JP2003017688A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2003017688A
JP2003017688A JP2001197843A JP2001197843A JP2003017688A JP 2003017688 A JP2003017688 A JP 2003017688A JP 2001197843 A JP2001197843 A JP 2001197843A JP 2001197843 A JP2001197843 A JP 2001197843A JP 2003017688 A JP2003017688 A JP 2003017688A
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insulating film
gate insulating
semiconductor device
manufacturing
film
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Takaaki Suzuki
孝明 鈴木
Toshihide Namatame
俊秀 生田目
Masaru Kadoshima
勝 門島
Yasuhiko Murata
康彦 村田
Masahiko Hiratani
正彦 平谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、低誘電体層のSiOの形成
を抑制し、高容量化と高耐電圧を有する半導体装置及び
製造方法を提供することにある。 【解決手段】本発明は、MIS(Metal Insu
lator Semiconductor)型半導体装
置において、Siと一種以上の金属元素からなる混合層
を形成し、前記混合層を酸化処理しゲート絶縁膜を形成
する製造方法により、Si単結晶基板とゲート絶縁膜間
に低誘電率なSiO形成を抑制した高容量なMISト
ランジスタ素子を作製することができるものである。

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
とその製造方法に係わり、特に新規なゲート絶縁膜を有
するMIS型トランジスタ素子とその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、MIS(Metal Insul
ator Semiconductor)型トランジス
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に代って約25のZrO、10
のAlO3、80のTiO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
と同一のゲート容量を得るために物理膜厚を約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】SiOの形成を抑えて、ゲート絶縁膜を
形成する方法として特開2000−243951に、N
H3ガス雰囲気のCVD法を用いてシリコン基板上にT
iNを成膜し、酸素雰囲気中の熱処理によりTiN膜を
酸化してTiOを形成する方法が開示されている。
【0004】また、特開平11―135774に、単結
晶Si基板上に金属シリケート誘電層を形成するステッ
プと前記金属シリケート誘電層に伝導性ゲートを形成す
る方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらの高誘電体材料
を通常の有機金属原料と酸素反応ガスによるMOCVD
(Metalorganic Chemical Vap
or Deposition)法を用いて形成した場合
に、どうしても酸素反応ガスによってSi単結晶とゲー
ト絶縁膜の間に低誘電体層のSiO2膜を形成しやす
く、その結果ゲート絶縁膜全体の容量が低下する問題点
があった。
【0006】また、Si単結晶基板をフッ酸による水素
終端処理を行ってSiダングリングボンドを抑制した場
合においても、ゲート絶縁膜の成膜初期過程で容易に酸
素反応ガスとSi基板の最表面で酸化反応が進行して低
誘電体層のSiOを形成しやすい問題点があった。
【0007】前記特開平2000−243951では、
NHガス雰囲気のCVD法を用いてシリコン基板上に
TiNを成膜し、酸素中でアニールによりTiOを形
成する方法が開示されているが、熱処理によって結晶化
しているため、粒界が電流パスとなり、耐電圧特性が大
きく低下することが問題であった。
【0008】一方、特開平11―135774では、シ
リケートのゲート絶縁膜を、単結晶シリコン基板上に清
浄なSiを露出し、Si表面に第1金属を蒸着し不活性
環境でアニールと酸化処理により、基板のSiとシリケ
ートを構成する金属元素とを相互拡散させることで形成
していた。しかし、相互拡散による形成方法では、シリ
ケート膜中に元素の濃度勾配が生じて、本来の特性が得
られにくいという問題があった。
【0009】更に、金属とSiを酸化環境で基板に蒸着
する方法も開示されている。しかし、酸素中の成膜で
は、Si基板表面にSiO2の形成は避けられない。そ
の結果、高誘電率が得られ難いと言う問題があった。
【0010】本発明の目的は、低誘電体層のSiO
形成を抑制及び高容量化と高耐電圧を有する半導体装置
及びその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン単結
晶基板を母材としたMIS(Metal Insula
tor Semiconductor)型トランジスタ
素子において、Siと一種以上の金属元素からなる混合
層を好ましくは不活性雰囲気又は還元性雰囲気中で形成
し、前記混合層を酸化することでゲート絶縁膜を形成す
ることにある。本発明は、成膜の段階で混合層をシリコ
ン単結晶基板上に他の金属元素の状態で形成することか
ら、成膜初期過程でSi基板の最表面での酸化反応を防
止することが可能である。
【0012】次に、前記混合層を酸化処理してシリケー
ト・ゲート絶縁膜とする。前記混合層を酸化する条件
は、SiOの形成を抑えるために400℃以下で行
う。特に、O雰囲気又はラジカル酸素を含む雰囲気の
場合には、350℃以下の低温度でシリケート・ゲート
絶縁膜を形成でき、SiOを実質的になくすことがで
きる。400℃より高温度では、SiOが形成され、
誘電率の低下が生じる。
【0013】本発明では、Siと一種以上の他の金属元
素を混合した層を作製することで、Siと金属元素を均
一に分散させることが可能となることより、膜の内部
(膜厚方向)の濃度勾配を5%以内に抑えることが可能
である。5%以内であれば、EOT(SiO換算膜
厚)に変化は無い。5%より大きくなると、ゲート絶縁
膜とSi基板の界面付近でSiの多い組成になり、Si
が形成しやすくなり、誘電率の低下を生じやすい。
更に、シリケート膜は非晶質であることから結晶粒界が
無いことより耐電圧特性が得られる。
【0014】又、成膜段階でSiと一種以上の他の金属
元素が混合した層を形成することで高い比誘電率を得る
ことを特徴とする。
【0015】Siとゲート絶縁膜を構成する他の金属元
素としては、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム
及びイットリウムを含むランタノイド金属元素(La,
Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)の一種以上が好ま
しく、SiOに比べて比誘電率が高いために高容量を
得られる特徴がある。
【0016】前記絶縁膜中の他の金属元素の割合は元素
比で20%以下が好ましく、より好ましくは0.5〜2
0%とする。20%を越えると、固溶せず層分離が生じ
て比誘電率や耐電圧特性の低下が生じる。0.5%未満
では十分な効果が得られない。
【0017】Siと一種以上の他の金属元素との混合層
の成膜方法としては、特に限定が無く、CVD法やスパ
ッタ法等広く成膜に用いられている方法により作製する
ことができる。
【0018】また、Siと一種以上の他の金属元素から
なる混合層を酸化させる時の雰囲気として、O雰囲
気、O雰囲気、NO雰囲気又はラジカル酸素さらに
は上記を組み合わせた雰囲気であることを特徴とする。
さらに、Siと一種以上の他の金属元素からなる混合層
の酸化速度が速いため、酸化処理時の酸素濃度は1%以
上でシリケート・ゲート絶縁膜を形成することが可能で
ある。
【0019】又、アンモニア(NH)やNOガス等を
用いた熱処理で表面処理したSi基板上に、本発明の方
法を用いてシリケート・ゲート絶縁膜を形成しても、S
iO の形成を抑制し、特性に優れたシリケート・ゲー
ト絶縁膜を製作することができる。
【0020】即ち、本発明は、シリコン単結晶基板上に
ゲート絶縁膜を有する半導体装置、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に
おいて、前記ゲート絶縁膜はSiと一種以上の金属元素
とからなる混合層の酸化処理膜からなることを特徴とす
る。
【0021】又、本発明の半導体装置においては、前記
ゲート絶縁膜はSiと他の金属との複合酸化物からな
り、該複合酸化物はSi酸化物に換算して該Si酸化物
が主成分であること、更に前記ゲート絶縁膜はSiと他
の金属との複合酸化物からなり、実質的にSi酸化物
(SiO)を有しないことを特徴とする。
【0022】更に、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、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、前記ゲー
ト絶縁膜をSiと一種以上の金属元素とからなる混合層
を形成した後、該混合層を酸化処理することによって形
成することを特徴とする。
【0023】又、本発明の半導体装置の製造法において
は、前記ゲート絶縁膜をCVD法又はイオンビームスパ
ッタリング法によってSiと、他の金属との混合層を形
成した後、該混合層を酸化処理することによって形成す
ること、又、前記ゲート絶縁膜を、元素比でSiのスパ
ッタリングにおけるスパッタリング量が他の金属のスパ
ッタリングによるスパッタリング量より多くなるように
前記スパッタリングにおける両者のイオンビーム出力を
調整して、Siと他の金属とを同時に形成した後、酸化
処理することによって形成すること、又、前記ゲート絶
縁膜を元素比でSiのCVD法におけるガス供給量に比
較して他の金属のCVD法におけるガス供給量を小さく
して、Siと他の金属とを同時に形成した後、酸化処理
することによって形成すること、又、前記ゲート絶縁膜
をSiと一種以上の金属元素とを同時に形成し、400
℃以下の温度で酸化処理することによって形成するこ
と、更に、前記ゲート絶縁膜の長さを0.1μm以下と
することを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、本発明に係
るMISトランジスタの製造方法を示す断面図である。
Si単結晶基板101であってp−typeで(10
0)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膜を全
面成膜し、次にCMP(化学機械研磨)法で平坦化させ
て作製した。
【0025】次に、SiとHfからなる混合層103を
成膜した。成膜には、2元系イオンビームスパッタ法を
用いて行った。SiターゲットとHfターゲットをセッ
トし、2つのイオン源を同時に使用し形成した。Siタ
ーゲットの照射条件を一定とし、Hfターゲットを照射
するイオンビームの出力を変化させることによって、S
iのスパッタリング量に対してスパッタリングによるH
f量を制御し膜厚1〜10nmの元素比でSiとHf
0.5〜20%との合金からなる混合層103を作製し
た。得られた混合層103を、酸素雰囲気中、350℃
で熱処理を行い、Si−Hf−Oのゲート絶縁膜104
を作製した。該ゲート絶縁膜上に、ゲート電極105と
なる多結晶Si膜を300nm成膜し、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の窒素中熱処理を
して活性化した。本実施例におけるSi−Hf−Oのゲ
ート絶縁膜104は、Si酸化物に換算してそれを主成
分とする複合酸化物からなり、Si酸化物(SiO
は実質的に有しないものであった。
【0026】ゲート電極105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。ま
た、同様にゲート絶縁膜104も加工して形成した。
【0027】次に、ゲート電極をマスクしてソース/ド
レイン領域106に周期率表の第5族の原子(P,A
s,Sb)或いは第3族の原子(B,Al,Ga,I
n)のイオン注入を行い、800℃、30secのAr
中熱処理を施す事により低抵抗の拡散域を形成した。
【0028】次にCVD法によりSiO107保護膜
を形成した。さらにソース/ドレイン106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1
08を作製した。最後にアルミ配線109をW−プラグ
電極108上に作製してMIS型トランジスタ素子を作
製した。片方のアルミ配線109をアースにして、ゲー
ト電極105に−2〜2Vの電圧を変化させた場合のC
−V特性よりEOT(SiO換算膜厚)を算出した。
その結果を図3に示す。尚、誘電率を求めるために、膜
厚10〜40nmの前記ゲート絶縁膜で評価した。10
〜40nm膜厚の間でSi−Hf−O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16であった。
【0029】更に耐電圧特性を測定した結果、±3Vの
電圧を印加しても、10−8A/cmオーダーの、高
い耐電圧特性を有することが分かった。更に前述と同様
の方法を用いて、Hf量を元素比で20%を越えるサン
プルを作製し比較した。20%以上では層分離が生じ、
耐電圧特性が低下した。従って20%以下が望ましい。
【0030】本実施例で得られたゲート絶縁膜は、アモ
ルファス(非晶質)であることから、結晶粒界を持たな
い。その結果、高い耐電圧特性を有し、かつ一種以上の
金属を加えることで、高い比誘電率を有するゲート絶縁
膜を作製することができる。
【0031】又、本実施例によれば、Siと一種以上の
金属元素との混合層を酸化してシリケートのゲート絶縁
膜を作製することにより、Si単結晶とゲート絶縁膜の
間に、低誘電体層のSiO膜の形成を実質的に抑制で
き、その結果、ゲート絶縁膜全体の容量を低下させるこ
となく作製できる。これにより、ゲート絶縁膜の長さが
0.1μm以下であるMIS型トランジスタ素子を得る
ことができる。
【0032】又、本実施例ではゲート絶縁膜としてSi
とHfを用いたが、Hfに変えてその他の金属元素とし
て、ジルコニウム、アルミニウム、イットリウムを含む
ランタノイド金属元素(La,Ce,Pr,Nd,P
m,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,T
m,Yb,Lu)の一種以上を用いたが、高い比誘電率
を有するゲート絶縁膜を作製することができることが判
明した。そのゲート絶縁膜104は、Si酸化物に換算
してそれを主成分とする複合酸化物からなり、またSi
酸化物(SiO)は実質的に有しないものであった。
【0033】本実施例ではイオンビームスパッタ法を用
いて行ったが、スパッタ法やCVD法等、通常薄膜を形
成する方法でもよい。また、本実施例では、酸化処理の
雰囲気を酸素で行なったが、OやNOラジカル酸
素、さらにはこれらを組み合わせた雰囲気を用いてもよ
い。
【0034】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。
【0035】(実施例2)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膜を全面成膜し、次
にCMPで平坦化させて作製した。
【0036】次に、SiとZrからなる混合層103を
作製するために、HSi[N(CH) ]液体原料と
Zr[N(CH3)2]4の液体原料をCVD原料として用
いた。それぞれのCVD原料は液体マスフローコントロ
ーラーを用い、前者の原料に対して後者の原料の供給量
を小さくさせて0.1〜3sccmの速度で供給した。
気化器の温度を100〜200℃に設定してCVD原料
を一気に液体からガスにした後、Arガス198〜50
0sccmで搬送し反応容器に導入した。反応容器の圧
力を0.05〜45torrとし、成膜温度を300℃
以上450℃以下として1〜20min成膜して、実施
例1と同様の組成の膜厚1〜10nmのSi金属とZr
金属を含む混合層を作製した。次に、前記混合層をオゾ
ン雰囲気中、250℃の酸化処理を行いSi−Zr−O
のゲート絶縁膜104を作製した。
【0037】次に、実施例1と同様の製造方法を用いて
MIS型トランジスタ素子を作製した。片方のアルミ配
線をアースにして、ゲート電極に−2〜2Vの電圧を変
化させた場合のC−V特性より、EOT(SiO換算
膜厚)を算出した。その結果を図4にまとめて示す。
尚、誘電率を求めるために、膜厚10〜40nmの前記
ゲート絶縁膜で評価した。10〜40nm膜厚間でSi
−Zr−O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16であった。また物理膜厚がゼロの場合
にEOTが約ゼロを示す事より、ゲート絶縁膜104で
あるSi−Zr−OとSi単結晶基板101の界面に低
誘電率なSiO層の形成を抑制できたことが分かる。
【0038】本実施例では、液体原料を用いて行なった
が、CVD原料をトルエン、ヘキサン、オクタンまたは
メタノール、イソプロピルアルコール、エタノール、ブ
タノールでも溶解度の許容範囲内で溶解させて用いてよ
い。また、本実施例では、液体気化法について説明した
が、一般的なバブリング法でCVD原料ガスを成膜室へ
供給させてもよい。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、S
iと一種以上の金属元素との混合層を不活性雰囲気又は
還元性雰囲気中で形成し、酸化処理してシリケートのゲ
ート絶縁膜を作製することにより、Si単結晶とゲート
絶縁膜の間に、低誘電体層のSiO膜の形成を実質的
に抑制でき、その結果、ゲート絶縁膜全体の容量を低下
させることなく作製できるために、ゲート長0.1μm
以下であるMIS型トランジスタ素子を提供することが
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係るMISトランジスタ素
子の製造工程を示す断面図。
【図2】 本発明の実施例に係るMISトランジスタ素
子の製造工程を示す断面図。
【図3】 本発明のSi−Hf−O物理膜厚とEOT膜
厚との関係を示す線図。
【図4】 本発明のSi−Zr−O物理膜厚とEOT膜
厚との関係を示す線図。
【符号の説明】
101…Si単結晶基板、102…素子分離領域、103…混合
層、104…ゲート絶縁膜、105…ゲート電極、106…ソー
ス・ドレイン領域、107…SiO保護膜、108…プラグ
電極、109…Al配線。
フロントページの続き (72)発明者 門島 勝 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 (72)発明者 平谷 正彦 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5F058 BA01 BA11 BC02 BC04 BF62 BJ04 5F140 AA19 AA39 BA01 BA20 BC06 BD04 BD13 BE07 BE09 BE10 BF01 BF04 BF07 BF08 BF10 BG32 BG33 BG38 BG42 BH21 BJ01 BJ07 BJ11 BJ15 BJ27 BK13 BK21 BK30 CA03 CB01 CB04 CC03 CC12 CE07

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン単結晶基板上にゲート絶縁膜を有
    する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜はSiと他
    の金属元素とからなる混合層の酸化処理膜からなること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】シリコン単結晶基板上にゲート絶縁膜を有
    する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜はSiと他
    の金属との複合酸化物からなり、該複合酸化物は元素比
    でSi量が他の金属量より多いことを特徴とする半導体
    装置。
  3. 【請求項3】シリコン単結晶基板上にゲート絶縁膜を有
    する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜はSiと他
    の金属との複合酸化物からなり、実質的にSi酸化物を
    有しないことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】シリコン単結晶基板上にゲート絶縁膜を有
    する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜はSiと他
    の金属との複合酸化物からなり、前記ゲート絶縁膜の長
    さが0.1μm以下であることを特徴とする半導体装
    置。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれかにおいて、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。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかにおいて、前記他
    の金属の含有量が元素比で0.5〜20%であることを
    特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、前記他
    の金属はアルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イ
    ットリウム及び希土類元素の1種以上からなることを特
    徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】請求項1〜7のいずれかにおいて、前記ゲ
    ート絶縁膜はその膜厚方向における前記他の金属元素の
    濃度勾配が5%以内であることを特徴とする半導体装
    置。
  9. 【請求項9】請求項1〜8のいずれかに記載のゲート絶
    縁膜を用いたことを特徴とするMIS型トランジスタ。
  10. 【請求項10】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、Siと他の金属
    とからなる混合層を形成した後、該混合層を酸化処理す
    ることによって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法。
  11. 【請求項11】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、CVD法又はイ
    オンビームスパッタリング法によってSiと他の金属と
    の混合層を形成した後、該混合層を酸化処理することに
    よって前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半
    導体装置の製造法。
  12. 【請求項12】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、元素比で、Si
    のスパッタリングによるスパッタリング量が他の金属の
    スパッタリングによるスパッタリング量より多くなるよ
    うに前記スパッタリングにおける両者のイオンビーム出
    力を調整して、前記Siと他の金属とを同時に形成した
    後、酸化処理することによって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法。
  13. 【請求項13】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、元素比で、Si
    のCVD法におけるガス供給量に比較して他の金属のC
    VD法におけるガス供給量を小さくして、前記Siと他
    の金属とを同時に形成した後、酸化処理することによっ
    て前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導体
    装置の製造法。
  14. 【請求項14】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、Siと他の金属
    元素とを同時に形成した後、400℃以下の温度で酸化
    処理することによって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法。
  15. 【請求項15】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、Siと他の金属
    元素とを有する複合酸化物からなる前記ゲート絶縁膜を
    形成した後、前記ゲート絶縁膜の長さを0.1μm以下
    とすることを特徴とする半導体装置の製造法。
  16. 【請求項16】請求項10〜15のいずれかにおいて、
    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、前記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
    順次有することを特徴とする半導体装置の製造法。
  17. 【請求項17】請求項10〜16のいずれかにおいて、
    前記ゲート絶縁膜中の前記他の金属の含有量が元素比で
    20%以下であることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  18. 【請求項18】請求項10〜17のいずれかにおいて、
    前記酸化処理を、O雰囲気、O雰囲気、NO雰囲
    気及びラジカル酸素の1種以上を有する酸化雰囲気中に
    て行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】請求項10において、前記シリコン単結
    晶基板上に、酸窒化膜を配置し、次いで前記ゲート絶縁
    膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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US7488655B2 (en) 2003-02-12 2009-02-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor device

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