[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

本发明提供一种能够在不给器件结构带来损伤的情况下导入氟的半导体装置的制造方法。作为处理对象的半导体晶片具有在硅基材的上方隔着二氧化硅的界面层膜形成高介电常数栅极绝缘膜，而且在高介电常数栅极绝缘膜的上方形成含有氟的金属栅极电极的堆叠结构。热处理装置(1)在含有氢的环境气体中从闪光灯向半导体晶片照射闪光来进行100毫秒以下的极短时间加热处理。由此，能够抑制金属栅极电极中含有的氮的扩散，仅使氟从高介电常数栅极绝缘膜扩散至界面层膜和硅基材之间的界面来减少界面态，并提高栅极堆叠结构的可靠性。

技术领域

本发明涉及在硅的基板上隔着界面层膜形成高介电常数栅极绝缘膜的半导体装置的制造方法。

背景技术

作为场效应晶体管(FET)的栅极绝缘膜，开始研究使用了介电常数比起以往通常使用的二氧化硅(SiO₂)的介电常数高的材料(高介电常数材料)的高介电常数膜的应用。高介电常数膜是为了解决伴随栅极绝缘膜变薄趋势的进展而漏电流增大的问题，与将金属用于栅极电极而形成的金属栅极电极一起作为新的堆叠结构来推进开发的。

为了提高使用高介电常数栅极绝缘膜的场效应晶体管的界面特性尝试着导入氟。例如，在专利文献1中公开了，为了改善在栅极上施加负的偏压产生的负偏压温度不稳定性(NBTI：Negative Bias Temperature Instability)现象而注入氟离子。另外，在专利文献2中公开了通过远程等离子处理来导入氟的技术。

专利文献1：日本特开2014-165293号公报

专利文献2：日本特开2011-103481号公报

但是，氟离子的注入方法，虽然在形成源极和漏极之前形成栅极绝缘膜的情况下有效，但是在近年成为主流的形成源极和漏极之后形成栅极绝缘膜的处理(所谓后栅极处理)中存在问题。另外，当通过等离子体处理导入氟时，能量比较高的粒子会在栅极绝缘膜上留下损伤。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供能够在不给器件结构带来损伤的情况下导入氟的半导体装置的制造方法。

为了解决上述问题，第一方面的发明是一种半导体装置的制造方法，该制造方法在硅的基板上隔着界面层膜形成高介电常数栅极绝缘膜，其特征在于，该制造方法包括：第一成膜工序，在上述基板的表面隔着二氧化硅的界面层膜形成高介电常数栅极绝缘膜；第二成膜工序，在上述高介电常数栅极绝缘膜上形成含有氟的膜；以及热处理工序，对上述基板实施100毫秒以下的加热处理并使氟向上述高介电常数栅极绝缘膜及上述界面层膜扩散。

另外，第二方面的发明，在第一方面的发明的半导体装置的制造方法中，其特征在于，在上述第二成膜工序中形成的膜为金属栅极电极。

另外，第三方面的发明，在第二方面的发明的半导体装置的制造方法中，其特征在于，上述金属栅极电极含有TiN或TaN或AlN。

另外，第四方面的发明，在第二方面的发明的半导体装置的制造方法中，其特征在于，上述金属栅极电极中的氟的含量为0.1at％以上10at％以下。

另外，第五方面的发明，在第一方面的发明的半导体装置的制造方法中，其特征在于，在上述热处理工序中，从闪光灯向上述基板的表面照射闪光。

另外，第六方面的发明，在第一方面至第五方面中任一项所述的发明的半导体装置的制造方法中，其特征在于，在上述热处理工序中，在从氢气、氨气、三氟化氮、氟气中选择的一种气体环境下进行上述基板的加热处理。

根据第一方面至第六方面的发明，在硅的基板的表面隔着二氧化硅的界面层膜形成的高介电常数栅极绝缘膜上形成含有氟的膜并实施100毫秒以下的加热处理，因此能够使氟从该膜向高介电常数栅极绝缘膜及界面层膜扩散，能够在不给器件结构带来损伤的情况下导入氟。