JP2914282B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
方法に関し、特にトランジスタ−の信頼性向上に係る半
導体装置の製造方法に関する。
トランジスタ−の微細化が著しくなっている。これに伴
いトランジスタ−の信頼性が大きな問題となってきてい
る。特にホットキャリア−によるトランジスタ−特性の
劣化については、その劣化防止対策として種々の手法が
提案されている。
用いた化学気層成長法(CVD法)によるシリコン窒化
膜」を形成する手段を採用し、これにより、上層からの
水分や水素の拡散を防ぎ、かつシリコン窒化膜中の水素
によりトランジスタ−特性を改善することが提案されて
いる(特開昭60-97628号公報参照)。
よりシリコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜上に
更にプラズマCVD法によりシリコン窒化膜を形成し、
これにより、トランジスタ−と電気的に接続している金
属プラグを通して、上記「プラズマCVD法によるシリ
コン窒化膜」から水素をトランジスタ−へ拡散させる方
法が提案されている(特開平5-129333号公報参照)。
によりシリコン窒化膜を形成し、最終保護膜としてプラ
ズマCVD法によるシリコン窒化膜を形成することが提
案されている(特開平4-186675号公報参照)。
明する。なお、図6は、工程A〜Dからなる従来法の1
例を示す工程順断面図である。
に、シリコン基板1上にゲ−ト絶縁膜2を介してゲ−ト
ポリシリコン膜3を形成し、不純物を注入して低不純物
拡散層を形成する。そして、サイドウォ−ル5を形成し
た後、高不純物濃度拡散層を形成して「ソ−ス,ドレイ
ン拡散層4」とする。このとき、ゲ−トポリシリコン膜
3とソ−ス,ドレイン拡散層4とは、サイドウォ−ル5
により電気的に絶縁されている。
D法によりシリコン酸化膜(絶縁膜)6を全面に形成し、
続いて、図6工程Cに示すように、この上に、シリコン
酸化膜(絶縁膜)6を介して、減圧CVD法によりシリコ
ン窒化膜7を形成する。その後、図6工程Dに示すよう
に、層間絶縁膜12を形成し、さらにこの層間絶縁膜1
2上に、プラズマCVD法によりシリコン窒化膜13を
形成する。
における「プラズマCVD法によるシリコン窒化膜13
(図6工程D参照)」の形成では、ホットキャリア−耐性
が向上しないという問題点を有している(第1の問題
点)。その理由は、プラズマCVD法によるシリコン窒
化膜13を熱処理すると、該膜中の水素が脱離して膜中
に欠陥が生じ、この欠陥を通って水分や過剰な水素がト
ランジスタ−に拡散するからである。
性が回復しないという問題点を有している(第2の問題
点)。その理由は、トランジスタ−に金属プラグを通し
て水素を拡散する方法では、金属プラグ中のチタン金属
などが水素を良く吸蔵するため、十分な水素がトランジ
スタ−まで拡散できないためであり、また、減圧CVD
法によりシリコン窒化膜を形成する方法では、雰囲気中
及びプラズマCVD法によるシリコン窒化膜からの水素
が減圧CVD法によるシリコン窒化膜により拡散が阻止
され、トランジスタ−まで到達できないからである。
み成されたものであって、その目的とするところは、従
来法における「プラズマCVD法によるシリコン窒化
膜」を用いず、次に記載する本発明に係る方法を採用す
ることでトランジスタ−特性を十分に回復させ、これに
より前記第1及び第2の問題点を解決し、そして、ホッ
トキャリア−耐性の高いトランジスタ−を実現する半導
体装置の製造方法を提供することにある。
の製造方法は、従来法の「プラズマCVD法によるシリ
コン窒化膜」に代えて“シラン系のガスを用い、基板に
高周波電界を印加するプラズマを用いた化学気層成長法
によるシリコン酸化膜”を形成することにあり、そし
て、 ・トランジスタ−上に第一の絶縁膜を介してシリコン窒
化膜を形成し、 ・さらに前記シリコン窒化膜上に「シラン系のガスを用
い、基板に高周波電界を印加するプラズマを用いた化学
気層成長法によるシリコン酸化膜」を形成すること を特徴とし、これにより前記目的とする半導体装置の製
造方法を提供するものである。
は、トランジスタ上に絶縁膜を介して減圧CVDにより
形成されたシリコン窒化膜を有する半導体装置の製造方
法において、 (1) 半導体基板上にトランジスタ−を形成する工程、 (2) 前記トランジスタ−上に第一の絶縁膜を形成する工
程、 (3) 前記第一の絶縁膜上にシリコン窒化膜を形成する工
程、 (4) シリコン窒化膜上に、シラン系のガスを用い基板に
高周波電界を印加するプラズマを用いた化学気層成長法
によるシリコン酸化膜を形成する工程、を含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。(請求項1)を要旨とす
る。
は、トランジスタ上に絶縁膜を介して減圧CVDにより
形成されたシリコン窒化膜を有する半導体装置の製造方
法において、 (1) 半導体基板上にトランジスタ−を形成する工程、 (2) 前記トランジスタ−上に第一の絶縁膜を形成する工
程、 (3) 前記第一の絶縁膜上にシリコン窒化膜を形成する工
程、 (4) 前記シリコン窒化膜上に第二の絶縁膜を形成する工
程、 (5) 前記第一の絶縁膜、前記シリコン窒化膜及び前記第
二の絶縁膜を通して、前記トランジスタ−に電気的に接
続する金属柱を形成する工程、 (6) 前記金属柱上に金属配線を形成する工程、 (7) 前記金属配線上に、第三の絶縁膜として、シラン系
のガスを用い基板に高周波電界を印加する化学気層成長
法によりシリコン酸化膜を形成する工程、を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。(請求項2)を要旨と
する。
その実施の形態としては、特に限定するものではない
が、第一の絶縁膜として“常圧CVD法によるシリコン
酸化膜”とすることが好ましく、また、この第一の絶縁
膜上に形成するシリコン窒化膜としては“減圧CVD法
によるシリコン窒化膜”とするのが好ましい。そして、
このシリコン窒化膜上に形成する“シリコン酸化膜”と
しては、「バイアスECR−CVD装置」を使用し、
“シラン系のガスを用い、基板に高周波電界を印加する
プラズマを用いた化学気層成長法による”ものであり、
この形成条件(成膜条件)については、任意に設定するこ
とができる。
(a)トランジスタ−上に第一の絶縁膜を介してシリコン
窒化膜を形成することにより、トランジスタ−への水分
や過剰な水素の拡散を防ぐことができ、(b)更に前記シ
リコン窒化膜上に「シラン系のガスを用い、基板に高周
波電界を印加するプラズマを用いた化学気層成長法によ
るシリコン酸化膜」を形成することにより、活性な水素
をトランジスタ−へ拡散させることができ、上記(a),
(b)によりトランジスタ−の特性を改善することができ
る作用が生じる。
実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明
は、以下の実施例により限定されるものではなく、前記
本発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
(実施例1)を説明する図であって、工程A〜Dからなる
工程順断面図である。
うに、シリコン基板1上にゲ−ト絶縁膜2を介してゲ−
トポリシリコン膜3を形成し、不純物を低ド−ズ量でイ
オン注入して低不純物拡散層を形成する。続いて、化学
気層成長法(CVD法)によりシリコン酸化膜を全面に堆
積し、異方性のRIE(Reactive ion Etching)によりエ
ッチバックしてサイドウオ−ル5を形成し、再び不純物
をイオン注入して高不純物濃度拡散層を形成し、先に形
成した拡散層とあわせて「ソ−ス,ドレイン拡散層4」
とする。このとき、ゲ−トポリシリコン膜3とソ−ス,
ドレイン拡散層4とは、サイドウオ−ル5により電気的
に絶縁されている。
D法によりシリコン酸化膜6を全面に形成し、続いて、
図1工程Cに示すように、この上に減圧CVD法により
シリコン窒化膜7を形成する。このシリコン窒化膜7の
膜厚は、30〜200オングストロ−ムである。その後、図
1工程Dに示すように、シリコン窒化膜7上に、プラズ
マCVD法の一方法としてバイアスECR−CVD法に
よるシリコン酸化膜8を形成する。
によるシリコン酸化膜8の形成」について図2を参照し
て詳細に説明する。なお、図2は、実施例1で用いる
「バイアスECR−CVD装置」の断面図であり、具体
的には、シリコン基板に高周波電界を印加する「バイア
スECR−CVD装置」の概略の構成を示す断面図であ
る。
CR−CVD装置」の構成について説明する。該装置
は、図2に示すように、プラズマ室21の上部にマイク
ロ波導入口22が設けられており、ここからマイクロ波
がプラズマ室21に送り込まれる。また、プラズマ室2
1には、ガス供給口23a,23b及び排気口24が設
けられており、これらにより反応ガスなどが供給され、
また不要のガスが排出されるように構成されている。
25が設けられており、そして、このサセプタ25上に
被加工物であるシリコン基板1が塔載される。また、サ
セプタ25には、バイアス用の高周波電源28が接続さ
れている。一方、プラズマ室21にメインコイル26及
び補助コイル27が備えられており、これらにより磁界
が形成されるように構成されている。
CVD装置」を用いて実施例1の前記した“バイアスE
CR−CVD法によるシリコン酸化膜8の形成(図1工
程D参照)”について詳細に説明する。
スを供給しながら、マイクロ波を加えることによりプラ
ズマを発生させる。この状態でガス供給口23aよりア
ルゴンと共にシランガスを供給して、シリコン基板1上
にシリコン酸化膜の成膜を行い、同時にサセプタ25に
高周波電界(RFバイアス)を印加することにより、アル
ゴンガスのプラズマでのエッチングをシリコン基板1上
で行う。この際の具体的な成膜条件は、シラン流量:30
sccm,酸素流量:45sccm,アルゴン流量:70s
ccm,マイクロ波出力:2000W,RFバイアス出力:
1400W,成長温度:約350℃である。
ズマ中で分解され、大量の活性な水素イオンが生成され
る。そして、この水素イオンは、シリコン基板1に印加
される高周波電界により加速され、該基板1へ注入され
る。なお、この水素イオンの注入については、「1979
年,Appl.Phys.Lett.35号」の551頁にT.Maakinoらによ
り“The influence of plassma annealing on electric
al properties of polycrystaalline Si”として掲載
されており、該論文において、活性な水素イオンの注入
により、低濃度の不純物をド−プしたポリシリコンの抵
抗率を低下させることが報告されている。
化膜を成膜したもの (B)常圧CVD法によるシリコン酸化膜とバイアスEC
R法によるシリコン酸化膜との間にLPCVD法による
シリコン窒化膜が有るもの (C)常圧CVD法によるシリコン酸化膜とバイアスEC
R法によるシリコン酸化膜との間にLPCVD法による
シリコン窒化膜が無いもの の「各種の絶縁膜を形成した後の“低濃度不純物をド−
プしたポリシリコンの抵抗率”」について図3に示す。
リコン膜上に常圧CVD法によるシリコン酸化膜だけを
形成したもの」の抵抗率を初期値とすると、ポリシリコ
ン上に(C)の「常圧CVD法によるシリコン酸化膜を介
してバイアスECR−CVD法によるシリコン酸化膜を
形成したもの」では、初期値に比べ抵抗値が3桁低下す
る。これに対し、ポリシリコン上に(B)の「常圧CVD
法によるシリコン酸化膜とバイアスECR−CVD法に
よるシリコン酸化膜の間に減圧CVD法によるシリコン
窒化膜を形成したもの」では、初期値よりも2桁減少す
るものの、前記(C)の「減圧CVD法によるシリコン窒
化膜を形成しなかったもの」に比べ、抵抗の低下は少な
いことが認められる。
D法によるシリコン酸化膜を形成する際、活性な水素イ
オンがポリシリコン中に注入されるためである。また、
前記(B)のバイアスECR−CVD法によるシリコン酸
化膜と常圧CVD法によるシリコン酸化膜との間に介在
する“減圧CVD法によるシリコン窒化膜”は、バイア
スECR−CVD法によるシリコン酸化膜を形成する際
に、注入される活性な水素イオンをある程度阻止する能
力があることが認められる。
(B)の「常圧CVD法のシリコン酸化膜とバイアスEC
R−CVD法によるシリコン酸化膜との間に減圧CVD
法によるシリコン窒化膜を形成する」ことにより、過剰
な水素のトランジスタ−への拡散を防ぎ、かつ、トラン
ジスタ−特性を回復させるために必要な水素を、シリコ
ン窒化膜を通して、トランジスタ−に拡散することがで
きる、ということが理解できる。そして、このシリコン
窒化膜は、その後の配線形成工程で形成される層間膜等
からの水分や過剰な水素のトランジスタ−への拡散を阻
止することができる。
の実施例(実施例2)を説明する図であって、このうち図
4は、工程A〜Dからなる工程順断面図であり、図5
は、図4工程Dに続く工程E〜Fからなる工程順断面図
である。
うに、シリコン基板1上にゲ−ト絶縁膜2を介してゲ−
トポリシリコン膜3を形成し、不純物を低ド−ス量でイ
オン注入して低不純物拡散層を形成する。続いて、化学
気層成長法(CVD法)によりシリコン酸化膜を全面に堆
積し、異方性のRIE(Reactive ion Etching)によりエ
ッチバックしてサイドウオ−ル5を形成し、再び不純物
をイオン注入して高不純物濃度拡散層を形成し、先に形
成した拡散層とあわせて「ソ−ス,ドレイン拡散層4」
とする。このとき、ゲ−トポリシリコン膜3とソ−ス,
ドレイン拡散層4とは、サイドウオ−ル5により電気的
に絶縁されている。
D法によりシリコン酸化膜6を形成し、続いて、図4工
程Cに示すように、この上に減圧CVD法によりシリコ
ン窒化膜7を形成する。このシリコン窒化膜7の膜厚
は、30〜200オングストロ−ムである。その後、図4工
程Dに示すように、シリコン窒化膜7上に、減圧(もし
くは常圧)CVD法によりボロンリンシリケ−トガラス
膜(以下“BPSG膜”と略記する)9を形成する。この
BPSG膜9は、以降の工程でのナトリウムイオンや金
属によるトランジスタ−への汚染を防止するためのもの
である。
スタ−と電気的な接続を行うため、接続穴10を形成
し、続いて、この接続穴10をタングステンなどの金属
により充填し、更にこの上に金属配線11を形成する。
その後、図5工程Fに示すように、金属配線11上に、
プラズマCVDの一方法として、バイアスECR−CV
D法によるシリコン酸化膜8を形成する。
リコン酸化膜8の形成」については、前掲の図2に示し
た「バイアスECR−CVD装置」を使用し、また、そ
の形成条件(シリコン酸化膜8の成膜条件)は、前記実施
例1と同様、シラン流量:30sccm,酸素流量:45s
ccm,アルゴン流量:70sccm,マイクロ波出力:
2000W,RFバイアス出力:1400W,成長温度:約350
℃である。
シランは、ECRプラズマ中で分解され、大量の活性な
水素イオンが生成される。そして、この水素イオンは、
シリコン基板1に印加される高周波電界により加速さ
れ、BPSG膜9,減圧CVD法によるシリコン窒化膜
7,更に常圧CVD法によるシリコン酸化膜6を通し
て、トランジスタ−へ注入される。
VD法によるBPSG膜9と常圧CVD法によるシリコ
ン酸化膜6との間にある「減圧CVD法によるシリコン
窒化膜7」は、バイアスECR−CVD法によるシリコ
ン酸化膜8を形成する際に注入される活性な水素イオン
をある程度阻止する能力がある。
に「常圧CVD法のシリコン酸化膜6と減圧CVD法に
よるBPSG膜9との間に減圧CVD法によるシリコン
窒化膜7を形成すること」により、過剰な水素のトラン
ジスタ−への拡散を防ぎ、かつ、トランジスタ−特性を
回復させるために必要な水素を、シリコン窒化膜7を通
して、トランジスタ−に拡散することができる。そし
て、このシリコン窒化膜7は、その後の配線形成工程で
形成される層間膜等からの水分や過剰な水素のトランジ
スタ−への拡散を阻止することができる。
ジスタ−上に第一の絶縁膜を介してシリコン窒化膜を形
成し、さらに該シリコン窒化膜上に「シラン系のガスを
用い、基板に高周波電界を印加するプラズマを用いた化
学気層成長法によるシリコン酸化膜」を形成することを
特徴とし、これにより、ホットキャリア−耐性が向上す
る効果が生じる。その理由は、減圧CVD法によるシリ
コン窒化膜が水分や過剰な水素のトランジスタ−への拡
散を阻止する作用が生じるからである。
ジスタ−特性が回復する効果が生じる。その理由は、バ
イアスECR−CVD法によるシリコン酸化膜の形成の
際、活性な水素イオンがシリコン基板に印加される高周
波電界に加速され、トランジスタ−まで拡散する作用が
生じるからである。
って、工程A〜Dからなる工程順断面図。
CVD装置”の断面図。
ド−プしたポリシリコンの抵抗率”をグラフ化した図。
あって、工程A〜Dからなる工程順断面図。
面図。
Dからなる工程順断面図。
る) 9 BPSG膜 10 接続穴 11 金属配線 12 層間絶縁膜 13 シリコン窒化膜(プラズマCVD法による) 21 プラズマ室 22 マイクロ波導入口 23a ガス供給口(シラン,アルゴン) 23b ガス供給口(O2) 24 排気口 25 サセプタ 26 メインコイル 27 補助コイル 28 高周波電源
Claims (2)
- 【請求項1】 トランジスタ上に絶縁膜を介して減圧C
VDにより形成されたシリコン窒化膜を有する半導体装
置の製造方法において、 (1) 半導体基板上にトランジスタ−を形成する工程、 (2) 前記トランジスタ−上に第一の絶縁膜を形成する工
程、 (3) 前記第一の絶縁膜上にシリコン窒化膜を形成する工
程、 (4) シリコン窒化膜上に、シラン系のガスを用い基板に
高周波電界を印加するプラズマを用いた化学気層成長法
によるシリコン酸化膜を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 トランジスタ上に絶縁膜を介して減圧C
VDにより形成されたシリコン窒化膜を有する半導体装
置の製造方法において、 (1) 半導体基板上にトランジスタ−を形成する工程、 (2) 前記トランジスタ−上に第一の絶縁膜を形成する工
程、 (3) 前記第一の絶縁膜上にシリコン窒化膜を形成する工
程、 (4) 前記シリコン窒化膜上に第二の絶縁膜を形成する工
程、 (5) 前記第一の絶縁膜、前記シリコン窒化膜及び前記第
二の絶縁膜を通して、前記トランジスタ−に電気的に接
続する金属柱を形成する工程、 (6) 前記金属柱上に金属配線を形成する工程、 (7) 前記金属配線上に、第三の絶縁膜として、シラン系
のガスを用い基板に高周波電界を印加する化学気層成長
法によりシリコン酸化膜を形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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