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JP3203531B2 - サイドウォールの製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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JP3203531B2 - サイドウォールの製造方法及び半導体装置 - Google Patents

サイドウォールの製造方法及び半導体装置

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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁膜の側端部に設ける
サイドウォールの製造方法に係り、特に低温反応により
サイドウォールを製造する方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のシリコン酸化膜の製造方
法としては、例えば反応ガスとしてＳｉＨ4 とＮ2 Ｏを
用いて減圧ＣＶＤによりＨＴＯ膜を形成する方法が知ら
れている。また、他の製造方法としては、特開平３ー４
１７３１号公報，特開平３ー２０１４３５号公報に示さ
れているように、テトラエトキシシラン（以下、ＴＥＯ
Ｓと記す）とオゾンを温度３９０〜４３０℃の常圧下に
おいて反応させて膜を成長させ、更にオゾン雰囲気中等
でアニール処理することによりシリコン酸化膜を得る方
法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＨＴＯ膜
を製造する方法の場合には、基板面の段差部分における
ＨＴＯ膜のステップカバレッジが悪く、膜がオーバーハ
ング形状になるという欠点があると共に、その成膜速度
が遅いため生産性が悪いという問題がある。一方、ＴＥ
ＯＳとオゾンを常圧で反応させる方法は、生成された膜
のステップカバレッジは良好であり、成膜速度も従来の
ＴＥＯＳを用い基板温度７００〜８００°Ｃで減圧ＣＶ
Ｄにより形成したシリコン酸化膜に比べて２０〜３０倍
速いという利点がある。しかし、この方法によれば、シ
リコン酸化膜のアニール後の膜収縮率がやや大きいた
め、膜の収縮により半導体基板にストレスを与え、結晶
欠陥をもたらすおそれがある。本発明は、上記した問題
点を解決しようとするもので、ステップカバレッジが良
く、成膜速度が速く、かつアニール後の膜収縮率が小さ
いシリコン酸化膜の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、所
定パターンの絶縁膜を設けた基板上にトリエトキシシラ
ンとオゾンとを、トリエトキシシラン１モルに対してオ
ゾン５〜１０モルの割合で供給して２００〜５００℃の
雰囲気中にて熱分解ＣＶＤにより反応させて８５０°Ｃ
でアニールを行った場合の膜収縮率〔（アニール前膜厚
−アニール後膜厚）／（アニール前膜厚）×１００〕を
１０％以下としたシリコン酸化膜を成長させる膜形成工
程と、シリコン酸化膜を異方性エッチング法によりエッ
チングを行うことにより、絶縁膜の側端部にシリコン酸
化膜のサイドウォールを設けるサイドウォール形成工程
とを設けたことにある。
【０００５】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、半導体装置において、前記請求項１に記載の製
造方法により製造されたサイドウォールを設けたことに
ある。
【０００６】上記各請求項に係る発明において、トリエ
トキシシランの反応容器内への供給は、ヘリウム、アル
ゴン、窒素等の不活性ガスによるバブリングによってト
リアルコキシシランを気化させることにより行われる
か、または加熱により気化させて前記不活性ガス等の希
釈ガスと共に供給する方法が一般的である。
【０００７】もう一方の反応ガスであるオゾンは、酸素
で希釈して反応容器内に供給するのが一般的である。そ
して、オゾン濃度は、１０ｗｔ％を越えない範囲が好ま
しく、３〜７ｗｔ％が特に好ましい。オゾン濃度があま
り高いと、気相での微粒子の発生が激しくなり、基板上
へ付着するおそれがあり、また、オゾン濃度があまり低
いと、反応速度が遅くなり実用的でなくなる。オゾンと
トリアルコキシシランの反応容器への供給割合は、トリ
アルコキシシラン１モルに対してオゾン０．５〜１０モ
ルが好ましく、さらに好ましくは、１〜５モルである。
【０００８】また、上記基板の温度は、成膜速度及び膜
中水分量に関係するが、好ましくは２００℃から５００
℃、更に好ましくは２８０℃から４５０℃、特に好まし
くは３５０℃から４２０℃である。２００℃未満では、
高温の熱処理による膜収縮が大きくなる場合があり、５
００℃を越えると膜形成速度が低下する恐れが有り、効
率的とは言えなくなる。反応容器内の圧力は、常圧であ
っても減圧であっても良いが、好ましくは８００〜１０
０ｍｍＨｇ、さらに好ましくは８００〜６００ｍｍＨｇ
である。
【０００９】
【発明の作用・効果】上記のように構成した請求項１に
係る発明においては、ゲート絶縁膜等の所定パターンの
絶縁膜上にトリアルコキシシランとオゾンを例えば２０
０〜５００°Ｃの低温雰囲気にて熱分解ＣＶＤにより反
応させてシリコン酸化膜を成長させたことにより、基板
上に成長速度が速くかつ絶縁膜の段差部分におけるステ
ップカバレッジの良好なシリコン酸化膜が形成される。
また、このシリコン酸化膜は、膜質が緻密に形成され、
特に、３５０〜４２０°Ｃの範囲において得られた膜
は、膜質が非常に緻密であるため高温の熱処理による膜
収縮も少なく、具体的には、８５０°Ｃでアニールを行
った場合の膜収縮率〔（アニール前膜厚−アニール後膜
厚）／（アニール前膜厚）×１００〕を１０％以下とす
ることができる。このシリコン酸化膜を異方性エッチン
グ法によりエッチングを行うことにより、絶縁膜の側端
部に良好な形状のシリコン酸化膜のサイドウォールが形
成される。このサイドウォールは、膜質が緻密であり、
その後の高温熱処理により膜収縮をほとんど生じないの
で、基板にストレスを与えることがない。従って、基板
に結晶欠陥が発生することもなく、基板及び膜の信頼性
が確保される。
【００１０】また、上記のように構成した請求項２に係
る発明においては、半導体装置例えば絶縁ゲート型半導
体装置のゲート絶縁膜等の側部に前記請求項１に記載の
製造方法により膜質の緻密なサイドウォールを設けたこ
とにより、その後の高温の熱処理によってもシリコン酸
化膜の収縮はほとんどなく、従って下地半導体基板に熱
ストレス等を与えることもない。このため、絶縁ゲート
型半導体装置等はサイドウォールの形成によってその特
性が劣化することもなく、高歩留りで製造されると共に
高い信頼性が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により
説明する。まず、図１（ａ）に示すように、絶縁ゲート
型半導体装置のゲート部１１及びフィールド絶縁膜１２
の形成されたシリコン半導体基板（以下、シリコン基板
と記す）１０をＣＶＤ装置の反応容器内に設けたサセプ
タに載置する。なお、ＣＶＤ装置の形式としては、縦
型、横型、パンケーキ型、ベルトコンベア型等のいずれ
を用いてもよい。つぎに、サセプタを加熱することによ
りを、シリコン基板１０を４００℃に保持する。ここ
で、反応容器内に４５℃に加熱したトリエトキシシラン
を流量２．０Ｌ／ｍｉｎのＮ2 ガスによりバブリングし
て導入する。同時に、オゾン濃度４．５％の酸素を流量
７．５Ｌ／ｍｉｎの割合で反応容器内に導入する。反応
容器内にてトリエトキシシランとオゾンとを５分間反応
させることにより、シリコン基板１０上に膜厚０．７５
μｍのシリコン酸化膜１３が形成される。このシリコン
酸化膜１３は、図１（ｂ）に示すように、ゲート部１１
及びフィールド絶縁膜１２の段差部分におけるステップ
カバレッジが良好に形成される。さらに、このシリコン
酸化膜１３を反応イオンエッチング法等の異方性エッチ
ングによりエッチングを行うことにより、図１（ｃ）に
示すように、ゲート部１１の側部に良好な形状のシリコ
ン酸化膜のサイドウォール１４が形成される。
【００１２】ここで、以上のように形成されたシリコン
酸化膜１３の膜質を調べるために、シリコン酸化膜１３
をＮ2 雰囲気中で３００°Ｃ，４５０°Ｃ，８５０℃で
各々２０分間アニールし、その後、膜収縮率の測定を行
った。膜収縮率の測定結果を図２に示す。ここで、膜収
縮率は、（アニール前膜厚−アニール後膜厚）／（アニ
ール前膜厚）×１００で表されるものとする。この結
果、８５０°Ｃでアニールを行った場合の膜収縮率は、
５％程度と大幅に低減することができた。また、図２に
は、トリエトキシシランとオゾンとを用い、基板温度２
５０°Ｃ，及び３００°Ｃとしたときに得られたシリコ
ン酸化膜について、上記条件によるアニール後の膜収縮
率を調べた結果も示す。
【００１３】以上のように、シリコン酸化膜の膜収縮率
の大幅な低減が達成されたことにより、高温の熱処理に
よるシリコン基板に対する熱ストレスの発生が抑えら
れ、シリコン基板における結晶欠陥の発生が防止され
る。その結果、このシリコン酸化膜をゲート部のサイド
ウォールに適用した絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
は、特性が劣化することがなく、高歩留りで製造される
と共にその信頼性が高められる。また、本実施例に係る
シリコン酸化膜の製造方法によれば、従来のＴＥＯＳと
オゾンを常圧で反応させる方法よりもさらに膜形成速度
が速いので、半導体装置の製造におけるスループットの
改善を図ることもできる。
【００１４】さらに、上記実施例に係るシリコン酸化膜
の製造方法を、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲ
ート部へのサイドウォールの形成に限らず、その他の半
導体装置のサイドウォールの形成に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタのゲート部のサイドウォール製造工程を示す断面
図である。
【図２】シリコン酸化膜の各種基板温度に対する膜収縮
率とアニール温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０；シリコン基板、１１；ゲート部、１２；フィール
ド絶縁膜、１３；シリコン酸化膜、１４；サイドウォー
ル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−153045（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−297146（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−74424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/78 H01L 21/316 H01L 21/336

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定パターンの絶縁膜を設けた基板上に
    トリエトキシシランとオゾンとを、トリエトキシシラン
    １モルに対してオゾン５〜１０モルの割合で供給して２
    ００〜５００℃の雰囲気中にて熱分解ＣＶＤにより反応
    させて、８５０°Ｃでアニールを行った場合の膜収縮率
    〔（アニール前膜厚−アニール後膜厚）／（アニール前
    膜厚）×１００〕を１０％以下としたシリコン酸化膜を
    成長させるシリコン酸化膜形成工程と、 前記シリコン酸化膜を異方性エッチング法によりエッチ
    ングを行うことにより、前記絶縁膜の側端部にシリコン
    酸化膜のサイドウォールを設けるサイドウォール形成工
    程とを設けたことを特徴とするサイドウォールの製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の製造方法により形
    成されたサイドウォールを設けたことを特徴とする半導
    体装置。
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