DE10115489A1 - Halbleitervorrichtung und SOI-Substrat - Google Patents
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Abstract
Eine erste Aufgabe ist die Bereitstellung einer systematisierten Halbleitervorrichtung mit einem Gateisolationsfilm, der dünner gebildet werden kann als ein Siliziumoxidfilm, und der weniger anfällig für Verschlechterung ist; und eine zweite Aufgabe liegt in der Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung mit verbesserter Zuverlässigkeit, bei der ein Isolationsfilm zur Elementisolation oder ein vergrabener Oxidfilm in einem SOI-Substrat eine verbesserte Hot Carrier-Widerstandsfähigkeit aufweist. Ein MOSFET weist einen Gateisolationsfilm auf, bestehend aus einem Zweischichtfilm mit einem Siliziumoxidfilm (111), der Deuterium enthält, und einem Siliziumnitridfilm (121), der Deuterium enthält, die in dieser Reihenfolge auf einem Siliziumsubstrat (1) bereitgestellt sind, und eine Gateelektrode, bestehend aus einem Dreischichtfilm, enthaltend einen dotierten Polysiliziumfilm (13), eine Barrieremetallschicht (14) und einen Metallfilm (15) z. B. aus Wolfram, die in dieser Reihenfolge auf dem Siliziumnitridfilm (1) bereitgestellt sind. Ein Siliziumnitridfilm (18) ist auf dem Metallfilm (15) bereitgestellt, und ein Mantelisolationsfilm (161) bedeckt den Gateisolationsfilm, die Gateelektrode und den Siliziumnitridfilm (18).
Description
Die Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen und SOI-Sub
strate und insbesondere eine Halbleitervorrichtung und ein
SOI-Substrat mit einem verbesserten Isolationsfilm und einem
verbesserten, vergrabenen Isolationsfilm, die Halbleiterele
mente bilden.
Mit der Miniaturisierung von MOSFETs (Metal Oxide Semiconduc
tor Field Effect-Transistors) sind Versuche unternommen wor
den, um die Filmdicke der Gateisolationsfilme zu reduzieren,
um die Stromtreibfähigkeit ("current driving-capability") zu
verbessern und das Abdriften der Schwellenwertspannung zu re
duzieren (die Summe der Abweichung der Schwellenwertspannung,
verursacht durch eine Gatelängen- und Gatebreitenänderung).
Dafür gibt es zwei Gründe:
- 1. Eine Verbesserung der Stromtreibfähigkeit beschleunigt den Betrieb der Schaltung, wodurch die Betriebsfrequenz des Halbleiterchips erhöht wird.
- 2. Eine Minderung des Abdriftens der Schwellenwertspannung reduziert Änderungen der Schwellenwertspannungen von Tran sistoren, verursacht durch eine Gatelängen- und Gatebrei tenänderung während des Transferprozesses, etc., wodurch die Massenfertigung ermöglicht wird.
Die Reduzierung eines Gateisolationsfilms, der aus Silizium
oxid (SiO2) hergestellt ist, auf eine Dicke von 3 nm oder weni
ger, verursacht einen Gateverluststrom, aufgrund von direkter
Tunnelung von dem Siliziumsubstrat zur Gateelektrode. Folglich
ist eine Filmdicke von ungefähr 3 nm die Grenze für den Gate
isolationsfilm aus Siliziumoxid. Es besteht jedoch Verlangen
für Gateisolationsfilme mit Filmdicken von 3 nm oder weniger (im
Folgenden als reduzierte Filmdicke bezeichnet), wobei insbe
sondere ein Siliziumoxidfilm gemeint ist, um die Stromtreibfä
higkeit zu verbessern.
Wenn ein Siliziumoxid-Gateisolationsfilm mit einem Polysilizi
umfilm in Kontakt stehend gebildet wird, der viel Bor enthält
(der als Gateelektrode in einem Oberflächenkanal P-Typ-MOSFET
verwendet wird), diffundiert das Bor in dem Polysiliziumfilm
zum Gateisolationsfilm während der thermischen Bearbeitung und
erreicht den Kanal, um eine Schwellenwertspannungsabweichung
zu erzeugen.
Als Verfahren zur Lösung dieses Problems wird ein MOSFET 90,
wie in Fig. 43 gezeigt, bei der Erzeugung einer Gatelänge von
z. B. 0,12 µm oder weniger verwendet.
Wie in Fig. 43 gezeigt, weist der MOSFET 90 einen Gateisola
tionsfilm auf, bestehend aus einem Zweischichtfilm aus einem
Siliziumoxidfilm 11 und einem Siliziumnitridfilm 12, die in
dieser Reihenfolge auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet sind,
und eine Gateelektrode, bestehend aus einem Dreischichtfilm aus
einem dotierten Polysiliziumfilm 13, einer Barrieremetall
schicht (WNx, TiNx, Ta, TaN, etc.) und einem Metallfilm 15,
die in dieser Reihenfolge auf dem Siliziumnitridfilm 12 gebil
det sind. Der Gateisolationsfilm, der aus einem Siliziumoxid
film und einem Siliziumnitridfilm gebildet ist, wird im Fol
genden als ON(Oxid-Nitrid)-Film bezeichnet.
Der MOSFET 90 enthält einen Mantelisolationsfilm 16, der den
Gateisolationsfilm und die Gateelektrode bedeckt, einen Sei
tenwandisolationsfilm 17, der mindestens die Seiten des Man
telisolationsfilm 16 bedeckt, eine Kanalschicht 7, die in der
Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 unter der Gateelektrode be
reitgestellt ist, ein Paar von Erweiterungsschichten 6, die
sich über die Kanalschicht 7 "ansehen", Taschenschichten 5,
die in dem Paar von Erweiterungsschichten 6 bereitgestellt
sind, und ein Paar von Haupt-Source/Drain-Schichten benachbart
zu dem Paar von Erweiterungsschichten 6. Obwohl die Erweite
rungsschichten 6 als Source/Drain-Erweiterungsschichten 6 be
zeichnet werden sollten, da sie vom gleichen Leitfähigkeitstyp
sind, wie die Haupt-Source/Drain-Schichten 4 und als Source/
Drain-Schichten fungieren, werden sie der Einfachheit halber
als Erweiterungsschichten 6 bezeichnet.
Die aktive Region des MOSFESTs 90 ist durch einen STI (Shallow
Tench Isolation)-Film definiert, eine Art Isolationsfilm zur
Elementisolation. Eine Kanalstoppschicht 2 ist in dem Silizi
umsubstrat 1 bereitgestellt, und ein erster Zwischenschicht
isolationsfilm 21, ein Isolationsfilm 22, ein zweiter Zwi
schenschichtisolationsfilm 23 und ein dritter Zwischenschicht
isolationsfilm 24 sind auf dem MOSFET 90 aufgebracht.
Fig. 43 zeigt eine Struktur mit Kontakten 31, die durch den
ersten Zwischenschichtisolationsfilm 21 und den Isolationsfilm
22 hindurch verlaufen, um das Paar von Haupt-Source/Drain-
Schichten 4 zu erreichen, mit einer ersten Zwischenverbin
dungsschicht 32, die mit einem der Kontakte 31 verbunden ist,
einem Kontakt 33, der durch den zweiten Zwischenschichtisola
tionsfilm 23 hindurch verläuft, um den anderen Kontakt 31 zu
erreichen, und mit einer zweiten Zwischenverbindungsschicht
34, die mit dem Kontakt 33 verbunden ist. Diese Struktur ist
lediglich ein Beispiel, und andere Strukturen sind ebenfalls
möglich.
Fig. 44 zeigt für Referenzzwecke Dotierstoffe, die in indivi
duellen Schichten von MOSFETs verwendet werden. Fig. 44 klas
sifiziert N-Typ-MOSFET und P-Typ-MOSFET jeweils in einen Ober
flächenkanaltyp und einen vergrabenen Kanaltyp und listet die
Dotierstoffe auf, die in der Kanalschicht, der Kanalstopp
schicht, den Haupt-Source/Drain-Schichten, den Erweiterungs
schichten, den Taschenschichten und in der dotierten Polysili
ziumschicht verwendet werden können.
Als nächstes werden Vorteile des oben beschriebenen ON-Films
beschrieben. Der ON-Film weist zwei Vorteile auf:
- 1. Bei der Bedingung, daß der Gatestrom aufgrund von direk ter Tunnelung kaum fließt, kann die reduzierte Filmdicke dünner als 3 nm sein.
- 2. Der Film ist frei von Änderungen der Schwellenwertspan nung, die durch thermische Diffusion von Dotierstoffen in Polysilizium erzeugt werden: der Dotierstoff im Polysilizium diffundiert nicht thermisch in den Gateisolationsfilm, um den Kanal zu erreichen, da der Dotierstoffdiffusionskoeffizient in Siliziumnitrid sehr viel kleiner ist als in Siliziumoxid.
Obwohl Versuche unternommen wurden, einen Siliziumnitridfilm
als Gateisolationsfilm auf dem Siliziumsubstrat zu bilden,
wurde dies bisher nicht in der Praxis umgesetzt, da sich die
Grenzflächenzustandsdichte an der Siliziumnitrid/Siliziumsub
strat-Grenzfläche erhöht. Wenn sich die Grenzflächenzustands
dichte erhöht, verschlechtern sich die Mobilität und die
effektive Ladungsträgerdichte, da Ladungsträger, die sich im
MOSFET bewegen, einen "trap/detrap"-Vorgang wiederholen, was
den Drain-Strom reduziert. Dies wiederum reduziert die Be
triebsgeschwindigkeit der integrierten Halbleiterschaltung,
die aus MOSFETs gebildet ist.
Obwohl der ON-Film viele Vorteile aufweist, wie oben beschrie
ben, gibt es einige Probleme bezüglich der Widerstandsfähig
keit gegenüber "heißen" Ladungsträgern, im folgenden auch als
"hot carrier" bezeichnet.
Die Fig. 45 bis 47 zeigen schematische Diagramme, die ver
wendet werden, um den Mechanismus einer hot carrier-induzier
ten Verschlechterung eines ON-Films zu erklären, der auf einem
Siliziumsubstrat gebildet ist. Wasserstoffatome werden in den
ON-Film eingebracht, während der Bildung des Siliziumoxid
films oder während nachfolgender Verarbeitung (Wasserstoff
sinterung, etc.), und sie gehen mit einem Teil der Silizium
atome im Siliziumoxidfilm des ON-Films eine Verbindung ein,
wie in Fig. 45 gezeigt. Fig. 45 zeigt gebundene Strukturen
eines Siliziumatoms (Si) und einer Hydroxylgruppe (OH). Drei
Atome, dargestellt durch R, sind durch eine einzelne Verbin
dung an ein Siliziumatom gebunden. Dies zeigt, daß durch eine
einzelne Verbindung drei Atome von Sauerstoff (O), Wasserstoff
(H), Silizium (etc.) gebunden sind. Dieser Ausdruck wird auch
in den Fig. 47 und 48 verwendet.
Wasserstoffatome werden ebenfalls in den Siliziumnitridfilm
eingebracht, während der Bildung des Film oder nachfolgender
Verarbeitung. Die bei dem Verfahren der Wasserstoffsinterung,
etc. eingebrachten Wasserstoffatome binden die freien Bindun
gen der Siliziumatome an der SiO2/Si-Grenzfläche und termi
nieren diese freien Bindungen.
Wenn Spannung (Druckspannung) an den MOSFET angelegt wird
(z. B. bei einem N-Typ MOSFET, Leistungsversorgungsspannung VDD
an Drain und Gate und 0 Volt oder Basisleistungsversorgungs
spannung VBB = -1 V an Source), gelangen heiße Ladungsträger
HOT im Siliziumsubstrat, die durch das interne, elektrische
Feld beschleunigt werden und eine Energie gewinnen, die größer
ist als die Barriereenergie an der SiO2/Si-Grenzfläche, durch
die Grenzfläche hindurch in das SiO2, wie in Fig. 45 gezeigt.
Aufgrund der Energie der heißen Ladungsträger HOT werden die
Bindungen der Wasserstoffatome der Hydroxylgruppen, die mit
den Siliziumatomen gebunden sind, aufgebrochen, und die freien
Bindungen von Sauerstoff fungieren als feste Ladungen (örtlich
festgelegte Ladungen).
Wie in Fig. 46 gezeigt, erreichen die Wasserstoffatome, die
von Bindungen freigegeben werden, die SiO2/Si-Grenzfläche auf
grund von Drift, der durch das elektrische Feld in dem Gate
isolationsfilm oder durch thermische Diffusion verursacht
wird. Die Wasserstoffatome, die an der Grenzfläche ankommen,
reagieren mit der kombinierten Struktur aus Si-Atomen und Was
serstoffatomen an der Grenzfläche, um Wasserstoffmoleküle zu
bilden.
Diese Wasserstoffmoleküle verflüchtigen sich als Gas, und wie
in Fig. 47 gezeigt, fungieren die freien Bindungen der Silizi
umatome an der SiO2/Si-Grenzfläche als Grenzflächenzustände,
und die freien Bindungen der Siliziumatome in dem Silizumoxid
film fungieren als feste Ladungen.
Die Bildung der festen Ladungen oder Grenzflächenzustände ver
ursacht eine Änderung (Abweichung) der Schwellenwertspannung,
eine Verschlechterung des Drainstroms etc., was die Betriebs
geschwindigkeit der Schaltung reduziert oder eine Fehlfunktion
der Schaltung hervorruft.
Während Wasserstoffatome in dem Siliziumoxidfilm den ON-Film
aufgrund des oben beschriebenen Mechanismus verschlechtern,
verschlechtern Wasserstoffatome in dem Siliziumnitridfilm den
ON-Film durch den folgenden Mechanismus.
Der Siliziumnitridfilm des ON-Films wird üblicherweise durch
chemische Reaktionen gebildet, die durch die Formeln (1) und
(2) ausgedrückt werden:
3 SiH2Cl2(g) + 4 NH3(g) → 3 Si3N4(s) + 6 HCl(g) + 6 H2(g) (1),
3 SiH4(g) + 4 N*(g) → Si3N4(s) + 6 H2(g) (2).
Formel (1) zeigt eine Reaktion in einer CVD-Reaktionsvorrich
tung oder RTN(Rapid Thermal Nitridation)-Vorrichtung, und
Formel (2) zeigt eine Reaktion für Plasmaanregung. N* in For
mel (2) repräsentiert das Radikal eines Stickstoffatoms.
Wie aus den Formeln (1) und (2) ersichtlich, wird Wasserstoff
gas als Nebenprodukt während der Bildung des Siliziumnitrid
films erzeugt. Obwohl es in den o. g. Formeln als Wasserstoff
moleküle repräsentiert ist, wird ein Teil in Form von Wasser
stoffatomen in den Siliziumnitridfilm während der Reaktion
eingebracht. Wasserstoffatome in dem Siliziumnitridfilm exi
stieren in verschiedenen Formen: einige können mit Silizium
atomen gebunden sein und einige können z. B. in den Lücken des
Siliziumnitridgitters vorhanden sein.
Fig. 48 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Wasser
stoffatomanteils in dem Siliziumnitridfilm, der durch Verwen
dung der durch die in Formel (1) gezeigten Reaktion gebildet
wird, zu dem Partialdruck von Ammoniumgas; die horizontale
Achse zeigt das Verhältnis des Partialdrucks des Ammoniumgases
zu dem gesamten Druck in der Reaktionskammer, und die verti
kale Achse zeigt den Wasserstoffatomgehalt (Atom-%).
Wie in Fig. 48 gezeigt, enthält der Siliziumnitridfilm Wasser
stoffatome mit einem Anteil von ungefähr 10 bis 30 Atom-%.
Wenn ein ON-Film als Gateisolationsfilm verwendet wird, bewe
gen sich Wasserstoffatome im Siliziumnitrid in den Silizium
oxidfilm, aufgrund von Drift oder Diffusion, wenn eine Druck
spannung angelegt wird, wie in Fig. 46, gezeigt, genauso wie
Wasserstoffatome im Siliziumoxidfilm, sie reagieren mit Was
serstoffatomen in Hydroxylgruppen, die mit Siliziumatomen ge
bunden sind, um Wasserstoffmoleküle zu bilden, oder mit der
kombinierten Struktur von Si-Atomen und Wasserstoffatomen an
der SiO2/Si-Grenzfläche, um Wasserstoffmoleküle zu bilden.
Die Wasserstoffmoleküle verflüchtigen sich (verdampfen) als
Gas, und die losen Bindungen der Siliziumatome an der SiO2/Si-
Grenzfläche fungieren als Grenzflächenzustände, und die losen
Bindungen von Sauerstoffatomen in dem Siliziumoxidfilm fungie
ren als feste Ladungen, wie in Fig. 47 gezeigt. Der Gateisola
tionsfilm, bestehend aus dem ON-Film, hat folglich eine Eigen
schaft, daß er sich schneller verschlechtert als ein Gateiso
lationsfilm, der nur aus einem Siliziumoxidfilm besteht.
Speziell besteht gegenwärtig die Tendenz zu einem dünneren
Siliziumoxidfilm und dickeren Siliziumnitridfilm, um die redu
zierte Filmdicke des ON-Films zu verringern, so daß die Ver
schlechterung, die durch Wasserstoffatome in dem Siliziumni
tridfilm verursacht wird, dominiert, um nicht vernachlässig
bare Probleme zu erzeugen.
Ferner werden Halbleitervorrichtungen verstärkt systemati
siert, und Halbleitervorrichtungen mit verschiedenen Funk
tionsblöcken sind jetzt verfügbar, wo unterschiedliche Maxi
malspannungen an individuelle Funktionsblöcke angelegt werden,
wie etwa an einen Speicherarray-Bereich, einen Eingabe/Aus
gabe-Bereich, einen CPU-Bereich und einen Logikbereich. Es
wird folglich schwierig, die Zuverlässigkeit aller Gateisola
tionsfilme mit dem gleichen ON-Film zu befriedigen.
Das Problem der "hot carrier"-Widerstandsfähigkeit tritt nicht
nur bei einem derartigen Gateisolationsfilm auf, wie er oben
beschrieben ist, sondern beispielsweise auch bei einem Isola
tionsfilm zur Elementisolation, um eine Elementisolation mit
einer Grabenisolationsstruktur zu bilden, wie etwa einem STI-
Film, und bei einem vergrabenen Oxidfilm in einem SOI(Silicon
On Insulator)-Substrat.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf eine Halbleitervor
richtung gerichtet, die mindestens eine Art von MOSFET auf
weist, wobei der MOSFET einen Gateisolationsfilm enthält, der
auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats bereitge
stellt ist, und eine Gateelektrode, die auf dem Gateisola
tionsfilm bereitgestellt ist, und der Gateisolationsfilm ent
hält einen ersten Zweischichtfilm mit einem Siliziumoxidfilm
und einem Siliziumoxinitridfilm, wobei der Siliziumoxidfilm
und/oder der Siliziumoxinitridfilm Deuteriumatome enthalten,
oder einen zweiten Zweischichtfilm mit einem Siliziumnitrid
film und einem Siliziumoxinitridfilm, wobei der Siliziumni
tridfilm und/oder der Siliziumoxinitridfilm Deuteriumatome
enthält.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist vorzugsweise bei der Halblei
tervorrichtung der Siliziumoxinitridfilm in dem ersten Zwei
schichtfilm auf dem Siliziumoxidfilm gebildet, und der Silizi
umnitridfilm in dem zweiten Zweischichtfilm ist auf dem Sili
ziumoxinitridfilm gebildet.
Gemäß einem dritten Aspekt ist bei der Halbleitervorrichtung
der Siliziumoxinitridfilm in dem ersten Zweischichtfilm dicker
als der Siliziumoxidfilm.
Gemäß einem vierten Aspekt ist bei der Halbleitervorrichtung
der Siliziumoxinitridfilm in dem zweiten Zweischichtfilm
dicker als der Siliziumnitridfilm.
Gemäß einem fünften Aspekt enthalten bei der Halbleitervor
richtung die jeweiligen ersten und zweiten Schichten jeweils
in dem ersten und dem zweiten Zweischichtfilm Deuteriumatome.
Gemäß einem sechsten Aspekt enthält die Halbleitervorrichtung
vorzugsweise eine Mehrzahl von Funktionsblöcken, an die unter
schiedliche, maximal angelegte Spannungen angelegt werden, und
die mindestens eine Art von MOSFET enthält eine Mehrzahl von
Arten von MOSFET mit Gateisolationsfilmen, die sich in der
Dicke unterscheiden, wobei die Mehrzahl der Arten von MOSFET
einer Mehrzahl von Funktionsblöcken zugeordnet ist, in Über
einstimmung mit den Dicken ihrer Gateisolationsfilme, so daß
die MOSFETs bei jeweils maximal angelegten Spannungen ausrei
chend zuverlässig sind.
Gemäß einem siebten Aspekt enthält bei der Halbleitervorrich
tung vorzugsweise die mindestens eine Art von MOSFET weiter
einen Mantelisolationsfilm, der die Mehrschichtstruktur des
Gateisolationsfilms und die Gateelektrode bedeckt, und der
teilweise die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats bedeckt,
wobei er sich von den Seiten der Mehrschichtstruktur nach
außen erstreckt, und einen Seitenwandisolationsfilm, der den
Mantelisolationsfilm bedeckt, wobei der Mantelisolationsfilm
Deuteriumatome enthält.
Gemäß einem achten Aspekt ist bei der Halbleitervorrichtung
der Mantelisolationsfilm ein Siliziumoxidfilm.
Gemäß einem neunten Aspekt ist bei der Halbleitervorrichtung
der Mantelisolationsfilm aus einem Siliziumoxinitridfilm.
Ein zehnter Aspekt ist auf eine Halbleitervorrichtung gerich
tet, die einen MOSFET enthält, wobei der MOSFET einen Gateiso
lationsfilm enthält, der auf einer aktiven Region bereitge
stellt ist, die durch einen Isolationsfilm zur Elementisola
tion definiert ist, der auf einer Hauptoberfläche eines Halb
leitersubstrats bereitgestellt ist, und eine Gateelektrode,
die auf dem Gateisolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der
Isolationsfilm zur Elementisolation einen Graben enthält, der
in der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gebildet ist,
einen Innenwandisolationsfilm, der auf einer Innenwand des
Grabens bereitgestellt ist und Deuteriumatome enthält, und
einen Isolationsfilm, der in dem Graben vergraben ist, der von
dem Innenwandisolationsfilm bedeckt ist.
Gemäß einem elften Aspekt ist bei der Halbleitervorrichtung
der Innenwandisolationsfilm ein Siliziumoxidfilm, der Deute
riumatome enthält, oder ein Siliziumoxinitridfilm, der Deute
riumatome enthält.
Gemäß einem zwölften Aspekt ist bei der Halbleitervorrichtung
der Isolationsfilm ein Siliziumoxidfilm, der Deuteriumatome
enthält, oder ein Siliziumoxinitridfilm, der Deuteriumatome
enthält.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt ist bei der Halbleitervorrich
tung der obere Rand des Innenwandisolationsfilms angehoben, um
eine sanfte Krümmung auf der Oberfläche des Halbleitersub
strats zu bilden, und der Rand der Gateelektrode des MOSFETs
steht in Gatebreitenrichtung mit dem oberen Rand des Innen
wandisolationsfilms im Eingriff.
Gemäß einem vierzehnten Aspekt ist bei der Halbleitervorrich
tung das Halbleitersubstrat ein SOI-Substrat, das einen ver
grabenen Isolationsfilm enthält, der auf einem Siliziumsub
strat bereitgestellt ist, und eine SOI-Schicht, die auf dem
vergrabenen Isolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der ver
grabene Isolationsfilm Deuteriumatome enthält.
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt enthält ein SOI-Substrat einen
vergrabenen Isolationsfilm, der auf einem Siliziumsubstrat be
reitgestellt ist, und eine SOI-Schicht, die auf dem vergrabe
nen Isolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der vergrabene
Isolationsfilm ein Zweischichtfilm ist, der irgendeiner Kombi
nation aus einem Siliziumoxidfilm und/oder einem Siliziumoxi
nitridfilm und/oder einem Siliziumnitridfilm ist.
Gemäß einem sechzehnten Aspekt enthält der vergrabene Isola
tionsfilm in dem SOI-Substrat Deuteriumatome.
Gemäß einem siebzehnten Aspekt enthält der vergrabene Isola
tionsfilm in dem SOI-Substrat eine erste Schicht benachbart
zur SOI-Schicht, und eine zweite Schicht unter der ersten
Schicht, wobei mindestens die erste Schicht Deuteriumatome
enthält.
Gemäß einem achtzehnten Aspekt ist in dem SOI-Substrat die
erste Schicht ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxinitrid
film.
Gemäß einem neunzehnten Aspekt enthält eine Halbleitervorrich
tung mindestens einen MOSFET, der auf der SOI-Schicht des SOI-
Substrats gemäß dem fünfzehnten Aspekt bereitgestellt ist.
Gemäß der Halbleitervorrichtung nach dem ersten Aspekt der
Erfindung enthält der Gateisolationsfilm einen ersten Zwei
schichtfilm mit einem Siliziumoxidfilm und einem Siliziumoxi
nitridfilm, wobei mindestens eine der Schichten Deuteriumatome
enthält, oder einen zweiten Zweischichtfilm mit einem
Siliziumnitridfilm und einem Siliziumoxinitridfilm, wobei min
destens eine der Schichten Deuteriumatome enthält. Deuterium
atome, die schwerer sind als Wasserstoffatome, driften oder
diffundieren langsamer als Wasserstoffatome von der ersten
Schicht zur zweiten Schicht, oder in umgekehrter Richtung.
Folglich ist die Grenzflächenzustandsbildung auch dann lang
sam, wenn eine Spannung angelegt wird. Dies verbessert die Zu
verlässigkeit des MOSFETs. Da die Bindungsenergie zwischen den
Deuteriumatomen und den Siliziumatomen größer ist als zwischen
den Wasserstoffatomen und den Siliziumatomen, sind die Deute
riumatome weniger anfällig für Dissoziation (Zerfall) von
Siliziumatomen, verursacht durch heiße Ladungsträger (hot
carriers), die vom Halbleitersubstrat kommen. Folglich unter
drückt die Bildung der ersten Zweischichtfilm oder der zweiten
Zweischichtfilm, die Deuteriumatome enthalten, die durch heiße
Ladungsträger induzierte Dissoziation, die auftritt, wenn eine
Spannung angelegt wird, wodurch die hot carrier-Widerstandsfä
higkeit bei angelegter Spannung verbessert werden kann, was
die Lebensdauer des MOSFET erhöht und die Zuverlässigkeit ver
bessert.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des zweiten Aspekts ist der
Siliziumoxidfilm auf dem Halbleitersubstrat gebildet, wenn der
erste Zweischichtfilm verwendet wird, und der Siliziumoxini
tridfilm ist auf dem Halbleitersubstrat gebildet, wenn der
zweite Zweischichtfilm verwendet wird. Dies verhindert einen
Anstieg der Grenzflächenzustandsdichte an der Grenzfläche mit
dem Halbleitersubstrat.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des dritten Aspekts ist der
Siliziumoxinitridfilm mit einer größeren, relativen, dielektri
schen Konstante dicker als der Siliziumoxidfilm. Dies erhöht
die Kapazität des Gateisolationsfilms, was wiederum die Be
triebsgeschwindigkeit der Schaltung verbessert.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des vierten Aspekts ist der
Siliziumoxinitridfilm dicker als der Siliziumnitridfilm, so
daß der Druck an der Substratgrenzfläche reduziert werden
kann, was zu einer Reduktion der Grenzflächenzustandsdichte
und Fehlerdichte führt.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des fünften Aspekts enthalten
die jeweiligen, ersten Schichten und die zweiten Schichten in
den jeweils ersten und zweiten Zweischichtfilmen Deuterium
atome. Dies verlangsamt die Grenzflächenzustandsbildung,
selbst wenn eine Spannung angelegt wird, was folglich die Zu
verlässigkeit des MOSFETs verbessert. Ferner sind Deuterium
atome weniger anfällig für Dissoziation (Zerfall) von Sili
ziumatomen, verursacht durch heiße Ladungsträger von dem
Halbleitersubstrat. Dies unterdrückt die hot carrier-indu
zierte Dissoziation bei Spannung, wodurch die hot carrier-
Widerstandsfähigkeit bei Spannung verbessert wird, was
wiederum die Lebensdauer des MOSFETs verlängert und die
Zuverlässigkeit verbessert.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des sechsten Aspekts ist eine
Mehrzahl von Arten von MOSFETs einer Mehrzahl von Funktions
blöcken zugeordnet, in Übereinstimmung mit den Dicken ihrer
Gateisolationsfilme, so daß sie die Zuverlässigkeit bei je
weiligen, maximal angelegten Spannungen aufrecht erhalten. Die
Gateisolationsfilme können in der Dicke angepaßt sein, in
Übereinstimmung mit den an die Mehrzahl der Funktionsblöcke
angelegten, maximalen Spannungen, durch Anpassen der Filmdicke
einer Schicht oder beider Schichten in jedem Gateisolations
film, um die Betriebsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit jedes
individuellen Funktionsblocks zu optimieren.
Gemäß dem siebten Aspekt enthält die Halbleitervorrichtung
weiter einen Mantelisolationsfilm, der die Mehrschichtstruktur
des Gateisolationsfilms und die Gateelektrode bedeckt, und der
teilweise die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats bedeckt,
sich von den Seiten der Mehrschichtstruktur nach außen er
streckend, und einen Seitenwandisolationsfilm, der den Mantel
isolationsfilm abdeckt, wobei der Mantelisolationsfilm Deute
riumatome enthält. Die Deuteriumatome in dem Film schließen
sich an lose Bindungen der Siliziumatome in dem Film an und
terminieren diese, und sie schließen sich an lose Bindungen
der Siliziumatome an der Grenzfläche mit dem Siliziumsubstrat
an und terminieren diese losen Bindungen, wodurch die Stör
stellendichte und die Grenzflächenzustandsdichte reduziert
werden. Da der Mantelisolationsfilm in einigen Bereichen
benachbart zum Gateisolationsfilm ist, verhindert die Verwen
dung des Deuterium enthaltenden Isolationsfilms, der lose
Bindungen reduzieren kann, nachteilige Effekte auf den Gate
isolationsfilm.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des achten Aspekts ist der
Mantelisolationsfilm ein Siliziumoxidfilm. Folglich kann er
mittels verschiedener Verfahren gebildet werden, z. B. als
TEOS-Oxidfilm, HDP-Oxidfilm, thermischer Oxidfilm etc.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des neunten Aspekts ist der
Mantelisolationsfilm ein Siliziumoxinitridfilm, der gegenüber
Oxidation widerstandsfähig ist. Dies verhindert, daß die Film
dicke aufgrund von Oxidation variiert.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des zehnten Aspekts enthält
der Isolationsfilm zur Elementisolation einen Innenwandisola
tionsfilm, der auf der Innenwand eines Grabens bereitgestellt
ist und Deuteriumatome enthält, und einen Isolationsfilm, der
in dem Graben vergraben ist, der von dem Innenwandisolations
film bedeckt ist. Das Deuterium schließt die losen Verbindun
gen in dem Innenwandisolationsfilm. Eine Dissoziation von Deu
teriumatomen von Siliziumatomen aufgrund von heißen Ladungs
trägern (hot carriers), die von dem Halbleitersubstrat kommen,
ist weniger wahrscheinlich, was die Grenzflächenzustandsbil
dung unterdrückt sowie die Störstellenbildung an der Grenz
fläche zwischen dem Innenwandisolationsfilm und dem Substrat.
Wenn eine Gateelektrode mit diesem in Eingriff steht, werden
folglich die hot carrier-Widerstandsfähigkeit und die Zuver
lässigkeit verbessert.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des elften Aspekts ist der
Innenwandisolationsfilm ein Siliziumoxidfilm, der Deuterium
atome enthält, oder ein Siliziumoxinitridfilm, der Deuterium
atome enthält. Diese Filme können relativ einfach gebildet
werden.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des zwölften Aspekts ist der
Isolationsfilm ein Siliziumoxidfilm, der Deuteriumatome ent
hält, oder ein Siliziumoxinitridfilm, der Deuteriumatome ent
hält. Dies verhindert, daß sich Deuterium in dem Innenwand
isolationsfilm bei nachfolgender, thermischer Verarbeitung
verflüchtigt.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des dreizehnten Aspekts ist
ein oberer Rand des Innenwandisolationsfilms angehoben, um
eine sanfte Krümmung auf der Hauptoberfläche des Halbleiter
substrats zu bilden, und ein Rand ist in Gatebreitenrichtung
der Gateelektrode des MOSFETs mit dem oberen Rand des Innen
wandisolationsfilms im Eingriff. Dies verhindert, daß das
elektrische Feld am Rand in Gatebreitenrichtung der Gate
elektrode konzentriert ist, was bewirken würde, daß sich der
MOSFET bei einer geringeren Spannung einschaltet als der
vorgesehenen (entworfenen) Schwellenwertspannung.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des vierzehnten Aspekts ist
das Halbleitersubstrat aus einem SOI-Substrat gebildet, und
der vergrabene Isolationsfilm enthält Deuteriumatome. Die
Bindungsenergie zwischen Siliziumatomen und Deuterium in dem
vergrabenen Isolationsfilm ist größer als die Bindungsenergie
zwischen Siliziumatomen und Wasserstoffatomen, was die Grenz
flächenzustandsbildung und die feste Zustandsbildung unter
drückt. Folglich kann die Zuverlässigkeit des MOSFETs ver
bessert werden, der auf dem SOI-Substrat gebildet ist.
Gemäß dem SOI-Substrat des fünfzehnten Aspekts ist das Halb
leitersubstrat aus einem SOI-Substrat gebildet, und der ver
grabene Isolationsfilm ist ein Zweischichtfilm, bestehend aus
irgendwelchen zwei Filmen aus einem Siliziumoxidfilm und/oder
einem Siliziumoxinitridfilm und/oder einem Siliziumnitridfilm.
Entsprechend kann die thermische Spannung reduziert werden,
indem ein Siliziumoxidfilm, der bei Erhitzung eine großflä
chige Spannung erzeugt, und ein Siliziumnitridfilm, der eine
komprimierte Spannung erzeugt, z. B. kombiniert werden. Diese
Struktur führt eine kleinere Menge an thermischer Spannung in
die SOI-Schicht ein, als ein vergrabener Isolationsfilm mit
gleicher Dicke, der nur aus einem Siliziumoxidfilm gebildet
ist, was die Grenzflächenzustandsdichte an der Grenzfläche mit
der benachbarten SOI-Schicht reduziert. Dies reduziert Fehler,
die während des Herstellungsverfahrens gebildet werden, sowie
den Verluststrom der Halbleitervorrichtung.
Gemäß dem SOI-Substrat des sechzehnten Aspekts enthält der
vergrabene Isolationsfilm Deuterium. Wenn Siliziumatome und
Deuterium in dem vergrabenen Isolationsfilm kombiniert werden,
ist ihre Bindungsenergie größer als zwischen Siliziumatomen
und Wasserstoffatomen, so daß eine Grenzflächenzustandsbildung
und feste (lokale) Zustandsbildung weniger wahrscheinlich auf
treten. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Halbleitervor
richtung, die auf dem SOI-Substrat gebildet ist.
Gemäß dem SOI-Substrat des siebzehnten Aspekts ist der vergra
bene Isolationsfilm in eine erste Schicht benachbart zur SOI-
Schicht und in eine zweite Schicht unter der ersten Schicht
unterteilt, und mindestens die erste Schicht enthält Deute
riumatome. Dies reduziert Grenzflächenzustands- und feste
Zustandsbildung an der Grenzfläche zwischen der SOI-Schicht
und dem vergrabenen Isolationsfilm, was die Zuverlässigkeit
der Halbleitervorrichtung verbessert, die auf dem SOI-Substrat
gebildet ist.
Gemäß dem SOI-Substrat des achtzehnten Aspekts ist die erste
Schicht der Siliziumoxidfilm oder der Siliziumoxinitridfilm.
Die Grenzflächenzustandsdichte kann reduziert werden, im
Vergleich zu einer Struktur, die einen Siliziumnitridfilm
verwendet.
Gemäß der Halbleitervorrichtung des neunzehnten Aspekts kann
die thermische Spannung, die auf die SOI-Schicht ausgeübt
wird, reduziert werden, wodurch die Grenzflächenzustands
bildung an der Grenzfläche mit der benachbarten SOI-Schicht
unterdrückt wird. Dies unterdrückt die Bildung von Fehlern
während des Herstellungsverfahrens und folglich den Verlust
strom des MOSFETs, wodurch eine Halbleitervorrichtung bereit
gestellt wird, die für Verschlechterungen ihrer Betriebseigen
schaften weniger anfällig ist.
Die Erfindung soll die oben genannten Probleme lösen, und eine
erste Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer
systematisierten Halbleitervorrichtung mit einem Gateisola
tionsfilm, der dünner gebildet werden kann, als ein Silizium
oxidfilm, und der weniger anfällig für Verschlechterung ist.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung
von Halbleitervorrichtungen mit verbesserter Zuverlässigkeit,
in denen derartige Isolationsfilme eine verbesserte hot
carrier-Widerstandsfähigkeit aufweisen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
Erfindung werden im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs
beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Beispiels der Struktur
einer Halbleitervorrichtung;
Fig. 2A und 2B
bis 7A und 7B schematische Diagramme der Strukturen von
Gateisolationsfilmen gemäß einem ersten, be
vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht der Struktur eines
MOSFETs gemäß einem zweiten, bevorzugten Aus
führungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 9 bis 14 schematische Diagramme, die zur Erklärung ver
wendet werden, wie sich schwere Wasserstoff
atome und Wasserstoffatome in einem ON-Film
verhalten, wenn eine Spannung angelegt wird;
Fig. 15 bis 19 Querschnittsansichten, die verwendet werden,
um ein Herstellungsverfahren des MOSFETs des
zweiten, bevorzugten Ausführungsbeispiels zu
erklären;
Fig. 20 eine Querschnittsansicht der Struktur eines
MOSFETs gemäß einem dritten, bevorzugten Aus
führungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 21 eine Querschnittsansicht eines modifizierten
Beispiels der Struktur des MOSFETs des dritten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfin
dung;
Fig. 22 eine Querschnittsansicht eines STI-Films gemäß
einem fünften, bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 23 bis 30 Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur
Herstellung des STI-Films des fünften, bevor
zugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zei
gen;
Fig. 31 eine Teilquerschnittsansicht des STI-Films des
des fünften, bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
Fig. 32 eine Querschnittsansicht zur Erklärung von
Überätzen des STI-Films des fünften, bevorzug
ten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 33 eine Querschnittsansicht der Struktur eines
SOI-Substrats gemäß einem sechsten, bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 34 bis 37 Querschnittsansichten eines Verfahrens zur
Herstellung des SOI-Substrats des sechsten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels;
Fig. 38 bis 42 Querschnittsansichten zur Erklärung modifi
zierter Beispiele des SOI-Substrats des
sechsten, bevorzugten Ausführungsbeispiels;
Fig. 43 eine Querschnittsansicht der Struktur eines
herkömmlichen MOSFETs;
Fig. 44 ein Diagramm verschiedener Arten von Dotier
stoffen, die in individuellen Schichten von
MOSFETs verwendet werden;
Fig. 45 bis 47 schematische Diagramme zur Erklärung des
Verhaltens von Wasserstoffatomen in einem ON-
Film, wenn Spannung angelegt wird;
Fig. 48 ein Diagramm der Abhängigkeit des Wasserstoff
atomgehalts in einem Siliziumnitridfilm vom
Partialdruck von Ammoniumgas, und
Fig. 49 bis 50 Querschnittsansichten von Strukturen von Halb
leitervorrichtungen, in denen ein MOSFET auf
einem SOI-Substrat mit einem vergrabenen Mehr
schicht-Isolationsfilm bereitgestellt ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels der Struktur
einer systematisierten Halbleitervorrichtung, die vier Schal
tungsbereiche als Funktionsblöcke aufweist: Einen I/O-Bereich
F1, einen CPU(Central Processing Unit)-Bereich F2, einen
Cache-Bereich F3 und einen Speicher-Bereich F4.
Der I/O-Bereich F1 hat eine Funktion zur Bildung von Verbin
dungen mit externen Leistungsversorgungen und externen Masse
leistungsversorgungen der Halbleitervorrichtung, um externe
Signale in die Halbleitervorrichtung und interne Signale aus
der Halbleitervorrichtung heraus zu übertragen.
Er weist eine Schutzschaltung auf, um Eingangs-/Ausgangssignale
zu steuern, so daß die Größen der Signalspannung und des
Signalstroms innerhalb von Standards liegen. Wenn die Ein
gangs-/Ausgangssignale durch ein bekanntes Kommunikations-
/Übertragungssystem übertragen werden, enthält dieser Bereich
ferner eine Schaltung zur Modulation oder Demodulation der
Signale.
Er enthält auch eine Schaltung zur Übertragung der externen
Leistungsversorgungsspannung für die individuellen Funktions
blöcke, und zur Lieferung der Spannungen an die Funktions
blöcke. Wenn z. B. eine externe Leistungsversorgungsspannung 2 V
beträgt, liefert dieser Bereich z. B. eine Leistungsversor
gungsspannung von 1,2 V an den CPU-Bereich F2 und an den Cache-
Bereich F3, und z. B. eine Leistungsversorgungsspannung von
1,5 V an den Speicherbereich F4.
Der Speicherbereich hat eine Funktion zur Speicherung von
Signaldaten; dieser Bereich enthält eine Mehrzahl von Spei
cherzellen, die in einem Array angeordnet sind, um Ein-Bit
oder Mehr-Bit-Information zu speichern. Dieser Bereich hat
ebenfalls eine Spannungserhöhungsschaltung zum Anlegen einer
erhöhten Spannung an Wortleitungen, eine Sensorverstärker
schaltung zu Detektion von Bitinformation, eine Adressdeco
dier-/Codier-Schaltung zur Spezifizierung von Adressen der
Speicherzellen etc.
Die Speicherzellen sind mit Wortleitungen bereitgestellt. Wenn
das Wortleitungspotential groß ist ("high"), wird eine angeho
bene Spannung (größer als die Leistungsversorgungsspannung) an
den Speicherbereich angelegt, um den Signalspannungsabfall zu
korrigieren, der mit der Schwellenwertspannung der Speicher
zellentransistoren korrespondiert.
Die Speicherzellen können gebildet werden als DRAM, SRAM, FRAM
(Fermoelectric Random Access Memory), Flash EEPROM, MRAM
(Magnetic Random Access Memory) etc.
Der Cache-Bereich hat eine Funktion zur Anpassung der Daten
eingabe/-ausgabe zwischen dem CPU-Bereich und dem Speicherbe
reich, unter Berücksichtigung eines Unterschieds bezüglich der
Betriebsgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Bereichen.
Der CPU-Bereich hat eine Funktion zur Verarbeitung von Infor
mation auf der Basis von Eingangsinformation, und zur Ausgabe
der verarbeiteten Information. Der CPU-Bereich, der viel Lei
stung verbraucht, muß sowohl eine größere Geschwindigkeit als
auch einen geringen Leistungsverbrauch aufweisen. Entsprechend
verwendet er eine Spannung, die geringer ist als die externe
Leistungsversorgungsspannung, allerdings nur bis zu einem Grad
geringer, bis zu dem die Geschwindigkeit nicht übermäßig redu
ziert wird. Obwohl eine hohe Leistungsversorgungsspannung ge
wünscht ist, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, da die Strom
treibfähigkeit des MOSFETs verbessert wird, nimmt der Lei
stungsverbrauch stark zu, der proportional zum Quadrat der
Leistungsversorgungsspannung ist.
Eine systematisierte Halbleitervorrichtung weist eine oben ge
zeigte Struktur auf, bei der maximal angelegte Spannungen bei
den individuellen Funktionsblöcken untereinander abweichen.
So wird z. B. von MOSFETs, die den CPU-Bereich F2 bilden, ge
fordert, daß sie eine hohe Stromtreibfähigkeit bereitstellen,
und somit ist ein dünnerer ON-Film als ihr Gateisolationsfilm
wünschenswert.
Andererseits, wenn die Leistungsversorgungsspannung, die an
den I/O-Bereich F1 angelegt wird, größer ist als die Lei
stungsversorgungsspannung des CPU-Bereichs F2, ist es schwie
rig, die Zuverlässigkeit für eine gegebene Periode (z. B.
10 Jahre) sicherzustellen, wenn ON-Filme gleicher Dicke als
Gateisolationsfilme in MOSFETs in der Schutzschaltung etc., in
dem I/O-Bereich F1 und in MOSFETs in dem CPU-Bereich F2 ver
wendet werden.
Die einfachste Maßnahme zur Lösung dieses Problems und zur
Sicherstellung der Zuverlässigkeit ist die Bildung von dicken
ON-Filmen korrespondierend zu den Größen der maximalen Span
nungen, die an individuelle Funktionsblöcke angelegt werden.
Die Fig. 2A und 2B zeigen jeweils schematisch ein Beispiel
von Gateisolationsfilmen und Gateelektroden von MOSFETs in dem
CPU-Bereich F2 und dem I/O-Bereich F1.
In den Strukturen, wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, sind Gate
isolationsfilme GX1 und GX2 auf einem Halbleitersubstrat X1
gebildet, und eine Gateelektrode X4 ist sowohl auf dem Gate
isolationsfilm GX1 als auch auf dem Gateisolationsfilm GX2
gebildet.
Der Gateisolationsfilm GX1 besteht aus einem Siliziumoxidfilm
(SiO2) X2, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereitgestellt
ist, und einem Siliziumnitridfilm (SiN) X3, der darauf bereit
gestellt ist, und ein Gateisolationsfilm GX2 besteht aus einem
Siliziumoxidfilm X2, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereit
gestellt ist, und einem Siliziumnitridfilm X5, der darauf ge
bildet ist.
Die Filmdicke T2 des Gateisolationsfilms GX2 in dem I/O-Be
reich F1, wie in Fig. 2B gezeigt, ist größer als die Filmdicke
T1 des Gateisolationsfilms GX1 in dem CPU-Bereich F2, wie in
Fig. 2A gezeigt. Die Siliziumoxidfilme X2 haben die gleiche
Dicke, und der Siliziumnitridfilm X5 ist dicker als der Sili
ziumnitridfilm X3, so daß der Gateisolationsfilm GX2 dicker
ist als der Gateisolationsfilm GX1.
In dem Speicherbereich wird z. B. eine angehobene Spannung an
die DRAM-Speicherzellentransistoren angelegt. Entsprechend
wird der ON-Film, der als Gateisolationsfilm der Speicherzel
lentransistoren verwendet wird, dicker gebildet als der ON-
Film, der als Gateisolationsfilm der MOSFETs in der Sensorver
stärkerschaltung und der Adressdecodier/Codier-Schaltung ver
wendet wird.
Der Siliziumnitridfilm weist eine relative, dielektrische Kon
stante von 6,5 bis 9 auf und der Siliziumoxidfilm eine rela
tive, dielektrische Konstante von 3,9 bis 4,3, so daß ein ON-
Gateisolationsfilm mit einem dickeren Siliziumnitridfilm eine
größere Kapazität hat. Eine größere Kapazität des Gateisola
tionsfilms erhöht den Drainstrom im Sättigungsbereich, was
wiederum die Betriebsgeschwindigkeit der Schaltung erhöht. Die
Bildung eines dickeren Siliziumnitridfilms in dem ON-Film er
höht folglich die Betriebsgeschwindigkeit der Schaltung.
In einem P-Typ-MOSFET mit einer Gateelektrode aus einem Poly
metallgate, in dem eine Metallschicht aus z. B. Wolfram (W)
über einer Polysiliziumschicht bereitgestellt ist, mit einer
dazwischen angeordneten Barrieremetallschicht aus z. B. Wolf
ramnitrid (WNx), kann die Polysiliziumschicht mit Bor dotiert
sein. In diesem Fall, falls der Gateisolationsfilm ein Sili
ziumoxidfilm mit einer Dicke von ungefähr 2 nm ist, kann Bor in
dem Gateisolationsfilm während thermischer Behandlung diffun
dieren, um das Halbleitersubstrat zu erreichen, was möglicher
weise zu einer Änderung der Schwellenwertspannung des P-Typ-
MOSFET führt. Dies kann verhindert werden, indem der Silizium
nitridfilm verwendet wird, der einen kleineren Bordiffusions
koeffizienten aufweist. Die Verwendung einen ON-Films mit
einem dickeren Siliziumnitridfilm ist insbesondere geeignet,
um eine Änderung der Schwellenwertspannung zu verhindern, die
durch Bor verursacht wird, das durch den Gateisolationsfilm
hindurchdringt.
Das oben beschriebene Setzen der ON-Filmdicke ist lediglich
ein Beispiel, und andere Einstellungen sind ebenfalls möglich.
Die Fig. 3A und 3B zeigen schematisch ein anderes Beispiel der
ON-Filmdicke jeweils in dem CPU-Bereich F2 und dem I/O-Bereich
F1.
In den Fig. 3A und 3B sind die Gateisolationsfilme GX1 und GX3
auf dem Halbleitersubstrat X1 gebildet, und die Gateelektrode
X4 ist sowohl auf dem Gateisolationsfilm GX1 als auch auf dem
Gateisolationsfilm GX3 gebildet.
Während der Gateisolationsfilm GX1 gleich dem in Fig. 2A ge
zeigten ist, besteht der Gateisolationsfilm GX3 aus einem
Siliziumoxidfilm X6, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereit
gestellt ist, und aus einem Siliziumnitridfilm X7, der auf dem
Siliziumoxidfilm X6 bereitgestellt ist.
Die Filmdicke T2 des Gateisolationsfilms GX3 in dem I/O-Be
reich F1, wie in Fig. 3B gezeigt, ist dicker als die Filmdicke
T1 des Gateisolationsfilms GX1 in dem CPU-Bereich F2, wie in
Fig. 3A gezeigt. Der Gateisolationsfilm GX3 ist dicker als der
Gateisolationsfilm GX1, da der Siliziumoxidfilm X6 und der
Siliziumnitridfilm X7 dicker sind als der Siliziumoxidfilm X2
und der Siliziumnitridfilm X3.
Fig. 4A und 4B zeigen schematisch ein anderes Beispiel der ON-
Filmdicke jeweils in dem CPU-Bereich F2 und dem I/O-Bereich
F1.
In den Fig. 4A und 4B sind Gateisolationsfilme GX1 und GX4 auf
dem Halbleitersubstrat X1 gebildet, und die Gateelektrode X4
ist sowohl auf dem Gateisolationsfilm GX1 als auch auf dem
Gateisolationsfilm GX4 gebildet.
Während der Gateisolationsfilm GX1 der gleiche ist, wie der in
Fig. 2A gezeigte, besteht der Gateisolationsfilm GX4 aus einem
Siliziumoxidfilm X6, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereit
gestellt ist, und aus einem Siliziumnitridfilm X3, der auf dem
Siliziumoxidfilm X6 bereitgestellt ist.
Die Filmdicke T2 des Gateisolationsfilms GX4 in dem I/O-Be
reich F1, wie in Fig. 4B gezeigt, ist dicker als die Filmdicke
T1 des Gateisolationsfilms GX1 in dem CPU-Bereich F2, wie in
Fig. 4A gezeigt. Die Siliziumnitridfilme X3 haben die gleiche
Dicke; jedoch ist der Siliziumoxidfilm X6 dicker als der Sili
ziumoxidfilm X2, so daß der Gateisolationsfilm GX4 dicker ist
als der Gateisolationsfilm GX1.
Die Bildung des Siliziumnitridfilms dünner als der Silizium
oxidfilm stellt folgende Funktionen und Wirkungen bereit. Wäh
rend Druckbeanspruchung in dem Siliziumoxidfilm auftritt, und
Zugspannung in dem Siliziumnitridfilm, ist die Zugspannung des
Siliziumnitridfilms stärker (größer). Die Bildung eines dicke
ren Siliziumnitridfilms verursacht entsprechend eine größere
Spannung an der Grenzfläche zwischen dem ON-Film und dem Halb
leitersubstrat, wodurch möglicherweise die Grenzflächenzu
standsdichte oder Fehlerdichte zunehmen kann. Folglich kann
die Spannung an der Substratgrenze reduziert werden, um die
Grenzflächenzustandsdichte oder Fehlerdichte zu verringern,
indem der Siliziumnitridfilm dünner ausgebildet wird als der
Siliziumoxidfilm.
Die oben beschriebenen Beispiele der ON-Filmdicke zeigen den
technischen Gedanken, einen dickeren ON-Film zu bilden, wenn
eine größere Maximalspannung daran angelegt wird.
Obwohl die oben beschriebenen Strukturen zur Sicherung der Zu
verlässigkeit einen ON-Film als einen Gateisolationsfilm ver
wenden, kann ebenfalls als Gateisolationsfilm ein Mehrschicht
film mit einem Siliziumoxidfilm und einem darauf bereitge
stellten Siliziumnitridfilm (SiON) verwendet werden, wie in
den Fig. 5A und 5B gezeigt. In diesem Fall wird die Dicke des
Mehrschichtfilms gemäß den maximalen, an den Funktionsblöcken
angelegten Spannungen angepaßt.
Die Fig. 5A und 5B zeigen Gateisolationsfilme und Gateelektro
den in MOSFETs, jeweils in dem CPU-Bereich F2 und dem I/O-Be
reich F1.
In den in den Fig. 5A und 5B gezeigten Strukturen sind die
Gateisolationsfilme GX5 und GX6 auf dem Halbleitersubstrat X1
gebildet, und die Gateelektrode X4 ist sowohl auf dem Gateiso
lationsfilm GX5 als auch auf dem Gateisolationsfilm GX6 gebil
det.
Der Gateisolationsfilm GX5 besteht aus einem Siliziumoxidfilm
X2, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereitgestellt ist, und
aus einem Siliziumoxinitridfilm X8, der auf dem Siliziumoxid
film X2 bereitgestellt ist, und der Gateisolationsfilm GX6 be
steht aus einem Siliziumoxidfilm X2, der auf dem Halbleiter
substrat X1 bereitgestellt ist, und aus einem Siliziumoxini
tridfilm X9, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereitgestellt
ist.
Die Filmdicke T2 des Gateisolationsfilms GX6 in dem I/O-Be
reich F1, wie in Fig. 5B gezeigt, ist dicker als die Filmdicke
T1 des Gateisolationsfilms GX5 in dem CPU-Bereich F2, wie in
Fig. 5A gezeigt. Während die Siliziumoxidfilme X2 die gleiche
Dicke aufweisen, ist der Gateisolationsfilm GX6 dicker als der
Gateisolationsfilm GX5, da der Siliziumoxinitridfilm X9 dicker
ist als der Siliziumoxinitridfilm X8.
Der Siliziumoxinitridfilm hat eine größere relative, dielektri
sche Konstante als der Siliziumoxidfilm. Entsprechend wird in
den Strukturen, die einen ON-Film als Gateisolationsfilm ver
wenden, die Kapazität des Gateisolationsfilms größer, wenn die
Siliziumoxinitridfilmdicke größer wird. Die Erhöhung der Kapa
zität des Gateisolationsfilms erhöht die Betriebsgeschwindig
keit der Schaltung.
Für eine Struktur zur Sicherung der Zuverlässigkeit des Gate
isolationsfilms kann ein Mehrschichtfilm mit einem Silizium
oxinitridfilm (SiON) und einem darauf bereitgestellten Silizi
umnitridfilm (SiN) als Gateisolationsfilm verwendet werden,
wie in Fig. 6A und Fig. 6B gezeigt. In diesem Fall wird die
Dicke des Mehrschichtfilms in Übereinstimmung mit den maximal
an die Funktionsblöcke angelegten Spannungen eingestellt.
Die Fig. 6A und 6B zeigen schematisch Gateisolationsfilme und
Gateelektroden in MOSFETs, jeweils in dem CPU-Bereich F2 und
den I/O-Bereich F1.
In den in den Fig. 6A und 6B gezeigten Strukturen sind die
Gateisolationsfilme GX7 und GX8 auf dem Halbleitersubstrat X1
gebildet, und die Gateelektrode X4 ist sowohl auf dem Gateiso
lationsfilm GX7 als auch auf dem Gateisolationsfilm GX8 gebil
det.
Der Gateisolationsfilm GX7 besteht aus einem Siliziumoxini
tridfilm X10, der auf dem Halbleitersubstrat X1 bereitgestellt
ist, und aus einem Siliziumnitridfilm X11, der auf dem Silizi
umoxinitridfilm X10 bereitgestellt ist. Der Gateisolationsfilm
GX8 besteht aus einem Siliziumoxinitridfilm X12, der auf dem
Halbleitersubstrat X1 bereitgestellt ist, und aus einem Sili
ziumnitridfilm X11, der auf dem Siliziumoxinitridfilm X12 be
reitgestellt ist.
Die Filmdicke T2 des Gateisolationsfilms GX8 in dem I/O-Be
reich F1, wie in Fig. 6B gezeigt, ist dicker als die Filmdicke
T1 des Gateisolationsfilms GX7 in dem CPU-Bereich F2, wie in
Fig. 6A gezeigt. Während die Siliziumnitridfilme X11 die glei
che Dicke aufweisen, ist der Gateisolationsfilm GX8 dicker als
der Gateisolationsfilm GX7, da der Siliziumoxinitridfilm X12
dicker ist als der Siliziumoxinitridfilm X10.
Da der Siliziumoxinitridfilm fast den gleichen thermischen
Expansionskoeffizienten wie Silizium aufweist, wird eine ge
ringere, thermische Spannung erzeugt als in dem ON-Film während
thermischer Behandlung. Die Spannung an der Substratgrenzflä
che kann folglich reduziert werden, um die Grenzflächenzu
standsdichte und die Fehlerdichte zu verringern.
Der Mehrschichtfilm aus Siliziumoxinitridfilm und Siliziumni
tridfilm weist eine hervorragende hot carrier-Widerstandsfä
higkeit für den ON-Film auf. Dies liegt daran, daß Wasser
stoffdiffusion im Film unterdrückt wird, wenn Stickstoff in
einer höheren Konzentration in dem Film vorhanden ist.
Die Bildung des Siliziumnitridfilms dünner als der Silizium
oxinitridfilm reduziert die Spannung an der Substratgrenzflä
che und reduziert die Grenzflächenzustandsdichte und Fehler
dichte, wie in den Beispielen erwähnt, bei denen ein ON-Film
als Gateisolationsfilm verwendet wird.
Das oben beschriebene Setzen der Mehrschichtfilmdicke aus
Siliziumoxinitridfilm und Siliziumnitridfilm ist lediglich
beispielhaft, und andere Dicken sind möglich.
Die Fig. 7A und 7B zeigen schematisch ein anderes Beispiel der
Filmdicke des Mehrschichtfilms aus Siliziumoxinitridfilm und
Siliziumnitridfilm, jeweils in dem CPU-Bereich F2 und dem I/O-
Bereich F1.
In den Fig. 7A und 7B sind die Gateisolationsfilme GX7 und GX9
auf dem Halbleitersubstrat X1 gebildet, und die Gateelektrode
X4 ist sowohl auf dem Gateisolationsfilm GX7 als auch auf dem
Gateisolationsfilm GX9 gebildet.
Während der Gateisolationsfilm GX7 der gleiche ist, wie der in
Fig. 6A gezeigte, besteht der Gateisolationsfilm GX9 aus einem
Siliziumoxinitridfilm X10, der auf dem Halbleitersubstrat X1
bereitgestellt ist, und aus einem Siliziumnitridfilm X13, der
auf dem Siliziumoxinitridfilm X10 bereitgestellt ist.
Die Filmdicke T2 des Gateisolationsfilms GX9 in dem I/O-Be
reich F1, wie in Fig. 7B gezeigt, ist dicker, als die
Filmdicke T1 des Gateisolationsfilms GX7 in dem CPU-Bereich
F2, wie in Fig. 7A gezeigt. Der Gateisolationsfilm GX9 ist
dicker als der Gateisolationsfilm GX7, da der Siliziumnitrid
film X13 dicker ist als der Siliziumnitridfilm X11.
Wie oben beschrieben, wird ein Zweischichtisolationsfilm als
Gateisolationsfilm verwendet, und die Filmdicke einer der zwei
Schichten oder die Filmdicke beider Schichten werden in Über
einstimmung mit an die individuellen Funktionsblöcke angeleg
ten, maximalen Spannungen eingestellt; die Dicke des Mehr
schichtfilms kann folglich eingestellt werden, um die Be
triebsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit in individuellen
Funktionsblöcken zu optimieren.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt eines MOSFETs 100 gemäß einem
zweiten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 8 enthält der MOSFET 100 einen Gateisolationsfilm, be
stehend aus einem Zweischichtfilm mit einem Siliziumoxidfilm
111, der schweren Wasserstoff enthält, und einem Siliziumni
tridfilm 121, der schweren Wasserstoff enthält, die in dieser
Reihenfolge auf einem Siliziumsubstrat 1 bereitgestellt sind;
der MOSFET 100 enthält ferner eine Gateelektrode, bestehend
aus einem Dreischichtfilm mit einem dotierten Polysiliziumfilm
13, einer Barrieremetall(WNx, TiNx, Ta, TaN, etc.)-Schicht 14
und einem Metallfilm 15, z. B. aus Wolfram, die in dieser Rei
henfolge auf dem Siliziumnitridfilm 121 bereitgestellt sind.
Die Struktur der Gateelektrode hat keinen Einfluß auf die Er
findung, so daß die Gateelektrodenstruktur nicht auf die oben
beschriebene Struktur begrenzt ist, und auch eine einfach Me
tallelektrode (Cu, Mg, Pt, Zr, Mo, W, Al, Ag, Au, Ni, Co, Ti,
etc.) als Gateelektrode verwendet werden kann.
Auf dem Metallfilm 15 ist ein Siliziumnitridfilm 18 bereitge
stellt, und ein Mantelisolationsfilm 161 bedeckt den Gateiso
lationsfilm, die Gateelektrode und den Siliziumnitridfilm 18.
Der MOSFET enthält ferner einen Seitenwandisolationsfilm 17,
der mindestens die Seiten des Mantelisolationsfilms 161 be
deckt, eine Kanalschicht 7, die in der Oberfläche des Silizi
umsubstrats 1 unter der Gateelektrode bereitgestellt ist, ein
Paar von Erweiterungsschichten 6, die sich über die Kanal
schicht 7 "ansehen", und ein Paar von Haupt-Source/Drain-
Schichten 4 benachbart zu dem Paar der Erweiterungsschichten
6, mit Taschenschichten 5, die sich mit den gesamten Erweite
rungsschichten 6, einem Teil der Haupt-Source/Drain-Schichten
4 und einem Teil der Kanalschicht 7 überlappen.
Obwohl die Erweiterungsschichten 6 als Source/Drain-Erweite
rungsschichten 6 bezeichnet werden sollten, da sie vom glei
chen Leitfähigkeitstyp sind wie die Haupt-Source/Drain-Schich
ten 4 und die gleiche Funktion wie die Source/Drain-Schichten
aufweisen, werden sie aus Gründen der Einfachheit als Erweite
rungsschichten 6 bezeichnet.
Die Taschenschichten 5 sind gebildet, um die Wirkung des kur
zen Kanals (short-channel) zu unterdrücken, wobei sie gebildet
werden, indem Verunreinigungen mit einem von den Haupt-
Source/Drain-Schichten 4 unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp
(der gleiche Leitfähigkeitstyp wie die Kanalschicht) implan
tiert werden. Die Bildung der Taschenschichten 5, die über die
Erweiterungsschichten 6 vorstehen, verringert die Änderung der
Schwellenwertspannung, die durch Änderung der Gatelänge verur
sacht wird, wodurch die "roll off"-Kurve (Effekt) gelindert
wird.
Die aktive Region des MOSFETs 100 ist durch einen STI(Shallow
Trench Isolation)-Film 3 definiert, eine Art von Isolations
film zur Elementisolation, und eine Kanalstoppschicht 2 ist in
dem Siliziumsubstrat 1 bereitgestellt.
Der MOSFET 100 ist gekennzeichnet durch den Siliziumnitridfilm
121 und den Siliziumoxidfilm 111, die einen ON-Film als Gate
isolationsfilm bilden, der schweres Wasserstoff enthält. Ein
Verfahren zur Bildung des ON-Films mit schweren Wasserstoff
atomen wird im folgenden beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren zur Bildung eines Siliziumnitrid
films beschrieben, der schweres Wasserstoff(Deuterium (D))
enthält. Chemische Reaktionen, die verwendet werden, um den
Siliziumnitridfilm mit schwerem Wasserstoff zu bilden, sind
durch folgende Formeln (3) und (4) ausgedrückt:
3 SiH2Cl2(g) + 4 ND3(g) → 3 Si3N4(s) + 6 HCl(g) + 6 D2(g) (3),
3 SiD4(g) + 4 N*(g) → Si3N4(s) + 6 D2(g) (4).
Formel (3) zeigt eine Reaktion in einer LPCVD(Low Pressure
Chemical Vapor Deposition)-Vorrichtung oder einer RTA(Rapid
Thermal Anneal)-Vorrichtung, und Formel (4) zeigt eine Reak
tion in einer PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposi
tion)-Vorrichtung, unter Verwendung einer Plasmaerregungsreak
tion. Die unten gezeigten Formeln (5) und (6) sind Beispiele
für Modifikationen der Formel (3):
3 SiD2Cl2(g) + 4 NH3(g) → 3 Si3N4(s) + 3 DCl(g) +3 HCl(g) + 3 H2(g) + 3 D2(g) (5),
3 SiD2Cl2(g) + 4 ND3(g) → 3 Si3N4(s) + 6 DCl(g) + 6 DCl(g) + 6 D2(g) (6).
Obwohl angenommen ist, daß das Verhältnis der Wasserstoffmole
küle zu schweren Wasserstoffmolekülen auf der rechten Seite
der Formel (5) 1 : 1 ist, hängt das Verhältnis von der Reak
tionstemperatur, dem Partialdruck, etc. ab und ist nicht
einmalig bestimmt.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen schematische Diagramme, die verwendet
werden, um zu erklären, wie schwere Wasserstoffatome und Was
serstoffatome sich in dem ON-Film verhalten, wenn eine Span
nung angelegt wird. Die Fig. 9 bis 11 zeigen ein Beispiel, bei
dem ein Siliziumnitridfilm, der schweren Wasserstoff enthält,
auf einem Siliziumoxidfilm gebildet ist, der mittels eines
herkömmlichen Verfahrens hergestellt ist.
Wie in Fig. 9 gezeigt, sind schwere Wasserstoffatome, die in
den Siliziumnitridfilm eingebracht werden, mit Siliziumatomen
gebunden oder existieren alleine.
Wie in Fig. 9 gezeigt, enthält der Siliziumoxidfilm Wasser
stoffatome, die mit einem Teil der Siliziumatome gebunden
sind. Fig. 9 zeigt kombinierte Strukturen eines Siliziumatoms
(Si) und einer Hydroxylgruppe (OH). Drei Atome (R) sind mit
einem Siliziumatom durch eine einzelne Bindung gebunden. Dies
zeigt, daß drei Atome Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), Sili
zium etc. durch eine einzelne Bindung gebunden sind. Eine
kombinierte Struktur eines Siliziumatoms und eine OD-Gruppe
sind in dem Siliziumnitridfilm gezeigt, in dem drei Atome (R)
durch eine einzelne Bindung mit dem Siliziumatom gebunden
sind. Der gleiche Ausdruck wird auch in den Fig. 10 bis 14
verwendet.
Lose Bindungen von Siliziumatomen an der Siliziumoxid
film/Siliziumsubstrat-Grenzfläche sind mit Wasserstoffatomen
gebunden und terminiert, die während des Prozesses, z. B. des
Wasserstoffsinterns, eingeführt werden.
Während ein sogenanntes Wasserstoffatom H ist (1H-Protium:
Massenzahl 1), enthält das schwere Wasserstoff D (2H-Deute rium: Massenzahl 2) und T (3H-Tritium: Massenzahl 3). Während D (Deuterium) stabil ist, ist T (Tritium) eine radioaktive Substanz mit β--Zerfall bei einer Halbwertzeit von 12 Jahren, so daß es für eine Verwendung in Halbleitervorrichtungen nicht erwünscht ist. Folglich verwendet das zweite, bevorzugte Aus führungsbeispiel das schwere Wasserstoff D mit einer Massen zahl von 2.
Massenzahl 1), enthält das schwere Wasserstoff D (2H-Deute rium: Massenzahl 2) und T (3H-Tritium: Massenzahl 3). Während D (Deuterium) stabil ist, ist T (Tritium) eine radioaktive Substanz mit β--Zerfall bei einer Halbwertzeit von 12 Jahren, so daß es für eine Verwendung in Halbleitervorrichtungen nicht erwünscht ist. Folglich verwendet das zweite, bevorzugte Aus führungsbeispiel das schwere Wasserstoff D mit einer Massen zahl von 2.
Wenn eine Spannung angelegt wird, dringen heiße Ladungsträger
(HOT) im Siliziumsubstrat, die durch das interne, elektrische
Feld beschleunigt werden und eine gewonnene Energie aufweisen,
die größer ist als die Barriereenergie an der Siliziumoxid
film/Siliziumsubstrat-Grenzfläche, durch die Grenzfläche in
das SiO2 ein, wie in Fig. 9 gezeigt.
Aufgrund der Energie der heißen Ladungsträger HOT werden
Bindungen von Wasserstoffatomen der Hydroxylgruppen, die mit
Siliziumatomen gebunden sind, aufgebrochen, und die losen
Bindungen von Sauerstoffatomen dienen als feste Ladungen.
Wie in Fig. 10 gezeigt, erreichen Wasserstoffatome, die von
den Bindungen freigegeben werden, und schwere Wasserstoffatome
im Siliziumnitridfilm die Siliziumoxidfilm/Siliziumsubstrat-
Grenzfläche, aufgrund von Drift, der durch das elektrische
Feld in dem Gateisolationsfilm verursacht wird, oder aufgrund
thermischer Diffusion. Die Wasserstoffatome und die Deuterium
atome, die an der Grenzfläche ankommen, reagieren mit der
kombinierten Struktur von Si-Atomen und Wasserstoffatomen an
der Grenzfläche, um Wasserstoffmoleküle und Wasserstoff-Deu
teriummoleküle zu bilden.
Deuteriumatome können mit Wasserstoffatomen der Hydroxyl
gruppen reagieren, die mit Siliziumatomen gebunden sind, um
Wasserstoff-Deuteriummoleküle (HD) zu bilden.
Diese Wasserstoffmoleküle (H2) und Wasserstoff-Deuterium
moleküle verflüchtigen sich als Gas, und die losen Bindungen
von Siliziumatomen an der Siliziumoxidfilm/Siliziumsubstrat-
Grenzfläche dienen, wie in Fig. 11 gezeigt, als Grenzflächen
zustände, und die losen Bindungen der Siliziumatome in dem
Siliziumoxidfilm dienen als feste Ladungen.
Die Bildung der festen Ladungen und Grenzflächenzuständen ver
ursacht eine Schwellenwertspannungsänderung, eine Drainstrom
beeinträchtigung, etc., was wiederum die Betriebsgeschwindig
keit der Schaltung reduziert und zu einer Fehlfunktion der
Schaltung führt. Deuteriumatome, die ein größeres, atomares
Gewicht aufweisen als Wasserstoffatome, driften oder diffun
dieren thermisch langsamer. Folglich brauchen die Deuterium
atome in dem Siliziumnitridfilm länger, um die Siliziumoxid
film/Siliziumsubstrat-Grenzfläche zu erreichen, als Wasser
stoffatome in dem Siliziumnitridfilm. Als Ergebnis wird die
hot Carrier-Widerstandsfähigkeit bei Spannung verbessert, um
die Lebensdauer des MOSFETs zu verlängern.
Im folgenden wird ein Verfahren beschrieben, um einen Sili
ziumoxidfilm zu bilden, der Deuterium enthält. Der Deuterium
enthaltende Siliziumoxidfilm wird mit Wasser gebildet, das
Deuterium enthält (D2O). Diese chemische Reaktion wird durch
folgende Formel (7) ausgedrückt:
Si(s) + 2 D2O(g) → SiO2(s) + 2 D2(g) (7).
Für ein spezifisches Verfahren wird D2O (Deuteriumoxid)
erwärmt, um Gas zu produzieren, und das Gas wird in einen
Reaktionsofen aus einer Quarzröhre eingeführt; das Gas
reagiert, wie durch Formel (7) gezeigt, um ein Silizium
substrat zu oxidieren. Alternativ können ein Siliziumoxidfilm
oder ON-Film, die durch herkömmliches Verfahren gebildet
werden, einer Hitzebehandlung in einer Deuteriumatmosphäre
unterzogen werden, so daß Deuterium darin eingebracht wird.
Die Fig. 12 bis 14 zeigen schematische Diagramme, die verwen
det werden, um zu erklären, wie sich Deuteriumatome und Was
serstoffatome in einem ON-Film verhalten, wenn eine Spannung
angelegt wird. Die Fig. 12 bis 14 zeigen ein Beispiel, bei dem
ein Siliziumnitridfilm durch ein herkömmliches Verfahren auf
einem Siliziumoxidfilm gebildet ist, der Deuterium enthält.
Wie in Fig. 12 gezeigt, werden die in den Siliziumoxidfilm
eingebrachten Deuteriumatome mit Sauerstoffatomen kombiniert,
die mit Siliziumatomen gebunden sind, und Deuteriumatome
terminieren lose Bindungen, was die Störstellendichte (Stör
zentrumdichte) reduziert. Oder sie können sich an lose
Bindungen von Siliziumatomen an der Siliziumoxidfilm/Silizium
substrat-Grenzfläche anschließen und diese terminieren, was
die Grenzflächenzustandsdichte reduziert.
Wenn eine Spannung angelegt wird, dringen heiße Ladungsträger
(HOT) im Siliziumsubstrat, die durch das interne, elektrische
Feld beschleunigt werden und eine Energie gewinnen, die
größer ist als die Barriereenergie an der Siliziumoxidfilm/Si
liziumsubstrat-Grenzfläche, durch die Grenzfläche hindurch in
das Siliziumoxid ein, wie in Fig. 12 gezeigt.
Aufgrund der Energie der heißen Ladungsträger HOT werden die
Bindungen von Deuteriumatomen der OD-Gruppen, die mit
Siliziumatomen gebunden sind, aufgebrochen, und die losen
Bindungen von Sauerstoffatomen dienen als feste Ladungen. Da
die Bindungsenergie zwischen Deuteriumatomen und Sauerstoff
atomen größer ist als zwischen Wasserstoffatomen und Sauer
stoffatomen, sind die Deuteriumatome weniger anfällig für
Dissoziation von Sauerstoffatomen, die durch die heißen
Ladungsträger (hot carriers) verursacht wird.
Wie in Fig. 13 gezeigt, erreichen Deuteriumatome, die von den
Bindungen freigegeben werden und Wasserstoffatome im Silizium
nitridfilm die Siliziumoxidfilm/Siliziumsubstrat-Grenzfläche
aufgrund von Drift, der durch das elektrische Feld in dem
Gateisolationsfilm verursacht wird, oder aufgrund thermischer
Diffusion. Die Wasserstoffatome und Deuteriumatome, die an der
Grenzfläche ankommen, reagieren mit der kombinierten Struktur
von Siliziumatomen und Wasserstoffatomen an der Grenzfläche,
um Deuteriummoleküle und Wasserstoff-Deuteriummoleküle zu
bilden.
Die Deuteriumatome können mit Wasserstoffatomen der Hydroxyl
gruppen reagieren, die mit Siliziumatomen gebunden sind, um
Wasserstoff-Deuteriummoleküle zu bilden.
Diese Wasserstoffmoleküle und Wasserstoffdeuteriummoleküle
verflüchtigen sich als Gas, und die losen Bindungen von
Siliziumatomen an der Siliziumoxidfilm/Siliziumsubstrat-Grenz
fläche fungieren, wie in Fig. 14 gezeigt, als Grenzflächenzu
stände, und die losen Bindungen von Siliziumatomen in dem
Siliziumoxidfilm fungieren als feste Ladungen.
Die feste Ladungs- und Grenzflächenzustandsbildung verursacht
eine Schwellenwertspannungsänderung, eine Drainstrombeein
trächtigung etc., was die Betriebsgeschwindigkeit der Schal
tung reduziert und eine Fehlfunktion der Schaltung hervorruft.
Die Dissoziation (Zerfall) aufgrund der heißen Ladungsträger
(hot carriers) ist weniger wahrscheinlich, da die Bindung
zwischen Deuteriumatomen und Siliziumatomen stark ist. Als ein
Ergebnis wird die hot carrier-Widerstandsfähigkeit bei Span
nung verbessert, um die Lebensdauer des MOSFETs zu erhöhen.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren des MOSFET 100
beschrieben, unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 19, die
Herstellungsverfahrensschritte in der Reihenfolge zeigen.
Wie in Fig. 15 gezeigt, wird zuerst ein Siliziumsubstrat 1
präpariert und die aktive Region durch den STI-Film 3
definiert. Dann werden die Kanalschicht 7 und die Kanal
stoppschicht 2 durch Ionenimplantation gebildet.
Für die Kanalschicht 7 werden Bor, Bordifluoride (BF2), Indium
(In) etc. in den N-Typ-MOSFET implantiert, und Phosphor (P),
Arsen (As), Antimon (Sb) etc. in den P-Typ-MOSFET implan
tiert.
Für die Kanalstoppschicht 2 wird die gleiche Verunreinigung
wie die, die in die Kanalschicht 7 implantiert ist, mit einer
höheren Implantierungsenergie implantiert.
Der Mehrschichtfilm mit dem Deuterium enthaltenden Silizium
oxidfilm 111, dem Deuterium enthaltenden Siliziumnitridfilm
121, dem dotierten Polysiliziumfilm 13, der Barrieremetall
schicht 14, dem Metallfilm 15 und dem Siliziumnitridfilm 18
wird selektiv auf der aktiven Region gebildet.
Bei der Bildung des Siliziumoxidfilms 111 und des Silizium
nitridfilms 121 können die unter Verwendung der Formeln (3)
bis (7) erklärten Verfahren angewendet werden, wobei natürlich
die Filmdicke des Siliziumoxidfilms 111 und/oder des Silizium
nitridfilms 121 angepaßt wird, korrespondierend zu den maxi
malen an die individuellen Funktionsblöcke in der Halbleiter
vorrichtung angelegten Spannungen.
Für den dotierten Polysiliziumfilm 13 wird mittels Ionenim
plantation ein Dotierstoff, wie z. B. Bor, Phosphor, Stick
stoff, etc. eingebracht. Bei diesem Prozeß degeneriert die
Polysiliziumschicht derart, daß sie die elektrische Leit
fähigkeit von Metall aufweist, wenn die Dosis mindestens
1 × 1015/cm2 oder größer ist.
Die Barrieremetallschicht 14 ist bereitgestellt, um zu verhin
dern, daß ein Teil der Atome des Metallfilms 15 in benachbarte
Filme diffundiert. In diesem Fall kann diese auch auf einer
oberen Oberfläche des Metallfilms 15 gebildet sein.
Der Siliziumnitridfilm 18 wird mittels PECVD aufgebracht;
dieser Film dient als ARC(Anti Reflection Coating)-Film zur
Verhinderung einer Lichthofbildung (halation), so daß die
Länge der Resistmaske nicht kürzer wird als die Layoutgate
länge, aufgrund des von der darunterliegenden Schicht reflek
tierten Lichts bei der Belichtung zur Gatemusterung. Fig. 15
zeigt die Struktur, die nach der Gatemusterung erhalten wird.
In dem in Fig. 16 gezeigten Prozeß erfolgt als nächstes eine
Ionenimplantation von oben auf die gemusterte Gateelektrode,
um Taschenschichten 5 und Erweiterungsschichten 6 in der
Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 in einer selbstausrich
tenden Weise zu bilden.
Für die Erweiterungsschichten 6 werden z. B. P, As, Sb, Stick
stoff (N), etc. in die N-Typ-MOSFETs implantiert, und es
werden z. B. B, BF2, In etc. in die P-Typ-MOSFETs implantiert.
Für die Taschenschichten 5 werden B, BF2, In etc. in die N-
Typ-MOSFETs implantiert, und P, As, Sb, N etc. werden in die
P-Typ-MOSFETs implantiert.
Bei der Bildung der Taschenschichten 5 kann die Implantierung
schräg auf das Substrat erfolgen, so daß sich die Taschen
schichten 5 über die Enden der Erweiterungsschichten 6
erstrecken.
In dem in Fig. 17 gezeigten Prozeß wird als nächstes das
gesamte Siliziumsubstrat 1 durch RTA in einer Atmosphäre aus
Stickstoff oder Stickstoffoxid (NO) verarbeitet. Die Gate
elektrode, der Siliziumnitridfilm 18 und die freigelegte
Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 werden folglich einer
Nitridation oder Oxinitridation unterzogen, um einen Mantel
isolationsfilm 161A zu bilden. Bei diesem Prozeß wird ein
Siliziumnitridfilm oder Siliziumoxinitridfilm (beide sind
oxidationswiderstandsfähige Filme) auf den Seiten des
dotierten Polysiliziumfilms 13 gebildet, und ein Metall
nitridfilm ist auf den Seiten des Metallfilms 15 gebildet.
In dem in Fig. 18 gezeigten Prozeß wird als nächstes das
gesamte Siliziumsubstrat 1 mittels RTO (Rapid Thermal Oxi
dation) verarbeitet, um den Mantelisolationsfilm 161A zu
oxidieren, zur Bildung des Mantelisolationsfilms 161. Die
Oxidation erfolgt derart, daß Fehler, die durch anisotropes
Ätzen und Ionenimplantation in der Gateelektrode oder dem
Siliziumsubstrat gebildet werden, in dem Oxidfilm aufgenommen
und entfernt werden.
Der dotierte Polysiliziumfilm 13 wird nicht stark oxidiert, da
der Oxidationswiderstandsfilm auf dessen Seiten verbleibt.
Ein Siliziumoxinitridfilm wird auf der freigelegten Oberfläche
des Siliziumsubstrats 1 mittels RTA-Prozeß und RTO-Prozeß ge
bildet, und zur gleichen Zeit werden die in den Erweiterungs
schichten 6 und Taschenschichten 5 ionenimplantierten Dotier
stoffe in Kristallgitteranordnungen koordiniert, um das Sili
ziumsubstrat zu bilden und um aktiv zu werden.
In dem in Fig. 19 gezeigten Schritt wird als nächstes ein Iso
lationsfilm gebildet, um die gesamte Oberfläche zu bedecken,
und der Seitenwandisolationsfilm 17 ist durch anisotropes
Ätzen gebildet, um mindestens die Seiten des Mantelisolations
films 161 zu bedecken. Für den Isolationsfilm kann ein Sili
ziumnitridfilm, ein Siliziumoxinitridfilm, ein Siliziumoxid
film, TEOS (Tetrathylorthosilicat: Si (OC2H5)4)-Film, BPTEOS
(Borphosphortetrathylorthosilicat)-Film oder ein Mehrschicht
film davon verwendet werden.
Abschließend erfolgt auf den Seitenwandisolationsfilm 17 eine
Ionenimplantation von oben, um die Haupt-Source/Drain-Schich
ten 4 in der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 in einer
selbstangleichenden Weise zu bilden, wodurch der MOSFET 100
vervollständigt wird, wie in Fig. 8 gezeigt.
Für die Haupt-Source/Drain-Schichten 4 werden z. B. P, As, Sb,
N etc. in die N-Typ-MOSFETs implantiert, und es werden z. B.
B, BF2, In, etc. in P-Typ-MOSFETs implantiert.
Anschließend kann die Struktur wie folgt verarbeitet werden:
Ionenimplantieren von Stickstoff, Germanium oder Argon in die Oberfläche der Haupt-Source/Drain-Schichten 4, um ein amorphes Silizium in der Oberfläche der Haupt-Source/Drain-Schichten 4 zu bilden, Bilden eines refraktären Metallfilms aus Kobalt, Titan etc. auf der gesamten Oberfläche und Anwenden einer Hochtemperaturbehandlung, um eine Silizidation durchzuführen, zur Bildung von Metallsilizid in dem Bereich, wo die freige legte Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 und der refraktäre Metallfilm in Kontakt stehen. Die Bildung des Metallsilizids reduziert den Widerstand der Haupt-Source/Drain-Schichten 4, um die Betriebsgeschwindigkeit des MOSFETs 100 zu verbessern.
Ionenimplantieren von Stickstoff, Germanium oder Argon in die Oberfläche der Haupt-Source/Drain-Schichten 4, um ein amorphes Silizium in der Oberfläche der Haupt-Source/Drain-Schichten 4 zu bilden, Bilden eines refraktären Metallfilms aus Kobalt, Titan etc. auf der gesamten Oberfläche und Anwenden einer Hochtemperaturbehandlung, um eine Silizidation durchzuführen, zur Bildung von Metallsilizid in dem Bereich, wo die freige legte Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 und der refraktäre Metallfilm in Kontakt stehen. Die Bildung des Metallsilizids reduziert den Widerstand der Haupt-Source/Drain-Schichten 4, um die Betriebsgeschwindigkeit des MOSFETs 100 zu verbessern.
Wie oben beschrieben, sind die Deuteriumatome schwerer als
Wasserstoffatome, so daß sie langsamer als Wasserstoffatome
von dem Siliziumnitridfilm zu der Siliziumoxid/Siliziumsub
strat-Grenzfläche driften oder diffundieren. Entsprechend
verlangsamt das Vorhandensein von Deuterium in dem Silizium
nitridfilm des ON-Films die Grenzflächenzustandsbildung,
selbst wenn Spannung angelegt wird. Die Zuverlässigkeit des
MOSFETs kann folglich verbessert werden.
Ferner ist die Bindungsenergie zwischen Deuteriumatomen und
Siliziumatomen größer als zwischen Wasserstoffatomen und Sili
ziumatomen, so daß die Deuteriumatome weniger anfällig sind
für Dissoziation von Siliziumatomen aufgrund heißer Ladungs
träger (hot carrier-induzierte Dissoziation). Das Vorhanden
sein von Deuterium in dem Siliziumoxidfilm des ON-Films
unterdrückt die hot carrier-induzierte Dissoziation bei einer
Spannung, wodurch die hot carrier-Widerstandsfähigkeit bei
Spannung verbessert wird. Dies verlängert die Lebenszeit des
MOSFETs und verbessert die Zuverlässigkeit.
Während eine ON-Filmstruktur, bei der nur der Siliziumnitrid
film oder nur der Siliziumoxidfilm Deuterium enthält, die
Wirkung der Verbesserung der Zuverlässigkeit des MOSFETs
verbessert, wie oben erklärt, stellt ein ON-Film, bei dem
beide Filme Deuterium enthalten, wie der in Fig. 8 gezeigte
MOSFET, eine verbesserte Wirkung bereit.
Obwohl das zweite, bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Struktur
zeigt, bei der ein ON-Film mit Deuterium als ein Gateisola
tionsfilm verwendet wird, kann anstelle des Siliziumoxidfilms
in dem ON-Film ein Siliziumoxinitridfilm (SiON) verwendet
werden.
Chemische Reaktionen, die verwendet werden, um den Silizium
oxinitridfilm zu bilden, der Deuterium enthält, sind durch die
Formeln (8) bis (11) ausgedrückt:
2 ND3(g) + 2 Si(s) + O2(g) → 2 SiON(s) + 3 D2(g) (8),
2 ND3(g) + 2 Si(s) + 2 D2O(g) → 2 SiON(s) + 5 D2(g) (9),
2 NH3(g) + 2 Si(s) + 2 D2O(g) → 2 SiON(s) + 2 D2(g) + 3 H2(g) (10),
2 ND3(g) + 2 Si(s) + 2 H2O(g) → 2 SiON(s) + 3 D2(g) + 2 H2(g) (11).
Er kann gebildet werden, indem ein Gas in einen Reaktionsofen
aus einer Quarzröhre eingeführt wird, das durch Erwärmen und
Verdampfen von D2O oder verdampftem ND3 erzeugt wird, um ein
Siliziumsubstrat zu oxidieren.
Ein Siliziumoxinitridfilm ist besser als ein Siliziumoxidfilm,
da Stickstoffatome lose Bindungen von Siliziumatomen in dem
Film terminieren. Da die Si-N-Bindungsenergie größer ist als
die Si-H-Bindungsenergie, brechen die Bindungen aufgrund von
heißen Ladungsträgern (hot carriers) weniger leicht auf. Fer
ner verlangsamen die Stickstoffatome in dem Film das Driften
oder die thermische Diffusion von Wasserstoffatomen, wodurch
die hot carrier-Widerstandsfähigkeit verbessert wird.
Als ein herkömmliches Verfahren zur Bildung des Siliziumoxi
nitridfilms wird ein Gas, das durch Verdünnung von NO oder
N2O-Gas mit Sauerstoffgas erhalten wird, in einen Reaktions
ofen eingeführt, der aus einer Quarzröhre gebildet ist, um ein
Siliziumsubstrat zu oxidieren.
Ferner kann ein Mehrschichtfilm anstelle des ON-Films, der
Deuterium enthält, verwendet werden, in dem ein Siliziumoxi
nitridfilm, der Deuterium enthält, auf einem Siliziumoxidfilm,
der Deuterium enthält, gebildet ist.
Im folgenden wird ein drittes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben, bei dem ein Mantelisolationsfilm,
der Deuterium enthält, verwendet wird, um den Gateisolations
film, die Gateelektrode und den Siliziumnitridfilm zu be
decken.
Fig. 20 zeigt die Struktur eines MOSFETs 200 mit einem Mantel
isolationsfilm 162, der Deuterium enthält. In Fig. 20 sind
gleiche Komponenten des MOSFETs 100, die unter Bezugnahme auf
Fig. 8 erklärt wurden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen
und werden nicht erneut beschrieben.
Wie in Fig. 20 gezeigt, enthält der MOSFET 200 einen Gateiso
lationsfilm, bestehend aus einem Zweischichtfilm aus einem Si
liziumoxidfilm 100, der Deuterium enthält, und einem Silizium
nitridfilm 121, der Deuterium enthält, eine Gateelektrode be
stehend aus einem Dreischichtfilm mit einem dotierten Polysi
liziumfilm 13, einer Barrieremetallschicht 14 und einem Me
tallfilm 15, die in dieser Reihenfolge auf dem Siliziumnitrid
film 121 bereitgestellt sind, und einen Mantelisolationsfilm
162, der Deuterium enthält, und den Siliziumnitridfilm 18
bedeckt, der auf der Gateelektrode bereitgestellt ist.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des MOSFETs
200 beschrieben. Im Grunde ist das Verfahren das gleiche, wie
bei dem Herstellungsverfahren für den MOSFET 100, das unter
Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 19 beschrieben wurde. Im fol
genden wird nur der Schritt zur Bildung des Mantelisolations
films 162 beschrieben, da der einzige Unterschied in der Bil
dung des Mantelisolationsfilms 162 liegt.
Nach der Bildung der Taschenschichten 5 und Erweiterungs
schichten 6, wie unter Bezugnahme auf Fig. 16 erklärt, wird
der Mantelisolationsfilm 162 auf dem gesamten Siliziumsubstrat
1 gebildet, ähnlich wie der Mantelisolationsfilm 161A, wie in
Fig. 17 gezeigt.
Die Hauptaufgabe der Bildung des Mantelisolationsfilms 162
liegt darin, die Ätzschäden zu reparieren, die bei dem Schritt
des anisotropen Ätzens in der Siliziumsubstratoberfläche ge
bildet werden.
Verfahren zur Bildung des Mantelisolationsfilms 162 umfassen
zwei Verfahren:
A) Aufbringen eines Siliziumoxidfilms, eines TEOS-Oxidfilms (Tetraethylorthosilicate: Si(OC2H5)4) oder eines HDP(High Densitiy Plasma)-Oxidfilms mittels CVD und
B) Bil dung eines Oxidfilms durch thermische Behandlung in einer Oxi dationsatmosphäre.
Die zwei Verfahren werden nun beschrieben.
A) Aufbringen eines Siliziumoxidfilms, eines TEOS-Oxidfilms (Tetraethylorthosilicate: Si(OC2H5)4) oder eines HDP(High Densitiy Plasma)-Oxidfilms mittels CVD und
B) Bil dung eines Oxidfilms durch thermische Behandlung in einer Oxi dationsatmosphäre.
Die zwei Verfahren werden nun beschrieben.
Eine chemische Reaktion, die verwendet wird, um den Silizum
oxidfilm unter Verwendung von CVD zu bilden, ist durch Formel
(12) gezeigt:
SiCl2D2(g) + 2 N2O(g) → SiO2 (s) + Nebenprodukte(g) (12).
Diese Reaktion ist dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium
oxidfilm mit einer LPCVD-Vorrichtung gebildet wird, unter Ver
wendung eines SiCl2D2 als Sourcegas (Quellengas), anstelle von
SiCl2H2 (DCS: Dichlorsilan). Folglich wird ein Teil der Deute
riumatome, die in dem SiCl2D2 enthalten sind, während der Reak
tion in den Siliziumoxidfilm übernommen. Ferner werden während
der Reaktion Organosiliziumverbindungen gebildet, genauso wie
ein Siliziumoxidfilm, die als Nebenprodukte gezeigt sind. Dies
gilt auch für andere Reaktionen, die durch unten genannte For
meln beschrieben sind.
Für ein Verfahren zur Bildung von SiCl2D2 kann er unter Verwen
dung der chemischen Reaktion gebildet werden, die durch die
Formel (13) ausgedrückt wird:
Si(s) + 2 DCl(g) → SiCl2D2 (13).
Eine chemische Reaktion, die verwendet wird, um den Silizium
oxidfilm unter Verwendung von CVD zu bilden, ist durch die
Formel (14) gezeigt:
Si(OC2D5)4(l) → SiO2(s) + Nebenprodukte(g) (14).
Diese Reaktion ist dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium
oxidfilm mit einem LPCVD-Gerät gebildet wird, unter Verwendung
von Deuterium TEOS als Sourcegas (im folgenden auch als Quel
lengas bezeichnet), bei dem Wasserstoff in TEOS durch Deute
rium ersetzt wurde. Folglich wird ein Teil der Deuteriumatome,
die in dem Deuterium TEOS enthalten sind, in den Siliziumoxid
film während der Reaktion übernommen.
Als Beispiel für ein Verfahren zur Bildung des Deuterium TEOS
kann es unter Verwendung der chemischen Reaktion gebildet wer
den, die durch die Formel (15) ausgedrückt wird:
SiCl4(g) + 4 C2D5OD(g) → Si(OCD5)4(l) + 4 DCl(g) (15).
Eine chemische Reaktion, die verwendet wird, um einen HDP-Si
liziumoxidfilm zu bilden unter Verwendung von CVD, wird durch
die Formel (16) ausgedrückt:
Si(OC2D5)4(l) + O2(g) → SiO2(s) + Nebenprodukte(g) (16).
Diese Reaktion ist dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium
oxidfilm mit einem PECVD-Gerät gebildet wird, unter Verwendung
von Deuterium TEOS als Quellengas, indem Wasserstoff in TEOS
durch Deuterium ersetzt ist.
Bei dem PECVD-Verfahren wird eine Spannung (Hochfrequenzspan
nung) zwischen den Elektroden angelegt, bei einem geringen
Druck in einer Reaktionskammer, um ein Plasma zu erzeugen, und
um die CVD-Reaktion mit dem Plasma durchzuführen. Das Vorhan
densein von Plasma bringt das TEOS dazu, direkt mit Sauerstoff
zu reagieren, um einen hochdichten Siliziumoxidfilm zu bilden.
Der HDP-Siliziumoxidfilm kann ebenfalls unter Verwendung der
Reaktionen gebildet werden, die durch die Gleichungen (17) und
(18) ausgedrückt sind:
SiD4(g) + 2 N2O(g) → SiO2(s) + 2 D2 + 2 N2 (17),
SiD4(g) + O2(g) → SiO2(s) + 2 D2 (18).
Diese Reaktionen sind dadurch gekennzeichnet, daß der Sili
ziumoxidfilm durch eine PECVD-Vorrichtung gebildet wird, unter
Verwendung von Deuteriumsilan (SiD4) als Quellengas, bei dem
Wasserstoff in SiH4(Silan) durch Deuterium ersetzt ist. Ein
Teil der in dem Deuteriumsilan enthaltenen Deuteriumatome wird
während der Reaktion in den Siliziumoxidfilm aufgenommen.
Zuerst wird das gesamte Siliziumsubstrat 1 mittels RTA in
einer Atmosphäre aus Stickstoff verarbeitet, um die Ätzschäden
zu reparieren, die durch anisotropes Ätzen während der Bildung
der Gateelektrode erzeugt werden. Während dieses Prozesses
werden die freigelegte Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 und
die Seiten der Gateelektrode ebenfalls einer Nitridation un
terzogen.
Da der dotierte Polysiliziumfilm 13 der Gateelektrode leicht
oxidiert, wird die Nitridation auf seine Seitenfläche angewen
det, um Oxidation zu unterdrücken. Als nächstes erfolgt eine
thermische Behandlung in einer Oxidationsatmosphäre, z. B. um
die freigelegte Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 zu oxi
dieren zur Bildung eines Siliziumoxidfilms. Bei diesem Prozeß
wird die Ätzbeschädigung in den Siliziumoxidfilm aufgenommen
und entfernt. Da die Oxidation auf das Siliziumsubstrat 1 an
gewendet wird, deren Oberfläche in einem vorherigen Schritt
einer Nitridation unterzogen wurde, enthält der Siliziumoxid
film Stickstoffatome.
Die Oxidationsatmosphäre kann z. B. eine D2O-Atmosphäre sein.
Die Oxidationsreaktion in diesem Fall wird durch die Formel
(19) ausgedrückt:
Si(s) + 2 D2O(g) → SiO2(s) + 2 D2(g) (19).
Ein Siliziumoxinitridfilm, der Deuteriumatome enthält, kann
anstelle des Siliziumoxidfilms gebildet werden. In diesem Fall
kann die Bildung unter Verwendung der Reaktionen erfolgen, die
durch die Formeln (8) bis (11) ausgedrückt sind.
Es ist überflüssig zu erwähnen, daß ein Gateisolationsfilm,
bestehend aus einem Zweischichtfilm aus Deuterium enthaltendem
Siliziumoxidfilm und Deuterium enthaltendem Siliziumoxinitrid
film, oder ein Gateisolationsfilm,bestehend aus einem Zwei
schichtfilm aus Deuterium enthaltendem Siliziumoxinitridfilm
und Deuterium enthaltendem Siliziumnitridfilm, wie bei dem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel erklärt, verwendet
werden können anstelle des Gateisolationsfilms, der aus dem
Zweischichtfilm aufgebaut ist, bestehend aus Deuterium enthal
tendem Siliziumoxidfilm 111 und Deuterium enthaltendem Sili
ziumnitridfilm 121.
Die Bildung des Siliziumnitridfilms kann unter Verwendung der
chemischen Reaktionen erreicht werden, die durch die Formeln
(20) und (21) ausgedrückt werden, anstelle der Formeln (1) und
(2):
3 SiO2(s) + 4 N*(g) → Si3N4(s) + 3 O2(g) (20),
2 SiO2(s) + 2 N*(g) → 2 SiON(s) (21).
Bei dem durch Formel (20) gezeigten Verfahren wird ein Sili
ziumoxidfilm auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats
gebildet und eine Nitridation mit Stickstoffatomradikalen
(N*) auf die Oberfläche des Siliziumoxidfilms angewendet, um
einen ON-Film, bestehend aus einem Zweischichtfilm aus
Si3N4/SiO2 zu bilden. Mit Formel (21) wird ein Zweischichtfilm
aus SiON/SiO2 gebildet.
Bei jedem der Deuterium enthaltenden Siliziumoxidfilme, die
durch die oben beschriebenen Verfahren gebildet werden,
schließen sich die Deuteriumatome im Film an die losen Bin
dungen von Siliziumatomen in dem Film an und terminieren
diese, oder sie schließen sich an lose Bindungen von Sili
ziumatomen an der Siliziumoxidfilm/Siliziumsubstrat-Grenz
fläche an und terminieren diese losen Bindungen, was eine
Reduzierung der Störstellendichte und Grenzflächenzustands
dichte zur Folge hat.
Die Verwendung des Deuterium enthaltenden Siliziumoxidfilms,
der lose Bindungen reduzieren kann, ist deshalb wünschenswert,
da der Gateisolationsfilm nicht beeinträchtigt wird, da der
Mantelisolationsfilm 162 teilweise benachbart zum Gateisola
tionsfilm ist.
In den MOSFETS 100 und 200, wie in Fig. 8 und in Fig. 20 ge
zeigt, ist der Gateisolationsfilm, also der Deuterium enthal
tende Siliziumoxidfilm 111 und der Deuterium enthaltende Sili
ziumnitridfilm 121, korrespondierend zur gemusterten Form der
Gateelektrode, gemustert gebildet, und die Mantelisolations
filme 161 und 162 sind mit den Seiten des Gateisolationsfilms
in Kontakt. Die Struktur kann jedoch auch wie bei dem MOSFET
300, wie in Fig. 21 gezeigt, gebildet sein.
Bei dem in Fig. 21 gezeigten MOSFET 300 erstrecken sich der
Siliziumoxidfilm 111, der Deuterium enthält, und der Silizium
nitridfilm 121, der Deuterium enthält, ebenfalls unter dem
Seitenwandisolationsfilm 17, und der Mantelisolationsfilm 162
erstreckt sich zwischen dem Seitenwandisolationsfilm 17 und
dem Siliziumnitridfilm 121.
Bei dieser Struktur sind der Mantelisolationsfilm 162 und der
Gateisolationsfilm in einem großen Bereich miteinander in Kon
takt, so daß der Mantelisolationsfilm 162, der aus dem Sili
ziumoxidfilm gebildet ist, das Deuterium enthält, wünschens
werter ist, da der Gateisolationsfilm nicht beeinträchtigt
wird.
Obwohl Fig. 21 eine Struktur zeigt, bei der ein anisotropes
Ätzen der Gateelektrode auf dem Siliziumnitridfilm 121 ge
stoppt wird, wird der Siliziumnitridfilm 121 eigentlich
überätzt.
Die oben beschriebenen ersten bis dritten, bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiele der Erfindung haben Anwendungen der Erfindung
für MOSFETs gezeigt. Die Erfindung kann jedoch ebenfalls an
gewendet werden für EEPROMs (Electrically Erasable Programm
able Read Only Memories), LDMOSFETs (Lateral Diffusion
MOSFETs) und DTMOSFETs (Dynamic Threshold MOSFETs).
Obwohl die oben beschriebenen ersten bis dritten, bevorzugten
Ausführungsbeispiele in erster Linie Strukturen erklären, die
einen ON-Film als Gateisolationsfilm verwenden, kann ebenso
ein ONO(Oxid-Nitrid-Oxid)-Film, ein SiO2/SiON-Film, ein
SiO2/SiON/SiO2-Film, und ein SiN/SiON-Film verwendet werden,
wobei ihre Filmdicken für individuelle Funktionsblöcke ange
paßt werden können, oder es kann Deuterium in den Filmen ent
halten sein.
Obwohl ein Siliziumoxidfilm, der Deuterium enthält, oder ein
Siliziumoxinitridfilm, der Deuterium enthält, als Beispiele
für den Mantelisolationsfilm 162 in dem dritten bevorzugten
Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, können die Effekte des
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels auch mit Strukturen
erhalten werden, bei denen der Mantelisolationsfilm 162 aus
einem Mehrschichtfilm besteht, aus einem ONO-Film, SiO2/SiON-
Film, SiO2/SiON/SiO2-Film, SiON/SiN-Film, etc., wobei in jeder
der Schichten Deuterium enthalten sein kann.
Obwohl das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel Strukturen
zeigt, die einen Deuterium enthaltenden ON-Film als Gateisola
tionsfilm verwenden, können die Funktionen und Wirkungen der
Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel auch erhalten werden, wenn der Siliziumnitrid
film des ON-Films eine reduzierte Menge an Wasserstoffatomen
enthält.
Bei der chemischen Reaktion, ausgedrückt durch Formel (1), die
unter Bezugnahme auf Fig. 48 erklärt w 29290 00070 552 001000280000000200012000285912917900040 0002010115489 00004 29171urde, wird der Anteil
von Wasserstoffatomen in dem Siliziumnitridfilm größer mit der
Zunahme des Partialdrucks von Ammonium in dem Quellengas.
Entsprechend kann der Anteil an Wasserstoffatomen reduziert
werden, indem der Siliziumnitridfilm, unter Verwendung der
chemischen Reaktion, die durch Formel (2) ausgedrückt ist, ge
bildet wird.
Das Reduzieren des Wasserstoffatomanteils reduziert die Menge
an Grenzflächenzuständen und festen Ladungen, die aufgrund von
Drift oder thermischer Diffusion von Wasserstoffatomen in dem
ON-Film gebildet werden, wodurch die hot carrier-Widerstands
fähigkeit verbessert wird.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 22 bis 32 ein
fünftes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung be
schrieben.
Fig. 22 zeigt ein Diagramm des charakteristischen Teils einer
Halbleitervorrichtung gemäß dem fünften bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel. Wie in Fig. 22 gezeigt, ist ein STI-Film 50 in
der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 51 gebildet. An den
oberen Rändern des STI-Films 50 bildet ein Innenwandoxidfilm
58 leicht angehobene Ränder auf der Hauptfläche des Silizium
substrats 51, und ein Rand steht in Gatebreitenrichtung einer
MOSFET-Gateelektrode 64 in Eingriff mit dem Rand des Innen
wandoxidfilms 58.
Der STI-Film 50 enthält einen Graben 57, der in der Oberfläche
des Siliziumsubstrats 51 gebildet ist, einen Innenwandoxidfilm
58, der auf seinen Innenwänden gebildet ist, und einen vergra
benen Isolationsfilm 61, der in dem Graben 57 vergraben ist.
Fig. 22 zeigt eine Querschnittsansicht in Breitenrichtung der
Gateelektrode 64, wo ein Gateisolationsfilm 63 zwischen der
Gateelektrode 64 und dem Siliziumsubstrat 51 gebildet ist.
Der derart aufgebaute STI-Film 50 ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenwandoxidfilm 58 und der vergrabene Isolationsfilm
61 Deuterium enthalten.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 23 bis 30, die
Herstellungsschritte in der Reihenfolge zeigen, ein Verfahren
zur Bildung des STI-Films 50 beschrieben.
Bei dem in Fig. 23 gezeigten Prozess wird zuerst das
Siliziumsubstrat 51 vorbereitet und ein Siliziumoxidfilm 52,
ein Polysiliziumfilm (oder amorpher Siliziumfilm) 53 und ein
Siliziumnitridfilm 54 in dieser Reihenfolge auf das
Siliziumsubstrat 51 aufgebracht.
Der Siliziumoxidfilm 52 ist ein Film zur Ermöglichung von
Teiloxidation des Innenwandoxidfilms 58, und der
Polysiliziumfilm 53 ist ein Film zur Linderung von Spannung,
die um den Vogelschnäbeln des Siliziumoxidfilms herum
auftreten, die durch nachfolgende Verarbeitung gebildet
werden.
Bei dem in Fig. 24 gezeigten Schritt wird der
Siliziumnitridfilm 54 gemustert, indem eine Resistmaske 55
verwendet wird, die durch einen Transferprozeß gebildet wird,
um eine Öffnung OP zu bilden, die den Polysiliziumfilm 53
erreicht. Das Öffnungsmuster der Resistmaske 55 ist
korrespondierend zu dem Muster des Grabens, der in dem
Siliziumsubstrat 51 gebildet ist.
Nach Entfernen der Resistmaske 55 wird als nächstes, wie in
Fig. 25 gezeigt, das Siliziumsubstrat 51 anisotrop geätzt,
indem der Siliziumnitridfilm 54 als Hartmaske verwendet wird,
um den Graben 57 zu bilden. Bei diesem Schritt setzt die
Öffnung des Grabens 57 die Öffnung 56b in dem Siliziumoxid 52
und die Öffnung 56a in dem Polysiliziumfilm 53 fort.
Als nächstes wird, wie in Fig. 26 gezeigt, eine Oxidation oder
Oxinitridation für die Innenwand des Grabens 57 durchgeführt,
um den Innenwandoxidfilm 58 aus Siliziumoxidfilm oder
Siliziumoxinitridfilm zu bilden.
Der Innenwandoxidfilm 58 kann gebildet werden, indem die che
mischen Reaktionen verwendet werden, die durch die Formeln (7)
bis (12), (14), (16) bis (19) ausgedrückt sind; der Silizium
oxidfilm oder Siliziumoxinitridfilm, der durch diese chemi
schen Reaktionen erhalten wird, enthält Deuterium.
Wie in Fig. 26 gezeigt, ist der Innenwandoxidfilm 58 nicht nur
auf der Innenwand des Grabens 57 (vgl. Fig. 25) gebildet,
sondern auch an der Öffnung 56b des Siliziumoxidfilms 52 (vgl.
Fig. 25) und an der Öffnung 56a des Polysiliziumfilms 53 (vgl.
Fig. 25); speziell wird die Oxidation an der Öffnung 56b des
Siliziumoxidfilms 52 ermöglicht, um Vogelschnäbel ("bird
beaks") 59 mit einer zunehmenden Dicke zu bilden. In Fig. 26
ist ein Teil 60 gezeigt, der durch den Vogelschnabel 59
verdickt ist.
Obwohl nicht gezeigt, kann ein Siliziumnitridfilm, der Deu
terium enthält, bereitgestellt werden, um den Innenwand
oxidfilm 58 zu bedecken. Der Siliziumnitridfilm kann gebildet
werden, indem die chemischen Reaktionen verwendet werden, die
durch die Formeln (3) bis (6) ausgedrückt sind.
Wie in Fig. 27 gezeigt, wird als nächstes der Graben 57 mit
dem vergrabenen Isolationsfilm 61 gefüllt, der z. B. aus einem
Siliziumoxidfilm, einem Siliziumoxinitridfilm, einem TEOS-
Film, einem HDP-Siliziumoxidfilm etc. aufgebaut ist.
Der vergrabene Isolationsfilm 61 kann gebildet werden, indem
die chemischen Reaktionen verwendet werden, die durch die
Formeln (7) bis (12), (14), (16) bis (19) ausgedrückt sind;
die Isolationsfilme, die durch diese chemischen Reaktionen
erhalten werden, enthalten Deuterium.
Als nächstes erfolgt eine thermische Verarbeitung in einer
Atmosphäre aus Deuterium, Argon oder Stickstoff. Diese ther
mische Verarbeitung wird durchgeführt, um den vergrabenen
Isolationsfilm 61 zu verdichten und Spannungen um den STI-Film
50 abzubauen (zu lindern), indem ein zähflüssiger Isolations
film 61 verwendet wird.
Ein Isolationsfilm, der Deuterium enthält, ist wirkungsvoll
zur Reduzierung von Spannungen, da er um so weicher wird, je
mehr Menge an Deuterium enthalten ist.
Da Deuteriumatome in dem Isolationsfilm sich mit den Silizium
atomen stärker binden als Wasserstoffatome, verflüchtigt sich
nur eine geringe Menge von Deuteriumatomen, selbst bei einer
thermischen Verarbeitung bei hohen Temperaturen von ungefähr
800°C bis 1200°C. Die Verflüchtigung von Deuteriumatomen
kann weiter unterdrückt werden, indem der thermische Prozeß in
einer Deuteriumatmosphäre oder in einer Niedertemperatur-Hoch
druckatmosphäre durchgeführt wird.
Wie in Fig. 28 gezeigt, erfolgt als nächstes eine Planarisie
rung der oberen Oberfläche des vergrabenen Isolationsfilms 61
mittels CMP (chemisch-mechanisches Polieren), unter Verwendung
des Siliziumnitridfilms 54 als Stopper.
Wie in Fig. 29 gezeigt, werden der Siliziumnitridfilm 54 und
der Polysiliziumfilm 53 mittels Ätzen entfernt. Bei diesem
Schritt verbleibt ein unerwünschter Teil des vergrabenen
Isolationsfilms 61 in dem Teil, der von dem Siliziumnitridfilm
54 und dem Polysiliziumfilm 53 umgeben war.
Wie in Fig. 30 gezeigt, wird der unerwünschte Teil des ver
grabenen Isolationsfilms 61 weggeätzt, um den STI-Film 50 zu
bilden. Bei diesem Prozeß werden der Siliziumoxidfilm 52 und
ein Teil des Innenwandoxidfilms 58 um den unerwünschten Teil
des vergrabenen Isolationsfilms 61 herum ebenfalls entfernt,
und die Ränder des Innenwandoxidfilms 58, die durch die Vogel
schnäbel 59 verdickt sind, verbleiben als runde Vorsprünge auf
den oberen Rändern des vergrabenen Isolationsfilms 61.
Abschließend wird der Gateisolationsfilm 63 auf dem Silizium
substrat 51 gebildet, und die Gateelektrode 64 wird auf dem
Gateisolationsfilm 63, um die in Fig. 22 gezeigte Struktur zu
erhalten.
Fig. 31 zeigt eine Vergrößerung der Struktur um einen oberen
Rand des STI-Films 50 aus Fig. 22 herum. Wie in Fig. 31 ge
zeigt, wird in dem STI-Film 50, mit dem die Gateelektrode 64
in Eingriff steht, wenn Grenzflächenzustände und Störstellen
z. B. durch heiße Ladungsträger (hot carriers) an der Grenz
fläche zwischen dem Innenwandoxidfilm 58 und dem Silizium
substrat 51 gebildet werden, die Stromtreibbarkeit des MOSFET
mit der Gateelektrode 64 reduziert, wie im Falle eines Gate
isolationsfilms.
Wenn jedoch Deuterium in dem Innenwandoxidfilm 58 des STI-
Films 50 enthalten ist, terminiert das Deuterium lose Bin
dungen in dem Innenwandoxidfilm 58, wodurch die hot carrier-
Widerstandsfähigkeit verbessert und folglich die Zuver
lässigkeit erhöht werden.
Die Verwendung des STI-Films 50 mit dem vergrabenen Isola
tionsfilm 61, der Deuterium enthält, verhindert, daß Deuterium
in dem Innenwandoxidfilm 58 sich in einer nachfolgenden,
thermischen Verarbeitung verflüchtigt.
Es ist überflüssig zu erwähnen, daß der STI-Film 50 verwendet
werden kann, um eine aktive Region zu definieren, wo ein
MOSFET mit einem Mehrschichtgateisolationsfilm gebildet werden
kann, der Deuteriumatome enthält, wie bei dem ersten bis
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel erklärt.
In der oben beschriebenen Struktur werden der Siliziumoxidfilm
52 und der Polysiliziumfilm 53 in dem in Fig. 23 gezeigten
Prozeß auf dem Siliziumsubstrat 51 gebildet. Der Polysilizium
film 53 ist eine Verbundkomponente, die notwendig ist, damit
der Innenwandoxidfilm 58 als Ränder zurückbleibt, die durch
Vogelschnäbel 59 an den oberen Rändern des vergrabenen Isola
tionsfilms 61 verdickt und angehoben sind, bei dem Prozeß des
Wegätzens des unerwünschten Teils des vergrabenen Isolations
films 61, bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 30 erklärten
Schritt.
Fig. 32 zeigt eine Darstellung des STI-Films 50, der ohne
Bildung des Polysiliziumfilms 53 gebildet ist, wobei der
Innenwandoxidfilm 58 an den oberen Rändern des vergrabenen
Isolationsfilms 61 einen Zahnbereich DP aufweist.
Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß der Innenwandoxidfilm
58 um den unerwünschten Teil des vergrabenen Isolationsfilms
61 tiefer gebildet wurde (vgl. Fig. 29), aufgrund des Fehlens
des Polysiliziums 53, und der Innenwandoxidfilm 58 übermäßig
weggeätzt wurde.
Die Bildung des Zahnbereich DP an den oberen Rändern des
Innenwandoxidfilms 58 ist aus folgendem Grund unerwünscht. Der
Rand in Gatebreitenrichtung der Gateelektrode 64, der gebildet
ist, um mit diesem Teil in Eingriff zu stehen, ist ebenfalls
verzahnt, und das elektrische Feld konzentriert sich dann auf
diesen Teil, was zur Folge hat, daß sich der MOSFET bei einer
niedrigeren Spannung als der vorgesehenen Schwellenwertspan
nung einschaltet (Reverse Narrow Channel-Effect). Der Poly
siliziumfilm 53 dient dazu, diesen Effekt zu vermeiden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 33 bis 42 ein
sechstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung be
schrieben.
Fig. 33 zeigt eine Querschnittsansicht der Struktur eines SOI-
Subtrats SB1 gemäß dem sechsten, bevorzugten Ausführungsbei
spiel.
Das SOI-Substrat SB1 enthält einen vergrabenen Isolationsfilm
BX1 als BOX(Buried Oxide)-Film und eine SOI-Schicht 74, die
auf dem Siliziumsubstrat 81 mehrgeschichtet ist. Diese Struk
tur ist dadurch gekennzeichnet, daß Deuterium in dem vergrabe
nen Isolationsfilm BX1 enthalten ist, sowie an den Grenzflä
chen zwischen dem vergrabenen Isolationsfilm BX1 und benach
barten Schichten.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 34 bis 37, die
Prozeßschritte der Reihe nach zeigen, ein Herstellungsverfah
ren des SOI-Substrats SB1 beschrieben.
Wie in Fig. 34 gezeigt, wird zuerst ein Siliziumsubstrat 71
präpariert und dessen Hauptoberfläche gereinigt. Der Silizium
oxidfilm 72, der Deuterium enthält, wird dann gebildet, indem
z. B. die Reaktion verwendet wird, die durch Formel (7) ausge
drückt ist.
Wie in Fig. 35 gezeigt, werden als nächstes Wasserstoffionen
oder Deuteriumionen von oben in den Siliziumoxidfilm 72 im
plantiert, um eine implantierte Schicht 73 zu bilden. Die
Dosis liegt etwa bei 1 × 1016 bis 1 × 1017/cm2. Die Implantierungs
energie wird festgelegt, so daß die Summe der Filmdicke des
Siliziumoxidfilms 72 und die des Teils, der die SOI-Schicht 74
später bildet, ungefähr mit der Spitzenposition der implan
tierten Ionenkonzentrationsverteilung korrespondiert. In Fig.
35 ist die Region, wo die Konzentration von Wasserstoff oder
Deuteriumatomen die Spitze (Peak) erreicht, als implantierte
Schicht 73 gezeigt.
Die Bindung zwischen Siliziumatomen und Deuteriumatomen ist
stärker als zwischen Siliziumatomen und Wasserstoffatomen.
Folglich ist das Implantieren von Deuteriumionen wünschens
werter, um die Separation des Substrats im Substratsepara
tionsprozeß zu ermöglichen, wie später unter Bezugnahme auf
Fig. 37 gezeigt.
Wie in Fig. 36 gezeigt, wird als nächstes das Siliziumsubstrat
81 präpariert und dessen Hauptoberfläche gereinigt und dann
der Siliziumoxidfilm 82 gebildet. Wie in Fig. 36 gezeigt,
werden dann das Siliziumsubstrat 81 und das Siliziumsubstrat
71 bei Raumtemperatur kombiniert, so daß der Siliziumoxidfilm
82 in der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 81 und der
Siliziumoxidfilm 72 in der Hauptoberfläche des Siliziumsub
strats 71 aneinander angrenzen.
Wie in Fig. 37 gezeigt, wird als nächstes zweimal eine Wärme
behandlung für die Siliziumsubstrate 71 und 81 durchgeführt,
die miteinander verbunden sind.
Der erste thermische Prozeß wird bei 400°C bis 600°C durch
geführt, wo das Siliziumsubstrat 71 und die implantierte
Schicht 73 von der gebundenen Struktur der Siliziumsubstrate
71 und 81 entlang der implantierten Schicht 73, die Wasser
stoff oder Deuterium enthält, separiert werden.
Die implantierte Schicht 73 wird amorphes Silizium, da Wasser
stoffatome oder Deuteriumatome stark darin implantiert sind,
und lose Bindungen von Siliziumatomen werden durch Wasser
stoffatome oder Deuteriumatome terminiert. Andererseits ist
die Bindung zwischen Siliziumatomen an der Grenzfläche der
implantierten Schicht 73 und der SOI-Schicht 74 schwach.
Folglich wird die Struktur entlang der implantierten Schicht
73 separiert.
Als ein Ergebnis verbleibt die Einzelkristallsiliziumschicht
auf der oberen Oberfläche der implantierten Schicht 73 über
der Hauptfläche des Siliziumsubstrats 81 als die SOI-Schicht
74, und die Siliziumoxidfilme 72 und 82 bilden den vergrabenen
Isolationsfilm BX1, wodurch das SOI-Substrat SB1 gebildet ist.
Der zweite thermische Prozeß wird bei einer Temperatur von
etwas 1100°C durchgeführt, um die chemischen Bindungen in dem
SOI-Substrat SB1 zu stärken.
Die Oberfläche des SOI-Substrats SB1 weist unmittelbar nach
dem zweiten thermischen Prozeß eine Mikroaufrauhung von etwa
10 nm auf. Entsprechend wird das Substrat poliert, um die
Mikroaufrauhung bis auf 0,15 nm oder weniger zu reduzieren, um
das unter Bezugnahme auf Fig. 33 erklärte SOI-Substrat SB1 zu
komplettieren.
Wie oben erklärt, verwendet das SOI-Substrat gemäß dem
sechsten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung das
SOI-Substrat SB1, das Deuterium in dem vergrabenen Isola
tionsfilm BX1 und an den Grenzflächen zwischen dem vergrabenen
Isolationsfilm BX1 und benachbarten Schichten enthält. Da die
Bindungsenergie zwischen Siliziumatomen und Deuterium in dem
vergrabenen Isolationsfilm BX1 größer ist als die Bindungs
energie zwischen Siliziumatomen und Wasserstoffatomen, ist es
weniger wahrscheinlich, daß sich Grenzflächenzustände und
feste Zustände bilden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der
Halbleitervorrichtung, die auf dem SOI-Substrat SB1 gebildet
wird.
Der Siliziumoxidfilm 82 ist nicht wesentlich, und es ist nicht
von Bedeutung, ob Deuterium in dem Siliziumoxidfilm 82 ent
halten ist. Die Funktionen und Wirkungen der Erfindung können
so lange erhalten werden, solange der Siliziumoxidfilm 72
benachbart zu der SOI-Schicht 74 Deuterium enthält.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Fig. 38 bis 42
Strukturen und modifizierte Beispiele dieses bevorzugten
Ausführungsbeispiels beschrieben.
In dem in Fig. 38 gezeigten SOI-Substrat SB2 bindet sich der
Siliziumoxinitridfilm (SiON) 72A an die SOI-Schicht 74, um
einen vergrabenen Isolationsfilm BX2 zu bilden. Im übrigen ist
die Struktur die gleiche, wie bei dem in Fig. 33 gezeigten SOI-
Substrat SB1.
In dem in Fig. 39 gezeigten SOI-Substrat SB3 bindet sich der
Siliziumoxinitridfilm 72A an die SOI-Schicht 74, und ein
Siliziumnitridfilm 82A ist unter dem Siliziumoxinitridfilm 72A
bereitgestellt, um einen vergrabenen Isolationsfilm BX3 zu
bilden. Im übrigen ist die Struktur die gleiche, wie die des in
Fig. 33 gezeigten SOI-Substrats SB1.
Bei dem in Fig. 40 gezeigten SOI-Substrat SB4 bindet sich der
Siliziumoxinitridfilm 72A an die SOI-Schicht 74, und ein
Siliziumoxinitridfilm 82B ist unter dem Siliziumoxinitridfilm
72A bereitgestellt, um einen vergrabenen Isolationsfilm BX4 zu
bilden. Im übrigen ist die Struktur die gleiche wie die des in
Fig. 33 gezeigten SOI-Substrats SB1.
Bei dem in Fig. 41 gezeigten SOT-Substrat SB5 ist der Sili
ziumoxinitridfilm 82A unter dem Siliziumoxidfilm 72 bereit
gestellt, benachbart zu der SOI-Schicht 74, um einen vergra
benen Isolationsfilm BX5 zu bilden. Im übrigen ist die Struk
tur die gleiche, wie die des in Fig. 33 gezeigten SOI-Substrats
SB1.
Bei dem in Fig. 42 gezeigten SOI-Substrat SB6 ist der Sili
ziumnitridfilm 82B unter dem Siliziumoxidfilm 72 benachbart zu
der SOI-Schicht 74 bereitgestellt, um einen vergrabenen Isola
tionsfilm BX6 zu bilden. Im übrigen ist die Struktur die
gleiche, wie die des in Fig. 33 gezeigten SOI-Substrats SB1.
Die oben beschriebenen SOI-Substrate SB2 bis SB6 haben an
stelle des vergrabenen Isolationsfilms BX einen Mehrschicht
film aus Siliziumoxinitridfilm und Siliziumoxidfilm, einen
Mehrschichtfilm aus Siliziumoxinitridfilmen, einen Mehr
schichtfilm aus Siliziumoxinitridfilm und Siliziumnitridfilm,
oder einen Mehrschichtfilm aus Siliziumoxidfilm und Silizium
nitridfilm. Diese Mehrschichtfilme können gebildet werden,
indem chemische Reaktionen verwendet werden, die durch die
Formeln (1) bis (12), (14), (16) bis (19) ausgedrückt sind.
In den in den Fig. 38 bis 40 gezeigten Strukturen, bei denen
die SOI-Schicht 74 und der Siliziumoxinitridfilm 72A mitein
ander in Kontakt stehen, terminieren Stickstoffatome in dem
Siliziumoxinitridfilm 72A lose Bindungen von Silizium, die an
der Grenzfläche zwischen der SOI-Schicht 74 und dem Silizium
oxinitridfilm 72A vorhanden sind, um Grenzflächenzustände zu
reduzieren, was den Verluststrom im AUS-Zustand des MOSFET
reduziert.
Wie bereits erwähnt, wird eine reduzierte Menge an thermischer
Spannung erzeugt, aufgrund der unterschiedlichen, thermischen
Expansionskoeffizienten während des Hochtemperaturprozesses,
da der Siliziumoxinitridfilm fast den gleichen thermischen
Expansionskoeffizienten wie Silizium aufweist.
Ferner kann in der Struktur, bei der der Siliziumnitridfilm
82B unter dem Siliziumoxidfilm 72 gebildet ist, wie in Fig. 42
gezeigt, die Spannung in dem gesamten Mehrschichtfilm redu
ziert werden und somit die Druckspannung, die in dem Silizium
oxidfilm 72 auftritt, und die Zugspannung, die in dem Sili
ziumnitridfilm 82B auftritt, was die Grenzflächenzustände
reduziert, die an der Grenzfläche mit der benachbarten SOI-
Schicht 74 gebildet werden.
Die größenmäßige Ordnung der Dicke der vergrabenen Isolations
filme BX1 bis BX6 in den SOI-Substraten SB1 bis SB6 liefert
die gleichen Effekte, wie die größenmäßige Ordnung der Mehr
schichtgateisolationsfilme, wie in dem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel erklärt. Ebenfalls kann ein Doppelgate
MOSFET gebildet werden, indem der Mehrschichtisolationsfilm
als zweiter Gateisolationsfilm verwendet wird.
Es ist überflüssig zu erwähnen, daß ein MOSFET, der einen
Mehrschichtgateisolationsfilm aufweist, der Deuteriumatome
enthält, wie bei den ersten bis dritten bevorzugten Ausfüh
rungsbeispielen erklärt, auf den SOI-Substraten SB1 bis SB6
gebildet werden kann, und der STI-Film, der Deuteriumatome
enthält, wie bei dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel
erklärt, kann in der Oberfläche der SOI-Substrate SB1 bis SB6
bereitgestellt werden, um die aktive Region zu definieren.
Obwohl die oben beschriebenen SOI-Substrate gemäß dem sechsten
bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet sind,
daß mindestens der vergrabene Isolationsfilm Deuterium
enthält, reduziert die Verwendung eines Zweischichtfilms aus
Siliziumoxidfilm und Siliziumnitridfilm als vergrabener
Isolationsfilm die thermische Spannung, egal ob Deuterium in
dem vergrabenen Isolationsfilm enthalten ist oder nicht, da
der Siliziumoxidfilm Druckspannung erzeugt, wenn er erwärmt
wird, während der Siliziumnitridfilm Zugspannung erzeugt.
Folglich wird eine kleinere Menge an thermischer Spannung in
die SOI-Schicht eingeführt, als bei einem vergrabenen Isola
tionsfilm gleicher Dicke, der nur aus einem Siliziumoxidfilm
gebildet ist.
Da der Siliziumoxinitridfilm fast den gleichen thermischen
Expansionskoeffizienten wie Silizium aufweist, führt der ver
grabene Isolationsfilm aus einem Zweischichtfilm aus Silizium
oxidfilm und Siliziumoxinitridfilm eine kleinere Menge an
thermischer Spannung in die SOI-Schicht ein, als ein vergrabe
ner Isolationsfilm gleicher Dicke, der nur aus einem Silizium
oxidfilm gebildet ist.
Die Verwendung des Zweischichtfilms aus Siliziumoxidfilm und
Siliziumnitridfilm, des Zweischichtfilms aus Siliziumoxidfilm
und Siliziumoxinitridfilm, des Zweischichtfilms aus Sili
ziumnitridfilm und Siliziumoxinitridfilm oder des Zwei
schichtfilms aus Siliziumoxidfilm und Siliziumoxinitridfilm
als ein vergrabener Isolationsfilm reduziert folglich thermi
sche Spannung, selbst wenn kein Deuterium enthalten ist, und
reduziert Grenzflächenzustandsbildung an der Grenzfläche zur
benachbarten SOI-Schicht. Dies liefert den Effekt reduzierter
Störstellen, die während des Herstellungsprozesses gebildet
werden, wodurch der Verluststrom der Halbleitervorrichtung,
wie etwa eines MOSFETs, reduziert wird. Es ist überflüssig zu
erwähnen, daß Deuterium in den Filmen weiter die Zuverlässig
keit der Halbleitervorrichtung, wie etwa eines MOSFET, ver
bessert, der auf dem SOI-Substrat gebildet ist.
Der vergrabene Isolationsfilm ist nicht auf einen Zweischicht
film begrenzt; er kann ein ONO(Oxid-Nitrid-Oxid)-Film sein
oder ein Mehrschichtfilm, bestehend aus Siliziumoxidfilm
und/oder Siliziumnitridfilm und/oder Siliziumoxinitridfilm.
Fig. 49 zeigt beispielhaft eine Struktur, bei der der MOSFET
90 auf dem SOI-Substrat SB2 bereitgestellt ist, das den ver
grabenen Mehrschicht-Isolationsfilm BX2 enthält.
Wie in Fig. 49 gezeigt, enthält der MOSFET 90 einen Gateiso
lationsfilm, bestehend aus einem Zweischichtfilm aus Silizium
oxidfilm 11 und Siliziumnitridfilm 12, die in dieser Reihen
folge auf der SOI-Schicht 74 des SOI-Substrats SB2 bereitge
stellt sind, und eine Gateelektrode, bestehend aus einem
Dreischichtfilm aus dotiertem Polysiliziumfilm 13, einer
Barrieremetallschicht (WNx, TiNx, Ta, TaN etc.) 14 und einem
Metallfilm 15, die in dieser Reihenfolge auf dem Silizium
nitridfilm 12 bereitgestellt sind.
Der MOSFET 90 enthält einen Mantelisolationsfilm 16, der den
Gateisolationsfilm und die Gateelektrode bedeckt, einen
Seitenwandisolationsfilm 17, der mindestens die Seiten des
Mantelisolationsfilms 16 bedeckt, die Kanalschicht 7, die in
der Oberfläche der SOI-Schicht 74 unter der Gateelektrode
bereitgestellt ist, ein Paar von Erweiterungsschichten 6, die
sich über die Kanalschicht 7 "ansehen", Taschenschichten 5,
die in dem Paar von Erweiterungsschichten 6 bereitgestellt
sind, und das Paar von Haupt-Source/Drain-Schichten 4,
benachbart zu dem Paar von Erweiterungsschichten 6.
Die aktive Region des MOSFET 90 ist durch den STI-Film 3 de
finiert, eine Art von Isolationsfilm zur Elementisolation, und
der Boden des STI-Films 30 ist gebildet, um den vergrabenen
Isolationsfilm BX2 zu erreichen. Der erste Zwischenschichtiso
lationsfilm 21, der Isolationsfilm 22, der zweite Zwischen
schichtisolationsfilm 23 und der dritte Zwischenschichtisola
tionsfilm 24 sind über dem MOSFET 90 mehrgeschichtet.
Fig. 49 zeigt die Struktur mit Kontakten 31, die durch den
ersten Zwischenschichtisolationsfilm 21 und den Isolationsfilm
22 hindurchverlaufen, um das Paar von Haupt-Source/Drain-
Schichten 4 zu erreichen, mit der ersten Zwischenverbindungs
schicht 32, die mit einem der Kontakte 31 verbunden ist, mit
dem Kontakt 33, der durch den zweiten Zwischenschichtisola
tionsfilm 23 hindurchverläuft, um den anderen Kontakt 31 zu
erreichen, und mit der zweiten Zwischenverbindungsschicht 34,
die mit dem Kontakt 33 verbunden ist. Diese Struktur ist
lediglich ein Beispiel, und andere Strukturen sind möglich.
Die Struktur des SOI-Substrats SB2 und des vergrabenen Iso
lationsfilms BX2 werden nicht nochmals erklärt, da sie die
Struktur aufweisen, die unter Bezugnahme auf Fig. 38 bereits
erklärt wurde. Es ist überflüssig zu erwähnen, daß der Ver
luststrom der Halbleitervorrichtung, z. B. eines MOSFET, wie
oben erwähnt, reduziert werden kann, wenn der vergrabene Iso
lationsfilm BX2 kein Deuterium enthält.
Obwohl der MOSFET 90 eine herkömmliche Halbleitervorrichtung
ist, kann der MOSFET 100, der unter Bezugnahme auf Fig. 8 in
dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung be
schrieben wurde, auf dem SOI-Substrat SB2 gebildet werden.
Obwohl Fig. 49 zeigt, daß der Boden des STI-Films 3 den ver
grabenen Isolationsfilm BX2 erreicht, kann die SOI-Schicht 74
zwischen dem Boden des STI-Films 3 und dem vergrabenen Isola
tionsfilm BX2 vorhanden sein, wie in Fig. 50 gezeigt.
Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die oben
gegebene Beschreibung lediglich beispielhaft und nicht ein
schränkend. Es ist selbstverständlich, daß eine Anzahl anderer
Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden kann, ohne
den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Claims (19)
1. Halbleitervorrichtung mit mindestens einer Art von MOSFET,
enthaltend:
einen Gateisolationsfilm (GX5-GX9), der auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, und
eine Gateelektrode, die auf dem Gateisolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der Gateisolationsfilm folgendes enthält:
einen ersten Zweischichtfilm mit einem Siliziumoxidfilm (X2) und einem Siliziumoxinitridfilm (X8, X9), wobei der Siliziumoxidfilm und/oder der Siliziumoxinitridfilm Deuterium atome enthalten oder
einen zweiten Zweischichtfilm mit einem Siliziumnitrid film (X11, X13) und einem Siliziumoxinitridfilm (X10, X12), wobei der Siliziumnitridfilm und/oder der Silizumoxinitridfilm Deuteriumatome enthalten.
einen Gateisolationsfilm (GX5-GX9), der auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, und
eine Gateelektrode, die auf dem Gateisolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der Gateisolationsfilm folgendes enthält:
einen ersten Zweischichtfilm mit einem Siliziumoxidfilm (X2) und einem Siliziumoxinitridfilm (X8, X9), wobei der Siliziumoxidfilm und/oder der Siliziumoxinitridfilm Deuterium atome enthalten oder
einen zweiten Zweischichtfilm mit einem Siliziumnitrid film (X11, X13) und einem Siliziumoxinitridfilm (X10, X12), wobei der Siliziumnitridfilm und/oder der Silizumoxinitridfilm Deuteriumatome enthalten.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei
in dem ersten Zweischichtfilm der Siliziumoxinitridfilm (X8, X9) auf dem Siliziumoxidfilm (X2) gebildet ist, und
in dem zweiten Zweischichtfilm der Siliziumnitridfilm (X11, X13) auf dem Siliziumoxinitridfilm (X10, X12) gebildet ist.
in dem ersten Zweischichtfilm der Siliziumoxinitridfilm (X8, X9) auf dem Siliziumoxidfilm (X2) gebildet ist, und
in dem zweiten Zweischichtfilm der Siliziumnitridfilm (X11, X13) auf dem Siliziumoxinitridfilm (X10, X12) gebildet ist.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in
dem ersten Zweischichtfilm der Siliziumoxinitridfilm (X8, X9)
dicker ist als der Siliziumoxidfilm (X2).
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in
dem zweiten Zweischichtfilm der Siliziumoxinitridfilm (X12)
dicker ist als der Siliziumnitridfilm (X11).
5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei in den ersten und zweiten Zweischichtfilmen ihre jewei
ligen ersten Schichten und zweiten Schichten Deuteriumatome
enthalten.
6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Halbleitervorrichtung eine Mehrzahl von Funktions blöcken (F1-F4) aufweist, an die unterschiedliche, maximal angelegte Spannungen angelegt werden, und
die mindestens eine Art von MOSFET eine Mehrzahl von Arten von MOSFETs enthält, die Gateisolationsfilme unter schiedlicher Dicke aufweisen,
und wobei die Mehrzahl von Arten von MOSFETs in der Mehrzahl der Funktionsblöcke zugeordnet ist, in Übereinstim mung mit den Dicken der Gateisolationsfilme, so daß die MOSFETs jeweiligen, maximal angelegten Spannungen standhalten können.
wobei die Halbleitervorrichtung eine Mehrzahl von Funktions blöcken (F1-F4) aufweist, an die unterschiedliche, maximal angelegte Spannungen angelegt werden, und
die mindestens eine Art von MOSFET eine Mehrzahl von Arten von MOSFETs enthält, die Gateisolationsfilme unter schiedlicher Dicke aufweisen,
und wobei die Mehrzahl von Arten von MOSFETs in der Mehrzahl der Funktionsblöcke zugeordnet ist, in Übereinstim mung mit den Dicken der Gateisolationsfilme, so daß die MOSFETs jeweiligen, maximal angelegten Spannungen standhalten können.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die mindestens eine Art von MOSFET ferner enthält:
einen Mantelisolationsfilm (161, 162), der die Mehr schichtstruktur des Gateisolationsfilms und die Gateelektrode bedeckt, und der teilweise die Hauptfläche des Halbleitersub strats bedeckt, sich von Seiten der Mehrschichtstruktur nach außen erstreckend, und
einen Seitenwandisolationsfilm (17), der den Mantelisola tionsfilm bedeckt,
und wobei der Mantelisolationsfilm Deuteriumatome enthält.
einen Mantelisolationsfilm (161, 162), der die Mehr schichtstruktur des Gateisolationsfilms und die Gateelektrode bedeckt, und der teilweise die Hauptfläche des Halbleitersub strats bedeckt, sich von Seiten der Mehrschichtstruktur nach außen erstreckend, und
einen Seitenwandisolationsfilm (17), der den Mantelisola tionsfilm bedeckt,
und wobei der Mantelisolationsfilm Deuteriumatome enthält.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Mantel
isolationsfilm ein Siliziumoxidfilm ist.
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der
Mantelisolationsfilm ein Siliziumoxinitridfilm ist.
10. Halbleitervorrichtung mit einem MOSFET, der folgendes
enthält:
einen Gateisolationsfilm (63), der auf einer aktiven Region bereitgestellt ist, die durch einen Isolationsfilm (50) zur Elementisolation definiert ist, der auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist; und
eine Gateelektrode (64), die auf dem Gateisolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der Isolationsfilm zur Elementisola tion folgendes enthält:
einen Graben (57), der in der Hauptfläche des Halbleiter substrats gebildet ist,
einen Innenwandisolationsfilm (58), der auf einer Innen wand des Grabens bereitgestellt ist und Deuteriumatome ent hält, und
einen Isolationsfilm (61), der in dem Graben vergraben ist, der von dem Innenwandisolationsfilm bedeckt wird.
einen Gateisolationsfilm (63), der auf einer aktiven Region bereitgestellt ist, die durch einen Isolationsfilm (50) zur Elementisolation definiert ist, der auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist; und
eine Gateelektrode (64), die auf dem Gateisolationsfilm bereitgestellt ist, wobei der Isolationsfilm zur Elementisola tion folgendes enthält:
einen Graben (57), der in der Hauptfläche des Halbleiter substrats gebildet ist,
einen Innenwandisolationsfilm (58), der auf einer Innen wand des Grabens bereitgestellt ist und Deuteriumatome ent hält, und
einen Isolationsfilm (61), der in dem Graben vergraben ist, der von dem Innenwandisolationsfilm bedeckt wird.
11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei der
Innenwandisolationsfilm (58) ein Siliziumoxidfilm ist, der
Deuteriumatome enthält, oder ein Siliziumoxinitridfilm, der
Deuteriumatome enthält.
12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der
Isolationsfilm (61) ein Siliziumoxidfilm ist, der Deuterium
atome enthält, oder ein Siliziumoxinitridfilm, der Deuterium
atome enthält.
13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei der Innenwandisolationsfilm (58) einen oberen Rand auf weist, der angehoben ist, um eine leichte Krümmung auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zu bilden, und
die Gateelektrode des MOSFETs einen Rand in Gatebreitenrichtung aufweist, der mit dem oberen Rand des Innenwandisolationsfilms (58) in Eingriff steht.
wobei der Innenwandisolationsfilm (58) einen oberen Rand auf weist, der angehoben ist, um eine leichte Krümmung auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zu bilden, und
die Gateelektrode des MOSFETs einen Rand in Gatebreitenrichtung aufweist, der mit dem oberen Rand des Innenwandisolationsfilms (58) in Eingriff steht.
14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei das Halbleitersubstrat ein SOI-Substrat ist, das folgen des enthält:
einen vergrabenen Isolationsfilm (BX1-BX6), der auf einem Siliziumsubstrat bereitgestellt ist, und
eine SOI-Schicht (74), die auf dem vergrabenen Isola tionsfilm bereitgestellt ist, und
wobei der vergrabene Isolationsfilm Deuteriumatome ent hält.
wobei das Halbleitersubstrat ein SOI-Substrat ist, das folgen des enthält:
einen vergrabenen Isolationsfilm (BX1-BX6), der auf einem Siliziumsubstrat bereitgestellt ist, und
eine SOI-Schicht (74), die auf dem vergrabenen Isola tionsfilm bereitgestellt ist, und
wobei der vergrabene Isolationsfilm Deuteriumatome ent hält.
15. SOI-Substrat mit:
einem vergrabenen Isolationsfilm (BX1-BX6), der auf einem Siliziumsubstrat bereitgestellt ist, und
einer SOI-Schicht (74), die auf dem vergrabenen Isola tionsfilm bereitgestellt ist, wobei der vergrabene Isolations film ein Zweischichtfilm ist, der irgendwelche zwei Filme ent hält, die aus einem Siliziumoxidfilm, einem Siliziumoxinitrid film und einem Siliziumnitridfilm auswählbar sind.
einem vergrabenen Isolationsfilm (BX1-BX6), der auf einem Siliziumsubstrat bereitgestellt ist, und
einer SOI-Schicht (74), die auf dem vergrabenen Isola tionsfilm bereitgestellt ist, wobei der vergrabene Isolations film ein Zweischichtfilm ist, der irgendwelche zwei Filme ent hält, die aus einem Siliziumoxidfilm, einem Siliziumoxinitrid film und einem Siliziumnitridfilm auswählbar sind.
16. SOI-Substrat nach Anspruch 15, wobei der vergrabene Iso
lationsfilm Deuteriumatome enthält.
17. SOI-Substrat nach Anspruch 15 oder 16,
wobei der vergra bene Isolationsfilm eine erste Schicht, benachbart zu der SOI- Schicht (74), enthält und eine unter der ersten Schicht lie gende, zweite Schicht und
wobei mindestens die erste Schicht Deuteriumatome enthält.
wobei der vergra bene Isolationsfilm eine erste Schicht, benachbart zu der SOI- Schicht (74), enthält und eine unter der ersten Schicht lie gende, zweite Schicht und
wobei mindestens die erste Schicht Deuteriumatome enthält.
18. SOI-Substrat nach Anspruch 17, wobei die erste Schicht
den Siliziumoxidfilm oder den Siliziumoxinitridfilm enthält.
19. Halbleitervorrichtung, mindestens enthaltend einen MOSFET,
der auf der SOI-Schicht (74) des SOI-Substrats nach Anspruch
15 bereitgestellt ist.
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