JP2006344783A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基板の上に、絶縁材料からなる層間絶縁膜を形成する。この層間絶縁膜の上に、層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料からなる水素拡散防止膜を形成する。層間絶縁膜及び水素拡散防止膜が形成された半導体基板を熱処理する。層間絶縁膜を形成する工程において、水分の含有量が5×10−3g/cm3以下になる条件で層間絶縁膜を形成する。
【選択図】 図1(E)
Description
図1(A)に示すように、シリコンからなる半導体基板1の表層部に、所定のウェルを形成する。シャロートレンチアイソレーション(STI)等により、素子分離絶縁膜2を形成し、活性領域を画定する。活性領域内に、MOSトランジスタ9を形成する。MOSトランジスタ9は、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6、ソース及びドレイン拡散層3、サイドウォールスペーサ8を含んで構成される。ソース及びドレイン拡散層3の表面に、コバルトシリサイド(CoSi2)膜4が形成されている。ゲート電極6の上面に、コバルトシリサイドからなるキャップ膜7が形成されている。MOSトランジスタ9は、周知の成膜、フォトリソグラフィ、イオン注入、エッチング、シリサイド化技術等を用いて形成することができる。
(化学式)
2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl↑
アルミナ膜22の上に、厚さ150nmの白金(Pt)膜23aを、スパッタリングにより形成する。Pt膜23aの上に、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)からなる厚さ150nmの強誘電体膜24aを形成する。強誘電体膜24aは、MOCVDやスパッタリング等により形成することができる。なお、強誘電体膜24aを、PZTの他に、(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)やSrBi2Ta2O9(SBT)等の酸化物強誘電体材料で形成してもよい。
酸素雰囲気、窒素雰囲気、またはこれらの混合雰囲気中で、400℃〜600℃の温度で熱処理を行う。この熱処理により、これまでの工程で生じた強誘電体キャパシタ29の特性の劣化を回復させることができる。
強誘電体キャパシタ29の底面、側面、及び上面を被覆するアルミナ膜22、28、及び30、さらに、層間絶縁膜31の上に形成された水素拡散防止膜32は、キャパシタ強誘電体膜24に水素が侵入することを防止する。アルミナ膜28及び30の一部は、強誘電体キャパシタ29の側面上に堆積している。この側面上に堆積した部分は、平坦面上に堆積した部分に比べて、膜質が劣る。このため、水素の侵入を防止する機能が十分でない場合がある。
また、上記実施例では、層間絶縁膜31を酸化シリコンで形成したが、その他の絶縁材料で形成してもよい。この場合にも、水分の含有量を上述の許容範囲の上限値以下とすることが好ましい。
上記実施例から、以下の付記に示す発明が導出される。
表面に半導体素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、水分の含有量が5×10−3g/cm3以下である絶縁材料からなる層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上に形成され、該層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料で形成された水素拡散防止膜と
を有する半導体装置。
(付記2)
前記層間絶縁膜が酸化シリコンで形成されている付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記水素拡散防止膜が、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、チタン酸化物、またはジルコニウム酸化物で形成されている付記1または2に記載の半導体装置。
さらに、前記半導体基板の上に形成された強誘電体キャパシタを有し、前記層間絶縁膜が該強誘電体キャパシタを覆う付記1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
(a)半導体基板の上に、絶縁材料からなる層間絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜の上に、該層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料からなる水素拡散防止膜を形成する工程と、
(c)前記層間絶縁膜及び水素拡散防止膜が形成された前記半導体基板を熱処理する工程と
を有し、前記工程aにおいて、水分の含有量が5×10−3g/cm3以下になる条件で前記層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記工程aが、前記層間絶縁膜の表面を平坦化する工程を含む付記4に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程aが、さらに、前記層間絶縁膜を、N2のプラズマまたは窒素酸化物のプラズマに晒すことにより、脱水処理を行う工程を含む付記5または6に記載の半導体装置の製造方法。
前記脱水処理を行う工程において、基板温度を、200℃〜450℃の範囲内とする付記7に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程cの後に、さらに、前記水素拡散防止膜の上に、該水素拡散防止膜とは異なる絶縁材料からなる下地膜を形成する工程と、
前記下地膜の上に配線を形成する工程と、
前記配線の上に多層配線層を形成する工程と
を有する付記5〜8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記工程aにおいて、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより前記層間絶縁膜を形成する付記5〜9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記工程aが、さらに、前記半導体基板の上に強誘電体キャパシタを形成する工程を含み、該強誘電体キャパシタを覆うように前記層間絶縁膜を形成する付記5〜10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
(a)半導体基板の上に、絶縁材料からなる層間絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜の上に、該層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料からなる水素拡散防止膜を形成する工程と、
(c)前記層間絶縁膜及び水素拡散防止膜が形成された前記半導体基板を熱処理する工程と
を有し、前記工程aにおいて、チャンバ内圧力が930Pa以上の条件で、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより前記層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記工程aが、前記層間絶縁膜の表面を平坦化する工程を含む付記12に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程aが、さらに、前記層間絶縁膜を、N2のプラズマまたは窒素酸化物のプラズマに晒すことにより、脱水処理を行う工程を含む付記12または13に記載の半導体装置の製造方法。
前記脱水処理を行う工程において、基板温度を、200℃〜450℃の範囲内とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程cの後に、さらに、前記水素拡散防止膜の上に、該水素拡散防止膜とは異なる絶縁材料からなる下地膜を形成する工程と、
前記下地膜の上に配線を形成する工程と、
前記配線の上に多層配線層を形成する工程と
を有する付記12〜15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記工程aが、さらに、前記半導体基板の上に強誘電体キャパシタを形成する工程を含み、該強誘電体キャパシタを覆うように前記層間絶縁膜を形成する付記12〜16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
(a)酸化シリコンからなる絶縁膜中に含まれる水分の含有量の許容上限値を決定する工程と、
(b)基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を、異なる圧力条件で形成した複数の評価用試料を作製する工程と、
(c)前記評価用試料の絶縁膜中の水分の含有量を測定する工程と、
(d)前記絶縁膜中の水分の含有量が、前記許容上限値以下になる圧力条件を決定する工程と、
(e)前記工程dで決定された圧力条件で、半導体基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記19)
(a)酸化シリコンからなる絶縁膜中に含まれる水分の含有量の許容上限値を決定する工程と、
(b)基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を、チャンバ内に導入するガスの全流量に対する酸素またはオゾンの流量の比が異なる複数の流量比条件で形成した複数の評価用試料を作製する工程と、
(c)前記評価用試料の絶縁膜中の水分の含有量を測定する工程と、
(d)前記絶縁膜中の水分の含有量が、前記許容上限値以下になる流量比条件を決定する工程と、
(e)前記工程dで決定された流量比条件で、半導体基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記20)
前記工程bで前記絶縁膜を形成した後、さらに、表面改質及び脱ガスを目的としてN2またはN2Oのプラズマで表面処理を行う付記19に記載の半導体装置の製造方法。
2 素子分離絶縁膜
3 ソース及びドレイン拡散層
4 シリサイド膜
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 キャップ膜
8 サイドウォールスペーサ
10、20 酸窒化シリコン膜
11 層間絶縁膜
12 ビアホール
13 プラグ
21 酸化シリコン膜
22、28、30 アルミナ膜
23 下部電極
23a Pt膜
24 キャパシタ強誘電体膜
24a 強誘電体膜
25 上部電極
25a 酸化イリジウム膜
29 強誘電体キャパシタ
31 層間絶縁膜
32 水素拡散防止膜
33 下地膜
41、42、43 ビアホール
46、47、48 プラグ
51、52 配線
55 多層配線層
Claims (10)
- 表面に半導体素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、水分の含有量が5×10−3g/cm3以下である絶縁材料からなる層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上に形成され、該層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料で形成された水素拡散防止膜と
を有する半導体装置。 - 前記層間絶縁膜が酸化シリコンで形成されている請求項1に記載の半導体装置。
- さらに、前記半導体基板の上に形成された強誘電体キャパシタを有し、前記層間絶縁膜が該強誘電体キャパシタを覆う請求項1または2に記載の半導体装置。
- (a)半導体基板の上に、絶縁材料からなる層間絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜の上に、該層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料からなる水素拡散防止膜を形成する工程と、
(c)前記層間絶縁膜及び水素拡散防止膜が形成された前記半導体基板を熱処理する工程と
を有し、前記工程aにおいて、水分の含有量が5×10−3g/cm3以下になる条件で前記層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法。 - 前記工程aにおいて、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより前記層間絶縁膜を形成する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程aが、さらに、前記半導体基板の上に強誘電体キャパシタを形成する工程を含み、該強誘電体キャパシタを覆うように前記層間絶縁膜を形成する請求項4または5に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)半導体基板の上に、絶縁材料からなる層間絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜の上に、該層間絶縁膜の材料よりも水素の拡散防止機能が高い材料からなる水素拡散防止膜を形成する工程と、
(c)前記層間絶縁膜及び水素拡散防止膜が形成された前記半導体基板を熱処理する工程と
を有し、前記工程aにおいて、チャンバ内圧力が930Pa以上の条件で、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより前記層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法。 - 前記工程aが、さらに、前記半導体基板の上に強誘電体キャパシタを形成する工程を含み、該強誘電体キャパシタを覆うように前記層間絶縁膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)酸化シリコンからなる絶縁膜中に含まれる水分の含有量の許容上限値を決定する工程と、
(b)基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を、異なる圧力条件で形成した複数の評価用試料を作製する工程と、
(c)前記評価用試料の絶縁膜中の水分の含有量を測定する工程と、
(d)前記絶縁膜中の水分の含有量が、前記許容上限値以下になる圧力条件を決定する工程と、
(e)前記工程dで決定された圧力条件で、半導体基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 - (a)酸化シリコンからなる絶縁膜中に含まれる水分の含有量の許容上限値を決定する工程と、
(b)基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を、チャンバ内に導入するガスの全流量に対する酸素またはオゾンの流量の比が異なる複数の流量比条件で形成した複数の評価用試料を作製する工程と、
(c)前記評価用試料の絶縁膜中の水分の含有量を測定する工程と、
(d)前記絶縁膜中の水分の含有量が、前記許容上限値以下になる流量比条件を決定する工程と、
(e)前記工程dで決定された流量比条件で、半導体基板上に、原料として酸素またはオゾンと、TEOSとを用いたプラズマ励起型CVDにより、酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
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