JP2003204063A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
びその配線を含む)との間の寄生容量を低減でき高速動
作が可能となるゲート構造を有する半導体装置及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板11上に形成されたゲート電
極13もしくはゲート保護絶縁膜14に被覆されたゲー
ト電極13の側面に形成された側壁絶縁膜15として塩
素を含むシリコン酸化物を用いる。ゲート電極と配線を
含むソース/ドレイン領域との間の寄生容量を低減する
ことができ素子の高速動作が可能となる。ゲート電極側
壁部分に塩素を含有したシリコン窒化膜を設けてトラン
ジスタ素子を形成し、その後このシリコン窒化膜を塩素
を含有したシリコン酸化膜に変換してゲート側壁絶縁膜
として用いる。素子特性のばらつきやショート不良なし
に低寄生容量のトランジスタ素子を形成することができ
る。
Description
タを構成するゲート電極の側壁構造及びその側壁形成方
法に関するものである。
構造に必然的に存在する寄生容量が大きな問題となって
いる。例えば、MOSトランジスタを構成するゲート電
極とソース/ドレイン領域間に発生する寄生容量は、ト
ランジスタ素子の動作速度を低下させ、その影響は、素
子の微細化が進むほど大きくなっている。図7(a)
は、従来のMOSトランジスタであり、そのゲート電極
端付近が示された半導体基板の断面図である。シリコン
などの半導体基板111には、シリコンの熱酸化膜など
からなるゲート絶縁膜112が形成され、その上にゲー
ト電極113が形成されている。半導体基板111の表
面領域にはソース/ドレイン領域116が形成されてい
る。ゲート電極113は、シリコン酸化膜などからなる
ゲート保護絶縁膜(Sidewall Oxide Layer)114により
その側面及び上面が被覆され、保護絶縁膜114で被覆
された側面がシリコン窒化膜などからなるゲート側壁絶
縁膜(Sidewall Spacer) 115により被覆されている。
このように構成されたMOSトランジスタにおいて、ゲ
ート電極113とソース/ドレイン拡散領域116(及
びその配線を含む)間にはゲート保護絶縁膜114及び
ゲート側壁絶縁膜115を誘電体として寄生容量が生じ
ている。
下させる。特に、ゲート長が0.2μm以下の微細トラ
ンジスタにおいては、この寄生容量は、動作速度を著し
く低下させるために大きな問題となっている。また、図
7(b)に示すエレベーテッドソース/ドレイン構造の
MOSトランジスタは、ソース/ドレイン領域116の
上であってゲート側壁絶縁膜115に接してソース/ド
レインエレベート層117を有している。そのゲート保
護絶縁膜114及びゲート側壁絶縁膜115が挟まれた
ゲート電極113とソース/ドレインエレベート層11
7(およびその配線)との間の寄生容量が大きいため、
やはり動作速度低下の問題が顕著となる。ゲート側壁絶
縁膜の材料は、従来ではシリコン酸化物が用いられてい
たが、近年になって、後述する理由により高誘電率のシ
リコン窒化物が使われているため、この寄生容量の問題
がさらに深刻となっている。
のゲート側壁絶縁膜をシリコン酸化物で形成する場合の
トランジスタ素子の製造方法を示す工程断面図である。
まず、図8(a)に示すように、シリコン半導体基板1
21上にゲート酸化膜122を形成後、多結晶シリコン
膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法で堆積し、
RIE(ReactiveIon Etching)法により加工してポリ
シリコンからなるゲート電極123を形成する。次に、
図8(b)に示すように、ゲート電極123の露出面を
熱酸化してゲート保護絶縁膜124を形成する。その
後、イオン注入法で半導体基板121中にソース/ドレ
イン拡散領域の一部125を形成する。次に、図8
(c)に示すように、全面にシリコン酸化膜をCVD法
で堆積後、RIE法により平坦部のシリコン酸化膜を除
去してシリコン酸化膜からなるゲート側壁絶縁膜126
を形成する。このとき、半導体基板121の一部は露出
してイオンに叩かれるため、荒れた露出面がソース/ド
レイン領域の一部125に形成される。
入法で半導体基板121中にソース/ドレイン拡散領域
127を完成させた。このとき、半導体基板121表面
が荒れているため、拡散領域の形状が素子間でばらつく
ことになり、これが原因で素子動作特性のばらつきが増
大するという問題があった。次に、図9(a)に示すよ
うに、希フッ酸でゲート電極123の上部の酸化膜を除
去する。このとき、ゲート保護絶縁膜114及びゲート
側壁絶縁膜115の一部も除去されるが、半導体基板1
21に形成されるトランジスタ素子によっては側壁部の
絶縁膜126が殆ど残らないものも存在した。次に、図
9(b)のように、全面にスパッタリング法でコバルト
層128を形成する。次に、図9(c)に示すように、
ランプ加熱法によりゲート電極123の上部とソース/
ドレイン領域127の上部にコバルトシリサイド層12
9を形成する。その後、未反応のコバルト層を除去す
る。このとき、ゲート側壁部の絶縁膜が殆ど残っていな
かったトランジスタ素子は、コバルトシリサイド層12
9を通じてゲート電極123とソース/ドレイン領域1
27が短絡するため、歩留りが低下するという問題があ
った。
化物を用いる場合の問題点を解決するために、近年で
は、図10及び図11に示すように、ゲート側壁絶縁膜
としてシリコン窒化膜が使われている。シリコンなどの
半導体基板131上にゲート酸化膜132を形成後、多
結晶シリコン膜などからなるゲート電極133を形成す
る(図10(a))。次に、ゲート電極133の露出面
を熱酸化してゲート保護絶縁膜134を形成する。その
後、イオン注入法で半導体基板131中にソース/ドレ
イン拡散領域の一部135を形成する(図10
(b))。次に、全面にシリコン窒化膜をCVD法で堆
積後、RIE法により平坦部のシリコン窒化膜を除去し
てシリコン窒化膜からなるゲート側壁絶縁膜136をゲ
ート電極133の側面に形成する。
に、半導体基板131の露出面の荒れを防止できるた
め、図10(d)に示すように、ソース/ドレイン拡散
領域137の形状は素子間でばらつかない。したがっ
て、この方法によれば素子動作特性のばらつきを低減さ
せることができる。また、図11(a)に示すように、
希フッ酸処理時にゲート側壁絶縁膜は除去されないた
め、図11(c)に示すように、ゲート電極133とソ
ース/ドレイン領域137とは短絡しないので歩留り低
下を防止できる。しかし、この方法では、ゲート側壁絶
縁膜の誘電率が従来のシリコン酸化膜に比べて約2倍あ
るため、寄生容量が約2倍と増大して素子動作速度を著
しく低下させるという問題があった。このトランジスタ
素子は、まず半導体基板131全面にスパッタリング法
でコバルト層138を形成する(図11(b))。そし
て、ランプ加熱法によりゲート電極133の上部とソー
ス/ドレイン領域137の上部にコバルトシリサイド層
139を形成する(図11(c))。未反応のコバルト
層は除去する。上述の問題は、図12に示すエレベーテ
ッドソース/ドレイン構造のトランジスタ素子を形成す
る場合も同様である。図12に、ゲート側壁絶縁膜をシ
リコン酸化物で形成する場合のトランジスタ素子の製造
方法を示す。
などの半導体基板141上にゲート酸化膜142を形成
後、多結晶シリコン層とシリコン窒化膜層を逐次CVD
(Chemical Vapor Deposition )法で堆積し、RIE
(Reactive Ion Etching)法で加工してゲート電極14
3及びシリコン窒化膜144を順次形成する。次に、図
12(b)に示すように、ゲート電極143の露出面を
熱酸化してゲート保護膜145を形成後、イオン注入法
でシリコン基板中にソース/ドレイン拡散領域の一部1
46を形成する。次に、図12(c)に示すように、半
導体基板141の全面にシリコン酸化膜をCVD法で堆
積した後、RIE法により平坦部のシリコン酸化膜を除
去してゲート側壁絶縁膜147を形成する。このとき、
シリコン半導体基板の一部は露出してイオンに叩かれる
ため、荒れた露出面が形成される。次に、図12(d)
に示すように、シリコンのエピタキシャル成長法でソー
ス/ドレインエレベート層148を形成する。このと
き、シリコン酸化膜側壁(ゲート側壁絶縁膜147)と
エレベート層148との間には、ファセットと呼ばれる
空隙が形成される。次に、イオン注入法で半導体基板1
41中にソース/ドレイン拡散領域149を形成する。
このとき、ファセット下部の拡散領域は深く形成される
ため、ショートシャネル効果によりトランジスタしきい
値の制御が困難になるという問題があった。
すように、シリコン窒化膜を用いた製造方法が使われて
いる。図13は、エレベーテッドソース/ドレイン構造
のトランジスタ素子の工程断面図である。図13(a)
示すように、シリコンなどの半導体基板151上にゲー
ト酸化膜152を形成後、多結晶シリコン層とシリコン
窒化膜層を逐次CVD法で堆積し、RIE法で加工して
ゲート電極153及びシリコン窒化膜154を順次形成
する。次に、図13(b)に示すように、ゲート電極1
53の露出面を熱酸化してゲート保護膜155を形成
後、イオン注入法で半導体基板151中にソース/ドレ
イン拡散領域の一部156を形成する。次に、図13
(c)に示すように、半導体基板151の全面にシリコ
ン窒化膜をCVD法で堆積した後、RIE法により平坦
部のシリコン窒化膜を除去してゲート側壁絶縁膜157
を形成する。この方法では、拡散領域が形成される半導
体基板表面が荒らされることはなく、かつ、図13
(d)のように、シリコン窒化膜(ゲート側壁絶縁膜1
57)側壁とエレベート層158との間には、ファセッ
トと呼ばれる空隙は形成されない。したがって、ソース
/ドレイン拡散領域は設計どおりに形成できるため、ト
ランジスタしきい値の制御が容易となる。しかしなが
ら、この方法では、ゲート側壁絶縁膜の誘電率が従来の
シリコン酸化膜に比べて約2倍あるため、寄生容量も約
2倍となり、素子動作速度を著しく低下させる問題があ
った。
形状ばらつき低減及びサリサイド形成時のショート不良
防止のために、微細トランジスタのゲート電極側壁の少
なくとも一部にはシリコン窒化物が使われている。ま
た、エレベートソース/ドレイン構造のトランジスタに
おいては、エレベート層形成時のファッセット防止のた
めに、シリコン窒化物の側壁が使われている。さらに、
ソース/ドレイン領域への配線層形成時に、半導体基板
が掘られることを防止するために、トランジスタ素子は
シリコン窒化膜から成るいわゆるライナー膜で被われて
いる。これらのトランジスタ素子の周辺に存在するシリ
コン窒化物は、シリコン酸化物に比べて誘電率が高いた
め、寄生容量を増加させてトランジスタの動作速度を著
しく低下させる。さらに、シリコン窒化膜中に存在する
捕獲電荷、歪、含有水素などによってトランジスタ特性
の変動が起こるためにデバイス信頼性低下の原因となっ
ていた。本発明は、このような事情によりなされたもの
であり、ゲート電極とソース/ドレイン拡散領域(及び
その配線)との間の寄生容量を低減でき高速動作が可能
となるゲート構造を有する半導体装置及びその製造方法
を提供する。
に形成されたゲート電極もしくはゲート保護絶縁膜に被
覆されたゲート電極の側面に形成された側壁絶縁膜とし
て塩素を含むシリコン酸化物からなることを特徴として
いる。ゲート電極とソース/ドレイン領域(及びその配
線を含む)との間の寄生容量を低減することができ素子
の高速動作が可能となる。また、本発明は、ゲート電極
側壁部分に塩素を含有したシリコン窒化膜を設けてトラ
ンジスタ素子を形成し、その後、このシリコン窒化膜を
塩素を含有したシリコン酸化膜に変換してゲート側壁絶
縁膜として用いることを特徴としている。素子特性のば
らつきやショート不良なしに低寄生容量のトランジスタ
素子を形成することができる。すなわち、本発明の半導
体装置は、半導体基板と、前記半導体基板主面に形成さ
れたソース/ドレイン領域と、前記半導体基板主面上に
形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース/ドレイン領域
の一部及びその領域間の上に配置された前記ゲート絶縁
膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の側面
に形成されたゲート側壁絶縁膜とを備え、前記ゲート側
壁絶縁膜は、0.1atom%以上の塩素を含むシリコ
ン酸化物からなることを特徴としている。
と、前記半導体基板主面に形成されたソース/ドレイン
領域と、前記半導体基板主面上に形成されたゲート絶縁
膜と、前記ソース/ドレイン領域の一部及びその領域間
の上に配置された前記ゲート絶縁膜上に形成され、ゲー
ト保護絶縁膜により被覆されたゲート電極と、前記ゲー
ト電極の側面に形成されたゲート側壁絶縁膜とを備え、
前記ゲート側壁絶縁膜は、0.1atom%以上の塩素
を含むシリコン酸化物からなることを特徴としている。
前記ゲート保護絶縁膜は、0.1atom%以上の塩素
を含むシリコン酸化物からなるようにしても良い。前記
ゲート電極のゲート長は、0.2μm以下であるように
しても良い。前記ソース/ドレイン領域は、エレベート
ソース/ドレイン構造を有しているようにしても良い。
前記ゲート電極上部と前記ソース/ドレイン領域上部に
は金属シリサイド層が形成されているようにしても良
い。本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板にソ
ース/ドレイン領域を形成する工程と、前記半導体基板
主面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ソース/
ドレイン領域の一部及びその領域間の上に配置された前
記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記
ゲート電極の側面に塩素を含むシリコン窒化膜からなる
絶縁膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜を酸化反
応処理により、0.1atom%以上の塩素を含むシリ
コン酸化物に変換し、これをゲート側壁絶縁膜とする工
程とを備えたことを特徴としている。前記シリコン酸化
物への変換は、水蒸気を主な酸化種とする酸化反応もし
くは大気圧を超える加圧状態の酸化反応で行うようにし
ても良い。
の形態を説明する。まず、図1乃至図3を参照して第1
の実施例を説明する。図1は、半導体基板に形成された
トランジスタ素子の概略断面図、図2は、図1(a)に
示すトランジスタ素子が形成された半導体基板の平面図
(図1は図2のA−A′線に沿う部分の断面図であ
る)、図3は、シリコン酸化膜中の塩素濃度と塩素を含
有したシリコン酸化膜の誘電率の変化率との関係を説明
する特性図である。図1(a)の半導体装置において、
シリコンなどの半導体基板11には、シリコンの熱酸化
膜などからなるゲート絶縁膜12が形成され、その上に
ポリシリコンなどからなるゲート電極13が形成されて
いる。半導体基板11の表面領域にはソース/ドレイン
領域16が形成されている。ゲート電極13は、シリコ
ン酸化膜などからなるゲート保護絶縁膜(Sidewall Oxid
e Layer)14によりその側面及び上面が被覆され、保護
絶縁膜114で被覆された側面がゲート側壁絶縁膜(Sid
ewall Spacer) 15により被覆されている。ゲート長L
は、例えば、0.2μm以下である。このように構成さ
れたMOSトランジスタにおいて、ゲート電極13とソ
ース/ドレイン拡散領域16(及びその配線を含む)間
には寄生容量が生じている。
/ドレイン構造の半導体装置において、半導体基板上に
は、ソース/ドレイン領域16上であってゲート側壁絶
縁膜15に接して、例えば、シリコン単結晶からなるソ
ース/ドレインエレベート層17が形成されている。そ
のゲート保護絶縁膜14及びゲート側壁絶縁膜15が挟
まれたゲート電極13とソース/ドレインエレベート層
17(およびその配線)との間には寄生容量が存在して
いる。ここで、図1(a)及び図1(b)の半導体装置
に用いられるゲート側壁絶縁膜15は、塩素を含有する
シリコン酸化物から構成されている。例えば、ジクロル
シラン(SiH2 Cl2 )ガスやテトラクロルシラン
(SiCl4 )ガスのような塩素を含むシリコン原料ガ
スと亜酸化窒素(N2 O)ガスのような酸素原料ガスを
用いたプラズマCVD法や塩素(Cl2 )ガスや塩化水
素(HCl)ガスを添加するCVD法などによって塩素
含有シリコン酸化膜を成膜することができる。
比誘電率の変化率の塩素濃度依存性を説明する特性図で
ある。縦軸が比誘電率の変化率を表わし、横軸がシリコ
ン酸化膜中の塩素濃度(atom%)を表わしている。
図3は、表1に示す塩素を含有したシリコン酸化膜の比
誘電率の変化率と塩素濃度との関係を作図したものであ
る。塩素含有シリコン酸化膜の塩素濃度を0.1ato
m%以上に設定することにより、このシリコン酸化膜の
誘電率が実質的に減少し、ゲート電極13と配線(図示
しない)を含むソース/ドレイン拡散領域16との間の
寄生容量(図1(a)参照)及びゲート電極13とソー
ス/ドレインエレベート層17(その配線を含む)間の
寄生容量を実質的に低減することができる。なお、塩素
濃度を1atom%以上に設定すると、寄生容量を5%
以上低減することが可能となるため、特にゲート長が
0.2μm以下の微細トランジスタ素子においては、著
しい効果が得られる。
ることができるので、ゲート側壁絶縁膜の厚さを減少さ
せることができ、一層の素子の微細化を進めることが可
能になる。また、ゲート電極の露出部を被覆するゲート
保護絶縁膜を構成するシリコン酸化膜に塩素を含有させ
ることによりゲート電極とソース/ドレイン領域もしく
はソース/ドレインエレベート層との間の寄生容量を低
減させることが可能であることはいうまでもない。な
お、シリコン酸化膜に含有される塩素濃度の上限は原理
的にはない。しかしながら、塩素濃度が増加すると、シ
リコン酸化物の吸湿性が顕著になり、素子形成の方法に
よってはかえって誘電率が増加する場合がある。したが
って、実質的にシリコン酸化膜中の塩素濃度は、30a
tom%以下とするのが望ましい。
リコン酸化物中にフッ素を導入することもできる。しか
し、フッ素はボロンの拡散を助長するなど微細トランジ
スタ素子にとって好ましい影響を与えないので塩素に代
えて用いることには適しておらず、必要に応じて適宜塩
素とともに用いることが望ましい。
例を説明する。図4及び図5は、半導体装置の製造工程
を説明する工程断面図である。シリコンなどの半導体基
板21の主面に熱酸化処理などによりゲート酸化膜22
を形成する。その後、多結晶シリコン層をCVD法で堆
積し、RIE法で加工してゲート電極23を形成する。
次に、図4(b)に示すように、ゲート電極23の露出
面を熱酸化してゲート保護絶縁膜24を形成する。その
後、イオン注入法により半導体基板21中にソース/ド
レイン拡散領域の一部25を形成する。次に、図4
(c)に示すように、基板全面にヘキサクロルジシラン
(Si2 Cl6 )ガスとアンモニア(NH3 )ガスを用
いた減圧CVD法により、シリコン窒化膜を堆積させ
る。成膜条件は、例えば、温度400℃、ヘキサクロル
ジシランガス流量1000sccm、アンモニアガス流
量10sccm、圧力180Paである。このシリコン
窒化膜中には、10atom%程度の塩素と水素が含ま
れていることが、2次イオン質量分析法で確認された。
窒化膜を除去してゲート側壁窒化膜26を形成する。こ
のとき、ゲート酸化膜22のRIEエッチング速度をゲ
ート側壁窒化膜26のRIEエッチング速度よりも遅く
設定することにより、半導体基板の表面荒れを防止する
ことができる。次に、図4(d)に示すように、イオン
注入法により半導体基板21中にソース/ドレイン拡散
領域27を形成する。このとき、半導体基板の表面荒れ
を防止しているので、拡散領域形状の素子間ばらつきを
抑制することができる。このため、素子動作特性の素子
間ばらつきは問題ないレベルとなった。次に、図5
(a)に示すように、希フッ酸を用いてゲート電極23
の上部及びソース/ドレイン領域27の上部のゲート酸
化膜を除去する。このとき、シリコン窒化膜は、ほとん
どエッチングされないため、すべての素子のゲート側壁
窒化膜26は所望の形状で残存していた。次に、図5
(b)に示すように、基板全面にスパッタリング法によ
りコバルト層28を形成する。次に、図5(c)に示す
ように、ランプ加熱法を用いてゲート電極23上部とソ
ース/ドレイン領域27上部にコバルトシリサイド層2
9を形成する。
このとき、ゲート側壁窒化膜26が形成されているの
で、ゲート電極23とソース/ドレイン拡散領域27と
が短絡することがなく、歩留り低下の問題は実質的生じ
ない。次に、図5(d)に示すように、水蒸気雰囲気中
でアニールすることにより、ゲート側壁窒化膜26を塩
素を含有したシリコン酸化膜に変換することができ、こ
れをゲート側壁絶縁膜26′とする。アニール条件は、
例えば、温度が150℃、圧力が2気圧である。このシ
リコン酸化膜中には、1atom%程度の塩素と水素が
含まれていることが2次イオン質量分析法により確認さ
れた。その後、公知の方法で層間絶縁膜、配線層などを
半導体基板に形成して、MOSトランジスタを完成させ
る。ここで、ゲート側壁絶縁膜は、シリコン酸化膜に変
換されているのでゲート電極23と配線を含むソース/
ドレイン拡散領域27との間の寄生容量は小さくなり、
素子動作速度の低下を招くことはなかった。上記、シリ
コン窒化膜からシリコン酸化膜への変換は、水蒸気雰囲
気中のアニールを用いなくとも、例えば、酸素、オゾン
等の酸化雰囲気又はこれらの混合雰囲気中でも可能であ
る。ただし、低温で変換できる点で水蒸気雰囲気が適し
ている。またアニール圧力は、1気圧以下でも可能であ
るが、アニール温度を下げるためには加圧アニールが望
ましい。
する。図6は、半導体装置、すなわちこの実施例で説明
するエレベーテッドソース/ドレイン構造のトランジス
タを製造する工程断面図である。まず、図6(a)に示
すように、シリコンなどの半導体基板31上にシリコン
酸化膜などのゲート絶縁膜32を形成する。その後、多
結晶シリコン層とRIE加工用のマスクとなるシリコン
窒化膜34を逐次CVD法により堆積し、RIE法によ
り多結晶シリコンを加工してゲート電極33を形成す
る。次に、ゲート電極33の露出面を熱酸化してゲート
保護絶縁膜35を形成する。その後、イオン注入法によ
り半導体基板31中にソース/ドレイン拡散領域の一部
36を形成する。次に、図6(b)のように、基板全面
にヘキサクロルジシラン(Si2 Cl6 )ガスとアンモ
ニア(NH3 )ガスを用いた減圧CVD法により、シリ
コン窒化膜を堆積させる。成膜条件は、例えば、温度が
400℃、ヘキサクロルジシランガス流量が1000s
ccm、アンモニアガス流量が10sccm、圧力が1
80Paである。次に、RIE法により平坦部のシリコ
ン窒化膜を除去してゲート側壁窒化膜37を形成する。
このとき、ゲート酸化膜32のRIEエッチング速度を
ゲート側壁窒化膜37のRIEエッチング速度よりも遅
く設定することにより、半導体基板31の表面荒れを防
止する。
ル成長法によりシリコンのソース/ドレインエレベート
層38を形成する。形成条件は、例えば、温度が600
℃、ジクロルシラン(SiH2 Cl2 )ガス流量が30
0sccm、ゲルマン(GeH4 )ガス流量が10sc
cm、塩化水素ガス流量が100sccm、水素ガス流
量が1500sccm、圧力が2kPaである。このと
き、シリコン側壁窒化膜37が隣接しているのでファセ
ットと呼ばれる空隙は形成されなかった。なお、エレベ
ート層38を形成するときに、ゲルマンガスを混ぜてい
るのは形成温度を下げるためである。高温で形成したの
ではシリコン窒化膜が緻密化して、後のシリコン酸化膜
への変換が困難になるからである。次に、イオン注入法
でシリコン基板中にソース/ドレイン拡散領域39を形
成する。このとき、ファセット形成を防止しているので
拡散領域形状の素子間ばらつきを抑制することができ
る。そのためトランジスタしきい値の制御は容易であ
る。次に、図6(d)に示すように、水蒸気雰囲気中で
アニールを行うことにより、シリコン側壁窒化膜37を
塩素を含有したシリコン酸化膜に変換し、これをゲート
側壁絶縁膜37′に変換した。アニール条件は、例え
ば、温度が400℃、圧力が1気圧である。このシリコ
ン酸化膜中には、0.1atom%程度の塩素と水素が
含まれていることが2次イオン質量分析法で確認され
た。
線層などを半導体基板上に形成して、MOSトランジス
タを完成させた。ここで、ゲート側壁絶縁膜は、シリコ
ン酸化膜に変換されているのでゲート電極33と配線を
含むソース/ドレインエレベート層38との間の寄生容
量は小さくなり、素子動作速度の低下を招くことはなか
った。以上、前述の実施例以外にも、トランジスタ素子
の周辺に何らかの理由で存在しているシリコン窒化膜を
素子形成が完成した後においてシリコン酸化膜に変換す
ることができる。このように酸化物に変換してしまえば
比誘電率の高いシリコン窒化膜に起因するトランジスタ
動作速度の低下やデバイス信頼性の低下などを防止する
ことが可能になる。
膜部分の比誘電率が下がりので寄生容量が低下し、その
結果トランジスタ素子の動作速度が著しく向上する。ま
た本発明のシリコン窒化物を酸化物に変換する方法で
は、トランジスタ特性の素子間ばらつきや動作不良を防
止しながら寄生容量の増大を抑えることができる。また
本発明のゲート電極とソース/ドレイン領域上部に金属
シリサイド層を形成する方法では、ソース/ドレイン拡
散領域形状のばらつき及びゲート電極とソース/ドレイ
ン領域のショート不良を防止しながら寄生容量の増大を
抑えることが可能になる。
図。
(この図のA−A′線に沿う部分の断面図が図1(a)
に相当する)。
シリコン酸化膜の誘電率の変化率との関係を説明する特
性図。
法を説明する工程断面図。
法を説明する工程断面図。
法を説明する工程断面図。
断面図。
断面図。
断面図。
程断面図。
程断面図。
程断面図。
程断面図。
151・・・半導体基板、 12、22、32、112、122、132、142、
152・・・ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)、 13、23、33、113、123、133、143、
153・・・ゲート電極、 14、24、35、114、124、134、145、
155・・・ゲート保護絶縁膜、 15、26′、37′、115、126、136、14
7、157・・・ゲート側壁絶縁膜、 16、27、39、116、127、137、149、
159・・・ソース/ドレイン領域、 17、38、117、158・・・ソース/ドレインエ
レベート層、 25、36、125、135、146、156・・・ソ
ース/ドレイン領域の一部、 26、37・・・ゲート側壁窒化膜、 28、128、138・・・コバルト層、 29、129、139・・・コバルトシリサイド層、 34、144、154・・・シリコン窒化膜。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板主面に形成されたソース/ドレイン領域
と、 前記半導体基板主面上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ソース/ドレイン領域の一部及びその領域間の上に
配置された前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極
と、 前記ゲート電極の側面に形成されたゲート側壁絶縁膜と
を備え、 前記ゲート側壁絶縁膜は、0.1atom%以上の塩素
を含むシリコン酸化物からなることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】 半導体基板と、 前記半導体基板主面に形成されたソース/ドレイン領域
と、 前記半導体基板主面上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ソース/ドレイン領域の一部及びその領域間の上に
配置された前記ゲート絶縁膜上に形成され、ゲート保護
絶縁膜により被覆されたゲート電極と、 前記ゲート電極の側面に形成されたゲート側壁絶縁膜と
を備え、 前記ゲート側壁絶縁膜は、0.1atom%以上の塩素
を含むシリコン酸化物からなることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項3】 前記ゲート保護絶縁膜は、0.1ato
m%以上の塩素を含むシリコン酸化物からなることを特
徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記ゲート電極のゲート長は、0.2μ
m以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の
いずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記ソース/ドレイン領域は、エレベー
トソース/ドレイン構造を有していることを特徴とする
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記ゲート電極上部と前記ソース/ドレ
イン領域上部には金属シリサイド層が形成されているこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載
の半導体装置。 - 【請求項7】 半導体基板にソース/ドレイン領域を形
成する工程と、 前記半導体基板主面上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記ソース/ドレイン領域の一部及びその領域間の上に
配置された前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程と、 前記ゲート電極の側面に塩素を含むシリコン窒化膜から
なる絶縁膜を形成する工程と、 前記シリコン窒化膜を酸化反応処理により、0.1at
om%以上の塩素を含むシリコン酸化物に変換し、これ
をゲート側壁絶縁膜とする工程とを備えたことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記シリコン酸化物への変換は、水蒸気
を主な酸化種とする酸化反応で行うことを特徴とする請
求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記シリコン酸化物への変換は、大気圧
を超える加圧状態の酸化反応で行うことを特徴とする請
求項7に記載の半導体装置の製造方法。
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