CN100459148C - 半导体装置 - Google Patents
半导体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100459148C CN100459148C CNB2005800031564A CN200580003156A CN100459148C CN 100459148 C CN100459148 C CN 100459148C CN B2005800031564 A CNB2005800031564 A CN B2005800031564A CN 200580003156 A CN200580003156 A CN 200580003156A CN 100459148 C CN100459148 C CN 100459148C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- film
- semiconductor device
- raw material
- compound film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims abstract description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 29
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 19
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- XXROGKLTLUQVRX-UHFFFAOYSA-N allyl alcohol Chemical compound OCC=C XXROGKLTLUQVRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 4
- HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N monomethylhydrazine Chemical compound CNN HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N dichlorosilane Chemical compound Cl[SiH2]Cl MROCJMGDEKINLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 abstract 2
- 229910008940 W(CO)6 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 194
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 72
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 47
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 47
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 description 18
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 15
- 210000000713 mesentery Anatomy 0.000 description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 8
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 4
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- SHAHPWSYJFYMRX-GDLCADMTSA-N (2S)-2-(4-{[(1R,2S)-2-hydroxycyclopentyl]methyl}phenyl)propanoic acid Chemical compound C1=CC([C@@H](C(O)=O)C)=CC=C1C[C@@H]1[C@@H](O)CCC1 SHAHPWSYJFYMRX-GDLCADMTSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- KAFZOLYKKCWUBI-HPMAGDRPSA-N (2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-1-[(2s)-3-amino-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-(3-cyclohexylpropanoylamino)-4-methylpentanoyl]amino]-5-methylhexanoyl]amino]propanoyl]pyrrolidine-2-carbonyl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoyl]amino]butanediamide Chemical compound N([C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(C)C)C(=O)N[C@@H](CN)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)N[C@@H](CCCN=C(N)N)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(N)=O)C(=O)CCC1CCCCC1 KAFZOLYKKCWUBI-HPMAGDRPSA-N 0.000 description 1
- VIMMECPCYZXUCI-MIMFYIINSA-N (4s,6r)-6-[(1e)-4,4-bis(4-fluorophenyl)-3-(1-methyltetrazol-5-yl)buta-1,3-dienyl]-4-hydroxyoxan-2-one Chemical compound CN1N=NN=C1C(\C=C\[C@@H]1OC(=O)C[C@@H](O)C1)=C(C=1C=CC(F)=CC=1)C1=CC=C(F)C=C1 VIMMECPCYZXUCI-MIMFYIINSA-N 0.000 description 1
- IGVKWAAPMVVTFX-BUHFOSPRSA-N (e)-octadec-5-en-7,9-diynoic acid Chemical compound CCCCCCCCC#CC#C\C=C\CCCC(O)=O IGVKWAAPMVVTFX-BUHFOSPRSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide;tungsten Chemical group [W].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-] FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/42—Silicides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
- H01L21/28088—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being a composite, e.g. TiN
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4966—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明提供一种包括半导体基板(1)、在该基板上形成的栅极绝缘膜(例如栅极氧化膜)(2)、和在该绝缘膜上形成的栅极电极(3)的半导体装置。栅极电极(3)具有金属化合物膜(3a)。该金属化合物膜(3a)通过使用含有金属羰基的原料(例如W(CO)6气体)、以及含有Si的气体和含有N的气体中的至少一种的CVD而形成。这样形成的金属化合物膜(3a)可利用其Si和/或N的含量来控制其功函数。
Description
技术领域
本发明涉及在半导体基板上通过栅极绝缘膜形成有栅极电极的MOS结构的半导体装置。
背景技术
在现有技术中，作为MOS结构晶体管的栅极电极材料，使用多晶硅(Poly-Si)。作为控制MOS结构晶体管的阈值电压的方法，一般有所谓的沟道渗杂(channel doped)的在沟道区域中掺杂杂质的方法，或者在Poly-Si膜中掺杂杂质的方法。
然而，随着半导体装置的微细化，在沟道渗杂中，存在着沟道区域的杂质浓度的上升对载体产生影响的问题，此外，在Poly-Si掺杂中，由于衬底栅极氧化膜的击穿，而在Poly-Si和衬底栅极氧化膜的界面上形成耗尽层，因此，存在着使栅极电极动作时的电气特性变差以及难以使栅极氧化膜变得更薄的问题。此外，随着LSI的高集成化和高速化的进展，而希望减小栅极的电阻，但是，利用Poly-Si难以满足这个要求，因此需要电阻更低的材料作为栅极电极的材料。
因此，对不形成耗尽层、电阻更低的W(钨)系膜作为栅极电极材料进行了研究。W的功函数比Si(硅)的中间间隙(middle gap)高。但是，由于含有Si的WSiX的功函数位于硅的中间间隙附近，因此可以控制p型晶体管和n型晶体管两者的阈值电压。由于这样，适于作为CMOS设备的栅极电极材料。作为使用WSiX的栅极电极结构，提出了由WSiX单层构成WSiX栅极电极或者在WSiX膜上层积Poly-Si膜的WSiX/Poly-Si层积栅极电极(参照日本专利特开平8-153804号公极、日本专利特开平10-303412号公极)。
作为这种W系膜的成膜方法，在过去使用物理沉积(PVD)，而现阶段使用不必要熔融作为高熔点金属W的、并且可与设备的微细化充分对应的化学沉积(CVD)。
这种CVD-W系膜例如使用六氟化钨(WF6)气体作为成膜原料进行成膜，但是，近年来，设计规则日益微细化，当使用这种含有F(氟)的气体时，F会对衬底栅极氧化膜的膜质产生影响，会使栅极绝缘膜恶化。
另一方面，在W系膜等含有金属的导电层上层积有Poly-Si或者非晶硅等硅膜的金属/硅层积栅极结构或者在硅膜上层积W系膜等含有金属的导电层的硅/金属栅极结构中，在中间工序的高温处理过程中，存在硅膜中的Si向含有金属的导电层扩散，在硅膜和含有金属的导电层的界面上形成硅化物的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够消除由栅极电极的低电阻化与F引起的栅极绝缘膜的恶化，并能够控制阈值电压的半导体装置。此外，本发明的另一目的在于提供一种在具有含有金属的导电层和硅膜的层积栅极电极的半导体装置中，能够有效地防止硅膜中的Si向含有金属的导电层扩散的半导体装置。
为了实现上述问题，本发明提供一种半导体装置，其特征在于，包括：半导体基板；在该基板上形成的栅极绝缘膜；和具有在该绝缘膜上形成的金属化合物膜的栅极电极，其中，所述栅极电极的金属化合物膜通过使用含有金属羰基的原料、以及含有Si的原料、含有N的原料和含有C的原料中的至少一种的CVD形成，含有所述金属羰基中的金属、以及Si、N和C中的至少一种。
具有本发明的金属化合物膜的栅极电极，与现有技术的多晶硅栅极电极相比，可以降低电阻。而且，由于使用含有金属羰基的原料形成金属化合物膜，因此不会产生如在使用含有F的气体作为成膜原料时那样的，因F的扩散造成栅极绝缘膜的恶化。
此外，通过改变金属化合物膜的Si和N中的至少一个的含量，而可以改变其功函数。通过改变N和C中的至少一个的含量，而可以改变对硅膜的阻挡性。因此，本发明的半导体装置的栅极电极金属化合物膜，通过改变Si、N和C中至少一个的含量，而可以改变功函数和/或者对硅膜的阻挡性。这样，可得到具有所希望的功函数和/或阻挡性的栅极电极，乃至提高半导体装置全体的设计自由度。
特别是，通过改变金属化合物膜的Si和N中的至少一个的含量，改变其功函数，而可以控制栅极电极的阈值电压。此外，特别是，通过改变金属化合物膜的N和C中的至少一个的含量，改变对硅膜的阻挡性，而可以有效地防止硅膜中的Si向金属化合物扩散。
在这种情况下，也可以通过在上述金属化合物膜中导入n型杂质或者p型杂质，来进行阈值电压的微调整。
上述栅极电极还可以具有在上述金属化合物膜上形成的硅膜，可以有效地防止硅膜中的Si向金属化合物膜的扩散。
在这种情况下，优选上述栅极电极还具在上述金属化合物膜和上述硅膜之间形成的阻挡层，该阻挡层通过利用含有金属羰基的原料、以及含有N的原料和含有C的原料中的至少一种的CVD而形成，由包含上述金属羰基中的金属、以及N和C中的至少一种的金属化合物构成。
在这种情况下，通过改变阻挡层中的N和C中的至少一个的含量，而可以改变对硅膜的阻挡性。这样，可以与金属化合物膜的功函数和/或者阻挡性另外地独立改变对阻挡层的硅膜的阻挡性。这样，可以进一步提高栅极电极乃至半导体装置全体的设计自由度。
本发明还提供了一种半导体装置，其特征在于，包括：半导体基板；在该基板上形成的栅极绝缘膜；和在该绝缘膜上形成的栅极电极，其中，所述栅极电极包括：含有金属的导电层；在该导电层上形成的阻挡层；和该阻挡层上形成的硅膜，所述阻挡层利用含有金属羰基的原料以及含有N的原料和含有C的原料中的至少一种而形成，由含有所述金属羰基中的金属以及N和C中的至少一种的金属化合物构成。
在这种情况下，通过改变阻挡层的N和C中的至少一个的含量，而可以改变对硅膜的阻挡性。这样，可以有效地防止硅膜中的Si向导电层扩散，可以抑制在导电层和硅膜界面上形成硅化物。作为含有金属的导电层的形成方法，不是仅限于CVD，还可以采用PVD等现有技术中众所周知的方法。
构成上述金属羰基的金属选自W、Ni、Co、Ru、Mo、Re、Ta和Ti。
上述金属羰基例如为W(CO)6。
特别是在使用含有W(CO)6的原料和含有Si的原料形成的W硅化物膜作为栅极电极的金属化合物膜的情况下，可使其功函数位于硅的中间间隙附近。由于这样，例如在CMOS设备的PMOS、nMOS两者的晶体管中，可以控制阈值电压。
上述含有Si的原料选自硅烷、乙硅烷和二氯硅烷。
上述含有N的原料选自氨和单甲基肼。
上述含有C的原料选自乙烯、烯丙醇、甲酸以及四氢呋喃。
附图说明
图1是说明本发明第一实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
图2是表示当改变W化合物膜中的Si、N的组成比时的功函数的变化图。
图3是说明本发明第二实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
图4是说明本发明第三实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
图5是说明本发明第四实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
图6是说明本发明第五实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
图7是表示用于形成本发明的W化合物膜的CVD成膜装置的一个例子的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对发明的实施方式进行具体说明。图1是说明本发明的第一实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
首先，如图1(a)所示，在作为半导体基板的Si基板上形成作为栅极绝缘膜的栅极氧化膜2。其次，如图1(b)所示，在栅极氧化膜2上，通过利用作为W羰基气体的W(CO)6气体以及含有Si的气体和含有N的气体中的至少一种的CVD，形成含有W以及Si和N中的至少一种的W化合物膜3a。栅极氧化膜硅2和W化合物膜3a的厚度分别为0.8～5nm、10～200nm。然后，经过热处理，进行抗蚀剂涂敷、形成图案、蚀刻等，再利用离子注入等形成杂质扩散区域10。这样，如图1(c)所示，形成具有由含有W以及Si和N中的至少一种的W化合物膜3a构成的栅极电极3的MOS结构的半导体装置。
构成栅极电极3的W化合物膜3a，通过控制成膜的W(CO)6气体、含有Si的气体、含有N的气体的流量以及基板温度、处理室内压力等成膜条件，而可以任何地改变Si、N的含量。这样，可以形成任意组成的WSiX膜、WNX膜和将它们复合而组成的化合物膜。
如图2所示，通过改变W化合物膜的Si和N的含量，而可以改变功函数。因此，通过任意改变W化合物膜3a的Si、N的含量，而可以得到所希望的功函数，可以控制至所希望的阈值电压。特别是，在使用含有Si的气体形成WSiX膜的情况下，在W∶Si＝1∶1.3的组成比下，可使功函数位于作为硅的中间间隙的4.6eV处。因此，例如在CMOS设备的PMOS、nMOS的任何一个中，可以进行阈值电压的控制。
此外，由于利用W化合物膜3a构成栅极电极3，与现有技术的多晶硅栅极电极相比，可以减小栅极电极的电阻。此外，由于使用作为有机金属的W(CO)6气体作为W化合物膜3a的成膜气体，因此，不会如现有技术使用WF6那样含有F，不会因F的扩散而导致衬底栅极氧化膜恶化。
其中，作为含有Si的气体，可以使用硅烷、乙硅烷、二氯硅烷等；作为含有N的气体，可以使用氨、单甲肼等。此外，根据需要，可以在W化合物膜3a中进行P、As、B等杂质离子的离子注入。通过这样，可以进行阈值电压的微调整。
图3是说明本明第二实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
在第二实施方式中，首先，在Si基板上形成栅极氧化膜2。然后，如图3(b)所示，通过利用W(CO)6气体以及含有Si的气体与含有N的气体中的至少一种的CVD，在栅极氧化膜2上形成含有W以及Si和N中的至少一种的W化合物膜4a。然后，如图3(c)所示，再利用适当的方法，在W化合物4a上进一步形成多晶硅(Poly-Si)膜4b。W化合物膜4a和Poly-Si膜4b的厚度分别为2～100nm和50～200nm。之后，经过热处理，进行抗蚀剂涂敷、形成图案、蚀刻等，再用离子注入等形成杂质扩散层10。这样，如图3(d)所示，形成具有由W化合物膜4a和Poly-Si膜4b构成的双层结构的栅极电极4的MOS结构的半导体装置。
与上述第一实施方式相同，构成栅极电极4的W化合物膜4a通过任意改变Si、N的含量，而可以得到所希望的功函数，可以控制至所希望阈值电压。特别是，在使用含有N的气体形成含有N的W化合物膜的情况下，产生对上层的Poly-Si膜4b的阻挡性。这样，可以有效防止Poly-Si膜4b中的Si向W化合物膜4a中扩散，可得到抑制界面生成硅化物的效果。此外，由于利用W化合物膜4a构成栅极电极4，与现有技术的多晶硅栅极电极相比，能够降低栅极电极的电阻。此外，由于使用W(CO)6气体作为W化合物膜4a的成膜气体，而不会产生因F的扩散使衬底栅极氧化膜恶化。其中，作为含有Si的气体和含有N的气体，可以使用与上述第一实施方式相同的气体。此外，根据需要，还可以在W化合物膜4a和Poly-Si膜4b的层积膜上进行P、As、B等杂质离子的离子注入。
图4是说明本明第三实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
在第三实施方式中，首先，在Si基板上形成栅极氧化膜2。然后，如图3(b)所示，通过利用W(CO)6气体以及含有Si的气体和含有N的气体和含有C的气体中的至少一种的CVD，在栅极氧化膜2上形成含有W以及Si和N和C中的至少一种的W化合物膜5a。然后，如图4(c)所示，再利用适当的方法，在W化合物5a上进一步形成多晶硅(Poly-Si)膜5b。W化合物膜5a和Poly-Si膜5b的厚度分别为2～100nm和50～200nm。然后，经过热处理，进行抗蚀剂涂敷、形成图案、蚀刻等，再利用离子注入等形成杂质扩散层10。这样，如图4(d)所示，形成具有由W化合物膜5a和Poly-Si膜5b构成的双层结构的栅极电极5的MOS结构的半导体装置。
构成栅极电极5的W化合物5a，在W化合物膜5a成膜时，通过控制W(CO)6气体、含有Si的气体、含有N的气体、含有C的气体的流量以及基板温度、处理室内压力等成膜条件，而可以任意改变Si、N、C的含量。这样可以形成任意组成的WSiX膜、WNX膜、WCX膜和将它们复合而组成的化合物膜。如上所述，通过改变W化合物的Si和N的含量，而可以改变功函数。此外，通过改变W化合物膜的N、C含量，而可以改变对Poly-Si膜的阻挡性。因此，通过任意改变W化合物膜5a的Si、N和C的含量而可以得到所希望的功函数和所希望的阻挡性，可以得到兼备所希望阈值电压和所希望阻挡性的栅极电极。
此外，在本实施方式中，由于由W化合物膜5a构成栅极电极5，因此，与现有技术的多晶硅栅极电极比较，可以减少栅极电极的电阻。此外，由于使用含有钨羰基的气体形成W化合物膜，因此不会产生由F扩散所造成的衬底栅极绝缘膜的恶化。
其中，作为含有Si的气体和含有N的气体可以使用与上述第一实施方式相同的气体。作为含有C的气体可以使用烯丙醇、乙烯、甲酸、四氢呋喃等。此外，根据需要，还可以在W化合物膜5a和Poly-Si膜5b的层积膜中，进行P、AS、B等杂质离子的离子注入。
图5是说明本发明第四实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
在第四实施方式中，首先，在Si基板1上形成栅极氧化膜2。然后，如图5(b)所示，在栅极氧化膜2上，通过使用W(CO)6气体以及含有Si气体和含有N的气体中的至少一种的CVD，形成含有W以及Si和N中的至少一种的第一层W化合物膜6a。然后，如图5(c)所示，在W化合物膜6a上，通过使用W(CO)6气体以及含有N的气体和含有C的气体中的至少一种的CVD，形成含有W以及N和C中的至少一种、与W化合物膜6a的组成不同组成的W化合物膜6b。进一步，如图5(d)所示，在W化合物膜6b上，利用适当的方法形成Poly-Si膜6c。W化合物膜6a、W化合物膜6b、Poly-Si膜6c的厚度分别为2～100nm、2～100nm、50～200nm。然后，经过热处理，进行抗蚀剂涂敷、形成图案、蚀刻等，再通过离子注入等，形成杂质扩散层10。这样，如图5(e)所示，形成具有由W化合物6a、W化合物6b、Poly-Si膜6c构成的三层结构的栅极电极6的MOS结构的半导体装置。
与栅极电极6的栅极氧化膜2连接的部分的W化合物膜6a，与上述第一实施方式相同，通过任意改变Si、N的含量，而可以得到所希望的功函数，可以控制至所希望的阈值电压。此外，在W化合物膜6a和Poly-Si膜6c之间设设置有包含W以及N和C中的至少一种的W化合物膜6b。由于该W化合物膜6b可起到抑制W化合物膜6a和Poly-Si膜6c的反应的阻挡层的作用，因此，可以有效地防止Poly-Si膜6c中的Si向W化合物膜6a的扩散。特别是，由于使用含C气体形成的含有C的W化合物对Poly-Si膜的阻挡性好，所以作为阻挡层较好。根据本实施方式，根据要求，可以分别控制功函数和阻挡性，因此能够提高设备设计的自由度。其中，作为含有Si的气体和含有N的气体，可以使用与上述第一实施方式相同的气体。作为含有C的气体，可以使用与上述第三实施方式相同的气体。此外，根据需要，还可以在W化合物膜6a、W化合物膜6b和Poly-Si膜6c的层积膜中，进行P、As、B等杂质离子的离子注入。
图6是说明本发明第五实施方式的半导体装置制造工序的截面图。
第五实施方式，可以在具有拥有含有金属导电层和Poly-Si膜的层积膜结构的栅极电极的半导体装置中，防止Poly-Si膜中的Si向导电层扩散。在第五实施方式中，首先，如图6(a)所示，在作为半导体基板的Si基板1上形成栅极氧化膜2。其次，在栅极氧化膜2上形成作为含有金属的导电层的W系膜7a。该W系膜7a的成膜不是仅限于CVD，也可以利用PVD等现有技术中的公知方法。其次，如图6(c)所示，在W系膜7a上，通过使用W(CO)6气体以及含有N的气体和含有C的气体中的至少一种的CVD，形成由含有W以及N和C中的至少一种的W化合物构成的阻挡层7b。然后，如图6(d)所示，在阻挡层7b上利用适当的方法形成Poly-Si膜7c。W系膜7a、阻挡层7b、Poly-Si膜7c的厚度例如分别为2～100nm、2～100nm、50～200nm。然后，经过热处理，进行抗蚀剂涂敷、形成图案、蚀刻等，再利用离子注入等形成杂质扩散层10。这样，如图6(e)所示，形成具有由W系膜7a、阻挡层7b、Poly-Si膜7c构成的三层结构的栅极电极7的MOS结构的半导体装置。
这样，栅极电极5通过在W系膜7a和Poly-Si膜7c之间设置由包含W以及N和C中的至少一种的W化合物构成的阻挡层7b，而可以效地防止Poly-Si膜7c中的Si向W系膜7a的扩散。特别是，由于使用含有C的气体形成的包含C的W化合物，对Poly-Si膜的阻挡性好，因此适于作为阻挡层。其中，作为含有N的气体，可以使用与上述第一实施方式相同气体，作为含有C的气体，可以使用与上述第三实施方式相同气体。作为含有金属的导电层，不是仅限于W系膜7a，在使用容易与Poly-Si膜反应的单体金属膜或者金属化合物膜的情况下，可以得到同样的效果。此外，在本实施方式中，以在W系膜7a上层积Poly-Si膜7c的情况为例进行说明，但是，在Poly-Si膜上层积含有金属的导电层的情况下，也可以得到同样的效果。
其次，说明通过利用W(CO)6气体以及含有Si的气体和含有N的气体和含有C的气体中的至少一种的CVD，形成上述W化合物膜时的成膜方法和成膜装置的优选例。
图7是示意性表示用于实施W化合物膜成膜的CVD成膜装置的一个例子的截面图。
该成膜装置100具有气密地构成的大致呈圆筒形的处理容器21。在处理容器21的底壁21b的中央部作出圆形的开口部42。通过开口部42而互相内部连通的排气容器43与处理容器21的底壁21b连接。在处理容器21内设置用于水平地支承作为半导体基板的晶片8的AlN等由陶瓷制成的基座22。该基座22由从排气容器43的底部中央向上方延伸的圆筒形的支承构件23所支承。在基座22的外边缘部上设置有用于对晶片8进行导向的导向圆环24。此外，电阻加热型的加热器25被埋设于基座22中。该加热器25利用从电源26供给的电力来加热基座22，利用该热量加热晶片8。如后所述，利用该热量，使导入处理容器21内的W(CO)6气体热分解。控制器(图中没有示出)与加热器电源26连接，这样，根据图中没有示出的温度传感器的信号，来控制加热器25的输出。此外，加热器(图中没有示出)也埋入处理容器21的壁中，使得将处理容器21的壁加热至40～80℃。
在基座22上用于支承晶片8升降的三根(图中只表示二根)晶片支承销46被设置成可以相对于基座22的表面突出/没入。这些晶片支承销46被固定在支承板47上。而且，晶片支承销46利用气缸等驱动机构48并通过支承板47进行升降。
在处理容器21的顶壁21a上设置有喷淋头30。形成有向着基座22喷出气体用的多个气体输出孔30b的喷淋板30a配置在该喷淋头30的下部。在喷淋头30的上壁上形成有将气体导入喷淋头30内的气体导入口30c。供给作为W羰基气体的W(CO)6气体的管路32的一端与该气体导入口30c连接。此外，供给作为含有Si的气体的硅烷(SiH4)气体、作为含有N的气体的氨气(NH3)和作为含有C的气体的乙烯(C2H4)气体的管路81的一端与气体导入口30c连接。此外，在喷淋头30内部形成有扩散室30d。在喷淋板30a上形成有从制冷剂供给源30f供给冷却水等制冷剂的同心圆状的制冷剂流路30e。这样，为了防止在喷淋头30内W(CO)6气体的分解，可将喷淋头30内的温度控制为20～100℃。
管路32的另一端插入收容作为金属羰基原料的固体状的W(CO)6原料S的W原料容器33中。在W原料容器33的周围设置有加热器33a。载体气体管路34插入W原料容器33中。从载体气体供给源35，通过管路34将载体气体(例如Ar气体)吹入W原料容器33中。另一方面，在W原料容器33内的固体状的W(CO)6原料S利用加热器33a加热升华，成为W(CO)6气体，该W(CO)6气体和载体气体一起，通过管路32供给至扩散室30d。其中，质量流量控制器36和其前后的阀37a、37b安装在管路34上。此外，根据W(CO)6气体的量，掌握其流量的流量计65和其前后的阀37c、37d安装在管路32上。此外，在流量计65的下游侧，预送气管路61与管路32连接。该预送气管路61与后述的排气管44连接。而且，在预送气管路61中，在管路32的分支部分的下游侧，安装有阀62。在管路32、34、61的周围设置有加热器(图中没有示出)，将W(CO)6气体不固化温度控制为20～100℃，优选为25～60℃。
此外，吹扫气体供给源39，通过吹扫气体管路38，与管路32的中间连接。吹扫气体源39供给Ar气体、He气体、N2气体等惰性气体或H2气体作为吹扫气体。利用该吹扫气体进行管路32的残留成膜气体的排气或者处理容器21内的清洗。其中，在吹扫气体管路38上安装有质量流量控制器40和其前后的阀41a、41b。
另一方面，管路81的另一端与气体供给系统80连接。气体供给系统80具有供给SiH4气体的SiH4气体供给源82、供给NH3气体的NH3气体供给源、和供给C2H4气体的C2H4气体供给源84。气体管路85、86、87分别与各个气体供给源82、83、84连接。在气体管路85上安装有质量流量控制器88和其前后的阀91，在气体管路86上安装有质量流量控制器89和其前后的阀92，在气体管路87上安装有质量流量控制器90和其前后的阀93。此外，各条气体管路通过管路81，与扩散室30d连接。其中，预送气管路95与管路81连接，该预送气管路95与后述的排气管44连接。而且，在预送气管路95中，在与管路81的分支部的下游侧安装有阀95a。
此外，吹扫气体供给源96，通过吹扫气体管路97与管路81的中间连接。吹扫气体供给源96例如供给Ar气体、He体、N2体等惰性气体或者H2气作为吹扫气体。利用这种吹扫气体进行管路81的残留成膜气体排气或者处理容器21内的清洗。质量流量控制器98和其前后的阀99安装在吹扫气体管路97上。
各个质量流量控制器、各个阀、和流量计65由控制器60控制。这样，可以控制载体气体、W(CO)6气体、SiH4气体、NH3气体、C2H4气体和吹扫气体的供给停止和将这些气体的流量控制为规定流量。通过根据流量计65的检测值，利用质量流量控制器36控制载体气体的流量，从而可以控制供给处理容器21的气体扩散室30d的W(CO)6气体的流量。
包含高速真空泵的排气装置45，通过排气管44与上述排气容器43的侧面连接。通过使该排气装置45工作，而可以将处理容器21内的气体均匀地排出至排气容器43的空间43a内，再通过排气管44，向外部排出。这样，可将处理容器21内高速地减压至规定的真空度。
在与成膜装置100相邻的搬送室(图中没有示出)之间搬入搬出晶片8的搬入搬出口49，和开闭该搬入搬出口49的闸阀50被设置在处理容器21的侧壁上。
使用这种成膜装置的W化合物膜的成膜按以下顺序进行。首先，通过打开闸阀50的搬入搬出口49，将预先在表面上形成栅极氧化膜的晶片8搬入处理容器21内，并放置在基座22上，其次，利用加热器25加热基座22，并利用该热量来加热晶片8。此外，利用排气装置45的真空泵对处理容器21内进行排气，将处理容器21内的压力真空排气至6.7Pa以下。优选这时的晶片8的加热温度为100～600℃。
其次，打开阀37a、37b，从载体气体供给源35将载体气体(例如Ar气体)吹入收容有固体状的W(CO)6原料S的W原料容器33中。此外，利用加热器33a加热W(CO)6原料S，产生W(CO)6气体。其次，打开阀37c和阀62，通过预送气管路61进行排出W(CO)6气体的提前送气。通过在规定时间内进行这种提前送气，而可以使W(CO)6气体的流量稳定。接着，在关闭阀62的同时，打开阀37d，将W(CO)6气体导入管路32中，经过气体导入口30c，供给至气体扩散室30d。优选这时的处理容器21内的压力为0.01～500Pa。其中，载体气体不是仅限于Ar气体，也可以使用其他气体，可以使用N2气体、H2气体，He气体。
另一方面，当将W(CO)6气体供给至气体扩散室30d时，使时间一致，可将SiH4气体、NH3气体和C2H4气体中的至少一种供给至气体扩散室30d。首先，通过预送气管路95，进行排出要供给的气体的提前送气。通过在规定时间内进行这种提前送气，而可以使该气体的流量稳定。然后，当将W(CO)6气体供给至气体扩散室30d时，使时间一致，可通过管路81，将该气体供给至气体扩散室30d。
当将W(CO)6气体以及SiH4气体、NH3气体和C2H4气体中的至少一种气体供给至气体扩散室30d时，分别将这些气体维持在规定流量。例如，将W(CO)6气体的流量控制在0.0001～0.5L/min范围内，将SiH4气体的流量控制在0.001～1L/min范围内，将NH3气体的流量控制在0.001～1L/min范围内，将C2H4气体的流量控制在0.001～1L/min范围内。
供给至气体扩散室30d的W(CO)6气体以及SiH4气体、NH3气体和C2H4气体中的至少一种在扩散室30d内扩散，从喷淋板30a的气体输出孔30b，均匀地向着处理容器21内的晶片8的表面供给。这样，在加热的晶片8表面上，W(CO)6热分解产生的W和SiH4气体、NH3气体、C2H4气体的Si、N、C反应，形成所希望W化合物膜。在分别单独使用SiH4气体、NH3气体、C2H4气体的情况下，分别形成WSiX、WNX、WCX。在使用两种以上的气体情况下，形成它们复合化而组成化合物。通过控制导入处理容器21内的气体种类和/或气体流量、基板温度、处理容器内压力等成膜条件，而可以任意改变W化合物膜的组成，可以控制形成的W化合物膜的特性。即，通过使用W(CO)6气体以及SiH4气体、NH3气体和C2H4气体中的至少一种，控制其流量或者成膜条件，而可以控制W化合物膜的功函数，可以控制阈值电压，同时可以得到所希望的阻挡性。
在形成规定膜厚的W化合物膜的时刻，停止各种气体的供给。然后，从吹扫气体供给源39、96将吹扫气体导入处理容器21内，吹扫残留的成膜气体，打开闸阀50，从搬入搬出口49搬出晶片8。
此外，利用图7的装置，按以下顺序形成图5的W化合物膜的层积膜结构。首先，按规定的流量比供给W(CO)6气体以及SiH4气体和NH3气体中的至少一种气体，形成第一层的W化合物膜6a。在形成规定膜厚的W化合物膜6a时，停止气体的供给，进行处理容器内的吹扫。然后，以规定的流量比供给W(CO)6气体以及SiH4气体和NH3气体中的至少一种气体，形成第二层的W化合物膜(阻挡层)6b。这样，在第一层的W化合物膜成膜时和第二层的W化合物膜成膜时，通过使导入处理容器内的气体种类、各气体的流量、基板温度、处理容器内压力等成膜条件不同，而可以在各处理容器内连续形成组成互不相同的双层的W化合物膜。这样，可以形成效率极好，而且不产生氧化等问题的W化合物膜的层积膜结构。
其中，在上述实施方式中，说明了作为在栅极电极中使用的金属化合物膜和阻挡层，使用W(CO)6作为金属羰基形成包含W的W化合物膜的情况，但是本发明不是仅限于此。例如，本发明在使用从W(CO)6、Ni(CO)4、CO2(CO)8、RU3(CO)12、Mo(CO)6、Re2(CO)10、Ta(CO)6、Ti(CO)6中选择的至少一个作为金属羰基，形成包含W、Ni、Co、Ru、Mo、Re、Ta和Ti中的至少一种的金属化合物膜情况下是有效的。此外，作为利用CVD形成金属化合物膜的成膜原料，不是仅限于气体，也可以是液体原料或者固体原料。另外，说明了在栅极电极的层积膜结构中使用Poly-Si膜的情况，但不是仅限于Poly-Si膜，也可以是非晶形硅等硅膜。
此外，在上述实施方式中，说明了在同一个处理室内形成组成不同的双层的W化合物膜的层积膜的层积膜情况，但是本发明不是仅限于此。即，在同一个处理室内形成的层积膜不是仅限于双层，也可以是三层以上。此外，也可以是层积的多个膜中的一个以上为由金属羰基中的金属构成的金属膜。通过在栅极电极中使用可使这种金属膜的电阻降低。
另外，在上述实施方式中，说明了使用Si基板作为半导体基板的情况，但是不是仅限于此，也可以使用在SOI基板等其他基板中。
Claims (13)
1.一种半导体装置，其特征在于，包括：
半导体基板；
在该基板上形成的栅极绝缘膜；和
具有在该绝缘膜上形成的金属化合物膜的栅极电极，其中，
所述栅极电极的金属化合物膜通过使用含有金属羰基的原料、以及
含有Si的原料和含有N的原料中的至少一种的CVD形成，含有所述金属羰基中的金属以及Si和N中的至少一种，通过改变Si和N中的至少一种的含量，能够调整其功函数，
所述金属化合物膜还使用含有C的原料形成，含有所述金属羰基中的金属以及Si和N中的至少一种、以及C。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
构成所述金属羰基的金属选自W、Ni、Co、Ru、Mo、Re、Ta和Ti。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述金属羰基为W(CO)6。
4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述含有Si的原料选自硅烷、乙硅烷和二氯硅烷。
5.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述含有N的原料选自氨和单甲基肼。
6.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
在所述金属化合物膜中导入有n型杂质或者p型杂质。
7.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述栅极电极还具有在所述金属化合物膜上形成的硅膜。
8.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：
所述含有C的原料选自乙烯、烯丙醇、甲酸以及四氢呋喃。
9.一种半导体装置，其特征在于，包括：
半导体基板；
在该基板上形成的栅极绝缘膜；和
在该绝缘膜上形成的栅极电极，其中，
所述栅极电极包括：
金属化合物膜；
在该金属化合物膜上形成的阻挡层；和
在该阻挡层上形成的硅膜，
所述阻挡层利用含有金属羰基的原料以及含有N的原料和含有C的原料形成，含有所述金属羰基中的金属以及N和C，
所述金属化合物膜使用含有金属羰基原料以及含有Si的原料和含有N的原料中的至少一种形成，含有所述金属羰基中的金属以及Si和N中的至少一种，通过改变Si和N中的至少一种的含量，能够调整其功函数。
10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于：
构成所述金属羰基的金属选自W、Ni、Co、Ru、Mo、Re、Ta和Ti。
11.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于：
所述金属羰基为W(CO)6。
12.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于：
所述含有N的原料选自氨和单甲基肼。
13.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于：
所述含有C的原料选自乙烯、烯丙醇、甲酸以及四氢呋喃。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004021924A JP2005217176A (ja) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | 半導体装置および積層膜の形成方法 |
| JP021924/2004 | 2004-01-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1914736A CN1914736A (zh) | 2007-02-14 |
| CN100459148C true CN100459148C (zh) | 2009-02-04 |
Family
ID=34823814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005800031564A Expired - Fee Related CN100459148C (zh) | 2004-01-29 | 2005-01-28 | 半导体装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090085130A1 (zh) |
| JP (1) | JP2005217176A (zh) |
| KR (1) | KR100803803B1 (zh) |
| CN (1) | CN100459148C (zh) |
| TW (1) | TW200535997A (zh) |
| WO (1) | WO2005074034A1 (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007048926A (ja) * | 2005-08-10 | 2007-02-22 | Tokyo Electron Ltd | Ｗ系膜の成膜方法、ゲート電極の形成方法、半導体装置の製造方法およびコンピュータ読取可能な記憶媒体 |
| JP4784734B2 (ja) * | 2005-09-12 | 2011-10-05 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2007142127A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2008016538A (ja) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp | Ｍｏｓ構造を有する半導体装置及びその製造方法 |
| JP5177980B2 (ja) * | 2006-09-05 | 2013-04-10 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| KR100868768B1 (ko) * | 2007-02-28 | 2008-11-13 | 삼성전자주식회사 | Ｃｍｏｓ 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| US8778754B2 (en) * | 2008-09-15 | 2014-07-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method of forming a single metal that performs N and P work functions in high-K/metal gate devices |
| EP2256230A1 (de) * | 2009-05-29 | 2010-12-01 | Samuel Grega | Verfahren zur Herstellung von W-, Cr-, Mo-Schichten, deren Carbiden, Nitriden, Siliciden, mehrschictigen Strukturen und Verbindungsstrukturen auf festen Substraten und Vorrichtung für deren Herstellung |
| WO2013048417A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Intel Corporation | Electropositive metal containing layers for semiconductor applications |
| JP6232041B2 (ja) * | 2015-12-18 | 2017-11-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法および成膜装置 |
| KR102341721B1 (ko) * | 2017-09-08 | 2021-12-23 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 |
| WO2019204120A1 (en) * | 2018-04-19 | 2019-10-24 | Applied Materials, Inc. | Tuning work function of p-metal work function films through vapor deposition |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10303412A (ja) * | 1997-04-22 | 1998-11-13 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPH11135455A (ja) * | 1997-08-28 | 1999-05-21 | Texas Instr Inc <Ti> | 拡散障壁体を備えた高温度工程に耐えることができる熱的に安定な接触体の製造法 |
| JPH11265992A (ja) * | 1998-01-21 | 1999-09-28 | Siemens Ag | ダイナミックランダムアクセスメモリの形成方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164805A (en) * | 1988-08-22 | 1992-11-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Near-intrinsic thin-film SOI FETS |
| JP3469251B2 (ja) * | 1990-02-14 | 2003-11-25 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| WO1991012588A1 (en) * | 1990-02-16 | 1991-08-22 | Silicon Graphics, Inc. | Method and apparatus for providing a visually improved image by converting a three-dimensional quadrilateral to a pair of triangles in a computer system |
| JP3262676B2 (ja) * | 1993-06-25 | 2002-03-04 | 株式会社リコー | 半導体装置 |
| US5907188A (en) * | 1995-08-25 | 1999-05-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with conductive oxidation preventing film and method for manufacturing the same |
| US5789312A (en) * | 1996-10-30 | 1998-08-04 | International Business Machines Corporation | Method of fabricating mid-gap metal gates compatible with ultra-thin dielectrics |
| US6027961A (en) * | 1998-06-30 | 2000-02-22 | Motorola, Inc. | CMOS semiconductor devices and method of formation |
| US6218293B1 (en) * | 1998-11-13 | 2001-04-17 | Micron Technology, Inc. | Batch processing for semiconductor wafers to form aluminum nitride and titanium aluminum nitride |
| US6661096B1 (en) * | 1999-06-29 | 2003-12-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Wiring material semiconductor device provided with a wiring using the wiring material and method of manufacturing thereof |
| AU2002333601A1 (en) * | 2001-09-14 | 2003-04-01 | Asm America, Inc. | Metal nitride deposition by ald using gettering reactant |
| JP3974507B2 (ja) * | 2001-12-27 | 2007-09-12 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| US6858483B2 (en) * | 2002-12-20 | 2005-02-22 | Intel Corporation | Integrating n-type and p-type metal gate transistors |
-
2004
- 2004-01-29 JP JP2004021924A patent/JP2005217176A/ja active Pending
-
2005
- 2005-01-28 WO PCT/JP2005/001245 patent/WO2005074034A1/ja active Application Filing
- 2005-01-28 US US10/585,828 patent/US20090085130A1/en not_active Abandoned
- 2005-01-28 CN CNB2005800031564A patent/CN100459148C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-01-28 KR KR1020067016344A patent/KR100803803B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2005-01-28 TW TW094102777A patent/TW200535997A/zh unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10303412A (ja) * | 1997-04-22 | 1998-11-13 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPH11135455A (ja) * | 1997-08-28 | 1999-05-21 | Texas Instr Inc <Ti> | 拡散障壁体を備えた高温度工程に耐えることができる熱的に安定な接触体の製造法 |
| JPH11265992A (ja) * | 1998-01-21 | 1999-09-28 | Siemens Ag | ダイナミックランダムアクセスメモリの形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060123552A (ko) | 2006-12-01 |
| KR100803803B1 (ko) | 2008-02-14 |
| TWI376735B (zh) | 2012-11-11 |
| JP2005217176A (ja) | 2005-08-11 |
| WO2005074034A1 (ja) | 2005-08-11 |
| TW200535997A (en) | 2005-11-01 |
| CN1914736A (zh) | 2007-02-14 |
| US20090085130A1 (en) | 2009-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100459148C (zh) | 半导体装置 | |
| US6924223B2 (en) | Method of forming a metal layer using an intermittent precursor gas flow process | |
| CN101527263B (zh) | 半导体器件的制造方法 | |
| US6713127B2 (en) | Methods for silicon oxide and oxynitride deposition using single wafer low pressure CVD | |
| US20060084263A1 (en) | Method of forming metal layer used in the fabrication of semiconductor device | |
| US6991999B2 (en) | Bi-layer silicon film and method of fabrication | |
| US7674710B2 (en) | Method of integrating metal-containing films into semiconductor devices | |
| JP2009164569A (ja) | 制御された結晶構造を用いた、ドーパント及び多層シリコン膜の使用による多結晶シリコン膜及び周囲層の応力の調節 | |
| KR101217980B1 (ko) | 순차 흐름 성막법을 이용한 텅스텐 성막 방법 | |
| US20100227459A1 (en) | Method for forming w-based film, method for forming gate electrode, and method for manufacturing semiconductor device | |
| CN101253603B (zh) | 成膜方法 | |
| US7960278B2 (en) | Method of film deposition | |
| US6982214B2 (en) | Method of forming a controlled and uniform lightly phosphorous doped silicon film | |
| US6726955B1 (en) | Method of controlling the crystal structure of polycrystalline silicon | |
| JP2011166160A (ja) | 積層膜の形成方法 | |
| TWI674625B (zh) | 原位羥化裝置 | |
| US20100203243A1 (en) | Method for forming a polysilicon film | |
| JP5608350B2 (ja) | 選択的なシリサイドの形成方法及び半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090204 Termination date: 20160128 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |