专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置。特别是涉及通过将有机物用于绝缘体而 实现低介电常数化的半导体装置。
背景技术：
10 在一般的半导体装置中，为了对元件进行分离，有时将绝缘体用作电介质。
在此，参考图3对一般的半导体装置的构成进行说明。
在硅基板1的元件形成领域中形成有源/漏扩散层20。在元件形成领 域的周围形成有由硅氧化膜(SiCb膜)12和绝缘膜(SiOj莫)13构成的 15元件分离领域(STI部)。在元件形成领域上形成有经栅绝缘膜14形成的 栅电极15和被形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域层间绝缘膜18。
在栅电极15的侧壁上形成有侧壁(Si3Nj莫)16，还形成有覆盖栅绝 缘膜14及栅电极15的Si02膜17。另外，在硅基板1和层间绝缘膜18之 间也形成有SiOj莫17。在源/漏扩散层20及栅电极15上分别连接有金属 20层(plug) 19。
以往，绝缘体主要由硅氧化物(相对介电常数3.9)构成。
现在，在感应电荷功能以外的用途中，为了抑制信号延迟需要实现低 介电常数化，通过向硅氧化物中添加氟，或者在硅氧化物中设置空隙来降 低介电常数。
25 但是，使用LOCOS或STI (Shallow Trench Isolation)等元件分离领
域对晶体管进行直接分离时，或对晶体管之间进行分离时， 一般使用硅氧 化膜(Si02膜)(参考图3)，但今后对这部分也需要实现低介电常数化。 现在，用于对晶体管之间进行分离的材料，是以硅氧化膜(Si02、 e =3.9)或硅氮化膜(Si3N4、 e=7.8)等硅为基础构成的。但是，即使添加
30F或C，它们的相对介电常数也只有3.0左右，当组合硅氮化膜时，存在
难以降低介电常数的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述原有技术存在的问题而开发的，其目的在于，不 5用在绝缘膜层中设置空隙而实现用于对晶体管之间或布线之间进行分离 的绝缘膜层的低介电常数化。
本发明的半导体装置包括形成在基板上的元件形成领域；形成在元 件形成领域周围的元件分离领域；经栅绝缘膜被形成在元件形成领域上的 栅电极；形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘膜，其特征 10在于，栅绝缘膜以外的元件分离领域及层间绝缘膜的至少一部分由氟化碳 (CFx、 0,3<x<0.6)形成。
在所述元件形成领域上，还形成有覆盖栅绝缘膜及栅电极的保护绝缘 膜，该保护绝缘膜的至少一部分由所述氟化碳(CFX、 0.3<x<0.6)形成。 此处，优选为所述栅绝缘膜的相对介电常数在3.9以上。 15 所述栅绝缘膜，例如是硅氧化膜或硅氮化膜。此处，所述元件分离领
域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的相对介电常数为3.0以下。
另外，本发明的半导体装置包括形成在基板上的元件形成领域；形 成在元件形成领域周围的元件分离领域；经栅绝缘膜被形成在元件形成领 域上的栅电极；形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘膜， 20其特征在于，栅绝缘膜以外的元件分离领域及层间绝缘膜的至少一部分由 碳氢化合物(CHy、 0.8<y<1.2)形成。
在所述元件形成领域上，还形成有覆盖栅绝缘膜及栅电极的保护绝缘 膜，该保护绝缘膜的至少一部分由所述碳氢化合物(CHy、 0.8<y<1.2)形 成。此处，优选为所述栅绝缘膜的相对介电常数在3.9以上。 25 所述栅绝缘膜，例如是硅氧化膜或硅氮化膜。在此，所述元件分离领
域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的相对介电常数为3.0以下。
此外，本发明的半导体装置包括形成在基板上的元件形成领域；形 成在元件形成领域的周围的元件分离领域；经栅绝缘膜被形成在元件形成 领域上的栅电极；形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘 30膜，其特征在于，栅绝缘膜以外的元件分离领域及层间绝缘膜的至少一部
分由碳氢化合物(CHyl)和一部分被置换基置换了的碳氢化合物(CHy2) 形成，yl和y2满足0.8〈yl、 y2<1.2; yl^y2的关系。
在所述元件形成领域上，还形成有覆盖栅绝缘膜及栅电极的保护绝缘 膜，该保护绝缘膜的至少一部分由碳氢化合物(CHyl)和一部分被置换基 5置换了的碳氢化合物(CHy2)形成，yl和y2满足0.8〈yl、 y2<1.2; yl# y2的关系。此处，优选为所述栅绝缘膜的相对介电常数为3.9以上。
所述栅绝缘膜，例如是硅氧化膜或硅氮化膜。此处，所述元件分离领 域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的相对介电常数为3.0以下。所述置换基包 含氮、硫、氧或者卤素。 io 在本发明中，通过用碳氢化合物或氟化碳形成绝缘膜，可以在无空隙
的情况下，将相对介电常数降到3.0以下。
在本发明中，由于采用CVD法对氢或氟化碳进行成膜，可以降低绝 缘膜的介电常数，从而抑制半导体装置的信号传递迟延。
1
图l是表示本发明的半导体装置(MOSFET)的构成的图。 图2是表示本发明的半导体装置的制造方法的图。 图3是表示现有的半导体装置(MOSFET)的构成的图。
20
具体实施例方式
其次，参考图l及图2 (A) (C)，对本发明的实施方式进行说明。 首先，参考图l对本发明的半导体装置的构成进行说明。 在硅基板1的元件形成领域上形成有源/漏扩散层7。在元件形成领域 的周围形成有作为元件分离领域的STI部绝缘膜4。 STI部绝缘膜4是由 25碳氢化合物(CHy、 0.8<y<1.2)形成的CHy膜。
在元件形成领域上形成有经栅绝缘膜5形成的栅电极6和被形成为覆 盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘膜10。此时，除了相对介电常 数为3.9以上的SK)2、 SiON、 Si3N4等材料以夕卜，还可以用Hf02等的high-k 材料形成栅绝缘膜5。层间绝缘膜10由氟化碳(CFX、 0.3<x<0.6)形成。 30 侧壁8和CHy膜9被形成为覆盖栅绝缘膜5及栅电极6 (此处，由侧
壁8和CHy膜9形成保护绝缘膜)。另外，在硅基板1和层间绝缘膜10之 间也形成有CHy膜9。在源/漏扩散层7及栅电极6上，分别连接有金属层 (plug) 11。
其次，参考图2 (A) (C)，对本发明的半导体装置的制造方法进 5 行说明。
首先，在硅基板1上形成30nm的热氧化膜2，通过CVD法形成200nm 的氮化膜3。之后，用抗蚀剂作为掩膜，对氮化膜3、氧化膜2及硅基板1 进行仅300nm的蚀刻，在硅基板1上形成用于元件分离的沟槽(参考图2 (A))。
io 接着，通过微波激发的CVD法，形成500nm的CHy膜4，通过CMP
法进行蚀刻、平坦化处理， 一直到氮化膜3的高度为止。然后除去氮化膜 3及氧化膜2 (参考图2 (B))。
其后，成膜2nm的栅绝缘膜5及200nm的栅电极(多晶硅)6，以抗 蚀剂为掩膜对栅电极(多晶硅)6进行蚀刻。然后以抗蚀剂为掩膜，向nMOS 15 领域注入5X10"cm-2的P，向pMOS领域注入5X10"cm-2的B，形成源/ 漏扩散层7。其次，通过CVD法形成10nm的CHy膜，通过各向异性蚀刻 形成侧壁8。然后再以抗蚀剂为掩膜向nMOS领域注入5X 1015cm—2的As， 向pMOS领域注入5X10"cm-2的B (参考图2 (C))。
接着，形成10nm的CHy膜9，通过CVD法在其上形成作为层间绝缘 20 膜的500nm的CFJ0。
然后，进行光刻工序，开口形成接触孔后对TiN或W进行成膜，再 通过CMP法在接触孔中形成金属层(MetalLayer) 11。
如此，形成栅绝缘膜5以外的一部分或全部为氟化碳(CFX)或碳氢 化合物(CHy)的半导体装置(参考图1)。但x、 y需满足0.3<x<0.6、 25 0.8<y<1.2。
此时，CHy膜的相对介电常数为2.5， CFx膜的相对介电常数为2.2。 另外，CHy使用乙炔进行成膜，CFx使用C5Fs进行成膜。
此时，平均的相对介电常数为2.5以下，通常由Si02和Si3N4构成的 层的相对介电常数为4 5，因此在晶体管之间的容量下，速度迟延成为 30 1/1.8 1/2。
另外，只要合成的相对介电常数不超过3.0，也可以在形成上述CHy 膜4之前进行热氧化，预先形成Si02膜。
上述CVD的反应气体，也可以采用如Br、 Cl等含有卤素的气体 (C2H2C12、 CH2C1、 CHC1F2)，这种情况下，膜中含有Br (CH3Br、 C2H5Br、 5CH2Br2)、 Cl等卤素。
另外，也可以用含有O的气体(CH3OCH3)作为上述CVD的反应气 体，这种情况下膜中含有O。
另外，也可以用含有N的气体((CH3) 3N、 (CH3) 2NH)作为上述 CVD的反应气体，这种情况下膜中含有N。 io 也可以用含有硫的气体作为上述CVD的反应气体，这种情况下膜中
含有硫。
另外，上述CFy膜10也可以是与CFy膜8、 9的组成相异的CHy'膜。 如上所述，在本发明的半导体装置中，栅绝缘膜(硅氧化膜)以外的 元件分离领域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的至少一部分由氟化碳(CFX、 150.3<x<0.6)或碳氢化合物(CHy、 0.8<y<1.2)形成。
或者，在本发明的半导体装置中，栅绝缘膜(硅氧化膜)以外的元件 分离领域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的至少一部分由碳氢化合物(CHyl) 和一部分被置换基置换了的碳氢化合物(CHy2)形成。此处，yl和y2满 足0.8〈yl、 y2<1.2; yl共y2的关系。而且，所述置换基包含氮、硫、氧或 20 者卤素。
通过采用这种构成，可以将上述元件分离领域、层间绝缘膜及保护绝 缘膜的相对介电常数降到3.0以下。
工业上的利用可能性
25 本发明能够适用于通过将有机物用作绝缘体而实现低介电常数化的 半导体装置。
权利要求
1.一种半导体装置，具备形成在基板上的元件形成领域；形成在元件形成领域周围的元件分离领域；经由栅绝缘膜形成在元件形成领域上的栅电极；形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘膜，其特征在于，栅绝缘膜以外的元件分离领域及层间绝缘膜的至少一部分由氟化碳形成，所述氟化碳为CFx，其中，0.3＜x＜0.6。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在所述元件形 io成领域上，还形成有覆盖栅绝缘膜及栅电极的保护绝缘膜，该保护绝缘膜的至少一部分由所述氟化碳形成，所述氟化碳为CFx，其中，0.3<x<0.6。
3. 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述栅绝 缘膜的相对介电常数为3.9以上。
4. 根据权利要求1 3中所述的半导体装置，其特征在于，所述栅绝 15缘膜为硅氧化膜或硅氮化膜。
5. 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述元件 分离领域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的相对介电常数为3.0以下。
6. —种半导体装置，具备形成在基板上的元件形成领域；形成在 元件形成领域周围的元件分离领域；经由栅绝缘膜形成在元件形成领域上20的栅电极；形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘膜，其特 征在于，栅绝缘膜以外的元件分离领域及层间绝缘膜的至少一部分由碳氢化 合物形成，所述碳氢化合物为CHy，其中，0.8<y<1.2。
7. 根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，在所述元件形 25成领域上，还形成覆盖栅绝缘膜及栅电极的保护绝缘膜，该保护绝缘膜的至少一部分由所述碳氢化合物形成，所述碳氢化合物为CHy，其中， 0.8<y<1.2。
8. 根据权利要求6或7所述的半导体装置，其特征在于，所述栅绝 缘膜的相对介电常数为3.9以上。
9.根据权利要求6 8中所述的半导体装置，其特征在于，所述栅绝 缘膜为硅氧化膜或硅氮化膜。
10. 根据权利要求6或7所述的半导体装置，其特征在于，所述元件分离领域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的相对介电常数为3.0以下。
11. 一种半导体装置，具备形成在基板上的元件形成领域；形成在 元件形成领域周围的元件分离领域；经由栅绝缘膜形成在元件形成领域上 的栅电极；形成为覆盖元件形成领域及元件分离领域的层间绝缘膜，其特征在于，栅绝缘膜以外的元件分离领域及层间绝缘膜的至少一部分由碳氢化 合物和一部分被置换基置换的碳氢化合物形成，其中，所述碳氢化合物为 CHyl，所述一部分被置换基置换的碳氢化合物为CHy2， yl和y2满足 0.8<yl、 y2<1.2; yl^y2的关系。
12. 根据权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，在所述元件 形成领域上，还形成覆盖栅绝缘膜及栅电极的保护绝缘膜，该保护绝缘膜 的至少一部分由碳氢化合物和一部分被置换基置换的碳氢化合物形成其中，所述碳氢化合物为CHyl，所述一部分被置换基置换的碳氢化合物为 CHy2， yl和y2满足0.8〈yl、 y2<1.2; yl^y2的关系。
13. 根据权利要求11或12所述的半导体装置，其特征在于，所述栅 绝缘膜的相对介电常数为3.9以上。
14. 根据权利要求11 13中所述的半导体装置，其特征在于，所述 栅绝缘膜为硅氧化膜或硅氮化膜。
15. 根据权利要求11或12所述的半导体装置，其特征在于，所述元 件分离领域、层间绝缘膜及保护绝缘膜的相对介电常数为3.0以下。
16. 根据权利要求11或12所述的半导体装置，其特征在于，所述置 换基包含氮。
17.根据权利要求11或12所述的半导体装置，其特征在于，所述置换基包含硫。
18. 根据权利要求11或12所述的半导体装置，其特征在于，所述置 换基包含氧。
19. 根据权利要求11或12所述的半导体装置，其特征在于，所述置 30 换基包含卤素。
全文摘要
一种半导体装置，用氟化碳(CF<sub>x</sub>、0.3＜x＜0.6)或碳氢化合物(CH<sub>y</sub>、0.8＜y＜1.2)形成栅绝缘膜(硅氧化膜)以外的元件分离领域、层间绝缘膜以及保护绝缘膜的至少一部分。
文档编号H01L21/76GK101107715SQ200680002450
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月17日 优先权日2005年1月18日
发明者大见忠弘, 寺本章伸 申请人:国立大学法人东北大学