(57)【要約】【課題】  アルミ配線がゲート電極を覆うＭＯＳトランジスタにおいて、ゲート電極が受けたプラズマダメージにより発生するしきい値電圧のバラツキを防止する。【解決手段】  ＢＰＳＧ膜デポジション後のウエハを縦型熱処理装置に導入し、まず、ＢＰＳＧ膜を９２０℃の窒素熱処理によって膜の緻密化及び平坦化処理を行い、次いで、連続して４３０℃の水素熱処理を施す。これにより、工程を増やすことなく、しきい値バラツキを防止できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＰＳＧ膜を用いる半導体装置の製造方法であって、炉の上方から気体を導入して炉の下方から気体を排出するタイプの縦型炉内でＢＰＳＧ膜を形成したウエハを窒素熱処理する工程と、次いで水素熱処理する工程を連続して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記水素熱処理する工程における水素濃度は５％以下で、窒素で希釈されてい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】
前記窒素熱処理する工程の雰囲気は窒素と酸素の混合気体であることを特徴とする請求項１または２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。特にＢＰＳＧ膜の熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＰＳＧ膜は半導体装置の平坦化を目的として、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極とアルミ金属配線の間で利用されることが多い。図２は一般的な半導体装置の製造工程のフローである。ＢＰＳＧ膜はＣＶＤ装置で半導体基板上にデポジションされた後、拡散炉にて窒素熱処理され、ＢＰＳＧ膜は緻密化すると同時に平坦化する。
【非特許文献１】「はじめての半導体プロセス」、株式会社工業調査会、２０００年、ｐ．３８〜３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜を形成する工程の前の様々なプラズマ処理等により、プラズマダメージが入り、ゲート電極直下のＳｉ／ＳｉＯ2界面に電荷の蓄積をもたらす。通常、これらの電荷は前工程の最後に用意されているアロイ工程（別称、シンター工程ともいう）における水素の働きによって除去されるが、後の工程でも除去されない場合もある。これはゲート電極の上にアルミ配線が付いている場合であって、このような構成のときはアロイ工程で添加されている水素がゲート電極下部まで届かないためである。本発明では、アルミ配線がゲート電極を覆う構成であっても、電荷の蓄積によるトランジスタのしきい値電圧の変動バラツキを防止する熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、上記課題を解決するために以下の手段を講じた。
【０００５】
まず、炉の上方から気体を導入して炉の下方から気体を排出するタイプの縦型炉内でＢＰＳＧ膜を形成したウエハを窒素熱処理する工程と、次いで水素熱処理する工程を連続して行うことを特徴とするＢＰＳＧ膜の熱処理方法とした。
【０００６】
また、水素熱処理時の水素濃度は５％以下で、窒素で希釈されていることを特徴とするＢＰＳＧ膜の熱処理方法とした。
【０００７】
さらに、窒素熱処理時の雰囲気は窒素と酸素の混合であることを特徴とするＢＰＳＧ膜の熱処理方法とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、１つの装置でＢＰＳＧ膜を窒素熱処理から水素熱処理まで連続して一貫処理する事により、工程を増やすこと無く、ゲート電極がプラズマダメージで受けた電荷蓄積によって発生する界面準位変化によるしきい値電圧のバラツキを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明に係る半導体装置の製造工程フロー概念図である。また、図２は従来の一般的な半導体装置の製造工程フローの概念図である。従来の方法ではＢＰＳＧデポジションの後に窒素熱処理されているのに対し、本発明では、窒素熱処理の後に水素熱処理を続けて行う点が異なっている（図１の工程ブロック２０１を参照）。なお、ＢＰＳＧ膜が形成されているウエハはＭＯＳトランジスタ構造の半導体装置を搭載しており、後の工程において、アルミ配線がゲート電極を覆う構造であるものとする。
【００１０】
図３は、上記熱処理に用いる縦型熱処理装置の模式図である。縦型熱処理装置の熱処理炉３０８は、石英製のチューブ３０４の上部にガス供給口３０１が設けられ、その下部にガス排出口３０５が設けられている。従って、この熱処理で用いる窒素ガス、水素ガス、酸素ガスは、チューブ３０４の上部のガス供給口３０１からチューブ３０４内に供給され、下部のガス排出口を通って外部に排出されていくことになる。また、チューブ３０４内には、ＢＰＳＧ膜を形成されたウエハ３０２が格納された石英製のボート３０３が収容されるが、このボート３０３は、チューブ３０４の下方に設置してある。昇降機３０７で上下移動されることによってチューブ３０４内へ出し入れされる。ＢＰＳＧ膜が形成されたウエハ３０２が、この縦型熱処理装置に入れられると、図４の温度チャートに示す熱処理が施される。
【００１１】
まず、温度Ｔ１（例えば、３００℃）で待機中の縦型熱処理装置の熱処理炉３０８にＢＰＳＧ膜を形成されたウエハ３０２をセットし、温度をＴ３（例えば、９２０℃）まで温度上昇させる（図４のａ領域を示す）。その後、石英製のチューブ３０４の上部にあるガス供給口３０１より窒素１対酸素１０の割合で窒素ガス及び酸素ガスを供給し、５０分間熱処理を行う（図４のｂ領域を示す）。このときの窒素と酸素の比率は上記に限らず、窒素１００％であっても良い。
【００１２】
その後、窒素ガス及び酸素ガスをガス排出口３０５から排出し、温度をＴ２（例えば、４３０℃）まで温度を下降させる（図４のｃ領域を示す）。次いで、温度をＴ２で保持して、上部のガス供給口３０１より水素ガスを供給し、２０分間熱処理を行う（図４のｄ領域を示す）。水素熱処理終了後、ガス排出口３０５から水素ガスを排出し、温度をＴ１（例えば、３００℃）まで温度を下降させ、熱処理したＢＰＳＧ膜付きのウエハを取り出す（図４のｅ領域を示す）。上記水素熱処理においては、水素は窒素で希釈され、濃度は５％以下であることが安全上好ましい。
【００１３】
以上のように、本発明に従ってＢＰＳＧ膜を窒素熱処理後に連続して水素熱処理することによってプラズマダメージによる電荷の蓄積によって発生する界面準位変化を防止することができる。
【００１４】
図５は、本発明にて製造されたトランジスタ、および従来の方法で製造されたトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性を示している。従来の方法で製造した場合は、曲線５０２で示すように所望のＩＣの電気特性を得られなかったのに対し、本発明で製造した場合は、曲線５０１で示すように改善されていることがわかる。
【００１５】
図６は、本発明を適用した場合のトランジスタのしきい値電圧分布図の例である。６０２はしきい値の上限値、６０３しきい値の下限値を示している。また、図７は従来方法を適用した場合のトランジスタのしきい値電圧分布図である。図６で用いた上限値および下限値を７０２および７０３として描いてある。フィッティングした分布曲線を見て分るように、図６で示した本発明による実施例の場合のほうがしきい値電圧の上限値６０２としきい値電圧の下限値６０３の差が小さく、安定していることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造工程フロー概念図である。
【図２】従来の一般的な半導体製造工程フロー概念図である。
【図３】本発明に用いる縦型熱処理装置の模式図である。
【図４】熱処理時の温度変化を示す温度チャート図である。
【図５】本発明に係るトランジスタのVg−Ｉｄ特性図である。
【図６】本発明に係るトランジスタのしきい値電圧分布図である。
【図７】従来方法によるトランジスタのしきい値電圧分布図である。
【符号の説明】
【００１７】
２０１  水素熱処理を追加した工程ブロック図
３０１  ガス供給口
３０２  ＢＰＳＧ膜が形成されたウエハ
３０３  石英製のボード
３０４  石英製のチューブ
３０５  ガス排出口
３０６  シャッター
３０７  昇降機
３０８  縦型熱処理装置の熱処理炉
５０１  正常のトランジスタ特性
５０２  不良のトランジスタ特性
６０１  正常トランジスタのしきい値分布
６０２  しきい値電圧の上限値
６０３  しきい値電圧の下限値
７０１  不良トランジスタのしきい値分布
７０２  しきい値電圧の上限値
７０３  しきい値電圧の下限値
【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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