel region, a gate insulating film formed on the channel region, and a gate electrode on the gate insulating film, the channel region has a (110) plane or (551) A semiconductor device formed on a silicon surface having a plane orientation, wherein the silicon surface has a center line average roughness Ra of 0.09 nm or less. ソース領域、ドレイン領域、チャネル領域、前記チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜、及び、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を有する電界効果トランジスタにおいて、前記チャネル領域は(110)面または(551)面方位を有するシリコン表面に形成され、前記シリコン表面は0.15nm以下の中心線平均粗さRaを有していることを特徴とする半導体装置。 In a field effect transistor having a source region, a drain region, a channel region, a gate insulating film formed on the channel region, and a gate electrode on the gate insulating film, the channel region has a (110) plane or (551) A semiconductor device formed on a silicon surface having a plane orientation, wherein the silicon surface has a center line average roughness Ra of 0.15 nm or less. 請求項において、前記中心線平均粗さRaは0.11nm以下であることを特徴とする半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 7 , wherein the center line average roughness Ra is 0.11 nm or less. 請求項において、前記中心線平均粗さRaは0.07nm以下であることを特徴とする半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 7 , wherein the center line average roughness Ra is 0.07 nm or less. 請求項6または7において、前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、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ことを特徴とする半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 6 , wherein the gate insulating film of the field effect transistor includes one or more of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. 請求項6または7において、前記ゲート絶縁膜中には、希ガス元素が含まれていることを特徴とする半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 6 , wherein the gate insulating film contains a rare gas element. 請求項6または7において、前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜は、高比誘電率を有する誘電体膜を含んでいることを特徴とする半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 6 , wherein the gate insulating film of the field effect transistor includes a dielectric film having a high relative dielectric constant. 請求項12において、前記誘電体膜は、金属珪化物、金属酸化物、及び、金属窒化物からなる群から選択された少なくとも一つを含んでいることを特徴とする半導体装置。 13. The semiconductor device according to claim 12 , wherein the dielectric film includes at least one selected from the group consisting of metal silicide, metal oxide, and metal nitride. 請求項13において、前記金属珪化物は、シリコンと共に、Hf,Zr,Ta,Ti,La,Co,Y,及び、Alからなる群から選ばれた少なくとも一つを含んでいることを特徴とする半導体装置。 14. The metal silicide according to claim 13 , wherein the metal silicide includes at least one selected from the group consisting of Hf, Zr, Ta, Ti, La, Co, Y, and Al together with silicon. Semiconductor device. 請求項13において、前記金属酸化物は、Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから選ばれた少なくとも一つを含んでいることを特徴とする半導体装置。 14. The metal oxide according to claim 13 , wherein the metal oxide is Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd. A semiconductor device comprising at least one selected from Dy, Er, Sr and Ba. 請求項13において、前記金属窒化物は、Nと共に、Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr及びBaから選ばれる少なくとも一つを含んでいることを特徴とする半導体装置。 14. The metal nitride according to claim 13 , wherein the metal nitride, together with N, is Si, Hf, Zr, Ta, Ti, Y, Nb, Na, Co, Al, Zn, Pb, Mg, Bi, La, Ce, Pr, Sm, A semiconductor device comprising at least one selected from Eu, Gd, Dy, Er, Sr and Ba. 請求項6または7において、前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、及び、高比誘電率を有する誘電体膜から選択された膜を組み合わせた構造であることを特徴とする半導体装置。 8. The gate insulating film according to claim 6 , wherein the gate insulating film has a structure in which a film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a dielectric film having a high relative dielectric constant is combined. A featured semiconductor device. 半導体装置を製造する方法において、0.09nm以下の中心線平均粗さRaとなるように、(110)面または(551)面方位を備えたシリコン半導体表面を平坦化する工程を含むことを特徴する半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device includes a step of planarizing a silicon semiconductor surface having a (110) plane or a (551) plane orientation so as to have a center line average roughness Ra of 0.09 nm or less. A method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の製造方法において、(110)面または(551)面方位を有するシリコン表面を用意し、0.15nm以下の所定中心線平均粗さRaとなるように、前記シリコン表面を平坦化する平坦化工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device, a silicon surface having a (110) plane or (551) plane orientation is prepared, and the silicon surface is flattened so as to have a predetermined centerline average roughness Ra of 0.15 nm or less. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by including the formation process. 請求項18または19において、前記平坦化工程は、NH OH:H :H O=0.05:1:5であるRCA SC−1洗浄液を少なくとも用いて前記シリコン表面を洗浄する工程と、酸素ラジカルを含む雰囲気で、前記洗浄されたシリコン表面を酸化することによって、前記洗浄されたシリコン表面に酸化膜を形成す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。 20. The silicon surface according to claim 18 , wherein the planarization step cleans the silicon surface using at least a RCA SC-1 cleaning solution in which NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5. And a step of forming an oxide film on the cleaned silicon surface by oxidizing the cleaned silicon surface in an atmosphere containing oxygen radicals. 請求項20において、前記酸化膜はゲート絶縁膜或いはゲート絶縁膜の一部として使用され、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20 , wherein the oxide film is used as a gate insulating film or a part of the gate insulating film, and includes a step of forming a gate electrode on the gate insulating film. 半導体装置の製造方法において、(110)面または(551)面方位を有するシリコン表面を用意し、当該シリコン表面を等方性酸化工程により酸化することにより第1の酸化膜を形成し、前記第1の酸化膜を除去する工程を含み、これにより、前記シリコン表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下まで平坦化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device, a silicon surface having a (110) plane or a (551) plane orientation is prepared, and a first oxide film is formed by oxidizing the silicon surface by an isotropic oxidation process . 1. A method for manufacturing a semiconductor device , comprising the step of removing one oxide film, whereby the silicon surface is planarized to 0.15 nm or less in terms of centerline average roughness Ra .
請求項22において、前記等方性酸化工程及び除去工程は前記中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下の表面ラフネスが得られるまで、複数回繰りかえされることを特徴とする半導体装置の製造方法。 23. The semiconductor device according to claim 22 , wherein the isotropic oxidation step and the removal step are repeated a plurality of times until a surface roughness of 0.15 nm or less is obtained in terms of the centerline average roughness Ra. Production method. 請求項22において、更に、前記平坦化されたシリコン表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。 23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22 , further comprising a step of forming a gate insulating film on the planarized silicon surface and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film. 請求項22において、前記等方性酸化工程は550℃以下の温度で、前記シリコン表面をラジカル酸化する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22 , wherein the isotropic oxidation step includes radical oxidation of the silicon surface at a temperature of 550 [deg.] C. or less. 酸素ラジカルを含む雰囲気で、半導体領域の(110)面または(551)面方位を有するシリコン表面に犠牲酸化膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜を除去する工程とを含み、これにより、半導体領域の前記シリコン表面の平坦性を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下の表面ラフネスに向上させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Including a step of forming a sacrificial oxide film on a silicon surface having a (110) plane or (551) plane orientation of a semiconductor region in an atmosphere containing oxygen radicals, and a step of removing the sacrificial oxide film. When the flatness of the silicon surface in the region is expressed by the center line average roughness Ra, the surface roughness is improved to 0.15 nm or less . チャネル領域及びゲート絶縁膜を含む半導体装置を製造する方法において、酸素ラジカルを含む雰囲気で、(110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面犠牲酸化膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜を除去する工程とにより、前記チャネル領域のシリコン半導体表面の平坦性を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下の表面ラフネスに向上させ、当該平坦性を向上させたチャネル領域のシリコン半導体表面に、ゲート絶縁膜が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a channel region and a gate insulating film, in an atmosphere containing oxygen radicals, forming a sacrificial oxide film on a silicon semiconductor surface having a (110) plane or (551) plane orientation, the sacrificial By the step of removing the oxide film, the flatness of the silicon semiconductor surface of the channel region is improved to a surface roughness of 0.15 nm or less when expressed by the centerline average roughness Ra, and the channel region having the improved flatness is improved. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a gate insulating film is formed on a silicon semiconductor surface. 請求項18または19において、前記平坦化工程はシリコン表面を大気に曝すことなく行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 20. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18 , wherein the planarization step is performed without exposing the silicon surface to the atmosphere. 請求項20、22〜27のいずれかにおいて、前記酸化膜を形成する工程は、Ar,Kr,Xeの少なくとも一つを含む希ガスと酸素ガスとの混合ガス中に、マイクロ波励起により発生したガスプラズマを使用して行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 28. The process of forming an oxide film according to claim 20 , wherein the oxide film is generated by microwave excitation in a mixed gas of a rare gas containing at least one of Ar, Kr, and Xe and an oxygen gas. A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed using gas plasma. 請求項18または19において、前記平坦化工程は、Ar,Kr,Xeの少なくとも一つを含む希ガスと酸素ガスとの混合ガス中に、マイクロ波励起により発生したガスプラズマを使用してシリコン表面を酸化する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 21. The silicon surface according to claim 18 , wherein the planarization step uses a gas plasma generated by microwave excitation in a mixed gas of a rare gas containing at least one of Ar, Kr, and Xe and oxygen gas. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by including the process of oxidizing. 請求項19において、前記所定中心線平均粗さRaは0.09nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19 , wherein the predetermined center line average roughness Ra is 0.09 nm or less. 請求項18または19において、更に、前記シリコン表面にゲート絶縁膜を形成する工程を含み、当該ゲート絶縁膜を形成する工程は、酸素ラジカルを含む雰囲気でシリコン表面を酸化処理する工程と、窒素ラジカル又はNHラジカルを含む雰囲気でシリコン表面を窒化処理する工程との少なくとも一方或いは同時並列処理工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 20. The method according to claim 18 , further comprising a step of forming a gate insulating film on the silicon surface, wherein the step of forming the gate insulating film includes a step of oxidizing the silicon surface in an atmosphere containing oxygen radicals, and a nitrogen radical. Alternatively, a method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least one of a step of nitriding a silicon surface in an atmosphere containing NH radicals or a simultaneous parallel processing step. 請求項32において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、Ar,Kr.Xeの少なくとも一つから選択された希ガスと、アンモニア、窒素、酸素、NO,及びNOの少なくとも一つから選択された絶縁膜形成ガスの混合ガスを用意する工程と、
前記混合ガスにマイクロ波励起によりプラズマを発生す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。
33. The process of claim 32 , wherein the step of forming the gate insulating film comprises: Ar, Kr. Preparing a mixed gas of a rare gas selected from at least one of Xe and an insulating film forming gas selected from at least one of ammonia, nitrogen, oxygen, NO, and N 2 O;
And a step of generating plasma by microwave excitation in the mixed gas.
請求項19において、前記平坦化工程は、水蒸気を使用した酸化処理を行うことにより、前記シリコン表面に酸化膜を形成する第1の工程と、
前記酸化膜を厚さ方向に部分的に除去し、前記シリコン表面上に、10〜1000オングストロームの厚さの酸化膜を残す第2の工程とを含み、前記第1及び第2の工程を少なくとも一回行った後、HFを含む水溶液で前記酸化膜を完全に除去する第3の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The planarization step according to claim 19 , wherein the planarization step includes a first step of forming an oxide film on the silicon surface by performing an oxidation treatment using water vapor.
A second step of partially removing the oxide film in a thickness direction, and leaving an oxide film having a thickness of 10 to 1000 angstroms on the silicon surface, wherein the first and second steps are at least And a third step of completely removing the oxide film with an aqueous solution containing HF after being performed once.
請求項18または19において、前記シリコン表面を洗浄する洗浄工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 20. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18 , further comprising a cleaning step of cleaning the silicon surface. 請求項35において、前記洗浄工程は、NH OH:H :H O=0.05:1:5である溶液を用いて、RCA洗浄処理によって前記シリコン表面を洗浄する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The cleaning step according to claim 35 , wherein the cleaning step includes a step of cleaning the silicon surface by an RCA cleaning process using a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項35において、前記洗浄工程は7以下のpHを有する洗浄液で前記シリコン表面を洗浄する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35 , wherein the cleaning step includes a step of cleaning the silicon surface with a cleaning liquid having a pH of 7 or less. 請求項35において、前記洗浄工程は、オゾンを含む超純水を用いて前記シリコン表面をリンスする第1の工程と、HF,溶存酸素を低下させたHO、及び、界面活性剤を含む洗浄液を用いて、500kHz以上の周波数を有する振動を与えながら、前記シリコン表面を洗浄する第2の工程と、オゾンを含むHOを使用して、前記シリコン表面をリンスする第3の工程と、HFと溶存酸素を低下させたHOとを含む洗浄液を使用して、前記シリコン表面を洗浄して酸化膜を除去する第4の工程と、水素を添加したHOを用いて、前記シリコン表面をリンスする第5の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The cleaning process according to claim 35 , wherein the cleaning step includes a first step of rinsing the silicon surface using ultrapure water containing ozone, HF, H 2 O in which dissolved oxygen is reduced, and a surfactant. A second step of cleaning the silicon surface while applying a vibration having a frequency of 500 kHz or higher using a cleaning liquid; and a third step of rinsing the silicon surface using H 2 O containing ozone. , Using a cleaning solution containing HF and H 2 O with reduced dissolved oxygen, cleaning the silicon surface to remove the oxide film, and using H 2 O added with hydrogen, And a fifth step of rinsing the silicon surface. 請求項38において、前記第2及び第4の工程の少なくとも一方における洗浄液に水素が添加されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 39. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 38 , wherein hydrogen is added to the cleaning liquid in at least one of the second and fourth steps. 請求項35において、HF及び100ppb以下の溶存酸素を含むHOを含む洗浄液を使用して前記シリコン表面を処理する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35 , further comprising a step of treating the silicon surface with a cleaning solution containing HF and H 2 O containing dissolved oxygen of 100 ppb or less. 請求項35において、前記洗浄工程はHFと、100ppb以下の溶存酸素、0.1ppm〜1.6ppmの水素を含有するHOとを含む洗浄液を用意し、当該洗浄液に500kHz以上の周波数を有する振動を与えることによって洗浄を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Having in claim 35, wherein the cleaning step and HF, the following dissolved oxygen 100 ppb, providing a cleaning liquid containing a H 2 O containing hydrogen 0.1Ppm~1.6Ppm, a 500kHz or more frequencies in the cleaning solution A method for manufacturing a semiconductor device, wherein cleaning is performed by applying vibration. 請求項35において、前記洗浄工程は前記シリコン表面を空気に曝すことなく行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35 , wherein the cleaning step is performed without exposing the silicon surface to air. 請求項35において、前記洗浄工程は前記シリコン表面を洗浄液に接触させ、前記洗浄液中のOHの発生を抑制しながら、前記洗浄液に超音波を与えることによって行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35 , wherein the cleaning step is performed by bringing the silicon surface into contact with a cleaning solution and applying ultrasonic waves to the cleaning solution while suppressing generation of OH in the cleaning solution. Method. 請求項35において、前記洗浄工程は、オゾンを含むHOを使用してシリコン表面を洗浄する第1の工程と、HF、HO、及び、界面活性剤を含む洗浄液に500kHz以上の高周波振動を与えながら洗浄を行う第2の工程と、オゾンを含むHOによって洗浄を行う第3の工程と、HF及びHOを含む洗浄液を使用して、酸化膜を除去するために洗浄を行う第4の工程と、水素又は重水素を添加されたHOを使用して、500kHz以上の周波数の振動を与えながら、洗浄を行い、シリコン表面を水素又は重水素によって終端する第5の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 36. The cleaning process according to claim 35 , wherein the cleaning step includes a first step of cleaning the silicon surface using H 2 O containing ozone, and a cleaning liquid containing HF, H 2 O, and a surfactant with a high frequency of 500 kHz or more. Cleaning is performed to remove the oxide film using a second step of cleaning while applying vibration, a third step of cleaning with H 2 O containing ozone, and a cleaning solution containing HF and H 2 O. a fourth step of performing, using H 2 O was added hydrogen or deuterium, while giving vibration of frequencies above 500 kHz, was washed, fifth to terminate the silicon surface with hydrogen or deuterium A method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of: 請求項44において、第2及び第4の工程におけるHOからは酸素が除去され、水素が添加されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 45. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 44, wherein oxygen is removed from H 2 O in the second and fourth steps and hydrogen is added. 請求項44において、前記第1乃至第5の工程は前記シリコン表面を空気に曝さない状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 45. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 44 , wherein the first to fifth steps are performed without exposing the silicon surface to air. (110)面または(551)面方位を有するシリコン表面に、湿式ガスを用いた酸化処理を行い、酸化膜を形成する第1工程と、
前記酸化膜を剥離すること無く、10A以上1000A以下の厚さまでエッチバックする第2工程と、
その後、第1工程と第2工程を所望数繰り返し、
最後にHFを含む水溶液により酸化膜を剥離することにより、前記シリコン表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming an oxide film by performing an oxidation treatment using a wet gas on a silicon surface having a (110) plane or a (551) plane orientation ;
A second step of etching back to a thickness of 10 A or more and 1000 A or less without peeling off the oxide film;
Thereafter, the first step and the second step are repeated as many times as desired.
Finally, an oxide film is peeled off with an aqueous solution containing HF, whereby the silicon surface is planarized to 0.15 nm or less in terms of the center line average roughness Ra .
(110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化する工程を含む半導体装置の製造方法において、
オゾンを含有する純水による洗浄を行う第1工程、500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFと、脱気したHOと、界面活性剤とを含有する洗浄液による洗浄を行う第2工程、オゾンを含有するHOによる洗浄を行う第3工程、酸化膜を除去するためにHFと脱気したHOを含有する洗浄液による洗浄を行う第4工程、水素が添加されたHOによる洗浄を行う第5工程とからなる洗浄方法を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a step of flattening a silicon semiconductor surface having a (110) plane or a (551) plane orientation to a center line average roughness Ra of 0.15 nm or less,
A first step of cleaning with pure water containing ozone, a second step of cleaning with a cleaning liquid containing HF, degassed H 2 O, and a surfactant while applying vibration at a frequency of 500 kHz or higher. A third step of cleaning with ozone-containing H 2 O, a fourth step of cleaning with a cleaning liquid containing HF and degassed H 2 O to remove the oxide film, and hydrogen-added H 2 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a cleaning method including a fifth step of cleaning with O.
請求項48に記載された半導体装置の製造方法において、前記第2及び第4工程の脱気したHOは、HOを脱気した後に水素を添加することによって形成されたHOであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 48, degassed of H 2 O said second and fourth step, H 2 O formed by adding hydrogen after degassing of H 2 O A method for manufacturing a semiconductor device, wherein: (110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化する工程を含む半導体装置の製造方法において、
HFと、溶存酸素濃度が100ppb以下のHOとを含有する洗浄液により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜の少なくとも一つを剥離処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a step of flattening a silicon semiconductor surface having a (110) plane or a (551) plane orientation to a center line average roughness Ra of 0.15 nm or less,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film is stripped with a cleaning liquid containing HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less. .
(110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化する工程を含む半導体装置の製造方法において、
500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFと、溶存酸素濃度が100ppb以下のHOへHを添加した洗浄液により、半導体表面を洗浄することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a step of flattening a silicon semiconductor surface having a (110) plane or a (551) plane orientation to a center line average roughness Ra of 0.15 nm or less,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: cleaning a semiconductor surface with a cleaning liquid obtained by adding H to HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less while applying vibration having a frequency of 500 kHz or more.
請求項48乃至51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、半導体装置の洗浄開始から終了まで、処理薬液と半導体装置が空気に触れることが無いような装置中で処理を行うことを特徴とする、半導体装置の製造方法。 52. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 48 , wherein the processing is performed in an apparatus in which the processing chemical solution and the semiconductor device are not exposed to air from the start to the end of cleaning of the semiconductor device. A method for manufacturing a semiconductor device. (110)面または(551)面方位を有するシリコン表面である半導体表面の処理方法において、
前記半導体表面を洗浄する工程と、
前記洗浄された半導体表面を中心線平均粗さ(Ra)で0.15nmより小さく平坦化する工程とを有することを特徴とする半導体表面の処理方法。
In a method for treating a semiconductor surface which is a silicon surface having a (110) plane or a (551) plane orientation,
Cleaning the semiconductor surface;
And a step of planarizing the cleaned semiconductor surface with a centerline average roughness (Ra) smaller than 0.15 nm .
(110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面の表面ラフネスを中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化する半導体表面の処理方法において、
前記半導体表面を湿式酸化によって酸化し、酸化膜を形成する第1の工程と、
前記酸化膜を所定の厚さまでエッチバックする第2の工程とを有し、
更に、前記第1及び第2の工程を少なくとも2回繰り返した後、第2の工程で残された残膜を剥離する工程を含み、これによって、前記半導体表面を平坦化することを特徴とする半導体表面の処理方法。
In the method for treating a semiconductor surface, the surface roughness of a silicon semiconductor surface having a (110) plane or a (551) plane orientation is expressed by a center line average roughness Ra to be flattened to 0.15 nm or less .
A first step of oxidizing the semiconductor surface by wet oxidation to form an oxide film;
A second step of etching back the oxide film to a predetermined thickness,
The method further includes the step of peeling the remaining film left in the second step after repeating the first and second steps at least twice, thereby planarizing the semiconductor surface. Semiconductor surface treatment method.
(110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面の平坦性を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下の表面ラフネスに維持する半導体表面の処理方法において、
前記半導体表面をオゾンを含有する純水によって洗浄する第1工程、500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFと、脱気したHOと、界面活性剤とを含有する洗浄液による洗浄を行う第2工程、オゾンを含有するHOによる洗浄を行う第3工程、酸化膜を除去するためにHFと脱気したHOを含有する洗浄液による洗浄を行う第4工程、水素が添加されたHOによる洗浄を行う第5工程とを含み、これによって、前記半導体表面の表面の平坦性を維持することを特徴とする半導体表面の処理方法。
In the semiconductor surface processing method of maintaining the surface roughness of 0.15 nm or less when the flatness of the silicon semiconductor surface having the (110) plane or (551) plane orientation is expressed by the centerline average roughness Ra ,
A first step of cleaning the semiconductor surface with pure water containing ozone, and cleaning with a cleaning liquid containing HF, degassed H 2 O, and a surfactant while applying vibration of a frequency of 500 kHz or more. A second step, a third step of cleaning with H 2 O containing ozone, a fourth step of cleaning with a cleaning solution containing HF and degassed H 2 O to remove the oxide film, and hydrogen is added And a fifth step of cleaning with H 2 O, thereby maintaining the flatness of the surface of the semiconductor surface.
請求項55に記載された半導体表面の処理方法において、前記第2及び第4工程の脱気したHOは、HOを脱気した後に水素を添加することによって形成されたHOであることを特徴とする半導体表面の処理方法。 In the processing method of the described semiconductor surface to claim 55, degassed of H 2 O said second and fourth step, H 2 O formed by adding hydrogen after degassing of H 2 O A method for treating a semiconductor surface, wherein: (110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化する工程を含む半導体表面の処理方法において、
HFと、溶存酸素濃度が100ppb以下のHOとを含有する洗浄液により、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜のいずれか一つを剥離処理することを特徴とする半導体表面の処理方法。
In a method for treating a semiconductor surface including a step of flattening a silicon semiconductor surface having a (110) plane or (551) plane orientation to a center line average roughness Ra of 0.15 nm or less,
A semiconductor surface treatment characterized by stripping any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film with a cleaning liquid containing HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less Method.
(110)面または(551)面方位を有するシリコン半導体表面を中心線平均粗さRaで表現すると0.15nm以下に平坦化する工程を含む半導体表面の処理方法において、
500kHz以上の周波数の振動を与えながら、HFと、溶存酸素濃度が100ppb以下のHOへHを添加した洗浄液により、半導体表面を洗浄することを特徴とする半導体表面の処理方法。
In a method for treating a semiconductor surface including a step of flattening a silicon semiconductor surface having a (110) plane or (551) plane orientation to a center line average roughness Ra of 0.15 nm or less,
A method for treating a semiconductor surface, comprising washing a semiconductor surface with a cleaning liquid obtained by adding H to HF and H 2 O having a dissolved oxygen concentration of 100 ppb or less while applying vibration having a frequency of 500 kHz or more.
請求項55乃至58のいずれかに記載された半導体表面の処理方法において、半導体表面の洗浄開始から終了まで、処理薬液と半導体表面が空気に触れることが無いような装置中で処理を行うことを特徴とする半導体表面の処理方法。 59. The semiconductor surface processing method according to claim 55 , wherein the processing is performed in an apparatus in which the processing chemical solution and the semiconductor surface are not exposed to air from the start to the end of cleaning of the semiconductor surface. A method for treating a semiconductor surface.
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