JPH0945918A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH0945918A
JPH0945918A JP21293295A JP21293295A JPH0945918A JP H0945918 A JPH0945918 A JP H0945918A JP 21293295 A JP21293295 A JP 21293295A JP 21293295 A JP21293295 A JP 21293295A JP H0945918 A JPH0945918 A JP H0945918A
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JP
Japan
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plasma treatment
silicon substrate
plasma
insulating film
gate insulating
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Application number
JP21293295A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Takiyama
真功 滝山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SGTなどの立体的なMOSトランジスタの
ゲート絶縁膜の絶縁耐圧を向上させる。 【解決手段】 炭素を含有するガスによる第1のプラズ
マ処理でシリコン基板31に凹部33を形成してから、
高周波励起ダウンフロー型プラズマ処理装置を用いた4
0%以上100%未満の酸素を含有するガスにより、処
理圧力(Torr表示)を高周波パワー密度(W/cm
2 )で除した値が0.07以上0.27以下、処理温度
が200℃以下の条件で、第2のプラズマ処理を施し、
第1のプラズマ処理によってシリコン基板31の凹部3
3表面に形成されたSiC層34を除去する。
(57) Abstract: To improve the withstand voltage of the gate insulating film of a three-dimensional MOS transistor such as SGT. SOLUTION: A concave portion 33 is formed in a silicon substrate 31 by a first plasma treatment with a gas containing carbon,
4 using high frequency excitation down-flow type plasma processing equipment
With a gas containing 0% or more and less than 100% oxygen, the processing pressure (in Torr display) is set to a high frequency power density (W / cm).
The second plasma treatment is performed under the condition that the value divided by 2 ) is 0.07 or more and 0.27 or less and the treatment temperature is 200 ° C. or less,
The concave portion 3 of the silicon substrate 31 is formed by the first plasma treatment.
3 The SiC layer 34 formed on the surface is removed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に立体的な絶縁ゲート型の半導体装置の
製造方法に関するものである。
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 three-dimensional insulated gate type semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6(a)は、従来から一般的に使用さ
れているMOSトランジスタを示している。このMOS
トランジスタを製造するためには、シリコン基板11に
ウェル12を形成した後、シリコン基板11の素子活性
領域の表面にゲート絶縁膜13を形成する。そして、ゲ
ート絶縁膜13上にゲート電極14及びその側壁15を
形成し、ウェル12中に一対の高濃度不純物拡散層であ
るソース16及びドレイン17を形成する。
2. Description of the Related Art FIG. 6 (a) shows a MOS transistor which has been generally used conventionally. This MOS
In order to manufacture a transistor, the well 12 is formed in the silicon substrate 11, and then the gate insulating film 13 is formed on the surface of the element active region of the silicon substrate 11. Then, the gate electrode 14 and its sidewall 15 are formed on the gate insulating film 13, and the source 16 and the drain 17 which are a pair of high-concentration impurity diffusion layers are formed in the well 12.

【0003】ところで、MOSトランジスタなどから構
成される半導体集積回路装置の集積度を向上させるため
には、その構成要素であるMOSトランジスタなどを微
細化すればよいが、微細加工には限界がある。一方、図
6(a)に示したMOSトランジスタではゲート電極1
4がシリコン基板11の表面に平行に広がっており、こ
のMOSトランジスタは平面的である。従って、このM
OSトランジスタを用いた半導体集積回路装置の集積度
の向上にも限界がある。
By the way, in order to improve the degree of integration of a semiconductor integrated circuit device composed of MOS transistors and the like, the constituent elements such as MOS transistors may be miniaturized, but there is a limit to microfabrication. On the other hand, in the MOS transistor shown in FIG.
4 extends parallel to the surface of the silicon substrate 11, and this MOS transistor is planar. Therefore, this M
There is a limit to the improvement in the degree of integration of semiconductor integrated circuit devices using OS transistors.

【0004】そこで、図6(b)に示すようなSGT
(Surrounding Gate Transistor )と称されているMO
Sトランジスタが提案されている(例えば、渡辺重佳
「大容量メモリの技術的展望」SEMIテクノロジーシ
ンポジウム93講演予稿集、p11−17、1993年
12月)。
Therefore, the SGT as shown in FIG.
MO called (Surrounding Gate Transistor)
An S-transistor has been proposed (for example, Shigeyoshi Watanabe “Technical Perspective of Large-Capacity Memory” Proceedings of SEMI Technology Symposium 93, p. 11-17, December 1993).

【0005】このMOSトランジスタを製造するために
は、シリコン基板11にウェル12を形成した後、炭素
を含有するガスを用いたプラズマ処理でシリコン基板1
1に凹部を形成する。そして、凹部に囲まれている凸部
の周囲にゲート絶縁膜13を形成してから、イオン注入
により凹部の底部及び凸部の頂部にソース16及びドレ
イン17を夫々形成する。そして、ゲート絶縁膜13上
に多結晶シリコン膜をパターン形成してゲート電極14
を形成する。
In order to manufacture this MOS transistor, the well 12 is formed in the silicon substrate 11, and then the silicon substrate 1 is subjected to plasma treatment using a gas containing carbon.
1 to form a recess. Then, after forming the gate insulating film 13 around the convex portion surrounded by the concave portion, the source 16 and the drain 17 are formed at the bottom portion of the concave portion and the top portion of the convex portion by ion implantation, respectively. Then, a polycrystalline silicon film is patterned on the gate insulating film 13 to form a gate electrode 14
To form

【0006】図6(b)に示したMOSトランジスタで
はゲート電極14がシリコン基板11の表面に垂直に広
がっており、このMOSトランジスタは立体的である。
従って、このMOSトランジスタを用いれば、図6
(a)に示したMOSトランジスタを用いる場合に比べ
て、半導体集積回路装置の集積度を向上させることがで
きる。
In the MOS transistor shown in FIG. 6B, the gate electrode 14 extends vertically to the surface of the silicon substrate 11, and this MOS transistor is three-dimensional.
Therefore, if this MOS transistor is used, as shown in FIG.
The integration degree of the semiconductor integrated circuit device can be improved as compared with the case of using the MOS transistor shown in (a).

【0007】図7は、MOSトランジスタのゲート絶縁
膜としてシリコン酸化膜を用いた場合の絶縁耐圧の累積
不良率を示すワイブル統計図である。横軸はゲート酸化
膜が絶縁破壊を生じるまでに通電することができた総電
荷量(以下、酸化膜破壊電荷QBDと呼ぶ)であり、QBD
が大きいほど品質の優れたゲート酸化膜であることを意
味する。縦軸は累積不良率であり、この累積不良率が5
0%に達した時点の物理量(今の場合はQBD)の大小が
性能比較の目安になる。
[0007] FIG. 7 is a Weibull statistical diagram showing the cumulative failure rate of the dielectric strength when a silicon oxide film is used as the gate insulating film of a MOS transistor. The horizontal axis represents the total amount of charge (hereinafter referred to as oxide film breakdown charge Q BD ) that could be conducted before the gate oxide film caused dielectric breakdown, and Q BD
Means that the larger the value, the better the quality of the gate oxide film. The vertical axis is the cumulative defective rate, and this cumulative defective rate is 5
The size of the physical quantity (Q BD in this case) when it reaches 0% serves as a guide for performance comparison.

【0008】図7中のデータ22は、図6(a)に示し
た平面的なMOSトランジスタのデータであり、50%
の累積不良率に達した時点のQBDは約22C/cm2
ある。これに対して、図7中のデータ21は、図6
(b)に示した立体的なMOSトランジスタにおいてプ
ラズマ処理で形成した凹部に直ちにゲート絶縁膜13を
形成した場合のデータであり、50%の累積不良率に達
した時点のQBDは約0.3C/cm2 である。
The data 22 in FIG. 7 is the data of the planar MOS transistor shown in FIG.
The Q BD at the time when the cumulative defective rate is reached is about 22 C / cm 2 . On the other hand, the data 21 in FIG.
In the three-dimensional MOS transistor shown in (b), data is obtained when the gate insulating film 13 is immediately formed in the recess formed by plasma processing, and Q BD at the time when the cumulative defective rate of 50% is reached is about 0. It is 3 C / cm 2 .

【0009】図6(b)に示した立体的なMOSトラン
ジスタにおいて絶縁耐圧が劣る詳細な機構は明らかでは
ないが、炭素を含有するガスを用いたプラズマ処理をシ
リコン基板11に施すと、プラズマ処理中にSiとCと
が反応して、プラズマ処理終了時点でシリコン基板11
の露出面に半導体であるSiC層が形成されるので、こ
のSiC層を放置したままゲート絶縁膜13を形成する
と、このゲート絶縁膜13の絶縁耐圧が影響を受けるた
めではないかと考えられる。
Although the detailed mechanism of the breakdown voltage inferior in the three-dimensional MOS transistor shown in FIG. 6 (b) is not clear, when the plasma treatment using the gas containing carbon is performed on the silicon substrate 11, the plasma treatment is performed. When Si and C react with each other, the silicon substrate 11
Since the SiC layer, which is a semiconductor, is formed on the exposed surface, it is considered that if the gate insulating film 13 is formed while the SiC layer is left, the withstand voltage of the gate insulating film 13 is affected.

【0010】従って、図6(b)に示したような立体的
なMOSトランジスタを形成するに際しては、ゲート絶
縁膜13の絶縁耐圧を実用に耐え得るだけの十分高い値
にするために、シリコン基板11の露出面に形成された
SiC層をプラズマ処理で除去する必要がある。そし
て、このSiC層を除去するためには、O2 またはO3
などの酸素のプラズマを用いてシリコン基板11を処理
すればよいことが知られている(例えば、池田典弘ほか
「フロロカーボンプラズマのSi表面へのダメージ」第
45回半導体・集積回路技術シンポジウム講演論文集、
p76−81、1993年12月)。
Therefore, when forming a three-dimensional MOS transistor as shown in FIG. 6B, in order to make the withstand voltage of the gate insulating film 13 high enough for practical use, the silicon substrate is used. The SiC layer formed on the exposed surface of 11 must be removed by plasma treatment. Then, in order to remove this SiC layer, O 2 or O 3
It is known that the silicon substrate 11 may be processed using oxygen plasma such as (for example, Norihiro Ikeda et al., "Damage to Si Surface of Fluorocarbon Plasma", Proc. 45th Semiconductor / Integrated Circuit Technology Symposium ,
p76-81, December 1993).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、凹部を形成す
るためのプラズマ処理に酸素によるプラズマ処理を単に
追加するだけでは、マイクロラフネスと称されるシリコ
ン基板11表面の微細な面荒れが増加する。このマイク
ロラフネスが増加すると、ゲート絶縁膜13の絶縁耐圧
を却って著しく劣化させることになる(例えば、牧原康
二「表面マイクロラフネスとデバイス特性」ウルトラク
リーンテクノロジーワークショップ予稿集、p73−9
1、1992年9月)。このようなゲート絶縁膜13の
絶縁耐圧の劣化は、MOSトランジスタを有する半導体
装置の信頼性を著しく低下させることになってしまう。
However, if the plasma treatment with oxygen is simply added to the plasma treatment for forming the recesses, fine surface roughness of the surface of the silicon substrate 11, which is called microroughness, increases. When this microroughness increases, the dielectric strength of the gate insulating film 13 is rather deteriorated (for example, Koji Makihara "Surface Microroughness and Device Characteristics", Ultra Clean Technology Workshop Proceedings, p73-9).
1, September 1992). Such deterioration of the withstand voltage of the gate insulating film 13 significantly reduces the reliability of the semiconductor device having the MOS transistor.

【0012】そこで、本発明は、凹部に立体的に形成さ
れたMOSトランジスタなどのゲート絶縁膜の絶縁耐圧
を向上させることのできる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the withstand voltage of a gate insulating film such as a MOS transistor three-dimensionally formed in a recess.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、炭素を含有する
ガスによる第1のプラズマ処理をシリコン基板に施す工
程と、前記第1のプラズマ処理の後に、40%以上10
0%未満の酸素を含有するガスによる第2のプラズマ処
理を、処理圧力(Torr表示)を高周波パワー密度
(W/cm2 )で除した値が0.07以上0.27以下
となる条件で前記シリコン基板に施す工程と、前記第2
のプラズマ処理の後に、前記シリコン基板の露出面にゲ
ート絶縁膜を形成する工程とを有する。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of subjecting a silicon substrate to a first plasma treatment using a gas containing carbon, and the first step. 40% or more 10 after plasma treatment
Under the condition that the value obtained by dividing the second plasma treatment with a gas containing less than 0% oxygen by the high-frequency power density (W / cm 2 ) of the treatment pressure (in Torr display) is 0.07 or more and 0.27 or less. The step of applying the silicon substrate, and the second step
And the step of forming a gate insulating film on the exposed surface of the silicon substrate.

【0014】本発明の一態様においては、前記第1のプ
ラズマ処理により、前記シリコン基板に凹部を形成し、
この凹部の側面に前記ゲート絶縁膜を形成する。
In one aspect of the present invention, a recess is formed in the silicon substrate by the first plasma treatment,
The gate insulating film is formed on the side surface of the recess.

【0015】本発明の一態様においては、前記第2のプ
ラズマ処理が高周波励起ダウンフロー型プラズマ処理装
置により行われる。
In one aspect of the present invention, the second plasma processing is performed by a high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus.

【0016】本発明の一態様においては、前記第2のプ
ラズマ処理の処理温度が200℃以下である。
In one aspect of the present invention, the processing temperature of the second plasma processing is 200 ° C. or lower.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明をMOSトランジス
タの製造に適用した一実施形態につき、図面を参照しな
がら説明する。図1は、本実施形態の方法を製造工程順
に示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to manufacture of a MOS transistor will be described below with reference to the drawings. 1A to 1C are cross-sectional views showing the method of the present embodiment in the order of manufacturing steps.

【0018】まず、図1(a)に示すように、ウェル
(図示せず)を形成した後のシリコン基板31上に、辺
の長さが1μmのパターンのフォトレジスト32をリソ
グラフィ技術で形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a photoresist 32 having a pattern having a side length of 1 μm is formed on a silicon substrate 31 after a well (not shown) is formed by a lithography technique. .

【0019】次に、図1(b)に示すように、平行平板
型プラズマ処理装置を用い、処理圧力1.0Torr、
高周波パワー300Wの条件で、例えば、CF4 :CH
3:Ar=3:3:40の混合ガスによって、フォト
レジスト32をマスクにしたドライエッチングをシリコ
ン基板31に施す。このプラズマ処理(第1のプラズマ
処理)によって、シリコン基板31に深さ1μmの凹部
33を形成する。これと同時に、シリコン基板31の露
出面には、炭素とシリコンとが結合することによりSi
C層34が形成される。なお、エッチングガスとして
は、CF4 やCHF3 の代わりに、少なくとも炭素を含
むようにするという条件でHBrやその他のハロゲン系
のガスを用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 1 (b), a parallel plate type plasma processing apparatus is used and the processing pressure is 1.0 Torr.
Under the condition of high frequency power of 300 W, for example, CF 4 : CH
Dry etching using the photoresist 32 as a mask is performed on the silicon substrate 31 with a mixed gas of F 3 : Ar = 3: 3: 40. By this plasma treatment (first plasma treatment), a recess 33 having a depth of 1 μm is formed in the silicon substrate 31. At the same time, Si is formed on the exposed surface of the silicon substrate 31 due to the combination of carbon and silicon.
The C layer 34 is formed. As the etching gas, HBr or another halogen-based gas may be used instead of CF 4 or CHF 3 under the condition that at least carbon is contained.

【0020】次に、図1(c)に示すように、高周波励
起ダウンフロー型プラズマ処理装置の一種であるマイク
ロ波励起ダウンフロー型プラズマ処理装置を用い、処理
圧力0.8Torr、マイクロ波パワー800W、処理
温度150℃の条件で、O2:CF4 =20:1の混合
ガスによって、シリコン基板31にプラズマ処理(第2
のプラズマ処理)を施す。このプラズマ処理によりSi
C層34は多量の酸素で酸化されてSiO2 膜になり、
そして、このSiO2 膜はCF4 で除去されるので、結
局、プラズマ処理によってSiC層34が除去される。
Next, as shown in FIG. 1 (c), a microwave-excited downflow-type plasma processing apparatus, which is a kind of high-frequency excitation downflow-type plasma processing apparatus, is used and the processing pressure is 0.8 Torr and the microwave power is 800 W Under the condition of the processing temperature of 150 ° C., the silicon substrate 31 is plasma-processed by the mixed gas of O 2 : CF 4 = 20: 1 (second
Plasma treatment). By this plasma treatment, Si
The C layer 34 is oxidized by a large amount of oxygen to become a SiO 2 film,
Then, since this SiO 2 film is removed by CF 4 , the SiC layer 34 is eventually removed by the plasma treatment.

【0021】次に、図1(d)に示すように、O2 ガス
を用いる任意の条件のプラズマ処理で、フォトレジスト
32を灰化させて除去する。その後、洗浄工程を経て、
図6(b)に示したように、凹部33の側面にゲート絶
縁膜13やゲート電極14などを形成して、立体的なS
GT型のMOSトランジスタを製造する。
Next, as shown in FIG. 1D, the photoresist 32 is ashed and removed by plasma treatment under an arbitrary condition using O 2 gas. Then, after a washing process,
As shown in FIG. 6B, the gate insulating film 13 and the gate electrode 14 are formed on the side surfaces of the recess 33 to form a three-dimensional S
A GT type MOS transistor is manufactured.

【0022】この後のMOSトランジスタの製造工程に
ついて、図6(b)を参照して説明する。
The subsequent manufacturing process of the MOS transistor will be described with reference to FIG.

【0023】まず、凹部に囲まれている凸部の周囲に熱
酸化法でゲート絶縁膜13を形成してから、イオン注入
により凹部の底部及び凸部の頂部にソース16及びドレ
イン17を夫々形成する。
First, the gate insulating film 13 is formed around the convex portion surrounded by the concave portion by a thermal oxidation method, and then the source 16 and the drain 17 are formed at the bottom of the concave portion and the top of the convex portion by ion implantation. To do.

【0024】そして、ゲート絶縁膜13上の全面に多結
晶シリコン膜を形成し、この多結晶シリコン膜をエッチ
バックすることにより、凹部の側面にのみ多結晶シリコ
ン膜からなるゲート電極14を形成する。なお、このエ
ッチバック工程により凸部の上面にあったゲート絶縁膜
13は同時に除去される。なお、この後、さらに凸部お
よびゲート電極14をマスクとして凹部にイオン注入を
行い、シリコン基板12表面に高濃度不純物拡散層を形
成してもよい。
Then, a polycrystalline silicon film is formed on the entire surface of the gate insulating film 13, and the polycrystalline silicon film is etched back to form the gate electrode 14 made of the polycrystalline silicon film only on the side surface of the recess. . Note that the gate insulating film 13 on the upper surface of the convex portion is simultaneously removed by this etch back process. After that, the high-concentration impurity diffusion layer may be formed on the surface of the silicon substrate 12 by further implanting ions into the concave portion using the convex portion and the gate electrode 14 as a mask.

【0025】以上の実施形態では、図1(b)に示した
プラズマ処理を平行平板型プラズマ処理装置で行った
が、図1(c)に示したプラズマ処理と同様にマイクロ
波励起ダウンフロー型プラズマ処理装置で行ってもよ
い。
In the above embodiment, the plasma treatment shown in FIG. 1 (b) was performed by the parallel plate type plasma treatment apparatus. However, like the plasma treatment shown in FIG. 1 (c), the microwave excitation downflow type plasma treatment apparatus is used. You may perform with a plasma processing apparatus.

【0026】また、高周波励起ダウンフロー型プラズマ
処理装置としては、マイクロ波励起ダウンフロー型プラ
ズマ処理装置のほかに、ECR型プラズマ処理装置など
を用いてもよい。
As the high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus, an ECR type plasma processing apparatus or the like may be used in addition to the microwave excitation downflow type plasma processing apparatus.

【0027】なお、本実施形態では図6(b)に示した
ような立体的なSGT型のMOSトランジスタを製造し
たが、本発明は図6(a)に示したような平面的なMO
Sトランジスタの製造に適用することも可能である。
In this embodiment, a three-dimensional SGT type MOS transistor as shown in FIG. 6B is manufactured, but the present invention is a planar MO transistor as shown in FIG. 6A.
It can also be applied to the manufacture of S-transistors.

【0028】[0028]

【実施例】次に、上記実施形態で第2のプラズマ処理の
条件を様々に変更した場合の実施例について、図2〜5
を参照して説明する。
EXAMPLES Next, examples in which the conditions of the second plasma treatment are changed variously in the above embodiment will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0029】図2は、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜で
ある場合における、SiC層34を除去するために用い
るプラズマ処理装置の型式と、絶縁耐圧の累積不良率が
50%に達した時点のQBDとの関係を示している。この
図2から、高周波励起ダウンフロー型プラズマ処理装置
を用いた場合(QBD=24C/cm2 程度)の方が平行
平板型プラズマ処理装置を用いた場合(QBD=22C/
cm2 程度)よりもQBDが大きいことが明らかである。
つまり、SiC層34を除去するためには、高周波励起
ダウンフロー型プラズマ処理装置の方が優れている。
FIG. 2 shows the model of the plasma processing apparatus used to remove the SiC layer 34 when the gate insulating film is a silicon oxide film, and Q at the time when the cumulative withstand voltage failure rate reaches 50%. The relationship with BD is shown. From FIG. 2, if the person in the case of using the high-frequency excitation down-flow type plasma processing apparatus (Q BD = 24C / cm 2 or so) has a parallel plate type plasma processing apparatus (Q BD = 22C /
It is clear that Q BD is larger than (cm 2 ).
That is, in order to remove the SiC layer 34, the high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus is superior.

【0030】このように、高周波励起ダウンフロー型プ
ラズマ処理装置が第2のプラズマ処理を行うための装置
として優れているのは、この装置を用いることにより、
シリコン基板31に与えるダメージを最小限に抑制する
ことができるからであると考えられる。
As described above, the high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus is excellent as an apparatus for performing the second plasma processing, by using this apparatus.
It is considered that the damage given to the silicon substrate 31 can be suppressed to the minimum.

【0031】ここで、高周波励起ダウンフロー型プラズ
マ処理装置の一種であるECR型プラズマ処理装置の構
造について説明する。
Here, the structure of an ECR type plasma processing apparatus which is a kind of high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus will be described.

【0032】ECR型プラズマ処理装置では、図3に示
すように、エッチングに用いるガスは、ガス導入口41
からイオン発生室42へ導入され、導波管43から導入
された高周波とイオン発生室42を取り囲んで設置され
ているマグネットコイル44との相互作用によって、高
電離プラズマになる。
In the ECR type plasma processing apparatus, as shown in FIG. 3, the gas used for etching is the gas inlet 41.
Is introduced into the ion generation chamber 42, and the high frequency introduced from the waveguide 43 interacts with the magnet coil 44 that surrounds the ion generation chamber 42, resulting in highly ionized plasma.

【0033】このプラズマは、外部のバイアス回路45
で任意の電位に制御されているメッシュリング46の作
用によってその運動エネルギーを制御された後、処理室
47内に配置されているウェハ48をプラズマ処理す
る。また、ウェハ48の表面に常に新鮮なプラズマを供
給するために、処理室47内は排気口49を通じてポン
プによって排気される。
This plasma is supplied to the external bias circuit 45.
After the kinetic energy is controlled by the action of the mesh ring 46, which is controlled to an arbitrary electric potential, the wafer 48 placed in the processing chamber 47 is plasma-processed. Further, in order to constantly supply fresh plasma to the surface of the wafer 48, the inside of the processing chamber 47 is exhausted by a pump through the exhaust port 49.

【0034】図4は、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜で
あり、マイクロ波励起ダウンフロー型プラズマ処理装置
を用い、O2 とCF4 との混合ガスで、SiC層34を
除去するために10秒間のプラズマ処理を施した場合に
おいて、O2 の濃度と、絶縁耐圧の累積不良率が50%
に達した時点のQBDとの関係を示している。プラズマ処
理の条件は、処理圧力0.8Torr、マイクロ波パワ
ー800W、処理温度150℃である。
In FIG. 4, the gate insulating film is a silicon oxide film, a microwave-excited downflow type plasma processing apparatus is used, and a mixed gas of O 2 and CF 4 is used to remove the SiC layer 34 for 10 seconds. When the plasma treatment is performed, the concentration of O 2 and the cumulative failure rate of withstand voltage are 50%.
It shows the relationship with Q BD when it reaches. The plasma processing conditions are a processing pressure of 0.8 Torr, a microwave power of 800 W, and a processing temperature of 150 ° C.

【0035】この図4から明らかなように、酸素濃度が
極端に低いと、プラズマ処理を施してもQBDは殆ど改善
されていない。これは、プラズマ処理を施してもSiC
層34が除去されていないからである。QBDが顕著に改
善されてくるのは、酸素濃度が40%程度からである
が、QBDが22C/cm2 程度で安定するためには、プ
ラズマ処理に際して90%以上の酸素濃度が必要である
ことが分かる。
As is clear from FIG. 4, when the oxygen concentration is extremely low, Q BD is hardly improved even when the plasma treatment is performed. This is because even if plasma treatment is applied, SiC
This is because the layer 34 has not been removed. The oxygen concentration of Q BD is remarkably improved from about 40%, but in order to stabilize Q BD at about 22 C / cm 2 , an oxygen concentration of 90% or more is required for plasma treatment. I know there is.

【0036】このように、常に22C/cm2 以上の安
定したQBDを得るためには、酸素濃度は90%以上であ
ることが好ましいが、酸素のみではSiCを完全に酸化
できない場合にSiCが残留し、SiO2 をエッチング
するCF4 がないため、酸素濃度は100%未満とする
ことが好ましい。
As described above, in order to always obtain a stable Q BD of 22 C / cm 2 or more, it is preferable that the oxygen concentration is 90% or more. However, when oxygen alone cannot completely oxidize SiC, Since there is no CF 4 that remains and etches SiO 2 , the oxygen concentration is preferably less than 100%.

【0037】図5は、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜で
あり、マイクロ波励起ダウンフロー型プラズマ処理装置
を用い、O2 :CF4 =20:1、処理時間8秒、処理
温度200℃の条件で、SiC層34を除去するための
第2のプラズマ処理を施した場合における、プラズマ処
理の圧力(Torr表示)をマイクロ波パワー密度(W
/cm2 )で除した値(以下、P/P比と呼ぶ)と、シ
リコン酸化膜の欠陥密度との関係を示している。
In FIG. 5, the gate insulating film is a silicon oxide film, a microwave excitation downflow type plasma processing apparatus is used, and O 2 : CF 4 = 20: 1, processing time is 8 seconds, and processing temperature is 200 ° C. In the case where the second plasma treatment for removing the SiC layer 34 is performed, the plasma treatment pressure (in Torr display) is set to the microwave power density (W).
/ Cm 2 ) (hereinafter referred to as P / P ratio) and the defect density of the silicon oxide film.

【0038】図5から、シリコン酸化膜の欠陥密度はP
/P比と相関関係があることが分かる。実用的なシリコ
ン酸化膜の欠陥密度は1.0/cm2 以下であるので、
P/P比が0.07以上0.27以下の範囲でプラズマ
処理を施すと実用的なシリコン酸化膜を得ることができ
るが、これ以外の範囲ではシリコン酸化膜の欠陥密度が
著しく増加して製造歩留りが低下する。従って、SiC
層34を除去するためのプラズマ処理における最適なP
/P比は、0.07以上0.27以下の範囲であること
が分かる。
From FIG. 5, the defect density of the silicon oxide film is P
It can be seen that there is a correlation with the / P ratio. Since the defect density of a practical silicon oxide film is 1.0 / cm 2 or less,
When the plasma treatment is performed in the P / P ratio range of 0.07 or more and 0.27 or less, a practical silicon oxide film can be obtained, but in other ranges, the defect density of the silicon oxide film remarkably increases. Manufacturing yield is reduced. Therefore, SiC
Optimal P in plasma processing for removing layer 34
It can be seen that the / P ratio is in the range of 0.07 or more and 0.27 or less.

【0039】下記の表1は、O2 :CF4 =20:1、
処理時間8秒、処理圧力0.8Torr、マイクロ波パ
ワー800Wの条件で、SiC層34を除去するための
プラズマ処理を施した場合における、プラズマ処理温
度、絶縁耐圧の累積不良率が50%に達した時点のQBD
が22C/cm2 以上になる処理時間の範囲、および最
適処理時間の範囲を示している。
Table 1 below shows O 2 : CF 4 = 20: 1,
When the plasma treatment for removing the SiC layer 34 is performed under the conditions of the treatment time of 8 seconds, the treatment pressure of 0.8 Torr, and the microwave power of 800 W, the cumulative treatment defect rate of the plasma treatment temperature and the withstand voltage reaches 50%. Q BD at the time
Shows the range of the processing time and the range of the optimum processing time at which the value becomes 22 C / cm 2 or more.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】表1中の最適処理時間以外の処理時間を用
いると、処理時間が短い場合は、SiC層34が完全に
除去されないために、また、処理時間が長い場合は、シ
リコン基板31の露出面におけるマイクロラフネスが増
加するために、何れの場合にも、QBDが22C/cm2
未満になって、ゲート絶縁膜13の絶縁耐圧が向上しな
い。
When a processing time other than the optimum processing time in Table 1 is used, the SiC layer 34 is not completely removed when the processing time is short, and when the processing time is long, the silicon substrate 31 is exposed. In any case, Q BD is 22 C / cm 2 because the microroughness on the surface increases.
Therefore, the withstand voltage of the gate insulating film 13 is not improved.

【0042】表1から明らかなように、プラズマ処理温
度が上昇すると、最適処理時間が短くなっており、20
0℃では約2秒、250℃では1秒以下である。また、
プラズマ処理温度が上昇すると、QBDが22C/cm2
以上になる処理時間も短くなっており、200℃では約
6秒、250℃では約3秒である。一方、プラズマ処理
装置では、処理開始からプラズマが安定するまでに2秒
程度の時間を要する。従って、SiC層34の除去に際
しては、プラズマ処理温度が200℃を超えると安定的
な処理を行うことができないことに鑑み、プラズマ処理
温度は200℃以下にすることが好ましい。
As is clear from Table 1, as the plasma processing temperature rises, the optimum processing time becomes shorter.
It is about 2 seconds at 0 ° C and less than 1 second at 250 ° C. Also,
When the plasma processing temperature rises, Q BD increases to 22 C / cm 2
The processing time as described above is also shortened, and is about 6 seconds at 200 ° C. and about 3 seconds at 250 ° C. On the other hand, in the plasma processing apparatus, it takes about 2 seconds from the start of processing to the stabilization of plasma. Therefore, when removing the SiC layer 34, it is preferable to set the plasma treatment temperature to 200 ° C. or lower in view of the inability to perform stable treatment when the plasma treatment temperature exceeds 200 ° C.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明による半導体装置の製造方法で
は、第1のプラズマ処理をシリコン基板に施し、この第
1のプラズマ処理に伴ってシリコン基板の露出面に形成
された半導体層であるSiC層を第2のプラズマ処理に
よって除去する。第1のプラズマ処理ではシリコン基板
の表面に凹部を形成してもよい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first plasma treatment is applied to the silicon substrate, and the SiC layer which is the semiconductor layer formed on the exposed surface of the silicon substrate in association with the first plasma treatment. Are removed by the second plasma treatment. In the first plasma treatment, a recess may be formed on the surface of the silicon substrate.

【0044】この第2のプラズマ処理で使用するガスの
酸素濃度が40%以上100%未満であるので、マイク
ロラフネスを増加させることなくSiC層を効果的に除
去して、QBDが大きいゲート絶縁膜を形成することがで
きる。また、第2のプラズマ処理における処理圧力(T
orr表示)を高周波パワー密度(W/cm2 )で除し
た値が0.07以上0.27以下であるので、欠陥密度
が少なくて実用的なゲート絶縁膜を形成することができ
る。
Since the oxygen concentration of the gas used in the second plasma treatment is 40% or more and less than 100%, the SiC layer is effectively removed without increasing the microroughness, and the gate insulation having a large Q BD is obtained. A film can be formed. Further, the processing pressure (T
Since the value obtained by dividing (orr display) by the high frequency power density (W / cm 2 ) is 0.07 or more and 0.27 or less, the defect density is small and a practical gate insulating film can be formed.

【0045】また、第2のプラズマ処理を高周波励起ダ
ウンフロー型プラズマ処理装置を用いて行う場合には、
シリコン基板に与えるダメージを最小限に抑制すること
ができ、絶縁破壊を生じるまでに通電することができる
総電荷量QBDが大きいゲート絶縁膜を形成することがで
きる。
When the second plasma processing is performed by using the high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus,
It is possible to suppress the damage given to the silicon substrate to the minimum, and it is possible to form a gate insulating film having a large total charge amount Q BD that can be energized before dielectric breakdown occurs.

【0046】また、第2のプラズマ処理における処理温
度が200℃以下とした場合には、QBDが大きいゲート
絶縁膜を得るためのプラズマ処理時間を十分に確保する
ことができるようになるので、QBDが大きいゲート絶縁
膜を安定的に形成することができる。
When the processing temperature in the second plasma processing is 200 ° C. or lower, the plasma processing time for obtaining the gate insulating film having a large Q BD can be sufficiently secured. A gate insulating film having a large Q BD can be stably formed.

【0047】従って、本発明による半導体装置の製造方
法によると、立体的に配置されたMOSトランジスタな
どの素子を形成するに当たり、絶縁耐圧の優れた品質の
よいゲート絶縁膜を形成することができて、信頼性の高
い形成された半導体装置を製造することができる。
Therefore, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming a three-dimensionally arranged element such as a MOS transistor, it is possible to form a high-quality gate insulating film having an excellent withstand voltage. A highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態を製造工程順に示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図2】本発明において、SiC層を除去するために用
いるプラズマ処理装置の型式とゲート絶縁膜の絶縁耐圧
との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the type of plasma processing apparatus used to remove the SiC layer and the withstand voltage of the gate insulating film in the present invention.

【図3】本発明で用いる高周波励起ダウンフロー型プラ
ズマ処理装置の一種であるECR型プラズマ処理装置の
模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of an ECR type plasma processing apparatus which is a kind of high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus used in the present invention.

【図4】本発明において、SiC層を除去するために用
いるガス中の酸素濃度とゲート絶縁膜の絶縁耐圧との関
係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in the gas used to remove the SiC layer and the breakdown voltage of the gate insulating film in the present invention.

【図5】本発明において、SiC層を除去する際の処理
圧力及びパワー密度とゲート絶縁膜の欠陥密度との関係
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the processing pressure and power density when removing the SiC layer and the defect density of the gate insulating film in the present invention.

【図6】平面的なMOSトランジスタおよび立体的なM
OSトランジスタについて説明するための断面図であ
る。
FIG. 6 shows a planar MOS transistor and a three-dimensional M.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an OS transistor.

【図7】炭素を含有するガスでシリコン基板をプラズマ
処理することによるゲート酸化膜の絶縁耐圧の劣化を説
明するためのグラフである。
FIG. 7 is a graph for explaining the deterioration of the withstand voltage of the gate oxide film by plasma-treating a silicon substrate with a gas containing carbon.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 シリコン基板 32 フォトレジスト 33 凹部 34 SiC層 31 Silicon Substrate 32 Photoresist 33 Recesses 34 SiC Layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素を含有するガスによる第1のプラズ
マ処理をシリコン基板に施す工程と、 前記第1のプラズマ処理の後に、40%以上100%未
満の酸素を含有するガスによる第2のプラズマ処理を、
処理圧力(Torr表示)を高周波パワー密度(W/c
2 )で除した値が0.07以上0.27以下となる条
件で前記シリコン基板に施す工程と、 前記第2のプラズマ処理の後に、前記シリコン基板の露
出面にゲート絶縁膜を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of subjecting a silicon substrate to a first plasma treatment with a gas containing carbon, and a second plasma with a gas containing 40% or more and less than 100% oxygen after the first plasma treatment. Processing
High-frequency power density (W / c)
m 2 ), a step of applying the silicon substrate under the condition that the value divided by m 2 ) is 0.07 or more and 0.27 or less, and a gate insulating film is formed on the exposed surface of the silicon substrate after the second plasma treatment. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記第1のプラズマ処理により、前記シ
リコン基板に凹部を形成し、この凹部の側面に前記ゲー
ト絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a recess is formed in the silicon substrate by the first plasma treatment, and the gate insulating film is formed on a side surface of the recess. .
【請求項3】 前記第2のプラズマ処理が高周波励起ダ
ウンフロー型プラズマ処理装置により行われることを特
徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方
法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second plasma processing is performed by a high frequency excitation downflow type plasma processing apparatus.
【請求項4】 前記第2のプラズマ処理の処理温度が2
00℃以下であることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
4. The processing temperature of the second plasma processing is 2
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature is 00 ° C. or lower.
JP21293295A 1995-03-14 1995-07-28 Method for manufacturing semiconductor device Pending JPH0945918A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002543610A (en) * 1999-05-03 2002-12-17 アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ Removal method of SiC

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002543610A (en) * 1999-05-03 2002-12-17 アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ Removal method of SiC
JP2012023384A (en) * 1999-05-03 2012-02-02 Imec Method for removal of sic

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