半導体装置の製造方法
【課題】半導体装置の製造に使用されるシリコン酸化膜の下地依存性を改善することによって、シリコン酸化膜の狭スペースへの埋め込み性やモフォロジーを向上させる。
【解決手段】半導体素子部を有するＳｉ基板１の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子を吸着させ、Ｓｉ含有分子による吸着層１２を形成する。あるいは、Ｓｉ基板１上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜を形成する。吸着層１２またはＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜上から有機シリコン材料ガスとオゾン等の活性化された酸素を含むガスとを供給し、Ｓｉ基板１上にシリコン酸化物からなる絶縁膜１３を形成する。
【解決手段】半導体素子部を有するＳｉ基板１の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子を吸着させ、Ｓｉ含有分子による吸着層１２を形成する。あるいは、Ｓｉ基板１上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜を形成する。吸着層１２またはＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜上から有機シリコン材料ガスとオゾン等の活性化された酸素を含むガスとを供給し、Ｓｉ基板１上にシリコン酸化物からなる絶縁膜１３を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板上に絶縁膜を形成する方法としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ／Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）等の有機シリコン材料ガスとオゾン（Ｏ３）とを反応させてシリコン酸化膜を形成する方法（ＣＶＤ法）が知られている。このような方法で形成されるシリコン酸化膜（ＵＳＧ（Ｕｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ｇｌａｓｓ）膜）は、狭スペースに対する埋め込み性に優れることから、半導体素子部（半導体回路）の電極間に形成される溝部を埋めるプレメタル絶縁膜（ＰＭＤ）等として使用されている。
【０００３】
ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜は、段差に対してフローしたような形状で成膜されるフロー性を有することから、溝部等に対する埋め込み性に優れる反面、成膜速度が下地に依存するという欠点を有する。シリコン酸化膜の下地となる材料によっては、Ｓｉ基板上に直接形成する場合に比べて成膜速度が遅くなり、埋め込み部がオーバーハング形状となってボイドが生じたり、またモフォロジーが低下するというような問題が生じる。
【０００４】
シリコン酸化膜のフロー性と下地依存性はトレードオフの関係にある。狭スペースへの埋め込みにはフロー性の良い成膜条件を適用する必要があるが、そのような条件は下地依存性が強いという欠点がある。ＰＭＤ等として用いられるシリコン酸化膜の下地はエッチングストッパとしてのシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）となる場合が多く、近年ではトランジスタ性能の向上のために応力が大きいシリコン窒化膜（ハイストレスＳｉＮｘ膜）が用いられつつある。シリコン酸化膜は特にシリコン窒化膜上では成膜速度が遅く、埋め込み部でのボイドの発生やモフォロジーの低下が生じやすい。
【０００５】
特許文献１，２には有機シリコン材料ガスとオゾンとの反応による成膜工程の前処理として、Ｓｉ基板をＴＥＯＳ等の有機シリコン材料ガスのみに曝すことが記載されている。特許文献１，２では前処理工程で有機シリコン材料ガスのみを用いることで、Ｓｉ基板の表面（下地上）にメチル基やエチル基等の有機基を含むシリル基（有機シリル基）による被覆層を形成している。しかしながら、有機シリコン材料ガスのみでは高温での熱処理が必要となり、また実用的な成膜温度ではシリル基（有機シリル基）の吸着が生じにくく、シリコン酸化膜の下地依存性の改善効果を十分に得ることはできない。
【特許文献１】特開平０７−０９４５０５号公報
【特許文献２】特開平０８−０３１８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、シリコン酸化膜の下地依存性を改善し、狭スペースへの埋め込み性やモフォロジーに優れるシリコン酸化膜を適用することによって、半導体装置の信頼性や製造歩留り等を向上させることを可能にした半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子部を有する半導体基板の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子を吸着させ、前記Ｓｉ含有分子による吸着層を形成する工程と、前記吸着層上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【０００８】
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子部を有する半導体基板上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜を形成する工程と、前記ＳｉＮ系保護膜上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、シリコン酸化膜の下地依存性を改善することができる。従って、狭スペースへの埋め込み性やモフォロジーに優れるシリコン酸化膜を備える半導体装置を再現性よく得ることができ、半導体装置の信頼性や製造歩留り等を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明の半導体装置の製造方法をＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の製造に適用した第１の実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。図１ないし図４は半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）の製造工程を示している。まず、図１に示すように、半導体基板としてＳｉ基板１を用意する。Ｓｉ基板１は素子分離膜２を有している。このようなＳｉ基板１に半導体素子部３を形成する。半導体素子部３はさらに配線等を形成することによりＭＯＳＦＥＴ回路（トランジスタ回路）を構成するものである。
【００１１】
Ｓｉ基板１にはソース・ドレイン領域４やエクステンション領域５が形成される。このようなＳｉ基板１上にゲート絶縁膜６とゲート電極７とを形成する。ゲート絶縁膜６にはＳｉ酸化物、Ｓｉ窒化酸化物、金属酸化物、金属窒化酸化物等が適用される。ゲート電極７はポリシリコン、金属、金属化合物等で形成される。ゲート電極７はシリコン窒化物等からなる側壁絶縁膜（スペーサ）８とＷシリサイドやＴｉシリサイド等からなるシリサイド層９とを有している。ゲート電極７の間隔は例えば１５０ｎｍ以下とされる。半導体素子部３に基づくＭＯＳＦＥＴ回路（トランジスタ回路）はｎ型およびｐ型のいずれであってもよく、またＣＭＯＳ構造であってもよい。
【００１２】
次いで、図２に示すように、半導体素子部３上にエッチングストッパ膜として、例えばプラズマＣＶＤ法を適用してシリコン窒化膜１０を成膜する。プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０は、成膜条件に基づいて膜応力を制御できるという利点を有する。ＭＯＳＦＥＴではゲートに応力を加えることで、キャリアの移動度が変化することが知られている。ｐＭＯＳであれば圧縮応力、ｎＭＯＳであれば引張応力を加えることによって、キャリアの移動度、ひいてはトランジスタの性能を向上させることができる。
【００１３】
次に、図３に示すように、有機物を含まないＳｉ含有ガス１１の雰囲気中にシリコン窒化膜１０を暴露することによって、シリコン窒化膜１０の最表面にＳｉ含有分子を吸着させる。すなわち、シリコン窒化膜１０の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子による吸着層１２を形成する。図５（ａ）に示すように有機物を含まないＳｉ含有ガス１１中にシリコン窒化膜１０を曝すと、図５（ｂ）に示すようにシリコン窒化膜１０の最表面にシリル基（ＳｉＨ３基／有機基を含まないＳｉ含有基）が吸着する。
【００１４】
このように、シリコン窒化膜１０の表面に有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）による吸着層１２を形成し、シリコン窒化膜１０の表面をシリコンライクな状態とすることによって、有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとの反応に基づくシリコン酸化物の下地依存性を解消することができる。シリコン窒化膜１０の表面をシリコンライクな状態とする上で、吸着層１２は有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）で形成される。従って、Ｓｉ含有ガス１１には有機物を含まないＳｉ化合物ガスが用いられる。
【００１５】
有機基を含まないＳｉ含有分子の原料としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）および四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）から選ばれる少なくとも１種のＳｉ化合物ガス（シラン化合物ガス）を用いることが好ましい。これらのうちでも、Ｓｉ含有基（シリル基）による吸着層１２の形成性や取扱い性等に優れることから、ＳｉＨ４ガスやＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを用いることがより好ましい。
【００１６】
有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）による吸着層１２の形成は、シリコン窒化膜１０を有するＳｉ基板（Ｓｉウエハ）１をシリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜装置のチャンバ内に導入し、ＳｉＨ４ガスやＳｉＨ２Ｃｌ２ガス等を流すことにより実施される。この際、チャンバ内の温度は２００℃以上５００℃以下の範囲（４００℃程度が望ましい）とすることが好ましい。このような温度ではＣＶＤ反応は進まず、分子レベルでの最表面吸着のみが起こる。従って、シリコン窒化膜１０表面のＳｉ原子密度が上がり、Ｓｉ基板のそれと近くなるため、シリコン酸化膜の下地依存性を解消することができる。
【００１７】
シリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜前に吸着層１２をインサイチュー（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で形成せずに、吸着層１２を一旦大気に暴露してからシリコン酸化膜を成膜（Ｅｘ−Ｓｉｔｕ）すると、吸着層１２が酸化されてしまったり、不純物が表面に吸着されてしまうため、吸着層１２を形成したことによる効果（シリコン酸化膜の下地依存性の解消効果）が得られなくなる。このため、吸着層１２の形成は成膜装置のチャンバ内でシリコン酸化膜の成膜前にインサイチュー（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で実施することが好ましい。
【００１８】
有機物を含まないＳｉ化合物ガス（シラン化合物ガス）は、上述したように２００〜５００℃というような温度で熱分解するため、シリコン窒化膜１０の表面にシリル基による吸着層１２を形成することができる。これに対し、ＴＥＯＳ等の有機物を含むＳｉ化合物ガス（有機シリコン材料ガス）は同温度帯では熱分解がほとんど起こらず、吸着層を効果的に形成することはできない。さらに、メチル基やエチル基等の有機基を含むＳｉ含有基（有機シリル基）による吸着層では表面のＳｉ原子密度が低下し、シリコンライクな状態とはならないため、シリコン酸化物の下地依存性を十分に解消することができない。
【００１９】
吸着層１２の形成はシリコン窒化膜１０の表面がシリル基で飽和するまで実施することが好ましい。このような状態を得る上で、上述したように吸着層１２の形成温度を２００〜５００℃の範囲にすると共に、吸着層１２の形成時の圧力を１００〜１０００Ｐａの範囲とすることが好ましい。このような条件下で吸着層１２を形成することによって、シリコン窒化膜１０の表面をよりシリコンライクな状態に近づけることができ、シリコン酸化物の下地依存性を効果的に解消することができる。
【００２０】
この後、図４に示すように、吸着層１２を有するシリコン窒化膜１０上にＴＥＯＳ等の有機シリコン材料ガスとオゾンやプラズマ酸素等の活性化された酸素を含むガス（活性酸素ガス）とを供給し、ＣＶＤ法によりシリコン酸化物からなる絶縁膜１３を形成する。活性化された酸素を含むガスとしては、より良好なフロー性を確保する上でオゾンを用いることが好ましい。絶縁膜（シリコン酸化膜）１３の成膜はフロー性の良好な成膜条件下で実施することが好ましい。フロー性の良好なシリコン酸化膜１３の成膜条件としては、例えば成膜温度を５００℃以下、圧力を２０ｋＰａ以上とし、ＴＥＯＳと活性酸素ガスとのガス流量比はＴＥＯＳを１としたときに活性酸素ガスを５以上とすることが好ましい。
【００２１】
上述したようなフロー性の良好な成膜条件下でシリコン酸化膜１３を成膜した場合においても、シリコン酸化膜１３の下地依存性は吸着層１２により解消されるため、ゲート電極７間に形成される溝部にシリコン酸化膜１３を良好に埋め込むことができる。すなわち、シリコン酸化膜１３の埋め込み部におけるボイドの発生を抑制し、さらにシリコン酸化膜１３の表面のモフォロジーを向上させることができる。これらによって、ＰＭＤとしての機能に優れるシリコン酸化膜１３を得ることが可能となる。特に、ハイストレスのシリコン窒化膜１０を適用した場合でも、シリコン酸化膜１３の下地依存性が解消されるため、半導体装置の信頼性と性能を共に向上させることが可能となる。
【００２２】
ここで、ＳｉＨ４（またはＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを用いて吸着層１２を形成した後にインサイチューでシリコン酸化膜１３を形成した場合のＭＯＳＦＥＴ（実施例）と、ＳｉＨ４（またはＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスに代えてＴＥＯＳガスを用いたＭＯＳＦＥＴ（比較例）の表面状態を比較した。ＴＥＯＳガスによる吸着層の形成はＳｉＨ４ガスを用いた場合と同一条件で実施した。各ＭＯＳＦＥＴにおけるシリコン酸化膜の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は基板（ウエハ）の上方から光を照射した際の基板表面からの散乱成分に基づくものである。
【００２３】
その結果、比較例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は２５００ｐｐｍであったのに対し、実施例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は５ｐｐｍであり、シリル基による吸着層１２を形成することでシリコン酸化膜の表面モフォロジーが改善されることが確認された。このことからも、有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）による吸着層１２は、従来のＴＥＯＳガスによる吸着層に比べてシリコン酸化膜１３の下地依存性の解消に対して有効であることが分かる。従って、埋め込み部の健全性や表面モフォロジーに優れるシリコン酸化膜１３を再現性よく提供することが可能となる。
【００２４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法をＭＯＳＦＥＴの製造に適用した第２の実施形態について、図６ないし図９を参照して説明する。図６ないし図９は半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）の製造工程を示している。なお、図６ないし図９において、図１ないし図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。
【００２５】
まず、図６に示すように、Ｓｉ基板１上に半導体素子部（ＭＯＳＦＥＴを構成する素子部）３とシリコン窒化膜（エッチングストッパ膜）１０とを形成する。これらは第１の実施形態と同様にして形成する。さらに、シリコン窒化膜（エッチングストッパ膜）１０上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を形成する。ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はＳｉとＮとの原子比がＳｉ／Ｎ＞３／４の条件を満足するものであり、有機シリコン材料ガスと活性酸素ガスとの反応に基づくシリコン酸化物の下地依存性の解消に効果を発揮する。
【００２６】
ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１は、例えば原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ／Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを用いた成膜法（ＨＣＤ−ＳｉＮ成膜法）、あるいはシラン（ＳｉＨ４）ガスと亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスとを用いた成膜法（ＤＡＲＣ（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ）法）を適用することにより形成することができる。
【００２７】
ＨＣＤ−ＳｉＮ成膜法においては、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）とアンモニア（ＮＨ３）とを原料ガスとして用いて、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法により成膜温度を５００℃以下としてＳｉＮ膜を形成する。成膜温度は４５０℃以下とすることが好ましい。また、ＨＣＤとＮＨ３のガス流量比はＨＣＤを１としたときにＮＨ３を概ね１０以上とすることが好ましい。ＨＣＤは元々Ｓｉ−Ｓｉ結合を有しており、さらにこのような条件下で成膜することによって、シリコンが過剰なシリコン窒化膜が得られる。
【００２８】
ＤＡＲＣ法においては、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏガスとを原料ガスとして用いて、既知のプラズマＣＶＤ法によりウエハステージ温度を概ね４００℃以上としてＳｉＮ膜を形成する。この際、ＳｉＨ４とＮ２Ｏのガス流量比はＳｉＨ４を１としたときにＮ２Ｏを概ね１以上とすることが好ましい。このような条件下で成膜することによって、シリコンが過剰なシリコン窒化膜が得られる。なお、ＤＡＲＣ法を適用した場合、シリコン窒化膜中に酸素（Ｏ）が一部取り込まれてＳｉリッチなＳｉＯＮ膜となるが、これもＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１に含まれるものである。
【００２９】
次に、図７に示すように、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１にＴＥＯＳ等の有機シリコン材料ガスと活性酸素ガス（活性化された酸素を含むガス）とを供給し、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜２２を形成する。活性酸素ガスとしてはオゾンやプラズマ酸素等が用いられる。これらのうちでも、良好なフロー性を確保する上でオゾンを使用することが好ましい。ＳｉＮ系保護膜２１上にはシリコン酸化膜２２をＳｉ基板上と同等に形成することができる。従って、シリコン酸化膜１３はフロー性の良好な成膜条件、例えば成膜温度が５００℃以下、圧力が２０ｋＰａ以上、ＴＥＯＳと活性酸素ガスとのガス流量比がＴＥＯＳを１としたときにオゾンが５以上である条件下で成膜することができる。
【００３０】
ところで、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はシリコン酸化膜２２の下地依存性の解消に効果的であるものの、それ自体の特性はリークレベルが高く、絶縁膜（ＰＭＤ）として用いた場合に機能が劣るおそれがある。そこで、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１上には、まず酸素を透過させることが可能な程度の厚さを有する第１のシリコン酸化膜２２を形成する（図７）。次いで、図８に示すように、第１のシリコン酸化膜２２を酸化ガス２３に暴露し、第１のシリコン酸化膜２２越しにＳｉＮ系保護膜２１を酸化する。これによって、ＳｉＮ系保護膜２１をリークレベルの低い絶縁膜に改質することが好ましい。
【００３１】
第１のシリコン酸化膜２２の酸化は、シリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜装置のチャンバ内に酸化ガス２３、例えばシリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜用のオゾンやプラズマ酸素を流し、インサイチュー（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で実施することが好ましい。この後、図９に示すように、第１のシリコン酸化膜２２上に同様なフロー性の良好な成膜条件下で第２のシリコン酸化膜２４を形成する。第１のシリコン酸化膜２２と第２のシリコン酸化膜２４とによって、所望の膜厚を有する絶縁膜（ＰＭＤ）２５が構成される。
【００３２】
第１のシリコン酸化膜２２は少なくとも絶縁膜２４の膜厚より薄く形成される。さらに、第１のシリコン酸化膜２２を介してＳｉＮ系保護膜２１を酸化することを考慮すると、第１のシリコン酸化膜２２の膜厚は１０ｎｍ以下とすることが好ましく、例えば５ｎｍの膜厚で成膜される。第１のシリコン酸化膜２２の膜厚が１０ｎｍを超えると、ＳｉＮ系保護膜２１を良好に酸化することができない。第２のシリコン酸化膜２４は第１のシリコン酸化膜２２の合計膜厚が絶縁膜（ＰＭＤ）２５の必要膜厚となるように形成される。
【００３３】
第１のシリコン酸化膜２２を成膜する前にＳｉＮ系保護膜２１を酸化して改質してしまうと、シリコン酸化膜の下地依存性が強くなってしまい、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１による下地依存性の解消効果を得ることができなくなる。この実施形態ではＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１上にシリコン酸化膜２２、２４を形成しているため、ゲート電極７間に形成される溝部にシリコン酸化膜２２、２４を良好に埋め込むことができ、さらに表面のモフォロジーも向上させることができる。特に、ハイストレスのシリコン窒化膜１０を適用した場合でも、シリコン酸化膜２２、２４の下地依存性を考慮する必要がないため、半導体装置の信頼性と性能を共に向上させることが可能となる。
【００３４】
図１０にＨＣＤ−ＳｉＮ法で形成したＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を有するＭＯＳＦＥＴの断面写真を示す。図１２に示すＭＯＳＦＥＴにおいて、ＳｉＮ系保護膜２１は成膜温度を４５０℃、ガス流量比をＮＨ３／ＨＣＤ＝２０とした条件下で形成し、シリコン酸化膜２２、２４は成膜温度を４００℃、圧力を５０ｋＰａ、ガス流量比をＯ３／ＴＥＯＳ＝１０とした条件下で形成した。ＳｉＮ系保護膜を形成することなくシリコン酸化膜を成膜したＭＯＳＦＥＴの断面写真を図１３に示す。図１３に示すおけるＭＯＳＦＥＴは、ＳｉＮ系保護膜を形成しない以外は図１２のＭＯＳＦＥＴと同一条件で作製した。
【００３５】
図１２と図１３との比較から明らかなように、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を形成することによって、シリコン酸化膜２４の表面のモフォロジーを向上させることができる。また、シリコン酸化膜２２、２４による溝部の埋め込み性（ボイドの有無）も良好であり、加えてＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はシリコン酸化膜２２を介して酸化しているため、絶縁膜（ＰＭＤ）２５としての機能も良好であることが確認された。
【００３６】
上述したＨＣＤ−ＳｉＮ法によるＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１上にシリコン酸化膜２２、２４を形成したＭＯＳＦＥＴ（第１の実施例）において、シリコン酸化膜２４の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１の形成にＤＡＲＣ法を適用する以外は第１の実施例と同様にして形成したＭＯＳＦＥＴ（第２の実施例）についても、シリコン酸化膜２４の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。これらとの比較としてＳｉＮ系保護膜２１を適用することなくシリコン酸化膜を形成したＭＯＳＦＥＴ（比較例）についても、シリコン酸化膜の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。
【００３７】
その結果、比較例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は２９００ｐｐｍであったのに対し、第１の実施例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は９ｐｐｍ、第２の実施例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は６ｐｐｍであり、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を適用することでシリコン酸化膜の表面モフォロジーが改善されることが確認された。このことからも、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はシリコン酸化膜２２、２４の下地依存性の解消に対して有効な効果を示すことが分かる。なお、実施例および比較例におけるＭＯＳＦＥＴの作製には、ＳｉＮ系保護膜の形成条件（形成の有無を含む）以外は同一条件を採用した。
【００３８】
従って、シリコン窒化膜１０、特にハイストレスのシリコン窒化膜１０を適用した場合においても、シリコン酸化膜２２、２４をフロー性の良好な成膜条件下で形成することができ、埋め込み性やモフォロジーに優れる絶縁膜２５を得ることができる。このような絶縁膜２５を適用することによって、信頼性と性能に優れる半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）を再現性よく提供することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は上記した実施形態に限定されるものではなく、各種のトランジスタ回路（半導体回路）を備える半導体装置の作製に適用することができる。本発明の製造方法を適用して作製される半導体装置の構造は、本発明の基本構成を満足するものであれば種々に変形が可能であり、それらも本発明に含まれるものである。さらに、実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張または変更することができ、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体回路の形成段階を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程におけるエッチングストッパの形成段階を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程におけるＳｉ含有分子による吸着層の形成段階を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程におけるシリコン酸化膜の形成段階を示す図である。
【図５】Ｓｉ含有分子による吸着層の形成状態を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体回路上へのエッチングストッパの形成段階を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程におけるＳｉＮ系保護膜と第１のシリコン酸化膜の形成段階を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程におけるＳｉＮ系保護膜の酸化段階を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程における第２のシリコン酸化膜の形成段階を示す図である。
【図１０】第２の実施形態を適用して作製したＭＯＳＦＥＴの断面写真である。
【図１１】第２の実施形態との比較例としてＳｉＮ系保護膜を適用せずに作製したＭＯＳＦＥＴの断面写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１…Ｓｉ基板、３…半導体素子部、４…ソース・ドレイン領域、６…ゲート絶縁膜、７…ゲート電極、１０…シリコン窒化膜、１１…有機物を含まないケイ素化合物ガス、１２…有機基を含まないＳｉ含有分子による吸着層、１３，２５…シリコン酸化物による絶縁膜、２１…ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜、２２…第１のシリコン酸化膜、２３…酸化ガス、２４…第２のシリコン酸化膜、２５…絶縁膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板上に絶縁膜を形成する方法としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ／Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）等の有機シリコン材料ガスとオゾン（Ｏ３）とを反応させてシリコン酸化膜を形成する方法（ＣＶＤ法）が知られている。このような方法で形成されるシリコン酸化膜（ＵＳＧ（Ｕｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ｇｌａｓｓ）膜）は、狭スペースに対する埋め込み性に優れることから、半導体素子部（半導体回路）の電極間に形成される溝部を埋めるプレメタル絶縁膜（ＰＭＤ）等として使用されている。
【０００３】
ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜は、段差に対してフローしたような形状で成膜されるフロー性を有することから、溝部等に対する埋め込み性に優れる反面、成膜速度が下地に依存するという欠点を有する。シリコン酸化膜の下地となる材料によっては、Ｓｉ基板上に直接形成する場合に比べて成膜速度が遅くなり、埋め込み部がオーバーハング形状となってボイドが生じたり、またモフォロジーが低下するというような問題が生じる。
【０００４】
シリコン酸化膜のフロー性と下地依存性はトレードオフの関係にある。狭スペースへの埋め込みにはフロー性の良い成膜条件を適用する必要があるが、そのような条件は下地依存性が強いという欠点がある。ＰＭＤ等として用いられるシリコン酸化膜の下地はエッチングストッパとしてのシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）となる場合が多く、近年ではトランジスタ性能の向上のために応力が大きいシリコン窒化膜（ハイストレスＳｉＮｘ膜）が用いられつつある。シリコン酸化膜は特にシリコン窒化膜上では成膜速度が遅く、埋め込み部でのボイドの発生やモフォロジーの低下が生じやすい。
【０００５】
特許文献１，２には有機シリコン材料ガスとオゾンとの反応による成膜工程の前処理として、Ｓｉ基板をＴＥＯＳ等の有機シリコン材料ガスのみに曝すことが記載されている。特許文献１，２では前処理工程で有機シリコン材料ガスのみを用いることで、Ｓｉ基板の表面（下地上）にメチル基やエチル基等の有機基を含むシリル基（有機シリル基）による被覆層を形成している。しかしながら、有機シリコン材料ガスのみでは高温での熱処理が必要となり、また実用的な成膜温度ではシリル基（有機シリル基）の吸着が生じにくく、シリコン酸化膜の下地依存性の改善効果を十分に得ることはできない。
【特許文献１】特開平０７−０９４５０５号公報
【特許文献２】特開平０８−０３１８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、シリコン酸化膜の下地依存性を改善し、狭スペースへの埋め込み性やモフォロジーに優れるシリコン酸化膜を適用することによって、半導体装置の信頼性や製造歩留り等を向上させることを可能にした半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子部を有する半導体基板の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子を吸着させ、前記Ｓｉ含有分子による吸着層を形成する工程と、前記吸着層上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【０００８】
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子部を有する半導体基板上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜を形成する工程と、前記ＳｉＮ系保護膜上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、シリコン酸化膜の下地依存性を改善することができる。従って、狭スペースへの埋め込み性やモフォロジーに優れるシリコン酸化膜を備える半導体装置を再現性よく得ることができ、半導体装置の信頼性や製造歩留り等を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明の半導体装置の製造方法をＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の製造に適用した第１の実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。図１ないし図４は半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）の製造工程を示している。まず、図１に示すように、半導体基板としてＳｉ基板１を用意する。Ｓｉ基板１は素子分離膜２を有している。このようなＳｉ基板１に半導体素子部３を形成する。半導体素子部３はさらに配線等を形成することによりＭＯＳＦＥＴ回路（トランジスタ回路）を構成するものである。
【００１１】
Ｓｉ基板１にはソース・ドレイン領域４やエクステンション領域５が形成される。このようなＳｉ基板１上にゲート絶縁膜６とゲート電極７とを形成する。ゲート絶縁膜６にはＳｉ酸化物、Ｓｉ窒化酸化物、金属酸化物、金属窒化酸化物等が適用される。ゲート電極７はポリシリコン、金属、金属化合物等で形成される。ゲート電極７はシリコン窒化物等からなる側壁絶縁膜（スペーサ）８とＷシリサイドやＴｉシリサイド等からなるシリサイド層９とを有している。ゲート電極７の間隔は例えば１５０ｎｍ以下とされる。半導体素子部３に基づくＭＯＳＦＥＴ回路（トランジスタ回路）はｎ型およびｐ型のいずれであってもよく、またＣＭＯＳ構造であってもよい。
【００１２】
次いで、図２に示すように、半導体素子部３上にエッチングストッパ膜として、例えばプラズマＣＶＤ法を適用してシリコン窒化膜１０を成膜する。プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜１０は、成膜条件に基づいて膜応力を制御できるという利点を有する。ＭＯＳＦＥＴではゲートに応力を加えることで、キャリアの移動度が変化することが知られている。ｐＭＯＳであれば圧縮応力、ｎＭＯＳであれば引張応力を加えることによって、キャリアの移動度、ひいてはトランジスタの性能を向上させることができる。
【００１３】
次に、図３に示すように、有機物を含まないＳｉ含有ガス１１の雰囲気中にシリコン窒化膜１０を暴露することによって、シリコン窒化膜１０の最表面にＳｉ含有分子を吸着させる。すなわち、シリコン窒化膜１０の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子による吸着層１２を形成する。図５（ａ）に示すように有機物を含まないＳｉ含有ガス１１中にシリコン窒化膜１０を曝すと、図５（ｂ）に示すようにシリコン窒化膜１０の最表面にシリル基（ＳｉＨ３基／有機基を含まないＳｉ含有基）が吸着する。
【００１４】
このように、シリコン窒化膜１０の表面に有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）による吸着層１２を形成し、シリコン窒化膜１０の表面をシリコンライクな状態とすることによって、有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとの反応に基づくシリコン酸化物の下地依存性を解消することができる。シリコン窒化膜１０の表面をシリコンライクな状態とする上で、吸着層１２は有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）で形成される。従って、Ｓｉ含有ガス１１には有機物を含まないＳｉ化合物ガスが用いられる。
【００１５】
有機基を含まないＳｉ含有分子の原料としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）および四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）から選ばれる少なくとも１種のＳｉ化合物ガス（シラン化合物ガス）を用いることが好ましい。これらのうちでも、Ｓｉ含有基（シリル基）による吸着層１２の形成性や取扱い性等に優れることから、ＳｉＨ４ガスやＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを用いることがより好ましい。
【００１６】
有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）による吸着層１２の形成は、シリコン窒化膜１０を有するＳｉ基板（Ｓｉウエハ）１をシリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜装置のチャンバ内に導入し、ＳｉＨ４ガスやＳｉＨ２Ｃｌ２ガス等を流すことにより実施される。この際、チャンバ内の温度は２００℃以上５００℃以下の範囲（４００℃程度が望ましい）とすることが好ましい。このような温度ではＣＶＤ反応は進まず、分子レベルでの最表面吸着のみが起こる。従って、シリコン窒化膜１０表面のＳｉ原子密度が上がり、Ｓｉ基板のそれと近くなるため、シリコン酸化膜の下地依存性を解消することができる。
【００１７】
シリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜前に吸着層１２をインサイチュー（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で形成せずに、吸着層１２を一旦大気に暴露してからシリコン酸化膜を成膜（Ｅｘ−Ｓｉｔｕ）すると、吸着層１２が酸化されてしまったり、不純物が表面に吸着されてしまうため、吸着層１２を形成したことによる効果（シリコン酸化膜の下地依存性の解消効果）が得られなくなる。このため、吸着層１２の形成は成膜装置のチャンバ内でシリコン酸化膜の成膜前にインサイチュー（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で実施することが好ましい。
【００１８】
有機物を含まないＳｉ化合物ガス（シラン化合物ガス）は、上述したように２００〜５００℃というような温度で熱分解するため、シリコン窒化膜１０の表面にシリル基による吸着層１２を形成することができる。これに対し、ＴＥＯＳ等の有機物を含むＳｉ化合物ガス（有機シリコン材料ガス）は同温度帯では熱分解がほとんど起こらず、吸着層を効果的に形成することはできない。さらに、メチル基やエチル基等の有機基を含むＳｉ含有基（有機シリル基）による吸着層では表面のＳｉ原子密度が低下し、シリコンライクな状態とはならないため、シリコン酸化物の下地依存性を十分に解消することができない。
【００１９】
吸着層１２の形成はシリコン窒化膜１０の表面がシリル基で飽和するまで実施することが好ましい。このような状態を得る上で、上述したように吸着層１２の形成温度を２００〜５００℃の範囲にすると共に、吸着層１２の形成時の圧力を１００〜１０００Ｐａの範囲とすることが好ましい。このような条件下で吸着層１２を形成することによって、シリコン窒化膜１０の表面をよりシリコンライクな状態に近づけることができ、シリコン酸化物の下地依存性を効果的に解消することができる。
【００２０】
この後、図４に示すように、吸着層１２を有するシリコン窒化膜１０上にＴＥＯＳ等の有機シリコン材料ガスとオゾンやプラズマ酸素等の活性化された酸素を含むガス（活性酸素ガス）とを供給し、ＣＶＤ法によりシリコン酸化物からなる絶縁膜１３を形成する。活性化された酸素を含むガスとしては、より良好なフロー性を確保する上でオゾンを用いることが好ましい。絶縁膜（シリコン酸化膜）１３の成膜はフロー性の良好な成膜条件下で実施することが好ましい。フロー性の良好なシリコン酸化膜１３の成膜条件としては、例えば成膜温度を５００℃以下、圧力を２０ｋＰａ以上とし、ＴＥＯＳと活性酸素ガスとのガス流量比はＴＥＯＳを１としたときに活性酸素ガスを５以上とすることが好ましい。
【００２１】
上述したようなフロー性の良好な成膜条件下でシリコン酸化膜１３を成膜した場合においても、シリコン酸化膜１３の下地依存性は吸着層１２により解消されるため、ゲート電極７間に形成される溝部にシリコン酸化膜１３を良好に埋め込むことができる。すなわち、シリコン酸化膜１３の埋め込み部におけるボイドの発生を抑制し、さらにシリコン酸化膜１３の表面のモフォロジーを向上させることができる。これらによって、ＰＭＤとしての機能に優れるシリコン酸化膜１３を得ることが可能となる。特に、ハイストレスのシリコン窒化膜１０を適用した場合でも、シリコン酸化膜１３の下地依存性が解消されるため、半導体装置の信頼性と性能を共に向上させることが可能となる。
【００２２】
ここで、ＳｉＨ４（またはＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを用いて吸着層１２を形成した後にインサイチューでシリコン酸化膜１３を形成した場合のＭＯＳＦＥＴ（実施例）と、ＳｉＨ４（またはＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスに代えてＴＥＯＳガスを用いたＭＯＳＦＥＴ（比較例）の表面状態を比較した。ＴＥＯＳガスによる吸着層の形成はＳｉＨ４ガスを用いた場合と同一条件で実施した。各ＭＯＳＦＥＴにおけるシリコン酸化膜の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は基板（ウエハ）の上方から光を照射した際の基板表面からの散乱成分に基づくものである。
【００２３】
その結果、比較例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は２５００ｐｐｍであったのに対し、実施例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は５ｐｐｍであり、シリル基による吸着層１２を形成することでシリコン酸化膜の表面モフォロジーが改善されることが確認された。このことからも、有機基を含まないＳｉ含有基（シリル基）による吸着層１２は、従来のＴＥＯＳガスによる吸着層に比べてシリコン酸化膜１３の下地依存性の解消に対して有効であることが分かる。従って、埋め込み部の健全性や表面モフォロジーに優れるシリコン酸化膜１３を再現性よく提供することが可能となる。
【００２４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法をＭＯＳＦＥＴの製造に適用した第２の実施形態について、図６ないし図９を参照して説明する。図６ないし図９は半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）の製造工程を示している。なお、図６ないし図９において、図１ないし図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。
【００２５】
まず、図６に示すように、Ｓｉ基板１上に半導体素子部（ＭＯＳＦＥＴを構成する素子部）３とシリコン窒化膜（エッチングストッパ膜）１０とを形成する。これらは第１の実施形態と同様にして形成する。さらに、シリコン窒化膜（エッチングストッパ膜）１０上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を形成する。ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はＳｉとＮとの原子比がＳｉ／Ｎ＞３／４の条件を満足するものであり、有機シリコン材料ガスと活性酸素ガスとの反応に基づくシリコン酸化物の下地依存性の解消に効果を発揮する。
【００２６】
ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１は、例えば原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ／Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを用いた成膜法（ＨＣＤ−ＳｉＮ成膜法）、あるいはシラン（ＳｉＨ４）ガスと亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスとを用いた成膜法（ＤＡＲＣ（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ）法）を適用することにより形成することができる。
【００２７】
ＨＣＤ−ＳｉＮ成膜法においては、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）とアンモニア（ＮＨ３）とを原料ガスとして用いて、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法により成膜温度を５００℃以下としてＳｉＮ膜を形成する。成膜温度は４５０℃以下とすることが好ましい。また、ＨＣＤとＮＨ３のガス流量比はＨＣＤを１としたときにＮＨ３を概ね１０以上とすることが好ましい。ＨＣＤは元々Ｓｉ−Ｓｉ結合を有しており、さらにこのような条件下で成膜することによって、シリコンが過剰なシリコン窒化膜が得られる。
【００２８】
ＤＡＲＣ法においては、シラン（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏガスとを原料ガスとして用いて、既知のプラズマＣＶＤ法によりウエハステージ温度を概ね４００℃以上としてＳｉＮ膜を形成する。この際、ＳｉＨ４とＮ２Ｏのガス流量比はＳｉＨ４を１としたときにＮ２Ｏを概ね１以上とすることが好ましい。このような条件下で成膜することによって、シリコンが過剰なシリコン窒化膜が得られる。なお、ＤＡＲＣ法を適用した場合、シリコン窒化膜中に酸素（Ｏ）が一部取り込まれてＳｉリッチなＳｉＯＮ膜となるが、これもＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１に含まれるものである。
【００２９】
次に、図７に示すように、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１にＴＥＯＳ等の有機シリコン材料ガスと活性酸素ガス（活性化された酸素を含むガス）とを供給し、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜２２を形成する。活性酸素ガスとしてはオゾンやプラズマ酸素等が用いられる。これらのうちでも、良好なフロー性を確保する上でオゾンを使用することが好ましい。ＳｉＮ系保護膜２１上にはシリコン酸化膜２２をＳｉ基板上と同等に形成することができる。従って、シリコン酸化膜１３はフロー性の良好な成膜条件、例えば成膜温度が５００℃以下、圧力が２０ｋＰａ以上、ＴＥＯＳと活性酸素ガスとのガス流量比がＴＥＯＳを１としたときにオゾンが５以上である条件下で成膜することができる。
【００３０】
ところで、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はシリコン酸化膜２２の下地依存性の解消に効果的であるものの、それ自体の特性はリークレベルが高く、絶縁膜（ＰＭＤ）として用いた場合に機能が劣るおそれがある。そこで、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１上には、まず酸素を透過させることが可能な程度の厚さを有する第１のシリコン酸化膜２２を形成する（図７）。次いで、図８に示すように、第１のシリコン酸化膜２２を酸化ガス２３に暴露し、第１のシリコン酸化膜２２越しにＳｉＮ系保護膜２１を酸化する。これによって、ＳｉＮ系保護膜２１をリークレベルの低い絶縁膜に改質することが好ましい。
【００３１】
第１のシリコン酸化膜２２の酸化は、シリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜装置のチャンバ内に酸化ガス２３、例えばシリコン酸化膜（ＵＳＧ）の成膜用のオゾンやプラズマ酸素を流し、インサイチュー（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）で実施することが好ましい。この後、図９に示すように、第１のシリコン酸化膜２２上に同様なフロー性の良好な成膜条件下で第２のシリコン酸化膜２４を形成する。第１のシリコン酸化膜２２と第２のシリコン酸化膜２４とによって、所望の膜厚を有する絶縁膜（ＰＭＤ）２５が構成される。
【００３２】
第１のシリコン酸化膜２２は少なくとも絶縁膜２４の膜厚より薄く形成される。さらに、第１のシリコン酸化膜２２を介してＳｉＮ系保護膜２１を酸化することを考慮すると、第１のシリコン酸化膜２２の膜厚は１０ｎｍ以下とすることが好ましく、例えば５ｎｍの膜厚で成膜される。第１のシリコン酸化膜２２の膜厚が１０ｎｍを超えると、ＳｉＮ系保護膜２１を良好に酸化することができない。第２のシリコン酸化膜２４は第１のシリコン酸化膜２２の合計膜厚が絶縁膜（ＰＭＤ）２５の必要膜厚となるように形成される。
【００３３】
第１のシリコン酸化膜２２を成膜する前にＳｉＮ系保護膜２１を酸化して改質してしまうと、シリコン酸化膜の下地依存性が強くなってしまい、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１による下地依存性の解消効果を得ることができなくなる。この実施形態ではＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１上にシリコン酸化膜２２、２４を形成しているため、ゲート電極７間に形成される溝部にシリコン酸化膜２２、２４を良好に埋め込むことができ、さらに表面のモフォロジーも向上させることができる。特に、ハイストレスのシリコン窒化膜１０を適用した場合でも、シリコン酸化膜２２、２４の下地依存性を考慮する必要がないため、半導体装置の信頼性と性能を共に向上させることが可能となる。
【００３４】
図１０にＨＣＤ−ＳｉＮ法で形成したＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を有するＭＯＳＦＥＴの断面写真を示す。図１２に示すＭＯＳＦＥＴにおいて、ＳｉＮ系保護膜２１は成膜温度を４５０℃、ガス流量比をＮＨ３／ＨＣＤ＝２０とした条件下で形成し、シリコン酸化膜２２、２４は成膜温度を４００℃、圧力を５０ｋＰａ、ガス流量比をＯ３／ＴＥＯＳ＝１０とした条件下で形成した。ＳｉＮ系保護膜を形成することなくシリコン酸化膜を成膜したＭＯＳＦＥＴの断面写真を図１３に示す。図１３に示すおけるＭＯＳＦＥＴは、ＳｉＮ系保護膜を形成しない以外は図１２のＭＯＳＦＥＴと同一条件で作製した。
【００３５】
図１２と図１３との比較から明らかなように、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を形成することによって、シリコン酸化膜２４の表面のモフォロジーを向上させることができる。また、シリコン酸化膜２２、２４による溝部の埋め込み性（ボイドの有無）も良好であり、加えてＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はシリコン酸化膜２２を介して酸化しているため、絶縁膜（ＰＭＤ）２５としての機能も良好であることが確認された。
【００３６】
上述したＨＣＤ−ＳｉＮ法によるＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１上にシリコン酸化膜２２、２４を形成したＭＯＳＦＥＴ（第１の実施例）において、シリコン酸化膜２４の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１の形成にＤＡＲＣ法を適用する以外は第１の実施例と同様にして形成したＭＯＳＦＥＴ（第２の実施例）についても、シリコン酸化膜２４の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。これらとの比較としてＳｉＮ系保護膜２１を適用することなくシリコン酸化膜を形成したＭＯＳＦＥＴ（比較例）についても、シリコン酸化膜の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）を測定した。
【００３７】
その結果、比較例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は２９００ｐｐｍであったのに対し、第１の実施例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は９ｐｐｍ、第２の実施例の表面ラフネス（Ｈａｚｅ値）は６ｐｐｍであり、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１を適用することでシリコン酸化膜の表面モフォロジーが改善されることが確認された。このことからも、ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜２１はシリコン酸化膜２２、２４の下地依存性の解消に対して有効な効果を示すことが分かる。なお、実施例および比較例におけるＭＯＳＦＥＴの作製には、ＳｉＮ系保護膜の形成条件（形成の有無を含む）以外は同一条件を採用した。
【００３８】
従って、シリコン窒化膜１０、特にハイストレスのシリコン窒化膜１０を適用した場合においても、シリコン酸化膜２２、２４をフロー性の良好な成膜条件下で形成することができ、埋め込み性やモフォロジーに優れる絶縁膜２５を得ることができる。このような絶縁膜２５を適用することによって、信頼性と性能に優れる半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）を再現性よく提供することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は上記した実施形態に限定されるものではなく、各種のトランジスタ回路（半導体回路）を備える半導体装置の作製に適用することができる。本発明の製造方法を適用して作製される半導体装置の構造は、本発明の基本構成を満足するものであれば種々に変形が可能であり、それらも本発明に含まれるものである。さらに、実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張または変更することができ、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体回路の形成段階を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程におけるエッチングストッパの形成段階を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程におけるＳｉ含有分子による吸着層の形成段階を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造工程におけるシリコン酸化膜の形成段階を示す図である。
【図５】Ｓｉ含有分子による吸着層の形成状態を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体回路上へのエッチングストッパの形成段階を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程におけるＳｉＮ系保護膜と第１のシリコン酸化膜の形成段階を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程におけるＳｉＮ系保護膜の酸化段階を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造工程における第２のシリコン酸化膜の形成段階を示す図である。
【図１０】第２の実施形態を適用して作製したＭＯＳＦＥＴの断面写真である。
【図１１】第２の実施形態との比較例としてＳｉＮ系保護膜を適用せずに作製したＭＯＳＦＥＴの断面写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１…Ｓｉ基板、３…半導体素子部、４…ソース・ドレイン領域、６…ゲート絶縁膜、７…ゲート電極、１０…シリコン窒化膜、１１…有機物を含まないケイ素化合物ガス、１２…有機基を含まないＳｉ含有分子による吸着層、１３，２５…シリコン酸化物による絶縁膜、２１…ＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜、２２…第１のシリコン酸化膜、２３…酸化ガス、２４…第２のシリコン酸化膜、２５…絶縁膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子部を有する半導体基板の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子を吸着させ、前記Ｓｉ含有分子による吸着層を形成する工程と、
前記吸着層上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ含有分子の原料として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４およびＳｉＦ４から選ばれる少なくとも１種のシリコン化合物ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体素子部を有する半導体基板上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜を形成する工程と、
前記ＳｉＮ系保護膜上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の形成工程は、前記ＳｉＮ系保護膜上に前記絶縁膜の膜厚より薄くなるように前記シリコン酸化物を堆積させ、前記シリコン酸化物の堆積層を介して前記ＳｉＮ系保護膜を酸化した後、前記シリコン酸化物を前記絶縁膜の膜厚となるように堆積させる工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ含有分子による吸着層、もしくは前記ＳｉＮ系保護膜は、前記半導体素子部を覆うシリコン窒化膜上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体素子部を有する半導体基板の表面に有機基を含まないＳｉ含有分子を吸着させ、前記Ｓｉ含有分子による吸着層を形成する工程と、
前記吸着層上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ含有分子の原料として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４およびＳｉＦ４から選ばれる少なくとも１種のシリコン化合物ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体素子部を有する半導体基板上にＳｉリッチなＳｉＮ系保護膜を形成する工程と、
前記ＳｉＮ系保護膜上から有機シリコン材料ガスと活性化された酸素を含むガスとを供給し、前記半導体基板上にシリコン酸化物からなる絶縁膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜の形成工程は、前記ＳｉＮ系保護膜上に前記絶縁膜の膜厚より薄くなるように前記シリコン酸化物を堆積させ、前記シリコン酸化物の堆積層を介して前記ＳｉＮ系保護膜を酸化した後、前記シリコン酸化物を前記絶縁膜の膜厚となるように堆積させる工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｉ含有分子による吸着層、もしくは前記ＳｉＮ系保護膜は、前記半導体素子部を覆うシリコン窒化膜上に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−９３１４８（Ｐ２０１０−９３１４８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６３４２０（Ｐ２００８−２６３４２０）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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