(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体デバイスを含む半導体基板と、
前記半導体デバイス上に延びるように前記半導体基板上に設けられた、重水素拡散に対する障壁として働く障壁層と、
前記障壁層を覆うように前記半導体基板上に設けられた絶縁材料層と、
前記絶縁材料層及び前記障壁層を貫通して前記半導体基板の表面にまで達する、重水素が導入された固体材料を含有するトレンチであって、前記重水素が導入された固体材料が、前記半導体デバイスへの重水素の供給源として働く上記トレンチとを含む半導体構造。
【請求項２】
前記障壁層が窒化ケイ素である請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
前記重水素が導入された固体材料が、重水素が導入された窒化ケイ素である請求項１に記載の半導体構造。
【請求項４】
前記重水素が導入された固体材料が、重水素が導入された金属である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項５】
前記重水素が導入された金属が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｙ、Ｅｕ、およびＡｇを含む群から選択された１つである、請求項４に記載の半導体構造。
【請求項６】
前記重水素が導入された固体材料が、重水素が導入された半導体である請求項１に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記重水素が導入された固体材料が、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファスカーボン、及び多結晶質カーボンを含む群から選択された１つである、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項８】
前記重水素が導入された固体材料が前記トレンチを充填している請求項１に記載の半導体構造。
【請求項９】
前記重水素が導入された固体材料が、前記トレンチの側壁面のみを覆い、前記トレンチには導電性材料が充填される、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１０】
前記デバイスがゲートを含み、前記トレンチが前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項１１】
オン・ボード型重水素貯蔵領域を有する半導体構造を製造する方法であって、
（ａ）半導体基板の表面に形成された少なくとも１つの半導体デバイス、該半導体デバイス及び前記半導体基板の表面を覆う障壁層、並びに該障壁層を覆う絶縁材料層を有する半導体構造を用意するステップと、
（ｂ）前記絶縁材料層及び前記障壁層を貫通して前記半導体基板の表面にまで達するトレンチを形成するステップと、
（ｃ）前記トレンチ内に、重水素が導入された固体材料を付着させることにより重水素貯蔵領域を形成するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記付着させるステップ（ｃ）が、前記トレンチ内に、前記重水素が導入された固体材料の層を形成することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記付着させるステップ（ｃ）が、前記トレンチの側壁表面に沿って、重水素が導入された材料の層を形成することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記付着させるステップ（ｃ）が、前記トレンチに前記重水素が導入された固体材料を充填することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記デバイスがゲートを含み、前記形成するステップ（ｂ）では前記トレンチが前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）前記半導体基板にゲートを有する半導体デバイスを形成するステップと、
（ｂ）前記半導体基板及び前記ゲートの上に、重水素の拡散に対する障壁層を形成するステップと、
（ｃ）前記半導体デバイスのゲートの下の半導体への重水素の拡散を可能にする進入パスを、前記障壁層を通って形成するステップと、
（ｄ）前記進入パスを通して前記半導体デバイスのゲートの下の半導体に重水素を拡散させる条件下、重水素を含有する環境内で、前記半導体基板を処理するステップと、
（ｅ）前記重水素拡散が終了した後、可動イオンが前記進入パスに沿って浸透するのを停止させる層を形成するステップとを含む、半導体デバイスのゲートの下の半導体を重水素でパッシベーションする方法。
【請求項１７】
前記進入パスが、前記半導体デバイスのゲートの下にまで延びる分離領域に接続しており、該分離領域が前記重水素を拡散できる材料で形成されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記分離領域は、シャロウ・トレンチ・アイソレーション領域である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記分離領域の材料は、リンまたはホウ素がドープされたガラスである請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記処理するステップ（ｄ）が、気体中またはプラズマ中でのアニールを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）半導体基板の１つの面に形成されゲートを有する少なくとも１つの半導体デバイス、該半導体デバイスのゲート及び前記半導体基板の１つの面を覆う障壁層、前記半導体基板の他の面から前記１つの面にまで設けられ重水素の拡散を可能にする材料で充填された重水素進入領域を有する半導体構造を用意するステップと、
（ｂ）前記重水素進入領域を通して前記半導体デバイスのゲートの下の半導体に重水素を拡散させる条件下、重水素を含有する環境内で、前記半導体構造を処理するステップと、
（ｃ）前記重水素拡散が終了した後、可動イオンが前記重水素進入領域に沿って浸透するのを停止させる層を前記半導体基板の他の面に形成するステップとを含む、半導体デバイスのゲートの下の半導体を重水素でパッシベーションする方法。
【請求項２２】
前記重水素の拡散を可能にする材料が、二酸化ケイ素、または、ホウ素またはリンがドープされたに酸化珪素である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記重水素の拡散を可能にする材料が、前記重水素が導入されたアモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム及びアモルファスカーボンを含む群から選択された１つである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記重水素進入領域が、前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、重水素によるパッシベーションを利用する半導体製造技法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造では、ますます小型化したデバイスを生産するようになってきた。デバイスの寸法が縮小するにつれ、ホットエレクトロンがデバイス性能を低下させる役割が増大している。このデバイス性能の低下は、ホットエレクトロンによってシリコン結晶格子から水素が引き離され、望ましくない界面状態が作り出されることが原因である。
【０００３】
デバイス性能の向上を図るため、いくつかのプロセスでは後段水素添加手順を使用するが、この手順では処理の終わり近くでデバイスに水素添加し、それによって水素原子を多結晶シリコン粒界およびＳｉ−ＳｉＯ２界面に導入／再導入する。いくつかの従来プロセスでは、完成したデバイスを４００℃に加熱し、さらにこのデバイスをプラズマと共に、またはプラズマなしで水素にさらすことによって、後段水素添加を実施する。これらのプロセスでは、水素がデバイス層内を拡散し、最終的に多結晶シリコンのゲート誘電体界面に到達してパッシベーションをもたらす。この手法に関する問題とは、不浸透性障壁によって水素添加ステップが極めて遅いか不可能であることであり、ある場合にはこのステップを行うのに基板１枚当たり１０時間以上もかかる。したがってデバイス性能の向上は、プロセス処理能力を低減させるという犠牲を払って実現される。さらに、水素アニールでは、一般に欠陥の１００％がパッシベーションされない。
【０００４】
Ｓｈｕｆｆｌｅｂｏｔｈａｍによる米国特許第５，７１１，９９８号には、電気デバイス内の多結晶シリコンに水素添加する方法が記載されており、この方法は、多結晶シリコン成分を有する基板を高周波誘導型低圧高密度プラズマ反応器内に配置するステップを含む。この方法は、少なくとも水素または重水素を含むガスをこの反応器内に導入することをさらに含む。多結晶シリコン成分の水素添加は、多結晶シリコン成分の水素添加が促進される条件下、ＲＦ誘導型低圧高密度プラズマ反応器内でプラズマを照射することによって実現される。
【０００５】
Ｗａｒｒｅｎによる米国特許第５，８３０，５７５号は、ケイ素−二酸化ケイ素−ケイ素の積層構造として構成された記憶装置を開示している。水素ガスを含有する雰囲気中で高温アニールを行っている間、露出している二酸化ケイ素層の縁部を通してこの構造にプロトンを横方向に導入する。
【０００６】
Ｏｓａｗａ他による米国特許第５，２５０，４４６号には、水素イオン、重水素イオン、分子状の水素および重水素を含む荷電粒子の混合物に半導体基板をさらすプロセスが記載されている。質量に差があることから、重水素イオンは水素イオンとは異なる深さで基板中に導入される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
重水素でパッシベーションを行うことによって、水素に比べ、ホットエレクトロンに対する抵抗力がより長い期間維持されるように改善される。重水素の励起寿命は水素よりも短く、したがって重水素の場合、励起中に２次電子による衝撃を受けかつシリコン結晶格子から逃れる機会は極めて少ない。しかし、ゲート酸化物／シリコンの界面に重水素を導入するために製造プロセスの初めに行った重水素アニールでは、所望の性能特性を提供することができない。これは、後続の処理ステップによって、重水素の濃度が低下する可能性があるからである。したがって、全ての処理が終了した後に、デバイス内に重水素を残存させることが可能なプロセスを提供することが有益と考えられる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一目的は、処理の終わりにかけてパッシベーションを容易に行うことができるような、半導体デバイスに接近して位置決めされた重水素進入パスを有する半導体基板を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、半導体デバイスに接近して位置決めされた重水素貯蔵領域を有する半導体基板を生産するための方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、最適な重水素濃度が得られるように、製造プロセスの終わりで行われるアニールの方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、半導体製造中に重水素でパッシベーションを行うため、半導体デバイスに重水素貯蔵領域の構造を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、障壁層内を通る進入パスを提供することであり、それによって、重水素がデバイスのゲート領域内に入り、次いでイオンで汚染されないようにその進入パスをキャップすることができるようにすることである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、重水素が拡散可能な材料で充填されたトレンチを半導体基板内に設け、裏側から裏面を研磨しまたは研削してトレンチの底部を露出させることにより、半導体ウェーハの裏面を通して重水素進入パスを提供することである。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、重水素貯蔵領域プラグが半導体構造内に形成され、これが、半導体構造内の半導体デバイスをパッシベーションするための重水素の供給源としての役割をする。半導体構造は、１つまたは複数の半導体デバイスが形成された基板を含む。基板全面に障壁層を付着させ、この障壁層を絶縁体材料で被覆する。障壁層は、その内部に重水素が拡散しない、または拡散しにくい材料から作製される。窒化ケイ素は適切な障壁材料の一例である。次いで絶縁体材料と障壁層の一部とをパターニングし、絶縁材料の表面から半導体デバイスまで延びる１つまたは複数のトレンチを作り出す。この実施形態の一態様では、少なくとも１つのトレンチに重水素が導入された材料が充填され、これが、デバイスをパッシベーションするための重水素貯蔵領域としての役割をする。別のトレンチには導電性材料を充填することができ、これらのトレンチは、障壁層内を延び、またはこの障壁層の上方に位置決めされた回路まで延びてもよい。好ましい実施形態では、トレンチに重水素が導入された窒化ケイ素を充填するが、重水素が導入された金属水素化物および重水素が導入された高融点金属を使用することができる（例えばタングステン、ケイ化タングステン、窒化タングステンなどの、ＣＶＤによるタングステンをベースとした材料；同様にＣＶＤによるタンタルまたはチタンをベースとした材料）。一般に、第４ｂ族および第５ｂ族の元素、またはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｙ（遷移金属）およびＥｕを含む合金（例えばＰｄＸＡｇ１−Ｘ）は水素化物を形成し、水素／重水素の溶解度が高い。さらに、重水素が導入されたアモルファスシリコン、アモルファスカーボンまたは多結晶カーボン、アモルファスＳｉＣ、アモルファスＳｉＧｅ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、リンまたはホウ素あるいはその両方がドープされたＳｉＯ２は、重水素貯蔵領域としての役目をすることができる。この実施形態の別の態様では、少なくとも１つのトレンチの内側が、重水素が導入された材料で覆われ、これがデバイスをパッシベーションするための重水素貯蔵領域の役割をする。次いで残りのトレンチには導電性材料を充填するが、この材料は、例えばタングステンや、内側をチタンで覆ったタングステン、内側をタンタルで覆った銅、内側をチタンで覆ったアルミニウム−銅などである。製造の終わりにかけて半導体構造を炉内に配置し、この構造の障壁層でブロックされていない区画に重水素貯蔵領域内の重水素を拡散させるのに十分な温度でアニールすることができる。適切なアニール温度は３００℃から８００℃の範囲であるべきで、４００℃が最適であり、アニール時間は一般に１分よりも長い（例えば約３０分）。この時間および温度は、半導体構造の特性に応じて異なる。
【００１５】
本発明の第２の実施形態によれば、ゲート誘電体に重水素を拡散させるため、障壁を通して１つまたは複数の進入パスを形成する。次いで進入パスをイオン障壁でキャップする。進入パスは、ウェーハの表面上の薄膜を通ることができ、または裏面からシリコンを通ることができる。後者のように、進入パスをウェーハの裏面からシリコン内に通すため、上面に半導体デバイスまたは回路あるいはその両方が形成された半導体基板に、シャロウ・トレンチ・アイソレーションなどの分離領域を形成する。分離領域の底部を露出させるため、半導体基板の裏面を研磨しまたは研削し、あるいはその両方を行い、あるいはこれと同等の処理にかけて、基板の一部を除去する。分離領域は、半導体基板に形成されたＳｉＯ２などの重水素拡散パスを通して半導体デバイスに隣接し、また接続されており、研磨または研削を行った後に重水素進入パスとしての役割をする。具体的には、研磨または研削の後に分離領域の底部が裏面から露出する。分離領域には、内部を重水素が拡散することができる材料が充填されるので、重水素ガスまたは重水素プラズマの存在下でアニールすることによって、重水素が分離領域の裏側を通って半導体基板の上部に形成された半導体デバイスまで拡散することが可能になる。レーザおよびマイクロ波も含め、光子を照射するなどの代替のメカニズムを使用して、進入パスを通した重水素の拡散を増強させることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面中、同様の要素は同様の数字で示す。
【００１７】
図１を参照すると、１つまたは複数の半導体デバイスが形成されている半導体基板１０が示されている。この基板はケイ素材料が好ましいが、その他の適切な材料でもよい。半導体デバイスの性質は、製造者のニーズに応じて変えることができ、図１では単なる例示としてＭＯＳトランジスタを示す。半導体基板１０およびゲート電極は障壁層１４で被覆されており、この層が、重水素の拡散に対する障壁としての役割をする。障壁層１４に適する材料の例には、窒化ケイ素および炭化ケイ素が含まれる。障壁層は、それ自体がホウリンケイ酸ガラスやリンケイ酸ガラスなどの絶縁材料１６で被覆される。半導体基板１０は、シャロウ・トレンチ・アイソレーション（ｓｈａｌｌｏｗ  ｔｒｅｎｃｈ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）（ＳＴＩ）１８および２０などの分離領域、ケイ化物導体２４、ゲート電極２６および２６’を有する。ＳＴＩ１８および２０は従来の方法（例えばリソグラフィ、エッチング、付着、化学的機械研磨）によって形成することができ、二酸化ケイ素またはその他の材料を充填することができる。ゲート電極２６および２６’は、従来の技法またはダマシン技法を使用して付着させパターニングすることが可能な、金属または多結晶シリコンまたはその他の適切な材料でよい。ケイ化物導体２４は、ケイ化コバルト、ケイ化チタン、またはその他の適切な材料でよい。
【００１８】
絶縁材料１６をパターニングして、半導体基板１０の特定の領域に延びるトレンチを設ける。図１は、導電性材料が充填された３つのトレンチ２８、３０、および３２と、重水素が導入された固体材料が充填された２つのトレンチ３４および３６を示すが、トレンチの数は、基板１０に形成された半導体デバイスおよび製造者のニーズに応じてかなり変えることができる。図１では、３つのトレンチ２８、３２、および３６が障壁層１４内を通って基板１０の表面まで延び、２つのトレンチ３０および３４がそれぞれゲート電極２６’および２６に延びている。これらのトレンチは、リソグラフィやエッチングを使用するものなど、従来の方法によって形成することができる。本発明の重要な特徴とは、障壁層１４内を延びる少なくとも１つのトレンチ（例えばトレンチ３６）に、重水素が導入された固体材料を充填することである。重水素が導入された固体材料は、重水素が導入された窒化ケイ素（図１に示す）、重水素が導入された炭化ケイ素、重水素が導入された二酸化ケイ素、重水素が導入された金属水素化物、または以前論じたように、ＣＶＤによるタングステン、タンタル、またはチタンをベースとした材料など、重水素が導入された高融点金属でよい。重水素が導入された固体材料中の重水素の量は変えることができるが、パッシベーションを行うために、固体材料中の重水素の量は、十分な重水素を提供する貯蔵領域としての役割を果たすに十分でな量であるべきである。図１に示す例では、パッシベーションはゲート２６の下のシリコンとの界面で生じるが、パッシベーションは、この概略図に示していない別のシャロウ・トレンチ・アイソレーションを通してゲート２６'の下のシリコンとの界面でも生じることが、当業者に理解されよう。トレンチ３４および３６内に示されるような、重水素が導入された好ましい窒化ケイ素プラグは、１０〜２０原子パーセントの重水素を含む。このパッシベーションは、半導体構造がアニールされ、またはレーザ露光など別の方法でエネルギー源にさらされるときに行われ、それによって重水素は、ＳＴＩ酸化物１８を通してゲート２６の下の半導体デバイスのシリコン界面に拡散される。アニールを使用する場合、好ましい温度範囲は３００℃から８００℃であり、４００℃が最も好ましい。アニール中にプラズマを照射することにより、拡散を促進させることができる。図１に示すように、ゲート２６が多結晶シリコンであるときは、アニール中にこのゲートを通して若干の重水素の拡散が生じることになり、したがって、トレンチ３４内の窒化ケイ素プラグをパッシべーションを行うための重水素供給源として使用することができ、これのための通路がゲート２６内を延びる。ゲート２６内の拡散率はＳＴＩ１８内の拡散率よりもかなり低いので、ゲート２６を有するデバイスのゲート誘電体３７をパッシベーションするためにはトレンチ３６およびＳＴＩ１８に沿った進入パスを使用することが好ましい。したがってトレンチ３６は、ゲート２６から横方向にずれていることが好ましい。
【００１９】
図１に示すように、トレンチ２８、３０、および３２には、タングステンなどの導電性材料を充填する。この場合、トレンチの壁の内側を窒化チタン３８で覆う。使用することができる導電性材料には、アルミニウム、銅、タングステン、ならびにその他多くの材料が含まれる。どの導電性材料を選択するかは、半導体デバイス１２と製造者のニーズに左右されることを理解されたい。トレンチ２８、３０、および３２は、メタライゼーション４０への導電性パスとして働き、そしてこのメタライゼーション４０は、デバイスの上方領域４２内の上方レベルの配線に相互接続する第１のレベルの金属配線として働き、そして、上方領域４２内のバイアとして働く。
【００２０】
図２は、図１に示すものと同様の設計を示すが、基板は、シリコン基板１０、埋め込まれた酸化物層４４、およびこの埋込み酸化物層４４の上部にあるシリコン層１２からなるＳＯＩデバイスである。ＳＴＩ１８'および２０'がシリコン層１２を分離し、埋込み酸化物層４４に隣接する。図１に示すデバイスでは、重水素の拡散は進入パス３４および多結晶シリコン・ゲート２６を通して生じ、または進入パス３６およびＳＴＩ１８を通して相当な程度生じる。重水素は、はっきりとわかるほどにはシリコン基板１０内には拡散しない。図２のＳＯＩデバイスでは、埋込み酸化物層４４が追加の重水素拡散パスとして働き、このパスは、重水素が導入された窒化ケイ素で充填されたトレンチ３６から、ＳＴＩ１８'を通って埋込み酸化物層４４内に延び、さらにＳＴＩ２０'などの別のＳＴＩを通って上に向かっている。
【００２１】
図３〜４は本発明の別の態様を示し、同様の構造を示すために同様の番号を付した。図３〜４と図１〜２との主な相違は、各トレンチの内側が、重水素が導入された材料４６で覆われていることである。図１〜２の例とは異なり、図３〜４の例では全てのトレンチを導電性通路として働くことができ、窒化ケイ素が充填されたトレンチを必要としない。
【００２２】
重水素が導入された材料は厚さが５〜１００ｎｍの範囲であることが好ましく、約１０ｎｍが最も好ましい。重水素が導入された材料４６は、上記のもののいずれかにすることができるが、重水素が導入されたケイ素、重水素が導入された炭素、重水素が導入された窒化ケイ素、重水素が導入された炭化ケイ素、または重水素が導入された金属（例えばＣＶＤによるアルミニウム、タングステン、またはチタン）が最も好ましい。重水素が導入された材料によるトレンチ壁のコンホーマル・コーティングは、低圧化学的気相付着（ＬＰＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、プラズマ化学的気相付着（ＰＥＣＶＤ）、または高密度プラズマ化学的気相付着（ＨＰＣＶＤ）を含む、多くの従来技法によって実現することができる。付着後、スペーサ・エッチバック（すなわちトレンチの側壁に誘電体を残す異方性エッチング）によって底部の誘電体を除去する。図１〜２の場合と同様に図３〜４に示される半導体構造は、ある領域の障壁層１４内を延びる、重水素が導入された材料４６を示しており、その結果この材料は、重水素の拡散を引き起こす後続のアニールまたは代替の処理中に、基板１０内の半導体デバイスを重水素でパッシベーションするための貯蔵領域としての役割を果たすことができる。上記で論じたように、アニールまたは代替の処理によって重水素がＳＴＩ１８（ならびに他のＳＴＩ）を通ってシリコン表面に拡散するが、図４を参照すると、ＳＯＩ構成では、やはり重水素が埋込み酸化物層４４を通ってパッシベーションが必要なシリコン表面に拡散する。トレンチ２８、３０、３２、３４、および３６にタングステンを充填する場合、チタン層３８は、タングステンを充填する前に、重水素が導入された材料４６上に作り出すことができる。上記で論じたように、トレンチを充填するためにその他の導電性材料も使用することができる。
【００２３】
図５〜６は、本発明の別の代替の実施形態を示し、半導体基板には、半導体デバイスに対して重水素によるパッシベーションをもたらす進入パスが設けられている。図５〜６の、ＣＭＯＳデバイスおよび２つのレベルの配線を有する基板は単なる例として示し、製造者のニーズに応じて本発明の実施の範囲内で変えることができる。特に、複数の層を絶縁体層１６の上部に配置することができる。単なる例示を目的として、図５〜６のそれぞれは、メタライゼーション４０上に配置された１層の金属間誘電層５０を示し、ここでは導電性バイア５２がメタライゼーション４０と第２のレベルのメタライゼーション５４とを電気的に接続している。
【００２４】
図５〜６で、バイア２８、３０、３２、および３４には導電性材料が充填され、これは重水素貯蔵領域としての役割をしない。しかし、図１〜８に示す重水素通路構成のいずれも、同じ基板で一緒に実施できることを理解されたい。
【００２５】
図５〜６では、重水素進入領域５６、５８、および６０が基板１０（図６に示すＳＯＩの場合は基板１０、埋込み酸化物４４、およびシリコン１２）内を延びる。これらの進入領域は、シャロウ・トレンチ・アイソレーションまたはその他の適切な構造として形成することができ、二酸化ケイ素や、ホウ素またはリンがドープされた二酸化ケイ素などの酸化物、またはその内部を重水素が拡散できるようなその他の適切な材料が充填されることが好ましい。重水素が導入されたアモルファスシリコン、アモルファスカーボン、アモルファスＳｉＣ、およびアモルファスＳｉＧｅは、進入パスを提供することもできる。数マイクロメートルの深さのトレンチは、ＤＲＡＭチップで一般的に使用されるようなディープ・トレンチ・キャパシタを形成するための当技術分野で周知のプロセスを使用して、ウェーハの表面から形成することができる。重水素進入領域５６、５８、および６０は、従来のリソグラフィ、シリコン・エッチング、付着、および化学的機械研磨技法を使用して、またはその他の適切な手法によって作り出すことができる。しかし、従来のメカニズムを使用する場合、重水素進入領域５６、５８、および６０は基板１０内に延びない可能性がある。トレンチは、約２０マイクロメートルの深さが好ましい。そのためには、ウェーハの裏面から研磨、研削、またはその他の方法で基板１０の一部を除去して、重水素進入通路の底部を露出させる必要がある。ウェーハが薄くなったら、ウェーハを支持するためのフロント・サイド・キャリア（図示せず）に取り付ける。キャリアは、ケイ素やアルミナ、あるいはポリイミドなどのポリマーといった材料で形成され、厚さは５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルの範囲内である。このキャリアには、ウェーハ表面上のチップのパッドと接触することができるような孔がある。このキャリアを、はんだで、または重水素によるアニール温度に耐えることが可能なＴｈｅｒｍｉｄなどの高温無機接着剤でウェーハに取り付ける。研削によりウェーハを薄くした状態を、破線および矢印６２で示す。
【００２６】
図５〜６に最も良く示されるように、重水素進入通路６０は、ゲート２６の下の半導体デバイスに隣接し、接続され、重水素ガスまたは重水素プラズマの存在下でアニールすることにより、重水素が通路６０を介して裏面内を上昇し、ゲート２６の下のシリコンをパッシベーションする。図６を参照すると、このことがＳＯＩ構成の場合について見られ、やはり重水素が埋込み酸化物層４４を通ってパッシベーション領域に拡散することができる。しかし、重水素進入通路５８および５６は、基板内のその他の半導体デバイスをパッシベーションするために使用できることが好ましく、ゲート２６’は、さらに別の重水素進入通路を通してパッシベーションを受けることが可能であることを、当業者なら理解するであろう。
【００２７】
図７〜８は、図５〜６に示すものに対する代替の構成を示し、重水素進入通路６３が、基板の底部とは反対側の、デバイス上部に形成されている。図７で、重水素進入通路６３は、トレンチをＳＴＩ６４に至るまでエッチングすることによって、ゲート２６の下に位置決めされたシャロウ・トレンチ・アイソレーション６４に隣接しかつ接続された領域内に作り出される。重水素ガスまたは重水素プラズマの存在下でアニールを行うと、重水素が通路６３を下方向に向かって通り、さらにＳＴＩ６４を通って拡散し、ゲート２６の下のシリコンをパッシベーションする。図８を参照すると、この状態をＳＯＩ構成について見ることができ、重水素は埋込み酸化物層４４を通ってパッシベーション領域に拡散することができる。チップは、ゲート２６上の窒化ケイ素層１４などの１つまたは複数の重水素拡散障壁を有するので、重水素進入通路６３が必要である。さらに、金属の上部層は、一般に、重水素の浸透も妨げると考えられる窒化ケイ素の可動イオン障壁で被覆される。
【００２８】
図５から図８のそれぞれに関して重水素アニールを行った後、露出した開口は、Ｓｉ３Ｎ４などの可動イオン障壁、またはＳｉＯ２やリンがドープされたＳｉＯ２、ポリイミドなどの標準的な誘電体でパッシベーションされることが好ましい。Ｓｉ３Ｎ４は、室温から５００Ｃの間で付着させることができるが、ゲート誘電体のパッシベーションが劣化する可能性がある水素および重水素の拡散を防止するために、２５０℃より低い温度で付着させることが好ましい。
【００２９】
本発明を、好ましい実施形態について述べてきたが、当業者なら、上記請求項の精神および範囲内で変更を加えることにより本発明を実施することができることを理解するであろう。
【００３０】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３１】
（１）少なくとも１つの半導体デバイスを含む半導体基板と、
前記半導体デバイス上または前記半導体デバイスの下に延びた、重水素拡散に対する障壁を提供する障壁層と、
前記障壁層内を延びる、重水素が導入された固体材料を含有するトレンチであって、前記重水素が導入された固体材料が、前記半導体デバイスに重水素の供給源を提供するトレンチとを含む半導体構造。
（２）前記障壁層が窒化ケイ素である上記（１）に記載の半導体構造。
（３）前記障壁層がケイ素である上記（１）に記載の半導体構造。
（４）前記重水素が導入された固体材料が、重水素が導入された窒化ケイ素である上記（１）に記載の半導体構造。
（５）前記重水素が導入された固体材料には、重水素が導入された金属が含まれる、上記（１）に記載の半導体構造。
（６）前記重水素が導入された金属には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｙ、Ｅｕ、およびＡｇを含む群からの１種が含まれる、上記（５）に記載の半導体構造。
（７）前記重水素が導入された固体材料が、重水素が導入された半導体である上記（１）に記載の半導体構造。
（８）前記重水素が導入された半導体には、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファスカーボン、または半結晶質カーボンが含まれる、上記（１）に記載の半導体構造。
（９）前記重水素が導入された固体材料を前記トレンチに充填する上記（１）に記載の半導体構造。
（１０）前記重水素が導入された固体材料が、前記トレンチの底部ではなく側壁の内側を覆い、前記トレンチには導電性材料が充填される、上記（１）に記載の半導体構造。
（１１）前記デバイスがゲートを含み、前記トレンチが前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される、上記（１）に記載の半導体構造。
（１２）オン・ボード型重水素貯蔵領域を有する半導体構造を製造するための方法であって、
（ａ）少なくとも１つの半導体デバイスを含み、重水素拡散に対する障壁を提供する障壁層、および前記障壁層上の絶縁層で被覆される半導体基板を提供するステップと、
（ｂ）前記障壁層の内部を延びるトレンチを前記絶縁層内に形成するステップであって、前記トレンチが側壁および底部を有するものであるステップと、
（ｃ）前記トレンチ内に、重水素が導入された固体材料を付着させるステップとを含む方法。
（１３）前記付着させるステップ（ｃ）が、前記トレンチの側壁および底部表面を覆う、前記重水素が導入された固体材料のライナを前記トレンチ内に提供することを含む、上記（１２）に記載の方法。
（１４）前記トレンチの前記底部表面を清浄にするために指向性エッチングを行い、前記側壁表面に沿って、重水素が導入された材料のスペーサを残すステップをさらに含む、上記（１３）に記載の方法。
（１５）前記付着させるステップ（ｃ）が、前記トレンチに前記重水素が導入された固体材料を充填することを含む、上記（１２）に記載の方法。
（１６）前記提供するステップ（ａ）では前記デバイスがゲートを含み、前記形成するステップ（ｂ）では前記トレンチが前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される、上記（１２）に記載の方法。
（１７）半導体構造内の半導体デバイスを重水素でパッシベーションするための方法であって、
（ａ）前記半導体構造内に半導体デバイスを形成するステップと、
（ｂ）前記半導体デバイスに、重水素の拡散に対する障壁を提供するステップと、
（ｃ）ウェーハ処理ステップ中に前記半導体デバイスへの重水素の拡散を可能にする進入パスを、前記障壁内に形成するステップと、
（ｄ）前記進入パスを通して前記半導体デバイスに重水素を拡散させる条件下、重水素を含有する環境内で、前記半導体構造を処理するステップと、
（ｅ）前記重水素拡散が終了した後、可動イオンが前記進入パスに沿って前記デバイスに浸透するのを停止させる層を形成するステップとを含む方法。
（１８）前記進入パスが酸化物を含む上記（１７）に記載の方法。
（１９）前記酸化物には、シリコン・オン・インシュレータ構造の埋込み型インシュレータが含まれる、上記（１８）に記載の方法。
（２０）前記酸化物にはシャロウ・トレンチ・アイソレーションが含まれる上記（１８）に記載の方法。
（２１）前記酸化物には、リンまたはホウ素がドープされたガラスが含まれる上記（１８）に記載の方法。
（２２）前記処理するステップ（ｄ）が、気体中またはプラズマ中でのアニールを含む、上記（１７）に記載の方法。
（２３）前記形成するステップ（ｃ）が、前記半導体構造の上部から前記半導体デバイスを含むレベルまで下に延びる通路を作り出すことを含む、上記（１７）に記載の方法。
（２４）前記形成するステップ（ｃ）が、前記半導体構造の底部から前記半導体デバイスを含むレベルまで上に延びる通路を作り出すことを含む、上記（１７）に記載の方法。
（２５）前記障壁が半導体基板である上記（２４）に記載の方法。
（２６）前記形成するステップ（ｃ）が、
（ｃ１）前記半導体基板の第１の面にトレンチを作り出すこと、
（ｃ２）前記トレンチに、重水素の拡散が可能な材料を充填することであって、前記トレンチが底部を有し、前記材料が前記底部に延びるものであること、
（ｃ３）前記半導体基板の第２の面から前記半導体基板の一部を除去して、前記トレンチの前記底部を露出させることを含む、上記（２５）に記載の方法。
（２７）前記トレンチがシャロウ・トレンチ・アイソレーションである上記（２６）に記載の方法。
（２８）前記形成するステップ（ａ）では前記デバイスがゲートを含み、前記形成するステップ（ｃ）では前記進入パスが前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される上記（１７）に記載の方法。
（２９）半導体デバイスと、
前記半導体デバイスへの重水素の拡散に対する障壁と、
処理ステップ中に重水素の拡散が可能な位置決めされた前記障壁内を通る進入パスと、
前記重水素拡散処理ステップの後、可動イオンが前記進入パスに沿って前記デバイスに浸透するのを停止させる層とを含む半導体構造。
（３０）前記少なくとも１つの進入パスが、前記半導体構造の上部から下方に延びる上記（２９）に記載の半導体構造。
（３１）前記進入パスが、前記半導体構造のベースから上方に延びる上記（２９）に記載の半導体構造。
（３２）前記進入パスには酸化ケイ素が含まれる上記（２９）に記載の半導体構造。
（３３）前記酸化物にはシリコン・オン・インシュレータ構造のバック・インシュレータが含まれる上記（３２）に記載の半導体構造。
（３４）前記酸化物にはシャロウ・トレンチ・アイソレーションが含まれる上記（３２）に記載の半導体構造。
（３５）前記酸化物にはホウ素またはリンがドープされた二酸化ケイ素が含まれる上記（３２）に記載の半導体構造。
（３６）前記デバイスがゲートを含み、前記進入パスが前記ゲートから横方向に間隔を置いて配置される上記（２９）に記載の半導体構造。
（３７）基板と、
第１の誘電材料で形成された、前記基板上の誘電層と、
側壁および底部表面を含む、前記誘電層内のダマシン・トレンチと、
前記トレンチの側壁内部を覆うが前記底部表面は覆わない誘電体スペーサであって、前記第１の誘電材料とは異なる第２の誘電材料で形成される誘電体スペーサと、
前記誘電体スペーサ上および前記底部表面上のダマシン導体とを含む半導体構造。
（３８）前記誘電体スペーサが、重水素が導入された材料を含む、上記（３７）に記載の半導体構造。
【図面の簡単な説明】
【図１】重水素が導入された窒化ケイ素の貯蔵領域プラグを有するシリコン基板の側断面図である。
【図２】重水素が導入された窒化ケイ素の貯蔵領域プラグを有するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板の側断面図である。
【図３】重水素が導入された窒化ケイ素で内側が覆われた開口内部にタングステン・プラグがあるシリコン基板の側断面図である。
【図４】重水素が導入された窒化ケイ素で内側が覆われた開口内部にタングステン・プラグがあるＳＯＩ基板の側断面図である。
【図５】基板の底部から延びる重水素進入パスを有するシリコン基板の側断面図である。
【図６】基板の底部から延びる重水素進入パスを有するＳＯＩ基板の側断面図である。
【図７】基板の上部から延びる重水素進入パスを有するシリコン基板の側断面図である。
【図８】基板の上部から延びる重水素進入パスを有するＳＯＩ基板の側断面図である。
【符号の説明】
１０  半導体基板
１４  障壁層
１６  絶縁材料
１８  ＳＴＩ（シャロウ・トレンチ・アイソレーション）酸化物
２０  ＳＴＩ
２４  ケイ化物導体
２６  ゲート電極
２８  トレンチ
３２  トレンチ
３６  トレンチ
４０  メタライゼーション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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