(57)【要約】【課題】絶縁膜中の残留水素による実動作時の初期、中期の特性変動を抑制すること。【解決手段】ゲート電極５及びチャネル層２の両方と絶縁膜６が接する半導体装置において、絶縁膜６上に絶縁膜６中の残留水素を吸着する水素吸着層４を有する。絶縁膜６中の残留水素が水素吸着層４に吸着されることで、絶縁膜６中の残留水素によるＦＥＴ動作時の初期、中期的な特性変動を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体トランジスタの保護膜、及び電極間層間膜の一方又は両方として用いられた絶縁膜と接するとともに、前記絶縁膜中の残留水素を吸着する水素吸着層を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記水素吸着層は、前記半導体トランジスタの電極に接していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、前記半導体トランジスタのアクティブ層に接するように設けられた保護膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電極は、ゲート電極と一体的に形成されたフィールドプレート電極であることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電極は、ゲート電極と他の電極の間に設けられたファラデーシールド電極であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
前記水素吸着層は、ナノポーラス構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記水素吸着層は、ゼオライトよりなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体トランジスタの保護膜、及び配線層間膜の一方又は両方として用いられる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜中の残留水素を吸着する水素吸着層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記水素吸着層を形成する工程では、前記絶縁膜を形成する工程の後に行い、かつ、前記絶縁膜に接するようにして前記水素吸着層を形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記水素吸着層を形成する工程の後に、前記絶縁膜中の残留水素を吸着する処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜中の残留水素を吸着する処理を行う工程では、２００℃以上かつ４００℃以下の熱処理を行う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】
前記絶縁膜中の残留水素を吸着する処理を行う工程の後に、前記水素吸着層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造過程において、半導体基板上に各種電極構造を有するアクティブ素子部を形成した後、電気的保護のための絶縁膜や、耐湿性を確保するための保護膜等でアクティブ素子を被覆する方法が一般的である。例えば、電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴ）であれば、半導体基板表面に形成されたチャネル層上に、前記チャネル層とオーミック接合されたドレイン電極およびソース電極と、前記ドレイン電極および前記ソース電極の間にて前記チャネル層とショットキー接合されたゲート電極とを有するアクティブ素子部を形成した後、絶縁膜としてＳｉＯ２で前記アクティブ素子部を被覆したり、更に耐湿性向上のためにＳｉＮ等の保護膜で被覆する方法が一般的に用いられている。また、このような絶縁膜上に低誘電率膜を形成することがある（特許文献２参照）。
【０００３】
次に、従来の一般的なＦＥＴの概要を図面を用いて説明する。図３は、従来例１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。これは、特許文献１の従来の一般的な電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）の構成例を簡略化した断面図である。この半導体装置では、半導体基板１０１の上にチャネル層１０２、コンタクト層１０３がこの順に形成され、コンタクト層１０３にはチャネル層１０２に通ずる開口部が形成されている。コンタクト層１０３の開口部に配されたチャネル層１０２には有底の溝部が形成されており、チャネル層１０２の溝部上にチャネル層１０２とショットキー接合されたゲート電極１０５が形成されている。チャネル層１０２、コンタクト層１０３、及びゲート電極１０５の電気的な保護のために、基板全面にはＳｉＯ２よりなる絶縁膜１０６が被覆されている。コンタクト層１０３の開口部の両側に配されたコンタクト層１０３上の絶縁膜１０６にはそれぞれコンタクト層１０３に通ずる開口部が形成されており、絶縁膜１０６の各開口部に配されたコンタクト層１０３上にコンタクト層１０３とオーミック接合されたソース電極１０７、ドレイン電極１０８が形成されている。
【０００４】
図４は、従来例２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。この半導体装置では、半導体基板１１１の上にチャネル層１１２、コンタクト層１１３がこの順に形成され、コンタクト層１１３にはチャネル層１１２に通ずる開口部が形成されている。コンタクト層１１３の開口部に配されたチャネル層１１２の上部には、ゲート絶縁膜１１６が形成されている。ゲート絶縁膜１１６に形成された開口部を通してチャネル層１１２に有底の溝部が形成されている。ゲート絶縁膜１１６の開口部、並びにその周囲のゲート絶縁膜１１６上をオーバーラップするように、チャネル層１１２とショットキー接合されたゲート電極１１５が形成されている。コンタクト層１１３の開口部の両側に配されたコンタクト層１１３上のゲート絶縁膜１１６にはそれぞれコンタクト層１１３に通ずる開口部が形成されており、ゲート絶縁膜１１６の各開口部に配されたコンタクト層１１３上にコンタクト層１１３とオーミック接合されたソース電極１１７、ドレイン電極１１８が形成されている。ゲート電極１１５は、ドレイン電極１１８側のゲート絶縁膜１１６上に延在したフィールドプレート電極１２１を有する。フィールドプレート電極１２１は、ゲート絶縁膜１１６を介してドレイン側の電界集中を緩和するためのものである。ゲート電極１１５はＳｉＯ２よりなる絶縁膜１１９に被覆されている。また、ゲート電極１１５乃至ドレイン電極１１８側の絶縁膜１１９上には、ゲート−ドレイン間の寄生容量低減や電界緩和等の目的で、ソースに接地されたファラデーシールド電極１２０が形成されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１１１９８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１１０９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例１（図３参照）の絶縁膜１０６や、従来例２（図４参照）の絶縁膜１１９及びゲート絶縁膜１１６に用いられている各種絶縁膜（ＳｉＯ２、ＳｉＮ等）の膜中には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による絶縁膜形成の際に残留する水素により、チャネル層１０２と絶縁膜１０６との界面（図３参照）や、ゲート絶縁膜１１６とフィールドプレート電極１２１との界面（図４参照）、ファラデーシールド電極１２０と絶縁膜１１９との界面（図４参照）において、不要な局在準位、トラップを形成してしまう。その結果、実動作時の初期、中期の特性変動を引き起こしやすいという問題があった。
【０００７】
本発明の主な課題は、絶縁膜中の残留水素による実動作時の初期、中期の特性変動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の視点においては、半導体装置において、半導体トランジスタの保護膜、及び電極間層間膜の一方又は両方として用いられた絶縁膜と接するとともに、前記絶縁膜中の残留水素を吸着する水素吸着層を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の視点においては、半導体装置の製造方法において、半導体トランジスタの保護膜、及び配線層間膜の一方又は両方として用いられる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜中の残留水素を吸着する水素吸着層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体トランジスタの電極やアクティブ層と接する絶縁膜を有する半導体装置において、電極やアクティブ層と接する絶縁膜の界面における絶縁膜の膜中の残留水素による不要な局在準位、トラップの形成が抑制されるため、絶縁膜中の残留水素による動作時の初期、中期的な特性変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００１２】
この半導体装置は、半導体基板１の上にチャネル層２、コンタクト層３がこの順に形成され、コンタクト層３にはチャネル層２に通ずる開口部が形成されている。コンタクト層３の開口部に配されたチャネル層２には有底の溝部が形成されており、チャネル層２の溝部上にチャネル層２とショットキー接合されたゲート電極５が形成されている。チャネル層２、コンタクト層３、及びゲート電極５の電気的な保護のために、基板全面にはＳｉＯ２、ＳｉＮ等よりなる絶縁膜６が被覆されている。絶縁膜６上には、ナノポーラス構造（ナノメータ単位の細孔を有する構造）の絶縁性物質（ナノポーラス炭素材料、ナノポーラスシリコンゲル）、ゼオライト等の水素を吸着する能力や構造を有する絶縁性の水素吸着層４が成膜されている。コンタクト層３の開口部の両側に配されたコンタクト層３上の絶縁膜６及び水素吸着層４にはそれぞれコンタクト層３に通ずる開口部が形成されており、絶縁膜６及び水素吸着層４の各開口部に配されたコンタクト層３上にコンタクト層３とオーミック接合されたソース電極７、ドレイン電極８が形成されている。
【００１３】
従来例１（図３参照）との相違は、絶縁膜６の上に、更に水素吸着層４を形成する点である。水素吸着層４は、絶縁膜６を成膜した後であってソース電極７、ドレイン電極８を形成する前に形成される。なお、絶縁膜６は、反応ガス（ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｏ２等）を用いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜される。そのため、絶縁膜６の膜中には絶縁膜形成の際の水素（生成ガス）が残留することがある。絶縁膜６の膜中に残留している水素は、絶縁膜６上の水素吸着層４に吸着される。
【００１４】
ここで、水素吸着層４の成膜方法は、既に形成された半導体素子（チャネル層２、コンタクト層３、及びゲート電極５）の機能に影響を与えない条件であればよい。例えば、ポーラス構造を形成させる粒子（シリカナノ粒子）と高分子ナノ粒子を水に混ぜ、それらの混合液に超音波エネルギーを与えて液滴を発生させ、この液滴を加熱炉まで導き、液滴中の水を蒸発させ、さらに高温にして高分子ナノ粒子を蒸発させることにより、水素吸着層４を成膜（積層）することができる。
【００１５】
実施形態１によれば、半導体トランジスタの電極７、８と絶縁膜６が接する半導体装置において、絶縁膜６の膜中の残留水素が絶縁膜６上の水素吸着層４に吸着されることで、絶縁膜６中の残留水素によるＦＥＴ動作時の初期、中期的な特性変動を抑制することができる。なお、実施形態１では電界効果型トランジスタを例示したが、絶縁膜中の残留水素が要因となる特性変動を抑制する手段として、一般的な半導体トランジスタにも適用することができ、同様な効果を得ることができる。
【００１６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００１７】
この半導体装置では、半導体基板１１の上にチャネル層１２、コンタクト層１３がこの順に形成され、コンタクト層１３にはチャネル層１２に通ずる開口部が形成されている。コンタクト層１３の開口部に配されたチャネル層１２の上部には、ゲート絶縁膜１６が形成されている。ゲート絶縁膜１６上には、ナノポーラス構造の絶縁性物質（炭素やシリコンエーロゲル）、ゼオライト等の水素吸着層１４が成膜されている。水素吸着層１４及びゲート絶縁膜１６の開口部を通してチャネル層１２に有底の溝部が形成されている。これら水素吸着層１４及びゲート絶縁膜１６の開口部、並びにその周囲の水素吸着層１４及びゲート絶縁膜１６上をオーバーラップするように、チャネル層１２とショットキー接合されたゲート電極１５が形成されている。コンタクト層１３の開口部の両側に配されたコンタクト層１３上のゲート絶縁膜１６にはそれぞれコンタクト層１３に通ずる開口部が形成されており、ゲート絶縁膜１６の各開口部に配されたコンタクト層１３上にコンタクト層１３とオーミック接合されたソース電極１７、ドレイン電極１８が形成されている。ゲート電極１５は、ドレイン電極１８側のゲート絶縁膜１６上に延在したフィールドプレート電極２１を有する。フィールドプレート電極２１は、水素吸着層１４及びゲート絶縁膜１６を介してドレイン側の電界集中を緩和するためのものである。ゲート電極１５はＳｉＯ２よりなる絶縁膜１９に被覆されている。また、ゲート電極１５乃至ドレイン電極１８側の絶縁膜１９上には、ナノポーラス構造の炭素、シリコン等のエーロゲルを担体としてＰｔ、Ｐｄ等を担持した導電性の水素吸着層２４が形成されている。水素吸着層２４上には、ゲート−ドレイン間の寄生容量低減や電界緩和等の目的で、ソースに接地されたファラデーシールド電極２０が形成されている。
【００１８】
従来例２（図４参照）との相違は、ゲート絶縁膜１６上に更に絶縁性の水素吸着層１４を形成する点と、絶縁膜１９上に更に導電性の水素吸着層２４を形成する点である。水素吸着層１４は、ゲート絶縁膜１６を形成した後であってゲート電極１５並びにフィールドプレート電極２１を形成する前に形成される。また、水素吸着層２４は、絶縁膜１９を成膜した後であってファラデーシールド電極２０を形成する前に形成される。なお、ゲート絶縁膜１６や絶縁膜１９は、反応ガス（ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｏ２等）を用いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜される。そのため、ゲート絶縁膜１６や絶縁膜１９の膜中には絶縁膜形成の際の水素（生成ガス）が残留することがある。ゲート絶縁膜１６の膜中に残留している水素はゲート絶縁膜１６上の水素吸着層１４に吸着される。絶縁膜１９の膜中に残留している水素は絶縁膜１９上の水素吸着層２４に吸着される。
【００１９】
ここで、水素吸着層１４の成膜方法は、実施形態１の水素吸着層４の成膜方法と同様である。また、水素吸着層２４の成膜方法は、例えば、水素吸着層１４と同様な成膜方法で絶縁性の水素吸着層を成膜した後、ＰｔやＰｄをスパッタ法や含芯法でポーラス構造の内壁に担持させる。なお、水素吸着層２４は、最初からナノポーラス構造の導電性物質（例えば、貴金属ナノチューブ、結晶性金属酸化物ナノポーラス材料、多層カーボンナノチューブ等）で成膜することもできる。例えば、貴金属ナノチューブよりなる水素吸着層２４の成膜方法として、貴金属塩または貴金属錯化合物よりなる群から選択された加工物と界面活性剤および水、酸、アルコール類との反応混合物に還元剤を添加し、または光照射に
より反応させることで、貴金属ナノチューブよりなる水素吸着層２４を成膜することができる（例えば、特開２００４−３４２２８号公報参照）。結晶性金属酸化物ナノポーラス材料よりなる水素吸着層２４の成膜方法に関しては、「http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2004/pr20040204/pr20040204.html」を参照されたい。多層カーボンナノチューブよりなる水素吸着層２４の成膜方法に関しては、「http://pr.fujitsu.com/jp/news/2004/01/15-2.html」を参照されたい。
【００２０】
実施形態２によれば、電極１５、２０、２１とゲート絶縁膜１６、絶縁膜１９とが接し、かつ、アクティブ層１２とゲート絶縁膜１６が接する半導体装置において、絶縁膜１９及びゲート絶縁膜１６の膜中の残留水素が、水素吸着層１４、２４に吸着される。その結果、アクティブ層１２とゲート絶縁膜１６との界面や、ゲート絶縁膜１６とフィールドプレート電極２１との界面や、ファラデーシールド電極２０と絶縁膜１９との界面における、ゲート絶縁膜１６、絶縁膜１９の膜中の残留水素による不要な局在準位、トラップの形成を抑制する。
【００２１】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る半導体装置について説明する。実施形態１、２に係る半導体装置では水素吸着層（図１の４、図２の１４、２４）を残したままとしているが、実施形態３では実施形態１、２の水素吸着層（図１の４、図２の１４、２４）を成膜した後、アニール等で絶縁膜（図１の６、図２の１６、１９）の膜中の水素を吸着する処理を施し、その後、水素吸着層（図１の４、図２の１４、２４）を除去し、後工程を実施する。なお、水素を吸着する処理として、例えば、雰囲気は真空引きしつつ、又は、窒素や希ガス雰囲気下で温度２００〜４００℃にして、絶縁膜中の残留水素を脱離させることで行うことができる。実施形態３によれば、実施形態１、２の効果と類似の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図３】従来例１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図４】従来例２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、１１、１０１、１１１  半導体基板
２、１２、１０２、１１２  チャネル層（アクティブ層）
３、１３、１０３、１１３  コンタクト層
４  水素吸着層
５、１５、１０５、１１５  ゲート電極
６、１６、１０６、１１６  絶縁膜（ゲート絶縁膜）
７、１７、１０７、１１７  ソース電極
８、１８、１０８、１１８  ドレイン電極
１９、１１９  絶縁膜
２０、１２０  ファラデーシールド電極
２１、１２１  フィールドプレート電極
１４  水素吸着層（絶縁性）
２４  水素吸着層（導電性）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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