JP2002170951A - Mos構造を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mos構造を有する半導体装置の製造方法

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JP2002170951A JP2000367164A JP2000367164A JP2002170951A JP 2002170951 A JP2002170951 A JP 2002170951A JP 2000367164 A JP2000367164 A JP 2000367164A JP 2000367164 A JP2000367164 A JP 2000367164A JP 2002170951 A JP2002170951 A JP 2002170951A
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Masato Toita
真人 戸板
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基体上に形成されるMOS型電解効果
トランジスタ(MOSFET)の1/fノイズを低減し
且つその面積縮小を図る。 【解決手段】 シリコン基板1上に素子分離領域2を形
成し、Nウェル層3を形成した後、アクティブ領域に犠
牲酸化膜4を形成し、しきい値電圧Vth調整用のイオ
ン注入を行った後、フッ化水素酸を用いて犠牲酸化膜4
を除去する。続いて、シリコン基板1表面を、水が70
〜95容量%、30重量%アンモニア水が1〜10容量
%、30重量%過酸化水素水が4〜20容量%の組成
の、温度が摂氏20〜90度のアンモニア過酸化水素水
によって1〜60分間洗浄する。その後、アクティブ領
域にゲート酸化膜6を形成しこの上にゲート電極9を形
成する。前記アンモニア過酸化水素水によって洗浄を行
うことによって、ゲート酸化膜6のトラップ準位が減少
するから、このトラップ準位に起因する1/fノイズを
低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばMOSト
ランジスタを製造する場合のように、半導体基体上に絶
縁膜を形成するようにしたMOS構造を有する半導体装
置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板上にMOS型電界効果
トランジスタ(MOSFET)を形成する方法として
は、次のような方法が知られている。すなわち、半導体
基板上のMOSFETのチャネルとなるアクティブ領域
に、犠牲酸化膜としてシリコン酸化膜を成長させ、しき
い値電圧調整用のホウ素等をイオン注入した後、フッ化
水素酸(フッ化水素水溶液)を用いて犠牲酸化膜を除去
し、再度アクティブ領域にゲート酸化膜を形成してい
る。
【0003】つまり、犠牲酸化膜は、アクティブ領域に
しきい値電圧を調整するためのイオン注入を行う際のチ
ャネリングを防止するためのマスク酸化膜としても利用
されている。したがって、このままでは犠牲酸化膜をゲ
ート酸化膜として用いることができないため、この犠牲
酸化膜をフッ化水素酸洗浄によって除去した後、改めて
ゲート酸化膜を形成するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、MOSFE
Tを用いてアナログ回路を構成する場合には、MOSF
ETの1/fノイズ(フリッカノイズ)が問題となって
いる。この1/fノイズは、MOSFETの寸法を大き
くすることにより低減させることができることが知られ
ている。しかしながら、アナログ回路を構成する場合
等、寸法の小さなMOSFETを用いる場合には、1/
fノイズを低減させることができないという問題があ
る。
【0005】そこで、この発明は、上記従来の未解決の
課題に着目してなされたものであって、半導体基体上に
形成されたMOSFET等の半導体装置の1/fノイズ
を低減し且つ面積縮小を図ることの可能なMOS構造を
有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とし
ている。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記MOSFETの1/
fノイズは、ゲート酸化膜/シリコン界面にごく近い層
のゲート酸化膜内で、キャリアがトラップされたり、ト
ラップされたキャリアが放出されたりすることによって
発生することが知られている。そこで、このゲート酸化
膜/シリコン界面近傍での酸化膜中のトラップ準位密度
を低減させることが、1/fノイズを低減させるために
は有効であることに着目し、以下のような発明を完成さ
せた。
【0007】上記目的を達成するために、本発明の請求
項1に係るMOS構造を有する半導体装置の製造方法
は、半導体基体上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上にゲ
ート電極を形成してなるMOS構造を有する半導体装置
の製造方法において、前記絶縁膜を形成する前に、前記
半導体基体表面を、水が70〜90容量%、30重量%
アンモニア水が1〜10容量%、30重量%過酸化水素
水が4〜20容量%の組成であり且つ温度が摂氏20〜
90度のアンモニア過酸化水素水によって、1〜60分
間洗浄するようにしたことを特徴としている。
【0008】また、請求項2に係るMOS構造を有する
半導体装置の製造方法は、前記半導体基体は、シリコン
基体であることを特徴としている。また、請求項3に係
るMOS構造を有する半導体装置の製造方法は、前記絶
縁膜は、シリコンを熱酸化してなるシリコン酸化膜であ
ることを特徴としている。さらに、請求項4に係るMO
S構造を有する半導体装置の製造方法は、前記半導体装
置は、アナログ回路を構成する半導体装置であることを
特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、図1(a)に示すように、
例えばP型のシリコン基板1上に、公知のLOCOSま
たはSTI(シャロー・トレンチ・アイソレーション)
等の方法により素子分離領域2を形成した後、Nウェル
層3を形成する。
【0010】なお、素子を形成する基体として、シリコ
ン基板そのものを用いてもよいが、絶縁基板上に単結晶
シリコン層を形成し、この単結晶シリコン層を素子形成
用の基体とする、いわゆるSOI(シリコン・オン・イ
ンシュレータ)構造などでも適用できる。次に、MOS
FET(MOS型電界効果トランジスタ)のチャネルと
なる、素子分離領域2以外のシリコン基板1が露出して
いるアクティブ領域に、チャネリング防止用の犠牲酸化
膜4として例えばシリコン酸化膜を形成する。そして、
しきい値電圧Vth調整用のホウ素等のイオン注入を行
う。(図1(b))。
【0011】次に、犠牲酸化膜4が形成されたシリコン
基体1を、フッ化水素(HF)を1.5重量%を含むフ
ッ化水素酸の入った洗浄層に2分間漬け、犠牲酸化膜4
を除去する。続いて、水が89容量%、30重量%アン
モニア水が9容量%、30重量%過酸化水素水が2容量
%の組成の温度が摂氏80度のアンモニア過酸化水素水
によって、10分間洗浄する。
【0012】これにより、犠牲酸化膜4が除去された
後、その表面が前記アンモニア過酸化水素水によって洗
浄された状態となる(図1(c))。また、前記しきい
値電圧Vth調整用のイオン注入によってアクティブ領
域にはホウ素ドープ層5が形成された状態となる。次
に、アンモニア過酸化水素水によってその表面が洗浄さ
れた状態のシリコン基体1に対し、公知の方法によって
熱酸化を行い、アクティブ領域にゲート酸化膜6として
シリコン酸化膜を形成する(図1(d))。このとき、
シリコン基体1の表面は、アンモニア過酸化水素水によ
って洗浄された状態であり、この状態で熱酸化が行われ
るから、シリコン基体1の表面に薄い化学酸化膜が成長
し、この化学酸化膜がシリコン表面を保護した状態で、
ゲート酸化膜6が形成されることになり、トラップ準位
の少ないゲート酸化膜が形成されることになる。
【0013】続いて、公知の方法によってゲート材料と
して用いるポリシリコン層8を堆積させ、リン又はホウ
素のイオン注入、或いはオキシ塩化リンを用いたリン処
理によって前記ポリシリコン層8に不純物を導入する
(図2(a))。次に、公知のリソグラフィー、エッチ
ングによりポリシリコン層8からゲート電極9をパター
ニングする(図2(b))。
【0014】なお、ゲート電極9の上部に、ゲート電極
9の電気抵抗値を低下させる目的で高融点金属シリサイ
ドを形成しても良い。次に、公知の方法によって低濃度
イオンの注入を行い、低濃度拡散領域10を形成した
後、サイドウォールスペーサ11を形成する。そして、
高濃度イオンの注入を行って高濃度拡散領域12を形成
し、ソース及びドレイン領域を形成する(図2
(c))。
【0015】最後に、公知の層間絶縁膜形成工程を行っ
て層間絶縁膜13を形成し、金属配線形成以降の工程を
行ってコンタクトプラグ14及び金属配線層15を形成
する(図2(d))。以上の工程にしたがってMOSF
ETを形成し、1/fノイズを測定した。なお、測定に
は、有効チャネル幅W=15μm、有効ゲート長L=
0.5μmのP型のMOSFETを用い、周波数を1H
zから1000Hzまで変化させた場合のノイズレベル
を、10サンプルについて測定した。
【0016】その結果、周波数10Hzにおけるノイズ
レベルは−105.4〜−110.2dBVrmsであ
り、その平均は−107.7dBVrmsであった。こ
れに対し、従来のアンモニア過酸化水素水洗浄を行わな
い方法、つまり、フッ化水素酸で犠牲酸化膜を除去した
後、フッ化水素酸を作用させたままの状態の半導体基体
表面にゲート酸化膜を形成するようにして生成したP型
のMOSFETについて、上記と同様の条件でノイズレ
ベルを測定したところ、周波数10Hzにおけるノイズ
レベルは−92.5〜−97.2dBVrmsであり、
その平均は−94.1dBVrmsであった。
【0017】したがって、従来の方法を用いた場合に比
較して本発明によるアンモニア過酸化水素水洗浄を行っ
た方がノイズレベルを低減することができることが確認
できた。このように、絶縁膜形成工程の前に、半導体基
体をアンモニア過酸化水素水により洗浄することによっ
て、半導体基体表面に薄い化学酸化膜を成長させるよう
にし、この化学酸化膜によって半導体基体表面を保護し
つつゲート酸化膜を形成するから、トラップ準位の少な
いゲート酸化膜を成長させることができる。
【0018】よって、MOSFETの1/fノイズを低
減することができ、MOSFETのチャネル幅やゲート
長を大きくしなくても1/fノイズを低減することがで
きる。したがって、MOSFETのゲート寸法が小さく
ても1/fノイズの低いMOSFETを得ることができ
る。したがって、1/fノイズを低減すると共にMOS
FETのゲート寸法を小さくすることが可能となり、有
効面積を縮小することができる。
【0019】よって、アナログ回路に適用可能な1/f
ノイズを満足するMOSFETを、従来に比較して大幅
に少ない有効面積で実現することができ、このMOSF
ETを利用することによって、高精度なアナログ回路を
得ることができると共にその面積縮小化を図ることがで
きる。なお、上記実施の形態においては、MOS型電界
効果トランジスタに適用した場合について説明したが、
これに限るものではなく、コンデンサ等MOS構造を有
する半導体装置であれば適用することができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
乃至請求項4に係るMOS構造を有する半導体装置の製
造方法によれば、半導体基体上に絶縁膜を形成する前
に、半導体気体表面を、アンモニア過酸化水素水によっ
て洗浄するようにしたから、後の絶縁膜を形成する工程
において、半導体基体表面に薄い化学酸化膜が成長した
状態で絶縁膜が形成されることになり、半導体基体表面
が化学酸化膜によって保護されることになるから、トラ
ップ準位の少ない絶縁膜を形成することができる。よっ
て、このトラップ準位に起因する1/fノイズを低減す
ることができ、MOSFETを構成する場合等には、そ
の有効面積を増加することなく1/fノイズを低減する
ことができるから、面積縮小化を図ることができ、これ
を用いてアナログ回路を構成すれば、面積が増加するこ
となく、高精度なアナログ回路を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したMOS型電界効果トランジス
タの製造工程の一部を示す断面図である。
【図2】図1の続きである。
【符号の説明】 1 シリコン基板 2 素子分離領域 4 犠牲酸化膜 5 ホウ素ドープ層 6 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 10 低濃度拡散領域 11 サイドウォールスペーサ 12 高濃度拡散領域 13 層間絶縁膜 14 コンタクトプラグ 15 金属配線層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/822 H01L 29/78 301G 29/786 617V 21/336 Fターム(参考) 5F038 AC03 AC18 DF02 EZ17 EZ20 5F040 DA03 DC01 EC01 EC07 EC13 EF02 EH07 EK01 EK05 FA03 FB02 FC00 5F043 AA02 BB27 DD02 GG10 5F058 BA20 BE10 BJ01 5F110 CC02 EE05 EE09 EE14 EE31 EE42 FF02 FF23 FF35 GG02 GG12 GG32 GG52 HJ13 HM15 HM17 NN02 NN62 NN65 NN66 QQ11

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基体上に絶縁膜を形成し、当該絶
    縁膜上にゲート電極を形成してなるMOS構造を有する
    半導体装置の製造方法において、 前記絶縁膜を形成する前に、前記半導体基体表面を、水
    が70〜90容量%、30重量%アンモニア水が1〜1
    0容量%、30重量%過酸化水素水が4〜20容量%の
    組成であり且つ温度が摂氏20〜90度のアンモニア過
    酸化水素水によって、1〜60分間洗浄するようにした
    ことを特徴とするMOS構造を有する半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体基体は、シリコン基体である
    ことを特徴とする請求項1記載のMOS構造を有する半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記絶縁膜は、シリコンを熱酸化してな
    るシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1又は
    2記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記半導体装置は、アナログ回路を構成
    する半導体装置であることを特徴とする請求項1乃至3
    の何れかに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造
    方法。
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