(57)【要約】【課題】  ゲート絶縁膜や素子領域中に存在する多量のダングリングボンドを重水素により終端する。【解決手段】  半導体基板に半導体素子を形成し、前記半導体素子上に、窒素を含むシリコン酸化膜を形成し、前記窒素を含むシリコン酸化膜中に、重水素を導入し、前記半導体基板を加熱して、重水素を拡散する。また、半導体基板に、窒素を含むシリコン酸化膜による素子分離膜を形成し、前記素子分離膜に、重水素を導入し、前記素子分離膜により区画された、前記半導体基板における素子領域に、半導体素子を形成し、前記半導体基板を加熱して、重水素を拡散する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に半導体素子を形成し、
前記半導体素子上に、窒素を含むシリコン酸化膜を形成し、
前記窒素を含むシリコン酸化膜中に、重水素を導入する、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記重水素の導入後、前記半導体基板を加熱して、前記窒素を含むシリコン酸化膜中の重水素を拡散することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板に、窒素を含むシリコン酸化膜による素子分離膜を形成し、
前記素子分離膜に、重水素を導入し、
前記素子分離膜により区画された、前記半導体基板における素子領域に、半導体素子を形成し、
前記半導体基板を加熱する、
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
シリコン原子、酸素原子及び窒素原子を含むガスを材料ガスとして用いてＣＶＤ法を行うことにより、あるいは、シリコン酸化膜を形成した後、前記シリコン酸化膜に窒素を導入することにより、前記窒素を含むシリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
重水素ガス又は重水蒸気を含む雰囲気中で前記半導体基板を熱処理することにより、あるいは、重水素ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより、前記窒素を含むシリコン酸化膜中に重水素を導入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、素子の微細化やトランジスタ特性の向上のためにゲート絶縁膜の薄膜化が急速に進んでいる。
【０００３】
ゲート絶縁膜の薄膜化により、ゲート絶縁膜における信頼性の一つである、トランジスタの閾値電圧の経時変化を示すNBTI（Negative Bias Temperature Instability：負バイアス温度不安定性）特性の劣化が大きな問題となっている。
【０００４】
また、素子の微細化は、基板内における素子領域での結晶欠陥を誘発して、例えばPN接合でのジャンクションリークという形でデバイス特性に対して悪影響を及ぼしている。
【０００５】
上記のNBTI特性の劣化は、ゲート絶縁膜中に存在する水素の離脱が引き金となっていることが分かっている。即ち、ゲート絶縁膜中のダングリングボンド（未結合手）を終端している水素が離脱して、ダングリングボンドが再発することがNBTI特性の劣化の１つの原因となっている。
【０００６】
NBTI特性を改善するには、大きく２つのポイントがある。１つは、ダングリングボンドを終端している水素を、より離脱しにくい重水素に置き換えることである。もう１つは、ゲート絶縁膜の形成後における各種プロセス（後工程）において発生した水素がゲート絶縁膜に拡散してきて、この水素によってゲート絶縁膜中のダングリングボンドが終端されることを阻止すること、即ち、ダングリングボンドをできるだけ重水素で終端することである。
【０００７】
一方、基板内における素子領域中の欠陥（ダングリングボンド）についても同様に、従来は、水素によって終端してきたダングリングボンドを、シリコン（Si）と高い結合力を有する重水素で終端することが有効である。
【０００８】
ところで、ゲート絶縁膜や素子領域中のダングリングボンドを終端するための重水素の供給方法としては、重水素アニール/重水アニール等により重水素を直接供給する方法と、重水素を含んだ膜を拡散源にして重水素を供給する方法がある。後者の重水素を含んだ膜を拡散源にして重水素を供給する場合は、その拡散源となる膜中に多くの重水素を含ませることが、より多量のダングリングボンドを終端するために有効である。
【０００９】
また、ゲート絶縁膜の形成後における各種プロセス（後工程）において生成された水素がゲート絶縁膜へ拡散してくることを抑制する方法としては、ゲート絶縁膜を覆う層間絶縁膜中に多くの重水素を導入して、層間絶縁膜中の重水素によって、層間絶縁膜の上層側から下層側へ、水素が拡散することを阻止する方法がある。
【００１０】
しかしながら、従来においては、重水素の拡散膜や、ゲート絶縁膜を覆う層間絶縁膜内中に十分な重水素を導入できなかった。
【００１１】
このため、ゲート絶縁膜や素子領域中には依然として、未終端の多量のダングリングボンドが存在していた。また、ゲート絶縁膜の形成後における各種プロセスにおいて生成された水素によりゲート絶縁膜等中のダングリングボンドが終端されることも多かった。
【特許文献１】特開平１０−１２６０９号公報
【特許文献２】特開２０００−１２５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ゲート絶縁膜や素子領域中に存在する多量のダングリングボンドを重水素により終端できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に従った半導体装置の製造方法は、  半導体基板に半導体素子を形成し、前記半導体素子上に、窒素を含むシリコン酸化膜を形成し、前記窒素を含むシリコン酸化膜中に、重水素を導入する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に従った半導体装置の製造方法は、前記重水素を導入した後、前記半導体基板を加熱して、前記窒素を含むシリコン酸化膜中の重水素を拡散することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に従った半導体装置の製造方法は、半導体基板に、窒素を含むシリコン酸化膜による素子分離膜を形成し、前記素子分離膜に、重水素を導入し、前記素子分離膜により区画された、前記半導体基板における素子領域に、半導体素子を形成し、前記半導体基板を加熱する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、ゲート絶縁膜や素子領域中に存在する多量のダングリングボンドを重水素により終端できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１〜図６は、本発明の実施の形態に従った半導体装置の製造方法を説明する製造工程断面図である。
【００１９】
まず、図１（Ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板１１に、燐等の不純物をイオン注入してｎ型ウェル１２を形成する。
【００２０】
次に、シリコン基板１１上に、例えば膜厚8nmのシリコン酸化膜１３を、熱酸化法により形成する。
【００２１】
次に、このシリコン酸化膜１３上に、LPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により、例えば厚さ150nmのシリコンナイトライド膜１４を形成する。
【００２２】
次に、図１（Ｂ）に示すように、シリコンナイトライド膜１４上にフォトレジストを塗布し、さらにベークしてフォトレジスト膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、このフォトレジスト膜をパターニングする。
【００２３】
次に、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング（RIE）等のエッチング技術を用いて、シリコンナイトライド膜１４、シリコン酸化膜１３及びシリコン基板１１を順次、エッチングして、溝１５を形成する。
【００２４】
次に、図１（Ｃ）に示すように、LPCVD法を用いて、基板上の全面に、熱酸化法によりシリコン酸化膜１６を形成し、さらに、このシリコン酸化膜１６上にシリコン酸窒化膜１７を堆積する。
【００２５】
次に、化学機械研磨（CMP: Chemical Mechanical Polishing）プロセスを用いて、シリコンナイトライド膜１４上におけるシリコン酸化膜１６及びシリコン酸窒化膜１７を研磨することにより、図１（Ｃ）に示すように、基板表面を平坦化する。
【００２６】
この状態の基板を、重水素ガスあるいは重水蒸気を含んだ雰囲気中で熱処理して、図１（Ｃ）に示すように、シリコン酸窒化膜１７中に重水素を導入する。シリコン酸窒化膜１７中に存在する窒素原子により、シリコン酸窒化膜１７中には、多くの重水素が導入される。
【００２７】
次に、基板１１上のシリコン酸化膜１３及びシリコンナイトライド膜１４と、基板１１とシリコン酸化膜１３の界面より上の部分のシリコン酸化膜１６及び重水素を含むシリコン酸窒化膜１７を、燐酸溶液及びフッ化水素水溶液等を用いて除去して、図２（Ａ）に示すように、重水素を含んだ素子分離膜１８を形成する。この素子分離膜１８内には多くの重水素が導入されているので、重水素の拡散源として有効である。
【００２８】
次に、図２（Ｂ）に示すように、ｎ型ウェル１２にホウ素等の不純物を打ち込んでｐ型ウェル２４形成し、また、ｐ型基板１１に燐等の不純物を打ち込んで、ｎ型ウェル１２と分離したｎ型ウェル２５を形成する。
【００２９】
次に、熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成した後、プラズマ窒化処理及び減圧酸素アニールを行ってシリコン酸窒化膜（ゲート絶縁膜）２０を形成する。ゲート絶縁膜２０の膜厚は、例えば物理膜厚で1.7nmである。ゲート絶縁膜としてはシリコン酸窒化膜の他、シリコン酸化膜／ハーフニウムオキサイド膜等を用いてもよい。
【００３０】
次に、このゲート絶縁膜２０上に、燐等の不純物をドープした多結晶シリコン膜２１、シリコンを添加したタングステンシリサイド膜２２及びキャップ層としてのシリコンナイトライド膜２３を順次、堆積する。
【００３１】
次に、リソグラフィ技術を用いて、このシリコンナイトライド膜２３上に、フォトレジスト膜によるパターン（図示せず）を形成する。
【００３２】
次に、図２（Ｃ）に示すように、このパターンをマスクとして、シリコンナイトライド膜２３、タングステンシリサイド膜２２及び多結晶シリコン膜２１を順次、プラズマイオンエッチングして、接続配線電極１９及びゲート配線電極２６を形成する。
【００３３】
接続配線電極１９及びゲート配線電極２６の側壁を熱酸化法によって酸化して例えば２ｎｍの厚さの酸化膜（図示せず）を形成する。
【００３４】
次に、接続配線電極１９及びゲート配線電極２６をマスクとして、周知のイオン注入法により、基板１１表面に、例えばホウ素等の不純物をイオン注入する。これにより、基板１１の表面領域に、ｐ型不純物拡散領域（ドレイン領域）２８ａ及びｐ型不純物拡散領域（ソース領域）２８ｂを形成する。即ち、ドレイン領域２８ａ、ソース領域２８ｂ、ゲート絶縁膜２０及びゲート配線電極２６を含む電界効果トランジスタを形成する。この電界効果トランジスタは、例えば半導体素子に対応する。この半導体素子は、電界効果トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）の他、バイポーラトランジスタ、抵抗、コンデンサ等も含む。ドレイン領域２８ａは、図示しない領域において、接続配線電極１９中の多結晶シリコン膜２１及びタングステンシリサイド膜２２と電気的に接続される。
【００３５】
次に、例えばLPCVD法を用いて、基板上の全面（ゲート配線電極２６の側壁及び上表面、ゲート絶縁膜２０の表面）に、例えば膜厚10.0nmによるシリコン酸化膜２７を形成する。
【００３６】
次に、図３（Ａ）に示すように、ゲート配線電極２６の側壁等に形成されたシリコン酸化膜２７に対して、プラズマ窒化法に従ったプラズマ窒化プロセス等によって、窒素を導入して、シリコン酸窒化膜２７’とする。このシリコン酸化膜２７への窒素の導入方法としてはプラズマ窒化技術以外にも、熱窒化法に従ったNH3窒化・NO窒化等の熱プロセスを用いてもよい。また、LPCVD法によりシリコン酸化膜の堆積時に窒素を同時に導入することによりシリコン酸窒化膜を形成してもよい。
【００３７】
このようにしてシリコン酸窒化膜２７’を形成した後に、重水素ガスを含んだ雰囲気で900℃程度の熱アニールをすることにより、図３（Ａ）に示すように、シリコン酸窒化膜２７’中に重水素を導入する。シリコン酸窒化膜２７’には多くの重水素が導入されるので重水素の拡散源として有効であり、また、後工程（例えばＣＶＤ工程）において生成された水素がシリコン酸窒化膜２７’を通過して、ゲート絶縁膜２０に至ることを有効に阻止する。
【００３８】
ここで、本工程による熱アニールの際には、図３（Ａ）に示すように、素子分離膜１８中に含まれる重水素が拡散される。拡散された重水素は、基板内における素子領域（素子分離膜１８が形成された以外の基板内における領域）やゲート絶縁膜２０に至り、素子領域やゲート絶縁膜中のダングリングボンドを終端（欠陥を修復）する。また、本工程による熱アニールの際には、ドレイン領域２８ａ及びソース領域２８ｂ内の不純物が活性化される。即ち、１度の熱アニールで、重水素の拡散と、不純物の活性化との両方を行うことができる。熱アニールの温度が高ければ拡散効率はより高まるが、熱アニールの温度は種々のプロセス条件により制限される。例えば熱アニールを配線形成工程後にする場合などは２００〜３００℃程度の温度に制限される。
【００３９】
なお、上述のゲート配線電極２６を形成する際のプラズマエッチング時（図２（Ｃ）参照）には、ゲート配線電極２６の側壁下部近傍におけるゲート絶縁膜２０に、格子欠陥等のダメージが誘起されるが、このダメージは、本工程による熱アニールにおいて、修復される。
【００４０】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ＣＶＤ法等を用いて、層間絶縁膜としてのボロン燐ドープ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）３０を全面に堆積する。
【００４１】
次に、この状態の基板を、例えば900℃で熱アニールすることにより、重水素を含むシリコン酸窒化膜２７’中の重水素を拡散する。このとき、素子分離膜１８中の残りの重水素も多少拡散される。
【００４２】
ここで、重水素を含むシリコン酸窒化膜２７’上にはＢＰＳＧ膜３０が形成されているので、ＢＰＳＧ膜３０が存在しない場合に比べて、重水素は基板面方向に多少効率的に拡散される。
【００４３】
拡散された重水素は、ゲート絶縁膜２０や基板１１内に至り、ゲート絶縁膜２０中のダングリングボンドや、基板１１内における素子領域中のダングリングボンドを終端する。
【００４４】
次に、図４（Ａ）に示すように、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：tetraethoxy silane）を含むガス雰囲気中でＣＶＤ法を行うことにより、ＢＰＳＧ膜３０上に、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜３１を形成する。シリコン酸化膜３１の形成の際に、ガス材料から水素が生成され拡散されるが、拡散された水素がゲート絶縁膜２０へ至ることは、すなわち、ゲート絶縁膜２０中のダングリングボンドが水素によって終端されることは、シリコン酸窒化膜２７’中に残る重水素によって、阻止される。即ち、シリコン酸窒化膜２７’中に残る重水素が、水素が通過することを阻止する。
【００４５】
次に、プラズマ窒化プロセス等により、シリコン酸化膜３１中に窒素を導入してシリコン酸窒化膜３１’とする。そして、重水素ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理を行うなどして、シリコン酸窒化膜３１’中に、重水素を導入する。
【００４６】
次に、シリコン酸窒化膜３１’上にフォトレジスト膜によるパターン（図示せず）を形成し、このパターンを用いて、重水素を含むシリコン酸窒化膜３１’及びＢＰＳＧ膜３０を順次、エッチングして、接続配線電極１９内のタングステンシリサイド膜２２へ至るホールＨ１と、ソース領域２８ｂへ至るホールＨ２とをそれぞれ形成する。
【００４７】
次に、ホールＨ１、Ｈ２の内表面に、チタンによるバリアメタル膜３２ａ、３２ｂを形成し、さらに、バリアメタル膜３２ａ、３２ｂの内側に、タングステンによるプラグ３３ａ、３３ｂを埋め込み形成する。
【００４８】
次に、図４（Ｂ）に示すように、ＴＥＯＳを含むガス雰囲気中で、ＣＶＤ法を行うことにより、基板上の全面に、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜３４を形成する。シリコン酸化膜３４の形成の際に、ガス材料から水素が生成され拡散されるが、この水素がゲート絶縁膜２０へ至ることは、シリコン酸化膜３４の下層のシリコン酸窒化膜３１’に含まれる重水素によって阻止される。
【００４９】
次に、プラズマ窒化プロセス等により、シリコン酸化膜３４中に窒素を導入してシリコン酸窒化膜３４’とする。そして、重水素ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理を行うなどして、図４（Ｂ）に示すように、シリコン酸窒化膜３４’中に、重水素を導入する。
【００５０】
次に、図５に示すように、重水素の導入されたシリコン酸窒化膜３４’上にフォトマスクパターン（図示せず）を形成し、このフォトマスクパターンを用いてシリコン酸窒化膜３４’をエッチングすることにより、プラグ３３ａ、３３ｂ上の位置に、それぞれホールＨ３、Ｈ４を形成する。そして、これらのホールＨ３、Ｈ４の内表面に、チタンナイトライドによるバリアメタル膜３５ａ、３５ｂを形成し、バリアメタル膜３５ａ、３５ｂの内側にタングステンによるプラグ３６ａ、３６ｂを埋め込み形成する。
【００５１】
次に、バリアメタル膜３５ａ及びプラグ３６ａ、バリアメタル３５ｂ及びプラグ３６ｂをそれぞれ覆うように、チタン膜及びチタンナイトライド膜が積層されたTi/TiN膜４０ａ、４０ｂを、スパッタリング法等を用いて形成する。
【００５２】
次に、Ti/TiN膜４０ａ、４０ｂ上に、スパッタリング法等を用いて、アルミニウムに不純物としての銅を添加したAl-Cu膜４１ａ、４１ｂを形成する。
【００５３】
次に、Al-Cu膜４１ａ、４１ｂ上に、スパッタリング法等を用いて、Ti/TiN膜４２ａ、４２ｂを形成する。
【００５４】
次に、基板上の全面を覆うように、ＴＥＯＳをガス材料として用いて、ＣＶＤ法を行うことにより、層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜４３を形成する。シリコン酸化膜４３の形成の際に、ガス材料から水素が生成され拡散されるが、この水素がゲート絶縁膜２０へ至ることは、シリコン酸化膜４３の下層に位置するシリコン酸窒化膜３４’等中の重水素によって、阻止される。
【００５５】
次に、基板上の全面に、ＳＡＵＳＧ（Sub Atmospheric Undoped SilicateGlass）膜４４を形成し、さらにＴＥＯＳをガス材料として用いてシリコン酸化膜４５を形成する。シリコン酸化膜４５の形成の際に、ガス材料から水素が生成され拡散されるが、この水素がゲート絶縁膜２０へ至ることは、このシリコン酸化膜４５の下方に位置するシリコン酸窒化膜３４’、３１’中の重水素によって、阻止される。
【００５６】
次に、シリコン酸化膜４５上にフォトレジスト膜によるパターンを形成し、このパターンを用いて、ＲＩＥ等により、シリコン酸化膜４５及びＳＡＵＳＧ膜４４を順次、エッチングして、Ti/TiN膜４２ａへ通じるホールＨ５を形成する。
【００５７】
次に、スパッタリング法等を用いて、ホールＨ５の内表面及びシリコン酸化膜４５上にTi/TiN膜４６を形成し、さらに、このTi/TiN膜４６上にAl-Cu膜４７及びTiN膜４８を順次、形成する。
【００５８】
次に、この状態の基板を熱アニールする。これにより、上述した素子分離膜１８及びシリコン酸窒化膜２７’中の残りの重水素が拡散されると共に、図５に示すように、シリコン酸窒化膜３１’、３４’中に含まれる重水素が拡散される。シリコン酸窒化膜３１’、３４’から拡散された重水素は、ゲート絶縁膜２０や基板１１内の素子領域に至り、ゲート絶縁膜２０や素子領域内に存在するダングリングボンドを終端する。
【００５９】
次に、図６に示すように、基板上の全面に、例えば、ＴＥＯＳをガス材料として用いて、ＣＶＤ法を行うことにより、シリコン酸化膜５０を形成する。
【００６０】
次に、シリコン酸化膜５０上に、ＣＶＤ法等を用いて、シリコンナイトライド膜５１を形成する。
【００６１】
この後、シリコンナイトライド膜５１上にポリイミド樹脂を塗布、焼成するなどしてポリイミド樹脂膜５２を形成する。
【００６２】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明者らによる独自の実験結果に基づいて作成したグラフである。
【００６３】
即ち、図７（Ａ）は、半導体基板上にシリコン酸窒化膜を形成し、この状態の基板を、重水素を含むガス雰囲気中で熱アニールしてシリコン酸窒化膜に重水素を導入した後、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により重水素及び窒素原子の分布を解析した結果を示すグラフである。
【００６４】
図７（Ｂ）は、シリコン酸窒化膜の代わりにシリコン酸化膜を用いて図７（Ａ）と同じ方法により重水素を導入した後、ＳＩＭＳにより重水素の分布を解析した結果を示すグラフである。
【００６５】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）中の表面Ｓ１、Ｓ２によって示される位置は、それぞれシリコン酸窒化膜及びシリコン酸化膜の表面である。
【００６６】
図７（Ａ）中の界面Ｂ１によって示される位置は、シリコン酸窒化膜及び半導体基板の界面、図７（Ｂ）中の界面Ｂ２によって示される位置は、シリコン酸化膜及び半導体基板の界面である。
【００６７】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の横軸方向（表面からの深さ）のスケールは同一であるが、縦軸方向（濃度）のスケールは、重水素の濃度変化をより明確に示すべく、図７（Ｂ）を図７（Ａ）よりも大きくしている。
【００６８】
図７（Ｂ）に示すように、シリコン酸化膜を用いた場合、シリコン酸化膜中の重水素の濃度は、大体１．０×１０１８〜１．０×１０２０（atms/cm３）である。これに対し、シリコン酸窒化膜を用いた場合は、シリコン酸窒化膜中の重水素の濃度は、大体５．０×１０１９〜２．０×１０２１（atms/cm３）である。このことからシリコン酸窒化膜は、シリコン酸化膜よりも、多量の重水素を膜中に含むことが分かる。
【００６９】
また、図７（Ａ）に示すように、シリコン酸窒化膜では、窒素原子の濃度変化にほぼ追従して、重水素の濃度も変化している。これから、窒素原子を多く膜中に含ませることで、より多くの重水素を膜中に導入できることが分かる。
【００７０】
なお、上述の図６に示したポリイミド樹脂膜５２の形成後における素子分離膜１８、シリコン酸窒化膜２７’、３１’、３４’中の重水素濃度は、上記実験結果等から、大体１０１７〜１０１９（atms/cm３）になると推定される。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、窒素を含むシリコン酸化膜中に重水素を導入するようにしたので、重水素の拡散源として、多量の重水素を含む膜（絶縁膜）を形成できる。そして、基板を熱アニールして膜内の重水素を拡散することで、多量のダングリングボンドを終端できる。即ち、重水素を導入したシリコン酸窒化膜を拡散源として用いる場合、重水素を導入したシリコン酸化膜を拡散源として用いた場合よりも多量のダングリングボンドを終端できる。
【００７２】
また、本実施の形態によれば、上述のように、多量の重水素を含む膜（絶縁膜）を形成できるので、この膜の形成後に、例えばＣＶＤ工程などで水素が発生しても、その水素がその膜よりも下層へ通過することは、膜中に存在する重水素によって、有効に阻止される。従って、膜よりも下層に存在する、ゲート絶縁膜や素子領域中のダングリングボンドが、水素によって終端されることは可及的に阻止される。
【００７３】
以上のように、本実施の形態によれば、ゲート絶縁膜や素子領域中に存在する多量のダングリングボンドを重水素によって終端できるので、NBTI特性は向上し、また、素子領域の欠陥は修復される。
【００７４】
以上に説明した本実施の形態の特徴についてまとめると以下のようになる。
【００７５】
（１）本実施の形態の第１の特徴は、半導体基板に半導体素子を形成し、前記半導体素子上に、窒素を含むシリコン酸化膜を形成し、前記窒素を含むシリコン酸化膜中に、重水素を導入することにある。さらに、重水素を導入した後、前記半導体基板を加熱して、前記窒素を含むシリコン酸化膜中の重水素を拡散し、これにより、半導体素子中や基板中におけるダングリングボンドを終端する。
【００７６】
（２）前記半導体素子の形成は、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面領域に不純物を打ち込んで、チャネル領域の両側にそれぞれソース・ドレイン領域を形成することによって行う。
【００７７】
前記窒素を含むシリコン酸化膜は、例えば、前記ゲート電極の表面上及び前記ゲート絶縁膜の表面上に形成する。
【００７８】
前記窒素を含むシリコン酸化膜上に層間絶縁膜及び別の窒素を含むシリコン酸化膜を順次形成し、前記別の窒素を含むシリコン酸化膜、前記層間絶縁膜、前記窒素を含むシリコン酸化膜及び前記ゲート絶縁膜を順次エッチングして、前記ソース・ドレイン領域にそれぞれ通じるホールを形成し、前記ホール内にコンタクト電極を形成し、前記別の窒素を含むシリコン酸化膜に重水素を導入する。この後、前記半導体基板を加熱して、前記別の窒素を含むシリコン酸化膜中の重水素を拡散する。
【００７９】
（３）また、本実施の形態の第２の特徴は、半導体基板に、窒素を含むシリコン酸化膜による素子分離膜を形成し、前記素子分離膜に、重水素を導入し、前記素子分離膜により区画された、前記半導体基板における素子領域に、半導体素子を形成し、前記半導体基板を加熱することにある。
【００８０】
前記素子分離膜の形成は、前記半導体基板の表面から内部に向けてエッチングして溝を形成し、前記半導体基板を覆うように窒素を含むシリコン酸化膜を形成し、前記半導体基板の表面上における前記窒素を含むシリコン酸化膜を研磨して、前記溝内に前記窒素を含むシリコン酸化膜を残すことによって行う。
【００８１】
（４）上述の第１及び第２の特徴において、前記窒素を含むシリコン酸化膜の形成は、シリコン原子、酸素原子及び窒素原子を含むガスを材料ガスとして用いてＣＶＤ法を行うことにより行う。あるいは、シリコン酸化膜を形成し、その後、前記シリコン酸化膜に窒素を導入することにより、前記窒素を含むシリコン酸化膜を形成する。前記シリコン酸化膜への窒素の導入は、プラズマ窒化法あるいは熱窒化法を用いて行う。
【００８２】
（５）上述の第１及び第２の特徴において、前記窒素を含むシリコン酸化膜中への重水素の導入は、重水素ガス又は重水蒸気を含む雰囲気中で前記半導体基板を熱処理することにより行う。あるいは、重水素ガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことにより、前記窒素を含むシリコン酸化膜中に重水素を導入する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態に従った半導体装置の製造方法を説明する製造工程断面図である。
【図２】図１に続く工程を示す、製造工程断面図である。
【図３】図２に続く工程を示す、製造工程断面図である。
【図４】図３に続く工程を示す、製造工程断面図である。
【図５】図４に続く工程を示す、製造工程断面図である。
【図６】図５に続く工程を示す、製造工程断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、シリコン酸窒化膜中における重水素及び窒素原子の分布を説明する図である。図７（Ｂ）は、シリコン酸化膜中における重水素の分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１  基板
１８  素子分離膜
２０  ゲート絶縁膜
２６  ゲート電極
２８ａ  ドレイン領域
２８ｂ  ソース領域
２７’、３１’、３４’  シリコン酸窒化膜
３０  ＢＰＳＧ膜
４３シリコン酸化膜
４４  ＳＡＵＳＧ膜
【図１】
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【図２】
2005260177.tif 000004
【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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