JP3535876B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に係わり、特に信頼性の高い酸化膜／シリコン界面
の形成が可能な半導体装置にその製造方法に関する。
方法に係わり、特に信頼性の高い酸化膜／シリコン界面
の形成が可能な半導体装置にその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を、絶縁膜として酸化膜を、
半導体としてシリコンを例にとり説明する。
半導体としてシリコンを例にとり説明する。
【０００３】従来、酸化膜／シリコン界面のダングリン
グボンドを終端する技術の１つとしていわゆるシンタリ
ング法が知られている。この方法は、シリコン基板上に
酸化膜あるいは酸化膜および電極、配線等を形成した
後、水素、不活性ガス等のガス体を混合した水素等を加
熱した酸化膜／シリコン基板に接触させることにより酸
化膜／シリコン界面のダングリングボンドを水素で終端
する方法である。
グボンドを終端する技術の１つとしていわゆるシンタリ
ング法が知られている。この方法は、シリコン基板上に
酸化膜あるいは酸化膜および電極、配線等を形成した
後、水素、不活性ガス等のガス体を混合した水素等を加
熱した酸化膜／シリコン基板に接触させることにより酸
化膜／シリコン界面のダングリングボンドを水素で終端
する方法である。
【０００４】また、水素ガスあるいは不活性ガスと水素
ガスとを混合した混合ガスをプラズマ化し、プラズマ中
の水素イオン及び水素活性種を、酸化膜／シリコン基板
に接触させて、ダングリングボンドを水素で終端する技
術も知られている。
ガスとを混合した混合ガスをプラズマ化し、プラズマ中
の水素イオン及び水素活性種を、酸化膜／シリコン基板
に接触させて、ダングリングボンドを水素で終端する技
術も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の技術に
おいては、導入されたガス体が活性でないため、酸化膜
／シリコン界面のダングリングボンドの終端が不十分で
あり、高い信頼性のデバイスが製造されない。
おいては、導入されたガス体が活性でないため、酸化膜
／シリコン界面のダングリングボンドの終端が不十分で
あり、高い信頼性のデバイスが製造されない。
【０００６】一方、後者の技術は、プラズマ中の水素活
性種を用いてダングリングボンドの終端を行っているた
め、ダングリングボンドは十分に終端され、高い信頼性
を有するデバイスが得られることが期待される。しか
し、実際に後者の技術によりダングリングボンドの終端
を行った場合、必ずしも高い信頼性を有するデバイスが
得られないことが判明した。本発明者は、このように、
期待に反して高い信頼性を有するデバイスが得られない
原因を探求した。その結果、後者の技術では、プラズマ
を発生させているため、そのプラズマが酸化膜及び酸化
膜／シリコン界面に損傷を与えており、そのために新た
に欠陥及びダングリングボンドを生成していることが原
因であることを解明した。
性種を用いてダングリングボンドの終端を行っているた
め、ダングリングボンドは十分に終端され、高い信頼性
を有するデバイスが得られることが期待される。しか
し、実際に後者の技術によりダングリングボンドの終端
を行った場合、必ずしも高い信頼性を有するデバイスが
得られないことが判明した。本発明者は、このように、
期待に反して高い信頼性を有するデバイスが得られない
原因を探求した。その結果、後者の技術では、プラズマ
を発生させているため、そのプラズマが酸化膜及び酸化
膜／シリコン界面に損傷を与えており、そのために新た
に欠陥及びダングリングボンドを生成していることが原
因であることを解明した。
【０００７】結局、現在のところ、酸化膜及び酸化膜／
シリコン界面に損傷をあたえることなく、ダングリング
ボンドを十分に終端し得る技術は存在せず、酸化膜／半
導体界面の界面準位が低く、信頼性の高い半導体装置は
実現されていない。
シリコン界面に損傷をあたえることなく、ダングリング
ボンドを十分に終端し得る技術は存在せず、酸化膜／半
導体界面の界面準位が低く、信頼性の高い半導体装置は
実現されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の課題を解決すべくなされたものであり、信頼性の高
い絶縁膜と半導体との界面（例えば、酸化膜／シリコン
界面）を有する半導体装置及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
術の課題を解決すべくなされたものであり、信頼性の高
い絶縁膜と半導体との界面（例えば、酸化膜／シリコン
界面）を有する半導体装置及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁膜／半導体界面を有する半導体装置の製
造方法において、該絶縁膜に、プラズマを伴わない水素
活性種を接触させてシンタリングを行うことにより前記
絶縁膜／半導体界面のダングリングボンドを終端するこ
とを特徴とする。本発明の半導体装置は、絶縁膜／半導
体界面を有する半導体装置において、プラズマを伴わな
い水素活性種によるシンタリング処理により前記絶縁膜
／半導体界面のダングリングボンドが終端されているこ
とを特徴とする。
造方法は、絶縁膜／半導体界面を有する半導体装置の製
造方法において、該絶縁膜に、プラズマを伴わない水素
活性種を接触させてシンタリングを行うことにより前記
絶縁膜／半導体界面のダングリングボンドを終端するこ
とを特徴とする。本発明の半導体装置は、絶縁膜／半導
体界面を有する半導体装置において、プラズマを伴わな
い水素活性種によるシンタリング処理により前記絶縁膜
／半導体界面のダングリングボンドが終端されているこ
とを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の半導体装置においては、絶縁膜／半導
体界面（例えば、シリコン酸化膜／シリコン界面）を有
する半導体装置の該絶縁膜に、プラズマを伴わない水素
活性種（例えば、３００℃以上の温度に加熱したニッケ
ルまたはニッケルを含む材料に接触させて生成せしめた
水素活性種）を接触させることにより形成される。水素
活性種は、絶縁膜に接触すると、絶縁膜中を拡散し、絶
縁膜中および絶縁膜／半導体界面のダングリングボンド
を、ダメージを与えることなく終端する。従って、高い
信頼性の絶縁膜、ひいては半導体装置が得られる
体界面（例えば、シリコン酸化膜／シリコン界面）を有
する半導体装置の該絶縁膜に、プラズマを伴わない水素
活性種（例えば、３００℃以上の温度に加熱したニッケ
ルまたはニッケルを含む材料に接触させて生成せしめた
水素活性種）を接触させることにより形成される。水素
活性種は、絶縁膜に接触すると、絶縁膜中を拡散し、絶
縁膜中および絶縁膜／半導体界面のダングリングボンド
を、ダメージを与えることなく終端する。従って、高い
信頼性の絶縁膜、ひいては半導体装置が得られる
【００１１】
【実施態様例】以下の本発明の実施態様例を説明する。
【００１２】（水素活性種発生手段）
本発明では、水素ガス又は水素ガスを含むガスから、プ
ラズマを伴うことなく水素活性種を生成させ、この水素
活性種を用いてダングリングボンドを終端することを一
つの特徴とする。かかる水素活性種を発生させるための
手段（水素活性種発生手段）は、例えば、次のように構
成すればよい。
ラズマを伴うことなく水素活性種を生成させ、この水素
活性種を用いてダングリングボンドを終端することを一
つの特徴とする。かかる水素活性種を発生させるための
手段（水素活性種発生手段）は、例えば、次のように構
成すればよい。
【００１３】例えば、図３に示すように、ガス導入口３
１２に連通させてガス導入管３０２を、炉心管３０１に
接続し、かつ、加熱手段３０９をガス導入管３０２を加
熱し得るように配置する。その際、ガス導入管３０２の
内面は、ニッケル又はニッケルを含む材料により構成す
る）。
１２に連通させてガス導入管３０２を、炉心管３０１に
接続し、かつ、加熱手段３０９をガス導入管３０２を加
熱し得るように配置する。その際、ガス導入管３０２の
内面は、ニッケル又はニッケルを含む材料により構成す
る）。
【００１４】この場合、加熱手段によりガス導入管３０
２の内部を３００℃以上に加熱し、ガス導入管３０２に
水素ガス源から水素ガスを導入すると、ガス導入管３０
２の内面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
る。これは、３００℃以上の温度においては、ガス導入
管３０２を構成するニッケル自体あるいはニッケルを含
む材料中のニッケルが触媒作用をなすためと考えられ
る。このように生成された水素活性種は当然プラズマを
ともなっていないため被処理物にダメージを与えること
がない。
２の内部を３００℃以上に加熱し、ガス導入管３０２に
水素ガス源から水素ガスを導入すると、ガス導入管３０
２の内面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
る。これは、３００℃以上の温度においては、ガス導入
管３０２を構成するニッケル自体あるいはニッケルを含
む材料中のニッケルが触媒作用をなすためと考えられ
る。このように生成された水素活性種は当然プラズマを
ともなっていないため被処理物にダメージを与えること
がない。
【００１５】また、水素ガスを他のガス（例えば、Ａｒ
等の不活性ガス）とともに炉心管内に導入する場合は、
図４に示すように、分岐管３０２ａ，３０２ｂを有する
ガス導入管３０２をガス導入口３１２に連通させて炉心
管３０１に接続する。分岐管３０２ａが水素ガス源に接
続される。図４に示した例は分岐管が２つの場合である
が、必要に応じ２以上の分岐管を設けてもよい。
等の不活性ガス）とともに炉心管内に導入する場合は、
図４に示すように、分岐管３０２ａ，３０２ｂを有する
ガス導入管３０２をガス導入口３１２に連通させて炉心
管３０１に接続する。分岐管３０２ａが水素ガス源に接
続される。図４に示した例は分岐管が２つの場合である
が、必要に応じ２以上の分岐管を設けてもよい。
【００１６】導入管３０２の内表面の一部又は全部はニ
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する。図４に
示す例では、分岐管３０２ａの内表面をニッケル又はニ
ッケルを含む材料により構成してある。そして、加熱手
段３０９は、この分岐管３０２ａを加熱し得るように配
置してある。もちろん、分岐管３０２ａ，３０２ｂが合
流する部分（この部分がそれぞれの分岐管３０２ａ，３
０２ｂからのガスの混合部３０２ｃとなる）を加熱し得
るように加熱手段３０９を配置してもよい。
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する。図４に
示す例では、分岐管３０２ａの内表面をニッケル又はニ
ッケルを含む材料により構成してある。そして、加熱手
段３０９は、この分岐管３０２ａを加熱し得るように配
置してある。もちろん、分岐管３０２ａ，３０２ｂが合
流する部分（この部分がそれぞれの分岐管３０２ａ，３
０２ｂからのガスの混合部３０２ｃとなる）を加熱し得
るように加熱手段３０９を配置してもよい。
【００１７】図３、図４では、導入管３０２を設けた例
を示したが、かかる導入管を設けず、図５に示すよう
に、炉心管３０１の内表面をニッケル又はニッケルを含
む材料により構成してもよい。
を示したが、かかる導入管を設けず、図５に示すよう
に、炉心管３０１の内表面をニッケル又はニッケルを含
む材料により構成してもよい。
【００１８】この場合は、図３、図４で示したような加
熱手段を設ける必要が無く、炉心管加熱手段３０４によ
り加熱を行うことができるので、炉心管３０１の内部に
おいて水素活性種を生成させることができる。なお、ニ
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する部分は、
被処理物である半導体装置の形成されている基体３０５
の配置されている位置よりも上流側のみでも足りるが、
残部をかかる材料により構成してもよい。
熱手段を設ける必要が無く、炉心管加熱手段３０４によ
り加熱を行うことができるので、炉心管３０１の内部に
おいて水素活性種を生成させることができる。なお、ニ
ッケル又はニッケルを含む材料により構成する部分は、
被処理物である半導体装置の形成されている基体３０５
の配置されている位置よりも上流側のみでも足りるが、
残部をかかる材料により構成してもよい。
【００１９】なお、以上述べた実施態様では、導入管な
いし炉心管の内表面をニッケル又はニッケルを含む材料
により構成して水素活性種生成手段を構成しているが、
かかる構成以外であってもよい。例えば、水素ガス源と
炉心管との間に、内部にニッケル（例えば、繊維状ニッ
ケル、網状ニッケル、スポンジニッケル等）を充填した
容器を設けることにより水素活性種生成手段を構成して
もよい。この容器内を水素ガスあるいは水素ガスを含む
ガスを通過させれ、この容器を３００℃以上に加熱する
ようにすれば、水素活性種が得られ、この水素活性種を
炉心管に導入することができる。
いし炉心管の内表面をニッケル又はニッケルを含む材料
により構成して水素活性種生成手段を構成しているが、
かかる構成以外であってもよい。例えば、水素ガス源と
炉心管との間に、内部にニッケル（例えば、繊維状ニッ
ケル、網状ニッケル、スポンジニッケル等）を充填した
容器を設けることにより水素活性種生成手段を構成して
もよい。この容器内を水素ガスあるいは水素ガスを含む
ガスを通過させれ、この容器を３００℃以上に加熱する
ようにすれば、水素活性種が得られ、この水素活性種を
炉心管に導入することができる。
【００２０】また、半導体装置の配線部をニッケルある
いはニッケル合金により形成した場合には、この配線部
を３００℃以上に加熱し、そこに水素ガスまたは水素ガ
スを含むガスを接触させれば、水素活性種が生成する。
いはニッケル合金により形成した場合には、この配線部
を３００℃以上に加熱し、そこに水素ガスまたは水素ガ
スを含むガスを接触させれば、水素活性種が生成する。
【００２１】（ニッケル、ニッケルを含む材料）
次にニッケル又はニッケルを含む材料について説明す
る。
る。
【００２２】ニッケルを含む材料としては、例えば、Ｎ
ｉ基合金が好ましい。また、Ｎｉ基合金の中でも、Ｎｉ
−Ｍｏ系合金又はＮｉ−Ｗ系合金が好ましい。より具体
的には、例えば、ハステロイ（登録商標）があげられ
る。
ｉ基合金が好ましい。また、Ｎｉ基合金の中でも、Ｎｉ
−Ｍｏ系合金又はＮｉ−Ｗ系合金が好ましい。より具体
的には、例えば、ハステロイ（登録商標）があげられ
る。
【００２３】また、他のニッケルを含む材料としては、
例えば、表面粗度が、１μｍ以下の表面粗度に電解研磨
されたステンレス鋼を用いてもよい。この場合、ステン
レス鋼の表面には、不純物濃度が１０ｐｐｂ以下の酸化
性雰囲気中で熱処理することにより形成された不動態膜
が形成されているものを用いることがより好ましく、さ
らに、ステンレス鋼の表面には、酸化性雰囲気中で熱処
理した後、水素雰囲気中で還元処理を行うことにより形
成された不動態膜が形成されているもの（特願平３−２
１２５９２号にて別途提案）を用いることがさらに好ま
しい。かかる不動態膜の表面は、クロム酸化物を主成分
としており、その表面は耐食性に優れ、また、水分の吸
着がきわめて少ないためガス中への不純物の混入をきわ
めて少なくすることができる。なお、不動態膜の表面粗
度は、０．５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以下がよ
り好ましい。なお、かかる不動態膜は、クロム酸化物を
主成分としているが、ニッケル酸化物を含んでおり、こ
のニッケル酸化物中のニッケルが触媒の作用をなし、不
動態膜表面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
るものと考えられる。
例えば、表面粗度が、１μｍ以下の表面粗度に電解研磨
されたステンレス鋼を用いてもよい。この場合、ステン
レス鋼の表面には、不純物濃度が１０ｐｐｂ以下の酸化
性雰囲気中で熱処理することにより形成された不動態膜
が形成されているものを用いることがより好ましく、さ
らに、ステンレス鋼の表面には、酸化性雰囲気中で熱処
理した後、水素雰囲気中で還元処理を行うことにより形
成された不動態膜が形成されているもの（特願平３−２
１２５９２号にて別途提案）を用いることがさらに好ま
しい。かかる不動態膜の表面は、クロム酸化物を主成分
としており、その表面は耐食性に優れ、また、水分の吸
着がきわめて少ないためガス中への不純物の混入をきわ
めて少なくすることができる。なお、不動態膜の表面粗
度は、０．５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以下がよ
り好ましい。なお、かかる不動態膜は、クロム酸化物を
主成分としているが、ニッケル酸化物を含んでおり、こ
のニッケル酸化物中のニッケルが触媒の作用をなし、不
動態膜表面に接触した水素ガスから水素活性種が生成す
るものと考えられる。
【００２４】（絶縁膜、半導体）
本発明における半導体としては、例えば、半導体ウエ
ハ、絶縁基体あるいは半導体ウエハ上に形成された半導
体層があげられる。
ハ、絶縁基体あるいは半導体ウエハ上に形成された半導
体層があげられる。
【００２５】半導体層としては、例えば、シリコン、ゲ
ルマニウム、ＧａＡｓ等の化合物半導体があげられる。
ルマニウム、ＧａＡｓ等の化合物半導体があげられる。
【００２６】また、半導体の結晶状態としては、アモル
ファス、多結晶、単結晶のいずれでもよい。
ファス、多結晶、単結晶のいずれでもよい。
【００２７】一方、絶縁膜としては、例えば、酸化膜、
窒化膜があげられる。この絶縁膜は、加熱により形成し
たもの（例えば、熱酸化膜）、堆積により形成したもの
（堆積酸化膜）、その他の方法で形成したもののいずれ
であってもよい。
窒化膜があげられる。この絶縁膜は、加熱により形成し
たもの（例えば、熱酸化膜）、堆積により形成したもの
（堆積酸化膜）、その他の方法で形成したもののいずれ
であってもよい。
【００２８】（ニッケル、ニッケルを含む材料の温度）
ニッケル、ニッケルを含む材料の温度は、３００℃以上
である。３００℃未満では、水素活性種の発生が十分で
はない。特に、３００℃〜４５０℃が好ましく、３００
℃〜４００℃がさらに好ましい。４５０℃を越えた場
合、水素活性種の発生量は増加するが、他方、ニッケ
ル、ニッケルを含む材料の表面に不動態膜が形成されて
いないような場合にはその表面から不純物が放出され、
その不純物がガス中に混入するおそれがあるからであ
る。
である。３００℃未満では、水素活性種の発生が十分で
はない。特に、３００℃〜４５０℃が好ましく、３００
℃〜４００℃がさらに好ましい。４５０℃を越えた場
合、水素活性種の発生量は増加するが、他方、ニッケ
ル、ニッケルを含む材料の表面に不動態膜が形成されて
いないような場合にはその表面から不純物が放出され、
その不純物がガス中に混入するおそれがあるからであ
る。
【００２９】（処理温度）
本発明において、水素活性種を含むガスを絶縁膜を有す
る基体に接触させる際における基体温度としては、２０
〜１２００℃が好ましく、２０〜６００℃がより好まし
く、２０〜４５０℃がさらに好ましい。
る基体に接触させる際における基体温度としては、２０
〜１２００℃が好ましく、２０〜６００℃がより好まし
く、２０〜４５０℃がさらに好ましい。
【００３０】（ガス）
本発明では、ニッケル又はニッケルを含む材料に接触さ
せるガスは、水素ガス又は水素ガスを含むガスである。
水素ガスを含むガスとしては、例えば、水素ガスと不活
性ガス（例えば、Ａｒガス、窒素ガス等）とを混合した
ガスを用いればよい。なお、ガス流量には特に限定され
ない。
せるガスは、水素ガス又は水素ガスを含むガスである。
水素ガスを含むガスとしては、例えば、水素ガスと不活
性ガス（例えば、Ａｒガス、窒素ガス等）とを混合した
ガスを用いればよい。なお、ガス流量には特に限定され
ない。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００３２】（実施例１）
図１に本実施例に係る半導体装置の基本構造を断面図で
示す。
示す。
【００３３】ここでは半導体装置内に含まれる１対のＣ
ＭＯＳのみを示す。図１で、１１は基板裏面の電極、１
１はｐ+基板、１３はｎ+埋め込み領域、１４は高抵抗ｐ
- 領域、１５は高抵抗率ｎ-領域、１６は絶緑分離領
域、１７，１８はｎ+領域、１９，２０はｐ+領域、２
１，２２，２３，２４はＭｏＳｉ2，ＷＳｉ2，ＴａＳｉ
2，ＴｉＳｉ2もしくはＰｄ2Ｓｉ等の金属シリサイド、
２５，２６はシンタリング処理されたシリコン酸化膜
（ゲート絶縁膜）であり、その処理方法は後に詳述す
る。２７，２８はゲート電極、２９，３０，３１はＡ
ｌ，ＡｌＳｉもしくはＡｌＣｕ等の金属電極、３２，３
３，３４は、電極２７，２８，２９，３０，３１を絶縁
分離するための金属フッ化膜（電極として例えばＡｌを
用いた場合はＡｌＦ3）、３５はパッシベーション用Ｐ
ＳＧ膜もしくは窒化膜である。
ＭＯＳのみを示す。図１で、１１は基板裏面の電極、１
１はｐ+基板、１３はｎ+埋め込み領域、１４は高抵抗ｐ
- 領域、１５は高抵抗率ｎ-領域、１６は絶緑分離領
域、１７，１８はｎ+領域、１９，２０はｐ+領域、２
１，２２，２３，２４はＭｏＳｉ2，ＷＳｉ2，ＴａＳｉ
2，ＴｉＳｉ2もしくはＰｄ2Ｓｉ等の金属シリサイド、
２５，２６はシンタリング処理されたシリコン酸化膜
（ゲート絶縁膜）であり、その処理方法は後に詳述す
る。２７，２８はゲート電極、２９，３０，３１はＡ
ｌ，ＡｌＳｉもしくはＡｌＣｕ等の金属電極、３２，３
３，３４は、電極２７，２８，２９，３０，３１を絶縁
分離するための金属フッ化膜（電極として例えばＡｌを
用いた場合はＡｌＦ3）、３５はパッシベーション用Ｐ
ＳＧ膜もしくは窒化膜である。
【００３４】図１で、ゲート絶縁膜２５と領域１４の界
面は領域ｌ７，１８と領域１４の界面より領域１４側に
形成されており、ゲート絶縁膜２６と領域１５の界面は
領域１９，２０と領域１５との界面より領域１５側に形
成されている。この構造では、チャネル部のソースとド
レインの問の電界強度が軽減されるため短チャネル効果
が起こりにくい。
面は領域ｌ７，１８と領域１４の界面より領域１４側に
形成されており、ゲート絶縁膜２６と領域１５の界面は
領域１９，２０と領域１５との界面より領域１５側に形
成されている。この構造では、チャネル部のソースとド
レインの問の電界強度が軽減されるため短チャネル効果
が起こりにくい。
【００３５】図１で、ゲート電極２７，２８の材料はｎ
+領域１７，１８とｐ+領域１９，２０の両方の領域に対
して高い拡散電池をもつものが望ましい。例えば、Ａ
ｌ、ＡｌＳｉもしくはＡｌＣｕにすると、高い拡散電位
が得られる。Ａｌでは、ｎ+領域に対して０．７Ｖ程
度、ｐ+領域に対して０．４Ｖ程度の拡散電位を持つこ
とになる。もちろん、ゲ−ト電極は仕事関数の値がｎ+
領域、ｐ+領域のいずれに対しても高いバリアを持つも
のであればよく、高融点金属や金属シリサイドでもよ
い。したがって、ゲート電極の抵抗は小さい。
+領域１７，１８とｐ+領域１９，２０の両方の領域に対
して高い拡散電池をもつものが望ましい。例えば、Ａ
ｌ、ＡｌＳｉもしくはＡｌＣｕにすると、高い拡散電位
が得られる。Ａｌでは、ｎ+領域に対して０．７Ｖ程
度、ｐ+領域に対して０．４Ｖ程度の拡散電位を持つこ
とになる。もちろん、ゲ−ト電極は仕事関数の値がｎ+
領域、ｐ+領域のいずれに対しても高いバリアを持つも
のであればよく、高融点金属や金属シリサイドでもよ
い。したがって、ゲート電極の抵抗は小さい。
【００３６】また、この構造では、ｎ+ソース領域に対
するｐ+基板１２とゲート電極２７の拡撒電位によっ
て、およびｐ+ソース領域に対するｎ+埋め込み領域１３
とゲート電極２８の拡散電位によって、チャネル中に電
位障壁を生じさせ、チャネル領域１４、ｌ５の不純物密
度が１０14〜１０16ｃｍ-3程度でＭＯＳトランジスタで
のノーマリオフ特性を実現している。すなわち、領域１
４及び１５は高抵抗領域であって、不純物濃度は低く保
たれている。したがって、電子やホールが流れるチャネ
ル幅が広く保たれ、チャネルを走るキャリアの移動が低
下することなく短チャネルが実現できる。すなわち、変
換コンダクタンス８ｍの大きなＭＯＳトランジスタとな
る。
するｐ+基板１２とゲート電極２７の拡撒電位によっ
て、およびｐ+ソース領域に対するｎ+埋め込み領域１３
とゲート電極２８の拡散電位によって、チャネル中に電
位障壁を生じさせ、チャネル領域１４、ｌ５の不純物密
度が１０14〜１０16ｃｍ-3程度でＭＯＳトランジスタで
のノーマリオフ特性を実現している。すなわち、領域１
４及び１５は高抵抗領域であって、不純物濃度は低く保
たれている。したがって、電子やホールが流れるチャネ
ル幅が広く保たれ、チャネルを走るキャリアの移動が低
下することなく短チャネルが実現できる。すなわち、変
換コンダクタンス８ｍの大きなＭＯＳトランジスタとな
る。
【００３７】図１で、ｎ+領域１７と領域１４との接合
面、ｎ+領域１８と領域１４との接合面、ｐ+領域１９と
領域１５との接合面、およびｐ+領域２０と領域１５と
の接合面は平面であり、接合面の面積が小さいためフリ
ンジ効果が少なくソース領域とドレイン領域間およびソ
ース領域と基板間、ドレイン領域と基板間の容量が小さ
い。
面、ｎ+領域１８と領域１４との接合面、ｐ+領域１９と
領域１５との接合面、およびｐ+領域２０と領域１５と
の接合面は平面であり、接合面の面積が小さいためフリ
ンジ効果が少なくソース領域とドレイン領域間およびソ
ース領域と基板間、ドレイン領域と基板間の容量が小さ
い。
【００３８】図１において、電極２９，３０，３１の材
料は、例えばＡｌ，ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＣｕＳｉ
であり、ソース電極及びドレイン電極の抵抗が小さい。
ソース抵抗、ドレイン抵抗、ゲート抵抗が小さく、ま
た、ソース、ドレイン容量も小さい上に、変換コンダク
タンスｇmが大きいから、高速性能に優れたトランジス
タとなる。もちろん、ソース電極およびドレイン電極は
例えばＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ等の金属でもよい。
料は、例えばＡｌ，ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＣｕＳｉ
であり、ソース電極及びドレイン電極の抵抗が小さい。
ソース抵抗、ドレイン抵抗、ゲート抵抗が小さく、ま
た、ソース、ドレイン容量も小さい上に、変換コンダク
タンスｇmが大きいから、高速性能に優れたトランジス
タとなる。もちろん、ソース電極およびドレイン電極は
例えばＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ等の金属でもよい。
【００３９】図１で、基板としてｎ+埋め込み領域１３
を備えているｐ+基板１２について説明したが、以上述
べた半導体装置の動作はサファイア、スピネル、石英、
ＡｌＮもしくはＳｉＣ等の絶緑物基板を用いても実現さ
れる。
を備えているｐ+基板１２について説明したが、以上述
べた半導体装置の動作はサファイア、スピネル、石英、
ＡｌＮもしくはＳｉＣ等の絶緑物基板を用いても実現さ
れる。
【００４０】次に、図１の半導体装置を製作するための
製造工程の一例を図２に示す。基板１２にｐ+基板を用
いた場合につき説明する。ｐ+基板１２の領域１３に、
例えばＣＶＤ法で堆積したＰＳＧ膜からＰの熱拡散でｎ
+埋め込み領域を形成する。もちろん領域１３はＰもし
くはＡｓのイオン注入及び活性化アニ−ルで形成しても
よい。分離領域１６、ｐ-領域１４、ｎ-領域１５は例え
ば次のように形成する。埋め込み領域１３を有する基板
１２の表面を数１０ｎｍ程度熱酸化した後、ＰＳＧ膜あ
るいはＢＰＳＧ膜を所定の厚さにＣＶＤ法で成膜する。
領域１４、１５に相当する部分の熱酸化膜及びＰＳＧ膜
あるいはＢＰＳＧ膜をリアクティブイオンエッチングに
より除去する。続いて、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6あるいはＳ
ｉＨ2Ｃｌ2を用いたＣＶＤ法により、領域１４，１５を
選択エピタキシャル成長させる。このようにして図２
（ａ）に示す構造が形成されるが、以上の方法に限らず
他のいかなる方怯で形成しても良い。なお、領域１４、
１５の厚さは、つくるデバイスにより適宜選択すればよ
いが、例えば、０．０３〜０．５μｍ程度の値に選べば
よい。
製造工程の一例を図２に示す。基板１２にｐ+基板を用
いた場合につき説明する。ｐ+基板１２の領域１３に、
例えばＣＶＤ法で堆積したＰＳＧ膜からＰの熱拡散でｎ
+埋め込み領域を形成する。もちろん領域１３はＰもし
くはＡｓのイオン注入及び活性化アニ−ルで形成しても
よい。分離領域１６、ｐ-領域１４、ｎ-領域１５は例え
ば次のように形成する。埋め込み領域１３を有する基板
１２の表面を数１０ｎｍ程度熱酸化した後、ＰＳＧ膜あ
るいはＢＰＳＧ膜を所定の厚さにＣＶＤ法で成膜する。
領域１４、１５に相当する部分の熱酸化膜及びＰＳＧ膜
あるいはＢＰＳＧ膜をリアクティブイオンエッチングに
より除去する。続いて、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6あるいはＳ
ｉＨ2Ｃｌ2を用いたＣＶＤ法により、領域１４，１５を
選択エピタキシャル成長させる。このようにして図２
（ａ）に示す構造が形成されるが、以上の方法に限らず
他のいかなる方怯で形成しても良い。なお、領域１４、
１５の厚さは、つくるデバイスにより適宜選択すればよ
いが、例えば、０．０３〜０．５μｍ程度の値に選べば
よい。
【００４１】次に、領域１４，１５の表面上に選択的に
１０〜２０ｎｍの厚さの金属層、例えばＷ，Ｔａ，Ｔ
ｉ，Ｍｏ等よりなる層を成長させる。その後、これらの
金属層をスルーするイオン注入によって、領域１４に例
えばＡｓを、領域１５に例えばＢとＳｉを選択的に打ち
込み、ついで活性化アニ一ルを施すことによって、図２
（ｂ）に示すように、領域２１，２２，２３，２４のシ
リサイド層とｎ+領域１７，１８および、領域１９，２
０を形成する。
１０〜２０ｎｍの厚さの金属層、例えばＷ，Ｔａ，Ｔ
ｉ，Ｍｏ等よりなる層を成長させる。その後、これらの
金属層をスルーするイオン注入によって、領域１４に例
えばＡｓを、領域１５に例えばＢとＳｉを選択的に打ち
込み、ついで活性化アニ一ルを施すことによって、図２
（ｂ）に示すように、領域２１，２２，２３，２４のシ
リサイド層とｎ+領域１７，１８および、領域１９，２
０を形成する。
【００４２】次に、スパッタ法もしくはＣＶＤ法等で、
０．２〜１．０μｍ程度のたとえばＡｌ膜を形成し、図
２（ｃ）に示すように所定の領域をリアクティブイオン
エッチングによってエッチングする。領域２９，３０，
３１の表面を、超高純度Ｆ2ガスを用いて例えば１００
℃、４時間程度フッ化し、ついで、不活性ガス（例えば
Ｎ2ガス）中で１５０℃，５時間のアニールを行い、Ａ
ｌ領域表面にＡｌＦ3の絶縁層（図２（ｄ）の領域３
２，３３，３４）を形成する。次に、図２（ｄ）に示す
ように、領域３２，３３，３４をマスクとして、金属シ
リサイド層、ｎ+領域、ｐ+領域の所定の領域をリアクテ
ィブイオンエッチングによりエッチングし、コンタクト
ホールを形成する。
０．２〜１．０μｍ程度のたとえばＡｌ膜を形成し、図
２（ｃ）に示すように所定の領域をリアクティブイオン
エッチングによってエッチングする。領域２９，３０，
３１の表面を、超高純度Ｆ2ガスを用いて例えば１００
℃、４時間程度フッ化し、ついで、不活性ガス（例えば
Ｎ2ガス）中で１５０℃，５時間のアニールを行い、Ａ
ｌ領域表面にＡｌＦ3の絶縁層（図２（ｄ）の領域３
２，３３，３４）を形成する。次に、図２（ｄ）に示す
ように、領域３２，３３，３４をマスクとして、金属シ
リサイド層、ｎ+領域、ｐ+領域の所定の領域をリアクテ
ィブイオンエッチングによりエッチングし、コンタクト
ホールを形成する。
【００４３】次に、コンタクトホールから露出している
面に酸化膜を例えば、熱酸化法で形成する。すなわち、
図２（ｅ）に示すように、シリサイド層、ｎ+領域、ｐ+
領域、ｎ-領域に、熱酸化により酸化膜が形成される。
面に酸化膜を例えば、熱酸化法で形成する。すなわち、
図２（ｅ）に示すように、シリサイド層、ｎ+領域、ｐ+
領域、ｎ-領域に、熱酸化により酸化膜が形成される。
【００４４】次いで、以下に述べるシンタリング処理を
行う。以下に述べるシンタリング処理により酸化膜中お
よび酸化膜／シリコン界面のダングリングボンド数が少
なく、トラップ密度が低い酸化膜および酸化膜／シリコ
ン界面を形成される。
行う。以下に述べるシンタリング処理により酸化膜中お
よび酸化膜／シリコン界面のダングリングボンド数が少
なく、トラップ密度が低い酸化膜および酸化膜／シリコ
ン界面を形成される。
【００４５】さらに、図１に示す半導体装置の構造は、
ゲート電極２７，２８の形成及び所定領域のエッチン
グ、パッシベーション層３５の形成、そして電極１１の
形成によって作成できる。
ゲート電極２７，２８の形成及び所定領域のエッチン
グ、パッシベーション層３５の形成、そして電極１１の
形成によって作成できる。
【００４６】図３に、本実施例で用いたシンタリング装
置を示す。
置を示す。
【００４７】本例におけるシンタリング装置は、模型単
管シンタリング炉装置である。なお、以下の説明におい
てお互いに同一又は均等の構成部材は、同一の符号で示
す。
管シンタリング炉装置である。なお、以下の説明におい
てお互いに同一又は均等の構成部材は、同一の符号で示
す。
【００４８】図３に示すように、本例の装置において、
炉心管３０１は、炉心管の長手方向の一端側に外部から
ガスを導入するためのガス導入口３１２を有し、その外
側には、ガス導入口３１２に連通させてガス導入管３０
２が設けられている。
炉心管３０１は、炉心管の長手方向の一端側に外部から
ガスを導入するためのガス導入口３１２を有し、その外
側には、ガス導入口３１２に連通させてガス導入管３０
２が設けられている。
【００４９】本例においては、ガス導入管３０２は、ニ
ッケル合金（ハステロイＣ：登録商標）で構成されてお
り、また、ガス導入管３０２の外側には加熱手段たる加
熱源９が設置されている。
ッケル合金（ハステロイＣ：登録商標）で構成されてお
り、また、ガス導入管３０２の外側には加熱手段たる加
熱源９が設置されている。
【００５０】なお、前記ガス導入管３０２の材質は、ニ
ッケル鋼の他、ステンレス鋼、ハステロイ等でもよい、
すなわち、少なくともニッケル金属を含む材料であれば
よく、望ましくは炉心管３０１内を汚染しないために表
面処理（例えばドライ酸素酸化不動態化処理）された材
料であればよいことは実施態様の項で述べた通りであ
り、これらについても本例と同様の結果が得られること
が確認されている。
ッケル鋼の他、ステンレス鋼、ハステロイ等でもよい、
すなわち、少なくともニッケル金属を含む材料であれば
よく、望ましくは炉心管３０１内を汚染しないために表
面処理（例えばドライ酸素酸化不動態化処理）された材
料であればよいことは実施態様の項で述べた通りであ
り、これらについても本例と同様の結果が得られること
が確認されている。
【００５１】ガス導入管３０２の上流側にはバルブを介
して図示省略のガス供給系が接続されている。前記加熱
源３０９としては、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ランプ
ヒータ等により構成すればよい。
して図示省略のガス供給系が接続されている。前記加熱
源３０９としては、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ランプ
ヒータ等により構成すればよい。
【００５２】一方、炉心管３０１内の保持部材たる石英
サセプタ３０６上には、被処理物、例えば、シリコン基
板３０５が載置され、炉心管加熱手段である加熱源３０
４により加熱されるようになっている。前記加熱源３０
４としては、例えば、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ラン
プヒータ等により構成される。なお、炉心管３０１及び
サセプタ３０６の材質は、合成石英、溶融石英の他に、
アルミナ、シリコンカーバイト、窒化アルミニウム、窒
化ほう素等が挙げられ、シリコン基板を汚染しない（例
えばナトリウムイオンフリー、重金属フリー、脱ガスフ
リー、パーティクルフリー等）材料が望ましい。
サセプタ３０６上には、被処理物、例えば、シリコン基
板３０５が載置され、炉心管加熱手段である加熱源３０
４により加熱されるようになっている。前記加熱源３０
４としては、例えば、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ラン
プヒータ等により構成される。なお、炉心管３０１及び
サセプタ３０６の材質は、合成石英、溶融石英の他に、
アルミナ、シリコンカーバイト、窒化アルミニウム、窒
化ほう素等が挙げられ、シリコン基板を汚染しない（例
えばナトリウムイオンフリー、重金属フリー、脱ガスフ
リー、パーティクルフリー等）材料が望ましい。
【００５３】以下に、図３に示す装置を用いてシンタリ
ングを行ったより具体的例を述べる。
ングを行ったより具体的例を述べる。
【００５４】コンタクトホールに酸化膜を形成後、シリ
コン基板３０５を、石英サセプタ３０６上に設置し、炉
心管３０１の開口部３１１の蓋体３１０を開き、ソフト
ランディング搬送によって炉心管３０１内に搬入し、蓋
体３１０を閉めた。その後、前記加熱源３０４によって
シリコン基板３０５を３００℃に加熱した。
コン基板３０５を、石英サセプタ３０６上に設置し、炉
心管３０１の開口部３１１の蓋体３１０を開き、ソフト
ランディング搬送によって炉心管３０１内に搬入し、蓋
体３１０を閉めた。その後、前記加熱源３０４によって
シリコン基板３０５を３００℃に加熱した。
【００５５】ガス導入管３０２に、水素ガスとアルゴン
ガスの混合ガスを導入した。なお、この混合ガスは、１
０％の水素ガスとアルゴンガスの混合ガスであり、流量
は、１０００ｃｃ／分に設定した。
ガスの混合ガスを導入した。なお、この混合ガスは、１
０％の水素ガスとアルゴンガスの混合ガスであり、流量
は、１０００ｃｃ／分に設定した。
【００５６】水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを、
加熱源３０９により４００℃に加熱したガス導入管３０
２の内表面に接触し、水素活性種を生成させ、ガス導入
口３１２を介して炉心管３０１内に導入した。
加熱源３０９により４００℃に加熱したガス導入管３０
２の内表面に接触し、水素活性種を生成させ、ガス導入
口３１２を介して炉心管３０１内に導入した。
【００５７】一方、炉心管３０１内のシリコン基板３０
５を３００℃に加熱し、混合ガスを炉心管３０１に導入
後、３０分間３００℃に保持することによりシンタリン
グ処理を行った。ガス導入口３１２から導入された水素
活性種を含む混合ガスはこのシリコン基板３０５の表面
に接触し、酸化膜中を拡散し、酸化膜中及び酸化膜／シ
リコン界面のダングリングボンドを終端した。
５を３００℃に加熱し、混合ガスを炉心管３０１に導入
後、３０分間３００℃に保持することによりシンタリン
グ処理を行った。ガス導入口３１２から導入された水素
活性種を含む混合ガスはこのシリコン基板３０５の表面
に接触し、酸化膜中を拡散し、酸化膜中及び酸化膜／シ
リコン界面のダングリングボンドを終端した。
【００５８】シンタリング処理後、前記ソフトトランデ
ィング搬送の逆の手順によってシリコン基板３０５及び
石英サセプタ３０６を炉心管３０１から外部に搬出し
た。
ィング搬送の逆の手順によってシリコン基板３０５及び
石英サセプタ３０６を炉心管３０１から外部に搬出し
た。
【００５９】その後、シンタリング処理後のシリコン基
板３０５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度を擬定容
量−電圧測定により計測した。その実測例としてシンタ
リング後の界面−準位密度２×１０9ｃｍ-2ｅＶ-1以下
という結果を得た。
板３０５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度を擬定容
量−電圧測定により計測した。その実測例としてシンタ
リング後の界面−準位密度２×１０9ｃｍ-2ｅＶ-1以下
という結果を得た。
【００６０】（比較例）
一方、前記ガス導入管３０２を加熱せずに、活性水素を
生成しないこと以外は、他の工程を前述と同じ条件で、
すなわちシリコン基板３０５の石英サセプタ３０６上へ
の設置、ソフトランディング搬送、水素／アルゴン混合
ガス中でのシリコン基板３０５の３０分間３００℃での
加熱、ソフトランディング搬送による取り出しを同じ条
件で行なったところ、シリコン基板３０５上にＭＯＳダ
イオードの界面準位密度は１×１０10ｃｍ-2ｅＶ-1であ
った。
生成しないこと以外は、他の工程を前述と同じ条件で、
すなわちシリコン基板３０５の石英サセプタ３０６上へ
の設置、ソフトランディング搬送、水素／アルゴン混合
ガス中でのシリコン基板３０５の３０分間３００℃での
加熱、ソフトランディング搬送による取り出しを同じ条
件で行なったところ、シリコン基板３０５上にＭＯＳダ
イオードの界面準位密度は１×１０10ｃｍ-2ｅＶ-1であ
った。
【００６１】本発明の実施例における酸化膜／シリコン
界面の界面準位密度は前述した通り２×１０9ｃｍ-2ｅ
Ｖ-1以下であるので、両者を比較すると、本発明の実施
例は、酸化膜／シリコン界面のダングリングボンド数が
低減することがわかる。 ［００６２］ 結局、図１で、シリコン酸化膜（ゲート酸化膜）２５，
２６はプラズマを伴わない水素活性種によりシンタリン
グ処理されているため、酸化膜中の中性トラップ密度が
低い。デバイス動作時にホットエレクトロンが酸化膜中
に注入されてもしきい値電圧のシフト量が小さく信頼性
能に優れたトランジスタとなる。また、プラズマを伴わ
ない水素活性種によりシンタリング処理された酸化膜／
シリコン界面においてダングリングボンド数が少なく、
かつ酸化膜中および酸化膜／シリコン界面のシリコン原
子と水素原子の結合力が強い。デバイス動作時にホット
エレクトロンが酸化膜中に注入されてもシリコン原子と
水素原子との結合が切断されず、酸化膜中のトラップま
た酸化膜／シリコン界面の界面準位が生成されないた
め、変換コンダクタンスが低下せず、信頼性能に優れ、
超高速性能を維持するトランジスタとなる。
界面の界面準位密度は前述した通り２×１０9ｃｍ-2ｅ
Ｖ-1以下であるので、両者を比較すると、本発明の実施
例は、酸化膜／シリコン界面のダングリングボンド数が
低減することがわかる。 ［００６２］ 結局、図１で、シリコン酸化膜（ゲート酸化膜）２５，
２６はプラズマを伴わない水素活性種によりシンタリン
グ処理されているため、酸化膜中の中性トラップ密度が
低い。デバイス動作時にホットエレクトロンが酸化膜中
に注入されてもしきい値電圧のシフト量が小さく信頼性
能に優れたトランジスタとなる。また、プラズマを伴わ
ない水素活性種によりシンタリング処理された酸化膜／
シリコン界面においてダングリングボンド数が少なく、
かつ酸化膜中および酸化膜／シリコン界面のシリコン原
子と水素原子の結合力が強い。デバイス動作時にホット
エレクトロンが酸化膜中に注入されてもシリコン原子と
水素原子との結合が切断されず、酸化膜中のトラップま
た酸化膜／シリコン界面の界面準位が生成されないた
め、変換コンダクタンスが低下せず、信頼性能に優れ、
超高速性能を維持するトランジスタとなる。
【００６３】このように、本発明で形成された酸化膜を
備えた構造の半導体装置により、超高速性に優れかつ信
頼性に優れた絶縁ゲート型トランジスタを用いた半導体
集積回路を実現できる。
備えた構造の半導体装置により、超高速性に優れかつ信
頼性に優れた絶縁ゲート型トランジスタを用いた半導体
集積回路を実現できる。
【００６４】（実施例２）
実施例２では、図４に示す装置を用いた。この装置は、
水素ガス又は水素活性種とアルゴンガスとの混合部３０
２ｃをガス導入管３０２に設けたものである。すなわ
ち、本例では、ガス導入管として、分岐管３０２ａ，３
０２ｂを有するガス導入管３０２を用いた。分岐管３０
２ａ，３０２ｂが合流する部分がガスの混合部３０２ｃ
となる。本例では、分岐管３０２ａは水素ガス源（図示
せず）に接続され、分岐管３０２ｂはアルゴンガス源
（図示せず）に接続されている。また、本例では、加熱
手段３０９は、分岐管３０２ａの近傍に設けた。もちろ
ん混合部３０２ｃ近傍に設けてもよいことは前述した通
りである。
水素ガス又は水素活性種とアルゴンガスとの混合部３０
２ｃをガス導入管３０２に設けたものである。すなわ
ち、本例では、ガス導入管として、分岐管３０２ａ，３
０２ｂを有するガス導入管３０２を用いた。分岐管３０
２ａ，３０２ｂが合流する部分がガスの混合部３０２ｃ
となる。本例では、分岐管３０２ａは水素ガス源（図示
せず）に接続され、分岐管３０２ｂはアルゴンガス源
（図示せず）に接続されている。また、本例では、加熱
手段３０９は、分岐管３０２ａの近傍に設けた。もちろ
ん混合部３０２ｃ近傍に設けてもよいことは前述した通
りである。
【００６５】本実施例は、ガス混合部をガス導入管に設
けている以外実質的にはその構成及び作用は上記実施例
１と同様である。
けている以外実質的にはその構成及び作用は上記実施例
１と同様である。
【００６６】すなわち、本実施例の場合、上記実施例１
と同様炉心管３０１から取り出されたシリコン基板３０
５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度は２×１０9ｃ
ｍ-2ｅＶ-1以下であった。
と同様炉心管３０１から取り出されたシリコン基板３０
５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度は２×１０9ｃ
ｍ-2ｅＶ-1以下であった。
【００６７】（実施例３）
実施例３では図５に示す装置を用いた。この装置は、炉
心管３０１をニッケル金属で構成したものである。
心管３０１をニッケル金属で構成したものである。
【００６８】なお、加熱源３０４は炉心管３０１を介し
て被加熱部たるシリコン基板を加熱する。
て被加熱部たるシリコン基板を加熱する。
【００６９】ガス導入管３０２に流す導入ガスとしての
水素とアルゴンの混合ガスは例えば１０００ｃｃ／分の
流量に設定されるが炉心管３０１に導入される間に加熱
されたニッケル金属に接触することはない。本実施例の
場合、反応処理終了後に炉心管から取り出されたシリコ
ン基板３０５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度は２
×１０9ｃｍ-2ｅＶ-1以下であった。
水素とアルゴンの混合ガスは例えば１０００ｃｃ／分の
流量に設定されるが炉心管３０１に導入される間に加熱
されたニッケル金属に接触することはない。本実施例の
場合、反応処理終了後に炉心管から取り出されたシリコ
ン基板３０５上のＭＯＳダイオードの界面準位密度は２
×１０9ｃｍ-2ｅＶ-1以下であった。
【００７０】なお、縦型に構成されている以外は実質的
にはその構成は、上記実施例１、２、３と同様の実施例
においては、その作用はいずれも上記実施例と同様であ
る。すなわち、上記実施例と同様炉心管３０１から取り
出されたシリコン基板３０５上のＭＯＳダイオードの界
面準位密度は２×１０9ｃｍ-2ｅＶ-1以下であった。
にはその構成は、上記実施例１、２、３と同様の実施例
においては、その作用はいずれも上記実施例と同様であ
る。すなわち、上記実施例と同様炉心管３０１から取り
出されたシリコン基板３０５上のＭＯＳダイオードの界
面準位密度は２×１０9ｃｍ-2ｅＶ-1以下であった。
【００７１】図６は、実施例１に係る装置で形成したＭ
ＯＳＦＥＴと従来の装置で形成したＭＯＳＦＥＴのホッ
トエレクトロン耐性を示すグラフである。図６の横軸は
注入したホットエレクトロンの数を表し、縦軸はしきい
値電圧のシフト量を表している。酸化膜の厚さは１０ｎ
ｍである。ゲート電極としてはｎ+型多結晶シリコンが
使用されている。
ＯＳＦＥＴと従来の装置で形成したＭＯＳＦＥＴのホッ
トエレクトロン耐性を示すグラフである。図６の横軸は
注入したホットエレクトロンの数を表し、縦軸はしきい
値電圧のシフト量を表している。酸化膜の厚さは１０ｎ
ｍである。ゲート電極としてはｎ+型多結晶シリコンが
使用されている。
【００７２】実施例１に係る装置で形成したＭＯＳＦＥ
Ｔは、１×１０17のホットエレクトロンを注入してもし
きい値電圧のシフト量は０．０３Ｖと小さい。一方、従
来の装置で形成したＭＯＳＦＥＴは、しきい値電圧が
０．２Ｖと大きくシフトしている。すなわち、実施例１
に係る装置で形成したＭＯＳＦＥＴは高い信頼性を示す
ことがわかった。
Ｔは、１×１０17のホットエレクトロンを注入してもし
きい値電圧のシフト量は０．０３Ｖと小さい。一方、従
来の装置で形成したＭＯＳＦＥＴは、しきい値電圧が
０．２Ｖと大きくシフトしている。すなわち、実施例１
に係る装置で形成したＭＯＳＦＥＴは高い信頼性を示す
ことがわかった。
【００７３】図７は、実施例１に係る装置で形成したＭ
ＯＳＦＥＴ型ＴＦＴと従来の装置で形成したＭＯＳＦＥ
Ｔ型ＴＦＴのサブスレシュホールド特性を示すグラフで
ある。図７の横軸は、ゲート電圧を表し、横軸はドレイ
ン電流を表している。基板としては、シリコンウエハ上
に酸化膜を形成し、酸化膜上にｐ型多結晶シリコンを形
成している。ＭＯＳＦＥＴは、多結晶シリコン上に形成
している。前記多結晶シリコンは、酸化膜の他、ガラス
上に形成される。ゲート電極としてはｎ+型多結晶シリ
コンが使用されている。ＭＯＳＦＥＴのチャネル長さは
２μｍ、チャネル幅は１００μｍである。ドレイン電圧
としては、５Ｖが印加されている。
ＯＳＦＥＴ型ＴＦＴと従来の装置で形成したＭＯＳＦＥ
Ｔ型ＴＦＴのサブスレシュホールド特性を示すグラフで
ある。図７の横軸は、ゲート電圧を表し、横軸はドレイ
ン電流を表している。基板としては、シリコンウエハ上
に酸化膜を形成し、酸化膜上にｐ型多結晶シリコンを形
成している。ＭＯＳＦＥＴは、多結晶シリコン上に形成
している。前記多結晶シリコンは、酸化膜の他、ガラス
上に形成される。ゲート電極としてはｎ+型多結晶シリ
コンが使用されている。ＭＯＳＦＥＴのチャネル長さは
２μｍ、チャネル幅は１００μｍである。ドレイン電圧
としては、５Ｖが印加されている。
【００７４】実施例１において形成したＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴは、ゲート電圧が０Ｖの場合ドレイン電流１×１
０-13Ａ以下である。一方、従来の装置で形成したＭＯ
ＳＦＥＴ型ＴＦＴは、ゲート電圧が０Ｖでも１×１０-7
Ａ以上の電流が流れている。本実施例の装置で形成した
ＭＯＳＦＥＴ型ＴＦＴでは、ゲート酸化膜／多結晶シリ
コン界面のダングリングボンドが水素で終端され、かつ
チャネルを形成する多結晶シリコンの粒界のダングリン
グボンドが水素で終端されるため、ドレイン電流を低減
できている。そのため、実施例１に係る装置で形成した
ＭＯＳＦＥＴ型ＴＦＴのサブスレシュホールド特性が向
上している。すなわち、実施例１に係るＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴは高い性能及び高い信頼性を示すことがわかっ
た。
ＴＦＴは、ゲート電圧が０Ｖの場合ドレイン電流１×１
０-13Ａ以下である。一方、従来の装置で形成したＭＯ
ＳＦＥＴ型ＴＦＴは、ゲート電圧が０Ｖでも１×１０-7
Ａ以上の電流が流れている。本実施例の装置で形成した
ＭＯＳＦＥＴ型ＴＦＴでは、ゲート酸化膜／多結晶シリ
コン界面のダングリングボンドが水素で終端され、かつ
チャネルを形成する多結晶シリコンの粒界のダングリン
グボンドが水素で終端されるため、ドレイン電流を低減
できている。そのため、実施例１に係る装置で形成した
ＭＯＳＦＥＴ型ＴＦＴのサブスレシュホールド特性が向
上している。すなわち、実施例１に係るＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴは高い性能及び高い信頼性を示すことがわかっ
た。
【００７５】なお、実施例２、実施例３に係る装置にお
いても図６、図７に示すと同様な結果が得られている。
いても図６、図７に示すと同様な結果が得られている。
【００７６】なお、本発明の半導体装置における絶縁膜
は、膜を形成した後の工程であれば、いずれの工程で処
理したものであって有効である。例えば、パッシベーシ
ョン層３５を形成した後にシンタリング処理を行ったも
のであっても有効である。特に、酸化膜を形成した後、
微細パターンを形成するためにシリコン基板は電子ビー
ムおよびプラズマに曝された場合、酸化膜あるいは酸化
膜／シリコン界面が損傷を受けて、中性トラップが生成
される。従来のシンタリング法で処理すると中性トラッ
プが消滅しないが、プラズマを伴わない水素活性種によ
るシンタリングを行ったものは、中性トラップが消滅
し、損傷が回復している。
は、膜を形成した後の工程であれば、いずれの工程で処
理したものであって有効である。例えば、パッシベーシ
ョン層３５を形成した後にシンタリング処理を行ったも
のであっても有効である。特に、酸化膜を形成した後、
微細パターンを形成するためにシリコン基板は電子ビー
ムおよびプラズマに曝された場合、酸化膜あるいは酸化
膜／シリコン界面が損傷を受けて、中性トラップが生成
される。従来のシンタリング法で処理すると中性トラッ
プが消滅しないが、プラズマを伴わない水素活性種によ
るシンタリングを行ったものは、中性トラップが消滅
し、損傷が回復している。
【００７７】これまで単結晶シリコン表面を主として対
象に取り上げて説明したが、本発明は単結晶シリコン表
面だけでなく、多結晶シリコン表面および非晶質シリコ
ン表面等いかなる結晶性シリコンにも適用できる。例え
ば、ＴＦＴトランジスタ製造において、酸化膜／多結晶
シリコン基板の場合、酸化膜中の中性トラップおよび酸
化膜／シリコン界面の界面準位は消滅しており、さらに
多結晶シリコン中の粒界の準位も消滅し、高信頼性かつ
高性能ＴＦＴトランジスタを実現できる。
象に取り上げて説明したが、本発明は単結晶シリコン表
面だけでなく、多結晶シリコン表面および非晶質シリコ
ン表面等いかなる結晶性シリコンにも適用できる。例え
ば、ＴＦＴトランジスタ製造において、酸化膜／多結晶
シリコン基板の場合、酸化膜中の中性トラップおよび酸
化膜／シリコン界面の界面準位は消滅しており、さらに
多結晶シリコン中の粒界の準位も消滅し、高信頼性かつ
高性能ＴＦＴトランジスタを実現できる。
【００７８】また、半導体装置の一部にニッケルまたは
ニッケル合金を有する半導体装置の製造において、ニッ
ケルまたはニッケル合金を有する基板を３００℃以上の
温度に加熱させて水素ガスまたは水素ガスと不活性ガス
の混合ガスを接触させることにより、本発明の方法と同
様な効果を実現することができる。例えば、図１に示す
半導体装置の電極２９，３０，３１がニッケルまたはニ
ッケル合金である場合、ゲート酸化膜２５，２６を形成
後、従来のシンタリング法で３００℃以上の温度に加熱
することにより、酸化膜中のトラップおよび酸化膜／シ
リコン界面の界面準位を消滅させ、信顕性に優れた半導
体装置を実現できる。
ニッケル合金を有する半導体装置の製造において、ニッ
ケルまたはニッケル合金を有する基板を３００℃以上の
温度に加熱させて水素ガスまたは水素ガスと不活性ガス
の混合ガスを接触させることにより、本発明の方法と同
様な効果を実現することができる。例えば、図１に示す
半導体装置の電極２９，３０，３１がニッケルまたはニ
ッケル合金である場合、ゲート酸化膜２５，２６を形成
後、従来のシンタリング法で３００℃以上の温度に加熱
することにより、酸化膜中のトラップおよび酸化膜／シ
リコン界面の界面準位を消滅させ、信顕性に優れた半導
体装置を実現できる。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、信頼性が高く、超微細
化された半導体装置を実現することができる。
化された半導体装置を実現することができる。
【図１】本発明の実施例に係る半導体装置の断面構造図
である。
である。
【図２】本発明の半導体装置の製造行程を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】実施例１において用いた熱処理装置の概略構成
図である。
図である。
【図４】実施例２において用いたる熱処理装置の概略構
成図である。
成図である。
【図５】実施例３において用いた熱処理装置の概略構成
図である
図である
【図６】実施例１において形成したＭＯＳＦＥＴと従来
の技術で形成したＭＯＳＦＥＴのホットエレクトロン耐
性を示すグラフである。
の技術で形成したＭＯＳＦＥＴのホットエレクトロン耐
性を示すグラフである。
【図７】実施例１において形成したＭＯＳＦＥＴ型ＴＦ
Ｔトランジスタと従来の技術で形成したＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴトランジスタのサブスレシュホールド特性を示す
グラフである。
Ｔトランジスタと従来の技術で形成したＭＯＳＦＥＴ型
ＴＦＴトランジスタのサブスレシュホールド特性を示す
グラフである。
１１ 基板表面の電極、１２ ｐ+基板、１３
ｎ+埋め込み領域、１４ 高抵抗領域、１５
高抵抗率ｎ-領域、１６ 絶縁分離領域、１
７，１８ ｎ+領域、１９，２０ ｐ+領域、２１，２
２，２３，２４ 金属シリサイド、２５．２６ シリコ
ン酸化膜（ゲート絶縁膜）、２７，２８ ゲート電極、
２９，３０，３１ 金属電極、３２，３３，３４ 金属
フッ化物（ＡｌＦ3）、３５ ＰＳＧ膜、窒化
膜、３０１ 炉心管、３０２ ガス導入管、３
０２ａ 分岐管、３０２ｂ 分岐管、３０２ｃ
混合部、３０４ 炉心管加熱手段（加熱源）、３０
５ シリコン基板（被処理物）、３０６ サセ
プタ、３０７ バルブ、３０９ ガス導入管を
加熱するための加熱手段（加熱源）。
ｎ+埋め込み領域、１４ 高抵抗領域、１５
高抵抗率ｎ-領域、１６ 絶縁分離領域、１
７，１８ ｎ+領域、１９，２０ ｐ+領域、２１，２
２，２３，２４ 金属シリサイド、２５．２６ シリコ
ン酸化膜（ゲート絶縁膜）、２７，２８ ゲート電極、
２９，３０，３１ 金属電極、３２，３３，３４ 金属
フッ化物（ＡｌＦ3）、３５ ＰＳＧ膜、窒化
膜、３０１ 炉心管、３０２ ガス導入管、３
０２ａ 分岐管、３０２ｂ 分岐管、３０２ｃ
混合部、３０４ 炉心管加熱手段（加熱源）、３０
５ シリコン基板（被処理物）、３０６ サセ
プタ、３０７ バルブ、３０９ ガス導入管を
加熱するための加熱手段（加熱源）。
Claims (21)
- 【請求項１】 絶縁膜／半導体界面を有する半導体装置
の製造方法において、該絶縁膜に、プラズマを伴わない
水素活性種を接触させてシンタリングを行うことにより
前記絶縁膜／半導体界面のダングリングボンドを終端す
ることを特徴とする半導体の製造方法。 - 【請求項２】 前記プラズマを伴わない水素活性種は、
３００℃以上の温度に加熱したニッケルまたはニッケル
を含む材料に、水素ガスまたは水素ガスを含むガスを接
触させて生成させることを特徴とする請求項１記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記水素ガスを含むガスは水素と不活性
ガスの混合ガスである請求項２に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項４】 前記不活性ガスは窒素もしくはアルゴン
またはこれらの混合ガスである請求項３に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記絶縁膜を２０〜１２００℃の温度で
加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
れか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記絶縁膜を２０〜６００℃の温度で加
熱することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項７】 前記絶縁膜を２０〜４５０℃の温度で加
熱することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項８】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜であること
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記シリコン酸化膜は熱酸化シリコン酸
化膜もしくは堆積シリコン酸化膜またはこれらの窒化処
理された膜である請求項８に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１０】 前記半導体は、シリコンウエハまたは
絶縁基体もしくはシリコンウエハ上に形成されたシリコ
ン層であることを特徴とする請求項１ないし請求項９の
いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記シリコン層はアモルファスシリコ
ン層、多結晶シリコン層または単結晶シリコン層である
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１２】 半導体装置の配線部をニッケルまたは
ニッケル合金により形成し、水素ガスまたは水素ガスを
含むガスを該配線部に接触させることにより水素活性種
を生成せしめることを特徴とする請求項２記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１３】 絶縁膜／半導体界面を有する半導体装
置において、プラズマを伴わない水素活性種によるシン
タリング処理により前記絶縁膜／半導体界面のダングリ
ングボンドが終端されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項１４】 前記水素活性種は、水素ガスまたは水
素ガスを含むガスを、３００℃以上の温度に加熱したニ
ッケルまたはニッケルを含む材料に接触さしめて生成さ
せたものであることを特徴とする請求項１３記載の半導
体装置。 - 【請求項１５】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
該シリコン酸化膜は、ＭＯＳのゲート絶縁膜であること
を特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の半導
体装置。 - 【請求項１６】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
該シリコン酸化膜は、ＭＯＳの層間絶縁膜であることを
特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の半導体
装置。 - 【請求項１７】 前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
該シリコン酸化膜は、ＭＯＳのゲート電極とソースまた
はドレイン電極の間を絶縁分離する絶縁膜であることを
特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の半導体
装置。 - 【請求項１８】 半導体装置における半導体はシリコン
ウエハまたは絶縁基体もしくはシリコンウエハ上に形成
されたシリコン層であることを特徴とする請求項１３乃
至１７のいずれか１項記載の半導体装置。 - 【請求項１９】 前記シリコン酸化膜と、シリコンウエ
ハ又はシリコン層との界面準位密度が２×１０９ｃｍ
−２ｅＶ−１以下であることを特徴とする請求項請求項
１８に記載の半導体装置。 - 【請求項２０】 前記シリコン酸化膜は、熱酸化シリコ
ン酸化膜もしくは堆積シリコン酸化膜またはこれらの窒
化処理された膜であることを特徴とする請求項１３乃至
請求項１９のいずれか１項に記載の半導体装置。 - 【請求項２１】 前記シリコン層はアモルファスシリコ
ン層、多結晶シリコン層または単結晶シリコン層である
ことを特徴とする請求項１８記載の半導体装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33426391A JP3535876B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 半導体装置及びその製造方法 |
| PCT/JP1992/001534 WO1993010556A1 (fr) | 1991-11-22 | 1992-11-24 | Appareil pour former un film d'oxyde, appareil de traitement a chaud, dispositif a semi-conducteur et procede de fabrication associe |
| EP19920924004 EP0614216A4 (en) | 1991-11-22 | 1992-11-24 | APPARATUS FOR FORMING AN OXIDE FILM, HOT PROCESSING APPARATUS, SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33426391A JP3535876B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 半導体装置及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001192077A Division JP2002100633A (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | 熱処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120206A JPH06120206A (ja) | 1994-04-28 |
| JP3535876B2 true JP3535876B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=18275392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33426391A Expired - Lifetime JP3535876B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3535876B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9559141B2 (en) | 2014-08-26 | 2017-01-31 | Renesas Electronics Corporation | Manufacturing method of using hydrogen plasma processing on a semiconductor wafer |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3376258B2 (ja) | 1996-11-28 | 2003-02-10 | キヤノン株式会社 | 陽極化成装置及びそれに関連する装置及び方法 |
| TWI227530B (en) | 1997-03-05 | 2005-02-01 | Hitachi Ltd | Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device |
| US7053459B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-05-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor integrated circuit device and process for producing the same |
| WO2002073696A1 (en) | 2001-03-12 | 2002-09-19 | Hitachi, Ltd. | Process for producing semiconductor integrated circuit device |
| JP2012019093A (ja) * | 2010-07-08 | 2012-01-26 | Sharp Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP33426391A patent/JP3535876B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9559141B2 (en) | 2014-08-26 | 2017-01-31 | Renesas Electronics Corporation | Manufacturing method of using hydrogen plasma processing on a semiconductor wafer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06120206A (ja) | 1994-04-28 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040114 |
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