JPH06120502A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に化学気相成長法（以降ＣＶＤ法と称す）によ
り形成されたシリコン酸化膜をゲート絶縁膜とする薄膜
トランジスタを有する半導体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor having a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method) as a gate insulating film. Regarding the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、スタティック型ランダム・アクセ
ス・メモリ（ＳＲＡＭ）においては、メモリセルにポリ
シリコン抵抗を負荷として用いる負荷型セルが用いられ
てきた。しかし近年デバイスの縮小化にともない高抵抗
のポリシリコン抵抗が必要となり、この結果オフ状態に
あるトランジスタのリーク電流における負荷抵抗による
電位が増大し、トランジスタのオン／オフの判定が困難
となって来ている。そこで最近のＳＲＡＭにおいては、
ポリシリコン抵抗の負荷を用いずに薄膜トランジスタ
（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下Ｔ
ＦＴと称す）を用いたＣＭＯＳ構造のメモリセルとなり
つつある。2. Description of the Related Art Conventionally, in a static random access memory (SRAM), a load type cell using a polysilicon resistance as a load has been used for a memory cell. However, in recent years, with the downsizing of devices, a high resistance polysilicon resistor is required, and as a result, the potential due to the load resistance in the leak current of the transistor in the off state increases, making it difficult to judge whether the transistor is on or off. ing. So in recent SRAM,
A thin film transistor (T) is used without using a polysilicon resistance load.
It is becoming a memory cell having a CMOS structure using FT).
【０００３】以下このＴＦＴの形成方法について図面を
参照して説明する。図２はＳＲＡＭにおけるＴＦＴ部の
断面図、図３はＴＦＴの形成法の工程図である。本説明
においてはＴＦＴ形成についてのみ記述するため、前工
程であるトランジスタの形成工程及びその断面図は省略
している。またＴＦＴには、ゲート電極を下部に有する
ボトムゲート型ＴＦＴとゲート電極を上部下部両面に有
するデュアルゲート型ＴＦＴの２種類があるが、本説明
においてはゲート電極を下部に有するボトムゲート型Ｔ
ＦＴについて述べる。A method of forming this TFT will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view of the TFT part in the SRAM, and FIG. Since only TFT formation is described in the present description, the transistor forming step and the cross-sectional views thereof, which are the previous steps, are omitted. There are two types of TFTs, a bottom gate type TFT having a gate electrode on the lower side and a dual gate type TFT having a gate electrode on both upper and lower sides. In the present description, a bottom gate type TFT having a gate electrode on the lower side is used.
The FT will be described.
【０００４】まずシリコン基板１上の酸化シリコン膜２
上にポリシリコン膜をＣＶＤ法により形成し、その後に
Ｎ型不純物であるリンをポリシリコン膜にイオン注入し
てＮ型導電領域を形成する。次にフォトリソグラフィー
法を用いて所定の領域をフォトレジスト膜で被覆し、ド
ライエッチング法によりゲート電極となる領域のみポリ
シリコン膜を残しゲート電極３を形成する。First, a silicon oxide film 2 on a silicon substrate 1
A polysilicon film is formed on the polysilicon film by a CVD method, and then phosphorus, which is an N-type impurity, is ion-implanted into the polysilicon film to form an N-type conductive region. Next, a predetermined region is covered with a photoresist film by using a photolithography method, and a gate electrode 3 is formed by a dry etching method while leaving a polysilicon film only in a region to be a gate electrode.
【０００５】次にゲート酸化膜４となる酸化シリコン膜
をＣＶＤ法により堆積する。このＴＦＴのドレインは隣
接するフリップフロップにおいて対になるＴＦＴのゲー
ト領域と接続される必要があるため、酸化シリコン膜の
一部にコンタクト孔５を形成する。このため、フォトリ
ソグラフィー法及びウェットエッチング法により酸化シ
リコン膜の一部を除去する。次にチャネルを形成するた
めのシリコン薄膜６を形成する。このシリコン薄膜６は
アモルファス状態のシリコンをＣＶＤ法により堆積した
後に６００℃程度の温度で不活性ガス中で熱処理して結
晶化させたポリシリコン膜を用いる。このシリコン薄膜
６にリンをイオン注入してＮ型とした後にフォトリソグ
ラフィー法により所定の領域をフォトレジスト膜で被覆
したのち、ボロンのイオン注入を行い、ソース７Ａ及び
ドレイン７Ｂを形成する。次にフォトリソグラフィー法
及びドライエッチング法によりシリコン薄膜６の所要部
を残す。以降の層間膜，配線等の形成を行ないＴＦＴを
完成させる。Next, a silicon oxide film to be the gate oxide film 4 is deposited by the CVD method. Since the drain of this TFT needs to be connected to the gate region of the pair of TFTs in the adjacent flip-flop, the contact hole 5 is formed in a part of the silicon oxide film. Therefore, a part of the silicon oxide film is removed by the photolithography method and the wet etching method. Next, a silicon thin film 6 for forming a channel is formed. As the silicon thin film 6, a polysilicon film is used in which amorphous silicon is deposited by a CVD method and then heat-treated in an inert gas at a temperature of about 600 ° C. to be crystallized. Phosphorus is ion-implanted into the silicon thin film 6 to make it N-type, and then a predetermined region is covered with a photoresist film by a photolithography method. Then, boron ions are implanted to form a source 7A and a drain 7B. Next, a required portion of the silicon thin film 6 is left by the photolithography method and the dry etching method. Subsequent formation of an interlayer film, wiring, etc. is performed to complete the TFT.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＴＦＴ
の製造方法においては、ＴＦＴのゲート酸化膜を熱酸化
法により形成することは構造的に不可能であるため、ゲ
ート酸化膜をＣＶＤ法を用いて形成している。また、ゲ
ート酸化膜となる酸化シリコン膜にコンタクト孔を形成
するためにフォトリソグラフィー法を用いている。The above-mentioned conventional TFT.
In the manufacturing method (1), since it is structurally impossible to form the gate oxide film of the TFT by the thermal oxidation method, the gate oxide film is formed by the CVD method. In addition, a photolithography method is used to form a contact hole in a silicon oxide film which will be a gate oxide film.
【０００７】即ち、酸化シリコン膜上にフォトレジスト
を塗布し、感光現像処理を行い所定の領域のマスクを形
成し、ドライエッチング法によりコンタクト孔を形成す
る。次にフォトレジスト膜を除去するために有機系溶剤
または硫酸／過酸化水素混合液に浸す。またパーティク
ルを除去するため水酸化アンモニウム／過酸化水素／水
の混合液を含む洗浄液による洗浄が行われる。ＣＶＤ法
により形成された酸化シリコン膜ではこれらのウェット
処理工程で酸化シリコン膜表面状態が変化する。即ち、
ＣＶＤ法により堆積して形成した酸化シリコン膜には、
シリコンと酸素の結合部（Ｓｉ−Ｏ結合）の他にシリコ
ンと水素の結合部（Ｓｉ−Ｈ結合）やシリコンとシリコ
ンの結合部（Ｓｉ−Ｓｉ結合）が多く含まれる。ＣＶＤ
法により形成したままの状態では８００℃程度で処理す
るため、炉体から出炉する際にＳｉ−Ｈ結合部やＳｉ−
Ｓｉ結合部がＳｉ−Ｏ結合に置換されるため問題とはな
らない。しかし、エッチング作用を伴うウェット処理、
例えば、ＨＦ処理、水酸化アンモニウム／過酸化水素／
水の混合液による洗浄などを行うと酸化膜表面にＳｉ−
Ｓｉ結合部が露出したり、Ｓｉ−Ｈ結合がＳｉ−ＯＨ結
合に置換されるなどの現象が生じ、酸化膜表面に電荷を
誘起したり、キャリアの捕獲準位を形成してしまう。That is, a photoresist is applied on the silicon oxide film, a photosensitive development process is performed to form a mask in a predetermined region, and a contact hole is formed by a dry etching method. Then, the photoresist film is immersed in an organic solvent or a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture solution to remove the photoresist film. Further, in order to remove particles, cleaning with a cleaning liquid containing a mixed liquid of ammonium hydroxide / hydrogen peroxide / water is performed. In the silicon oxide film formed by the CVD method, the surface state of the silicon oxide film changes in these wet processing steps. That is,
The silicon oxide film deposited and formed by the CVD method has
In addition to the silicon-oxygen bond (Si-O bond), many silicon-hydrogen bond (Si-H bond) and silicon-silicon bond (Si-Si bond) are included. CVD
Since it is processed at about 800 ° C. when it is formed by the method, the Si-H bond and Si-
There is no problem because the Si bond is replaced with the Si-O bond. However, a wet process with etching action,
For example, HF treatment, ammonium hydroxide / hydrogen peroxide /
When cleaning with a mixture of water, etc., Si-
The phenomenon that the Si bond portion is exposed, the Si—H bond is replaced with the Si—OH bond, and the like occurs, which induces charges on the oxide film surface and forms a carrier trap level.
【０００８】この最表面部はＴＦＴのゲート領域に当た
り、誘起された電荷や捕獲準位が存在することによりＴ
ＦＴのしきい値電圧Ｖｔｈが正常な値からシフトすると
いう問題が生じる。またこのシフト量は製造ロットが異
なるとシフト量も異なったり、シリコンウェハの面内で
ばらつくという問題があり、ＴＦＴの歩留まり低下の原
因となっていた。This outermost surface portion corresponds to the gate region of the TFT, and the presence of the induced charge and trap level causes T
There is a problem that the threshold voltage Vth of the FT shifts from a normal value. Further, there is a problem that the shift amount varies depending on the manufacturing lot, and the shift amount varies within the surface of the silicon wafer, which causes a reduction in the yield of the TFT.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に絶縁膜を介してゲート電極を
形成し、このゲート電極上に化学気相成長法によりゲー
ト酸化膜となる酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリ
コン膜上にチャネル領域となるシリコン薄膜を形成する
半導体装置の製造方法において、前記シリコン薄膜を堆
積する前に前記酸化シリコン膜を硝酸または硫酸／過酸
化水素水混合液で処理するものである。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via an insulating film, and a gate oxide film is formed on the gate electrode by chemical vapor deposition. In a method of manufacturing a semiconductor device, in which a silicon oxide film is formed and a silicon thin film to be a channel region is formed on the silicon oxide film, the silicon oxide film is nitric acid or sulfuric acid / hydrogen peroxide solution before the silicon thin film is deposited. It is treated with a mixed solution.
【００１０】リソグラフィー法を用いた場合にフォトレ
ジスト膜剥離後の洗浄等によるエッチング作用に伴う酸
化シリコン膜表面の変化即ち、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｏ
Ｈ結合、Ｓｉ−Ｓｉ結合の増加が生じるが、酸化作用の
強い水溶液中に浸すことにより表面が酸素で置換される
ようになる。よって、酸化シリコン膜表面は酸素で終端
された構造となる。この構造は非常に安定な状態であ
り、電荷の増大及び捕獲準位の形成を防ぐことができ
る。この後にアモルファス状態のシリコン膜の成長をお
こなうため、非常に安定なシリコン／シリコン酸化膜界
面を得ることができる。When the lithographic method is used, the change of the surface of the silicon oxide film due to the etching action such as cleaning after peeling the photoresist film, that is, Si--H bond, Si--O.
Although H bonds and Si-Si bonds are increased, the surface is replaced with oxygen by immersing in an aqueous solution having a strong oxidizing action. Therefore, the surface of the silicon oxide film has a structure terminated with oxygen. This structure is in a very stable state and can prevent an increase in charge and formation of a trap level. After that, since the amorphous silicon film is grown, a very stable silicon / silicon oxide film interface can be obtained.
【００１１】[0011]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第１の実施例であるＴＦＴの形成法
を説明するための工程図である。以下図２と共に説明す
る。The present invention will be described below with reference to the drawings. 1A to 1D are process diagrams for explaining a method of forming a TFT which is a first embodiment of the present invention. This will be described below with reference to FIG.
【００１２】まず従来例と同様に、トランジスタ等の素
子が形成されたシリコン基板１上に酸化シリコン膜２を
形成する。次でその上にポリシリコンからなるゲート電
極３を形成した後にゲート酸化膜４となる酸化シリコン
膜をＣＶＤ法により堆積する。次でフォトリソグラフィ
ー法およびウェットエッチング法により酸化シリコン膜
の一部を除去しコンタクト孔５を形成する。有機溶剤ま
たは硫酸／過酸化水素水混合液によりフォトレジスト膜
を除去する。次にパーティクルを除去するために水酸化
アンモニウム／過酸化水素／水の混合液による洗浄を行
う。First, as in the conventional example, a silicon oxide film 2 is formed on a silicon substrate 1 on which elements such as transistors are formed. Next, a gate electrode 3 made of polysilicon is formed thereon, and then a silicon oxide film to be a gate oxide film 4 is deposited by the CVD method. Then, a part of the silicon oxide film is removed by photolithography and wet etching to form a contact hole 5. The photoresist film is removed with an organic solvent or a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture solution. Next, in order to remove particles, cleaning with a mixed solution of ammonium hydroxide / hydrogen peroxide / water is performed.
【００１３】この洗浄を行った後に９６％硫酸と３０％
過酸化水素水を４：１で混合し１００℃以上に加熱した
水溶液中で酸化シリコン膜表面を１０分間処理し、酸化
シリコン膜表面を酸素により終端される。続いてその上
にアモルファス状態のシリコンをＣＶＤ法により堆積し
た後に熱処理してポリシリコンとしたシリコン薄膜６に
リンをイオン注入してＮ型とする。次でボロンのイオン
注入を行いソース７Ａ及びドレイン７Ｂを形成し熱処理
により不純物を活性化し、シリコン薄膜６をパターニン
グする。以降の層間膜，配線等を形成してＴＦＴを完成
させる。After this washing, 96% sulfuric acid and 30%
The surface of the silicon oxide film is treated for 10 minutes in an aqueous solution in which hydrogen peroxide water is mixed at a ratio of 4: 1 and heated to 100 ° C. or higher, and the surface of the silicon oxide film is terminated by oxygen. Subsequently, amorphous silicon is deposited thereon by the CVD method and then heat-treated to ion-implant phosphorus into the silicon thin film 6 made into polysilicon to make it N-type. Next, boron ions are implanted to form the source 7A and the drain 7B, and the impurities are activated by heat treatment to pattern the silicon thin film 6. Subsequent interlayer films, wirings, etc. are formed to complete the TFT.
【００１４】このように第１の実施例によれば、アモル
ファス状態のシリコンを堆積する前に酸化シリコン膜表
面を硫酸／過酸化水素の混合溶液で処理し、酸化シリコ
ン膜表面を酸素により終端させているため、シリコン／
シリコン酸化膜界面を安定にすることができる。As described above, according to the first embodiment, the surface of a silicon oxide film is treated with a mixed solution of sulfuric acid / hydrogen peroxide before depositing amorphous silicon, and the surface of the silicon oxide film is terminated by oxygen. Therefore, silicon /
The silicon oxide film interface can be stabilized.
【００１５】図４に従来法によるＴＦＴのしきい値電圧
のばらつきおよび第１の実施例の酸化処理を含む製造方
法により製造したＴＦＴのしきい値電圧のウェハ面内ば
らつきを示す。従来例と比較して第１の実施例によれ
ば、ＴＦＴのしきい値電圧のウェハ面内ばらつきをより
抑えることができる。FIG. 4 shows variations in the threshold voltage of the TFT according to the conventional method and variations in the threshold voltage of the TFT manufactured by the manufacturing method including the oxidation treatment of the first embodiment within the wafer. According to the first embodiment as compared with the conventional example, it is possible to further suppress the variation in the threshold voltage of the TFT within the wafer surface.
【００１６】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。第１の実施例ではゲート絶縁膜となる酸化シリコン
膜表面を硫酸／過酸化水素水混合液により酸化している
のに対し、本第２の実施例においては沸騰した硝酸水溶
液（１：１）中で１０分間処理することにより酸化シリ
コン膜表面を酸化するものである。本第２の実施例にお
いては沸点に達するように加熱すればよいので温度制御
が容易であることや、単一の溶液を用いているので濃度
制御が容易でかつ、混合比のばらつきによる影響がない
などの利点を有する。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the surface of the silicon oxide film serving as the gate insulating film is oxidized by the sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, whereas in the second embodiment, the boiling nitric acid aqueous solution (1: 1) is used. The surface of the silicon oxide film is oxidized by treating it for 10 minutes. In the second embodiment, the temperature control is easy because it is necessary to heat so as to reach the boiling point, and since a single solution is used, the concentration control is easy and the influence of variations in the mixing ratio There are advantages such as not.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＴＦＴを
有する半導体装置の製造工程において、ゲート絶縁膜と
なる酸化シリコン膜をリソグラフィー法を伴う洗浄の後
に、硝酸または硫酸／過酸化水素水混合液で処理し、次
でシリコン薄膜を形成することにより、安定なシリコン
／シリコン酸化膜界面を形成できる。このため、ＴＦＴ
のしきい値電圧のばらつきを抑えることができ、半導体
装置の歩留まりを向上させることができる。As described above, according to the present invention, in a manufacturing process of a semiconductor device having a TFT, after cleaning a silicon oxide film to be a gate insulating film by a lithography method, nitric acid or sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture is mixed. A stable silicon / silicon oxide film interface can be formed by treating with a liquid and then forming a silicon thin film. Therefore, the TFT
It is possible to suppress variations in the threshold voltage of the semiconductor device and improve the yield of the semiconductor device.
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための工程
図。FIG. 1 is a process drawing for explaining a first embodiment of the present invention.
【図２】ＳＲＡＭにおけるＴＦＴ部の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a TFT portion in SRAM.
【図３】従来の半導体装置の製造方法を説明するための
工程図。FIG. 3 is a process diagram for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
【図４】実施例及び従来例により形成したＴＦＴのしき
い値電圧のウェハ面内のばらつきを示す図。FIG. 4 is a diagram showing variations in threshold voltage of a TFT formed in the example and the conventional example in a wafer surface.
１ シリコン基板 ２ 酸化シリコン膜 ３ ゲート電極 ４ ゲート酸化膜 ５ コンタクト孔 ６ シリコン薄膜 ７Ａ ソース ７Ｂ ドレイン 1 Silicon Substrate 2 Silicon Oxide Film 3 Gate Electrode 4 Gate Oxide Film 5 Contact Hole 6 Silicon Thin Film 7A Source 7B Drain
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/11 7514−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/10 ３８１ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 27/11 7514-4M H01L 27/10 381
Claims (1)
極を形成し、このゲート電極上に化学気相成長法により
ゲート酸化膜となる酸化シリコン膜を形成し、この酸化
シリコン膜上にチャネル領域となるシリコン薄膜を形成
する半導体装置の製造方法において、前記シリコン薄膜
を堆積する前に前記酸化シリコン膜を硝酸または硫酸／
過酸化水素水混合液で処理することを特徴とする半導体
装置の製造方法。1. A gate electrode is formed on a semiconductor substrate via an insulating film, a silicon oxide film serving as a gate oxide film is formed on the gate electrode by a chemical vapor deposition method, and a channel is formed on the silicon oxide film. In a method of manufacturing a semiconductor device in which a silicon thin film to be a region is formed, the silicon oxide film is formed into nitric acid or sulfuric acid before the silicon thin film is deposited.
A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises treating with a hydrogen peroxide mixed solution.
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| JP4266956A JP2842090B2 (en) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Method for manufacturing semiconductor device |
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| JPH06120502A true JPH06120502A (en) | 1994-04-28 |
| JP2842090B2 JP2842090B2 (en) | 1998-12-24 |
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| JP (1) | JP2842090B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007027453A (en) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Osaka Univ | Method for forming oxide film, semiconductor device provided with the oxide film, and method for manufacturing the same |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP4266956A patent/JP2842090B2/en not_active Expired - Fee Related
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