JP2003017685A

JP2003017685A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003017685A
Application number: JP2001197840A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kadoshima; 勝門島; Toshihide Namatame; 俊秀生田目; Takaaki Suzuki; 孝明鈴木; Yasuhiko Murata; 康彦村田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、原料から解離した官能基によ
る原料の吸着阻害を抑制することによって、表面粗さを
低減させ、また、原料吸着のセルフリミット機構が得ら
れる条件を拡大することができ、再現性及び歩留まりを
向上することができる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。【解決手段】本発明は、シリコン単結晶基板上にゲート
絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法において、解離
エネルギーの異なる２種類の官能基を有する金属化合物
を用いて酸化膜を形成することを特徴とし、又、解離エ
ネルギーの異なる２種類の官能基を有する金属化合物か
らなる原料を反応容器内に設置された前記基板表面に吸
着させる工程と、前記原料を反応容器内から排気する工
程と、該排気された前記反応容器内に酸化性ガスを供給
し前記基板表面に吸着された原料を酸化し前記金属酸化
物を形成する工程と、前記酸化性ガスを前記反応容器か
ら排気する工程とを順次繰り返すことにより前記ゲート
絶縁膜を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な半導体装置
の製造方法に係わり、特にゲート絶縁膜を有するＭＩＳ
型トランジスタ素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌ
ａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ
素子の微細化は＜０．１μｍのゲート長まで目前に迫っ
ている状況である。このような微細化に伴ってＭＩＳト
ランジスタ素子のゲート絶縁膜の材料として、比誘電率
が３．９のＳｉＯ_２に代って約２５のＺｒＯ_２、１０の
Ａｌ_２Ｏ_３、８０のＴｉＯ_２等を用いることが検討され
ている。これらの材料は比誘電率が高いためにＳｉＯ_２
と同一のゲート容量を得るために物理膜厚を各々約６
倍、２．５倍、２０倍程度厚くすることができる。この
ためにスケーリング則に従って素子を微細化した場合に
も、ゲート絶縁膜中の直接トンネリングによるゲート／
基板間のリーク電流を抑えられると考えられている。

【０００３】ゲート絶縁膜の形成方法として、原子層化
学気相成長（ＡＬＣＶＤ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒ
ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法が有効である。この方法は、スパッタ法のような
高エネルギー状態の粒子を用いないため、半導体装置の
特性を劣化させる界面準位やトラップの発生を抑制でき
るという利点を有する。また、これまで同様な観点から
有利と考えられてきた化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は表面
荒さが大きくなる欠点を有するが、ＡＬＣＶＤ法では原
子層単位でゲート絶縁膜を成長させるため、表面粗さを
小さくでき有利である。

【０００４】ＡＬＣＶＤ法の原理を以下に示す。まず、
所定の温度に加熱した基板へ原料を供給して、原料を１
原子層吸着させる。このとき、所定の基板温度に設定し
て、原料が1原子層吸着した後に最表面が官能基で終端
された状態にすることが重要である。この方法は、基板
の最表面を官能基で終端させて、１原子層以上の吸着を
抑制するセルフリミット機構を利用する。基板温度が低
すぎると原料から官能基が解離できないために原料は吸
着できず、基板温度が高すぎると原料から官能基がすべ
て解離してしまうために、原料の吸着を１原子層で止め
ることができなくなる。次に、速やかに原料の排気を行
う。原料を十分に排気してから、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ_２及び
Ｏ_２等の酸化性ガスを基板に供給して、官能基で終端さ
れた表面を酸化して、セルフリミットを解除する。この
後、酸化性ガスを速やかに排気する。以上の工程を１サ
イクルとして、１原子層の酸化物を形成する方法であ
る。サイクル数を重ねることで所望の膜厚を得ることが
できる。

【０００５】これまで、官能基が1種類のみで構成され
る原料が用いられてきた。例えば、ＺｒＣｌ_４原料とＨ
_２Ｏ酸化性ガスによるＺｒＯ_２膜、ＴｉＩ_４原料とＨ_２
Ｏ_２酸化性ガスによるＴｉＯ_２膜、Ａｌ（ＣＨ_３）_３原
料とＨ_２Ｏ酸化性ガスによるＡｌ_２Ｏ_３膜等が形成され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、官能基
が最表面を終端することができる比較的低い基板温度で
膜を形成するため、原料から解離した官能基が他の吸着
サイトに吸着して、原料の吸着を阻害するといった問題
があった。すなわち、解離した官能基による原料の吸着
阻害によって、原子の吸着が１原子層に満たなくなる結
果、表面粗さが大きくなり、ＭＩＳ型トランジスタの特
性ばらつきが大きくなってしまうといった問題があっ
た。

【０００７】また、原料が吸着する際に解離する官能基
と、吸着後に最表面を終端する官能基が同じであるため
に、セルフリミット機構が得られる条件は非常に狭く、
再現性や歩留まりが低くなるといった問題があった。

【０００８】本発明の目的は、原料から解離した官能基
による原料の吸着阻害を抑制することによって、表面粗
さを低減させ、また、原料吸着のセルフリミット機構が
得られる条件を拡大することができ、再現性及び歩留ま
りを向上することができる半導体装置の製造方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン単結
晶基板上にゲート絶縁膜を形成する半導体装置の製造方
法、より具体的には、シリコン単結晶基板上に、素子分
離絶縁膜と、ゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成
されたゲート電極と、前記素子分離絶縁膜と前記ゲート
絶縁膜との間で前記ゲート絶縁膜を挟んで両側に形成さ
れたソース及びドレイン領域と、前記素子分離絶縁膜と
ゲート絶縁膜とゲート電極とソース及びドレイン領域と
を保護する保護膜と、前記ソース及びドレイン領域の各
々に接して前記保護膜を貫通して形成されたプラグ電極
と、該プラグ電極に接して前記保護膜上に形成された配
線とを有する半導体装置の製造方法において、解離エネ
ルギーの異なる２種類の官能基を有する金属化合物、好
ましくは有機系とハロゲン系官能基を有する金属化合物
を用いて酸化膜を形成することを特徴とする。

【００１０】又、本発明は、シリコン単結晶基板上に、
ゲート絶縁膜を形成する半導体装置の製造法において、
解離エネルギーの異なる２種類の官能基を有する金属化
合物からなる原料を反応容器内に設置された前記基板表
面に吸着させる工程と、前記原料を反応容器内から排気
する工程と、該排気された前記反応容器内に酸化性ガス
を供給し前記基板表面に吸着された原料を酸化し前記金
属酸化物を形成する工程と、前記酸化性ガスを前記反応
容器から排気する工程とを順次繰り返すことにより前記
ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。

【００１１】更に、本発明は、より具体的には、シリコ
ン単結晶基板上に、素子分離絶縁膜を形成する工程と、
ゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程と、前記素子分離絶縁膜と前記
ゲート絶縁膜との間で前記ゲート絶縁膜を挟んで両側に
ソース及びドレイン領域を形成する工程と、前記素子分
離絶縁膜とゲート絶縁膜とゲート電極とソース及びドレ
イン領域とを保護する保護膜を形成する工程と、前記ソ
ース及びドレイン領域の各々に接して前記保護膜を貫通
させてプラグ電極を形成する工程と、該プラグ電極に接
して前記保護膜上に配線を形成する工程とを順次有する
半導体装置の製造法において、解離エネルギーの異なる
２種類の官能基を有する金属化合物からなる原料を反応
容器内に設置された前記基板表面に吸着させる工程と、
前記原料を反応容器内から排気する工程と、該排気され
た前記反応容器内に酸化性ガスを供給し前記基板表面に
吸着された原料を酸化し前記金属酸化物を形成する工程
と、前記酸化性ガスを前記反応容器から排気する工程と
を順次繰り返すことにより前記ゲート絶縁膜を形成する
ことを特徴とする。

【００１２】前記金属化合物が、Ｈ基、ＣＨ_３基、Ｃ_２
Ｈ_５基、Ｃ_３Ｈ_７基、ＯＣＨ_３基、ＯＣ_２Ｈ_５基、ＯＣ
_３Ｈ_７基、ＯＣ_４Ｈ_８基、Ｃｌ着、Ｂｒ基、Ｉ基、Ｆ
基、ジピバロイルメタナート基及びジクロペンタジエニ
ル基のうち少なくとも２種類の官能基を有することが好
ましい。

【００１３】図１は、本発明における官能基と金属の解
離エネルギーの差を利用して、原子層単位でゲート絶縁
膜を形成する原理を示す概念図である。例えば、図１
（a）のＯＨ基で終端された基板に、図１（ｂ）のＭＡ
_２Ｂ_２にような官能基を２種類以上有する原料を基板上
に供給する。ここで、Ｏは酸素原子、Ｈは水素原子、Ｍ
は金属元素原子、ＡはＭとの解離エネルギーが大きい官
能基、及びＢはＭとの解離エネルギーが相対的に小さい
官能基をそれぞれ表している。このとき、官能基Ｂは金
属Ｍから解離するが、官能基Ａは金属Ｍから解離しない
基板温度が存在する。

【００１４】図１（ｃ）では、基板をこのような温度に
設定し、余分な原料を排気することにより、官能基Ｂは
金属Ｍから解離して、原料がＳｉ基板に吸着し、官能基
Ａによって最表面が終端された状態を得ることができ
る。このようにしてセルフリミットが実現する。次に、
図１（ｄ）では、Ｈ_２Ｏのような酸化性ガスを基板に供
給すると、最表面を終端していた官能基Ａが反応して解
離すると同時に、金属Ｍは酸化する。そして、図１
（e）では、最表面の官能基Ａと酸化性ガスを十分に反
応させ、セルフリミットを解除した後、酸化性ガスを十
分に排気することにより、ＯＨ基に終端された最表面を
再び得ることが出来る。

【００１５】これらの工程を１サイクルとして、理想的
には１原子層の金属酸化膜を得ることが出来る。また、
サイクルを重ねることで、必要な膜厚を得ることができ
る。従来用いられてきた、1種類の官能基で構成される
原料を用いる方法では、解離した官能基が他の吸着サイ
トに再吸着して原料の吸着を阻害する問題があったが、
本発明の場合では解離エネルギーの小さい官能基が解離
するため、解離した官能基の再吸着を抑えることが出来
る。よって、解離した官能基の再吸着に伴う表面粗さの
増大を抑制出来、平坦な表面を得ることが出来る。

【００１６】また、本発明は官能基の解離エネルギーの
差を利用するために、解離エネルギーの小さい官能基が
解離できる温度以上でかつ、解離エネルギーの大きい官
能基が解離しない温度以下であればセルフリミット機構
を得ることができるため、形成条件を広くすることがで
きる。よって、再現性及び歩留まりを向上することがで
きる。

【００１７】本発明に係る原料は、Ｈ基、ＣＨ_３基、Ｃ
_２Ｈ_５基、Ｃ_３Ｈ_７基、ＯＣＨ_３基、ＯＣ_２Ｈ_５基、Ｏ
Ｃ_３Ｈ_７基、ＯＣ_４Ｈ_８基、Ｃｌ着、Ｂｒ基、Ｉ基、Ｆ
基、ジピバロイルメタナート基及びジクロペンタジエニ
ル基の少なくとも２種類の官能基を有することにあり、
各官能基はその解離エネルギーが異なるものである。上
記のうち２種類の官能基を選択し、各官能基の解離エネ
ルギーの差を利用する。ただし、これらを組み合せた原
料のうち、例えばＴｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_２（ｄｐｍ）_２の
ように十分な蒸気圧が得られるものが好ましい。ｄｐｍ
はジピバロイルメタナート基である。

【００１８】又、本発明に係る原料は有機系とハロゲン
系の２種類の官能基とすることにあり、また、有機系官
能基がＨ基、ＣＨ_３基、Ｃ_２Ｈ_５基、Ｃ_３Ｈ_７基、ＯＣ
Ｈ_３基、ＯＣ_２Ｈ_５基、ＯＣ_３Ｈ_７基、ＯＣ_４Ｈ_８基、
ジピバロイルメタナート基またはジクロペンタジエニル
基のうちのいずれかであり、ハロゲン基はＣｌ着、Ｂｒ
基、Ｉ基またはＦ基のうちのいずれかであることにあ
る。有機系とハロゲン系の２種類の官能基を有する原料
を用いると、例えば、有機系官能基は酸素により分解・
解離するが、ハロゲン系官能基は酸素により分解しな
い。このように、それぞれの官能基に対して、異なる解
離反応を利用することができる。

【００１９】本発明のゲート絶縁膜は、ＳｉＯ_２、Ｔｉ
Ｏ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、
Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ_３（Ｌｎは希土類元
素）の少なくとも１種からなる酸化物が好ましい。図１
と同様なプロセスにより、上述したゲート絶縁膜を形成
することが出来る。

【００２０】

【発明の実施の形態】（実施例１）図２は、本発明に係
るＭＩＳトランジスタの製造工程を示す断面図である。
Ｓｉ単結晶基板１０１はｐ−ｔｙｐｅで（１００）面方
位、抵抗率１０〜１５Ω・ｃｍの基板である。素子分離
領域１０２はＳｉ単結晶基板１０１に深さ約０．４μｍ
の溝を形成した後にＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜を全面成膜し、
次にＣＭＰで平坦化させて作製した。

【００２１】次にＡＬＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１０
３となるＴｉＯ_２膜を作製した。Ｔｉ原料には、有機ハ
ロゲン系の２種類の官能基を持つＴｉＣｌ_２（ＯＣ_３Ｈ
_７） _２有機金属を用いた。原料を封入した原料容器を２
５０℃に加熱して得られる蒸気を、アルゴンキャリアガ
スによって基板に供給した。アルゴンキャリアガスは５
０ｓｃｃｍで搬送した。Ｈ_２Ｏをバブリング法によりア
ルゴンキャリアガス５０ｓｃｃｍによって基板に供給し
た。反応容器の圧力を０．１ｔｏｒｒとし、基板温度を
４００℃とした。原料供給時間を１０秒、原料排気時間
を３０秒、酸素供給時間を１５秒、酸素排気時間を３０
秒として、５〜２０サイクル繰り返し、ＴｉＯ_２膜厚１
０〜３０ｎｍを得た。

【００２２】酸化性ガスはＨ_２Ｏに限られることはな
く、Ｈ_２Ｏ_２，Ｎ_２Ｏ等のガスを用いてもよい。また、
原料ガスの種類はＴｉＣｌ_２（ＯＣ_３Ｈ_７）_２に限られ
ることはなく、２種類の官能基を有する原料を用いるこ
とで同様の効果を得ることができる。ただし、蒸気圧の
高い原料が望ましい。

【００２３】次にゲート電極１０４となる多結晶Ｓｉ膜
を３００ｎｍ成膜した。その後ｎチャンネル領域にはリ
ンを、ｐチャンネル領域にはボロンをそれぞれ注入し、
８００℃、１０〜３０ｍｉｎの窒素雰囲気中熱処理して
活性化した（図３）。１０４ゲート電極は多結晶Ｓｉ膜
を通常のホトリソグラフィー法を用いてパターニング
し、セルフアラインにてＲＩＥによりエッチングして形
成した。

【００２４】また同様にゲート絶縁膜１０３もＴｉＯ_２
を加工して形成した。次にゲート電極１０４をマスクし
てソース/ドレイン領域１０５に周期率表の第５族の原
子（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ）或いは第３族の原子（Ｂ，Ａｌ，
Ｇａ，Ｉｎ）のイオン注入を行い、８００℃、３０ｓｅ
ｃのＡｒ中熱処理を施す事により低抵抗の拡散領域を形
成した。次にＣＶＤ法により１０６ＳｉＯ_２保護膜を形
成した。さらにソース/ドレイン１０５上にスルーホー
ルを作製した後、ＣＶＤ法によりＷ−プラグ電極１０７
を作製した。最後にＡｌ配線１０８をＷ−プラグ電極１
０７上に作製してＭＩＳ型トランジスタ素子を作製し
た。

【００２５】片方のＡｌ配線１０８をアースにして、ゲ
ート電極１０４に−２〜２Ｖ変化させた場合のＣ−Ｖ特
性よりＥＯＴ（ＳｉＯ_２換算膜厚）を算出した。その結
果を図４にまとめて示す。１０〜３０ｎｍ膜厚間でＴｉ
Ｏ_２データの最小２乗法から求めた勾配は誘電率を意味
し、約２７であった。また物理膜厚がゼロの場合にＥＯ
Ｔが約０．４ｎｍであり、ゲート絶縁膜１０３であるＴ
ｉＯ_２とＳｉ単結晶基板１０１界面に低誘電率なＳｉＯ
_２層の形成を非常に薄く抑えることができた。

【００２６】以上のように、シリコン単結晶基板を母材
としたＭＩＳ型トランジスタ素子において、ゲート絶縁
膜を２種類以上の官能基からなる原料を用いて形成する
ことで、表面粗さを低減でき、かつ再現性及び歩留まり
を向上することができ、又ゲート絶縁膜のゲート長さを
０．１μｍ以下とするＭＩＳトランジスタを提供するこ
とができた。また、原料吸着のセルフリミット機構が得
られる条件を拡大することができた。

【００２７】本実施例ではゲート絶縁膜としてＴｉＯ_２
を用いたが、ＺｒＯ_２，ＨｆＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｔａ_２
Ｏ_５，Ｓｃ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，Ｌｎ_２Ｏ_３（Ｌｎ：Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）のうち少な
くとも１種類以上からなる誘電体材料でも可能である。

【００２８】またゲート電極として多結晶Ｓｉを用いて
いるが、上記誘電体材料と反応しない金属、例えばＷ，
Ｍｏ，ＴｉＮ，ＴｉＳｉ_２等を用いてもよい。さらに、
多結晶Ｓｉにリンをドープしてもよい。Ａｌ配線を説明
したが、低抵抗な金属材料ならよく、例えばＣｕ材料を
用いてもよい。

【００２９】本実施例より、解離エネルギーの異なる２
種類の官能基を有する金属化合物からなる原料を用いた
ＡＬＣＶＤ法によって、ＴｉＯ_２ゲート絶縁膜を得るこ
とができることが分かった。

【００３０】（実施例２）実施例１と同じ条件でＡＬＣ
ＶＤ法によって形成した１０ｎｍのＴｉＯ_２膜に対し
て、ＡＦＭ観察によって、表面粗さを測定したところ、
表面粗さは０．２ｎｍであった。

【００３１】比較例として、同原料及び同酸化性ガスを
用い、同じ基板温度においてＣＶＤ法によって形成した
ＴｉＯ_２薄膜１０ｎｍに対して、ＡＦＭ観察を行ったと
ころ、表面粗さは１．２ｎｍであった。

【００３２】また、Ｔｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４原料と酸素ガ
スを用いて実施例１と同様なＡＬＣＶＤ法によってＴｉ
Ｏ_２膜１０ｎｍ形成した。この膜に対しても同様にＡＦ
Ｍ観察を行ったところ、表面粗さは０．５ｎｍであっ
た。

【００３３】本実施例から、２種類の異なった官能基か
らなる原料を用いたＡＬＣＶＤ法によって形成されるＴ
ｉＯ_２ゲート絶縁膜の表面粗さは、非常に小さいものが
得られることが分かった。そして、ゲート絶縁膜のゲー
ト長さを０．１μｍ以下とするＭＩＳトランジスタを提
供することができた。

【００３４】（実施例３）原料ガスの種類には解離エネ
ルギが異なる２種類の官能基を有するＴｉＣｌ_２（ＯＣ
_３Ｈ_７）_２を用い、実施例１と同様な条件でＡＬＣＶＤ
法によって形成したＴｉＯ_２膜を形成した。ただし、形
成温度を３５０〜４５０℃とした。形成温度に対するＴ
ｉＯ_２膜成長速度を図５に示す。図５の縦軸は、基板温
度４００℃のときの成長速度で規格化した。基板温度３
７５〜４２５℃の領域でほぼ一定の成長速度を得ること
ができた。

【００３５】比較例として、原料をＴｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）
_４として同様の実験を行った結果を示す。成長速度が一
定である基板温度領域は４００℃付近のみであった。

【００３６】本実施例から、前述の２種類の官能基から
なる原料を用いたＡＬＣＶＤ法によって、ほぼ一定の成
長速度が得られる原料吸着のセルフリミット機構が得ら
れ、条件をより広くすることができるため、再現性及び
歩留まりを向上できることが分かった。

【００３７】（実施例４）実施例１と同様に素子分離領
域１０２はＳｉ単結晶基板１０１に深さ約０．４μｍの
溝を形成した後にＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜を全面成膜し、次
にＣＭＰで平坦化させて作製した。

【００３８】次にゲート絶縁膜１０３となるＺｒＯ_２膜
を作製するために、解離エネルギが異なる２種類の官能
基を有するＺｒ（ＯＣ_３Ｈ_７）（ｄｐｍ）_３有機金属を
原料とした。原料を封入した原料容器を２００℃に加熱
して得られる蒸気を、アルゴンキャリアガスによって基
板に供給した。アルゴンキャリアガスは５０ｓｃｃｍで
搬送した。酸素流量を５０ｓｃｃｍとした。反応容器の
圧力を０．１ｔｏｒｒとし、基板温度を３５０℃とし
た。実施例１と同様に、原料供給時間を１０秒、原料排
気時間を３０秒、酸素供給時間を１５秒、酸素排気時間
を３０秒として、５〜２０サイクル繰り返し、ＺｒＯ_２
膜厚１０〜４０ｎｍを得た。片方のＡｌ配線１０８をア
ースにして、ゲート電極１０４に−２〜２Ｖ変化させた
場合のＣ−Ｖ特性よりＥＯＴ（ＳｉＯ_２換算膜厚）を算
出した。その結果を図６にまとめて示す。１０〜３０ｎ
ｍ膜厚間でＺｒＯ_２データの最小２乗法から求めた勾配
は誘電率を意味し、約１９であった。また物理膜厚がゼ
ロの場合にＥＯＴが約０．３ｎｍであり、ゲート絶縁膜
１０３であるＺｒＯ_２とＳｉ単結晶基板１０１界面に低
誘電率なＳｉＯ_２層の形成を抑制できた。

【００３９】Ｚｒ（ＯＣ_３Ｈ_７）（ｄｐｍ）_３有機金属
原料ガスの供給方法は固体昇華法を用いたが、バブリン
グ法や原料溶液を用いた液体搬送気化法を用いてもよ
い。さらに、ＡＬＣＶＤサイクルにおいて原料供給を酸
化性ガスより先に供給したが、酸化性ガスの供給を原料
ガスの供給より先に行っても良い。

【００４０】本実施例により、前述のように表面粗さを
低減でき、かつ再現性及び歩留まりを向上することがで
き、又ゲート絶縁膜のゲート長さを０．１μｍ以下とす
るＭＩＳトランジスタを提供することができた。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、シリコン単結晶基板を母
材としたＭＩＳ型トランジスタ素子において、ゲート絶
縁膜を２種類以上の官能基からなる原料を用いて形成す
ることで、表面粗さを低減でき、かつ再現性及び歩留ま
りを向上することができる半導体装置とその製造方法を
提供することができた。本発明によって形成したゲート
絶縁膜を用いることで、ゲート長さを０．１μｍ以下と
するＭＩＳトランジスタを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のゲート絶縁膜を形成する原理を示す
概略図。

【図２】本発明に係るＭＩＳ型トランジスタ素子の製
造工程を示す断面図。

【図３】本発明に係るＭＩＳ型トランジスタ素子の製
造工程を示す断面図。

【図４】本発明のＴｉＯ_２物理膜厚とＥＯＴの関係を
示す線図。

【図５】本発明の基板温度とＴｉＯ_２成長速度の関係
を示す線図。

【図６】本発明のＺｒＯ_２物理膜厚とＥＯＴの関係を
示す線図。

【符号の説明】

１０１…Ｓｉ単結晶基板、１０２…素子分離領域、１０
３…ゲート絶縁膜、１０４…ゲート電極、１０５…ソー
ス・ドレイン領域、１０６…ＳｉＯ_２保護膜、１０７…
プラグ電極、１０８…Ａｌ配線。

フロントページの続き (72)発明者鈴木孝明茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者村田康彦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 5F058 BC02 BC03 BF02 BF27 BF29 BF36 BJ01 5F140 AA24 AA39 BA01 BD06 BD11 BD12 BE09 BE10 BF01 BF04 BF07 BF08 BF10 BH21 BJ01 BJ05 BJ07 BJ11 BJ15 BJ27 BK13 BK21 BK25 BK30 BK38 CA03 CB04 CC03 CC12 CE07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶基板上にゲート絶縁膜を形
成する半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁
膜を解離エネルギーの異なる２種類の官能基を有する金
属化合物を用いて酸化膜を形成することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記半導体装置は、シ
リコン単結晶基板上に、素子分離絶縁膜と、ゲート絶縁
膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前
記素子分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜との間で前記ゲー
ト絶縁膜を挟んで両側に形成されたソース及びドレイン
領域と、前記素子分離絶縁膜とゲート絶縁膜とゲート電
極とソース及びドレイン領域とを保護する保護膜と、前
記ソース及びドレイン領域の各々に接して前記保護膜を
貫通して形成されたプラグ電極と、該プラグ電極に接し
て前記保護膜上に形成された配線とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１又は２において、前記ゲート絶縁
膜が、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＨｆＯ _２、ＺｒＯ_２、Ａｌ
_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ
_３（Ｌｎはランタノイド）の少なくとも１種であること
を特徴とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】シリコン単結晶基板上に金属酸化物よりな
るゲート絶縁膜を形成する半導体装置の製造法におい
て、解離エネルギーの異なる２種類の官能基を有する金
属化合物からなる原料を反応容器内に設置された前記基
板表面に吸着させる工程と、前記原料を反応容器内から
排気する工程と、該排気された前記反応容器内に酸化性
ガスを供給し前記基板表面に吸着された前記原料を酸化
し前記金属酸化物を形成する工程と、前記酸化性ガスを
前記反応容器から排気する工程とを順次繰り返すことに
より前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項５】シリコン単結晶基板上に、素子分離絶縁膜
を形成する工程と、金属酸化物よりなるゲート絶縁膜を
形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成
する工程と、前記素子分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜と
の間で前記ゲート絶縁膜を挟んで両側にソース及びドレ
イン領域を形成する工程と、前記素子分離絶縁膜とゲー
ト絶縁膜とゲート電極とソース及びドレイン領域とを保
護する保護膜を形成する工程と、前記ソース及びドレイ
ン領域の各々に接して前記保護膜を貫通させてプラグ電
極を形成する工程と、該プラグ電極に接して前記保護膜
上に配線を形成する工程とを順次有する半導体装置の製
造法において、解離エネルギーの異なる２種類の官能基
を有する金属化合物からなる原料を反応容器内に設置さ
れた前記基板表面に吸着させる工程と、前記原料を反応
容器内から排気する工程と、該排気された前記反応容器
内に酸化性ガスを供給し前記基板表面に吸着された原料
を酸化し前記金属酸化物を形成する工程と、前記酸化性
ガスを前記反応容器から排気する工程とを順次繰り返す
ことにより前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記金
属化合物が、Ｈ基、ＣＨ_３基、Ｃ_２Ｈ_５基、Ｃ_３Ｈ
_７基、ＯＣＨ_３基、ＯＣ_２Ｈ_５基、ＯＣ_３Ｈ_７基、ＯＣ
_４Ｈ_８基、Ｃｌ着、Ｂｒ基、Ｉ基、Ｆ基、ジピバロイル
メタナート基及びジクロペンタジエニル基の２種類以上
の官能基を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記金
属化合物が、有機系とハロゲン系の２種類の官能基を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】請求項７において、前記有機系の官能基が
Ｈ基、ＣＨ_３基、Ｃ_２Ｈ_５基、Ｃ_３Ｈ_７基、ＯＣＨ
_３基、ＯＣ_２Ｈ_５基、ＯＣ_３Ｈ_７基、ＯＣ_４Ｈ_８基、ジ
ピバロイルメタナート基及びジクロペンタジエニル基の
いずれかであり、前記ハロゲン系官能基がＣｌ基、Ｂｒ
基、Ｉ基及びＦ基のいずれかであることを特徴とする半
導体装置の製造方法。