半導体装置及びその製造方法
【課題】ゲート電極への水素の拡散を防止することにより、ゲート絶縁膜の劣化を抑制し、信頼性の高い半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置は、ポリシリコンを含むゲート電極と、ゲート電極の少なくとも上面を覆い、水素を貯蔵する機能を有する水素貯蔵層と、を備える。好ましくは、バリア層は、組成式ＳｉｘＮｙＯＺの酸窒化膜を含有し、ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７である。
【解決手段】半導体装置は、ポリシリコンを含むゲート電極と、ゲート電極の少なくとも上面を覆い、水素を貯蔵する機能を有する水素貯蔵層と、を備える。好ましくは、バリア層は、組成式ＳｉｘＮｙＯＺの酸窒化膜を含有し、ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。特に、本発明は、ポリシリコンを有するゲート電極を備える半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体記憶装置等の半導体装置において、ゲート絶縁膜中に拡散した水素がリークパスを形成し、リーク電流を増大させることが報告されている（非特許文献１参照）。半導体装置に製造プロセスにおいては、水素がゲート絶縁膜中に拡散する機会が多く存在する。このため、半導体デバイスの信頼性を高めるためには、水素の拡散を抑制する必要がある。
【０００３】
このような水素は、ＳｉＯ２／ＳｉＮ界面に形成されたＳｉ２Ｎ２Ｏにおいて捕捉することができることが報告されている（非特許文献２及び３参照）。
【０００４】
そこで、Ｓｉ２Ｎ２Ｏは、水素の拡散を防止して、半導体記憶装置の信頼性を向上させるために半導体記憶装置に適用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１に記載の半導体記憶装置においては、シリコン基板とゲート電極の間に、シリコン基板側から順に第１シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、第２シリコン酸化膜が積層した絶縁膜が介在し、第１シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の間の界面、シリコン窒化膜と第２シリコン酸化膜の間の界面、及び第２シリコン酸化膜とゲート電極の間の界面の全て又は少なくとも１つの界面に水素吸蔵膜が介在している。特許文献２に記載の半導体記憶装置は、メモリセルと層間絶縁膜の間にてメモリセルを覆うカバー膜であり、シリコン窒化膜の表面に水素吸蔵膜が被覆された膜を有する。特許文献１及び２の半導体記憶装置において、この水素吸蔵膜にはＳｉ２Ｎ２Ｏを含むシリコン窒化酸化膜が適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７３６６号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２８４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Nissan-Cohen、外１名、「The Effect of Hydrogen on Trap Generation, Positive Charge Trapping, and Time-Dependent Dielectric Breakdown of Gate Oxides」、 IEEE Electron Device Letters, Vol. 9, No. 6 287 (1988)
【非特許文献２】Z. Liu、 外５名、「A hydrogen storage layer on the surface of silicon nitride films」、Applied Physics Letters, 92, 192115 (2008)
【非特許文献３】Z. Liu、 外６名、「Hydrogen Distribution in Oxide-Nitride-Oxide Stacks and Correlation with Data Retention of MONOS Memories」、 IEEE CFP08RPS-CDR 46th Annual International Reliability Physics Symposium, 2008, 705
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【０００８】
半導体装置における層間絶縁膜や配線等の形成プロセスにおいては、ポリシリコンを含むゲート電極に水素が拡散してしまうことがある。この場合、水素は、ゲート電極に均一に侵入するわけではなく、ばらつきをもって侵入する。ゲート電極に水素が侵入するとポリシリコンゲート電極の比抵抗が変化するため、ゲート電極中の水素濃度のばらつきによってゲート電極の比抵抗にもばらつきが発生することになる。半導体装置の微細化の進展により、ポリシリコンゲート電極の比抵抗の変動が半導体装置の特性に影響を及ぼすようになった。
【０００９】
非特許文献２及び３に記載されたＳｉＯ２／ＳｉＮの積層では、水素と透過を防止することができない部分が生じるので、半導体装置の信頼性を十分に高めることはできない。
【００１０】
特許文献１に記載の半導体記憶装置においては、ゲート電極への水素の拡散は防止することはできない。すなわち、水素がゲート電極を介してゲート絶縁膜に拡散することを防止することができない。
【００１１】
特許文献２に記載の半導体記憶装置においては、水素吸蔵膜はシリコン窒化膜の表面に形成されているが、この場合、シリコン窒化膜を形成する際にゲート電極に水素が拡散してしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１視点によれば、ポリシリコンを含むゲート電極と、ゲート電極の少なくとも上面を覆い、水素を貯蔵する機能を有する水素貯蔵層と、を備える半導体装置が提供される。
【００１３】
本発明の第２視点によれば、ポリシリコンを含むゲート電極前駆層を形成する工程と、ゲート電極前駆層の表面の少なくとも一部を第１酸化膜にする工程と、第１酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以下の効果のうち少なくとも１つを有する。
【００１５】
本発明によれば、ゲート電極への水素の拡散を防止することができる。これにより、ゲート電極の比抵抗を一定に維持し、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、ゲート電極を介してゲート絶縁膜へ水素が拡散することを防止され、ゲート絶縁膜の劣化が抑制される。これにより、リークパスを抑制して、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図７】第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記第１視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００１９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層は、ゲート電極の側面をさらに覆う。
【００２０】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層はシリコン酸窒化膜を含む。
【００２１】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層は、組成式ＳｉｘＮｙＯＺの酸窒化膜を含有する。ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７である。
【００２２】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層における水素濃度は、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。
【００２３】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層の厚さは、０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下である。
【００２４】
上記第１視点の好ましい形態によれば、ゲート電極の少なくとも一部はシリサイド化されている。
【００２５】
上記第１視点の好ましい形態によれば、ゲート電極と水素貯蔵層とが互い違いに複数積層されている。
【００２６】
上記第２視点の好ましい形態によれば、半導体装置の製造方法は、酸化膜をアニール処理する工程後に、ゲート電極前駆層の形状を加工し、ゲート電極を形成する工程をさらに含む。
【００２７】
上記第２視点の好ましい形態によれば、半導体装置の製造方法は、ゲート電極前駆層の形状を加工する工程後に、ゲート電極の側面の表面の少なくとも一部を第２酸化膜にする工程と、第２酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、をさらに含む。
【００２８】
上記第２視点の好ましい形態によれば、不活性ガスは窒素ガスである。
【００２９】
本発明の第１実施形態に係る半導体装置について説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００３０】
半導体装置１０は、第１拡散領域１２ａ及び第２拡散領域１２ｂが形成された半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成されたゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上に形成されたゲート電極１４と、ゲート電極１４の少なくとも上面を覆うように形成された水素貯蔵層１５と、半導体基板１１上に積層体１３〜１５を覆うように形成される絶縁層（不図示）と、を備える。第１実施形態におけるゲート絶縁膜１３においては、第１シリコン酸化膜１３ａ、シリコン窒化膜１３ｂ及び第２シリコン酸化膜１３ｂが順に積層されている。半導体基板１１としては、例えばシリコン基板を使用することができる。なお、図１以降において、各層は、明瞭化のために一定の厚さをもって図示しているが、実際の相対的な厚さを必ずしも反映するものではない。
【００３１】
ゲート電極１４は、例えば、ポリシリコンを含有する。また、ゲート電極１４の少なくとも一部はシリサイド化されていてもよい。
【００３２】
水素貯蔵層１５は、水素を貯蔵又は吸蔵する機能を有する。水素貯蔵層１５は、例えば、シリコン酸窒化膜であると好ましく、例えば組成式ＳｉｘＮｙＯＺを有するシリコン酸窒化膜であると好ましい。このとき、ｘ、ｙ及びｚの比は、ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７であると好ましく、より好ましくは１：１：０．４〜０．５である。水素貯蔵層１５としては、例えば、Ｓｉ２Ｎ２Ｏを含有する膜を使用することができる。
【００３３】
組成式ＳｉｘＮｙＯＺを有するシリコン酸窒化膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との遷移相となる不安定な相を形成する。このとき、シリコン酸窒化膜中のシリコンはダングリングボンドを有する。このダングリングボンドには水素が結合することができる。シリコン酸窒化膜の水素貯蔵効果は、水素がこのダングリングボンドに結合することにより発現されると推測される。ダングリングボンドに結合した水素は、そのままシリコン酸窒化膜に残存することになる。また、シリコン窒化膜に補足された水素はその移動を阻害されているので、シリコン酸窒化膜は、シリコン酸窒化膜が水素雰囲気に曝された際にも、水素を透過させないようにするバリア効果を発揮しているものと考えられる。すなわち、水素を貯蔵したシリコン酸窒化膜は、水素の補足機能及びバリア機能を有することになる。組成式ＳｉｘＮｙＯＺを有するシリコン酸窒化膜においては、ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７のとき、シリコン酸窒化膜中にダングリングボンドが形成され、特に１：１：０．４〜０．５のときに最も効果的にダングリングボンドが形成されると考えられる。
【００３４】
水素貯蔵層１５は、シリコン酸化膜よりも多くの水素原子を含有する。水素貯蔵層１５中の水素濃度が低いと水素貯蔵層としての機能が低下してしまうので、水素貯蔵層１５中の水素濃度は、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上であると好ましい。また、水素濃度が高すぎると、水素貯蔵機能が低下してしまうと考えられるので、水素貯蔵層１５中の水素濃度は、１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であると好ましく、５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であるとより好ましい。なお、ここでいう「水素」とは、共鳴核反応法によって検出される「水素」を意味する。水素貯蔵層１５中の水素濃度の測定方法は、例えば、特開２００８−１５７８０５に記載された水素共鳴核反応を用いた方法を用いることができる。ただし、本発明の水素貯蔵層１５の厚さは好ましくは１ｎｍであるので、シリコン窒化膜に対して斜めからイオンを入射して実効的な膜厚を確保するようにする。
【００３５】
ＯＮＯ膜上に１ｎｍのシリコン酸窒化膜からなる水素貯蔵層を設けた評価サンプルによる測定においては、水素貯蔵層中の水素濃度を３×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３にしたときは、２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３にしたときに比べて、基板／ＯＮＯ膜界面の水素濃度を１／２程度に抑えることができた。水素濃度５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３のサンプルでは、基板／ＯＮＯ膜界面の水素素濃度がさらに抑制されることが確認された。つまり、シリコン酸窒化膜に貯蔵される水素濃度が高いほど、水素に対するバリア性が高いことが確認された。水素貯蔵層中における好ましい水素濃度の範囲の上限は、シリコン酸窒化膜の原子密度と水素吸蔵メカニズムから１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３である。好ましい水素濃度の範囲の下限は、バルクのシリコン窒化膜やシリコン酸化膜に含まれる水素濃度よりも高ければよく、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、より好ましくは３×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
【００３６】
水素貯蔵層１５中の水素濃度は、加熱によって高めることができる。水素貯蔵層１５は、水素原子濃度を高めることによってゲート絶縁膜への水素の浸入を抑制することができる。水素貯蔵層１５の厚さは０．５ｎｍ以上であると好ましい。水素貯蔵層１５は、少なくともＳｉＮｘＯｙを１分子層有することが必要であるからである。また、水素貯蔵層１５の厚さは、１ｎｍ以下であると好ましい。一方、水素貯蔵層１５は厚いほうが水素貯蔵効果を高めることができる。しかし、水素貯蔵層１５を厚くするためには、高温かつ長時間のアニール処理が必要となる。これにより、プロセス時間が長くなるという問題に加え、基板内に形成されたウェル（不図示）の不純物プロファイルが変化してしまうという問題もある。そこで、水素貯蔵層１５の厚さは、特性に影響が及ばないような厚さにすると好ましい。
【００３７】
水素貯蔵層１５は、例えば、ゲート電極１４をポリシリコンで形成し、水素貯蔵層１５を形成するゲート電極１４の領域を自然酸化させた後、窒素ガス雰囲気下において温度範囲７００℃〜１１５０℃、より好ましくは９００℃〜１１５０℃で１分〜６０分アニール処理を施すことにより形成することができる。水素貯蔵層１５の別の形成方法としては、例えば、ゲート電極をポリシリコンで形成した後、表面酸化膜をフッ化水素（ＨＦ）で除去する。次に、処理面を大気に曝すことなく、アンモニア／過酸化水素（ＡＰＭ；Ammonia hydrogen Peroxide Mixture）洗浄及び硫酸／過酸化水素（ＳＰＭ；Sulfuric acid-hydrogen Peroxide Mixture）洗浄を実施する。次に、洗浄面を不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気下において６００℃〜７５０℃でアニール処理を実施する。
【００３８】
水素貯蔵層１５により、製造プロセスにおいてゲート電極１４に水素が侵入することを防止することができる。これにより、ゲート電極１４の比抵抗にばらつきが生じることを防止することができる。また、ゲート電極１４を介してゲート絶縁膜１３に不純物が拡散することを防止することができる。
【００３９】
次に、本発明の第１実施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に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図を示す。以下の説明においては、ゲート電極１４をポリシリコンで形成する例について説明する。
【００４０】
まず、半導体基板１１表面の自然酸化膜を除去するため、半導体基板１１表面を酸洗浄する。次に、半導体基板１１上に、ゲート絶縁膜１３の前駆層となる第１シリコン酸化膜前駆層１３ａＡ、シリコン窒化膜前駆層１３ｂＡ及び第２シリコン酸化膜前駆層１３ｂＡ、並びに、ポリシリコンでゲート電極前駆層１４Ａを形成する（図２（ａ））。第１シリコン酸化膜前駆層１３ａＡは、シリコン基板１１の熱酸化により形成することができる。シリコン窒化膜前駆層１３ｂＡは、例えば、シランとアンモニアを原料ガスとするＣＶＤ法により成膜することができる。ゲート電極前駆層１４Ａは、例えば、ＣＶＤ法またはスパッタ法により形成することができる。
【００４１】
次に、ゲート電極前駆層１４Ａの表面を大気に触れさせる。これにより、ポリシリコンのゲート電極前駆層１４Ａ上に、自然酸化膜１５Ａが形成される（図２（ｂ））。
【００４２】
次に、不活性ガス中でアニール処理（加熱処理）を施す。アニール条件は、例えば、窒素雰囲気下、加熱温度９００℃〜１１５０℃とすることができる。アニール処理により、自然酸化膜１５Ａを、組成式ＳｉｘＮｙＯＺ（ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７）の水素貯蔵層前駆層１５Ｂとすることができる（図２（ｃ））。
【００４３】
次に、第１シリコン酸化膜前駆層１３ａＡ、シリコン窒化膜前駆層１３ｂＡ、第２シリコン酸化膜前駆層１３ｂＡ、ゲート電極前駆層１４Ａ及び水素貯蔵層前駆層１５Ｂを、ゲート電極の形状に加工する。加工処理は、例えば、ハードマスク及びレジストマスクでパターニングした後、ドライエッチングで行うことができる。
【００４４】
次に、ゲート構造をマスクとして、イオン注入により、半導体基板１１に第１拡散領域１２ａ及び第２拡散領域１２ｂを形成する。これにより、半導体装置１０を製造することができる（図１）。
【００４５】
本発明の第２実施形態に係る半導体装置について説明する。図３に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００４６】
第２実施形態においては、酸化膜／窒化膜／酸化膜（ＯＮＯ）ゲートスタック構造ではなく、ゲート絶縁膜２３は１層のみ（例えばシリコン酸化膜のみ）で形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００４７】
本発明の第３実施形態に係る半導体装置について説明する。図４に、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００４８】
第３実施形態においては、複数の水素貯蔵層３５ａ，３５ｂが積層されている。すなわち、第１ゲート電極３４ａの上に第１水素貯蔵層３５ａが形成され、その積層体上に、さらに第２ゲート電極３４ｂ及び第２水素貯蔵層３５ｂの積層体が積層されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００４９】
本発明の第４実施形態に係る半導体装置について説明する。図５に、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００５０】
第４実施形態においては、ゲート電極は、ポリシリコン層４４ａと、ポリシリコンの上面をシリサイド化して形成したシリサイド層４４ｂと、を有する。水素貯蔵層４５は、シリサイド層４４ｂの上面を覆うように形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
本発明の第５実施形態に係る半導体装置について説明する。図６に、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００５２】
第５実施形態においては、第４実施形態に係る半導体装置において、ゲート電極の側面にも水素貯蔵層が形成されている。すなわち、水素貯蔵層５５は、ゲート電極５４の両側面及び上面を覆うように形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。第５実施形態によればゲート電極側面からの水素の侵入を抑制することができる。
【００５３】
ゲート電極５４の側面から侵入した水素によるゲート電極５４の高抵抗化の影響は、ゲート長が短いほど、すなわち半導体装置が微細化するほど大きくなる。ゲート長が短い場合、水素の侵入深さが浅くても、高抵抗化された領域の割合が大きくなるためである。第５実施形態によれば、半導体装置が微細化しても、半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００５４】
第２〜第５実施形態における水素貯蔵層の作製方法は、第１実施形態と同様にして作成することができる。すなわち、水素貯蔵層を形成する領域にゲート電極前駆層の自然酸化膜を形成し、当該自然酸化膜をアニール処理することにより水素貯蔵層を作製することができる。
【００５５】
図７に、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図を示す。第５実施形態においては、まず、第１実施形態（図２）と同様にして、ゲート電極前駆層の上面に、第１自然酸化膜を形成し、これをアニール処理して第１水素貯蔵層前駆層を形成する。次に、ゲート電極前駆層をゲート電極形状に加工し、ゲート電極５４を形成する（図７（ａ））。このとき、ゲート電極５４等は、第６実施形態と同様となり、上面に第１水素貯蔵層５５ａが形成された状態となる。次に、ゲート電極５４の側面（新たに露出した面）を大気に曝して、ゲート電極５４の側面に第２自然酸化膜５５ｂＡを形成する（図７（ｂ））。次に、第２自然酸化膜５５ｂＡをアニール処理して、ゲート電極５４の側面領域に第２水素貯蔵層５５ｂを形成する（図７（ｃ））。このようにしてゲート電極５４の上面及び側面に水素貯蔵層５５を有する半導体装置５０を製造することができる。
【００５６】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
【００５７】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、例えば、ＭＯＳトランジスタを有する半導体装置、不揮発性メモリ等の半導体記憶装置等、種々の半導体装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，２０，３０，４０，５０ 半導体装置
１１，２１，３１，４１，５１ 半導体基板
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ 拡散領域
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，２３，３３，４３，５３ ゲート絶縁膜
１３ａＡ，１３ｂＡ，１３ｃＡ ゲート絶縁膜前駆層
１４，２４，３４ａ，３４ｂ，４４，５４ ゲート電極
１４Ａ ゲート電極前駆層
４４ａ，５４ａ ポリシリコン層
４４ｂ，５４ｂ シリサイド層
１５，２５，３５ａ，３５ｂ，４５，５５ 水素貯蔵層
１５Ａ 自然酸化膜
１５Ｂ 水素貯蔵層前駆層
５５ａ 第１水素貯蔵層
５５ｂ 第２水素貯蔵層
５５ｂＡ 第２自然酸化膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。特に、本発明は、ポリシリコンを有するゲート電極を備える半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体記憶装置等の半導体装置において、ゲート絶縁膜中に拡散した水素がリークパスを形成し、リーク電流を増大させることが報告されている（非特許文献１参照）。半導体装置に製造プロセスにおいては、水素がゲート絶縁膜中に拡散する機会が多く存在する。このため、半導体デバイスの信頼性を高めるためには、水素の拡散を抑制する必要がある。
【０００３】
このような水素は、ＳｉＯ２／ＳｉＮ界面に形成されたＳｉ２Ｎ２Ｏにおいて捕捉することができることが報告されている（非特許文献２及び３参照）。
【０００４】
そこで、Ｓｉ２Ｎ２Ｏは、水素の拡散を防止して、半導体記憶装置の信頼性を向上させるために半導体記憶装置に適用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１に記載の半導体記憶装置においては、シリコン基板とゲート電極の間に、シリコン基板側から順に第１シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、第２シリコン酸化膜が積層した絶縁膜が介在し、第１シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の間の界面、シリコン窒化膜と第２シリコン酸化膜の間の界面、及び第２シリコン酸化膜とゲート電極の間の界面の全て又は少なくとも１つの界面に水素吸蔵膜が介在している。特許文献２に記載の半導体記憶装置は、メモリセルと層間絶縁膜の間にてメモリセルを覆うカバー膜であり、シリコン窒化膜の表面に水素吸蔵膜が被覆された膜を有する。特許文献１及び２の半導体記憶装置において、この水素吸蔵膜にはＳｉ２Ｎ２Ｏを含むシリコン窒化酸化膜が適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７３６６号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２８４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Nissan-Cohen、外１名、「The Effect of Hydrogen on Trap Generation, Positive Charge Trapping, and Time-Dependent Dielectric Breakdown of Gate Oxides」、 IEEE Electron Device Letters, Vol. 9, No. 6 287 (1988)
【非特許文献２】Z. Liu、 外５名、「A hydrogen storage layer on the surface of silicon nitride films」、Applied Physics Letters, 92, 192115 (2008)
【非特許文献３】Z. Liu、 外６名、「Hydrogen Distribution in Oxide-Nitride-Oxide Stacks and Correlation with Data Retention of MONOS Memories」、 IEEE CFP08RPS-CDR 46th Annual International Reliability Physics Symposium, 2008, 705
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【０００８】
半導体装置における層間絶縁膜や配線等の形成プロセスにおいては、ポリシリコンを含むゲート電極に水素が拡散してしまうことがある。この場合、水素は、ゲート電極に均一に侵入するわけではなく、ばらつきをもって侵入する。ゲート電極に水素が侵入するとポリシリコンゲート電極の比抵抗が変化するため、ゲート電極中の水素濃度のばらつきによってゲート電極の比抵抗にもばらつきが発生することになる。半導体装置の微細化の進展により、ポリシリコンゲート電極の比抵抗の変動が半導体装置の特性に影響を及ぼすようになった。
【０００９】
非特許文献２及び３に記載されたＳｉＯ２／ＳｉＮの積層では、水素と透過を防止することができない部分が生じるので、半導体装置の信頼性を十分に高めることはできない。
【００１０】
特許文献１に記載の半導体記憶装置においては、ゲート電極への水素の拡散は防止することはできない。すなわち、水素がゲート電極を介してゲート絶縁膜に拡散することを防止することができない。
【００１１】
特許文献２に記載の半導体記憶装置においては、水素吸蔵膜はシリコン窒化膜の表面に形成されているが、この場合、シリコン窒化膜を形成する際にゲート電極に水素が拡散してしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１視点によれば、ポリシリコンを含むゲート電極と、ゲート電極の少なくとも上面を覆い、水素を貯蔵する機能を有する水素貯蔵層と、を備える半導体装置が提供される。
【００１３】
本発明の第２視点によれば、ポリシリコンを含むゲート電極前駆層を形成する工程と、ゲート電極前駆層の表面の少なくとも一部を第１酸化膜にする工程と、第１酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以下の効果のうち少なくとも１つを有する。
【００１５】
本発明によれば、ゲート電極への水素の拡散を防止することができる。これにより、ゲート電極の比抵抗を一定に維持し、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、ゲート電極を介してゲート絶縁膜へ水素が拡散することを防止され、ゲート絶縁膜の劣化が抑制される。これにより、リークパスを抑制して、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図６】本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図。
【図７】第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記第１視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００１９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層は、ゲート電極の側面をさらに覆う。
【００２０】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層はシリコン酸窒化膜を含む。
【００２１】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層は、組成式ＳｉｘＮｙＯＺの酸窒化膜を含有する。ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７である。
【００２２】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層における水素濃度は、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。
【００２３】
上記第１視点の好ましい形態によれば、水素貯蔵層の厚さは、０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下である。
【００２４】
上記第１視点の好ましい形態によれば、ゲート電極の少なくとも一部はシリサイド化されている。
【００２５】
上記第１視点の好ましい形態によれば、ゲート電極と水素貯蔵層とが互い違いに複数積層されている。
【００２６】
上記第２視点の好ましい形態によれば、半導体装置の製造方法は、酸化膜をアニール処理する工程後に、ゲート電極前駆層の形状を加工し、ゲート電極を形成する工程をさらに含む。
【００２７】
上記第２視点の好ましい形態によれば、半導体装置の製造方法は、ゲート電極前駆層の形状を加工する工程後に、ゲート電極の側面の表面の少なくとも一部を第２酸化膜にする工程と、第２酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、をさらに含む。
【００２８】
上記第２視点の好ましい形態によれば、不活性ガスは窒素ガスである。
【００２９】
本発明の第１実施形態に係る半導体装置について説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００３０】
半導体装置１０は、第１拡散領域１２ａ及び第２拡散領域１２ｂが形成された半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成されたゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上に形成されたゲート電極１４と、ゲート電極１４の少なくとも上面を覆うように形成された水素貯蔵層１５と、半導体基板１１上に積層体１３〜１５を覆うように形成される絶縁層（不図示）と、を備える。第１実施形態におけるゲート絶縁膜１３においては、第１シリコン酸化膜１３ａ、シリコン窒化膜１３ｂ及び第２シリコン酸化膜１３ｂが順に積層されている。半導体基板１１としては、例えばシリコン基板を使用することができる。なお、図１以降において、各層は、明瞭化のために一定の厚さをもって図示しているが、実際の相対的な厚さを必ずしも反映するものではない。
【００３１】
ゲート電極１４は、例えば、ポリシリコンを含有する。また、ゲート電極１４の少なくとも一部はシリサイド化されていてもよい。
【００３２】
水素貯蔵層１５は、水素を貯蔵又は吸蔵する機能を有する。水素貯蔵層１５は、例えば、シリコン酸窒化膜であると好ましく、例えば組成式ＳｉｘＮｙＯＺを有するシリコン酸窒化膜であると好ましい。このとき、ｘ、ｙ及びｚの比は、ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７であると好ましく、より好ましくは１：１：０．４〜０．５である。水素貯蔵層１５としては、例えば、Ｓｉ２Ｎ２Ｏを含有する膜を使用することができる。
【００３３】
組成式ＳｉｘＮｙＯＺを有するシリコン酸窒化膜は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との遷移相となる不安定な相を形成する。このとき、シリコン酸窒化膜中のシリコンはダングリングボンドを有する。このダングリングボンドには水素が結合することができる。シリコン酸窒化膜の水素貯蔵効果は、水素がこのダングリングボンドに結合することにより発現されると推測される。ダングリングボンドに結合した水素は、そのままシリコン酸窒化膜に残存することになる。また、シリコン窒化膜に補足された水素はその移動を阻害されているので、シリコン酸窒化膜は、シリコン酸窒化膜が水素雰囲気に曝された際にも、水素を透過させないようにするバリア効果を発揮しているものと考えられる。すなわち、水素を貯蔵したシリコン酸窒化膜は、水素の補足機能及びバリア機能を有することになる。組成式ＳｉｘＮｙＯＺを有するシリコン酸窒化膜においては、ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７のとき、シリコン酸窒化膜中にダングリングボンドが形成され、特に１：１：０．４〜０．５のときに最も効果的にダングリングボンドが形成されると考えられる。
【００３４】
水素貯蔵層１５は、シリコン酸化膜よりも多くの水素原子を含有する。水素貯蔵層１５中の水素濃度が低いと水素貯蔵層としての機能が低下してしまうので、水素貯蔵層１５中の水素濃度は、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上であると好ましい。また、水素濃度が高すぎると、水素貯蔵機能が低下してしまうと考えられるので、水素貯蔵層１５中の水素濃度は、１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であると好ましく、５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であるとより好ましい。なお、ここでいう「水素」とは、共鳴核反応法によって検出される「水素」を意味する。水素貯蔵層１５中の水素濃度の測定方法は、例えば、特開２００８−１５７８０５に記載された水素共鳴核反応を用いた方法を用いることができる。ただし、本発明の水素貯蔵層１５の厚さは好ましくは１ｎｍであるので、シリコン窒化膜に対して斜めからイオンを入射して実効的な膜厚を確保するようにする。
【００３５】
ＯＮＯ膜上に１ｎｍのシリコン酸窒化膜からなる水素貯蔵層を設けた評価サンプルによる測定においては、水素貯蔵層中の水素濃度を３×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３にしたときは、２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３にしたときに比べて、基板／ＯＮＯ膜界面の水素濃度を１／２程度に抑えることができた。水素濃度５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３のサンプルでは、基板／ＯＮＯ膜界面の水素素濃度がさらに抑制されることが確認された。つまり、シリコン酸窒化膜に貯蔵される水素濃度が高いほど、水素に対するバリア性が高いことが確認された。水素貯蔵層中における好ましい水素濃度の範囲の上限は、シリコン酸窒化膜の原子密度と水素吸蔵メカニズムから１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３である。好ましい水素濃度の範囲の下限は、バルクのシリコン窒化膜やシリコン酸化膜に含まれる水素濃度よりも高ければよく、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、より好ましくは３×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
【００３６】
水素貯蔵層１５中の水素濃度は、加熱によって高めることができる。水素貯蔵層１５は、水素原子濃度を高めることによってゲート絶縁膜への水素の浸入を抑制することができる。水素貯蔵層１５の厚さは０．５ｎｍ以上であると好ましい。水素貯蔵層１５は、少なくともＳｉＮｘＯｙを１分子層有することが必要であるからである。また、水素貯蔵層１５の厚さは、１ｎｍ以下であると好ましい。一方、水素貯蔵層１５は厚いほうが水素貯蔵効果を高めることができる。しかし、水素貯蔵層１５を厚くするためには、高温かつ長時間のアニール処理が必要となる。これにより、プロセス時間が長くなるという問題に加え、基板内に形成されたウェル（不図示）の不純物プロファイルが変化してしまうという問題もある。そこで、水素貯蔵層１５の厚さは、特性に影響が及ばないような厚さにすると好ましい。
【００３７】
水素貯蔵層１５は、例えば、ゲート電極１４をポリシリコンで形成し、水素貯蔵層１５を形成するゲート電極１４の領域を自然酸化させた後、窒素ガス雰囲気下において温度範囲７００℃〜１１５０℃、より好ましくは９００℃〜１１５０℃で１分〜６０分アニール処理を施すことにより形成することができる。水素貯蔵層１５の別の形成方法としては、例えば、ゲート電極をポリシリコンで形成した後、表面酸化膜をフッ化水素（ＨＦ）で除去する。次に、処理面を大気に曝すことなく、アンモニア／過酸化水素（ＡＰＭ；Ammonia hydrogen Peroxide Mixture）洗浄及び硫酸／過酸化水素（ＳＰＭ；Sulfuric acid-hydrogen Peroxide Mixture）洗浄を実施する。次に、洗浄面を不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気下において６００℃〜７５０℃でアニール処理を実施する。
【００３８】
水素貯蔵層１５により、製造プロセスにおいてゲート電極１４に水素が侵入することを防止することができる。これにより、ゲート電極１４の比抵抗にばらつきが生じることを防止することができる。また、ゲート電極１４を介してゲート絶縁膜１３に不純物が拡散することを防止することができる。
【００３９】
次に、本発明の第１実施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に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図を示す。以下の説明においては、ゲート電極１４をポリシリコンで形成する例について説明する。
【００４０】
まず、半導体基板１１表面の自然酸化膜を除去するため、半導体基板１１表面を酸洗浄する。次に、半導体基板１１上に、ゲート絶縁膜１３の前駆層となる第１シリコン酸化膜前駆層１３ａＡ、シリコン窒化膜前駆層１３ｂＡ及び第２シリコン酸化膜前駆層１３ｂＡ、並びに、ポリシリコンでゲート電極前駆層１４Ａを形成する（図２（ａ））。第１シリコン酸化膜前駆層１３ａＡは、シリコン基板１１の熱酸化により形成することができる。シリコン窒化膜前駆層１３ｂＡは、例えば、シランとアンモニアを原料ガスとするＣＶＤ法により成膜することができる。ゲート電極前駆層１４Ａは、例えば、ＣＶＤ法またはスパッタ法により形成することができる。
【００４１】
次に、ゲート電極前駆層１４Ａの表面を大気に触れさせる。これにより、ポリシリコンのゲート電極前駆層１４Ａ上に、自然酸化膜１５Ａが形成される（図２（ｂ））。
【００４２】
次に、不活性ガス中でアニール処理（加熱処理）を施す。アニール条件は、例えば、窒素雰囲気下、加熱温度９００℃〜１１５０℃とすることができる。アニール処理により、自然酸化膜１５Ａを、組成式ＳｉｘＮｙＯＺ（ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７）の水素貯蔵層前駆層１５Ｂとすることができる（図２（ｃ））。
【００４３】
次に、第１シリコン酸化膜前駆層１３ａＡ、シリコン窒化膜前駆層１３ｂＡ、第２シリコン酸化膜前駆層１３ｂＡ、ゲート電極前駆層１４Ａ及び水素貯蔵層前駆層１５Ｂを、ゲート電極の形状に加工する。加工処理は、例えば、ハードマスク及びレジストマスクでパターニングした後、ドライエッチングで行うことができる。
【００４４】
次に、ゲート構造をマスクとして、イオン注入により、半導体基板１１に第１拡散領域１２ａ及び第２拡散領域１２ｂを形成する。これにより、半導体装置１０を製造することができる（図１）。
【００４５】
本発明の第２実施形態に係る半導体装置について説明する。図３に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００４６】
第２実施形態においては、酸化膜／窒化膜／酸化膜（ＯＮＯ）ゲートスタック構造ではなく、ゲート絶縁膜２３は１層のみ（例えばシリコン酸化膜のみ）で形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００４７】
本発明の第３実施形態に係る半導体装置について説明する。図４に、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００４８】
第３実施形態においては、複数の水素貯蔵層３５ａ，３５ｂが積層されている。すなわち、第１ゲート電極３４ａの上に第１水素貯蔵層３５ａが形成され、その積層体上に、さらに第２ゲート電極３４ｂ及び第２水素貯蔵層３５ｂの積層体が積層されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００４９】
本発明の第４実施形態に係る半導体装置について説明する。図５に、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００５０】
第４実施形態においては、ゲート電極は、ポリシリコン層４４ａと、ポリシリコンの上面をシリサイド化して形成したシリサイド層４４ｂと、を有する。水素貯蔵層４５は、シリサイド層４４ｂの上面を覆うように形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
本発明の第５実施形態に係る半導体装置について説明する。図６に、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図を示す。
【００５２】
第５実施形態においては、第４実施形態に係る半導体装置において、ゲート電極の側面にも水素貯蔵層が形成されている。すなわち、水素貯蔵層５５は、ゲート電極５４の両側面及び上面を覆うように形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。第５実施形態によればゲート電極側面からの水素の侵入を抑制することができる。
【００５３】
ゲート電極５４の側面から侵入した水素によるゲート電極５４の高抵抗化の影響は、ゲート長が短いほど、すなわち半導体装置が微細化するほど大きくなる。ゲート長が短い場合、水素の侵入深さが浅くても、高抵抗化された領域の割合が大きくなるためである。第５実施形態によれば、半導体装置が微細化しても、半導体装置の特性劣化を抑制することができる。
【００５４】
第２〜第５実施形態における水素貯蔵層の作製方法は、第１実施形態と同様にして作成することができる。すなわち、水素貯蔵層を形成する領域にゲート電極前駆層の自然酸化膜を形成し、当該自然酸化膜をアニール処理することにより水素貯蔵層を作製することができる。
【００５５】
図７に、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための概略工程図を示す。第５実施形態においては、まず、第１実施形態（図２）と同様にして、ゲート電極前駆層の上面に、第１自然酸化膜を形成し、これをアニール処理して第１水素貯蔵層前駆層を形成する。次に、ゲート電極前駆層をゲート電極形状に加工し、ゲート電極５４を形成する（図７（ａ））。このとき、ゲート電極５４等は、第６実施形態と同様となり、上面に第１水素貯蔵層５５ａが形成された状態となる。次に、ゲート電極５４の側面（新たに露出した面）を大気に曝して、ゲート電極５４の側面に第２自然酸化膜５５ｂＡを形成する（図７（ｂ））。次に、第２自然酸化膜５５ｂＡをアニール処理して、ゲート電極５４の側面領域に第２水素貯蔵層５５ｂを形成する（図７（ｃ））。このようにしてゲート電極５４の上面及び側面に水素貯蔵層５５を有する半導体装置５０を製造することができる。
【００５６】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
【００５７】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、例えば、ＭＯＳトランジスタを有する半導体装置、不揮発性メモリ等の半導体記憶装置等、種々の半導体装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，２０，３０，４０，５０ 半導体装置
１１，２１，３１，４１，５１ 半導体基板
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ 拡散領域
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，２３，３３，４３，５３ ゲート絶縁膜
１３ａＡ，１３ｂＡ，１３ｃＡ ゲート絶縁膜前駆層
１４，２４，３４ａ，３４ｂ，４４，５４ ゲート電極
１４Ａ ゲート電極前駆層
４４ａ，５４ａ ポリシリコン層
４４ｂ，５４ｂ シリサイド層
１５，２５，３５ａ，３５ｂ，４５，５５ 水素貯蔵層
１５Ａ 自然酸化膜
１５Ｂ 水素貯蔵層前駆層
５５ａ 第１水素貯蔵層
５５ｂ 第２水素貯蔵層
５５ｂＡ 第２自然酸化膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコンを含むゲート電極と、
前記ゲート電極の少なくとも上面を覆い、水素を貯蔵する機能を有する水素貯蔵層と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記水素貯蔵層は、前記ゲート電極の側面をさらに覆うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素貯蔵層はシリコン酸窒化膜を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記水素貯蔵層は、組成式ＳｉｘＮｙＯＺの酸窒化膜を含有し、
ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記水素貯蔵層における水素濃度は、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記水素貯蔵層の厚さは、０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート電極の少なくとも一部はシリサイド化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート電極と前記水素貯蔵層とが互い違いに複数積層されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
ポリシリコンを含むゲート電極前駆層を形成する工程と、
前記ゲート電極前駆層の表面の少なくとも一部を第１酸化膜にする工程と、
前記第１酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化膜をアニール処理する工程後に、
前記ゲート電極前駆層の形状を加工し、ゲート電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート電極前駆層の形状を加工する工程後に、
前記ゲート電極の側面の表面の少なくとも一部を第２酸化膜にする工程と、
前記第２酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ポリシリコンを含むゲート電極と、
前記ゲート電極の少なくとも上面を覆い、水素を貯蔵する機能を有する水素貯蔵層と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記水素貯蔵層は、前記ゲート電極の側面をさらに覆うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素貯蔵層はシリコン酸窒化膜を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記水素貯蔵層は、組成式ＳｉｘＮｙＯＺの酸窒化膜を含有し、
ｘ：ｙ：ｚ＝１：１：０．１〜０．７であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記水素貯蔵層における水素濃度は、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記水素貯蔵層の厚さは、０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート電極の少なくとも一部はシリサイド化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート電極と前記水素貯蔵層とが互い違いに複数積層されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
ポリシリコンを含むゲート電極前駆層を形成する工程と、
前記ゲート電極前駆層の表面の少なくとも一部を第１酸化膜にする工程と、
前記第１酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化膜をアニール処理する工程後に、
前記ゲート電極前駆層の形状を加工し、ゲート電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート電極前駆層の形状を加工する工程後に、
前記ゲート電極の側面の表面の少なくとも一部を第２酸化膜にする工程と、
前記第２酸化膜を不活性ガス雰囲気下においてアニール処理する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１０９９９（Ｐ２０１１−２１０９９９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７９９３（Ｐ２０１０−７７９９３）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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