(57)【要約】【課題】従来の構造及び方法では、ＭＩＳ型トランジスタのゲート絶縁膜に充分な水素が供給できず、トランジスタの特性が改善できないという問題があった【解決手段】ゲート絶縁膜の近傍に、触媒作用のある材料を設けて、半導体装置内を拡散する水素分子が触媒作用によって、反応性の高い水素分子へと変換され、水素原子が効率的にゲート絶縁膜の未結合手をターミネイトするため、拡散してくる水素分子が少なくてもトランジスタの諸特性を改善できる。【選択図】図１
2004179329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
半導体基板上に形成されたＭＩＳ型トランジスタと、
前記ＭＩＳ型トランジスタ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記ＭＩＳ型トランジスタのゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールとを有し、
前記コンタクトホール内は、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記ＭＩＳ型トランジスタ上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とで埋め込む工程と、
前記半導体基板を、水素を含む雰囲気中で熱処理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３】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
基板上に形成され、分子を原子へと変換する触媒作用のある材料を埋め込まれた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されたＭＩＳ型トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記溝を、分子を原子へと変換する触媒作用のある材料で埋め込む工程と、
前記絶縁膜の上にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記基板を、水素を含む雰囲気中で熱処理を行なう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５】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
基板上に形成された分子を原子へと変換する触媒作用のある材料層と、
前記材料層の上に形成されたＭＩＳ型トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に分子を原子へと変換する触媒作用のある材料層を形成する工程と、
前記材料層の上にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記基板を、水素を含む雰囲気中で熱処理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７】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
基板上に形成された水素を含有する水素含有膜と、
前記水素含有膜の上に形成されたＭＩＳ型トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７において、
更に、ＭＩＳ型トランジスタ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記ＭＩＳ型トランジスタのゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールとを有し、
前記コンタクトホール内に、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に水素を含有する水素含有膜を形成する工程と、
前記水素含有膜の上にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記基板を熱処理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１０】
請求項９において、
更に、ＭＩＳ型トランジスタ上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とで埋め込む工程と、
前記半導体基板を熱処理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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳しくはＭＩＳ型素子を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型トランジスタの製造プロセスでは、トランジスタの諸特性を改善するため、アセンブリ工程の直前に水素を含む雰囲気中で熱処理が行なわれる。水素を含む雰囲気とは、例えば、純水素雰囲気、或いは３％から２０％程度の水素を含む窒素ガス雰囲気（もしくは、アルゴンガス雰囲気）であり、熱処理温度は４００〜４５０℃程度である。この熱処理は、トランジスタのゲート絶縁膜の未結合手（Ｄａｎｇｌｉｎｇ  Ｂｏｎｄ）を水素によってターミネイトして、ゲート絶縁膜の界面準位をなくすこと、即ちトランジスタの特性を改善することを主たる目的として行なわれる。しかしながら、従来技術では以下に示すような問題点があった。
【０００３】
上記したように、熱処理は水素を含む雰囲気で行なわれるが、近年の論理回路を有する半導体装置では、トランジスタの上に１０層以上もの配線があるため、水素がトランジスタへの拡散を抑制され、ゲート絶縁膜に到達しにくい。このため、水素を含む雰囲気中で熱処理を行なっても、トランジスタの特性を改善することが難しくなりつつある。また、トランジスタの特性を充分に改善するには、４５０℃以上の高温で熱処理を行なうことが効果的であったが、ＣｕやＡｌ配線の抵抗が上昇する上、層間膜の剥がれが発生するなどの問題が生ずる。そこで、４００℃以下の低温にて、水素ラジカル雰囲気中で熱処理することが考えられるが、水素ラジカルの自由行程が短いため、水素ラジカルがトランジスタのゲート絶縁膜まで到達しない。
【０００４】
ゲート絶縁膜に水素を到達させるため、ＭＩＳ型トランジスタの上に水素含有膜を設ける例があった（例えば、特許文献１参照。）。しかし、水素含有膜は膜厚が薄いため、充分な水素をトランジスタのゲート絶縁膜に供給できないという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６２４９号公報（２−５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、トランジスタの諸特性を改善するという観点から、ゲート絶縁膜の未結合手（Ｄａｎｇｌｉｎｇ  Ｂｏｎｄ）を水素によってターミネイトすることが重要であるが、従来の構造及び方法では、配線抵抗の上昇や、層間膜の剥がれといった弊害なくして、ゲート絶縁膜に充分な水素が供給できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、水素を含む雰囲気中で、低温の熱処理を行なっても、トランジスタの特性を充分に改善することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、半導体装置のトランジスタ近傍に、分子を原子へと変換する触媒作用を持つ材料を配置するようにしたものである。従って、半導体装置を水素を含む雰囲気中で熱処理する際に、半導体装置内を拡散してきた水素分子が、触媒作用を有する材料に接触することによって水素原子へと変換され、その水素原子によってトランジスタの特性を改善するものである。
【０００９】
その半導体装置とは、例えば、ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、半導体基板上に形成されたＭＩＳ型トランジスタと、そのＭＩＳ型トランジスタ上に形成された絶縁膜と、その絶縁膜に形成され、前記ＭＩＳ型トランジスタのゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールと、そのコンタクトホール内に、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とが形成されていることを特徴とする半導体装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００１１】
（第１の実施の形態例）
図１は、本発明の第１の実施の形態例の構造を示す断面図である。図１において、半導体基板１は、例えばシリコン基板である。シリコン基板上にＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型トランジスタが形成されている。このＭＩＳ型トランジスタは、ゲート絶縁膜２、ゲート電極３、ソース領域４、ドレイン領域５、金属シリサイド６から構成されている。ゲート絶縁膜２は、半導体基板がシリコンの場合、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜が用いられる。ゲート電極３は、導電性の材料からなり、不純物を含む多結晶シリコン膜が用いられる。ソース領域４とドレイン領域５は、イオン注入法により不純物イオンを注入し、熱処理によって不純物を活性化した導電性の領域である。金属シリサイド６は、ゲート電極３、ソース領域４、ドレイン領域５をより低抵抗とするために用いられる膜であり、金属とシリコンとの化合物である。その金属は例えば、Ｃｏ（コバルト）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（プラチナ）等である。
【００１２】
また、このＭＩＳ型トランジスタは、素子分離領域７によって、他の素子とは絶縁されている。本実施の形態では、酸化膜の埋め込みによって他の素子との絶縁がなされている。
【００１３】
この構造上に、絶縁膜８が形成されている。絶縁膜は、単層の膜でもよいし２層以上の絶縁膜からなる多層膜でもよい。この絶縁膜にはコンタクトホール９が設けられており、上層側の配線膜等との接続をとるために導電性の物質で埋め込まれている。導電性の物質は、２種類以上の異なる材料を用いる。例えば、密着性を向上するとともに金属の拡散を防止するバリア層１０を介して分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料１１と、埋め込み金属１２とによってコンタクトホール９が、埋め込まれている。
【００１４】
ここで、バリア層１０とは、例えばＴｉＮ（窒化チタン）／Ｔｉ（チタン）からなる積層膜（Ｔｉが下層）である。Ｔｉは密着性が高く、ＴｉＮは金属汚染の抑制作用が高い。また、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料１１とは、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（プラチナ）等であるが、これらに限定するものではない。これらの材料に特有な性質は反応性が高いことであり、その性質によって分子レベルの物質が接触すると原子レベルまで、その物質を変換することである。更に、埋め込み金属１２とは、例えば、Ｗ（タングステン）等の高融点金属である。
【００１５】
上記構造を有する半導体装置を、水素を含む雰囲気中で熱処理すると、水素は半導体装置の中を拡散し、触媒作用のある導電性材料１１に接触する。この時、上記した触媒作用によって、水素分子は水素原子へと変換される。水素原子は、水素分子よりも反応性が高いため、ゲート絶縁膜２の未結合手をターミネイトする作用が強い。この水素原子は、触媒作用のある導電性材料とゲート絶縁膜２との距離が短いので、ゲート絶縁膜２に効率的に供給される。また、反応性が高いため、たとえ少量であってもゲート絶縁膜２の未結合手を効果的にターミネイトできる。従って、より効果的にＭＩＳ型トランジスタの諸特性を改善できるのである。
【００１６】
次に、上記構造を実現するための製造方法について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態の製造方法を示す工程断面図である。図１と同一の部分には、同一の符号を用いている。
【００１７】
図２（１）に示すとおり、半導体基板１上にＭＩＳ型トランジスタを形成する。半導体基板は、例えばシリコン基板である。ＭＩＳ型トランジスタは、公知のプロセスによって形成され、ゲート絶縁膜２、ゲート電極３、ソース領域４、ドレイン領域５、金属シリサイド６等からなり、素子分離領域７によって、他の素子とは絶縁分離されている。
【００１８】
次に、図２（２）に示すとおり、まず１層目の絶縁膜として３０ｎｍのＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成する。次に、２層目の絶縁膜として６５０ｎｍのＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）を、同じくＣＶＤ法で形成する。そして、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によってＳｉＯ２膜を研磨して表面を平坦化する。次に、公知のホトリソグラフィー法及びエッチング法によってコンタクトホール９を開口する。この結果、例えばゲート電極上の金属シリサイド膜と、ドレイン５上の金属シリサイド膜が露出される。
【００１９】
次に、図２（３）に示すとおり、まずＴｉを１０ｎｍ形成し、続いてＴｉＮを１０ｎｍ形成する。次に、例えばＲｕを触媒作用のある導電性材料として、公知のスパッタ法で５〜５０ｎｍ程度形成する。スパッタ時の半導体基板の温度は、例えば３００℃である。また、ＲｕはＣＶＤ法によっても形成できる。
【００２０】
ここで、コンタクトホールを、触媒作用のある導電性材料のみで埋め込んでプラグ形状にすると、その後の熱処理でプラグが劣化して、コンタクトホールとの間に隙間ができる等の問題が生ずる。よって、触媒作用のある材料のみでなく、他の導電性材料とともにコンタクトホールを埋め込む必要がある。
【００２１】
そして、Ｗ等の高融点金属をＣＶＤ法等によって形成する。コンタクトホールは、高融点金属によって埋め込まれ、図１に示した構造が得られる。
【００２２】
その後、公知の多層配線製造工程を経て、アセンブリ直前の半導体装置を水素を含む雰囲気中で熱処理する。論理回路を有する半導体装置の場合は、４００℃以上の熱処理を行なうと、配線抵抗の上昇や、層間膜の剥がれ等の問題があるため、熱処理の温度は４００℃以下の低温である。
【００２３】
上記した製造方法によれば、水素を含む雰囲気中で熱処理することによって半導体装置内を拡散した水素分子が、触媒作用のある導電性材料に接触し、水素原子に変換される。その水素原子によってゲート絶縁膜の未結合手が効率的にターミネイトされる。従って、トランジスタの諸特性が改善されるのである。
【００２４】
（第２の実施の形態例）
図３は、本発明の第２の実施の形態例とその変形例の構造を示す断面図である。図３（１）乃至（４）において、同一部分には同一の符号を用いている。図３（１）において、半導体基板１上に、絶縁膜２０が形成され、そこに第１のバリア層２１、触媒作用のある材料２２、第２のバリア層２３が埋め込まれている。図においては、基板が半導体基板である例を示している。また、絶縁膜２０は例えば、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）である。第１のバリア層２１は、例えばＴｉとＴｉＮからなる積層膜である。また、触媒作用のある材料は、例えばＲｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属である。第２のバリア層２３は、例えばＴｉＮとＴｉからなる積層膜である。
【００２５】
そして、この構造の上に積層絶縁膜２４を介して半導体層２５が形成されている。この半導体層２５は例えばシリコンである。この半導体層２５にＭＩＳ型のトランジスタ２６が形成されている。
【００２６】
上記した構造を有する半導体装置を、水素を含む雰囲気中で４００℃以下の熱処理を行なうと、水素分子が半導体装置内を拡散し触媒作用のある材料２２に接触する。接触した水素分子は水素原子へと変換され、ＭＩＳ型トランジスタのゲート絶縁膜へと供給される。そして、ゲート絶縁膜の未結合手がターミネイトされる。従って、トランジスタの諸特性が改善される。
【００２７】
ここで、この埋め込まれた触媒作用のある材料２２と、それを囲む第１、第２のバリア層は、ゲート絶縁膜の直下にある。この様な構造とすることによって、水素原子の供給源である触媒作用のある材料２２とゲート絶縁膜との距離が近くなるので、より水素原子をゲート絶縁膜に供給し易くなる。従って、ゲート絶縁膜の未結合手が、効率的にターミネイトされる。更に、積層絶縁膜２４が存在することにより、第２のバリア膜２３からの金属の拡散をブロックすることができる。従って、金属汚染が防止できる。
【００２８】
図３（２）は、第２の実施の形態例の第１変形例である。図３（１）で説明した構造との相違点は、積層絶縁膜２４が形成されていないことである。第２のバリア層は、上層の半導体層２５と直接接触している。それ以外の構造は図３（１）と変わらない。
【００２９】
図３（２）の構造を有する半導体装置が、水素を含む雰囲気中で４００℃以下の熱処理を受けると、雰囲気中の水素分子が半導体装置内を拡散して触媒作用のある材料２２に接触し、水素原子へと変換される。この水素原子は積層絶縁膜２４がないため、直接半導体層２５を拡散しゲート絶縁膜へと供給されるため、より効率的にゲート絶縁膜の未結合手をターミネイトすることができる。従って、ＭＩＳ型トランジスタの諸特性を改善できる。
【００３０】
図３（３）は、第２の実施の形態例の第２変形例である。図３（１）で説明した構造との相違点は、触媒作用のある材料２２がゲート絶縁膜の直下ではなく、近傍に複数存在することである。
【００３１】
図３（３）の構造を有する半導体装置が、水素を含む雰囲気中で４００℃以下の熱処理を受けると、雰囲気中の水素分子が半導体装置内を拡散して触媒作用のある材料２２に接触して、水素原子へと変換される。変換された水素原子は、複数の供給源があるためゲート絶縁膜に充分な量を供給できる。従って、ゲート絶縁膜の未結合手を効果的にターミネイトでき、ＭＩＳ型トランジスタの諸特性を改善できる。更に、積層絶縁膜２４によって、第２のバリア膜からの金属の拡散を抑えることができるので、金属汚染を防止できる。
【００３２】
図３（４）は、第２の実施の形態例の第３変形例である。図３（２）で説明した第１変形例との相違点は、触媒作用のある材料２２がゲート絶縁膜の直下ではなく、近傍に複数存在することである。
【００３３】
図３（４）の構造を有する半導体装置が、水素を含む雰囲気中で４００℃以下の熱処理を受けると、雰囲気中の水素分子が半導体装置内を拡散して触媒作用のある材料２２に接触し、水素原子へと変換される。この水素原子は、複数の供給源があるためゲート絶縁膜に充分な量を供給できる。また、積層絶縁膜２４がないため、直接半導体層２５を拡散し、ゲート絶縁膜へと供給される。従って、ゲート絶縁膜の未結合手を効果的にターミネイトでき、ＭＩＳ型トランジスタの諸特性を改善できる。
【００３４】
次に、第２の実施の形態例の構造を実現するための製造方法を説明する。図４は、第２の実施の形態例の第３変形例を実現するための製造方法を示す工程断面図である。
まず、図４（１）に示すとおり基板上に絶縁膜２０を形成する。基板は例えば半導体基板１であり、その半導体とは例えばシリコンである。絶縁膜２０は例えばＳｉＯ２膜である。このＳｉＯ２膜に凹部３０を形成する。ＳｉＯ２膜の厚さは１５０ｎｍ程度、凹部の深さは５０ｎｍ程度である。この凹部の形状は特に限定しないが、典型的な例を図５を用いて説明する。
【００３５】
図５は、図４（１）の凹部の形状を説明するための図である。図５（１）に示すとおり、凹部３０は例えば、矩形の溝２７である。そして、そのＡ−Ａ’断面は、図５（３）に示すとおりである。また、図５（２）に示すとおり円形、または楕円形の溝２８であってもよい。そして、そのＢ−Ｂ’断面は、図５（１）の例と同じく図５（３）に示すとおりである。
【００３６】
図４に話を戻し、図４（２）の説明をする。上記した凹部３０に第１のバリア層２１を形成する。このバリア層は、例えばＴｉとＴｉＮからなる積層膜である。続いて触媒作用のある材料２２を形成する。この材料は、例えばＲｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属であるが、これに限定されない。
【００３７】
次に、図４（３）に示すとおり、第２のバリア膜２３を形成する。この第２のバリア層２３は、例えばＴｉＮとＴｉの積層膜である。その上層に絶縁膜２４を形成する。この絶縁膜は例えばＳｉＯ２膜である。
【００３８】
次に、図４（４）に示すとおり、半導体層２５にＭＩＳ型トランジスタ２６を形成する。半導体層は、例えばシリコンである。単結晶の薄いシリコン基板と半導体基板１とを、絶縁膜２４を挟んで張り合わせる方法により、半導体層２５を形成できる。基板の張り合わせ以外の方法で、半導体層２５を形成してもよい。ＭＩＳ型トランジスタは公知の製造方法により形成する。その後、公知の多層配線製造工程を経て、アセンブリ直前の半導体装置を、水素を含む雰囲気中で熱処理する。この熱処理の温度は、４００℃以下である。
【００３９】
上記した製造方法によれば、水素を含む雰囲気中で熱処理することによって半導体装置内を拡散した水素分子が、触媒作用のある材料に接触し、水素原子へと変換されて、ゲート絶縁膜の未結合手をターミネイトする。従って、トランジスタの諸特性が改善されるのである。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態例とその変形例を示す構造の断面図である。図６（１）において、基板４０上に第１のバリア層４１が形成され、その上層に触媒作用のある材料４２が形成されている。更に、その上層に第２のバリア層４３が形成されている。ここで、基板４０は、例えば半導体基板である。また、バリア層４１、４３はＴｉとＴｉＮの積層膜である。触媒作用のある材料４２は、例えばＲｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属であるがこれらに限定されない。
【００４１】
上記した構造の上に絶縁膜４４が形成されている。更にその上層に半導体層４５が形成され、そこにＭＩＳ型トランジスタ４６が形成されている。ここで、絶縁膜４４は、例えばＳｉＯ２膜である。このＳｉＯ２膜は、第２のバリア層４３からの金属の拡散を防止する。更に、ＭＩＳ型トランジスタは公知の方法によって形成されている。
【００４２】
また、図６（２）は、第３の実施の形態例の変形例である。図６（１）との違いは、絶縁膜４４が形成されていない点である。そのため触媒作用のある材料からＭＩＳ型トランジスタへの距離が、絶縁膜４４の膜厚分だけ近くなる。
【００４３】
上記した、図６（１）、（２）に示す構造を有する半導体装置を、水素を含む雰囲気中で４００℃以下の熱処理を行なうと、半導体装置内を水素分子が拡散し触媒作用のある材料に接触する。接触した水素分子は、水素原子に変換され上方のＭＩＳ型トランジスタへと供給される。そして、水素原子がＭＩＳ型トランジスタのゲート絶縁膜の未結合手をターミネイトする。従って、ＭＩＳ型トランジスタの諸特性を改善できる。
【００４４】
上記した構造を得るには、例えば基板４０上に第１のバリア層４１を形成し、続いて触媒作用のある材料を形成する。そして、第２のバリア層４３を形成し、その上層に絶縁膜４４を形成する。更に、その上層に半導体層４５を形成して、公知の方法により、ＭＩＳ型トランジスタを形成することで、得ることができる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態例と変形例の構造を示す断面図である。図７（１）において、基板５０の上層に水素含有膜５１が形成されている。基板は、特に限定しないが、例えば誘電体基板である。水素含有膜５１は、ＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）もしくは、α−Ｓｉ膜（アモルファスシリコン膜）である。前者は、例えばＳｉＨ４（シラン）とＮＨ３（アンモニア）とを材料ガスとするプラズマＣＶＤ法で、２５％程度の水素を含むＳｉＮ膜として形成できる。また後者は、ＳｉＨ４（シラン）とＡｒ（アルゴン）とを、両者の流量比１０：１でプラズマＣＶＤ法によりα−Ｓｉ膜として形成できる。ＳｉＮ膜もα−Ｓｉ膜も、ＭＩＳ型トランジスタに充分な水素を供給するために、１０００ｎｍ以上の膜厚とすることが望ましい。
【００４６】
図７（１）においては、水素含有膜５１の上層に絶縁膜５２が形成されている。その上層には、半導体層５３が形成されている。そして半導体層５３に公知の方法によりＭＩＳ型トランジスタが形成されている。
【００４７】
図７（２）においては、絶縁膜５２が形成されていない。その他は、図７（１）と同様である。ここで、絶縁膜５２が形成されていないため、水素含有膜５１とＭＩＳ型トランジスタ５４との距離は、図７（１）の構造に比べて、絶縁膜５２の膜厚分だけ短くなる。そのため、水素の拡散距離が図７（１）の構造よりも短くて済む。
【００４８】
上記した図７（１）、（２）に示す構造を有する半導体装置を、４００℃以下の熱処理を行なう。この熱処理の雰囲気は水素を含んでいても、含んでいなくともよい。熱処理中に水素含有膜５１から水素が拡散し、充分な量の水素が上層に形成されたＭＩＳ型トランジスタへと供給され、ゲート絶縁膜の未結合手がターミネイトされる。従って、ＭＩＳ型トランジスタの諸特性が改善される。
【００４９】
上記した構造を得るには、例えば、基板５０上に水素含有膜５１を形成し、その上層に絶縁膜５２を形成する。更に、その上層に半導体層５３を形成して、ＭＩＳ型トランジスタ５４を公知の方法により形成することで、得ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態例は、本発明の第１の実施の形態例と併用するとより効果的である。図示はしないが、上記した図７（１）、（２）のＭＩＳ型トランジスタの上層に絶縁膜を形成して、コンタクトホールを開口し、触媒作用のある導電性材料と、その材料とは異なる導電性材料とで、コンタクトホールを埋め込む。その後、４００℃以下の温度で熱処理を行なうと、水素含有膜５１から拡散した水素分子が触媒作用のある導電性材料に接触して、水素原子へと変換される。この水素原子が再度拡散して、ＭＩＳ型トランジスタのゲート絶縁膜へと供給されて未結合手が効果的にターミネイトされる。従って、ＭＩＳ型トランジスタの特性が改善される。
【００５１】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【００５２】
（付記１）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
半導体基板上に形成されたＭＩＳ型トランジスタと、
前記ＭＩＳ型トランジスタ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記ＭＩＳ型トランジスタのゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールとを有し、
前記コンタクトホール内は、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【００５３】
（付記２）付記１において、
前記半導体基板がシリコンであることを特徴とする半導体装置。
【００５４】
（付記３）付記１又は２において、
前記絶縁膜が、シリコン酸化膜であることを特徴とする半導体装置。
【００５５】
（付記４）付記１又は２において
前記絶縁膜が、シリコン窒化膜であることを特徴とする半導体装置。
【００５６】
（付記５）付記１において、
前記触媒作用のある導電性材料が、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
【００５７】
（付記６）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記ＭＩＳ型トランジスタ上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とで埋め込む工程と、
前記半導体基板を、水素を含む雰囲気中で熱処理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。
【００５８】
（付記７）付記６において、
前記熱処理の温度が４００℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００５９】
（付記８）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
基板上に形成され、分子を原子へと変換する触媒作用のある材料を埋め込まれた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成されたＭＩＳ型トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
【００６０】
（付記９）付記８において、
前記触媒作用のある材料が、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
【００６１】
（付記１０）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記溝を触媒作用のある材料と当該材料とは異なる他の材料とで埋め込む工程と、
前記絶縁膜の上層にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記基板を水素を含む雰囲気中で熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００６２】
（付記１１）付記１０において、
前記熱処理の温度が４００℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００６３】
（付記１２）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
基板上に形成された分子を原子へと変換する触媒作用のある材料層と、
前記材料層の上に形成されたＭＩＳ型トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
【００６４】
（付記１３）付記１２において、
前記触媒作用のある材料が、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
【００６５】
（付記１４）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に触媒作用のある材料を形成する工程と、
前記材料の上層にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記基板を水素を含む雰囲気中で熱処理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。
【００６６】
（付記１５）付記１４において、
前記熱処理の温度が４００℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００６７】
（付記１６）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、
基板上に形成された水素を含有する水素含有膜と、
前記水素含有膜の上に形成されたＭＩＳ型トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
【００６８】
（付記１７）付記１６において、
前記水素を含有する膜がＳｉＮ膜又はα−Ｓｉ膜であることを特徴とする半導体装置。
【００６９】
（付記１８）付記１６において、
更に、ＭＩＳ型トランジスタ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成され、前記ＭＩＳ型トランジスタのゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールとを有し、
前記コンタクトホール内に、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【００７０】
（付記１９）ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
基板上に水素を含有する膜を形成する工程と、
前記膜の上にＭＩＳ型トランジスタを形成する工程と、
前記基板を熱処理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。
【００７１】
（付記２０）付記１９において、
更に、ＭＩＳ型トランジスタ上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にゲート電極用もしくはソース／ドレイン領域用のコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを、分子を原子へと変換する触媒作用のある導電性材料と、該材料とは異なる導電性材料とで埋め込む工程と、
前記半導体基板を熱処理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。
【００７２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、水素を含む雰囲気中で４００℃以下の低温での熱処理を行なうだけで、反応性の高い水素原子がゲート絶縁膜へと供給でき、水素原子が少量であっても効果的にゲート絶縁膜の未結合手をターミネイトできる。従って、トランジスタの上層側に１０層以上の配線を有する半導体装置であっても、ＭＩＳ型トランジスタの特性を改善できる。
【００７３】
また、ＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置において、水素を充分に含有する膜を、トランジスタの下層に設けたので、外部からの水素の拡散に依存することなく、ゲート絶縁膜の未結合手をターミネイトするのに充分な水素がトランジスタの下層側から供給される。従って、ＭＩＳ型トランジスタの特性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例とその変形例の構造を示す断面図である。
【図４】第２の実施の形態例の第３変形例を実現するための製造方法を示す工程断面図である。
【図５】図４（１）の凹部の形状を説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態例とその変形例を示す構造の断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態例と変形例の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１      半導体基板
２      ゲート絶縁膜
３      ゲート電極
４      ソース領域
５      ドレイン領域
６      シリサイド
１０    バリア層
１１    触媒作用のある導電性材料
２２，４２    触媒作用のある材料
１２    埋め込み金属
２１、４１    第１のバリア層
２３、４３    第２のバリア層
２６、４６、５４    ＭＩＳ型トランジスタ
３０    凹部
【図１】
2004179329.tif 000003
【図２】
2004179329.tif 000004
【図３】
2004179329.tif 000005
【図４】
2004179329.tif 000006
【図５】
2004179329.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004179329.tif 000009