(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にゲート電極を形成するステップと、
前記ゲート電極の両側壁に接するように窒化膜からなるスペーサを形成するステップと、
前記スペーサが形成されたシリコン基板をインシチューで水素雰囲気下でベイクするステップと、
前記水素雰囲気下でベイクされたシリコン基板において、前記スペーサの下部と同一の高さでスペーサの側部から露出されたシリコン基板上に第１のシリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させるとともに、前記シリコン基板の垂直方向及び水平方向にゲルマニウムを拡散させて、前記シリコン基板及び前記スペーサの下部に第２のシリコンゲルマニウム層を形成し、前記第１及び第２のシリコンゲルマニウムからなるシリコンゲルマニウム層を形成するステップと、
前記シリコン基板及び前記シリコンゲルマニウム層のエッチング選択比を利用して前記シリコンゲルマニウム層を除去して、ソース−ドレインが形成される予定領域を露出させるステップと、
前記露出されたソース−ドレインが形成される予定領域に、ドープされたエピタキシャルシリコン層を成長させるステップと
を含んでなることを特徴とするシングルドレインセルの実現のために、前記シリコン基板が垂直方向及び水平方向に同じ程度エッチングされるようにするのに適した半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコンゲルマニウム層を除去するステップは、
硝酸、フッ酸及び蒸留水の混合溶液を用い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。
【請求項３】
前記シリコンゲルマニウム層を形成するステップにおいて、前記シリコンゲルマニウム層は、５００Å〜５０００Åの厚さに成長され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。
【請求項４】
前記スペーサを形成するステップ後、及び前記水素雰囲気下でベイクするステップ前に、前記シリコン基板を前洗浄するステップをさらに含んでなり、
前記水素雰囲気下でベイクするステップは、前記前洗浄されたシリコン基板を８００℃〜１０００℃の温度にて水素雰囲気下でベイク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。
【請求項５】
前記シリコンゲルマニウム層を形成するステップにおいて、
前記シリコンゲルマニウム層は、低圧化学気相蒸着により成長され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。
【請求項６】
前記シリコンゲルマニウム層を、５ｔｏｒｒ〜３００ｔｏｒｒの圧力を維持した状態で成長させることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記シリコンゲルマニウム層を形成するステップにおいて、
ＳｉＨ2Ｃｌ2ガス、ＨＣｌガス、そしてＧｅＨ4ガスをソースガスとして流入させることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記シリコンゲルマニウム層の低圧化学気相蒸着の際、ＰＨ3ガスまたはＡｓＨ3ガスを添加する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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、０．１μｍ以下のデザインルールを有する超高集積半導体装置その他の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置のＭＯＳＦＥＴ（以下、トランジスタという）は、ソース−ドレイン領域と、各ソース−ドレイン領域の間に限定されるチャネル領域上の誘電膜によって、通常、分離されるゲート領域とを含む。ソース−ドレイン領域は、深い接合部を形成するためにドープされる。電圧がゲートに印加され、そしてこの電圧が一定のしきい値を超過する場合、ソースとドレインとの間のチャネルが導電性となり、トランジスタがターンオンされて、ソースからドレインにキャリアが流動することになる。
【０００３】
しかしながら、トランジスタは、ソース及びゲートの間に形成されたシリコン−基板界面、例えば、シリコン酸化膜やシリコン界面などの界面に衝撃を与える高速の電子によるホットキャリア注入（以下、ホットキャリア効果という）として知られているものによって損傷される。
【０００４】
ホットキャリア効果は、ホール（Hole）や電子（Electron）等、充電されたキャリアの運動エネルギーが、キャリアの大きな電位増減を通じて加速され、ゲート誘電膜内に取り込まれることによって増加する場合に発生する。このような大きな電位増減は、トランジスタの飽和動作中にドレイン近傍で発生する最大電界（ＥＭ）といい、このような大きな電界は、チャネルに隣接したドレインの側面接合部で著しい。ホットキャリアがドレインを通じて移動する場合、ホットキャリアは、衝突イオン化と呼ばれる処理によって、それらのエネルギーを失う。その結果、電子正孔対（Electron Hole Pair；ＥＨＰ）が、生成されてドレイン接合部近傍のゲート誘電膜に移動し、ゲート誘電膜内に注入される。
【０００５】
ホットキャリア効果と関連したこれらの問題を解決するために、軽くドープされたドレイン（Lightly Doped Drain）として公知のＬＤＤ構造が提案された。このＬＤＤ構造は、トランジスタの飽和動作中、ドレイン近傍の電位増減を減少させる効果を有する。
【０００６】
しかしながら、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの製造工程では、ＬＤＤ領域を形成するための低濃度の不純物のイオン注入、及び高農度ソース−ドレイン領域を形成するための高農度の不純物のイオン注入工程におけるシリコン基板の表面欠陥は避けられず、ソース−ドレインイオン注入工程の後に行われる熱処理（anneal）工程は、先に行われたＬＤＤ工程で注入されたイオンを拡散させて、実際のチャネル長さを減らす短チャネル効果（short channel effect）を招く問題点がある。
【０００７】
結局、短チャネル効果によって、ゲート及びドレイン等において電界により加速されたキャリアが連鎖的に衝突することにより、さらに高いエネルギーを有するホットキャリア効果とドレイン電圧の上昇とともに、ドレイン附近の空乏層がソース領域まで及び、その結果、電圧によって制御されない電流が大量に流出して、電界効果トランジスタの機能を失ってしまうパンチスルー（punch through）現象が発生し、素子しきい電圧の変動などを招き、素子特性を低下させるという問題点がある。
【０００８】
上述したＬＤＤ構造の問題点を解決するため、シングルドレインセル（Single Drain Cell；ＳＤＣ）という技術が開発されている。シングルドレインセル（ＳＤＣ）技術は、面抵抗の減少、急な接合形成、低いコンタクト抵抗、低い熱ヒステリシス（reduced thermal budget）、そして、シリサイド形成の容易性によりその適用の可能性が高い。
【０００９】
図３Ａ及び図３Ｂは、従来の技術に係るシングルドレインセルの製造方法を示す工程断面図である。
【００１０】
図３Ａに示すように、シリコン基板１１上にゲート絶縁膜１２、ゲート電極１３を順次形成した後、ゲート電極１３の両側壁に接するようにスペーサ１４を形成する。
【００１１】
次いで、スペーサ１４及びゲート電極１３をマスクにしてスペーサ１４の下部にて露出されたシリコン基板１１、すなわちソース−ドレイン領域が形成される部分をドライエッチングまたはウェットエッチングの工程を介して所定の深さだけエッチングする。
【００１２】
図３Ｂにて示すように、エッチングされたシリコン基板１１に化学気相蒸着（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）などの蒸着法を用いてドープされたシリコンを埋め込んでソース−ドレイン領域１５を形成する。
【００１３】
上述した従来の技術のようなシングルドレインセル（ＳＤＣ）技術では、シリコン基板のエッチングの際、等方性を有するようにエッチングすることが重要である。だから、シリコン基板が垂直方向と水平方向に同じ比率でエッチングされるようにすることが技術の核心技術である。
【００１４】
【発明が解決しようとする技術的な課題】
しかしながら、従来の技術は、露出されたシリコン基板をドライエッチング法またはウェットエッチング法により直接エッチングするために、ソース−ドレイン領域を形成するためのシリコン基板のエッチングパターン（深さ及び形態）を具現し難いという問題点がある。
【００１５】
図４は、シリコン基板のエッチングプロファイルを説明するための図であり、シリコン基板２１上に窒化膜２２をゲート電極の代りに用いた場合、シリコン基板の等方性エッチングプロファイルが現れるが、従来の技術では、シリコン基板を直ちにエッチングするので、等方性エッチングプロファイルを具現することが極めて難しい。
【００１６】
そこで、本発明は、前記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、シングルドレインセルの実現の際、シリコン基板のエッチングの等方性エッチングプロファイルを実現するに好適な半導体装置の製造方法を提供することにその目的がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にゲート電極を形成するステップと、前記ゲート電極の両側壁に接するように窒化膜からなるスペーサを形成するステップと、前記スペーサが形成されたシリコン基板をインシチューで水素雰囲気下でベイクするステップと、前記水素雰囲気下でベイクされたシリコン基板において、前記スペーサの下部と同一の高さでスペーサの側部から露出されたシリコン基板上に第１のシリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させるとともに、前記シリコン基板の垂直方向及び水平方向にゲルマニウムを拡散させて、前記シリコン基板及び前記スペーサの下部に第２のシリコンゲルマニウム層を形成し、前記第１及び第２のシリコンゲルマニウムからなるシリコンゲルマニウム層を形成するステップと、前記シリコン基板及び前記シリコンゲルマニウム層のエッチング選択比を利用して前記シリコンゲルマニウム層を除去して、ソース−ドレインが形成される予定領域を露出させるステップと、前記露出されたソース−ドレインが形成される予定領域に、ドープされたエピタキシャルシリコン層を成長させるステップとを含んでなることを特徴とするシングルドレインセルの実現のために、前記シリコン基板が垂直方向及び水平方向に同じ程度エッチングされるようにするのに適した半導体装置の製造方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最も好ましい一実施形態を、添付する図を参照しながら説明する。
【００１９】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る半導体装置のシングルドレインセル（ＳＤＣ）の形成方法を示す工程断面図である。
【００２０】
図１Ａに示すように、シリコン基板３１上にゲート絶縁膜３２及びゲート電極３３を順次形成した後、ゲート電極３３を含む全面に窒化膜を蒸着し、この窒化膜を全面エッチングして、ゲート電極３３の両側壁に接するようにスペーサ３４を形成する。
【００２１】
ここで、ゲート電極３３は、ポリシリコン、金属、ポリサイド（polycide）により形成することができ、スペーサ３４は、必ず窒化膜で形成する。但し、この場合の窒化膜は、１００Å〜８００Åの厚さに形成する。
【００２２】
このように、窒化膜で形成する理由は、以後、実施されるシリコンゲルマニウムエッチング工程におけるスペーサの損傷を防ぐためである。
【００２３】
図１Ｂに示すように、スペーサ３４の下部にて露出してなるシリコン基板３１上に生成された自然酸化膜（Native oxide）を除去するために、ＨＦ洗浄またはＢＯＥ洗浄の工程を行なった後、露出されたシリコン基板３１上にシリコンゲルマニウム層３５を５００Å〜５０００Åの厚さに選択的にエピタキシャル成長（Selective Epitaxial Growth；ＳＥＧ）させる。
【００２４】
この場合、シリコンゲルマニウム層３５を選択的にエピタキシャル成長させる工程は、低圧化学気相蒸着法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition；ＬＰＣＶＤ）、または、超高真空の化学気相蒸着法（Ultra High Vacuum CVD）を用いる。
【００２５】
シリコンゲルマニウム層３５の低圧化学気相蒸着法は、成長前にインシチュー（in-situ）で７００℃〜１０００℃の温度にて、１分〜３０分間、水素雰囲気下でベイク（Ｈ2 bake）工程を実施し、５ｔｏｒｒ〜３００ｔｏｒｒの圧力を維持したチャンバー内に、ソースガスとして、ＳｉＨ2Ｃｌ2ガス、ＨＣｌガス、そして、ＧｅＨ4ガスを各々１０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ程度流入させて、シリコンゲルマニウム層３５を成長させる。この場合、シリコンゲルマニウム層３５の成長温度は、６００℃〜８００℃程度が適当である。
【００２６】
上述したシリコンゲルマニウム層３５は、シリコン基板３１の表面及び表面下部に成長される。ここで、シリコン基板３１上に成長されたシリコンゲルマニウム層３５ａ以外に、シリコン基板３１及びスペーサ３４の下部に所定の幅の侵入した形態を有するシリコンゲルマニウム層３５ｂが成長される理由は、シリコンゲルマニウム層３５ａを成長させる過程において、シリコン基板３１の垂直方向及び水平方向にゲルマニウムＧｅが拡散してシリコンゲルマニウム層３５ｂを成長させるためである。
【００２７】
一方、シリコン基板３１とシリコンゲルマニウム層３５の接触抵抗を減少させるために、シリコンゲルマニウム層３５の成長の際、インシチューでＰＨ3ガスまたはＡｓＨ3ガスを１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの流量で添加させてドープしたシリコンゲルマニウム層を成長させることができる。
【００２８】
図１Ｃに示すように、シリコン基板３１とシリコンゲルマニウム層３５のエッチング選択比を利用して、シリコンゲルマニウム層３５をエッチングする。この場合、シリコン基板３１及びスペーサ３４の下部に成長されたシリコンゲルマニウム層３５ｂも共にエッチングされて、シングルドレインを形成する空間３６が確保され、エッチング後、露出されたシリコン基板３１は等方性エッチングプロファイルを有する。
【００２９】
ここで、シリコンゲルマニウム層３５をエッチングする溶液には、シリコン基板及びポリシリコンは、エッチングしないながら、シリコンゲルマニウム層のみをエッチングすることができるエッチング溶液を用いる。この場合、硝酸、フッ酸及び蒸溜水を混合したウェットエッチング溶液が用いられる。
このように、ウェットエッチング溶液を用いれば、シリコン基板またはポリシリコンよりも、シリコンゲルマニウムが先にエッチングされて、必要とするエッチングプロファイルを得ることができる。
【００３０】
このように、ウェットエッチング溶液を用いれば、シリコン基板またはポリシリコンよりも、シリコンゲルマニウムが先にエッチングされて、必要とするエッチングプロファイルを得ることができる。
【００３１】
上述したシリコンゲルマニウム層３５のエッチング工程は、シリコンゲルマニウム層３５の成長の際、厚さ及び工程条件を変化させ、シリコン基板３１に拡散されるゲルマニウムの量を調節して、エッチングしようとするシリコン基板３１の深さ及び形態を調節することができるので、エッチング後、シリコン基板のエッチングプロファイルが異なって現れる。（図２Ａないし図２Ｄを参照）。
【００３２】
図２Ａないし図２Ｄは、シリコンゲルマニウム層の成長厚さに係るシリコン基板のエッチングプロファイルの変化を説明するための図であり、シリコンゲルマニウム層の成長厚さ（図２Ａ：１５００Å、図２Ｂ：２０００Å、図２Ｃ：３０００Å、図２Ｄ：５０００Å）が厚いほど、エッチングの深さ及び形態が変化することが分かる。
【００３３】
図２Ａないし図２Ｄにおいて、符号４０は、シリコン基板を示し、符号４１はゲート電極代用の窒化膜を示し、符号４２は、シリコンゲルマニウム層の厚さを確認するために覆った窒化膜を示し、符号４３は、シリコンゲルマニウム層のエッチング部分を示す。
【００３４】
図１Ｄに示すように、シリコンゲルマニウム層３５（図１Ｂ参照）がエッチングされた後、露出されるシリコン基板３１上にドープされたエピタキシャルシリコン層３７を成長させて、シングルドレイン（Single Drain）を形成する。
【００３５】
この場合、ドープされたエピタキシャルシリコン層３７は、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）または超高真空の化学気相蒸着法（ＵＨＶ ＣＶＤ）を利用して１００Å〜５００Å程度の厚さに成長させる。
【００３６】
まず、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）によりドープされたエピタキシャルシリコン層３７を成長させるためには、成長前にインシチューで８００℃〜１０００℃の温度にて、１分〜５分間、水素ベイク工程を実施して、５Ｔｏｒｒ〜３００Ｔｏｒｒの圧力を維持した状態で、ソースガスとして、ＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＨＣｌガスを、各々、１０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ程度、流入させる。そして、Ｎ＋導電型ドレインである場合は、ドーピングガスとしてＰＨ3ガスまたはＡｓＨ3ガスを用い、Ｐ＋導電型ドレインである場合は、ドーピングガスとしてＢ2Ｈ6ガスを用いて、ドープされたエピタキシャルシリコン層を成長させる。
【００３７】
次に、超高真空の化学気相蒸着法（ＵＨＶ ＣＶＤ）によりドープされたエピタキシャルシリコン層３７を成長させるためには、４００℃〜８００℃の温度と１ｍＴｏｒｒ〜１０００Ｔｏｒｒの圧力で成長させる。水素ベイク、ソースガスやドーピングガスは低圧化学気相蒸着法と同様である。
【００３８】
本発明の実施形態では、シリコン基板上に成長するシリコンゲルマニウムの厚さ及び工程条件を変化させて、シリコン基板に拡散されるゲルマニウムの量を調節して、エッチングしようとするシリコン基板の深さ及び形態を調節することができる。これによって、ソース−ドレイン領域が形成されるシリコン基板の等方性エッチングプロファイルを具現しながら、シングルドレインセル構造の固有の特性を確保することができる。
【００３９】
尚、本発明は、本実施形態に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によると、シングルドレインセル（ＳＤＣ）技術のためのシリコン基板の等方性エッチングプロファイルを容易に具現でき、またシングルドレインセル（ＳＤＣ）技術を用いることによって、面抵抗の減少、急な接合の形成、低いコンタクト抵抗、低い熱ヒステリシス、そしてシリサイド形成が容易であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るシングルドレインセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係るシングルドレインセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係るシングルドレインセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態に係るシングルドレインセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示す図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に係るシリコンゲルマニウム層の成長厚さに係るエッチングプロファイルを示す図である。
【図３Ａ】従来の技術に係るシングルドレインセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図３Ｂ】従来の技術に係るシングルドレインセルの形成方法を示す工程断面図である。
【図４】従来の技術に係る問題点を示す図である。
【符号の説明】
３１        シリコン基板
３２        ゲート絶縁膜
３３        ゲート電極
３４        スペーサ
３５ａ      第１シリコンゲルマニウム層
３５ｂ      第２シリコンゲルマニウム層
３７        シリコン層
【図１Ａ】
0004590151.tif 000002
【図１Ｂ】
0004590151.tif 000003
【図１Ｃ】
0004590151.tif 000004
【図１Ｄ】
0004590151.tif 000005
【図２Ａ】
0004590151.tif 000006
【図２Ｂ】
0004590151.tif 000007
【図２Ｃ】
0004590151.tif 000008
【図２Ｄ】
0004590151.tif 000009
【図３Ａ】
0004590151.tif 000010
【図３Ｂ】
0004590151.tif 000011
【図４】
0004590151.tif 000012