半導体装置及びその製造方法

【課題】トンネル絶縁膜を有するトランジスタにおいて、トンネル絶縁膜の電子トラップが増加することによるトランジスタの電気特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供する
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、半導体基板１と、前記半導体基板１上に形成されたトンネル絶縁膜２を含むトランジスタと、前記トランジスタの上方に形成されたＢを含むシリコン窒化膜７と、を備える。前記シリコン窒化膜７は、Ｂ−Ｎ結合を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置におけるパッシベーション膜としてプラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜が広く用いられている。このシリコン窒化膜はＮ−Ｈ結合を有しており、このＮ−Ｈ結合中のＨがトランジスタまで拡散し、トンネル絶縁膜の電子トラップ量が増加し、トランジスタの電気特性が劣化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、パッシベーション膜に含まれるＨによるトランジスタの電気特性劣化を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタと、前記トランジスタ上方に形成されたＢを含むシリコン窒化膜と、を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、パッシベーション膜に含まれるＨによるトランジスタの電気特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図４】シリコン窒化膜の製造方法を説明する図。
【図５】シリコン窒化膜のＦＴ−ＩＲ吸収スペクトルを示す図。
【図６】電子トラップ量の測定に用いたサンプル構造を示す断面図。
【図７】電子トラップ量の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置として、ＭＯＳトランジスタを例にその製造方法を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１から図３は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、周知の方法でシリコンを主成分とする半導体基板１上にシリコン酸化膜からなるトンネル絶縁膜２、ポリシリコンからなるゲート電極３、及び図示していない拡散層を有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【００１１】
さらに、図２に示すようにＭＯＳトランジスタを覆うように、シリコン酸化膜からなる第１の層間絶縁膜４と紙面の奥行き方向に延伸するタングステンからなる配線５を形成する。ここでは、配線は１層のみの場合を示したが、もちろん層間絶縁膜と配線が交互に積層されている所謂、多層配線構造でも良い。
【００１２】
続いて、図３に示すようにシリコン酸化膜からなる第２の層間絶縁膜６を形成し、さらにパッシベーション膜としてシリコン窒化膜７を形成する。このシリコン窒化膜７の形成方法については、後で詳しく述べる。その後、例えばＨ２ガスとＮ２ガスの混合雰囲気で４００度、２０分間の熱処理により、シンターを行う。このようにして、ＭＯＳトランジスタを有する半導体装置を形成する。
【００１３】
シリコン窒化膜７は、次のようなプラズマＣＶＤ法で形成する。１０Ｔｏｒｒ以下の真空状態を維持可能な反応容器内部で、半導体基板１を４００度に加熱する。この反応容器は図４に示すように、容器の上部と下部に平行平板電極を有している。なお、下部の電極は半導体基板１を加熱するヒーターとしても働く。
【００１４】
次に、反応容器内部に、ＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２で希釈したＢ２Ｈ６のガスを流し入れる。ここでＢ２Ｈ６の体積はＮ２の体積の約５％が望ましい。反応容器内部の圧力を一定に維持し、電極間に高周波電力を供給することで反応容器内部にプラズマを発生させ、半導体基板１上にＢを含むシリコン窒化膜７を形成する。
【００１５】
従来技術のようにＢ２Ｈ６を用いず、ＳｉＨ４、ＮＨ３及びＮ２のガスを用いて形成したシリコン窒化膜には、ＮＨ３が分解されたＮＨｘが含まれている。シリコン窒化膜形成後に行うシンターなどの熱処理によってＮＨｘがシリコン窒化膜から脱離し、シリコン窒化膜とトランジスタの間に存在する第２の層間絶縁膜６中にＮが取り込まれる。よってＮ−Ｈ結合が切断され、活性化したＨがトランジスタ中のトンネル絶縁膜２に到達する。
【００１６】
それに対して、本実施例ではＢ２Ｈ６を用いることで、シリコン窒化膜７成膜時にはＮＨｘに代わってＢＮｘが多く形成され、ＢＮｘつまりＢ−Ｎ結合を含むシリコン窒化膜７が形成出来る。Ｈは活性化した状態では無く、Ｈ２の状態でシリコン窒化膜７から放出されるため、トランジスタの電気特性劣化が抑制出来る。
【００１７】
図５に、Ｎ２で希釈したＢ２Ｈ６の流量を０、１００、２００、４００、８００、1２００ｓｃｃｍと変化させて形成したシリコン窒化膜のＦＴ−ＩＲ吸収スペクトルを示す。Ｂ２Ｈ６の流量が増加するに従い、１３５０ｃｍ−１付近のＢ−Ｎ結合のピークが増加し、３３５０ｃｍ-１付近のＮ−Ｈ結合のピークが減少する。Ｂ２Ｈ６を用いることで、Ｎ−Ｈ結合の量が減少することが分かる。
【００１８】
さらに、シリコン窒化膜の形成をＢ２Ｈ６が０ｓｃｃｍで行った場合と、２００ｓｃｃｍで行った場合におけるトンネル絶縁膜への影響を図６に示す構造のサンプルを用いて調べた。図６のサンプルは次のような方法で形成した。シリコン基板上に７．４ｎｍのシリコン酸化膜から成るトンネル絶縁膜と、Pをドーピングした２００ｎｍのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成した。それらを覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法で形成した２００ｎｍのシリコン酸化膜及び、プラズマＣＶＤ法で形成した２００ｎｍのシリコン窒化膜を形成した。このトンネル絶縁膜が実施例におけるトンネル絶縁膜２に相当し、このシリコン窒化膜が実施例におけるシリコン窒化膜７に相当する。
【００１９】
図６のサンプルに対して、Ｎ２雰囲気で３５０度、２０分のアニールを行う前後における電子トラップ量を測定した結果を図７に示す。このアニールは例えばシンター工程に相当する。このようにシリコン窒化膜形成時にＢ２Ｈ６を添加することで、アニール後におけるトンネル絶縁膜の電子トラップ量を低減し、トランジスタの電気特性劣化抑制が可能であることが分かる。
【００２０】
なお、本実施例ではＢ２Ｈ６を添加したが、ＢＣｌ３やＢ（ＣＨ３）３などのＢを含むガスを用いても同様の効果が得られる。
【００２１】
さらに、本実施例ではシリコン窒化膜７形成後の熱処理としてシンターを行っているが、熱処理はこれに限らず、例えば本実施例で示した工程の後にポリイミド形成をし、その後、熱処理を行った場合も同様の効果が得られる。
【００２２】
本発明は上記実施例１に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１・・・半導体基板
２・・・トンネル絶縁膜
３・・・ゲート電極
４・・・第１の層間絶縁膜
５・・・配線
６・・・第２の層間絶縁膜
７・・・シリコン窒化膜

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたトランジスタと、
前記トランジスタ上方に形成されたＢを含むシリコン窒化膜と、
を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜はＢ−Ｎ結合を有している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】
前記トランジスタと前記シリコン窒化膜の間に、層間絶縁膜を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上にトランジスタを形成する工程と、
前記トランジスタ上方にＢを含むシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜形成後の熱処理工程を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン窒化膜の形成には、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２及びＢ２Ｈ６を含むガスを用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【図１】