[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本公开内容基于于2012年1月23日提交的日本专利申请No.2012-11127和于2012年12约24日提交的No.2012-280404，其公开内容在此通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及一种半导体器件的制造方法，其包括为了寿命控制施加辐射射线和粒子射线的至少之一的步骤，以及由该方法制造的半导体器件。

背景技术

近年来，为了节能已经将具有低功耗的开关器件用于工业设备或家庭电气装置中。作为这样的开关器件，已知了MOS型场效应晶体管(MOSFET)。

由于在高频使用MOSFET，通过执行寿命控制来调整开关速度。寿命控制的方法的示例是诸如铂的重金属的扩散，诸如电子射线的粒子射线的施加，和诸如伽马射线的辐射射线的施加。在使用施加粒子射线的方法或施加辐射射线的方法时，作为目标，晶体缺陷出现在半导体衬底中，导致电子和空穴的俘获。因此，与不施加粒子射线的情况相比，增强了少数载流子的消减，可以缩短寿命。因而，可以通过调整粒子射线的类型、施加粒子射线的能量和施加粒子射线的强度来控制寿命。

但当施加粒子射线或辐射射线时，增大了在栅极绝缘膜与半导体衬底之间的分界面的空穴陷阱能级，因此降低了阈值电压。在施加粒子射线或辐射射线厚，为了寿命控制，在不恢复形成于半导体衬底中的缺陷的温度执行热处理过程，例如在从300到400摄氏度(℃)的温度。借助这个过程，在栅极绝缘膜中不稳定的陷阱能级消失，因此增大了阈值电压。

但因为在施加步骤中产生的陷阱在这个热处理温度不能完全消失，难以将阈值电压升高到施加步骤前的程度。这是因为随着与由施加步骤切割的栅极氧化物膜中的Si-Si键相互作用，氢离子或氢基由于包含在由粒子射线或辐射射线分解的元素中的氢或水分子而产生，且产生了大量空穴陷阱，所述空穴陷阱在晶体缺陷中相对稳定。

专利文献1和2说明了一种方法，通过预先将掺杂到半导体衬底(具体地，沟道区)的杂质的浓度设定为较高程度，在施加粒子射线或辐射射线之前将阈值电压增大到高于期望电压。即通过将沟道区的杂质浓度设定为较高程度来相对于由施加步骤引起的阈值电压的减小量补偿施加步骤后由于热处理引起的阈值电压的增大的不足。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP 2002-184986 A(对应于美国专利申请公开No.2002/0109183A1)

专利文献2：JP 2000–200792 A

发明内容

在专利文献1、2的方法中，阈值电压中的变化可能增大，由于沟道区的浓度中的增大。此外，存在开关损耗增大的可能性。

鉴于前述问题而作出了本公开内容，它是本公开内容的目的，在制造半导体器件的方法中，其中施加粒子射线和辐射射线的至少之一用于寿命控制，以确保在不增大半导体衬底的杂质浓度的情况下，阈值电压处于施加粒子射线和辐射射线的至少之一之前的程度。此外，本公开内容的目的是提供一种半导体器件，其确保阈值电压处于施加粒子射线和辐射射线的至少之一之前的程度。

根据本公开内容的第一方面，一种半导体器件的制造方法包括：元件形成步骤，在与半导体衬底的表面邻近处形成包括在半导体衬底上的晶体管的元件，所述晶体管具有栅极绝缘膜和栅极电极；施加步骤，在元件形成步骤后，向所述半导体衬底的表面施加粒子射线和辐射射线之一；以及退火处理步骤，在施加步骤后，加热所述半导体衬底以便恢复包含在所述栅极绝缘膜和栅极电极中的晶体缺陷。上述方法进一步包括预退火处理步骤，在施加步骤前，加热所述半导体衬底，从而减小包含在栅极绝缘膜和栅极电极中的氢分子和水分子的含量。

通过使用这个半导体器件的制造方法，可以在施加步骤前，减小包含在栅极绝缘膜和栅极电极中的氢分子或水分子的数量，在施加步骤中，为了寿命控制的目的施加粒子射线或辐射射线。因此，在由施加步骤产生的缺陷中，可以减小对在施加步骤后执行的退火处理步骤稳定的空穴陷阱的成分。即可以极大地减少由于施加步骤而在栅极绝缘膜中产生的稳定空穴陷阱。因而，仅借助退火处理步骤就可以几乎恢复包含在栅极绝缘膜中的缺陷，从而可以将阈值电压恢复到施加步骤前的程度。换句话说，可以借助在施加后执行的退火处理步骤恢复阈值电压，而无需预先将确定阈值电压的半导体衬底的杂质浓度设定为较高程度。

根据本公开内容的第二方面，借助预退火处理步骤，使得包含在栅极绝缘膜和栅极电极中的氢分子和水分子的含量小于6x10²¹cm^-3。