JP2006339557A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
この種の技術分野では、半導体装置の高性能化及び高機能化等により、半導体装置の微細化が進んでいる。このような微細化は、半導体メモリの技術分野で特に著しい。 In this type of technical field, miniaturization of semiconductor devices is progressing due to high performance and high functionality of semiconductor devices. Such miniaturization is particularly remarkable in the technical field of semiconductor memory.
半導体装置の微細化及び膜の薄化が進むにつれて、新たな問題点も浮上してくる。その中で、成膜後に膜中の水素が半導体装置内に拡散し、半導体装置の特性に悪影響を与えることを防止することができれば、半導体装置の信頼性を高めることができる。 As miniaturization of semiconductor devices and thinning of films progress, new problems emerge. If the hydrogen in the film can be prevented from diffusing into the semiconductor device after film formation and adversely affecting the characteristics of the semiconductor device, the reliability of the semiconductor device can be improved.
本発明の目的は、成膜後に膜中の水素が半導体装置内に拡散し、半導体装置の特性に悪影響を与えることを防止し、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the same, preventing hydrogen in the film from diffusing into the semiconductor device after film formation and adversely affecting the characteristics of the semiconductor device. .
(1)本発明に係る半導体装置は、CMOS型素子を含む半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層の一部を貫通して形成された複数のコンタクトプラグと、を有し、前記層間絶縁層は、水素バリア層を含み、前記水素バリア層は、前記コンタクトプラグに接触しないように、前記層間絶縁層の中間層に形成してなる。本発明によれば、層間絶縁層の中間層に水素バリア層が形成されていることにより、半導体装置に侵入した水素は、水素バリア層に遮断される。あるいは、水素バリア層に吸収される。そのため、半導体装置に侵入した水素がCMOS型素子に至ることを防止することができる。そのため、最終形状にほとんど影響を与えることなく、CMOS型素子を水素による特性劣化から保護することができ、半導体装置の特性に悪影響を与えることを防止することが可能となる。 (1) A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate including a CMOS type element, an interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate, and a plurality of layers formed through part of the interlayer insulating layer. The interlayer insulating layer includes a hydrogen barrier layer, and the hydrogen barrier layer is formed in an intermediate layer of the interlayer insulating layer so as not to contact the contact plug. According to the present invention, since the hydrogen barrier layer is formed in the intermediate layer of the interlayer insulating layer, hydrogen that has entered the semiconductor device is blocked by the hydrogen barrier layer. Alternatively, it is absorbed by the hydrogen barrier layer. Therefore, it is possible to prevent hydrogen that has entered the semiconductor device from reaching the CMOS element. Therefore, the CMOS type element can be protected from the characteristic deterioration due to hydrogen without substantially affecting the final shape, and it is possible to prevent adversely affecting the characteristics of the semiconductor device.
(2)本発明に係る半導体装置の製造方法は、CMOS型素子を含む半導体基板の前記CMOS素子が形成された面に、前記CMOS型素子を覆うとともに他の部分を露出させないように第1の層間絶縁層を形成すること、前記第1の層間絶縁層の上に、前記第1の層間絶縁層のコンタクトプラグが貫通する部分を露出させるように、水素バリア層を形成すること、及び、前記第1の層間絶縁層と前記水素バリア層の上に第2の層間絶縁層を形成すること、を含む。本発明によれば、第1の層間絶縁層と第2の層間絶縁層の間に水素バリア層を形成することにより、半導体装置に侵入した水素は、水素バリア層に遮断される。あるいは、水素バリア層に吸収される。そのため、半導体装置に侵入した水素がCMOS型素子に至ることを防止することができる。そのため、最終形状にほとんど影響を与えることなく、CMOS型素子を水素による特性劣化から保護することができ、半導体装置の特性に悪影響を与えることを防止することが可能となる。 (2) The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first method for covering the CMOS type element and not exposing other portions on the surface of the semiconductor substrate including the CMOS type element on which the CMOS element is formed. Forming an interlayer insulating layer, forming a hydrogen barrier layer on the first interlayer insulating layer so as to expose a portion through which the contact plug of the first interlayer insulating layer passes; and Forming a second interlayer insulating layer on the first interlayer insulating layer and the hydrogen barrier layer. According to the present invention, by forming a hydrogen barrier layer between the first interlayer insulating layer and the second interlayer insulating layer, hydrogen that has entered the semiconductor device is blocked by the hydrogen barrier layer. Alternatively, it is absorbed by the hydrogen barrier layer. Therefore, it is possible to prevent hydrogen that has entered the semiconductor device from reaching the CMOS element. Therefore, the CMOS type element can be protected from the characteristic deterioration due to hydrogen without substantially affecting the final shape, and it is possible to prevent adversely affecting the characteristics of the semiconductor device.
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
(半導体装置の構造)
まず、本実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図1は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置について説明するための図である。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
(Structure of semiconductor device)
First, the structure of the semiconductor device according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor device according to an embodiment to which the present invention is applied.
本実施の形態に係る半導体装置は、図1に示すように、半導体基板10を含む。半導体基板10は、例えば、シリコン基板である。シリコン基板は、例えば、単結晶シリコンからなる。半導体基板10には、CMOS型素子12が形成されている。CMOS型素子12は、例えば、Nチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ(NMOSFET)12Aと、Pチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ(PMOSFET)12Bとからなる。そして、NMOSFET12AおよびPMOSFET12Bは、それぞれ半導体基板10に形成された素子分離領域14によって電気的に分離されている。素子分離領域14は、STI(Shallow Trench Isolation)法などにより形成されている。各MOSFET12A,12Bは、半導体基板10上に、ゲート絶縁膜16を介して、ゲート電極18A,18Bが形成された構造を有している。ゲート電極18A,18Bは、多結晶シリコンで構成されたポリシリコンゲート電極または、金属層で構成されているメタルゲート電極である。ゲート絶縁膜16の直下の半導体基板10には、チャネル領域(図示せず)が設けられる。チャネル領域を挟んで、半導体基板10には、ソース領域または、ドレイン領域を構成する不純物拡散領域20,22が設けられている。そして、ゲート電極18A,18Bの両側面に、サイドウォール絶縁層24が形成されている。NMOSFET12Aにおいては、不純物拡散領域20,22はN型に、PMOSFET12Bでは、不純物拡散領域20,22はP型に形成されている。
The semiconductor device according to the present embodiment includes a
本実施の形態に係る半導体装置は、図1に示すように、層間絶縁層26を含む。層間絶縁層26は、半導体基板10の各MOSFET12A,12Bが形成された面に、各MOSFET12A,12Bを覆うとともに他の部分を露出させないように形成されている。層間絶縁層26の上面は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって平坦化されている。層間絶縁層26は、第1の層間絶縁層28、水素バリア層30及び第2の層間絶縁層32を含んでいる。第1の層間絶縁層28の上に水素バリア層30が形成されている。そして、水素バリア層30の上に第2の層間絶縁層32が形成されている。第1の層間絶縁層28および第2の層間絶縁層32は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等の材料でPECVD法などの成膜手法で形成されている。このときの酸化シリコン膜は、形成後の膜の平坦性が高いBPSG(ボロン、リン含有酸化シリコン膜)やTEOS(テトラエトキシシラン)を原料とした酸化シリコン膜を用いてもよい。水素バリア層30は、層間絶縁層26中を移動する水素を吸収するように、層間絶縁層26の中間層に形成されている。水素バリア層30は、単一の膜、例えば、窒化チタンあるいは窒化シリコンで構成されている。あるいは、2以上の膜、例えば、チタン膜を底部に有し、このチタン膜に引続いて窒化チタン膜を含んでいる。また、水素バリア層30の材料は、水素を吸収する特性をもつ金属ならば、ハフニウム、ジルコニウムなどでもよい。水素バリア層30は、従来のスパッタリング技術または、CVD技術によって堆積されている。水素バリア層30は、コンタクトプラグ34に接触しないようにホール36が形成されている。
The semiconductor device according to the present embodiment includes an
本実施の形態に係る半導体装置は、図1に示すように、複数のコンタクトプラグ34を含む。複数のコンタクトホール38は、層間絶縁層26の一部を貫通して形成されており、半導体基板10に形成されている各MOSFET12A,12Bと電気的に接続するために用いられる。コンタクトプラグ34は、コンタクトホール38内に、例えば、タングステンが充填されて形成されている。コンタクトプラグ34は、水素バリア層30に接触しないように形成されている。
The semiconductor device according to the present embodiment includes a plurality of
本実施の形態に係る半導体装置は、以上のように構成されてなる。先に説明したように、半導体装置は、層間絶縁層26の中間層に水素バリア層30が形成されている。これにより、半導体装置に侵入した水素は、水素バリア層30に遮断される。あるいは、水素バリア層30に吸収される。そのため、半導体装置に侵入した水素が各MOSFET12A,12Bのゲート絶縁膜16に至ることを防止することができる。そのため、最終形状にほとんど影響を与えることなく、各MOSFET12A,12Bのゲート絶縁膜16を水素による特性劣化から保護することができ、半導体装置の特性に悪影響を与えることを防止することが可能となる。
(半導体装置の製造方法)
以下、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図2及び図3は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。
The semiconductor device according to the present embodiment is configured as described above. As described above, in the semiconductor device, the
(Method for manufacturing semiconductor device)
A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment to which the present invention is applied will be described below. 2 and 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment to which the present invention is applied.
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図2(A)に示すように、半導体基板10を用意することを含んでいてもよい。半導体基板10の構造は、先に説明したいずれかの内容を適用してもよい。
The method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment may include preparing a
まず、図2(A)に示すように、半導体基板10に、公知の方法によって、CMOS型素子12(各MOSFET12A,12B)を形成する。具体的には、半導体基板10に、公知の方法によって、素子分離領域14を形成する。次に、半導体基板10の表面を酸化してゲート絶縁膜16を形成する。ゲート絶縁膜16としては、例えば、熱酸化法により酸化シリコン層が形成される。そして、ポリシリコン層を、例えば、CVD法にて全面に堆積させた後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術にてポリシリコン層をパターニングし、ポリシリコンから成るゲート電極18A,18Bを形成する。ゲート電極18A,18Bとしては、メタルゲート電極として機能する材質であれば、特に制限はされず、抵抗が低く、後の工程での熱処理に耐えることができるものが好ましい。例えば、アルミニウム、モリブデン、タンタル、タングステン、チタンまたは、それらの窒化物を挙げることができる。次に、導電性の不純物イオンを注入し、そして注入された不純物の活性化処理を行い、ソース・ドレイン領域となる不純物拡散領域20,22を作成する。その後、公知の方法にてサイドウォール絶縁層24を形成し、各MOSFET12A,12Bを形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a CMOS type element 12 (each
次に、図2(B)に示すように、半導体基板10の上に、第1の層間絶縁層28を形成する。具体的には、半導体基板10の上に、例えば、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン酸化膜(SiO2)からなる第1の層間絶縁層28を形成する。その際、例えば、最終的に形成する層間絶縁層26の厚さに対して半分程度の厚さの時点で、第1の層間絶縁層28の形成を止める。例えば、厚さは200から700nm程度である。
Next, as illustrated in FIG. 2B, a first
次に、図2(C)に示すように、第1の層間絶縁層28の上に、水素バリア層30を形成する。具体的には、第1の層間絶縁層28の上に、例えば、スパッタリング、CVDなどの方法によって、チタンまたは、窒化チタンの薄膜からなる水素バリア層30を形成する。例えば、膜厚は5から50nm程度である。
Next, as illustrated in FIG. 2C, the
次に、図3(A)に示すように、水素バリア層30にホール36を開口する。具体的には、水素バリア層30上に、図示しないレジスト膜を塗布する。次に、ホール36を形成するための図示しないレジストパターンを形成する。そのあと、レジストパターンをマスクとして、水素バリア層30におけるホール36の形成位置をエッチング処理(例えば、ドライエッチング処理)により除去する。
Next, as shown in FIG. 3A, holes 36 are opened in the
次に、図3(B)に示すように、水素バリア層30および第1の層間絶縁層28の上に第2の層間絶縁層32を形成する。具体的には、水素バリア層30および第1の層間絶縁層28の上に、例えば、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン酸化膜(SiO2)からなる第2の層間絶縁層32を形成する。その際、第2の層間絶縁層32の厚さは、層間絶縁層26の最終的な厚さにする。その後、公知のCMP法などの平坦加工を行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a second
次に、図1に示すように、層間絶縁層26にコンタクトプラグ34を形成する。具体的には、層間絶縁層26上に、図示しないレジスト膜を塗布する。次に、コンタクトホール38を形成するための図示しないレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクとして、層間絶縁層26におけるコンタクトホール38の形成位置をエッチング処理(例えば、ドライエッチング処理)により除去する。その後、コンタクトホール38内及び層間絶縁層26上に、導電部材(例えば、タングステン)を堆積させる。次に、層間絶縁層26上に堆積した導電部材を除去する。導電部材の除去は、例えば、CMP法によって行う。以上により、コンタクトホール38内のみに導電部材が充填され、コンタクトプラグ34が完成する。コンタクトプラグ34の直径は、例えば、0.4μmである。その後、公知のCMP法により、層間絶縁層26とコンタクトプラグ34表面を平坦化する。
Next, contact plugs 34 are formed in the
以上の工程により本実施の形態の半導体装置を形成することができる。この後、層間絶縁層26上に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、配線層(図示せず)を形成する。これにより、コンタクトプラグ34を介して、各MOSFET12A,12Bと配線層(図示せず)とが電気的に接続される。
Through the above steps, the semiconductor device of this embodiment can be formed. Thereafter, a wiring layer (not shown) is formed on the
以上の工程によって、半導体装置を製造してもよい。先に説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、第1の層間絶縁層28と第2の層間絶縁層32の間に水素バリア層30を形成する。これにより、半導体装置に侵入した水素が水素バリア層30を超えることができない、あるいは、水素バリア層30に吸収される。そのため、半導体装置に侵入した水素が各MOSFET12A,12Bのゲート絶縁膜16に至ることを防止することができる。そのため、最終形状にほとんど影響を与えることなく、各MOSFET12A,12Bのゲート絶縁膜16を水素による特性劣化から保護することができ、半導体装置の特性に悪影響を与えることを防止することが可能となる。
A semiconductor device may be manufactured through the above steps. As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。さらに、本発明は、実施の形態で説明した技術的事項のいずれかを限定的に除外した内容を含む。あるいは、本発明は、上述した実施の形態から公知技術を限定的に除外した内容を含む。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and results). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment. Furthermore, the present invention includes contents that exclude any of the technical matters described in the embodiments in a limited manner. Or this invention includes the content which excluded the well-known technique limitedly from embodiment mentioned above.
10…半導体基板 12…CMOS型素子 12A…NMOSFET 12B…PMOSFET 14…素子分離領域 16…ゲート絶縁膜 18A,18B…ゲート電極 20,22…不純物拡散領域 24…サイドウォール絶縁層 26…層間絶縁層 28…第1の層間絶縁層 30…水素バリア層 32…第2の層間絶縁層 34…コンタクトプラグ 36…ホール 38…コンタクトホール。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体基板の上に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層の一部を貫通して形成された複数のコンタクトプラグと、
を有し、
前記層間絶縁層は、水素バリア層を含み、
前記水素バリア層は、前記コンタクトプラグに接触しないように、前記層間絶縁層の中間層に形成してなる半導体装置。 A semiconductor substrate including a CMOS type element;
An interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate;
A plurality of contact plugs formed through a part of the interlayer insulating layer;
Have
The interlayer insulating layer includes a hydrogen barrier layer,
The semiconductor device, wherein the hydrogen barrier layer is formed in an intermediate layer of the interlayer insulating layer so as not to contact the contact plug.
前記第1の層間絶縁層の上に、前記第1の層間絶縁層のコンタクトプラグが貫通する部分を露出させるように、水素バリア層を形成すること、及び、
前記第1の層間絶縁層と前記水素バリア層の上に第2の層間絶縁層を形成すること、
を含む半導体装置の製造方法。
Forming a first interlayer insulating layer on the surface of the semiconductor substrate including the CMOS type element on which the CMOS type element is formed so as to cover the CMOS type element and not to expose other portions;
Forming a hydrogen barrier layer on the first interlayer insulating layer so as to expose a portion through which the contact plug of the first interlayer insulating layer passes; and
Forming a second interlayer insulating layer on the first interlayer insulating layer and the hydrogen barrier layer;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
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JP2005165074A JP2006339557A (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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