(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン炭化窒化膜を用いる半導体装置の製造方法において、
前記シリコン炭化窒化膜を、Ｓｉ（ＣＨ3）nＨ(4-n)（ｎ＝１，２，３）、ＳｉＨ2Ｃｌ2、アンモニアガスを含む反応ガスによって化学気相成長させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ＭＯＳトランジスタを含む半導体装置において、
前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極のサイドウォールが、シリコン酸化膜とシリコン炭化窒化膜との２重構造であって表面側が前記シリコン炭化窒化膜となっており、前記シリコン炭化窒化膜が、Ｓｉ（ＣＨ3）nＨ(4-n)（ｎ＝１，２，３）、ＳｉＨ2Ｃｌ2、アンモニアガスを含む反応ガスによる化学気相成長によって形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
複数のＭＯＳトランジスタを備える半導体装置において、
各ＭＯＳトランジスタにおけるゲート電極の各々隣り合う側のサイドウォールが、シリコン酸化膜とシリコン炭化窒化膜との２重構造であって表面側が前記シリコン炭化窒化膜となっており、前記シリコン炭化窒化膜が、Ｓｉ（ＣＨ3）nＨ(4-n)（ｎ＝１，２，３）、ＳｉＨ2Ｃｌ2、アンモニアガスを含む反応ガスによる化学気相成長によって形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン炭化窒化膜を用いる半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の微細化に伴い、シリコン酸化膜とのエッチング選択比が大きい膜が必要になってきている。特に、セルフアラインコンタクトという、微細化に伴って導入された技術において必要であり、従来は、シリコン酸化膜と選択比を有し、ＬＳＩ製造プロセスと整合性のよい、シリコン窒化膜が使用されている。
【０００３】
ここで、セルフアラインコンタクトとは、例えば、ゲート電極とコンタクトプラグの絶縁性を確保するために、ゲート電極の左右にシリコン窒化膜を形成するという技術である。シリコン窒化膜は、コンタクトホールをシリコン酸化膜中に形成する際にエッチングされにくく、コンタクトプラグホールがゲート電極に近接するのを避けるため、絶縁性を確保することができる。
【０００４】
また、有機系シラン化合物を用いて、ＳｉＮ膜を成膜する技術は、特開２０００−７７４０３号公報で開示されており、酸素含有ケイ素化合物としてビス（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）シランを用いている。
【０００５】
しかし、ｔｅｒｔ−ブチルアミノ配位子は良好な離脱基として挙動してイソブチレンを生成し、熱分解中にたやすく除かれる。これは、一部は、Ｎ−Ｈ結合を有する化合物のためであると考えられる。この追加の利点は、成長した膜を汚染することなく全ての炭素をきれいに除去するのを助ける点である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、次世代の微細化に対応するには、セルフアラインに使用する膜を極力薄くする必要がある。従来使用されているシリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に対して、エッチング選択比が７〜８程度で、次世代の微細化に対しては不十分である。そこで、選択比が従来のシリコン窒化膜よりも高く、かつ、従来プロセスとの親和性の高い薄膜が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、シリコン炭化窒化膜を用いる半導体装置の製造方法において、シリコン炭化窒化膜を、Ｓｉ（ＣＨ3）nＨ(4-n)（ｎ＝１，２，３）、ＳｉＨ2Ｃｌ2、アンモニアガスを含む反応ガスによって化学気相成長させる方法である。また、本発明は、ＭＯＳトランジスタを含む半導体装置において、ＭＯＳトランジスタのゲート電極のサイドウォールが、シリコン酸化膜とシリコン炭化窒化膜との２重構造であって表面側がシリコン炭化窒化膜となっており、このシリコン炭化窒化膜が、Ｓｉ（ＣＨ3）nＨ(4-n)（ｎ＝１，２，３）、ＳｉＨ2Ｃｌ2、アンモニアガスを含む反応ガスによる化学気相成長によって形成されているものである。また、各ＭＯＳトランジスタにおけるゲート電極の各々隣り合う側のサイドウォールが、上記の構造となっているものでもある。
【０００８】
このような本発明では、例えば半導体装置の絶縁膜としてシリコン炭化窒化膜を用いているため、従来プロセスとの親和性を損なうことなく、シリコン窒化膜よりエッチングの選択比を高くできるようになる。これにより、例えばＭＯＳトランジスタのゲート電極のサイドウォールとしてシリコン炭化窒化膜を用いれば、サイドウォールに隣接して設けるコンタクトホールの形成で、サイドウォールのエッチングを防止でき、良好なセルフアラインコンタクトを形成できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態を説明する模式図である。本実施形態で適用される半導体装置１では、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜１３とのエッチング選択比が高く、従来のＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）に近い絶縁性を有するＳｉＣＮ膜（シリコン炭化窒化膜）１２ａを用いる点に特徴がある。
【００１０】
シリコン酸化膜１３とのエッチング選択比を高めるには、シリコン酸化膜１３のエッチングの際に、堆積作用のある炭素原子を混合させるのが有効である。そこで、本実施形態では、シリコン窒化膜中に炭素原子を含む膜、すなわちＳｉＣＮ膜１２ａを形成する。
【００１１】
シリコン窒化膜中に炭素原子を含有させる方法としては、ＣＶＤ法（化学気相成長方）を用いる。すなわち、原料ガスとして、Ｓｉ−Ｃ結合を有するシラン系ガスを用い、窒化反応ガスとして、アンモニアを用いる。ＣＶＤとしては、Ｓｉ−Ｃ結合を維持するために、ＬＰ（低圧）−ＣＶＤ法が望ましい。また、プラズマＣＶＤ法を用いてもよい。
【００１２】
Ｓｉ−Ｃの結合は、シリコン窒化膜の成膜温度である、６００≡〜８００≡（プラズマＣＶＤの場合は３００℃〜５００℃）の範囲では乖離することなく、膜中に存在させることは容易である。Ｃ濃度のコントロールは、例えば、ジクロルシランとモノメチルシランとの混合比を調節して行う。
【００１３】
カーボンドーピングに該当するモノメチルシランは、ジクロルシランよりも、窒化剤であるアンモニアとの反応性が高いため、３〜５％のカーボンドーピングには、モノメチルシランを１〜２％でよい。
【００１４】
具体的な適用例として、ＳｉＣＮ膜１２ａは、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極１１のサイドウォール１２に用いる。このサイドウォール１２は、ソース／ドレインヘコンタクトホール１４を開口する際に、エッチングされない役目を果たす。その他、ゲート電極１１の形成、素子分離形成、層間膜（シリコン酸化膜、ＢＰＳＧ、ＰＳＧなど）形成等に関しては、公知の方法で構わない。
【００１５】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の主要部である成膜方法を説明する。成膜装置は、市販の縦型減圧ＣＶＤ装置を用いる。成膜条件としては、成膜温度６５０≡〜７５０≡、圧力０．１Ｔｏｒｒ〜０．８Ｔｏｒｒとし、成膜原料ガスとして、ジクロルシラン、アンモニア、モノメチルシラン、キャリアガスとして窒素を用いる。プラズマＣＶＤの場合は、原料ガスとしてシラン、アンモニア、モノメチルシラン、キャリアガスとして窒素を用い、成膜温度３００℃〜５００℃、プラズマパワー１５０Ｗ〜５００Ｗ、圧力１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒとする。
【００１６】
ガス流量はそれぞれ、２０ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍ、１〜１０ｓｃｃｍ、キャリアガスの窒素の流量は５００ｓｃｃｍとした。モノメチルシランの流量は、必要な炭素濃度によって異なるが、おおむね１ｓｃｃｍで０．５％程度、１０ｓｃｃｍで５％程度のＳｉＣＮ膜１２ａが得られる。
【００１７】
流量比と炭素濃度との関係は、おおよそリニア関係ある。なお、このときの成膜レートは、１〜５ｍｍ／ｍｉｎである。また、成膜温度は、成膜レートが極端に遅くなるので、５００≡以上、プラズマＣＶＤの場合は３００℃以上（Ｓｉ−Ｈ基が多くなるため）が好ましい。
【００１８】
また、炭素導入ガスとして、モノメチルシランの代わりに、ジメチルシラン、トリメチルシランを用いることができる。ジメチルシラン、トリメチルシランは、メチル基がそれぞれ、２倍、３倍含まれているため、窒素導入量を増やすことができる。
【００１９】
ジメチルシラン、トリメチルシランを用いる場合の成膜温度等、他の条件は、前記の例とほぼ同様である。ただし、シラン原子に複数のメチル基がついているため、炭素の分布が偏る。このため、高濃度の炭素濃度が必要でない場合は、モノメチルシランを用いることが望ましい。
【００２０】
また、ジクロルシランとの分解温度を揃え、カバレージ（段差被覆性）特性を重視するプロセスの場合には、モノメチルシランの代わりに、モノメチルモノクロルシランを用いるのが好ましい。この場合の成膜条件は、前述のものとほぼ同一である。なお、カバレージ特性が必要でない場合は、モノメチルシランを用いるのが望ましい。
【００２１】
逆に、同じカバレージ特性を重視する目的で、効果は、ジクロルシラン系よりは小さいが、ジクロルシランの代わりに、モノシランを用いる方法もある。すなわち、モノシラン、アンモニア、モノメチルシラン、キャリアガスとして、窒素ガスを用いる。この際、成膜温度は、６００≡〜７００≡となる。他の成膜条件は、前記条件と同一である。この成膜方法は、プロセスの低温化に寄与することが可能となる。
【００２２】
また、図２に示す他の例のように、ＭＯＳトランジスタのゲート電極１１のサイドウォール１２をシリコン酸化膜１２ｂとＳｉＣＮ膜１２ａとの２重構造としてもよい。この場合、サイドウォール１２の表面側をＳｉＣＮ膜１２ａにする。このような構造であっても、セルフアラインコンタクト（コンタクトホール１４）の形成時にサイドウォール１２のエッチングを防止でき、良好なセルフアラインコンタクトを形成できるようになる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、コンタクトホールのエッチング工程において、層間絶縁膜に用いるシリコン酸化膜とのエッチング選択比が、従来のシリコン窒化膜より大きく、良好なセルフアラインコンタクト構造を形成することが可能となる。これにより、素子間ピッチが狭くなっても良好なコンタクトホールを形成でき、半導体装置の微細化における信頼性を向上できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態を説明する模式図である。
【図２】他の例を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…半導体装置、１１…ゲート電極、１２…サイドウォール、１２ａ…ＳｉＣＮ膜、１３…シリコン酸化膜、１４…コンタクトホール
【図１】
0004407066.tif 000002
【図２】
0004407066.tif 000003