JP2000208526A - シリコン集積回路の製造方法 - Google Patents

シリコン集積回路の製造方法

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JP2000208526A JP2000004786A JP2000004786A JP2000208526A JP 2000208526 A JP2000208526 A JP 2000208526A JP 2000004786 A JP2000004786 A JP 2000004786A JP 2000004786 A JP2000004786 A JP 2000004786A JP 2000208526 A JP2000208526 A JP 2000208526A
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Den Shaojun
デン シャオジュン
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シー.キチルヤリ イジック
D Kocchiasu Barbara
ディー コッチアス バーバラ
Robert Weber Gary
ロベルト ウェーバー ゲーリー
Tsuao Shanhon
ツァオ シャンホン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホットキャリア注入の部位に近接して重水素
を導入するために、 シリコンICの製造ステップの比
較的初期段階で、シリコンウエハーを重水素アニール処
理を行う方法を提供する。 【解決手段】 本発明の重水素アニールは、酸化物堆積
のような通常の処理プロセスの間に実行することができ
る。本発明を用いることにより重水素は所望の層の中を
含め構造体内いずれの場所にも導入することができる。
重水素を導入するための製造プロセスの好ましい段階
は、あらゆる過酷な熱処理の後であるが、相互接続層が
形成する前におこなう。すなわち第1レベル間誘電体層
を形成する前におこなうのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン集積回路
の製造方法に関し、特にデバイスの寿命を延ばしたシリ
コン集積回路を不動態化処理する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン集積回路を水素でパッシベーシ
ョンする(不動態化する)ことは、長年産業界で用いら
れている。p−n接合部を具備する素子のホットキャリ
アの影響を逓減する技術が確立されている。通常ICデ
バイスは、製造サイクルの終了近傍において、水素炉で
アニールして素子に水素を多量に含有させ、望ましくな
いホットキャリアのゲッタリング機能を実行している。
素子が使用中に有効に動作するために、水素は製造が完
了した後も素子の構造体内に残留しなければならない。
【0003】このようにして水素を用いる際の問題点
は、高速ガスの拡散であり、最終製品のICにおいてガ
スを有効なレベルに維持することは困難な点である。近
年、水素の代わりに重水素で置換することが提案されて
いる。その理由は、重水素は、ホットエレクトロンをゲ
ッタリング(gettering)する機能と同一であるが、水素
より重いためによりゆっくりとしか拡散しないからであ
る。水素の高次の同位元素を用いることもまた提案され
ている。
【0004】シリコン製ICデバイスの構造内に水素を
含有させるために、デバイスの製造中に、酸化物とポリ
シリコンの堆積の際に、重水素を含有したプリカーサガ
スを用いることが提案されている。これに関しては、米
国特許出願(Gregor et al12〜12)参照のこと。重
水素を含有したプリカーサガス、例えばSiD4、また
は重水素含有TEOS(Si(OC254)は効果的
であるが、これらの材料は高価である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】デバイスの寸法が小さ
くなるにつれて、ホットキャリアが関連する問題は、デ
バイスの性能及びデバイスの寿命に対し大きな悪影響を
及ぼしている。かくして、ホットキャリアの影響を逓減
あるいは削除するような改善された技術を依然として必
要とされている。
【0006】
【課題を解決するための手段】従って本発明は、重水素
アニールをデバイスの製造段階の比較的初期の段階で行
い、シリコン製ICデバイスをパッシベーションする技
術を提供する。このようにして重水素は、ホットエレク
トロン注入が発生するようなデバイスの近傍により有効
に注入される。本発明は、重水素を元素ガスとして用
い、従来の重水素を含有したプリカーサ材料を用いる手
法よりも高価ではない。
【0007】さらにまた、本発明のアプローチでは、注
入される重水素のレベルをより精密に制御でき、かつ水
素を組み込むことが必要な場所内に配置できる。その理
由は、製造プロセスの間、重水素が注入される時間及び
その量に関する制御は酸化物とポリシリコンの堆積プロ
セスとは独立して行うことができるからである。
【0008】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、シリコンウェ
ハーは基板11の一部の上に選択的に成長したフィール
ド酸化物領域12を有し、そしてウェハーのデバイス酸
化物の部分が露出している。プロセスのこの時点におけ
る重水素アニールにより、シリコン製基板11内に重水
素を導入することができ、その部分はICデバイス構造
の後でのホットエレクトロン注入の問題に対し最も敏感
な部分である。このステップ(ステップ1と称する)の
重水素アニールは、フィールド酸化物12成長の前に裸
のウェハーをアニールよりも好ましい。その理由は、フ
ィールド酸化物12成長ステップの間に重水素の外部拡
散(outdiffusion) が発生するからである。
【0009】図2は、ゲート酸化物層15が成長した後
の状態を示す。このステップ(ステップ2)で水素アニ
ールを行うのが好ましく、さらにステップ1におけるよ
りも若好ましい。その理由は、ゲート酸化物層15の成
長ステップに固有の熱処理が行われるからである。この
ステップにおけるアニールは、すでにゲート酸化物層1
5を成長させる炉内に配置されているため便利である。
そしてゲート酸化物層15の成長の間あるいはその後の
いずれかで、炉内に重水素を導入することは簡単だから
である。
【0010】本明細書に添付したのは必用な処理段階を
示すものであり、必ずしも本発明で使用されるすべての
処理を示すものではない。また、図面はデバイスの寸法
通り及び層の厚さ通りには描いていない。
【0011】図の3は、ポリシリコン製ゲート17の堆
積及びパターンニング(ステップ3)の後の素子の状態
を示し、ソース領域18とドレイン領域19の上のゲー
ト酸化物層15は、デバイスの使用される技術によって
は在っても無くてもよい。このステップは重水素アニー
ルを行うのに適したものである。その理由は、ソース領
域18とドレイン領域19は、重水素の高速拡散をおこ
しやすいからである。この場合、ポリシリコン堆積前に
行うのが好ましい。ウェハーは、ポリシリコン堆積用の
LPCVDリアクター内に配置されるが、ただしポリシ
リコン堆積の寸前あるいはその間で重水素アニールが行
われる。
【0012】図4は、ソース/ドレイン注入と拡散後の
素子の状態を示す。このステップ(ステップ4)は、重
水素アニールを行うのに適したものである。その理由
は、製造シーケンスで、多くの過酷な熱処理がすでに完
了されているからである。素子のソース領域18とドレ
イン領域19は、依然として重水素を簡単に導入し易
い。その理由として、ウェハーは注入拡散とアニールの
為に、炉内にすでに配置されているからである。重水素
に晒すことは、注入拡散の前、間、あるいは後で行うこ
ともできるが、重水素の外部拡散を防ぐために注入拡散
の間あるいは後に行うのが望ましい。
【0013】図5は、第1レベル間誘電体層21の堆積
後の素子を示す。このステップ(ステップ5)は、重水
素アニールを行うのに適している。その理由は、ウェハ
ーの過酷な熱処理の大部分が行われた第4ステップの品
質と同じだからである。重水素は、レベル間誘電体層2
1を通して拡散するが、処理が完了するまでレベル間誘
電体層21内に残留し、ホットキャリアをゲッタリング
するために基板11内に後に拡散できるからである。こ
のステップは、選択的事項である。その理由は、ウェハ
ーはすでに堆積用の炉内に配置されているからである。
アニール用の重水素は、酸化物成長ステップの前、間、
あるいは後のいずれにも炉内に導入することができる。
【0014】ウェハーの製造後の段階は、素子の製造の
完了に向けてのもので、基本的には金属化レベル、レベ
ル間誘電体層、レベル間プラグ等の形成からなる。ま
た、そこで重水素アニール処理をしてもよいが、重水素
をそれが機能するよう意図した領域すなわちシリコン製
基板に近接して置く観点からすると、あまり好ましいも
のではない。
【0015】上記したように、ステップ2〜5に際し重
水素アニールプロセスは、ウェハーの製造シーケンスで
通常用いられる炉内に導入するのは好ましい。これによ
り本発明の方法が簡単になりかつコストがやすくなる。
その理由は、別のアニールステップ及びそれを処理する
必要が無くなるからである。重水素アニール用の炉の選
択は、ポリシリコン堆積用に使用されるLPCVDリア
クター及び酸化物堆積用のCVD、プラズマ、またはプ
ラズマ強化CVD(PE−CVD)リアクターである。
かくして重水素アニールは、ステップ3〜5で行うこと
ができる。
【0016】本発明の有効性を示すために、重水素への
露出をシランプリカーサとTEOSプリカーサの両方を
用いた酸化物堆積の間に行った。シランプリカーサと窒
素酸化物プリカーサを用いた酸化物堆積は、以下のガス
流を用いたプラズマリアクター内で行われた。すなわ
ち、シラン−50sccm、窒素酸化物−1200sc
cm、D2−200sccmである。
【0017】本発明のプロセスの利点は、重水素を酸化
物の堆積あるいはポリシリコンの堆積の際、重水素を導
入するタイミングにより必要とされる素子構造のどの時
点でも導入することができる点である。前述のパラメー
ターを用いた酸化物の堆積レートは、約75A/secであ
る。200sccmフローでの堆積したフィルム内のS
IMSにより測定した重水素レベルは、3E20(3x
1020)原子/ccである。これは水素の濃度にほぼ等
しい。堆積用のRFパワーは、250ワットであった。
【0018】上記に示した結果を図6に示す。重水素濃
度(単位:原子/cm3)と堆積した酸化物内の重水素
の深さ(単位:nm)で示してある。この図は、重水素
が酸化物堆積中に重水素に露出することにより堆積した
酸化物中に有効に存在することを示している。リアクタ
ー内の重水素流は、0からスタートし200sccmで
また0に戻ったもので、その結果を示す。
【0019】堆積中に重水素に晒す利点は、より高濃度
の重水素をどこにでも必要な場所に配置することができ
る点である。酸化物層内の内部に重水素を入れることに
より、使用される重水素の量に比較して処理プロセスの
間、素子内により多くの重水素が残留することができ
る。本発明のプロセスは従来技術と比較して同じ効果を
得るためには、より少量の重水素でよい点である。
【0020】重水素アニールは、TEOSを用いた酸化
物成長と共に行うこともできる。これは、重水素が0か
ら120sccmで添加された標準のTEOS堆積条件
を用いて行われた。堆積フィルム中の重水素濃度は、1
0E19(1x1019)の後半である。本発明の目的
は、堆積フィルム中のある場所における重水素濃度を1
E+18以上好ましくは1E+19にすることである。
【0021】これらのレベルを達成するのに必要なリア
クター内の重水素濃度は、用いられるプロセスにより大
幅に変わるが、一般的にはリアクターの周囲の5%以上
が推奨される。本発明のプロセスを用いたあるゲッタリ
ング効率に必要とされる濃度は従来技術のポスト金属ア
ニールよりも大幅に低い。
【0022】堆積酸化物フィルム中の重水素の拡散速度
は大幅に変わり、シランベースの堆積内での拡散速度
は、TEOSを用いたフィルム堆積内の拡散速度におけ
るよりもはるかに低い。そのため本発明の一実施例に示
したように、重水素の含有ステップは、TEOS堆積の
間重水素の含有ステップを実行した後に、シランベース
の堆積を行い、キャップ層として機能させて酸化物から
重水素の外部拡散を回避するのがよい。
【0023】これらの実施例に示した炉は、AMY−5
000プラズマ堆積システムである。上記の堆積ステッ
プと共に、重水素雰囲気内でウェハーを加熱することが
効果的である。その理由は、ウェハーのこの温度は、ウ
ェハー内に重水素を含有するのに容易だからである。
【0024】プラズマプロセス内で本発明の重水素含有
プロセスを行う利点は、プロセスの温度が比較的低いす
なわち300℃から500O℃だからである。プラズマ
炉内における第1レベル間誘電体層の堆積(ステップ
5)における重水素アニールを行うことにより、ウェハ
ーの熱に対する露出を最小にする。また、処理間の外部
拡散に起因する重水素の損失も最小にする。重水素アニ
ールの好ましい条件は、400O℃以上の温度で1時間
以上の間にわたる加熱である。
【0025】シリコンICデバイスを製造することは、
上記したよりもより複雑な処理を必要とする。例えはポ
リシリコンゲートを形成した後は、酸化物層を堆積し、
その層をエッチングして側壁スペーサーを形成する。さ
らにその後、二段階でソースとドレインを注入してLD
D構造を形成するのが一般的である。
【0026】この他のステップは、本発明を用いる製造
プロセスに含めることができる。重水素含有は、側壁ス
ペーサーを形成するための酸化物堆積と共に行うのが効
率的であるが、ただし重水素への露出は、ソースとドレ
インの拡散および活性化アニールの後に行うのが好まし
い。
【0027】重水素に露出するための製造シーケンスの
好ましい段階は、ソースドレインの拡散と活性化アニー
ルの後で行うのが好ましい。しかし、高速熱アニールプ
ロセスを用いることにより重水素の外部拡散時間を最小
にし、このプロセスのこの段階における重水素への露出
をより有効なものにすることができる。
【0028】以上の説明においては、重水素は好ましい
ゲッタリング剤として説明したが、水素の他の同位元素
を用いることもできる。また、本明細書および特許請求
の範囲に記載した重水素も等価物として見なすこともで
きる。
【0029】シリコンICを処理する一般的な技術は、
従来公知のものであり本発明を実行するために詳細に説
明する必要はない。例えば、ゲート構造体を形成するた
めにポリシリコンを堆積する方法、このポリシリコンを
光リソグラフでパターンニングする方法、ポリシリコン
とレベル間誘電体層をエッチングする方法、相互接続用
の金属レベルを堆積しパターンニングする方法等は、上
記した本発明に必須ではない。しかし、本発明のステッ
プを行うための一般的な製造プロセスとして観ることも
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリコン製ICウェハーの製造段階の第1ステ
ップにおける断面図
【図2】シリコン製ICウェハーの製造段階の第2ステ
ップにおける断面図
【図3】シリコン製ICウェハーの製造段階の第3ステ
ップにおける断面図
【図4】シリコン製ICウェハーの製造段階の第4ステ
ップにおける断面図
【図5】シリコン製ICウェハーの製造段階の第5ステ
ップにおける断面図
【図6】本発明の1実施例よるシリコンICに含入され
た重水素の濃度対深さの関係を表すグラフ
【符号の説明】
11 シリコンウェハー 12 フィールド酸化物領域 13 デバイス領域 15 ゲート酸化物層 17 ポリシリコン製ゲート 18 ソース領域 19 ドレイン領域 21 第1レベル間誘電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 301N (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 ジョーズ ロール バエッツ アメリカ合衆国、32824 フロリダ、オー ランド、ジョセップ ウッズ コート 13000 (72)発明者 シャオジュン デン アメリカ合衆国、32837 フロリダ、オー ランド、シェインウッド コート 4443 (72)発明者 イジック シー.キチルヤリ アメリカ合衆国、07041 ニュージャージ ー、ミルバーン、ファービュー ロード 25 (72)発明者 バーバラ ディー コッチアス アメリカ合衆国、32837 フロリダ、オー ランド、ローン イーグル ドライブ 14703 (72)発明者 ゲーリー ロベルト ウェーバー アメリカ合衆国、08889 ニュージャージ ー、ホワイトハウス ステーション、スプ リングタウン ロード 26 (72)発明者 シャンホン ツァオ アメリカ合衆国、32837 フロリダ、オー ランド、シェインウッド コート 4443

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)シリコンウェハー(11)の一部
    を露出しながらフィールド酸化物層(12)をその上に
    成長させるステップと、 (b)前記露出部分(13)の上にゲート誘電体層(1
    5)を成長させるステップと、 (c)前記ゲート誘電体層(15)の上にポリシリコン
    層を堆積するステップと、 (d)前記ポリシリコン層からシリコン製ゲート電極
    (17)を形成するステップと、 (e)前記ウェハー内にソースとドレイン用の不純物
    (18、19)を注入するステップと、 (f)前記ソースとドレイン用の不純物(18、19)
    をアニールするステップと、 (g)前記シリコン製ゲート電極(17)の上にレベル
    間誘電体層(21)を堆積するステップと、 (h)前記レベル間誘電体層(21)の上に金属製相互
    接続層を堆積し、パターン化するステップと、を有し、
    前記ウェハーは、ステップ(c)(f)(g)からなる
    グループから選択された1つのステップで重水素雰囲気
    中で加熱されることを特徴とするシリコン集積回路の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記ウェハーは、前記ステップ(g)で
    重水素中で加熱されることを特徴とする請求項1記載の
    シリコン集積回路の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ウェハーは、前記ステップ(c)で
    重水素雰囲気中で加熱されることを特徴とする請求項1
    記載のシリコン集積回路の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ウェハーは、前記ステップ(g)で
    重水素雰囲気中で加熱されることを特徴とする請求項1
    記載のシリコン集積回路の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記レベル間誘電体層は、TEOSをプ
    リカーサ材料として用いて堆積されることを特徴とする
    請求項4記載のシリコン集積回路の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記レベル間誘電体層(21)は、シラ
    ンをプリカーサ材料として用いて堆積されることを特徴
    とする請求項4記載のシリコン集積回路の製造方法。
  7. 【請求項7】 (i) 前記レベル間誘電体層(21)
    の上にシランをプリカーサ材料として用いて、誘電体層
    を堆積するステップ をさらに有することを特徴とする
    請求項5記載のシリコン集積回路の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記ウェハーは、ステップ(c)、
    (f)、(g)からなるグループから選択された1つの
    ステップを用いて、前記1つのステップで用いられた同
    一の炉内で重水素中で加熱されることを特徴とする請求
    項1記載のシリコン集積回路の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記レベル間誘電体層(21)は、プラ
    ズマプロセスを用いて堆積されることを特徴とする請求
    項8記載のシリコン集積回路の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記ウェハーは、400℃以上の温
    度で1時間以上重水素中で加熱されることを特徴とする
    請求項1記載のシリコン集積回路の製造方法。
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