JP4254430B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、ＭＯＳトランジスタを備えた半導体装置においてチャネル部界面の水素終端によるダメージの回復が容易な半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置におけるデザインルールの微細化にともない、テクノロジーノードが６５ｎｍを下回るデバイスにおいては、トランジスタの信頼性を確保することがますます困難となっている。特に高集積化が進展した半導体装置においては、デバイスインテグレーションにおいてさまざまなプロセスを通過することにより、チャネル近傍のシリコンにダメージが加わり、閾値電圧の変動やリーク電流(Ioff)の増大が引き起こされる。このため、半導体装置の製造においては、最終工程において水素アニール処理を行うことにより、製造工程において発生したチャネル近傍のシリコンダングリングボンド（不対結合手）を水素終端し、チャネル部におけるシリコンのダメージ回復処理を行っている。

また、トランジスタを覆う状態で水素を含有する層間絶縁膜を設け、この層間絶縁膜上に表面保護膜を形成した後に熱処理を行うことで、層間絶縁膜中の水素をチャネル部に拡散させて上述したダメージ回復処理を行う方法も提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２０００−２５２２７７号公報（特に図２および００３４〜００３６）

しかしながら、半導体装置の高集積化により、基板上に形成される配線層は多層化する傾向にあるものの、各配線層膜厚の薄膜化は小さいため、高集積化が進むことによりトータルの層間絶縁膜の膜厚は増加する傾向にある。また、銅（Ｃｕ）を配線に使用した場合には、水素が通りにくい窒化シリコン膜などからなるエッチングストッパ層や拡散防止膜が層間絶縁膜の一部に使用される。このため、最終工程で水素アニール処理を実施する方法では、トランジスタのチャネル近傍まで水素を到達させることが難しくなり、チャネル部のダメージを回復することが困難になってきている。

また、トランジスタを覆う状態で水素を含有する層間絶縁膜を設ける方法では、窒化シリコン膜のような水素を透過しない膜よりも下方に、水素を含有する層間絶縁膜を設けることで、シリコン基板に対して効果的に水素を拡散させることが可能である。しかしながら、多層化が進んだ半導体装置の製造においては、初期の段階で層間絶縁膜を設けることにより、例えばコンタクトプラグ形成際の高温プロセスなどで、層間絶縁膜から水素が抜けてしまい、最終工程での熱処理において水素を十分に供給することができなくなる。したがって、チャネル部のダメージを効果的に回復することは困難である。

そこで本発明は、多層化が進んだ半導体装置においても、層構造によらずに半導体基板部分に効果的に水素を供給することが可能で、トランジスタのチャネル近傍のダメージを効果的に回復させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、次の工程を行うことを特徴としている。先ず、絶縁性の素子分離領域で分離された半導体基板の表面領域にトランジスタを形成する。次いで、トランジスタが設けられた半導体基板上に、層間絶縁膜を形成すると共に、前記層間絶縁膜における接続孔に前記トランジスタに接続されたプラグを形成し、前記層間絶縁膜における配線溝に前記プラグに接続される配線をパターン形成する。その後、層間絶縁膜に前記素子分離領域に達する孔を形成し、次いで前記孔内に水素含有材料からなる水素含有絶縁膜を埋め込んで水素供給路を形成する。前記水素供給路が形成された層間絶縁膜上にカバー膜を形成した状態で、熱処理を行うことにより水素供給路から素子分離領域を介して半導体基板に水素を供給する。

このような製造方法では、素子分離領域に達する水素供給路を設けた層間絶縁膜を半導体基板上に形成して熱処理を行うことにより、層間絶縁膜の層構造に依存することなく、つまり層間絶縁膜が、積層構造からなる厚膜であっても、また水素の拡散を防止するバリア膜が層間絶縁膜内に用いられていたとしても、水素供給路および素子分離領域を介して、確実に半導体基板に水素が供給される。またこの場合、素子分離領域部分から半導体基板に水素が供給されるため、半導体基板の内部のより深い位置からチャネル部に対して水素の供給が効率的に行われる。

また、本発明は、上述した製造方法によって得られる半導体装置でもあり、素子分離領域で分離された半導体基板の表面領域にトランジスタが設けられ、このトランジスタが設けられた半導体基板上が層間絶縁膜で覆われている。そして特に、層間絶縁膜には、素子分離領域に達する水素供給路が設けられていることを特徴としている。

このような構成の半導体装置では、例えば、熱処理を行うことにより、層間絶縁膜に設けた水素供給路から素子分離領域を介して半導体基板に水素が供給される。したがって、層間絶縁膜の膜構成によらず、水素供給によってトランジスタが形成された半導体基板のダメージ回復がなされる。

以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、層間絶縁膜の層構造に依存することなく確実に、トランジスタが設けられた半導体基板の表面層に水素を供給することが可能になり、製造工程において発生したチャネル部のプロセスダメージを効果的に回復させた特性の良好なトランジスタを得ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態においては、埋め込み配線プロセスによって銅（Ｃｕ）配線を形成する半導体装置の製造に本発明を適用した実施形態を、製造方法、この製造方法によって形成された半導体装置の構成の順に説明する。

＜第１実施形態＞
図１、図２は第１実施形態を示す断面工程図であり、以下これらの図に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。

先ず、図１（ａ）に示すように、半導体基板としてＳＯＩ基板１を用意する。このＳＯＩ基板１は、表面側の所定深さ部分に、酸化膜層３として５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜（いわゆるＢＯＸ：buried oxide層)が形成されていることとする。そして、このようなＳＯＩ基板１の表面側に、トレンチ内に酸化シリコンを埋め込んだＳＴＩ（shallow trench isolation）からなる素子分離領域５を、酸化膜層３に達する状態で形成し、ＳＯＩ基板１の表面側を分離する。

次いで、素子分離領域５で分離されたＳＯＩ基板１の表面部分に、ＭＯＳトランジスタ７を形成する。このＭＯＳトランジスタ７は、例えばＬＤＤ構造で形成されたＭＯＳトランジスタであり、ＳＯＩ基板１にゲート酸化膜９を介して２層構造で形成されたゲート電極１１を有している。また、ゲート電極１１の側壁には、絶縁性のサイドウォー１３が設けられ、さらにゲート電極１１の両脇におけるＳＯＩ基板１の表面層には、ＬＤＤを有するソース・ドレイン１５が形成されている。尚、ゲート電極１１は、例えばポリシリコンやシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を用いて構成された層上に、コバルトやニッケルなどの金属とシリコンとのシリサイド層を積層してなる２層構造で構成される。

そして、以上のような素子分離領域５とＭＯＳトランジスタ７とが形成されたＳＯＩ基板１上に、窒化シリコンからなるエッチングストッパ層１７を形成し、さらにこのエッチングストッパ層１７上に、例えばＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧなどの酸化シリコンからなる層間絶縁膜１９を形成する。尚、このエッチングストッパ層１７は、窒化シリコンで形成されることにより、水素の透過を防止するバリア膜ともなる。

次に、層間絶縁膜１９およびエッチングストッパ層１７に、ＭＯＳトランジスタ７のソース・ドレイン１５に達する接続孔２１を形成する。そして、接続孔２１の底面に露出するソース・ドレイン１５の表面層をコバルトやニッケルなどとの反応によってシリサイド化して低抵抗化させ、さらに接続孔２１の内壁をＴｉＮ等のバリアメタル層２３で覆う。しかる後、このバリアメタル層２３介して接続孔２１内に、タングステン（Ｗ）等からなるプラグ２５を埋込形成する。

以上までの工程は、通常の半導体装置の製造手順に従って行われる。そして、次の工程からが、本第１実施形態に特有の工程となる。

先ず、図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１９およびエッチングストッパ層１７を層間絶縁膜２６とし、この層間絶縁膜２６に、素子分離領域５に達する孔２７を形成する。この孔２７の形成は、フォトリソグラフィー技術によるレジストパターンの形成と、このレジストパターンをマスクにした層間絶縁膜１９およびエッチングストッパ層１７のエッチングによって行われる。

続いて図１（ｃ）に示すように、孔２７内を埋め込むように、絶縁性の水素含有材料からなる水素含有絶縁膜２９を層間絶縁膜２６上に形成する。これにより、層間絶縁膜２６上に水素含有絶縁膜２９を形成すると共に、素子分離領域５に達する孔２７内に水素含有絶縁膜２９を埋め込んでなる水素供給路Ａを形成する。またこれにより、層間絶縁膜２６上の水素含有絶縁膜２９と一体化した水素供給路Ａが形成される。

このような水素含有絶縁膜２９および水素供給路Ａを形成する際には、層間絶縁膜２６上における水素含有絶縁膜２９の膜厚が５０ｎｍ〜５００ｎｍとなるように成膜を行うこととする。そして、例えば、水素含有材料としてＨＳＱ（ハイドロシルセスキオキサン）を用いる場合には、塗布によって孔２７内を埋め込む状態で水素含有絶縁膜２９の形成を行う。また、孔２７の開口率が大きい場合には、２度塗りを行っても良く、また一度塗布してエッチバックして孔２７内のみに水素含有材料（ＨＳＱ）を埋め込み、再度塗布することにより層間絶縁膜２６上における水素含有絶縁膜２９の膜厚を調整しても良い。

尚、水素含有材料は、ＨＳＱに限定されることはなく、水素を含有する絶縁膜ならば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化炭化シリコン膜、有機膜を用いることができる。また、ＣＶＤ法によって形成される材料膜であるならば、成膜ガスとしてＳｉＨ₄系ガス、Ｈ₂ガス、ＣＨＦ系ガス等の水素を含有するガスを使用し、その流量を調整することにより水素を多く有量する水素含有絶縁膜２９を形成する。ただし、以降に行う銅配線の形成を考慮した場合、水素含有絶縁膜２９は、低誘電率材料で構成されることが好ましい。

次に、図２（ｄ）に示すように、水素含有絶縁膜２９上に、エッチングストッパ層３１として、窒化シリコン膜や炭化シリコン膜を５ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で形成し、さらに、ＨＳＱ、ＳｉＯＣ膜、カーボン膜等の低誘電率膜３３を２００ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で成膜する。尚、低誘電率膜３３に換えて、酸化シリコン膜からなる絶縁膜を形成しても良い。

その後、図２（ｅ）に示すように、低誘電率膜３３、エッチングストッパ層３１、および水素含有絶縁膜２９にプラグ２５に達する接続孔３５を形成する。次いで、低誘電率膜３３に、接続孔３５の形成部分を包含するように配線溝３７を形成し、配線溝３７の底部に接続孔３５が形成されたデュアルダマシン形状を形成する。この際、エッチングストッパ層３１で低誘電率膜３３のエッチングをストップさせる。

次いで、図２（ｆ）に示すように、配線溝３７および接続孔３５の内壁をバリアメタル３９で覆い、このバリアメタル３９を介して接続孔３５内に銅配線４１を埋込形成する。その後、銅配線４１を覆う状態で、銅の拡散を防止する機能も備えた窒化シリコンからなるエッチングストッパ層４３を形成する。また、ここでの図示は省略したが、さらに必要に応じて成膜工程およびパターニング工程等を行い、最終的には、例えばＳｉＯＮなどからなるカバー膜を形成する。

以上の後、熱処理を行うことにより、水素含有絶縁膜２９中の水素Ｈを、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行う。これにより、ＳＯＩ基板１の表面側に形成されたトランジスタ７のチャネル部ａにおけるシリコンのダングリングボンドを水素終端させ、プロセス中に生じたダメージを回復させて半導体装置４５を完成させる。

以上により形成された半導体装置４５は、トランジスタ７が設けられたＳＯＩ基板１を覆う層間絶縁膜２６に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａが設けられたものとなる。また、水素供給路Ａは、孔２５内に水素含有材料を埋め込んでなるもので、かつ層間絶縁膜２６上に形成された水素含有絶縁膜２９に達して設けられたものとなる。さらに、水素供給路Ａは、素子分離領域５を介してＳＯＩ基板１の深さ方向に設けられた酸化膜層３に達して設けられたものとなる。

そして、このような半導体装置の製造方法によれば、図２（ｆ）を用いて説明したように、ＳＯＩ基板１上を覆う層間絶縁膜２６に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａを形成し、さらに層間絶縁膜２６上に水素供給路Ａに達する水素含有絶縁膜２９を形成した状態で熱処理を行うことにより、水素含有絶縁膜２９中の水素を、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行っている。このため、水素含有絶縁膜２９の下層における層間絶縁膜２６の構造によらずに、ＳＯＩ基板１の深さ方向に設けられた酸化膜層３からトランジスタ７のチャネル部ａに対して水素の供給を行うことが可能になる。つまり、ＳＯＩ基板１上には、水素の透過を防止するバリア層となる窒化シリコンのエッチングストッパ層１７が設けられているが、このようなバリア層が存在していても、ＳＯＩ基板１内に確実に水素を供給することが可能になるのである。しかも、ＳＯＩ基板１の表面側に形成された素子分離領域５および酸化膜層３を介しての水素供給であるため、ＳＯＩ基板１の内側から水素が供給される。

この結果、チャネル部ａに対して、より効率的に水素供給がなされ、製造工程において発生したチャネル部のプロセスダメージを効果的に回復させた特性の良好なトランジスタを得ることが可能になる。

また特に、ＳＯＩ基板１の表面層への水素供給は、トランジスタ７の下方全体にわたって配置されている酸化膜層３から水素Ｈが供給されることにより、チャネル部ａの全体対してより効率良く均一に水素を供給することが可能であり、より効率良く上記効果を得ることができる。

さらに、プロセス温度の高いシリサイドプロセス等を有するプラグ２５の形成の後に、水素含有絶縁膜２９および水素供給路Ａの形成を行っている。このため、水素化処理を行う前に、水素含有絶縁膜２９および水素供給路Ａから水素が脱離することを防止できる。したがって、水素化処理の際には、水素含有絶縁膜２９および水素供給路Ａから十分に水素を供給することが可能である。

しかも、水素含有絶縁膜２９および水素供給路ＡをＨＳＱ等の酸化シリコン系材料で形成した場合、これらに含有された水素、さらに酸化シリコンからなる素子分離領域５および酸化膜層３に含有された水素は、４００℃以下の低温においても脱離する。このためより低温での水素化処理（チャネル部ａへの水素供給）が可能となる。これにより、水素化処理の際に既に形成されている銅配線４１の不良等の発生を防ぐことも可能である。

そして、素子分離領域５および酸化膜層３から水素が供給されることにより、チャネル部ａに対してある程度の距離を保った位置から水素の供給がなされ、チャネル部ａに対する水素の供給過剰が防止され、チャネル部−ゲート絶縁膜間における界面準位を低く保つこともできる。

図３には、ＭＯＳトランジスタにおけるゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を示す。上述したように、チャネル部ａに対する水素の供給過剰を防止してチャネル部の界面準位を低く保つことにより、図３のグラフに示すように、ゲート電圧（Ｖｇ）が低い領域においてドレイン電流（Ｉｄ）を十分に低く抑えることができる。そして、ドレイン電流（Ｉｄ）のリーク（ｏｆｆリーク）を抑えることが可能である。これに対して、チャネル部ａに対して水素が供給過剰された場合、図３中の破線に示すように、ゲート電圧（Ｖｇ）が低い領域においてドレイン電流（Ｉｄ）が低下し難くなり、ドレイン電流（Ｉｄ）のリーク（ｏｆｆリーク）が増加すると言った問題が生じるのである。

尚、本第１実施形態においては、ＳＯＩ基板１の表面側にＭＯＳトランジスタ７を形成した構成の半導体装置４５の製造を説明した。しかしながら、本発明は、図４に示すように、シリコン基板などの、いわゆるバルクとしての半導体基板１’の表面側にＭＯＳトランジスタ７を形成した構成の半導体装置の製造方法にも適用可能であり、同様の手順が行われる。ただしこの場合、半導体基板１’中には、ＳＯＩ基板（１）における酸化膜層（３）に相当する層はない。このため、第１実施形態において図２（ｆ）を用いて説明した水素化処理の工程では、水素含有絶縁膜２９から素子分離領域５を介して半導体基板１’の内側からチャネル部ａに水素Ｈを拡散させることが可能である。

＜第２実施形態＞
図５、図６は第２実施形態を示す断面工程図であり、以下これらの図に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。

先ず、図５（ａ）に示す工程を、第１実施形態において図１（ａ）を用いて説明したと同様に行い、ＳＯＩ基板１の表面側に素子分離領域５、トランジスタ７、層間絶縁膜１９、およびプラグ２５を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１９上に、窒化シリコンからなるエッチングストッパ層５１を形成し、さらに低誘電率膜５３（酸化シリコン膜でも良い）を形成する。そして、これらの低誘電率膜５３およびエッチングストッパ層５１に、プラグ２５の上面を露出させる配線溝５５を形成し、この配線溝５５内に、バリアメタル層５７を介して銅配線５９を埋め込み形成する。しかる後、銅配線５９を覆う状態で、低誘電率膜５３上に窒化シリコンからなるエッチングストッパ層６１を形成する。

そして、図５（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板１上に形成されたエッチングストッパ層６１よりも下層の絶縁膜を層間絶縁膜６２とし、この層間絶縁膜６２に素子分離領域５に達する孔６３を形成する。この孔６３の形成は、フォトリソグラフィー技術によるレジストパターンの形成と、このレジストパターンをマスクにした、層間絶縁膜６２のエッチングによって行われる。

その後、図６（ｄ）に示すように、孔６３内を埋め込むように、絶縁性の水素含有材料からなる水素含有絶縁膜６５を層間絶縁膜６２上に形成する。この水素含有絶縁膜６５の形成は、第１実施形態において図１（ｃ）を用いて説明したと同様に行う。次いで、水素含有絶縁膜６５上にＳｉＯＮなどからなるカバー膜６７を形成する。

この状態で、図６（ｅ）に示すように、熱処理を行うことにより、水素含有絶縁膜６５中の水素を、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行う。これにより、ＳＯＩ基板１の表面側に形成されたトランジスタ７のチャネル部ａにおけるシリコンのダングリングボンドを水素終端させ、プロセス中に生じたダメージを回復させて半導体装置６９を完成させる。

以上により形成された半導体装置６９は、トランジスタ７が形成されたＳＯＩ基板１を覆う層間絶縁膜６２に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａが設けられたものとなる。また、水素供給路Ａは、孔６３内に水素含有材料を埋め込んでなるもので、かつ層間絶縁膜６２上に形成された水素含有絶縁膜６５に達して設けられたものとなる。さらに、水素供給路Ａは、素子分離領域５を介してＳＯＩ基板１の深さ方向に設けられた酸化膜層３に達して設けられたものとなる。

このような第２実施形態の製造方法であっても、図６（ｅ）を用いて説明したように、ＳＯＩ基板１上を覆う層間絶縁膜６２に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａを形成し、さらに層間絶縁膜６２上に水素供給路Ａに達する水素含有絶縁膜６５を形成した状態で熱処理を行うことにより、水素含有絶縁膜６５中の水素Ｈを、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行っている。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

そして特に、本第２実施形態においては、カバー膜６７を形成する工程の直前、すなわち、最終工程の直前に水素含有絶縁膜６５および水素供給路Ａの形成を行っている。このため、その後の水素化処理までの工程で、水素含有絶縁膜６５および水素供給路Ａから水素が脱離することが防止される。したがって、水素化処理の工程では、十分に水素が含有された水素含有絶縁膜６５および水素供給路Ａから、ＳＯＩ基板１の表面層に水素を供給することが可能であり、ダメージの回復力（水素ターミネイト力）を維持することが可能である。

また、本第２実施形態も、第１実施形態と同様にシリコン基板などの、いわゆるバルクとしての半導体基板の表面側にＭＯＳトランジスタ７を形成した構成の半導体装置の製造方法にも適用可能であり、同様の手順が行われる。

＜第３実施形態＞
図７は第３実施形態を示す断面工程図であり、以下これらの図に基づいて本発明の第３実施形態を説明する。

本第３実施形態は、第２実施形態で説明した半導体装置の製造方法において、さらに配線構造を多層化した半導体装置を製造する場合の実施形態である。

先ず、図７（ａ）に示す工程までを、第２実施形態において図５（ｂ）を用いて説明したと同様に行い、銅配線５９を覆うエッチングストッパ層６１を形成する。

その後、図７（ｂ）に示すように、エッチングストッパ層６１上に、低誘電率膜７１、エッチングストッパ層６１ａ、および低誘電率膜７１ａをこの順に形成し、これらの膜に銅配線（第１銅配線５９）に達する接続孔および配線溝からなるデュアルダマシン構造の溝７３ａを形成して第２銅配線７５ａを形成する。これらの溝７３ａおよび第２銅配線７５ａの形成は、図２（ｆ）を用いて説明した銅配線（４１）の形成と同様に行う。

また、必要に応じて、さらに低誘電率膜７１ａ上において同様の工程を行うことにより、さらに第３銅配線７５ｂおよびさらに上層の銅配線を形成した後、最上層の銅配線（例えば第３銅配線７５ｂ）を覆う状態で低誘電率膜上にエッチングストッパ層７７を形成する。そして、このエッチングストッパ層７７および下層の膜を層間絶縁膜７８とし、この層間絶縁膜７８に素子分離領域５に達する孔７９を形成する。次いで、孔７９内を埋め込むように絶縁性の水素含有材料からなる水素含有絶縁膜８１を、層間絶縁膜７８上に形成する。この水素含有絶縁膜８１の形成は、第１実施形態において図１（ｃ）を用いて説明したと同様に行う。次いで、水素含有絶縁膜８１上にＳｉＯＮなどからなるカバー膜８３を形成する。

この状態で熱処理を行うことにより、水素含有絶縁膜８１中の水素Ｈを、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行う。これにより、ＳＯＩ基板１の表面側に形成されたトランジスタ７のチャネル部ａにおけるシリコンのダングリングボンドを水素終端させ、プロセス中に生じたダメージを回復させて半導体装置８５を完成させる。

以上により形成された半導体装置８５は、トランジスタ７が形成されたＳＯＩ基板１を覆う層間絶縁膜７８に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａが設けられたものとなる。また、水素供給路Ａは、孔７９内に水素含有材料を埋め込んでなるもので、かつ層間絶縁膜７８上に形成された水素含有絶縁膜６５に達して設けられたものとなる。さらに、水素供給路Ａは、素子分離領域５を介してＳＯＩ基板１の深さ方向に設けられた酸化膜層３に達して設けられたものとなる。

このような第３実施形態の製造方法であっても、ＳＯＩ基板１上を覆う層間絶縁膜７８に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａを形成し、さらに層間絶縁膜７８上に水素供給路Ａに達する水素含有絶縁膜８１を形成した状態で熱処理を行うことにより、水素含有絶縁膜８１中の水素Ｈを、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行っている。したがって、特に、多層化した銅配線５９，７５ａ，７５ｂを形成することにより、バリア層となる窒化シリコンのエッチングストッパ層６１，６１ａ，…が積層された場合であっても、これらのエッチングストッパ層６１，６１ａ，…を含む層間絶縁膜７８に水素供給路Ａ設けているため、層間絶縁膜７８の膜構成によらずに第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また特に、水素含有絶縁膜８１および水素供給路ＡをＨＳＱ等の酸化シリコン系材料で形成することにより、第１実施形態において説明したように低温での水素化処理が可能であるため、これらの銅配線５９，７５ａ，７５ｂの全てにダメージを与えることなく、上記効果を得ることが可能である。

また、本第３実施形態も、第１実施形態と同様にシリコン基板などの、いわゆるバルクとしての半導体基板の表面側にＭＯＳトランジスタ７を形成した構成の半導体装置の製造方法にも適用可能であり、同様の手順が行われる。

＜第４実施形態＞
図８は第４実施形態を示す断面工程図であり、以下これらの図に基づいて本発明の第４実施形態を説明する。

本第４実施形態が他の実施形態と異なるところは、水素供給路に連通する水素含有絶縁膜を形成しない点にあり、次のような手順を行う。

先ず、図８（ａ）に示すように、第２実施形態において図５（ｂ）を用いて説明したと同様に行い、銅配線５９を覆うエッチングストッパ層６１を形成する。

その後、図８（ｂ）に示すように、エッチングストッパ層６１上に絶縁膜９１を形成し、この絶縁膜９１およびこれよりも下層の膜を層間絶縁膜９２とし、この層間絶縁膜９２に素子分離領域５に達する孔９３を形成する。次いで、孔９３内に絶縁性の水素含有材料を埋め込み、素子分離領域５に達する水素供給路Ａを形成する。この際、孔９３内を埋め込む状態で、層間絶縁膜９２上に水素含有絶縁膜を形成した後、孔９３内のみに水素含有絶縁膜を残すように層間絶縁膜９２上の水素含有絶縁膜を除去することにより、孔９３内に水素含有材料を埋め込んでなる水素供給路Ａを形成する。

この状態で、水素含有ガス雰囲気中での熱処理を行うことにより、水素含有雰囲気中の水素Ｈを、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行う。これにより、ＳＯＩ基板１の表面側に形成されたトランジスタ７のチャネル部ａにおけるシリコンのダングリングボンドを水素終端させ、プロセス中に生じたダメージを回復させて半導体装置９５を完成させる。

これにより得られた半導体装置９５は、トランジスタ７が形成されたＳＯＩ基板１を覆う層間絶縁膜９２に、素子分離領域５に達する水素供給路Ａが設けられたものとなる。また、水素供給路Ａは、孔６３内に水素含有材料を埋め込んでなり、素子分離領域５を介してＳＯＩ基板１の深さ方向に設けられた酸化膜層３に達して設けられたものとなる。

このような第４実施形態の製造方法であっても、図８（ｂ）を用いて説明したように、水素含有雰囲気中の水素Ｈを、水素供給路Ａ→酸化シリコンからなる素子分離領域５→酸化膜層３を介してＳＯＩ基板１の表面層に供給する水素化処理を行っている。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本第４実施形態も、第１実施形態と同様にシリコン基板などの、いわゆるバルクとしての半導体基板の表面側にＭＯＳトランジスタ７を形成した構成の半導体装置の製造方法にも適用可能であり、同様の手順が行われる。

尚、以上の第１実施形態から第４実施形態までは、層間絶縁膜に形成した孔内に水素含有材料を埋め込んでなる水素供給路Ａを設けた構成を説明した。しかしながら、本発明の水素供給路はこのような形態に限定されるものではない。例えば、層間絶縁膜が水素の透過を防止するバリア層と、水素を透過する材料層とからなる場合、素子分離領域上におけるバリア層部分に開口部を設けることにより、この開口を介して素子分離領域に水素が供給されるため、これを素子分離領域に達する水素供給路としても良い。

第１実施形態の製造手順を示す断面工程図（その１）である。 第１実施形態の製造手順を示す断面工程図（その２）である。 ＭＯＳトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示すグラフである。 第１実施形態の変形例を示す断面図である。 第２実施形態の製造手順を示す断面工程図（その１）である。 第３実施形態の製造手順を示す断面工程図（その２）である。 第４実施形態の製造手順を示す断面工程図である。 第５実施形態の製造手順を示す断面工程図である。

符号の説明

１…ＳＯＩ基板、１’…半導体基板、３…酸化膜層、５…素子分離領域、７…トランジスタ、１７，３１，４３，５１，６１，６１ａ，７７…エッチングストッパ膜（バリア膜）、２１…接続孔、２５…プラグ、２６，６２，７８、９２…層間絶縁膜、２７，６３，７９，９３…孔、２９，６３，８１…水素含有絶縁膜、４１，５９，７５ａ，７５ｂ…銅配線、４５，４５’，６９，８５，９５…半導体装置、Ａ…水素供給路、Ｈ…水素

Claims (4)

1. 絶縁性の素子分離領域で分離された半導体基板の表面領域にトランジスタを形成する工程と、
   前記トランジスタが形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成すると共に、前記層間絶縁膜における接続孔に前記トランジスタに接続されたプラグを形成し、前記層間絶縁膜における配線溝に前記プラグに接続される配線をパターン形成する工程と、
   前記配線を形成した後、前記層間絶縁膜に前記素子分離領域に達する孔を形成し、次いで前記孔内に水素含有材料からなる水素含有絶縁膜を埋め込んで水素供給路を形成する工程と、
   前記水素供給路が形成された層間絶縁膜上にカバー膜を形成した状態で、熱処理を行うことにより前記水素供給路から前記素子分離領域を介して前記半導体基板に水素を供給する工程とを有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記半導体基板の深さ方向には酸化膜層が設けられ、前記素子分離領域が前記酸化膜層に達しており、
   前記水素を供給する工程では、前記水素供給路から前記素子分離領域を介して前記酸化膜層に水素を供給し、前記酸化膜層から前記半導体基板の表面側に水素を供給する
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記孔内に水素含有材料からなる水素含有絶縁膜を埋め込む工程は、前記孔内を埋め込むように、水素含有材料からなる水素含有絶縁膜を前記層間絶縁膜上に形成する
   請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記層間絶縁膜を形成する工程では、水素の拡散を防止するバリア膜と他の膜とを積層形成する
   請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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