JP2004303799A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、ゲート絶縁膜の薄膜化が可能なポリメタルゲート電極やシリサイドゲート電極が用いられた半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、LSI(Large Scale Integrated circuit)においては、チップの集積度を上げるために、LSIを構成する素子であるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の微細化や動作電圧の低電圧化が進められている。
【0003】
一方、素子の高集積化は、配線抵抗の増大化を引き起こし、素子の速度を低下させてしまう。このため、素子の速度の向上を図ることを目的として、例えばメモリのワードラインに接続されるゲート電極においては、これまでのコバルトシリサイド膜に代えてそれよりも低抵抗のタングステン膜を使用したポリメタルゲート電極の研究が行われている。
【0004】
図5及び図6を用いて、ポリメタルゲート電極を備えた従来の半導体装置について説明する(例えば、特許文献1参照)。先ず、従来の半導体装置の構成について図5を用いて説明する。図5は、従来の半導体装置の構成を示す断面図である。なお、図5では、半導体装置の一部を構成するpチャンネルMOSトランジスタのみを示しており、絶縁部分にのみハッチングを施している。
【0005】
図5に示すように、従来の半導体装置は、p型のシリコン基板41を備えている。シリコン基板41には、STI(Shallow Trench Isolation)法によって、複数の素子分離42a及び42b(図5及び図6においては、一対の素子分離42a及び42bのみを示す)が、所定の間隔をおいて、シリコン基板41上に露出するように形成されている。
【0006】
素子分離42aと42bとの間には、pチャンネルMOSトランジスタが形成されている。具体的には、シリコン基板41の内部に、素子分離42aから42bにかけてnウェル(n well)が形成されている。シリコン基板41上の素子分離42aと42bとの間には、ゲート絶縁膜43及びポリメタルゲート電極49が順に互いに整合するように積層されている。ポリメタルゲート電極49は、ゲート絶縁膜43の上に形成されたアモルファスシリコン膜44と、アモルファスシリコン膜44の上に形成された窒化タングステン(WN)膜45と、窒化タングステン(WN)膜45の上に形成されたタングステン(W)膜46とによって構成されている。ポリメタルゲ―ト電極49の上には、ゲートキャップ層となるシリコン窒化膜47が、ポリメタルゲート電極49に整合するように積層されている。
【0007】
また、ゲート絶縁膜43、ポリメタルゲート電極49及びシリコン窒化膜47の両側面を覆うようにサイドウォール51が形成されている。各サイドウォール51下のシリコン基板41の表層部分には、LDD(Lightly Doped Drain)領域52a及び52bがそれぞれ形成されている。また、素子分離42aとサイドウォール51との間におけるシリコン基板41の表層部分にはソース(p+)領域53が形成されており、素子分離42bとサイドウォール51との間におけるシリコン基板41の表層部分にはドレイン(p+)領域54が形成されている。
【0008】
次に、図5に示す従来の半導体装置の製造方法について図6を用いて説明する。図6は、図5に示す半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図6(a)〜(e)は一連の主な工程を示している。なお、図6においても、図5と同様に、半導体装置の一部を構成するpチャンネルMOSトランジスタのみを示しており、絶縁部分にのみハッチングを施している。
【0009】
最初に、図6(a)に示すように、シリコン基板41に、素子分離42a及び42bを形成する。具体的には、シリコン基板41の表面に、所定の間隔で複数の素子絶縁分離用の浅い溝を形成し、シリコン基板41の全面に、シリコン酸化膜を成膜する。シリコン酸化膜の成膜は、この溝の内部がシリコン酸化膜で埋まるまで行う。更に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等によって、この溝の内部に堆積したシリコン窒化膜の表面とシリコン基板41の表面とが整合するまで平坦化を行う。素子分離42a及び42bの形成後、これらで挟まれたイオン注入領域にリン(P)及び砒素(As)をイオン注入して、シリコン基板41の内部にnウェルを形成する。
【0010】
次に、図6(b)に示すように、RTP(Rapid Thermal Process)装置により急速加熱を行って、シリコン基板41、素子分離42a及び42bが覆われるように、酸化膜または酸窒化膜で形成されたゲート絶縁膜43を形成する。更に、LP−CVD装置によって、ゲート絶縁膜43上に、SiH4ガスの雰囲気下でアモルファスシリコン(Amorphous Si)膜44を成膜し、ホウ素(B)をイオン注入してゲートドーピングを行う。
【0011】
その後、アモルファスシリコン膜44の上に、窒化タングステン(WN)膜45、タングステン(W)膜46を順次成膜する。そして、タングステン膜46上に、ゲートキャップ層となるシリコン窒化膜47をSiH2Cl2ガスとNH3ガスとの混合ガスの雰囲気下で成膜する。シリコン窒化膜47はLP−SiN(Low Pressure Chemical Vapor Deposition Silicon Nitride)膜である。更に、ゲートパターンを形成するため、シリコン窒化膜47上の素子分離42a及び42bの間となる所定の位置に、フォトレジストパターン48を形成する。
【0012】
次に、図6(c)に示すように、フォトレジストパターン48をマスクとして、ゲート絶縁膜43、アモルファスシリコン膜44、窒化タングステン(WN)膜45、タングステン(W)膜46及びシリコン窒化膜47に対してエッチングを行う。この結果、アモルファスシリコン膜44、窒化タングステン(WN)膜45及びタングステン(W)膜46で構成されたポリメタルゲート電極49が得られる。その後、フォトレジストパターン48を除去する。
【0013】
次いで、図6(d)に示すように、ゲート絶縁膜43、ポリメタルゲート電極49及びシリコン窒化膜47で構成された積層体と、シリコン基板41とを覆うように、SiH2Cl2ガスとNH3ガスとの混合ガスの雰囲気下で、シリコン窒化膜50を成膜する。シリコン窒化膜50も、上述したシリコン窒化膜47と同様のLP−SiN膜である。
【0014】
次に、図6(e)に示すように、シリコン窒化膜50に異方性のドライエッチングを施して、ゲート絶縁膜43、ポリメタルゲート電極49及びシリコン窒化膜47の両側面を覆うサイドウォール51を形成する。次に、サイドウォール51をマスクとして、シリコン基板41に、ホウ素(B)を低濃度でイオン注入し、その後、ホウ素(B)を高濃度でイオン注入する。これにより、サイドウォール51下のLDD(Lightly Doped Drain)領域52a及び52bと、素子分離42aとサイドウォール51との間に位置するソース(p+)領域53と、素子分離42bとサイドウォール52との間に位置するドレイン(p+)領域54とが形成される。
【0015】
このようにして形成したポリメタルゲート電極49を備えたMOSトランジスタにおいては、配線抵抗を小さくすることができるため、集積度が高い場合であっても速度の低下を抑制することができる。
【0016】
【特許文献1】
特開2001−168097号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図6で示した方法で形成された、アモルファスシリコン膜44、窒化タングステン(WN)膜45及びタングステン(W)膜46で構成されたポリメタルゲート電極49においては、下層のアモルファスシリコン膜44とゲート絶縁膜43との界面及びこの界面の近傍に多量の水素原子(H)が存在している。このため、この水素原子(H)によってトランジスタの閾値電圧(Vth)の変動や、オン電流(Ion)の劣化が生じるという問題がある。この問題について以下に説明する。
【0018】
上記図6の例では、ゲートキャップ層を構成しているシリコン窒化膜47と、サイドウォール51を構成しているシリコン窒化膜50との成膜には、上述したように、Si−H結合を含むシリコンのソースガスとN−H結合を含む窒素のソースガスとが用いられる。また、ゲートキャップ層を構成しているシリコン窒化膜47は、650℃〜800℃の温度下で成膜さているのに対し、サイドウォール51を構成しているシリコン窒化膜50は、サーマルバジェット低減のため、400℃〜600℃の温度下で成膜されている。
【0019】
このため、比較的低温で成膜されるシリコン窒化膜50では、成膜時に未反応のSi−H結合及びN−H結合が生じやすく、サイドウォール51(シリコン窒化膜50)中には、シリコン窒化膜47中に比べて、シリコン窒化膜50の成膜時に生じた未反応のSi−H結合及びN−H結合が多く存在している。
【0020】
また、サイドウォール51の形成後、シリコン基板41には種々の処理が施されて熱が加えられ、ゲートキャップ層を構成しているシリコン窒化膜47中や、サイドウォール51(シリコン窒化膜50)中の未反応のSi−H結合及びN−H結合から水素原子(−H基)が分離される。分離された水素原子(−H基)はゲート絶縁膜43やゲート電極49へと拡散する。
【0021】
この場合、サイドウォール51中に含まれる未反応のSi−H結合及びN−H結合の数は多いため、サイドウォール51からは多くの水素原子(−H基)が、ゲート絶縁膜43やゲート電極49へと拡散し、電子トラップとして作用する。この結果、上述したトランジスタの閾値電圧の変動や、オン電流の劣化が生じるのである。なお、シリコン窒化膜47中に含まれる未反応のSi−H結合及びN−H結合の数は少なく、シリコン窒化膜47から拡散される水素原子(−H基)の数も少ないため、上記のような問題は生じないと考えられる。
【0022】
一方、水素拡散による問題は、サイドウォール51を構成するシリコン窒化膜50の成膜温度を、シリコン窒化膜47の成膜温度と同様にすることによって解決できるとも考えられるが、この場合は、サーマルバジェットの低減が図れないという問題が生じてしまう。
【0023】
なお、サーマルバジェットの低減の点にだけ着目すると、シリコン窒化膜50及びシリコン窒化膜47の両方を上述した低温で成膜することが好ましく、このことから、シリコン窒化膜50及びシリコン窒化膜47の両方を上述した低温で成膜した上で、水素原子(−基)の拡散を抑制することが求められている
本発明の目的は、サーマルバジェットの低減が可能であり、且つ、ゲート絶縁膜中への水素原子の拡散を抑制し得る半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる半導体装置は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の少なくとも上面を覆うように形成された第1のシリコン窒化膜と、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極の両側面に第2のシリコン窒化膜で形成されたサイドウォールと、前記第1のシリコン窒化膜及び前記サイドウォールのいずれか一方又は両方で発生した水素原子が前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極へと拡散するのを抑制する水素拡散抑制手段とを有することを特徴とする。
【0025】
上記本発明にかかる半導体装置においては、前記水素拡散抑制手段が、前記ゲート電極と前記第1のシリコン窒化膜との間に、前記第1のシリコン窒化膜で発生した水素原子の前記ゲート電極への拡散を抑制するように形成された第1の水素拡散抑制膜と、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極と前記サイドウォールとの間に、前記サイドウォールで発生した水素原子の前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極への拡散を抑制するように形成された第2の水素拡散抑制膜とを含んでいる態様とするのが好ましい。
【0026】
上記態様においては、前記第1の水素拡散抑制膜と前記第1のシリコン窒化膜とが、前記ゲート電極に整合するように形成されており、前記サイドウォールが、窒化膜前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記第1の水素拡散抑制膜及び前記第1のシリコンの側面を覆うように形成されているのが好ましい。また、上記態様においては、前記第1の水素拡散抑制膜が、前記半導体基板、前記ゲート電極、前記第2の水素拡散抑制膜及び前記サイドウォールを覆うように形成されており、前記第1のシリコン窒化膜が、前記第1の水素拡散抑制膜を覆うように形成されているのが好ましい。
【0027】
次に、上記目的を達成するために本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の少なくとも上面を覆う第1のシリコン窒化膜と、前記ゲート電極の側面に第2のシリコン窒化膜で形成されたサイドウォールとを少なくとも有する半導体装置の製造方法であって、(A)前記第1のシリコン窒化膜及び前記サイドウォールのいずれか一方又は両方で発生した水素原子が前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極へと拡散するのを抑制する水素拡散抑制手段を形成する工程を有することを特徴とする。
【0028】
上記本発明にかかる半導体装置の製造方法においては、前記(A)の工程が、(a)前記ゲート電極と前記第1のシリコン窒化膜との間に、前記第1のシリコン窒化膜で発生した水素原子の前記ゲート電極への拡散を抑制する第1の水素拡散抑制膜を形成する工程と、(b)前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極と前記サイドウォールとの間に、前記サイドウォールで発生した水素原子の前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極への拡散を抑制する第2の水素拡散抑制膜を形成する工程とを有している態様とするのが好ましい。
【0029】
上記態様においては、前記(a)の工程が、前記半導体基板上に、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極となる導体膜と、前記第1の水素拡散抑制膜と、前記第1のシリコン窒化膜とを順に積層する工程と、前記第1のシリコン窒化膜の上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行って、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記第1の水素拡散抑制膜、及び前記第1のシリコン窒化膜の積層体を形成する工程とを有し、前記(b)の工程が、前記(a)の工程で得られた前記積層体を、前記第2の水素拡散抑制膜で覆う工程と、前記第2のシリコン窒化膜で前記第2の水素拡散抑制膜を覆う工程と、前記第2の水素拡散抑制膜及び前記第2のシリコン窒化膜に異方性エッチングを行って、前記積層体の側面に、前記第2の水素拡散抑制膜を介して、前記第2のシリコン窒化膜のサイドウォールを形成する工程とを有しているのが好ましい。この場合、前記ゲート電極となる導体膜は、複数の種類の金属膜を積層して形成されているのが好ましい。
【0030】
また、上記態様においては、前記半導体基板上に、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極となるシリコンの導体膜とを積層する工程と、前記シリコンの導体膜の上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行って、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との積層体を形成する工程と、前記ゲート電極の上面側の一部分をシリサイド化する工程とを更に有し、前記(b)の工程が、前記積層体を前記第2の水素拡散抑制膜で覆う工程と、前記第2のシリコン窒化膜で前記第2の水素拡散抑制膜を覆う工程と、前記第2の水素拡散抑制膜及び前記第2のシリコン窒化膜に異方性エッチングを行って、前記積層体の側面に、前記第2の水素拡散抑制膜を介して、前記第2のシリコン窒化膜のサイドウォールを形成する工程とを有し、前記(a)の工程が、前記積層体、前記(b)の工程で得られた前記第2の水素拡散抑制膜及び前記サイドウォールを、前記第1の水素拡散抑制膜で覆う工程と、前記第1のシリコン窒化膜で前記第1の水素拡散抑制膜を覆う工程とを有しているのが好ましい。
【0031】
更に、上記態様においては、前記第1の水素拡散抑制膜及び前記第2の水素拡散抑制膜がシリコン窒化膜であって、シリコン原子と水素原子との結合を含まないシリコンのソースガスと窒素のソースガスとを用いて成膜されており、前記第1のシリコン窒化膜及び前記第2のシリコン窒化膜が、シリコン原子と水素原子との結合を含むシリコンのソースガスと窒素のソースガスとを用いて成膜されているのが好ましい。
【0032】
この場合、前記シリコン原子と水素原子との結合を含まないシリコンのソースガスとしては、テトラクロロシリコン(SiCl4)又はヘキサクロロジシラン(Si2Cl6)を含むガスが挙げられる。また、前記シリコン原子と水素原子との結合を含むシリコンのソースガスとしては、SiH2Cl2、SiH2[NH(C4H9)]2、SiH4のうちのいずれか一種を少なくとも含むガスが挙げられる。更に、前記窒素のソースガスとしては、アンモニア(NH3)、モノメチルアミン(CNH5)、ヒドラジン(N2H4)のうちのいずれか一種又はこれらの誘導体の一つを少なくとも含むガスが挙げられる。
【0033】
また、上記態様においては、前記第1水素拡散抑制膜が、前記第1のシリコン窒化膜の成膜温度よりも高い成膜温度で成膜されたシリコン窒化膜であるの好ましい。具体的には、前記第1の水素拡散抑制膜が、750〜800℃の成膜温度で成膜されており、前記第1のシリコン窒化膜が、400℃〜650℃の成膜温度で成膜されているのが好ましい。更に、前記第2の水素拡散抑制膜が、前記第2のシリコン窒化膜の成膜温度よりも高い成膜温度で成膜されたシリコン窒化膜であるのが好ましい。具体的には、前記第2の水素拡散抑制膜が、750〜800℃の温度で成膜されており、前記第2のシリコン窒化膜が、成膜温度400℃〜650℃で成膜されているのが好ましい。
【0034】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図1及び図2を参照しながら説明する。先ず、本実施の形態1にかかる半導体装置の構成について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。なお、図1では、半導体装置の一部を構成するpチャネルMOSトランジスタのみを示しており、絶縁部分にのみハッチングを施している。
【0035】
図1に示すように、本実施の形態1にかかる半導体装置も、従来と同様に、p型のシリコン基板1を備えている。p型のシリコン基板1には、STI法によって、複数の素子分離2a及び2b(図1では、素子分離2a及び2bのみを示している。)が、所定の間隔をおいて、シリコン基板1上に露出するように形成されている。
【0036】
素子分離2aと2bとの間には、pチャンネルMOSトランジスタが形成されている。具体的には、従来と同様に、シリコン基板1の内部に、素子分離2aから2bにかけてnウェル(n well)が形成されている。また、シリコン基板1上の素子分離2aと2bとの間には、ゲート絶縁膜3及びゲート電極10が順に互いに整合するように積層されている。
【0037】
ゲート電極10は、ゲート絶縁膜3の上に形成されたアモルファスシリコン膜4と、アモルファスシリコン膜4の上に形成された窒化チタン(TiN)膜5と、窒化チタン(TiN)膜5の上に形成されたタングステン(W)膜6とによって構成されたポリメタルゲート電極である。
【0038】
但し、本実施の形態1においては、従来と異なり、ゲ―ト電極10と、ゲートキャップ層となるシリコン窒化膜8との間に、水素拡散抑制膜7が形成されている。このため、水素拡散抑制膜7によって、シリコン窒化膜8において発生した水素原子(−H基)がゲート電極10へと拡散するが抑制されている。また、水素拡散抑制膜7とシリコン窒化膜8とは、ゲート電極10に整合するように形成されている。
【0039】
更に、本実施の形態1では、ゲート絶縁膜3、ゲート電極10、第1の水素拡散抑制膜7及びシリコン窒化膜47の両側面と、第2のシリコン窒化膜で形成されたサイドウォール13との間には、水素拡散抑制膜11が形成されている。このため、水素拡散抑制膜11によって、サイドウォール13において発生した水素原子がゲート絶縁膜3及びゲート電極10へと拡散することが抑制されている。また、水素拡散抑制膜11によって、シリコン窒化膜8において発生した水素原子がサイドウォール13に侵入するのも抑制されるため、シリコン窒化膜8において発生した水素原子が、サイドウォール13を介して、ゲート絶縁膜3及びゲート電極10へと拡散することも抑制されている。サイドウォール13は水素拡散抑制膜11を覆うように形成されている。
【0040】
なお、本明細書においては、以下、ゲート電極の上面に位置するシリコン窒化膜を第1のシリコン窒化膜といい、ゲート電極の上面に位置する水素拡散抑制膜を第1の水素拡散抑制膜という。また、本明細書においては、以下、ゲート電極のサイドウォールとなるシリコン窒化膜を第2のシリコン窒化膜といい、第2のシリコン窒化膜によって被覆される水素拡散抑制膜を第2の水素拡散抑制膜という。
【0041】
本実施の形態1においても、従来と同様に、各サイドウォール13下のシリコン基板1の表層部分には、LDD(Lightly Doped Drain)領域14a及び14bが形成されている。また、素子分離2aとサイドウォール13との間におけるシリコン基板1の表層部分にはソース(p+)領域15が形成されており、素子分離2bとサイドウォール13との間におけるシリコン基板1の表層部分にはドレイン(p+)領域16が形成されている。
【0042】
次に、図1に示す本実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について図2を用いて説明する。図2は、図1に示す半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図2(a)〜(e)は、一連の主な工程を示している。なお、図2には、図1と同様に、半導体装置の一部を構成するpチャネルMOSトランジスタのみを示しており、絶縁部分にのみハッチングを施している。
【0043】
最初に、図2(a)に示すように、p型のシリコン基板1に、所定の間隔をおいて素子分離2a及び2bを形成し、素子分離2aと2bとの間に挟まれたイオン注入領域に、リン(P)及び砒素(As)をイオン注入してnウェルを形成する。なお、図2(a)に示す工程は、従来技術において図6(a)を参照して説明した従来の工程と同様に行われる。本発明においては、素子分離は、STI法の代わりに、LOCOS法等を用いて形成することもできる。
【0044】
次に、図2(b)に示すように、RTP装置より急速加熱を行って、シリコン基板1、素子分離2a及び2bが覆われるように、酸化膜又は酸窒化膜のゲート絶縁膜3を形成する。更に、LP−CVD装置によって、ゲート絶縁膜3の上に、SiH4ガスの雰囲気下でアモルファスシリコン膜4を成膜し、ホウ素(B)をイオン注入してゲートドーピングを行う。
【0045】
その後、アモルファスシリコン膜4の上に、窒化チタン(TiN)膜5、タングステン(W)膜6を順次成膜する。アモルファスシリコン膜4、窒化チタン膜5及びタングステン膜6は、後述の図2(c)に示すようにゲート電極となる導体膜である。ここまでも、窒化タングステン膜の代わりに窒化チタン膜5を用いる以外は、従来技術において図6(b)を参照して説明した従来の工程と同様に行われる。
【0046】
但し、本実施の形態1では、図2(b)に示すように、タングステン膜6の上に、第1の水素拡散抑制膜7を形成し、第1の水素拡散抑制膜7の上に、ゲートキャップ層となるシリコン窒化膜8を形成しており、タングステン膜6の上に直接シリコン窒化膜8を形成する従来の工程と異なっている。
【0047】
その後、図2(b)に示すように、従来と同様に、第1のシリコン窒化膜8の上の素子分離2a及び2bの間となる所定の位置に、ゲートパターンを形成するためのレジストパターン9をフォトリソグラフィー法により形成する。
【0048】
次に、図2(c)に示すように、レジストパターン8をマスクとして、ゲート絶縁膜3、アモルファスシリコン膜4、窒化チタン(TiN)膜5、タングステン(W)膜6、第1の水素拡散抑制膜7及びシリコン窒化膜8に対してエッチングを行う。その後、フォトレジストパターン9を除去する。この結果、アモルファスシリコン膜4、窒化チタン膜5及びタングステン膜6によって構成されたゲート電極10が得られる。なお、図2(c)に示す工程は、従来技術において図6(c)を参照して説明した従来の工程と同様に行われるが、ゲート絶縁膜3、アモルファスシリコン膜4、窒化チタン(TiN)膜5、タングステン(W)膜6及び第1のシリコン窒化膜8に加えて、第1の水素拡散抑制膜7に対してもエッチングが行われる点で異なっている。
【0049】
次に、図2(d)に示すように、本実施の形態1では、ゲート絶縁膜3、ゲート電極10、第1の水素拡散抑制膜7、及び第1のシリコン窒化膜8で構成された積層体と、シリコン基板1とを覆うように、第2の水素拡散抑制膜11を成膜する。更に、第2の水素拡散抑制膜11を覆うように、サイドウォールとなる第2のシリコン窒化膜12を成膜する。
【0050】
次いで、図2(e)に示すように、第2の水素拡散抑制膜11及び第2のシリコン窒化膜12に異方性のドライエッチングを行う。この結果、ゲート絶縁膜3、ゲート電極10、第1の水素拡散抑制膜7、及び第1のシリコン窒化膜8によって構成された積層体の両側面は第2の水素拡散抑制膜11によって覆われ、第2の水素拡散抑制膜11は、第2のシリコン窒化膜12によって形成されたサイドウォール13で覆われる。
【0051】
次に、サイドウォール13をマスクとして、シリコン基板1に、ホウ素(B)を低濃度でイオン注入し、その後、ホウ素(B)を高濃度でイオン注入する。これにより、各サイドウォール13下のLDD(Lightly Doped Drain)領域14a及び14bと、素子分離2aとサイドウォール13との間に位置するソース(p+)領域15と、素子分離2bとサイドウォール13との間に位置するドレイン(p+)領域16とが形成される。なお、このイオン注入工程は、従来技術において図6(e)を参照して説明した従来の工程と同様に行われる。その後、層間絶縁膜、コンタクトホール、ビアホール、及び金属配線(図示せず)が形成されて、半導体装置が完成する。
【0052】
ここで、本実施の形態1における第1の水素拡散抑制膜8、第2の水素拡散抑制膜11、ゲートキャップ層を構成する第1のシリコン窒化膜7、及びサイドウォール13を構成する第2のシリコン窒化膜12の形成と、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11による水素原子の拡散の抑制について説明する。
【0053】
本実施の形態1では、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜は、シリコン原子と水素原子との結合(Si−H結合)を含むシリコンのソースガスと、窒素のソースガスとの混合ガスの雰囲気下で行われている。
【0054】
このため、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜時には、未反応のSi−H結合とN−H結合とが多く生じている。よって、従来技術において既述したように、図2(e)で示す工程が終了した後に、シリコン基板1に熱が加わると、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜時に生じた未反応のSi−H結合とN−H結合とから水素原子(−H基)が分離され、第1のシリコン窒化膜8、及び第2のシリコン窒化膜12によって形成されたサイドウォール13において分離された水素原子(−H基)は、ゲート電極10及びゲート絶縁膜3に向かって拡散する。
【0055】
また、後述するように、本実施の形態1では、図5及び6を参照して説明した従来の半導体装置と異なり、第1のシリコン窒化膜8も、Si−H結合を含むシリコンのソースガスを用いて、比較的低温で成膜されている。このため、本実施の形態1では、図5及び6を参照して説明した従来の半導体装置に比べて、第1のシリコン窒化膜8及びサイドウォール13において発生してゲート電極10及びゲート絶縁膜3に向かって拡散する水素原子(−H基)の数は多いといえる。
【0056】
一方、本実施の形態1では、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11はシリコン窒化膜であり、これらの成膜は、枚葉方式のCVD装置によって、シリコン原子と水素原子との結合(Si−H結合)を含まないシリコンのソースガスと、窒素のソースガスとの混合ガスの雰囲気下で行われている。
【0057】
よって、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜8の成膜時には、未反応の水素結合としてはN−H結合しか発生しないので、図2(e)で示す工程が終了した後に、未反応の水素結合から分離する水素結合の数は、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12よりも少ないと言える。また、一般に、シリコン窒化膜は緻密な分子構造を有しているため、外部からシリコン窒化膜へと拡散してきた水素原子は、シリコン窒化膜によって律速されることとなる。
【0058】
このため、図1及び図2に示すように第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜8として、未反応の水素結合の数が少ないシリコン窒化膜を設けておけば、ゲート電極10及びゲート絶縁膜3へと拡散する水素原子の数は従来技術において示した図5及び図6の例に比べて減少することとなる。
【0059】
つまり、ゲートキャップ層を構成している第1のシリコン窒化膜8において発生した水素原子(−H基)が、ゲート電極10の上面へと拡散するのは、第1の水素拡散抑制膜7によって抑制される。また、サイドウォール13を構成している第2のシリコン窒化膜12において発生した水素原子(−H基)が、ゲート電極10の側面へと拡散するのは、第2の水素拡散抑制膜11によって抑制される。更に、第1のシリコン窒化膜8において発生した水素原子が、サイドウォール13に侵入するのも抑制され、結果、第1のシリコン窒化膜8において発生した水素原子が、サイドウォール13を介して、ゲート電極10の側面へと拡散するのも、第2の水素拡散抑制膜11によって抑制される。
【0060】
このことから、本実施の形態1では、上述したように、発生する水素原子(−H基)の数は、従来に比べて多いにも拘わらず、これらがゲート電極10及びゲート絶縁膜3へと拡散するのが抑制される。
【0061】
なお、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜に用いる、Si−H結合を含むシリコンのソースガスの好ましい例としては、SiH2Cl2(ジクロロシラン)ガス、SiH2[NH(C4H9)]2(ビスターシャリーブチルシラン(BTBAS))ガス、及びSiH4(シラン)ガスが挙げられる。
【0062】
また、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11の成膜に用いる、Si−H結合を含まないシリコンのソースガスの好ましい例としては、SiCl4(テトラクロロシリコン)ガスや、Si2Cl6(ヘキサクロロジシラン)ガスが挙げられる。
【0063】
更に、第1の水素拡散抑制膜7、第2の水素拡散抑制膜11、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜に用いる窒素のソースガスの例としては、アンモニア(NH3)ガス、モノメチルアミン(CNH5)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、これらの混合ガスが挙げられる。更に、アンモニア(NH3)、モノメチルアミン(CNH5)、ヒドラジン(N2H4)のいずれかの誘導体を少なくとも含むガスも挙げられる。
【0064】
また、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜は、上述したようにSi−H結合を含むシリコンのソースガスを用いて行われている。よって、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12は、一般的なシリコン窒化膜の成膜温度(700℃〜800℃)よりも低い温度で成膜することができる。本実施の形態1では、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11の成膜温度は、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜温度よりも高く設定されている。
【0065】
具体的には、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11は、成膜温度を700℃〜850℃、好ましくは750℃〜800℃に設定し、成膜時間を10秒〜2分、好ましくは30秒〜1分に設定して成膜されている。第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12は、成膜温度を400℃〜650℃、好ましくは500℃〜600℃に設定し、成膜時間を60分〜400分、好ましくは200分〜300分に設定して成膜されている。
【0066】
このように、本実施の形態1では、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11の成膜温度を比較的高温に設定し、第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12の成膜温度を比較的高温に設定しているため、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11に生じる未反応の水素結合の数は、第1のシリコン窒化膜及び第2のシリコン窒化膜に生じる未反応の水素結合の数よりも少なくなる。
【0067】
つまり、本実施の形態1では、成膜温度の設定によっても、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11で発生する水素原子(−H基)の数を、第1のシリコン窒化膜及び第2のシリコン窒化膜に発生する水素原子(−H基)の数よりも少なくしている。よって、本実施の形態1によれば、上述した水素原子(−H基)の拡散の抑制をより好ましく行うことができる。
【0068】
また、一般に、成膜温度を400℃〜650℃の比較的低温に設定してシリコン窒化膜を成膜した場合は、拡散する水素原子の数が増大するが、上述のように本実施の形態1においては、第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜8によって、ゲート電極10及びゲート絶縁膜3への水素原子の拡散は抑制される。
【0069】
更に、本実施の形態1においては、ゲートキャップ層を構成する第1のシリコン窒化膜8とサイドウォール13を構成する第2のシリコン窒化膜12との両方が、上記したように通常のシリコン窒化膜の成膜温度よりも低い温度で成膜されている。このため、本実施の形態1によれば、サイドウォールを構成するシリコン窒化膜だけを低い温度で成膜している図5及び図6で示した従来の半導体装置に比べて、サーマルバジェットの低減も図られている。
【0070】
なお、本実施の形態1では、第2の水素拡散抑制膜11は750℃〜800℃の高温で成膜されており、第2の水素拡散抑制膜11の成膜時に加えられる熱によって、第1のシリコン窒化膜8中に生じている未反応の水素結合からは水素原子(−H基)が分離される。但し、この分離された水素原子(−H基)は、第1の水素拡散抑制膜7の存在によってゲート電極10へとは拡散できないため、第1のシリコン窒化膜8の外に拡散される。本実施の形態1では、第2の水素拡散抑制膜11の形成によっても、水素原子(−H基)によるゲート電極10やゲート絶縁膜3への拡散も抑制されている。
【0071】
このように、本実施の形態1では、ゲートキャップ層を構成する第1のシリコン窒化膜8及びサイドウォール13を構成する第2のシリコン窒化膜12で発生した水素原子がゲート絶縁膜3及びゲート電極10へと拡散するのを抑制する水素拡散抑制手段(第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11)を備えている。
【0072】
このため、本実施の形態1によれば、ゲートキャップ層を構成する第1のシリコン窒化膜8とサイドウォール13を構成する第2のシリコン窒化膜12との両方によって、サーマルバジェットの低減を図りつつ、水素原子(−H基)によるトランジスタの閾値電圧の変動及びオン電流の劣化の抑制とを図ることができる。
【0073】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図3及び図4を参照しながら説明する。先ず、本実施の形態2にかかる半導体装置の構成について図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。なお、図3においても、図1と同様に、半導体装置の一部を構成するpチャネルMOSトランジスタのみを示しており、絶縁部分にのみハッチングを施している。
【0074】
図3に示すように、本実施の形態2にかかる半導体装置も、実施の形態1にかかる半導体装置と同様に、シリコン基板21を備えている。シリコン基板21は、実施の形態1において図1及び図2で示したシリコン基板1と同様のものである。シリコン基板21には、素子分離22a及び22bが形成されている。素子分離22a及び22bも、実施の形態1において図1及び図2で示した素子分離2a及び2bと同様のものである。
【0075】
また、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、素子分離22aと22bとの間には、pチャンネルMOSトランジスタが形成されている。このMOSトランジスタは、実施の形態1と同様に、シリコン基板21上に形成されたゲート絶縁膜23、各サイドウォール28下のシリコン基板21の表層部分に形成されたLDD領域32a及び32b、素子分離22aとサイドウォール28との間のシリコン基板21の表層部分に形成されたソース(p+)領域33、及び素子分離22bとサイドウォール28との間のシリコン基板21の表層部分に形成されたドレイン(p+)領域34を備えている。
【0076】
但し、本実施の形態2においては、実施の形態1と異なり、ゲート絶縁膜23の上に設けられたゲート電極25が、シリサイドゲート電極である。ゲート電極25の上面側の一部分29はシリサイド化されている。また、本実施の形態2においては、実施の形態1と異なり、第2の水素拡散抑制膜26は、ゲート電極25及びゲート絶縁膜23の両側面のみを覆うように形成されている。サイドウォール28は、第2の水素拡散抑制膜26を覆うように形成されている。
【0077】
更に、本実施の形態2においては、実施の形態1と異なり、第1の水素拡散抑制膜30は、シリコン基板21、ゲート電極25、第2の水素拡散抑制膜26及びサイドウォール28を覆うように形成されている。また、第2のシリコン窒化膜31は、第1の水素拡散抑制膜30を覆うように形成されている。
【0078】
次に、図3に示す本実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について図4を用いて説明する。図4は、図3に示す半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図4(a)〜(e)は、一連の主な工程を示している。
【0079】
最初に、図4(a)に示すように、p型のシリコン基板21に、所定の間隔をおいて素子分離22a及び22bを形成し、素子分離22aと22bとの間に挟まれたイオン注入領域に、リン(P)及び砒素(As)をイオン注入してnウェルを形成する。更に、RTP装置により、酸化膜または酸窒化膜のゲート絶縁膜23を形成する。なお、ここまでの工程は、従来技術において図6(a)を参照して説明した従来の工程と同様に行われる。
【0080】
その後、本実施の形態2では、従来技術及び実施の形態1と異なり、LP−CVD装置により、SiH4ガスの雰囲気下で、ゲート絶縁膜23を覆うようにポリシリコン膜24を成膜し、ホウ素(B)をイオン注入してゲートドーピングを行う。
【0081】
次に、図4(b)に示すように、ポリシリコン膜24の上の素子分離22a及び22bの間となる所定の位置に、ゲートパターンを形成するためのレジストパターン(図示せず。)をフォトリソグラフィー法により形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして、ゲート絶縁膜23とポリシリコン膜24とに対してエッチングを行い、ポリシリコンパターンのゲート電極25を形成する。その後、フォトレジストパターンを除去することにより、図4(b)に示す状態となる。
【0082】
次に、図4(c)に示すように、ゲート電極25とゲート絶縁膜23との積層体と、素子分離22a及び22bと、シリコン基板21とを覆うように、第2の水素拡散抑制膜26を成膜する。更に、第2の水素拡散抑制膜26を覆うように、サイドウォールとなる第2のシリコン窒化膜27を成膜する。
【0083】
次に、図4(d)に示すように、第2の水素拡散抑制膜26及び第2のシリコン窒化膜27に異方性のドライエッチングを行う。この結果、ゲート電極25とゲート絶縁膜23との積層体の両側面は、第2の水素拡散抑制膜26によって覆われ、第2の水素拡散抑制膜26は、第2のシリコン窒化膜27で形成されたサイドウォール28によって覆われる。
【0084】
次に、サイドウォール28をマスクとして、シリコン基板21に、ホウ素(B)を低濃度でイオン注入し、その後、ホウ素(B)を高濃度でイオン注入する。これにより、各サイドウォール28下のLDD(Lightly Doped Drain)領域32a及び32bと、素子分離22aとサイドウォール28との間に位置するソース(p+)領域33と、素子分離22bとサイドウォール28との間に位置するドレイン(p+)領域34とが形成される。なお、このイオン注入工程は、従来技術において図6(e)を参照して説明した従来の工程と同様に行われる。
【0085】
次に、図4(e)に示すように、チタン、コバルトまたはニッケルの金属膜(図示せず)を成膜して、ゲート電極25を被覆し、シリコン基板21を加熱する。この工程により、ゲート電極25の上面側の一部分29はシリサイド化され、ゲート電極25はシリサイドゲート電極となる。この後、図示しない金属膜を剥離する。
【0086】
次いで、シリサイド化されたゲート電極25とゲート絶縁膜23との積層体、第2の水素拡散抑制膜26及びサイドウォール28を覆うように、第1の水素拡散抑制膜30を成膜する。
【0087】
その後、図4(f)に示すように、第1の水素拡散抑制膜30を覆うように、ライナー層となる第1のシリコン窒化膜31を形成して、MOSトランジスタが完成する。その後、層間絶縁膜、コンタクトホール、ビアホール、及び金属配線(図示せず)が形成されて、半導体装置が完成する。
【0088】
ここで、本実施の形態2における第1の水素拡散抑制膜30、第2の水素拡散抑制膜26、ライナー層を構成する第1のシリコン窒化膜31、及びサイドウォール28を構成する第2のシリコン窒化膜27の形成と、第1の水素拡散抑制膜30及び第2の水素拡散抑制膜26による水素原子の拡散の抑制について説明する。
【0089】
本実施の形態2において、第1の水素拡散抑制膜30及び第2の水素拡散抑制膜26は、実施の形態1で示した第1の水素拡散抑制膜7及び第2の水素拡散抑制膜11と同様の成膜条件で成膜されたシリコン窒化膜である。また、ライナー層を構成する第1のシリコン窒化膜31及びサイドウォール28を構成する第2のシリコン窒化膜27は、実施の形態1で示した第1のシリコン窒化膜8及び第2のシリコン窒化膜12と同様の成膜条件で成膜されたシリコン窒化膜である。
【0090】
このため、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、図5及び図6を参照して説明した従来の半導体装置に比べて、第1のシリコン窒化膜31及び第2のシリコン窒化膜27で発生してゲート電極25及びゲート絶縁膜23に向かって拡散する水素原子(−H基)の数は多いといえる。
【0091】
しかし、本実施の形態2では、ライナー層を構成している第1のシリコン窒化膜31において発生した水素原子(−H基)がゲート電極25の上面へと拡散するのは、第1の水素拡散抑制膜30によって抑制される。また、サイドウォール28を構成している第2のシリコン窒化膜27において発生した水素原子(−H基)が、ゲート絶縁膜23及びゲート電極25の側面へと拡散するのは、第2の水素拡散抑制膜26によって抑制される。
【0092】
また、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、ライナー層を構成する第1のシリコン窒化膜31とサイドウォール28を構成する第2のシリコン窒化膜27とを比較的低い成膜温度で成膜できるため、図5及び図6で示した従来の半導体装置に比べて、サーマルバジェットの低減も図られている。
【0093】
なお、本実施の形態2において、第1の水素拡散抑制膜30は750℃〜800℃の高温で成膜されるため、第1の水素拡散抑制膜30の成膜時に加えられる熱によって、サイドウォール28を構成している第2のシリコン窒化膜27に生じている未反応の水素結合から水素原子(−H基)が分離される。但し、この分離された水素原子(−H基)は、第2の水素拡散抑制膜26の存在によってゲート電極25へとは拡散できないため、第2の水素拡散抑制膜26と第1の水素拡散抑制膜30とでサイドウォール28中に封じ込められた状態となる。
【0094】
このように、本実施の形態2では、ライナー層を構成する第1のシリコン窒化膜31及びサイドウォール28を構成する第2のシリコン窒化膜27で発生した水素原子がゲート絶縁膜23及びゲート電極25へと拡散するのを抑制する水素拡散抑制手段(第1の水素拡散抑制膜30及び第2の水素拡散抑制膜26)を備えている。
【0095】
このため、本実施の形態2によれば、ライナー層を構成する第1のシリコン窒化膜31とサイドウォール28を構成する第2のシリコン窒化膜27との両方で、サーマルバジェットの低減を図りつつ、水素原子(−H基)によるトランジスタの閾値電圧の変動及びオン電流の劣化の抑制とを図ることができる。
【0096】
なお、本実施の形態2においては、第1のシリコン窒化膜及び第2のシリコン窒化膜は、Si−H結合を含まないシリコンのソースガス、例えば、Si2Cl6(ヘキサクロロジシラン)ガスを用いて、低温(400℃〜650℃)で成膜することもできる。この場合、成膜温度の低温化によって、大量の未反応のN−H結合が生じ、これから大量の水素原子が分離されるが、この分離された水素原子によるゲート絶縁膜23及びゲート電極25への拡散も、第1の水素拡散抑制膜30及び第2の水素拡散抑制膜26によって抑制される。
【0097】
本発明において、第1の水素拡散抑制膜及び第2の水素拡散抑制膜は、Si−H結合を含まないシリコンのソースガスを用いて、第1のシリコン窒化膜及び第2のシリコン窒化膜の成膜温度よりも高い成膜温度で成膜して得られたシリコン窒化膜に限定されるものではない。本発明で用いることができる水素拡散抑制膜の形成材料としては、TiAlO(チタンアルミオキサイド)、TiAlN(チタンアルミナイトライド)、SiC(シリコンカーバイド)、Al2O3(酸化アルミ)等も挙げられる。
【0098】
また、本発明では、第1の水素拡散抑制膜及び第2の水素拡散抑制膜は、Si−H結合を含むシリコンのソースガスを用いて750℃〜800℃の高温で成膜したシリコン窒化膜であっても良い。更に、第1及び第2の水素拡散抑制膜は、Si−H結合を含まないシリコンのソースガスを用いて400℃〜650℃の低温で成膜したシリコン窒化膜であっても良い。
【0099】
更に、本発明では、第1の水素拡散抑制膜及び第2の水素拡散抑制膜のいずれかのみが設けられた態様であっても良い。但し、第1の水素拡散抑制膜のみを設ける場合は、第1のシリコン窒化膜は、Si−H結合を含まないシリコンのソースガスを用いて700℃〜850℃、好ましくは750℃〜800℃で成膜するのが好ましい。また、第2の水素拡散抑制膜のみを設ける場合は、第2のシリコン窒化膜は、Si−H結合を含まないシリコンのソースガスを用いて700℃〜850℃、好ましくは750℃〜800℃で成膜するのが好ましい。
【0100】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、サーマルバジェットの低減を図ると同時に、ゲート電極及びゲート絶縁膜への水素原子(−H基)の拡散によるトランジスタの閾値電圧の変動やオン電流の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図2(a)〜(e)は、一連の主な工程を示している。
【図3】本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。
【図4】図3に示す半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図4(a)〜(e)は、一連の主な工程を示している。
【図5】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図6】図5に示す半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図6(a)〜(e)は一連の主な工程を示している。
【符号の説明】
1、21 シリコン基板
2a、2b、22a、22b 素子分離
3、23 ゲート絶縁膜
4 アモルファスシリコン膜
5 窒化チタン膜
6 タングステン膜
7、30 第1の水素拡散抑制膜
8、31 第1のシリコン窒化膜
9 レジストパターン
10、25 ゲート電極
11、26 第2の水素拡散抑制膜
12、27 第2のシリコン窒化膜
13、28 サイドウォール
14a、14b、32a、32b LDD領域
15、33 ソース領域
16、34 ドレイン領域
24 ポリシリコン膜
29 ゲート電極におけるシリサイド化された部分[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device using a polymetal gate electrode or a silicide gate electrode capable of reducing the thickness of a gate insulating film and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an LSI (Large Scale Integrated circuit), in order to increase the degree of integration of a chip, miniaturization of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), which is an element constituting the LSI, and reduction in operating voltage are performed. Have been.
[0003]
On the other hand, high integration of elements causes an increase in wiring resistance, and lowers the speed of the elements. Therefore, for the purpose of improving the speed of the device, for example, in a gate electrode connected to a word line of a memory, a poly-silicon film using a tungsten film having a lower resistance than the conventional cobalt silicide film is used. Research on metal gate electrodes is underway.
[0004]
A conventional semiconductor device provided with a polymetal gate electrode will be described with reference to FIGS. 5 and 6 (for example, see Patent Document 1). First, the configuration of a conventional semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor device. FIG. 5 shows only a p-channel MOS transistor constituting a part of the semiconductor device, and only an insulating portion is hatched.
[0005]
As shown in FIG. 5, the conventional semiconductor device includes a p-
[0006]
A p-channel MOS transistor is formed between the
[0007]
Further,
[0008]
Next, a method for manufacturing the conventional semiconductor device shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. 6A to 6E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 5, and FIGS. 6A to 6E show a series of main steps. In FIG. 6, as in FIG. 5, only the p-channel MOS transistor constituting a part of the semiconductor device is shown, and only the insulating portion is hatched.
[0009]
First, as shown in FIG. 6A,
[0010]
Next, as shown in FIG. 6B, rapid heating is performed by an RTP (Rapid Thermal Process) device to form an oxide film or an oxynitride film so as to cover the
[0011]
Thereafter, a tungsten nitride (WN)
[0012]
Next, as shown in FIG. 6C, using the
[0013]
Next, as shown in FIG. 6D, a SiH is formed so as to cover the
[0014]
Next, as shown in FIG. 6E, the
[0015]
In the MOS transistor having the
[0016]
[Patent Document 1]
JP 2001-168097 A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0018]
In the example of FIG. 6, the silicon-
[0019]
For this reason, in the
[0020]
After the formation of the
[0021]
In this case, since the number of unreacted Si—H bonds and N—H bonds included in the
[0022]
On the other hand, the problem due to hydrogen diffusion can be solved by setting the film forming temperature of the
[0023]
Focusing only on the reduction of the thermal budget, it is preferable that both the
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing a thermal budget and suppressing diffusion of hydrogen atoms into a gate insulating film, and a method for manufacturing the same.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and at least an upper surface of the gate electrode. Any one of the first silicon nitride film formed, the sidewall formed of a second silicon nitride film on both side surfaces of the gate insulating film and the gate electrode, and the first silicon nitride film and the sidewall And hydrogen diffusion suppressing means for suppressing diffusion of hydrogen atoms generated in one or both of them into the gate insulating film and the gate electrode.
[0025]
In the above-described semiconductor device according to the present invention, the hydrogen diffusion suppressing means is provided between the gate electrode and the first silicon nitride film to transfer hydrogen atoms generated in the first silicon nitride film to the gate electrode. A first hydrogen diffusion suppressing film formed so as to suppress the diffusion of, and between the gate insulating film and the gate electrode and the sidewall, the gate insulating film of hydrogen atoms generated in the sidewall and It is preferable to include a second hydrogen diffusion suppressing film formed so as to suppress the diffusion to the gate electrode.
[0026]
In the above aspect, the first hydrogen diffusion suppressing film and the first silicon nitride film are formed so as to match the gate electrode, and the sidewall is a nitride film, the gate insulating film, It is preferable that the gate electrode, the first hydrogen diffusion suppressing film, and the first silicon be formed so as to cover side surfaces of the first silicon. Further, in the above aspect, the first hydrogen diffusion suppressing film is formed so as to cover the semiconductor substrate, the gate electrode, the second hydrogen diffusion suppressing film, and the sidewall, and Preferably, a silicon nitride film is formed so as to cover the first hydrogen diffusion suppression film.
[0027]
Next, in order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, A method of manufacturing a semiconductor device having at least a first silicon nitride film covering at least an upper surface and a sidewall formed of a second silicon nitride film on a side surface of the gate electrode, wherein (A) the first Forming a hydrogen diffusion suppressing means for suppressing hydrogen atoms generated in one or both of the silicon nitride film and the sidewall from diffusing into the gate insulating film and the gate electrode. .
[0028]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step (A) is performed on the first silicon nitride film between (a) the gate electrode and the first silicon nitride film. Forming a first hydrogen diffusion suppressing film for suppressing the diffusion of hydrogen atoms to the gate electrode; and (b) generating the first hydrogen diffusion suppressing film on the sidewall between the gate insulating film and the gate electrode and the sidewall. Forming a second hydrogen diffusion suppressing film for suppressing the diffusion of hydrogen atoms into the gate insulating film and the gate electrode.
[0029]
In the above aspect, the step (a) includes forming the gate insulating film, the conductive film serving as the gate electrode, the first hydrogen diffusion suppressing film, and the first silicon nitride on the semiconductor substrate. Forming a resist pattern on the first silicon nitride film; performing etching using the resist pattern as a mask to form the gate insulating film, the gate electrode, the first Forming a stacked body of the hydrogen diffusion suppressing film and the first silicon nitride film, wherein the step (b) is performed by removing the stacked body obtained in the step (a). A step of covering with a second hydrogen diffusion suppression film, a step of covering the second hydrogen diffusion suppression film with the second silicon nitride film, and a step of covering the second hydrogen diffusion suppression film and the second silicon nitride film. Perform anisotropic etching, The side surfaces of the serial laminate through the second hydrogen diffusion suppressing film preferably has a step of forming a sidewall of the second silicon nitride film. In this case, the conductor film serving as the gate electrode is preferably formed by stacking a plurality of types of metal films.
[0030]
Further, in the above aspect, a step of laminating the gate insulating film and a silicon conductive film to be the gate electrode on the semiconductor substrate; and a step of forming a resist pattern on the silicon conductive film. Performing etching using the resist pattern as a mask to form a stacked body of the gate insulating film and the gate electrode, and further comprising a step of silicidizing a part of the upper surface side of the gate electrode, (B) covering the stacked body with the second hydrogen diffusion suppressing film; covering the second hydrogen diffusion suppressing film with the second silicon nitride film; Anisotropic etching is performed on the diffusion suppressing film and the second silicon nitride film, and a side wall of the second silicon nitride film is formed on a side surface of the stacked body via the second hydrogen diffusion suppressing film. And (b) forming the second hydrogen diffusion suppressing film and the sidewall obtained in the step (b). It is preferable that the method further includes a step of covering with a hydrogen diffusion suppression film and a step of covering the first hydrogen diffusion suppression film with the first silicon nitride film.
[0031]
Further, in the above aspect, the first hydrogen diffusion suppression film and the second hydrogen diffusion suppression film are silicon nitride films, and a silicon source gas containing no bond between silicon atoms and hydrogen atoms and a nitrogen source gas. The first silicon nitride film and the second silicon nitride film are formed by using a source gas of silicon including a bond between silicon atoms and hydrogen atoms and a source gas of nitrogen. It is preferable that the film is formed by using.
[0032]
In this case, tetrachloro silicon (SiCl 4 ) Or hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ). The source gas of silicon containing a bond between the silicon atom and the hydrogen atom is SiH 2 Cl 2 , SiH 2 [NH (C 4 H 9 )] 2 , SiH 4 Gas containing at least one of the above. Further, as the nitrogen source gas, ammonia (NH 3 ), Monomethylamine (CNH) 5 ), Hydrazine (N 2 H 4 ) Or a gas containing at least one of these derivatives.
[0033]
In the above aspect, it is preferable that the first hydrogen diffusion suppression film is a silicon nitride film formed at a film formation temperature higher than a film formation temperature of the first silicon nitride film. Specifically, the first hydrogen diffusion suppressing film is formed at a film formation temperature of 750 to 800 ° C., and the first silicon nitride film is formed at a film formation temperature of 400 ° C. to 650 ° C. Preferably, it is coated. Further, it is preferable that the second hydrogen diffusion suppressing film is a silicon nitride film formed at a film forming temperature higher than the film forming temperature of the second silicon nitride film. Specifically, the second hydrogen diffusion suppressing film is formed at a temperature of 750 to 800 ° C., and the second silicon nitride film is formed at a film forming temperature of 400 ° C. to 650 ° C. Is preferred.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows only a p-channel MOS transistor constituting a part of the semiconductor device, and only an insulating portion is hatched.
[0035]
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment also includes a p-type silicon substrate 1 as in the related art. On the p-type silicon substrate 1, a plurality of
[0036]
A p-channel MOS transistor is formed between the
[0037]
The
[0038]
However, in the first embodiment, unlike the conventional case, the hydrogen diffusion suppressing film 7 is formed between the
[0039]
Further, in the first embodiment, both side surfaces of the
[0040]
In this specification, the silicon nitride film located on the upper surface of the gate electrode is hereinafter referred to as a first silicon nitride film, and the hydrogen diffusion suppressing film located on the upper surface of the gate electrode is hereinafter referred to as a first hydrogen diffusion suppressing film. . Further, in this specification, a silicon nitride film serving as a sidewall of a gate electrode is hereinafter referred to as a second silicon nitride film, and a hydrogen diffusion suppressing film covered with the second silicon nitride film is referred to as a second hydrogen diffusion film. It is called a suppression film.
[0041]
Also in the first embodiment, LDD (Lightly Doped Drain)
[0042]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2A to 2E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1, and FIGS. 2A to 2E show a series of main steps. FIG. 2 shows only a p-channel MOS transistor constituting a part of the semiconductor device, as in FIG. 1, and only an insulating portion is hatched.
[0043]
First, as shown in FIG. 2A,
[0044]
Next, as shown in FIG. 2B, rapid heating is performed by an RTP device to form a
[0045]
Thereafter, a titanium nitride (TiN) film 5 and a tungsten (W) film 6 are sequentially formed on the amorphous silicon film 4. The amorphous silicon film 4, the titanium nitride film 5, and the tungsten film 6 are conductor films serving as gate electrodes, as shown in FIG. Up to this point, the process is performed in the same manner as the conventional process described with reference to FIG. 6B in the related art except that the titanium nitride film 5 is used instead of the tungsten nitride film.
[0046]
However, in the first embodiment, as shown in FIG. 2B, a first hydrogen diffusion suppression film 7 is formed on the tungsten film 6, and the first hydrogen diffusion suppression film 7 is formed on the first hydrogen diffusion suppression film 7. A silicon nitride film 8 serving as a gate cap layer is formed, which is different from the conventional process of forming the silicon nitride film 8 directly on the tungsten film 6.
[0047]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, a resist pattern for forming a gate pattern is formed at a predetermined position on the first silicon nitride film 8 between the
[0048]
Next, as shown in FIG. 2C, using the resist pattern 8 as a mask, the
[0049]
Next, as shown in FIG. 2D, in the first embodiment, the
[0050]
Next, as shown in FIG. 2E, anisotropic dry etching is performed on the second hydrogen
[0051]
Next, using the
[0052]
Here, the first hydrogen diffusion suppressing film 8, the second hydrogen
[0053]
In the first embodiment, the first silicon nitride film 8 and the second
[0054]
For this reason, when the first silicon nitride film 8 and the second
[0055]
Further, as will be described later, in the first embodiment, unlike the conventional semiconductor device described with reference to FIGS. 5 and 6, the first silicon nitride film 8 also has a silicon source gas containing a Si—H bond. And is formed at a relatively low temperature. For this reason, in the first embodiment, the
[0056]
On the other hand, in the first embodiment, the first hydrogen diffusion suppression film 7 and the second hydrogen
[0057]
Therefore, when the first hydrogen diffusion suppressing film 7 and the second hydrogen diffusion suppressing film 8 are formed, only N—H bonds are generated as unreacted hydrogen bonds, so that the step shown in FIG. After that, it can be said that the number of hydrogen bonds separated from unreacted hydrogen bonds is smaller than that of the first silicon nitride film 8 and the second
[0058]
Therefore, if a silicon nitride film having a small number of unreacted hydrogen bonds is provided as the first hydrogen diffusion suppressing film 7 and the second hydrogen diffusion suppressing film 8 as shown in FIGS. The number of hydrogen atoms diffusing into the
[0059]
That is, the diffusion of hydrogen atoms (-H groups) generated in the first silicon nitride film 8 constituting the gate cap layer to the upper surface of the
[0060]
For this reason, in the first embodiment, as described above, although the number of generated hydrogen atoms (—H groups) is larger than in the related art, they are transferred to the
[0061]
Preferred examples of a silicon source gas containing a Si—H bond used for forming the first silicon nitride film 8 and the second
[0062]
Preferred examples of the silicon source gas containing no Si—H bond used for forming the first hydrogen diffusion suppression film 7 and the second hydrogen
[0063]
Further, as an example of a nitrogen source gas used for forming the first hydrogen diffusion suppressing film 7, the second hydrogen
[0064]
Further, the first silicon nitride film 8 and the second
[0065]
Specifically, the first hydrogen diffusion suppression film 7 and the second hydrogen
[0066]
As described above, in the first embodiment, the deposition temperature of the first hydrogen diffusion suppression film 7 and the second hydrogen
[0067]
That is, in the first embodiment, the number of hydrogen atoms (-H groups) generated in the first hydrogen diffusion suppression film 7 and the second hydrogen
[0068]
In general, when a silicon nitride film is formed by setting the film formation temperature to a relatively low temperature of 400 ° C. to 650 ° C., the number of diffused hydrogen atoms increases. In 1, diffusion of hydrogen atoms into the
[0069]
Further, in the first embodiment, both the first silicon nitride film 8 forming the gate cap layer and the second
[0070]
In the first embodiment, the second hydrogen
[0071]
As described above, in the first embodiment, the hydrogen atoms generated in the first silicon nitride film 8 forming the gate cap layer and the second
[0072]
For this reason, according to the first embodiment, the thermal budget is reduced by both the first silicon nitride film 8 forming the gate cap layer and the second
[0073]
(Embodiment 2)
Next, a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, as in FIG. 1, only the p-channel MOS transistor constituting a part of the semiconductor device is shown, and only the insulating portion is hatched.
[0074]
As shown in FIG. 3, the semiconductor device according to the second embodiment also includes a
[0075]
Also, in the second embodiment, as in the first embodiment, a p-channel MOS transistor is formed between
[0076]
However, in the second embodiment, unlike in the first embodiment, the
[0077]
Further, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the first hydrogen
[0078]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4A to 4E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 3, and FIGS. 4A to 4E show a series of main steps.
[0079]
First, as shown in FIG. 4A,
[0080]
After that, in the second embodiment, unlike the related art and the first embodiment, the SiH is 4 Under a gas atmosphere, a
[0081]
Next, as shown in FIG. 4B, a resist pattern (not shown) for forming a gate pattern is formed at a predetermined position on the
[0082]
Next, as shown in FIG. 4C, a second hydrogen diffusion suppressing film is formed so as to cover the stacked body of the
[0083]
Next, as shown in FIG. 4D, anisotropic dry etching is performed on the second hydrogen
[0084]
Next, using the
[0085]
Next, as shown in FIG. 4E, a metal film (not shown) of titanium, cobalt or nickel is formed to cover the
[0086]
Next, a first hydrogen
[0087]
Thereafter, as shown in FIG. 4F, a first
[0088]
Here, the first hydrogen
[0089]
In the second embodiment, the first hydrogen
[0090]
For this reason, in the second embodiment, as in the first embodiment, the first
[0091]
However, in the second embodiment, the diffusion of hydrogen atoms (-H groups) generated in the first
[0092]
Also, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the first
[0093]
In the second embodiment, since the first hydrogen
[0094]
As described above, in the second embodiment, the hydrogen atoms generated in the first
[0095]
Therefore, according to the second embodiment, both the first
[0096]
In the second embodiment, the first silicon nitride film and the second silicon nitride film are made of a silicon source gas containing no Si—H bond, for example, Si gas. 2 Cl 6 A film can also be formed at a low temperature (400 ° C. to 650 ° C.) using a (hexachlorodisilane) gas. In this case, a large amount of unreacted N—H bonds are generated due to the lowering of the film formation temperature, and a large amount of hydrogen atoms are separated therefrom. Is also suppressed by the first hydrogen
[0097]
In the present invention, the first hydrogen diffusion suppressing film and the second hydrogen diffusion suppressing film are formed of a first silicon nitride film and a second silicon nitride film by using a silicon source gas containing no Si—H bond. The present invention is not limited to a silicon nitride film obtained by forming a film at a film forming temperature higher than the film forming temperature. Materials for forming the hydrogen diffusion suppression film that can be used in the present invention include TiAlO (titanium aluminum oxide), TiAlN (titanium aluminum nitride), SiC (silicon carbide), and Al. 2 O 3 (Aluminum oxide) and the like.
[0098]
In the present invention, the first hydrogen diffusion suppressing film and the second hydrogen diffusion suppressing film are silicon nitride films formed at a high temperature of 750 ° C. to 800 ° C. using a silicon source gas containing Si—H bonds. It may be. Further, the first and second hydrogen diffusion suppressing films may be silicon nitride films formed at a low temperature of 400 ° C. to 650 ° C. using a silicon source gas containing no Si—H bond.
[0099]
Further, in the present invention, an embodiment may be provided in which only one of the first hydrogen diffusion suppression film and the second hydrogen diffusion suppression film is provided. However, when only the first hydrogen diffusion suppression film is provided, the first silicon nitride film is formed at 700 ° C. to 850 ° C., preferably 750 ° C. to 800 ° C. using a silicon source gas containing no Si—H bond. It is preferable to form a film. In the case where only the second hydrogen diffusion suppressing film is provided, the second silicon nitride film is formed at 700 ° C. to 850 ° C., preferably 750 ° C. to 800 ° C. using a silicon source gas containing no Si—H bond. It is preferable to form a film.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, the thermal budget is reduced, and at the same time, the threshold voltage of the transistor due to the diffusion of hydrogen atoms (-H groups) into the gate electrode and the gate insulating film Voltage fluctuations and deterioration of on-current can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
2A to 2E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 and show a series of main steps.
FIG. 3 is a sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
4A to 4E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 3, showing a series of main steps.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional semiconductor device.
6A to 6E are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 5, and FIGS. 6A to 6E show a series of main steps.
[Explanation of symbols]
1,21 silicon substrate
2a, 2b, 22a, 22b Element isolation
3,23 gate insulating film
4 Amorphous silicon film
5 Titanium nitride film
6 Tungsten film
7, 30 First hydrogen diffusion suppression film
8, 31 First silicon nitride film
9 Resist pattern
10, 25 Gate electrode
11, 26 Second hydrogen diffusion suppressing film
12, 27 Second silicon nitride film
13, 28 Side wall
14a, 14b, 32a, 32b LDD region
15, 33 source area
16, 34 drain region
24 polysilicon film
29 Silicided portion of gate electrode
Claims (15)
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の少なくとも上面を覆うように形成された第1のシリコン窒化膜と、
前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極の両側面に第2のシリコン窒化膜で形成されたサイドウォールと、
前記第1のシリコン窒化膜及び前記サイドウォールのいずれか一方又は両方で発生した水素原子が前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極へと拡散するのを抑制する水素拡散抑制手段とを有することを特徴とする半導体装置。A gate insulating film formed on a semiconductor substrate,
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A first silicon nitride film formed so as to cover at least an upper surface of the gate electrode;
Sidewalls formed of a second silicon nitride film on both side surfaces of the gate insulating film and the gate electrode;
Hydrogen diffusion suppressing means for suppressing hydrogen atoms generated in one or both of the first silicon nitride film and the sidewall from diffusing into the gate insulating film and the gate electrode. Semiconductor device.
前記ゲート電極と前記第1のシリコン窒化膜との間に、前記第1のシリコン窒化膜で発生した水素原子の前記ゲート電極への拡散を抑制するように形成された第1の水素拡散抑制膜と、
前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極と前記サイドウォールとの間に、前記サイドウォールで発生した水素原子の前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極への拡散を抑制するように形成された第2の水素拡散抑制膜とを含んでいる請求項1記載の半導体装置。The hydrogen diffusion suppressing means,
A first hydrogen diffusion suppressing film formed between the gate electrode and the first silicon nitride film so as to suppress diffusion of hydrogen atoms generated in the first silicon nitride film into the gate electrode; When,
A second hydrogen diffusion formed between the gate insulating film and the gate electrode and the sidewall to suppress diffusion of hydrogen atoms generated in the sidewall into the gate insulating film and the gate electrode; The semiconductor device according to claim 1, further comprising a suppression film.
前記サイドウォールが、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記第1の水素拡散抑制膜及び前記第1のシリコン窒化膜の側面を覆うように形成されている請求項2記載の半導体装置。The first hydrogen diffusion suppressing film and the first silicon nitride film are formed so as to match the gate electrode;
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the sidewall is formed so as to cover side surfaces of the gate insulating film, the gate electrode, the first hydrogen diffusion suppressing film, and the first silicon nitride film.
前記第1のシリコン窒化膜が、前記第1の水素拡散抑制膜を覆うように形成されている請求項2記載の半導体装置。The first hydrogen diffusion suppression film is formed so as to cover the semiconductor substrate, the gate electrode, the second hydrogen diffusion suppression film, and the sidewall,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said first silicon nitride film is formed so as to cover said first hydrogen diffusion suppressing film.
(A)前記第1のシリコン窒化膜及び前記サイドウォールのいずれか一方又は両方で発生した水素原子が前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極へと拡散するのを抑制する水素拡散抑制手段を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。A gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, a first silicon nitride film covering at least an upper surface of the gate electrode, and a second silicon nitride film on a side surface of the gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device having at least a sidewall formed of a silicon nitride film,
(A) forming hydrogen diffusion suppressing means for suppressing diffusion of hydrogen atoms generated in one or both of the first silicon nitride film and the sidewall to the gate insulating film and the gate electrode; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(a)前記ゲート電極と前記第1のシリコン窒化膜との間に、前記第1のシリコン窒化膜で発生した水素原子の前記ゲート電極への拡散を抑制する第1の水素拡散抑制膜を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極と前記サイドウォールとの間に、前記サイドウォールで発生した水素原子の前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極への拡散を抑制する第2の水素拡散抑制膜を形成する工程とを有している請求項5記載の半導体装置の製造方法。The step (A) comprises:
(A) forming a first hydrogen diffusion suppressing film for suppressing diffusion of hydrogen atoms generated in the first silicon nitride film into the gate electrode between the gate electrode and the first silicon nitride film; The process of
(B) a second hydrogen diffusion suppressing film for suppressing diffusion of hydrogen atoms generated in the sidewall between the gate insulating film and the gate electrode and the sidewall to the gate insulating film and the gate electrode; 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising the step of:
前記半導体基板上に、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極となる導体膜と、前記第1の水素拡散抑制膜と、前記第1のシリコン窒化膜とを順に積層する工程と、前記第1のシリコン窒化膜の上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとしてエッチングを行って、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記第1の水素拡散抑制膜、及び前記第1のシリコン窒化膜の積層体を形成する工程とを有し、
前記(b)の工程が、
前記(a)の工程で得られた前記積層体を、前記第2の水素拡散抑制膜で覆う工程と、前記第2のシリコン窒化膜で前記第2の水素拡散抑制膜を覆う工程と、前記第2の水素拡散抑制膜及び前記第2のシリコン窒化膜に異方性エッチングを行って、前記積層体の側面に、前記第2の水素拡散抑制膜を介して、前記第2のシリコン窒化膜のサイドウォールを形成する工程とを有している請求項6に記載の半導体装置の製造方法。The step (a) includes:
A step of sequentially stacking the gate insulating film, a conductor film serving as the gate electrode, the first hydrogen diffusion suppressing film, and the first silicon nitride film on the semiconductor substrate; Forming a resist pattern on the silicon nitride film, and performing etching using the resist pattern as a mask to form the gate insulating film, the gate electrode, the first hydrogen diffusion suppressing film, and the first silicon nitride film; Forming a laminate of the film,
The step (b) comprises:
A step of covering the laminate obtained in the step (a) with the second hydrogen diffusion suppression film, a step of covering the second hydrogen diffusion suppression film with the second silicon nitride film, Anisotropic etching is performed on a second hydrogen diffusion suppressing film and the second silicon nitride film, and the second silicon nitride film is formed on a side surface of the stacked body via the second hydrogen diffusion suppressing film. Forming a sidewall of the semiconductor device.
前記(b)の工程が、
前記積層体を前記第2の水素拡散抑制膜で覆う工程と、前記第2のシリコン窒化膜で前記第2の水素拡散抑制膜を覆う工程と、前記第2の水素拡散抑制膜及び前記第2のシリコン窒化膜に異方性エッチングを行って、前記積層体の側面に、前記第2の水素拡散抑制膜を介して、前記第2のシリコン窒化膜のサイドウォールを形成する工程とを有し、
前記(a)の工程が、
前記積層体、前記(b)の工程で得られた前記第2の水素拡散抑制膜及び前記サイドウォールを、前記第1の水素拡散抑制膜で覆う工程と、前記第1のシリコン窒化膜で前記第1の水素拡散抑制膜を覆う工程とを有している請求項6に記載の半導体装置の製造方法。A step of stacking the gate insulating film and a silicon conductive film to be the gate electrode on the semiconductor substrate, a step of forming a resist pattern on the silicon conductive film, and using the resist pattern as a mask Performing etching to form a stacked body of the gate insulating film and the gate electrode, and further comprising a step of silicidizing a part of an upper surface side of the gate electrode,
The step (b) comprises:
A step of covering the stacked body with the second hydrogen diffusion suppressing film, a step of covering the second hydrogen diffusion suppressing film with the second silicon nitride film, and a step of covering the second hydrogen diffusion suppressing film and the second Performing anisotropic etching on the silicon nitride film to form sidewalls of the second silicon nitride film on the side surfaces of the stacked body via the second hydrogen diffusion suppressing film. ,
The step (a) includes:
Covering the stacked body, the second hydrogen diffusion suppressing film and the sidewall obtained in the step (b) with the first hydrogen diffusion suppressing film, 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising the step of covering the first hydrogen diffusion suppression film.
前記第1のシリコン窒化膜及び前記第2のシリコン窒化膜が、シリコン原子と水素原子との結合を含むシリコンのソースガスと窒素のソースガスとを用いて成膜されている請求項6に記載の半導体装置の製造方法。The first hydrogen diffusion suppressing film and the second hydrogen diffusion suppressing film are silicon nitride films, and are formed by using a silicon source gas containing no bond between silicon atoms and hydrogen atoms and a nitrogen source gas. Filmed,
7. The film according to claim 6, wherein the first silicon nitride film and the second silicon nitride film are formed using a silicon source gas containing a bond of a silicon atom and a hydrogen atom and a nitrogen source gas. Manufacturing method of a semiconductor device.
前記第2の水素拡散抑制膜が、前記第2のシリコン窒化膜の成膜温度よりも高い成膜温度で成膜されたシリコン窒化膜である請求項6に記載の半導体装置の製造方法。The first hydrogen diffusion suppression film is a silicon nitride film formed at a film formation temperature higher than the film formation temperature of the first silicon nitride film;
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the second hydrogen diffusion suppression film is a silicon nitride film formed at a film formation temperature higher than a film formation temperature of the second silicon nitride film.
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- 2003-03-28 JP JP2003092232A patent/JP2004303799A/en not_active Withdrawn
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