專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MOS型半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別是涉及具有LDD(Lightly Doped Drain即輕摻雜漏極的簡(jiǎn)稱(chēng))構(gòu)造的多層布線的MOS型半導(dǎo)體器件及其制造方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，MOS型半導(dǎo)體集成電路器件，以DRAM的大容量化為主，硅上系統(tǒng)等、晶體管單元尺寸的細(xì)微化和多層布線化不斷發(fā)展。然而，隨著細(xì)微化、多層布線化的進(jìn)展，包含晶體管的元件的可靠性的確保變得越來(lái)越困難。特別是，多層布線的LDD構(gòu)造MOSFET的閾值電壓因多層布線構(gòu)造的緣故而由于來(lái)自層疊的層間膜的水分的侵入在晶體管的柵極電極的上方受到較大的影響。
作為防止這樣的來(lái)自層間膜的水分的侵入的方法，具有圖4(c)所示的那樣的LDD構(gòu)造的MOSFET半導(dǎo)體器件。下面參照?qǐng)D4(a)～(c)來(lái)說(shuō)明其制造方法。
首先，在半導(dǎo)體襯底1上使用LOCOS(Local Oxidation of Silicon，以下稱(chēng)為L(zhǎng)OCOS)技術(shù)，來(lái)形成元件分離用的場(chǎng)氧化膜2，在除場(chǎng)氧化膜2以外的半導(dǎo)體襯底1上通過(guò)熱氧化形成具有約8nm的膜厚的柵極氧化膜3，通過(guò)柵極氧化膜3在成為元件區(qū)域的半導(dǎo)體襯底1內(nèi)以例如能量35KeV、劑量4×1012/cm2的條件下離子注入晶體管的閾值電壓調(diào)整用的硼離子(BF2+)，進(jìn)而在柵極氧化膜3上通過(guò)化學(xué)汽相成長(zhǎng)(ChemicalVaporDeposition簡(jiǎn)稱(chēng)為CVD)法成長(zhǎng)出具有約300nm膜厚的多晶硅，在PH3等的氣氛中進(jìn)行熱處理來(lái)在多晶硅中摻入磷。接著，使用光刻技術(shù)，而有選擇地除去被摻入了磷的多晶硅而形成柵極電極4，把柵極電極4作為掩模，而通過(guò)例如在能量20KeV、劑量7×1013/cm2的條件下進(jìn)行離子注入，來(lái)得到作為源極和漏極而形成的N-擴(kuò)散層5。接著，當(dāng)在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上通過(guò)CVD法成長(zhǎng)出具有約150nm膜厚的CVD氧化膜6時(shí)，成為圖4(a)所示的斷面圖。
圖4(b)表示在圖4(a)之后，通過(guò)各向異性腐蝕而僅在柵極電極4的側(cè)壁上殘留在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上成長(zhǎng)的CVD氧化膜6，而形成側(cè)壁氧化膜7，把具有側(cè)壁氧化膜7的柵極電極4作為掩模，以例如能量70KeV、劑量3×1015/cm2的條件離子注入砷，進(jìn)而，進(jìn)行900℃、10分鐘的熱處理，來(lái)激活離子，由此，形成作為源極引出電極和漏極引出電極的N+擴(kuò)散層8。在此完成LDD構(gòu)造MOSFET的主要部分。
接著，為了保護(hù)該LDD構(gòu)造MOSFET不受在其上層所形成的各種材料的污染，如圖4(c)那樣，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH4、O2作為原料氣體，在約400℃的溫度下通過(guò)常壓CVD法成長(zhǎng)出具有約100nm膜厚的第一保護(hù)氧化膜9，進(jìn)而，把SiH2Cl2、NH3作為原料氣體，通過(guò)約700℃的溫度、約1Torr氣壓的條件下的熱CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有10至20nm膜厚的第一保護(hù)氮化膜10。
然后，為了進(jìn)行包含LDD構(gòu)造MOSFET的元件的連接，通過(guò)反復(fù)設(shè)置第一金屬布線、用于進(jìn)一步設(shè)在第一金屬布線的上層的第二金屬布線的第二層間膜和第二通孔(未圖示)，來(lái)完成多層構(gòu)造。上述第一金屬布線由這樣形成的各種金屬物質(zhì)所構(gòu)成在第一層間BPSG膜11中形成用于與作為上述源極引出電極和漏極引出電極的N+擴(kuò)散層8等相連接的第一通孔，在第一通孔中進(jìn)行充填，在第一層間BPSG膜11上進(jìn)行刻圖而作為第一層的金屬布線。
在上述這樣的LDD構(gòu)造MOSFET的半導(dǎo)體器件中，用具有阻斷水分侵入的性質(zhì)的第一保護(hù)氮化膜10來(lái)包覆柵極電極，由此，來(lái)防止閾值電壓因水分侵入而產(chǎn)生的變動(dòng)。但是，雖然用第一保護(hù)氮化膜10能夠解決水分侵入的問(wèn)題，卻會(huì)新產(chǎn)生其他的問(wèn)題。即，包覆柵極電極4的10至20nm厚度的第一保護(hù)氮化膜10具有約1×1010dynes/cm3的拉伸應(yīng)力，因此，在包含漏極附近的柵極氧化膜3中以及柵極氧化膜3與半導(dǎo)體襯底1的交界面上易于形成電子和正空穴的阱能級(jí)，由漏極附近的電場(chǎng)所加速的熱載流子被阱能級(jí)所捕獲，而產(chǎn)生使閾值電壓變動(dòng)的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，在LDD構(gòu)造MOSFET中，能夠防止來(lái)自層疊在上方的層間BPSG膜等層間絕緣膜的水分侵入，同時(shí)，使在柵極氧化膜中以及柵極氧化膜與半導(dǎo)體襯底的交界面上所形成電子和正空穴的陷阱能級(jí)的密度極小化，由此，而具有穩(wěn)定的可靠性高的閾值電壓。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，包括為了分離元件區(qū)域而在一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上所形成的第一絕緣膜；在包含上述第一絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上所形成的柵極絕緣膜；在上述元件區(qū)域內(nèi)形成在上述柵極絕緣膜上的柵極電極；把上述柵極電極作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成的相反導(dǎo)電類(lèi)型的源極和漏極區(qū)域；在上述柵極電極的側(cè)壁上所形成的側(cè)壁絕緣膜；把上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成的相反導(dǎo)電類(lèi)型的源極和漏極引出區(qū)域；在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上至少由一層以上的絕緣膜所構(gòu)成的保護(hù)絕緣膜；在包含上述保護(hù)絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上為了對(duì)應(yīng)該在其上層形成的金屬布線和上述柵極電極進(jìn)行絕緣而形成的層間絕緣膜，其特征在于，上述保護(hù)絕緣膜至少阻斷來(lái)自包含上述層間絕緣的上層的層間絕緣膜的水分，并且，使具有上述保護(hù)絕緣膜的應(yīng)力極小化。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括為了分離元件區(qū)域而在一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣膜的工序；在包含上述第一絕緣膜的上述一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣膜的工序；在上述元件區(qū)域內(nèi)在上述柵極絕緣膜上形成柵極電極的工序；把上述柵極電極作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成相反導(dǎo)電類(lèi)型的源極和漏極區(qū)域的工序；在上述柵極電極的側(cè)壁上形成側(cè)壁絕緣膜的工序；把上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成相對(duì)導(dǎo)電型的源極和漏極引出區(qū)域的工序；在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上形成至少由一層以上的絕緣膜所構(gòu)成的保護(hù)絕緣膜的工序；在包含上述保護(hù)絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上為了對(duì)應(yīng)該在其上層形成的金屬布線和上述柵極電極進(jìn)行絕緣而形成層間絕緣膜的工序，其特征在于，形成上述保護(hù)絕緣膜的工序是這樣的工序至少阻斷來(lái)自包含上述層間絕緣的上層的層間絕緣膜的水分，并且，使具有上述保護(hù)絕緣膜的應(yīng)力極小化。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述而得到進(jìn)一步說(shuō)明。在這些附圖中

圖1是表示本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件的制造方法的斷面圖；圖2是表示本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件的制造方法的斷面圖；圖3是表示本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件的制造方法中的保護(hù)絕緣膜內(nèi)的最上層的保護(hù)氮化膜的應(yīng)力隨RF功率而變化的樣子的曲線圖；圖4是按工序的順序表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法的斷面圖。
下面使用附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的第一實(shí)施例與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件制造方法中表示的圖4(a)、(b)的側(cè)壁氧化膜7形成之前是相同的，因此，省略該工序之前的過(guò)程的說(shuō)明，而對(duì)其后的工序進(jìn)行說(shuō)明。
如圖4(b)那樣，在柵極電極上形成側(cè)壁氧化膜7而完成LDD構(gòu)造MOSFET的主要部分，然后，為了保護(hù)該LDD構(gòu)造MOSFET不受在其上層所形成的各種材料的污染，如圖1(a)所示的那樣，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH2Cl2、NH3作為原料氣體，在約700℃的溫度下通過(guò)約1Torr氣壓的條件下的熱CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有10至20nm膜厚的第二保護(hù)氮化膜12。接著，在包含第二保護(hù)氮化膜12的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH4、O2作為原料氣體，通過(guò)氣壓約5Torr、RF功率100W、RF頻率13.56MHz的條件下的等離子CVD法，成長(zhǎng)出具有約50nm膜厚的第二保護(hù)氧化膜13。接著，把O3、TEOS(テトラェキシシラン的簡(jiǎn)稱(chēng))作為原料氣體，在約400℃的溫度下通過(guò)常壓CVD法成長(zhǎng)出具有約1000nm膜厚的BPSG膜，由于丟失了由柵極電極4等形成的級(jí)差，而通過(guò)使用無(wú)機(jī)二氧化硅的深腐蝕技術(shù)來(lái)形成具有平坦化的約800nm膜厚的第一層間BPSG膜11。
然后，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法相同，為了進(jìn)行包含LDD構(gòu)造MOSFET的元件的連接，通過(guò)反復(fù)設(shè)置第一金屬布線、用于進(jìn)一步設(shè)在第一金屬布線的上層的第二金屬布線的第二層間膜和第二通孔(未圖示)，來(lái)完成多層構(gòu)造。上述第一金屬布線由這樣形成的各種金屬物質(zhì)所構(gòu)成在第一層間BPSG膜11中形成用于與作為上述源極引出電極和漏極引出電極的N+擴(kuò)散層8等相連接的第一通孔，在第一通孔中進(jìn)行充填，在第一層間BPSG膜11上進(jìn)行刻圖而作為第一層的金屬布線。
這樣，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，依次層疊第二保護(hù)氮化膜12、第二保護(hù)氧化膜13來(lái)作為保護(hù)絕緣膜。其中，第二保護(hù)氮化膜12，在把SiH2Cl2、NH3作為原料氣體，在約700℃的溫度下通過(guò)約1Torr氣壓的條件下的熱CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有10至20nm膜厚的情況下，具有約1×1010dynes/cm3的拉伸應(yīng)力，而第二保護(hù)氧化膜13，在把SiH4、O2作為原料氣體，通過(guò)氣壓約5Torr、RF功率100W、RF頻率13.56MHz的條件下的等離子CVD法成長(zhǎng)出具有約50nm膜厚的情況下，具有約1.0至1.5×1019dynes/cm3的壓縮應(yīng)力，第二保護(hù)氧化膜13通過(guò)該壓縮應(yīng)力而起到緩和第二保護(hù)氮化膜12具有的拉伸應(yīng)力的作用。而且，第二保護(hù)氧化膜13通過(guò)改變RF功率能夠任意變化其壓縮應(yīng)力，能夠能夠使由第二保護(hù)氮化膜12和第二保護(hù)氧化膜13所構(gòu)成的保護(hù)絕緣膜的應(yīng)力最佳。
這樣，通過(guò)在第二保護(hù)氮化膜12上形成第二保護(hù)氧化膜13，就能作為第一效果使保護(hù)絕緣膜的應(yīng)力最佳，能夠減少包含漏極附近的柵極氧化膜3中以及柵極氧化膜3與半導(dǎo)體襯底1的交界面中的電子和正空穴的陷阱能級(jí)。
作為第二效果，通過(guò)在柵極氧化膜3和柵極電極4上直接成長(zhǎng)第二保護(hù)氮化膜12，而使在現(xiàn)有的LDD構(gòu)造MOSFET半導(dǎo)體器件中所考慮的在第一保護(hù)氧化膜9中包含的水分不會(huì)對(duì)晶體管產(chǎn)生影響。
下面，在圖1(b)中用斷面圖表示了本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，由于本發(fā)明的制造方法在側(cè)壁氧化膜7的形成之前的工序與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法相同，則省略該工序之前的過(guò)程的說(shuō)明。
如圖4(b)那樣，在柵極電極上形成側(cè)壁氧化膜7而完成LDD構(gòu)造MOSFET的主要部分，然后，為了保護(hù)該LDD構(gòu)造MOSFET不受在其上層所形成的各種材料的污染，如圖1(b)所示的那樣，把SiH4、O2作為原料氣體，在約700℃的溫度下通過(guò)常壓CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有100nm膜厚的第三保護(hù)氧化膜14，進(jìn)而，把SiH2Cl2、NH3作為原料氣體，在約700℃的溫度下通過(guò)約1Torr氣壓的條件下的熱CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有10至20nm膜厚的第三保護(hù)氮化膜15。接著，把SiH4、O2作為原料氣體，通過(guò)氣壓約0.1Torr、RF功率100W、RF頻率13.56MHz的條件下的等離子CVD法，成長(zhǎng)出具有約50nm膜厚的第四保護(hù)氧化膜16。然后，繼續(xù)進(jìn)行與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的工序，來(lái)完成包含LDD構(gòu)造MOSFET的多層布線構(gòu)造。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，依次層疊形成第三保護(hù)氧化膜14、第三保護(hù)氮化膜15、第四保護(hù)氧化膜16，來(lái)作為保護(hù)絕緣膜，保護(hù)絕緣膜的構(gòu)造為在第一實(shí)施例的第二保護(hù)氮化膜12下追加了第三保護(hù)氧化膜14的構(gòu)造。在該構(gòu)造中，與第一實(shí)施例相同，第四保護(hù)氧化膜16起到了緩和其下的第三保護(hù)氮化膜15的拉伸應(yīng)力的作用，但不能排除在第三保護(hù)氮化膜15下的第三保護(hù)氧化膜14中包含的水分對(duì)晶體管的影響。但是，第三保護(hù)氧化膜14能夠避免第三保護(hù)氮化膜15直接對(duì)柵極氧化膜3和柵極電極4產(chǎn)生應(yīng)力。
下面，在圖2(a)中用斷面圖表示了本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，由于本發(fā)明的制造方法在圖4(a)、(b)的側(cè)壁氧化膜7的形成之前的工序與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法相同，則省略該工序之前的過(guò)程的說(shuō)明。
如圖4(b)那樣，在柵極電極上形成側(cè)壁氧化膜7而完成LDD構(gòu)造MOSFET的主要部分，然后，為了保護(hù)該LDD構(gòu)造MOSFET不受在其上層所形成的各種材料的污染，如圖2(a)所示的那樣，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH2Cl2、NH3作為原料氣體，在約700℃的溫度下通過(guò)約1Torr氣壓的條件下的熱CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有10至20nm膜厚的第四保護(hù)氮化膜17。接著，在包含第四保護(hù)氮化膜17的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH4、NH3、Ar作為原料氣體，通過(guò)溫度250至300℃、氣壓約1Torr、RF功率300W、RF頻率13.56MHz的條件下的等離子CVD法，成長(zhǎng)出具有約30至100nm膜厚的第五保護(hù)氧化膜18。然后，繼續(xù)進(jìn)行與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的工序，來(lái)完成包含LDD構(gòu)造MOSFET的多層布線構(gòu)造。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，依次層疊形成第四保護(hù)氮化膜17、第五保護(hù)氧化膜18，來(lái)作為保護(hù)絕緣膜，第四保護(hù)氮化膜17在與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例相同的條件下形成為相同的膜厚，而第五保護(hù)氧化膜18把SiH4、NH3、Ar作為原料氣體，通過(guò)溫度250至300℃、氣壓約1Torr、RF功率300W、RF頻率13.56MHz的條件下的等離子CVD法，形成為30至100nm的膜厚。
其中，在圖3中表示了第五保護(hù)氧化膜18的應(yīng)力隨RF功率而變化時(shí)的情況。其特性由A.K.Sinha等發(fā)表在1978年的J.ElectrochemicalSociety 125的601頁(yè)上，因此，當(dāng)把SiH4、NH3、Ar作為原料氣體，在溫度275℃、氣壓950mTorr的條件下，使RF功率變化時(shí)，在RF功率到300W以上時(shí)，膜可是顯著地顯示出壓縮應(yīng)力。例如，當(dāng)使RF功率從300W變化到350W時(shí)，壓縮應(yīng)力從1.0×109dynes/cm3變化到2.0×109dynes/cm3，就能容易地通過(guò)RF功率來(lái)控制壓縮應(yīng)力。由熱CVD法所形成的第四保護(hù)氮化膜17具有1.0×1010dynes/cm3的拉伸應(yīng)力，因此，為了把其緩和到一半，可以把第五保護(hù)氧化膜18的膜厚設(shè)定為第四保護(hù)氮化膜17的膜厚的3至5倍，而能夠緩和由第四保護(hù)氮化膜17所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。
下面，在圖2(b)中用斷面圖表示了本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，由于本發(fā)明的制造方法在圖4(a)、(b)的側(cè)壁氧化膜7的形成之前的工序與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法相同，則省略該工序之前的過(guò)程的說(shuō)明。
如圖4(b)那樣，在柵極電極上形成側(cè)壁氧化膜7而完成LDD構(gòu)造MOSFET的主要部分，然后，為了保護(hù)該LDD構(gòu)造MOSFET不受在其上層所形成的各種材料的污染，如圖2(b)所示的那樣，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH4、O2作為原料氣體，在約400℃的溫度下通過(guò)常壓CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有100nm膜厚的第五保護(hù)氧化膜19，進(jìn)而，把SiH2Cl2、NH3作為原料氣體，在約700℃的溫度下通過(guò)約1Torr氣壓的條件下的熱CVD法來(lái)成長(zhǎng)出具有10至20nm膜厚的第六保護(hù)氮化膜20。接著，在包含第六保護(hù)氮化膜20的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，把SiH4、NH3、Ar作為原料氣體，通過(guò)溫度250至300℃、氣壓約1Torr、RF功率300W以上、RF頻率13.56MHz的條件下的等離子CVD法，成長(zhǎng)出具有約30至100nm膜厚的第七保護(hù)氧化膜21。然后，繼續(xù)進(jìn)行與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同的工序，來(lái)完成包含LDD構(gòu)造MOSFET的多層布線構(gòu)造。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，依次層疊形成第五保護(hù)氧化膜19、第六保護(hù)氮化膜20、第七保護(hù)氧化膜21，來(lái)作為保護(hù)絕緣膜，保護(hù)絕緣膜的構(gòu)造為在第三實(shí)施例的第四保護(hù)氮化膜17下追加了第五保護(hù)氧化膜19的構(gòu)造。在該構(gòu)造中，與第三實(shí)施例相同，第七保護(hù)氧化膜21起到了緩和其下的第六保護(hù)氮化膜20的拉伸應(yīng)力的作用，但不能排除在第六保護(hù)氮化膜20下的第五保護(hù)氧化膜19中包含的水分對(duì)晶體管的影響。但是，第五保護(hù)氧化膜19能夠避免第七保護(hù)氧化膜21直接對(duì)柵極氧化膜3和柵極電極4產(chǎn)生應(yīng)力。
而且，在上述第一至第四實(shí)施例中，在各自的保護(hù)絕緣膜內(nèi)，在最初的保護(hù)氮化膜即第二保護(hù)氮化膜12、第三保護(hù)氮化膜15、第四保護(hù)氮化膜17、第六保護(hù)氮化膜20成長(zhǎng)之前，在使各個(gè)氮化膜成長(zhǎng)的裝置內(nèi)，在溫度700℃以上，在氣壓10-3Torr以下的條件下，進(jìn)行10秒鐘以上的熱處理，由此，能夠除去在柵極氧化膜3、第三保護(hù)氧化膜14、第五保護(hù)氧化膜19中包含的水分，就沒(méi)有氧化膜中的殘留水分對(duì)晶體管的影響。特別是，在保護(hù)氮化膜下預(yù)先形成保護(hù)氧化膜的第二實(shí)施例和第四實(shí)施例中是有效的。
上述本發(fā)明中效果為以下這樣在包含柵極電極4的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)表面上，直接在柵極電極上或者通過(guò)保護(hù)氧化膜而成長(zhǎng)出防止來(lái)自因多層布線而設(shè)在上層的層間絕緣膜的水分的侵入的保護(hù)氮化膜，來(lái)作為保護(hù)絕緣膜。該保護(hù)氧化膜具有避免保護(hù)氮化膜直接對(duì)柵極電極下的柵極氧化膜以及柵極電極下的半導(dǎo)體襯底與柵極氧化膜之間的交界面產(chǎn)生應(yīng)力的作用。位于該柵極電極上方的保護(hù)氮化膜在其原狀下具有較大的拉伸應(yīng)力，但是，通過(guò)進(jìn)一步在該保護(hù)氮化膜上成長(zhǎng)出保護(hù)氧化膜或保護(hù)氮化膜，就能緩和拉伸應(yīng)力，并減小在柵極電極下的柵極氧化膜以及柵極電極下的半導(dǎo)體襯底與柵極氧化膜之間的交界面中產(chǎn)生的載流子的陷阱能級(jí)密度。
而且，在保護(hù)絕緣膜內(nèi)，在最初的保護(hù)氮化膜成長(zhǎng)之前，在使氮化膜成長(zhǎng)的裝置內(nèi)，在溫度700℃以上，在氣壓10-3Torr以下的條件下，進(jìn)行10秒鐘以上的熱處理，由此，能夠除去柵極氧化膜、保護(hù)氮化膜下的氧化膜中包含的水分，就沒(méi)有氧化膜中的殘留水分對(duì)晶體管的影響。
如上述那樣，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠防止從多層布線構(gòu)造的層間絕緣膜向晶體管的水分侵入，并且，能夠減少成為使晶體管的閾值電壓不穩(wěn)定的原因的在柵極電極下的柵極氧化膜以及柵極電極下的半導(dǎo)體襯底與柵極氧化膜之間的交界面中產(chǎn)生的載流子的陷阱能級(jí)密度，而能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的穩(wěn)定的LDD構(gòu)造MOSFET。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體器件，包括為了分離元件區(qū)域而在一種導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上所形成的第一絕緣膜；在包含上述第一絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上所形成的柵極絕緣膜；在上述元件區(qū)域內(nèi)形成在上述柵極絕緣膜上的柵極電極；把上述柵極電極作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成的相反導(dǎo)電型的源極和漏極區(qū)域；在上述柵極電極的側(cè)壁上所形成的側(cè)壁絕緣膜；把上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成的相反導(dǎo)電型的源極和漏極引出區(qū)域；在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上至少由一層以上的絕緣膜所構(gòu)成的保護(hù)絕緣膜；在包含上述保護(hù)絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上為了對(duì)應(yīng)該在其上層形成的金屬布線和上述柵極電極進(jìn)行絕緣而形成的層間絕緣膜，其特征在于，上述保護(hù)絕緣膜至少阻斷來(lái)自包含上述層間絕緣的上層的層間絕緣膜的水分，并且，使具有上述保護(hù)絕緣膜的應(yīng)力極小化。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述保護(hù)絕緣膜是在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一種導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上依次層疊10至20nm厚度的氮化膜、40至60nm厚度的氧化膜的層疊膜。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述保護(hù)絕緣膜是在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上依次層疊90至110nm厚度的第一氧化膜、10至20nm厚度的氮化膜、40至60nm厚度的第二氧化膜的層疊膜。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述保護(hù)絕緣膜是在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上依次層疊10至20nm厚度的第一氮化膜、30至100nm厚度的第二氮化膜的層疊膜。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述保護(hù)絕緣膜是在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上依次層疊90至110nm厚度的氧化膜、10至20nm厚度的第一氮化膜、30至100nm厚度的第二氮化膜的層疊膜。
6．一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括為了分離元件區(qū)域而在一種導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣膜的工序；在包含上述第一絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底上形成柵極絕緣膜的工序；在上述元件區(qū)域內(nèi)在上述柵極絕緣膜上形成柵極電極的工序；把上述柵極電極作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成相對(duì)導(dǎo)電型的源極和漏極區(qū)域的工序；在上述柵極電極的側(cè)壁上形成側(cè)壁絕緣膜的工序；把上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜作為掩模而自對(duì)準(zhǔn)地形成相反導(dǎo)電型的源極和漏極引出區(qū)域的工序；在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上形成至少由一層以上的絕緣膜所構(gòu)成的保護(hù)絕緣膜的工序；在包含上述保護(hù)絕緣膜的上述導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上為了對(duì)應(yīng)該在其上層形成的金屬布線和上述柵極電極進(jìn)行絕緣而形成層間絕緣膜的工序，其特征在于，形成上述保護(hù)絕緣膜的工序是這樣的工序至少阻斷來(lái)自包含上述層間絕緣的上層的層間絕緣膜的水分，并且，使具有上述保護(hù)絕緣膜的應(yīng)力極小化。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成上述保護(hù)絕緣膜的工序由在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一種導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上通過(guò)熱汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出10至20nm厚度的氮化膜的工序和接著通過(guò)等離子汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出40至60nm厚度的氧化膜的工序所構(gòu)成。
8．根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成上述保護(hù)絕緣膜的工序由在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上通過(guò)常壓汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出90至110nm厚度的第一氧化膜的工序、接著通過(guò)熱汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出10至20nm厚度的氮化膜的工序和接著通過(guò)等離子汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出40至60nm厚度的第二氧化膜的工序所構(gòu)成。
9．根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成上述保護(hù)絕緣膜的工序由在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上通過(guò)熱汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出10至20nm厚度的第一氮化膜的工序和接著通過(guò)等離子汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出30至100nm厚度的第二氮化膜的工序所構(gòu)成。
10．根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成上述保護(hù)絕緣膜的工序由在包含上述柵極電極和上述側(cè)壁絕緣膜的上述一個(gè)導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底整個(gè)表面上通過(guò)常壓汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出90至110nm厚度的第一氧化膜的工序、通過(guò)熱汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出10至20nm厚度的第一氮化膜的工序和接著通過(guò)等離子汽相化學(xué)成長(zhǎng)法成長(zhǎng)出30至100nm厚度的第二氮化膜的工序所構(gòu)成。
11．根據(jù)權(quán)利要求7至10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述熱汽相化學(xué)成長(zhǎng)大致是在溫度700℃的條件下進(jìn)行的；上述等離子汽相化學(xué)成長(zhǎng)是在溫度250至300℃的條件下進(jìn)行的。
12．根據(jù)權(quán)利要求7至10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在形成上述保護(hù)絕緣膜的工序中，通過(guò)上述熱汽相化學(xué)成長(zhǎng)法而成長(zhǎng)出10至20nm厚度的氮化膜的工序包含以下工序在使該氮化膜成長(zhǎng)之前，在使該氮化膜成長(zhǎng)的裝置內(nèi)，在溫度700℃以上、氣壓10-3Torr以下的條件下進(jìn)行10秒以上的熱處理。
全文摘要
本發(fā)明通過(guò)在具有拉伸應(yīng)力的由熱CVD法所形成的保護(hù)氮化膜12上形成具有壓縮應(yīng)力的由等離子CVD法所形成的保護(hù)氧化膜13或保護(hù)氮化膜18,由此,能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)減少陷阱能級(jí)和阻止水分侵入的目的。
文檔編號(hào)H01L21/316GK1217581SQ9812473
公開(kāi)日1999年5月26日 申請(qǐng)日期1998年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月12日
發(fā)明者小田典明 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社