專利名稱：半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，特別是涉及使器件特性和可靠性得到提高的氫處理方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在存儲(chǔ)器和邏輯等半導(dǎo)體集成電路器件的制造中，在襯底上形成各種元件構(gòu)造并層疊層間絕緣膜，然后，在氫氣氛中，在400℃條件下進(jìn)行氫退火。
為了提高金屬配線相互的電氣連接特性以及硅襯底與金屬配線的電氣連接特性、提高器件的特性和可靠性、提高制造時(shí)的成品率而進(jìn)行該氫退火，在半導(dǎo)體集成電路器件的制造中，該氫退火是非常重要的處理。例如，在DRAM中，在元件分離氧化膜和柵極氧化膜等的氧化硅膜與硅襯底之間存在界面能級(jí)，通過該界面能級(jí)使漏電流從擴(kuò)散層流向襯底，而使DRAM的保持特性惡化。并且，當(dāng)這樣的界面能級(jí)存在時(shí)，由于閾值電壓和電流-電壓特性等的晶體管特性出現(xiàn)偏差，而從設(shè)計(jì)值上變動(dòng)，就不能以高成品率來制造可靠性高的半導(dǎo)體集成電路器件。這樣，為了能夠使閾值電壓和電流-電壓特性等的晶體管特性穩(wěn)定，而在除DRAM之外的邏輯等的半導(dǎo)體集成電路中使用氫退火。一般認(rèn)為，引起這樣的種種問題的界面能級(jí)起因于氧化硅膜與硅襯底的界面附近的硅的懸空鍵，在氫退火中，向界面提供氫，通過氫使懸空鍵終結(jié)，而能夠降低界面能級(jí)。
但是，近年來，隨著半導(dǎo)體集成電路器件的細(xì)微化以及高密度化、多層化的發(fā)展，并且隨著新的多層構(gòu)造以及電極材料·配線材料、絕緣材料的采用，通過氫退火而使氫充分地浸入·擴(kuò)散到所希望的界面變得困難起來。因此，必須延長退火時(shí)間或者提高退火溫度。但是，如果延長退火時(shí)間就會(huì)帶來降低生產(chǎn)能力的問題。而且，對(duì)于退火溫度，由于必須在鋁配線等的金屬配線已經(jīng)形成之后的工序中進(jìn)行，則當(dāng)溫度過高時(shí)，由于鋁等金屬配線材料引起尖峰和小丘等，而存在可靠性降低的問題。而且，如下述的那樣，即使在高溫中也不一定能夠得到優(yōu)良的氫退火效果。
氫的透過性隨半導(dǎo)體集成電路器件的構(gòu)成材料的不同而不同，對(duì)于層間絕緣膜和元件分離絕緣膜等的氧化硅膜，氫能夠透過，但是，近年來，對(duì)于作為腐蝕阻擋和電容器絕緣膜、防污染膜等更廣泛使用的氮化硅膜，氫幾乎不能透過。特別是，通過減壓CVD所形成的氮化硅膜是非常致密地形成，因此，成為氫的擴(kuò)散障礙。而且，鋁等金屬配線材料和Ti、TiN等阻擋金屬材料、在各種配線和電極中使用的多晶硅會(huì)吸收氫，使氫消耗在其中，在超過飽和吸收量的時(shí)刻，氫透過的擴(kuò)散速度顯著降低。
另一方面，當(dāng)考慮到來自襯底里面的氫的侵入時(shí)，近年來，隨著晶片的大口徑化，其厚度也增大了。例如，在6英寸襯底上，使用超過675μm的厚度；在8英寸襯底上，使用超過725μm的厚度；在12英寸襯底上，使用超過770μm的厚度。這樣的厚度增大，使氫的擴(kuò)散距離增大了，來自襯底里面的氫的擴(kuò)散變得困難起來。而且，在襯底表面的元件形成工序中，在形成多晶硅膜和氮化硅膜的過程中，同時(shí)在襯底里面形成或者附著這些氫的擴(kuò)散阻擋膜，因此，來自襯底里面的氫的侵入是困難的。而且，由于例如EG(Extrinsic Gettering)作用，而存在在襯底里面形成多晶硅膜的情況。這樣，來自襯底里面的氫的侵入是困難的，由于侵入后擴(kuò)散距離變長，就需要進(jìn)行長時(shí)間或者高溫下的氫退火。
下面一邊說明具體的器件構(gòu)造一邊說明在近年來的器件構(gòu)造中氫退火變困難的情況。
在

圖1中表示了層疊型DRAM的一個(gè)例子的平面圖和剖面圖。在該構(gòu)造中，在具有預(yù)定的結(jié)晶方向的P型硅襯底1上形成元件分離2，在上部淀積了氮化硅膜6的由N型多晶硅膜和硅化鎢膜(未圖示)組成的柵極電極3形成在柵極絕緣膜4(氧化硅膜)上。在元件分離和柵電極上自對(duì)準(zhǔn)地形成N型擴(kuò)散層5，在柵極電極的側(cè)壁上形成氮化硅膜6。在柵極電極間通過各向異性選擇外延生成法而形成由n型多晶硅組成的襯墊9。在它們的上層層疊了由氧化硅膜組成的層間絕緣膜7，在該層間絕緣膜中形成接觸孔并埋入N型多晶硅以便于到達(dá)n型多晶硅襯墊9的上表面，形成與電容下電極10導(dǎo)通的接觸8。在由N型多晶硅組成的電容下電極上形成由ONO(氧化膜-氮化膜-氧化膜)組成的電容絕緣膜11，在其上形成由N型多晶硅組成的電容上電極12。而且，雖然未圖示，在電容上電極上通過層間絕緣膜配置位線。而且，在每個(gè)晶體管中配置電容下電極10，而電容上電極12在每個(gè)單位單元陣列中分開形成。
在該結(jié)構(gòu)中，通過氫退火而侵入的氫首先被由多晶硅組成的位線所吸收，然后，被形成以單元排列單位所形成的電容上電極12的多晶硅層所吸收·消耗。然后，通過層間絕緣膜7到達(dá)襯底1與柵極絕緣膜4和元件分離絕緣膜2的交界面上。并且，雖然未圖示，在具有在電容下電極10和晶體管之間配置位線的結(jié)構(gòu)(電容器上位線構(gòu)造COB構(gòu)造)的情況下，通過形成該位線的多晶硅層而吸收·消耗掉氫。
這樣，在近年來的細(xì)微化·高密度化的同時(shí)，在單位面積上占據(jù)的位線與字線的比例增大了，而且，單元排列間隔變窄了，因此，氫退火變得更加困難了。
特別是，在具有電容器下位線構(gòu)造(CUB構(gòu)造)的16M版中，為了位線與襯底擴(kuò)散層的接觸而形成開口部，該開口部是氫的重要擴(kuò)散路徑之一，但是，在具有COB構(gòu)造的細(xì)微化的16M縮微版中，由于位線處于電容下電極之下，則不需要該開口部，氫的擴(kuò)散路徑只有電容上電極之間的間隙。當(dāng)成為64M版、64M縮微版時(shí)，由于細(xì)微化·高密度化進(jìn)一步提高，則位線·字線的間隔和電容下電極的間隔變得更加窄。
在圖2中表示了具有自對(duì)準(zhǔn)接觸構(gòu)造(SAC構(gòu)造)的層疊型DRAM的模式斷面圖。該圖表示具有COB構(gòu)成的構(gòu)成，并且，表示了一個(gè)電容上電極(平板電極)單位的構(gòu)成。并且，在圖3中表示了DRAM的芯片的簡要平面圖。
在該構(gòu)造中，在向?qū)娱g絕緣膜7的接觸孔的形成時(shí)，為了保護(hù)柵極電極3和元件分離2而形成氮化硅膜6，在孔埋入前除去僅接觸部的氮化硅膜。而且，在襯底里面，在向表面形成氮化膜的同時(shí)，形成或者附著氮化膜。這樣，由于由不透過氫的氮化硅膜幾乎覆蓋了全部表面，則氫退火變得非常困難。而且，電容下電極10被分開形成在每個(gè)晶體管中，而電容上電極12如圖3所示的那樣被分開形成在每個(gè)單位單元排列中，因此，氫的侵入路徑僅是電容上電極12間的間隙。而且，具有在電容下電極10與晶體管之間配置位線13的COB構(gòu)造，而由形成該位線13的多晶硅層吸收·消耗了氫。
在圖4中表示了在現(xiàn)有的方法中對(duì)圖1所示的上述構(gòu)成的硅襯底進(jìn)行氫退火時(shí)的氫退火時(shí)間所對(duì)應(yīng)的漏電流的變化。氫退火在400℃的恒定溫度、氫/氮(1∶1)的常壓氣氛中進(jìn)行。并且，漏電流是在并聯(lián)連接全部的單位單元塊的晶體管的狀態(tài)下測定的。
從圖4所示的結(jié)果，具有圖1所示的構(gòu)成的層疊型DRAM從具有CUB構(gòu)造的16M版(a)高密度化為具有COB構(gòu)造的16M縮微版(b)、64M版(c)、64縮微版(d)，因此，漏電流的降低時(shí)間變慢，必須延長氫退火處理的時(shí)間。
而且，在圖5中表示了對(duì)于除具有圖2所示的SAC構(gòu)造的層疊型DRAM和沒有SAC構(gòu)造之外的具有相同構(gòu)成的DRAM，氫退火后的與反向電壓相對(duì)應(yīng)的反向電流的測定結(jié)果。氫退火在400℃的恒定溫度、氫/氮(1∶1)的常壓氣氛中進(jìn)行。并且，對(duì)于φ0.5μm的觸點(diǎn)排列，在襯底與觸點(diǎn)之間測定對(duì)np結(jié)施加反向偏置的電壓時(shí)所流過的電流。
從該結(jié)果可以看出，在具有SAC構(gòu)成的情況下，雖然退火時(shí)間比240分鐘長，但是相對(duì)于沒有退火時(shí)間為40分鐘的SAC構(gòu)造的情況，反向漏電流顯著變大，即，氫的侵入·擴(kuò)散變得非常困難。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，其與襯底表面的元件構(gòu)造無關(guān)，而通過氫退火來提高器件特性和可靠性，以高成品率制造半導(dǎo)體集成電路器件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，具有氫退火工序，形成氫并在氫氣氛下對(duì)層疊了層間絕緣膜的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火，其特征在于，在氫退火時(shí)，在超過脫離開始溫度的溫度下進(jìn)行氫退火，該脫離開始溫度是到達(dá)半導(dǎo)體襯底與絕緣性區(qū)域的界面且使界面能級(jí)降低的氫在惰性氣氛下從該界面開始脫離時(shí)的溫度，然后，在氫氣氛中原樣地到達(dá)該脫離開始溫度以下的溫度之后，使上述要形成元件的襯底出爐。
圖1是表示堆棧型DRAM一例的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖2是具有自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的棧型DRAM一例的模式剖面圖。
圖3是DRAM的芯片示意性平面圖。
圖4是表示采用以往方法的情況下相對(duì)于退火時(shí)間的漏電流變化的曲線圖。
圖5是表示用以往方法進(jìn)行氫退火后相對(duì)于反向電壓測定反向電流的測定結(jié)果的圖。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)氫退火的工序流程圖。
圖7是表示現(xiàn)有技術(shù)氫退火中結(jié)電流的氫退火時(shí)間與溫度的依存關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示本發(fā)明方法中氫退火溫度順序的圖。
圖9是本發(fā)明方法中氫退火溫度順序的圖。
圖10是表示實(shí)施例和比較例的在氫退火之后，相對(duì)于氫退火時(shí)間的反向電流的測定結(jié)果的圖。
圖11是表示實(shí)施例和比較例的在氫退火之后，相對(duì)于氫退火時(shí)間的反向電流的測定結(jié)果的圖。
下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
首先，為了便于理解本發(fā)明，在圖6中表示了現(xiàn)有技術(shù)的氫退火的工序流程圖。如圖6所示的那樣，現(xiàn)有的氫退火首先把要形成元件的襯底放入處于400℃的恒定溫度的氮?dú)夥罩械募訜釥t內(nèi)(a)。接著，仍在該恒定的溫度下形成氫氣氛(a～b)，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的氫退火(b～c)。然后，仍形成溫度恒定的氮?dú)夥?c～d)，使要形成元件的襯底出爐(d)。入爐前和出爐后的爐內(nèi)溫度并不僅限于爐內(nèi)是大氣壓和氮?dú)夥盏榷栊詺夥眨谶B續(xù)地處理多個(gè)要形成元件的襯底的情況下，也可以是在入爐前和出爐后在與氫退火處理溫度相同的溫度下保持恒定。
本發(fā)明人使用這種以往的氫退火方法，在不同溫度下進(jìn)行氫退火，如圖7所示，獲得表示結(jié)漏電流的氫退火時(shí)間與溫度的依存關(guān)系的結(jié)果。所用的要形成元件的襯底沒有如圖2所示結(jié)構(gòu)中的氮化硅膜，而是在硅襯底上有氧化硅絕緣膜的DRAM。此外，縱軸與橫軸分別為相對(duì)值。
如果氫退火溫度從400℃提高到420℃，那么由于提高氫的擴(kuò)散速度的結(jié)漏電流過快地變小，因而可知界面能級(jí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)降低，退火時(shí)間會(huì)被縮短。如果進(jìn)一步將氫退火溫度提高到450℃，那么由于結(jié)漏電流更快地變小，因而最終的結(jié)漏電流在400℃和420℃下相對(duì)于氫退火的情況下變高。由此，一旦提高退火溫度，則以往容易引起上述鋁布線等的濺射等常見的問題，不能充分地降低界面能級(jí)。
基于該結(jié)果，本發(fā)明人深入研究了即使將退火溫度從420℃提高到450℃結(jié)漏電流也不可能足夠低的原因，認(rèn)為該原因在于高溫下從爐中取出要形成元件的襯底的工序。
在從爐中取出要形成元件的襯底時(shí)，用大氣和氮?dú)獾鹊亩栊詺怏w氣氛置換爐內(nèi)的氫氣氣氛之后，從爐中取出要形成元件的襯底，但是如果此時(shí)的溫度較高，那么考慮曾經(jīng)到達(dá)界面處并使半導(dǎo)體襯底與絕緣性區(qū)域之間的界面能級(jí)降低的氫從該界面脫離的現(xiàn)象。在上述試驗(yàn)例中，由于超過420℃時(shí)結(jié)漏電流就變得十分低，因而該420℃被稱為氫脫離開始溫度。在比該脫離開始溫度高的450℃進(jìn)行氫退火時(shí)，由于在將氫氣氣氛置換為惰性氣氛期間仍維持在450℃的高溫，因而曾經(jīng)到達(dá)界面且使界面能級(jí)降低的氫脫離，其結(jié)果，認(rèn)為結(jié)漏電流不能足夠低。
其中，本發(fā)明人深入研究抑制該氫脫離的結(jié)果，在低于脫離開始溫度(以下稱為‘脫離開始溫度’)的溫度之后從爐內(nèi)取出要形成元件的襯底，以完成本發(fā)明。其中脫離開始溫度是到達(dá)半導(dǎo)體襯底與絕緣性區(qū)域之間的界面且使界面能級(jí)降低的氫在惰性氣氛下脫離的溫度。
即，本發(fā)明特征在于，在氫退火工序中，在超過脫離開始溫度的溫度下進(jìn)行氫退火，然后，仍在氫氣氣氛下低于脫離開始溫度以下的溫度之后，從爐子中取出要形成元件的襯底。
由于通過在超過脫離開始溫度的比較的高溫下進(jìn)行氫退火，氫的擴(kuò)散速度較快，因而過快地降低界面能級(jí)縮短氫退火時(shí)間。此外，在從爐子中取出要形成元件的襯底時(shí)，通過在氫氣氣氛的仍低于脫離開始溫度的溫度之后，由于沒有脫離界面的氫，因而可充分降低界面能級(jí)。其結(jié)果，與襯底表面的元件結(jié)構(gòu)無關(guān)，可提高器件特性和可靠性，此外能夠以高成品率制造半導(dǎo)體集成電路裝置。
圖8表示上述試驗(yàn)例中優(yōu)選的溫度順序。圖中的實(shí)線(a)和實(shí)線(b)中的任一條表示氫氣氣氛狀態(tài)下的溫度變化。
在放入超過脫離開始溫度的溫度的加熱爐中，在一定溫度下保持預(yù)定時(shí)間進(jìn)行氫退火，隨后經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間使溫度逐漸降低同時(shí)進(jìn)行氫退火，接著在低于脫離開始溫度的一定溫度下保持預(yù)定的時(shí)間。然后，在低于脫離開始溫度的溫度下從爐中取出。
更具體地說，如果說明在最大退火溫度為450℃的情況(實(shí)線(a))，那么在放入超過脫離開始溫度(420℃)的溫度(450℃)的惰性氣氛(大氣與氮?dú)鈿夥盏?的加熱爐中之后，爐內(nèi)為氫氣氣氛(a1)、在一定溫度下保持預(yù)定時(shí)間(a1～a2)、接著在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)使溫度逐漸降低(a2～a3)進(jìn)行氫退火、然后在低于脫離開始溫度的一定溫度下保持預(yù)定的時(shí)間(a3～a4)、隨后在低于脫離開始溫度的一定溫度下并且在惰性氣氛下取出要形成元件的襯底。由于退火溫度從450℃升高到480℃時(shí)的氫擴(kuò)散加快，因而可縮短退火時(shí)間，成為實(shí)線(b)所示的順序。
氫退火的溫度順序不限于上述情況，例如，也可以為圖9所示的實(shí)線(c)、(d)、(e)。
實(shí)線(c)表示，放入溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)使溫度逐漸降低，同時(shí)進(jìn)行氫退火，在降低到低于脫離開始溫度的溫度之后出爐。
實(shí)線(d)表示，放入溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)使溫度逐漸降低，同時(shí)進(jìn)行氫退火，接著在低于達(dá)到脫離開始溫度的溫度下保持預(yù)定時(shí)間，然后在低于脫離開始溫度的條件下出爐。
實(shí)線(e)表示，放入溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，在一定溫度下保持預(yù)定時(shí)間進(jìn)行氫退火，接著在預(yù)定時(shí)間內(nèi)使溫度逐漸降低，同時(shí)進(jìn)行氫退火，隨后在降低到低于脫離開始溫度的條件之后出爐。
要形成元件的襯底的入爐也可以從大氣向氫氣氛中進(jìn)行要形成元件的襯底的移動(dòng)，要形成元件的襯底的出爐也可以從氫氣氛向大氣進(jìn)行要形成元件的襯底的移動(dòng)，但從安全的觀點(diǎn)來看，通過惰性氣氛進(jìn)行較好。例如，入爐時(shí)，將要形成元件的襯底放入處于大氣和氮?dú)鈿夥盏鹊亩栊詺夥盏臓t內(nèi)，隨后變成氫氣氣氛。出爐時(shí)，在爐內(nèi)從氫氣氣氛變?yōu)槎栊詺夥罩笕〕鲆纬稍囊r底。
即使在這些溫度順序中，如圖8所示的溫度順序在實(shí)際制造中也是最好的。由于在高于脫離開始溫度的一定溫度下保持預(yù)定的時(shí)間(a1～a2)，因而退火溫度的控制變得容易，能夠制造有均一元件特性的元件，提高成品率。此外，由于在低于脫離開始溫度的一定溫度下保持預(yù)定的時(shí)間(a3～a4)，因而可使出爐時(shí)的襯底溫度一定，結(jié)果，能夠減小檢測溫度與襯底溫度的偏差和在襯底面內(nèi)的溫度離散度，并且減小了因爐子不同所造成的退火效果的不同。
在本發(fā)明中，在半導(dǎo)體襯底為硅襯底、與該襯底形成界面的絕緣性區(qū)域?yàn)檠趸鑵^(qū)域的情況下，氫的脫離開始溫度為420℃，最好在超過420℃的溫度下進(jìn)行氫退火，然后仍在氫氣氣氛下且低于420℃的溫度之后從爐中取出要形成元件的襯底。
氫退火溫度的上限并不特別限于對(duì)形成于襯底上的元件不會(huì)造成損傷的范圍，例如，在使用較低熔點(diǎn)的布線材料的情況下，最好低于該布線材料的熔點(diǎn)。作為具體實(shí)例，在采用鋁布線材料的情況下，最好低于其熔點(diǎn)660℃。即，氫退火溫度的范圍從超過420℃的溫度到660℃以下較好，在480℃～500℃最好。再有，其中所謂較好的氫退火溫度范圍指在氫氣氣氛下至少存在于該溫度范圍內(nèi)的溫度狀態(tài)，也不必一定象圖9的溫度順序(c)等那樣進(jìn)行氫退火。
氫退火時(shí)間，即保持高于脫離開始溫度的溫度的時(shí)間，最好進(jìn)行至使界面能級(jí)的下降達(dá)到飽合，通過氫退火溫度、溫度順序、元件構(gòu)成等來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
本發(fā)明適用于具有半導(dǎo)體襯底與絕緣性區(qū)域的界面的要形成元件的襯底，上述說明主要針對(duì)半導(dǎo)體襯底為硅襯底、與該襯底形成界面的絕緣性區(qū)域?yàn)檠趸鑵^(qū)域的情況進(jìn)行，但本發(fā)明也適用于半導(dǎo)體襯底為GaAs、InP、Ge、C、SiC、ZnSe等，與該襯底形成界面的絕緣性區(qū)域?yàn)镾iON、SiN、Al2O3等的絕緣體，或Ta2O5、BST、PZT等的電介質(zhì)之類的情況。
本發(fā)明的制造方法，優(yōu)選適用于DRAM，該DRAM具有形成于襯底上的元件、由多晶硅或吸附儲(chǔ)藏氫的金屬材料構(gòu)成的電容上電極和電容下電極、以及包含在該電極之間的氮化硅膜的電容絕緣膜。例如如圖1所示的結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明適用于具有使用非透氫性材料的自對(duì)準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)的要形成元件的襯底。作為非透氫性材料，可例舉出SiN等的氮化膜、SiON等的氮化氧化膜、Mo、W、Ta、Ti等的高熔點(diǎn)金屬膜，MoSi2、WSi2、TaSi2、TiSi2等的硅化物膜等。特別是，如圖2所示，適用于具有使用氮化硅膜的自對(duì)準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)的DRAM。此外，即使對(duì)于采用電容器上位線結(jié)構(gòu)和在阻擋金屬上Ti或TiN的DRAM來說也是適用的。
以上，用DRAM說明了本發(fā)明，但本發(fā)明也適用于混載DRAM的邏輯電路和在使用自對(duì)準(zhǔn)接觸的大致整個(gè)襯底表面上具有氮化硅膜等作為氫阻擋層的絕緣膜等的非透氫性材料的半導(dǎo)體集成電路中。實(shí)施例下面，說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于此。
下面表示圖2所示堆棧型DRAM的制造中采用本發(fā)明的實(shí)例。
在圖2所示的制造中，在P型硅襯底1上形成元件隔離部分2，在柵絕緣膜(氧化硅膜)4上形成由N型多晶硅膜和硅化鎢膜(未示出)構(gòu)成的柵電極3。與這些元件隔離部分和柵電極自對(duì)準(zhǔn)地形成N型擴(kuò)散層5。在元件隔離部分和柵電極上形成氮化硅膜6，在其上形成由氧化硅膜構(gòu)成的層間絕緣膜7。在該層間絕緣膜中形成達(dá)到擴(kuò)散層5的接觸孔，這部分的氮化硅膜被除去。在接觸孔中掩埋N型多晶硅，形成與電容下電極10導(dǎo)通的觸點(diǎn)8。在由N型多晶硅構(gòu)成的電容下電極上形成由ONO(氧化膜-氮化膜-氧化膜)構(gòu)成的電容絕緣膜11，在其上形成由N型多晶硅構(gòu)成的電容上電極12。此外，電容下電極10對(duì)各晶體管是清楚的，但因如圖3所示那樣將電容上電極12分割成各單位單元陣列，因而氫的侵入路徑只有電容上電極12之間的間隙。并且，有在電容下電極10與晶體管之間配置位線13的COB結(jié)構(gòu)，因形成該位線13的多晶硅層而使氫吸收和消耗。
作為實(shí)施例1和實(shí)施例2，分別按圖8中所示的實(shí)線(a)和實(shí)線(b)的溫度順序?qū)ι鲜鲆纬稍囊r底進(jìn)行氫退火。此外，作為比較例，還分別在400℃(比較例1)、420℃(比較例2)、435℃(比較例3)、500℃(比較例4)的一定溫度下，進(jìn)行240分鐘的按照以往方法的氫退火。
作為實(shí)施例1，在放入超過作為脫離開始溫度的420℃的溫度、即450℃的氮?dú)鈿夥盏募訜釥t中之后，在爐內(nèi)為氫氣氣氛(氫/氮(1∶1)、常壓)(a1)、450℃的一定溫度下保持240分鐘(a1～a2)、接著在20分鐘內(nèi)使溫度逐漸降低(a2～a3)至420℃、然后在420℃的一定溫度下保持10分鐘(a3～a4)、隨后在420℃下于惰性氣氛中取出要形成元件的襯底。
在實(shí)施例2中，在放入480℃的氮?dú)鈿夥盏募訜釥t中之后，在爐內(nèi)為氫氣氣氛(氫/氮(1∶1)、常壓)、480℃的一定溫度下保持120分鐘(a1～a2)、接著在40分鐘內(nèi)使溫度逐漸降低至420℃、然后在420℃的一定溫度下保持10分鐘、隨后在420℃下于惰性氣氛中取出要形成元件的襯底。
圖10表示比較例1～4中相對(duì)氫退火時(shí)間的反向電流的測定結(jié)果。在φ0.5μm的觸點(diǎn)陣列中襯底與觸點(diǎn)之間，評(píng)價(jià)相對(duì)np結(jié)施加作為反向偏壓的電壓時(shí)流過的電流。由該結(jié)果可知，400℃左右的較低的低溫中，氫的擴(kuò)散非常慢。此外，可以看出，如果為了提高擴(kuò)散速度而提高退火溫度(比較例3、4)，那么在飽合區(qū)域(退火時(shí)間在1300分鐘以后)中，漏電流與較低溫度下進(jìn)行的情況(比較例1、2)相反，比較低溫度下進(jìn)行的情況更大。
圖11表示在實(shí)施例1、2和比較例1、4中相對(duì)氫退火時(shí)間的反向電流的測定結(jié)果。再有，采用與圖10同樣的評(píng)價(jià)方法，圖1的實(shí)施例1和2的退火時(shí)間表示第1段的退火時(shí)間。由該結(jié)果可知，按照本發(fā)明能夠有效率地降低界面能級(jí)。
由以上的說明可知，按照本發(fā)明，與襯底表面的元件結(jié)構(gòu)無關(guān)，通過氫退火可提高器件特性和可靠性，此外能夠以高成品率制造半導(dǎo)體集成電路裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，具有氫退火工序，在氫氣氛下對(duì)層疊了層間絕緣膜的要形成元件半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火，其特征在于，在氫退火中，在超過脫離開始溫度的溫度下進(jìn)行氫退火，所述脫離開始溫度是到達(dá)半導(dǎo)體襯底與絕緣性區(qū)域的界面且使界面能級(jí)降低的氫在惰性氣氛下從該界面開始脫離時(shí)的溫度，然后，仍在氫氣氛中并在低于該脫離開始溫度的溫度下，使所述要形成元件的襯底出爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，仍在氫氣氛中并在低于該脫離開始溫度的溫度下，形成惰性氣氛，使所述要形成元件的襯底出爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底是硅襯底，所述絕緣性區(qū)域是氧化硅區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底是化合物半導(dǎo)體襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，所述脫離開始溫度是420℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，放入到溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，經(jīng)過預(yù)定時(shí)間而逐漸地降低溫度，進(jìn)行氫退火，在降低到低于所述脫離開始溫度的溫度之后出爐。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，放入到溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，經(jīng)過預(yù)定時(shí)間而逐漸地降低溫度，進(jìn)行氫退火，接著，在脫離開始溫度以下的恒定溫度中保持預(yù)定時(shí)間，然后，在低于所述脫離開始溫度的溫度下出爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，放入到溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，在恒定溫度下保持預(yù)定時(shí)間來進(jìn)行氫退火，接著，經(jīng)過預(yù)定時(shí)間而逐漸地降低溫度，進(jìn)行氫退火，在降低到所述脫離開始溫度以下的溫度后出爐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其特征在于，放入到溫度高于脫離開始溫度的加熱爐中，在恒定溫度下保持預(yù)定時(shí)間來進(jìn)行氫退火，接著，經(jīng)過預(yù)定時(shí)間而逐漸地降低溫度，同時(shí)進(jìn)行氫退火，接著，在脫離開始溫度以下的恒定溫度中保持預(yù)定時(shí)間，然后，在低于所述脫離開始溫度的溫度下出爐。
10.權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其中在襯底上形成的元件具有DRAM部。
11.權(quán)利要求1～10任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其中在襯底上形成的元件具有使用不透氫性材料的自對(duì)準(zhǔn)接觸構(gòu)造。
12.權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體集成電路器件的制造方法，其中在襯底上形成的元件具有由Ti或者TiN組成的阻擋金屬。
全文摘要
在本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路裝置的制造方法中,設(shè)有在氫氣氣氛下對(duì)層疊了層間絕緣膜的要形成元件的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行氫退火的工序,在氫退火時(shí),在超過脫離開始溫度的溫度下進(jìn)行氫退火,該脫離開始溫度是到達(dá)半導(dǎo)體襯底與絕緣性區(qū)域的界面且使界面能級(jí)降低的氫在惰性氣氛下從該界面開始脫離時(shí)的溫度,然后,仍在氫氣氣氛下且低于該脫離開始溫度的溫度下,取出所述要形成元件的襯底。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1256513SQ9912542
公開日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月7日
發(fā)明者宮崎周司 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社