JPH0371634A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置に係り、特に複合膜の表面保護膜或いは眉間
絶縁膜を有する半導体装置に関し。

水素の半導体内部への拡散によるデバイス特性の変化を
防止しデバイスの信頼性を上げることを目的とし。

水素を吸収して水素化物を作る金属の金属層と絶縁層か
らなる複合膜を素子の形成された半導体基板上に有する
半導体装置により構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に係り、特に複合膜の表面保護膜或
いは層間絶縁膜を有する半導体装置に関する。

多層配線の形成された半導体集積回路等の半導体装置で
は９表面保護膜や眉間絶縁膜から放出される水素が基板
に拡散して特性劣化を引起す。

このため、かかる特性劣化のない半導体装置が要求され
ている。

〔従来の技術〕

従来、素子形成を終えた配線以降の工程では。

層間絶縁膜や表面保護膜として窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ
４）膜が広く使用されている。

それは、窒化シリコン（ＳｉＪｔ）膜はシラン（ＳｉＨ
ｉ）と亜硝酸ガス（Ｎ２０）を原料ガスとして光や熱分
解あるいはプラズマを用いた化学的気相堆積（ＣＶＤ）
法により、低温で形成できること。

膜が緻密ですｌ−ＩＪウムや重金属の汚染防止に効果的
であることなどによる。

ところが、このようにして形成した窒化シリコン膜には
数％から数十％にも及ぶ多くの水素原子が含まれていて
、シリコン原子や窒素原子とボンドを作り、　５ｔ−Ｈ
，Ｎ−Ｈの形で存在している。これらの水素原子は内部
へ拡散し、素子が形成されている半導体基板に到達する
と界面準位を形成しホットエレクトロンを発生する。

ホットエレクトロンの発生は、しきい値を変化させたり
チャネルコンダクタンスを低下させたりして、デバイス
の信頼性を低下させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は絶縁膜中に存在する水素を吸収する層を設ける
ことにより、水素が半導体基板に拡散するのを防止し、
デバイスの信頼性を向上することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、水素を吸収して水素化物を作る金属の金属
層８２と絶縁層８１．８３からなる複合膜８を素子の形
成された半導体基板１上に有する半導体装置によって解
決される。

〔作用〕

窒素を含む絶縁層１例えば窒化シリコン層は多くの水素
を含むが２本発明では水素を吸収して水素化物を作る金
属Ｍの金属層があるので、金属Ｍに水素が吸収される。

その反応は次の如くである。

Ｍ＋ｎＨ＝ＭＨ，１ ＭＨ，は水素化金属で、Ｈは金属内の格子に浸入型の配
置で取り込まれる。

第２図（ａ）、　　（ｂ）は水素の拡散を説明するため
の図で、　（ａ）は金属層のある場合、　（ｂ）は金属
層のない場合を示す。

金属層のある場合（ａ）とない場合（ｂ）を比較すると
、金属層のある場合は、窒化シリコン層の水素は金属層
に多く取り込まれるので、基板側へ拡散する水素量は減
少している。

それゆえ５半導体基板上に形成する表面保護膜或いは眉
間絶縁膜を金属層と例えば窒素を含む絶縁層からなる複
合膜の構成にすることにより、半導体基板への水素の拡
散量を減少させ、デバイスの信頼性を向上させることが
できる。

〔実施例〕

第１図に実施例として本発明の複合膜を表面保護膜とし
て持つ半導体装置の断面図を示す。

第１図において１は半導体基板であってシリコン基板、
２はフィールド酸化膜、３１はゲート酸化膜、３２はゲ
ート電極、　４Ｌ　４２は絶縁膜、５はソース配線、５
１はソース領域、６１はドレイン領域、６２はドレイン
配線、６３は上層ドレイン配線、７は眉間絶縁膜、　８
１．８３は絶縁層であって窒化シリコン層、８２は金属
層を表す。窒化シリコン層８１．８３と金属層８２は表
面保護膜となる複合膜８を形成する。

各層の材料と厚さは次の如くである。

４１、絶縁膜　　　　　　酸化膜　　４０００人５、ソ
ース配線　　　　Ａ　Ｉ　　　　　４０００人６２、ド
レイン配線　　　ＡＩ　　　　　　４０００人７、Ｎ間
絶縁膜　　　　酸化膜　　５０００人６３゜上層ドレイ
ン配線　Ａ　Ｉ　　　　　５０００人４２、絶縁膜　　
　　　　ｐｓｃ膜　５０００人８１、窒化シリコン層　
　　　５００〜１０００人８２、金属層　　　パラジウ
ム（Ｐｄ）　　１００人８３、窒化シリコン層　　　　
５００〜１０００人窒化シリコン層８１．８３と金属層
８２からなる複合膜８の形成は次のようにする。

まず、上層ドレイン配線６３の上を覆ってＰＳＧ膜５０
００人を形成して平坦化した後、その上にシラン（Ｓｉ
Ｈ４）と亜硝酸ガス（Ｎ、Ｏ）を原料ガスとし。

基板温度を３００℃にして化学的気相堆積法により。

厚さ５００〜１０００人の窒化シリコン層８１を形成す
る。

次に、水素をよく吸収する金属としてパラジウム（Ｐｄ
）の層を形成する。そのために、４００乃至５００℃に
加熱したパラジウムに塩素（Ｃ１□）またはふっ素（Ｆ
２）を触れさせてハロゲン化パラジウムを発生させ、そ
のハロゲン化パラジウムを基板の設置された反応容器に
導く。基板温度３００℃、ガス圧１０．５　Ｔｏｒｒ、
　１３．５６ＭＨｚ、　Ｉ　Ｗｃｍ−”の高周波電力を
加えて基板表面にパラジウムを厚さ約１００人析出させ
て金属層８２を形成する。この時、還元剤として水素（
Ｈ２）、　シランやそのハロゲン化物、アンモニア（Ｎ
Ｈ））、窒化水素（Ｎｚ　ＨＸ）及びそれらの誘導体を
使用すると成長速度が大きくなる。

次に、シラン（Ｓｉｌ（４）と亜硝酸ガス＜Ｎｚｏ＞ヲ
原料ガスとし、基板温度を３００℃にして化学的気相堆
積法により、厚さ５００〜１０００人の窒化シリコン層
８３を形成する。

金属層８２としてニッケル（Ｎｉ）層を形成する時は。

融点が１７１乃至１７３℃のビスシクロペンタジェニル
ニッケル（ＣｓＨｓ）Ｊｉを、水素或いはシランをキャ
リアとして反応容器に導き、上述と同様にしてニッケル
層を形成することができる。

なお、ビスシクロペンタジェニルニッケルの他に、ビス
シクロペンタジェニル錯塩（ＣｓＨｓ）ｚＭとしてＭ＝
Ｔｉ、　　Ｖ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｒ
ｕ、　　Ｗ、　Ｍｏ。

Ｌｕ、　Ｔａ＋　Ｏｓ、　Ｉｒも金属ＪＷ８２の形成に
用いることができる。これらの金属は水素を吸収して水
素化物を作る。

また、金属層８２として銅を用いることもできる。

ＳＪ４　（Ｃｕ）も水素を吸収して水素化物を作る。

金属層８２は９例えばパラジウムをターゲットとするス
パソタ蒸着法により形成することもできる。

この時、ターゲットの不純物としてターゲットに含まれ
るアルファ線を出す壊変性元素の濃度は。

ＰＰＴレベルまで抑えておく必要がある。

金属層８２の厚さは、それに接する窒化シリコン層８１
．８３に含まれる水素を十分に吸収するだけの厚さがあ
ればよく、金属層８２に接して厚さ０．３乃至１μｍ程
度の窒化シリコン層８１．８３がある場合。

１００乃至１ｏｏｏ人あれば十分に効果がある。

絶縁層８１．８３として窒化酸化シリコン（ＳｉＮＯ）
層を形成してもよい。

また、第１図は実施例として表面保護膜を形成する例に
ついて説明したが２層間絶縁膜として金属層と絶縁層か
らなる複合膜を使用することもてきる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に２本発明によれば１表面保護膜や層間
絶縁膜に存在する水素を金属層により捕獲することがで
きるので、水素の基板への拡散を抑え、基板におけるホ
ットエレクトロンの発生を抑止することができる。

その結果、特性劣化がなく、信頼性の高い半導体デバイ
スを提供することが出来る。

４１、４２は絶縁膜。

５はソース配線。

５１はソース領域。

６１はドレイン領域。

６２はドレイン配線。

６３は上層ドレイン配線。

７は層間絶縁膜。

８は複合膜であって表面保護膜。

８１、８３は絶縁層であって窒化シリコン層。

８２は金属層

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例。 第２図は水素の拡散を説明するための図である。図にお
いて。 １は半導体基板であってシリコン基板。 ２はフィールド酸化膜。 ３１はゲート酸化膜。 ３２はゲート電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素を吸収して水素化物を作る金属の金属層（８２）と
   絶縁層（８１、８３）からなる複合膜（８）を素子の形
   成された半導体基板（１）上に有することを特徴とする
   半導体装置。