JP2003273348A - Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device - Google Patents

Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device

Info

Publication number
JP2003273348A
JP2003273348A JP2002063102A JP2002063102A JP2003273348A JP 2003273348 A JP2003273348 A JP 2003273348A JP 2002063102 A JP2002063102 A JP 2002063102A JP 2002063102 A JP2002063102 A JP 2002063102A JP 2003273348 A JP2003273348 A JP 2003273348A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
layer
barrier layer
gate electrode
forming
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.)
Pending
Application number
JP2002063102A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Son Shii-Chun
ソン シー−チュン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Promos Technologies Inc
Original Assignee
Promos Technologies Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Promos Technologies Inc filed Critical Promos Technologies Inc
Priority to JP2002063102A priority Critical patent/JP2003273348A/en
Publication of JP2003273348A publication Critical patent/JP2003273348A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preventing dopant boron from being diffused from a gate electrode to a channel area and a semiconductor device. <P>SOLUTION: A silicon nitride barrier layer for preventing the diffusion of in-gate electrode layer impurity is formed by the chemical reaction of tetrachlorosilane and ammonia between a gate electrode layer and a gate dielectric layer with a high dielectric coefficient. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はMOS型電界効果トラ
ンジスタ(MOSFET)装置の製造に関わり、特に、そのp
MOS部に硼素ドーピングのゲートがあるCMOS装置におけ
る拡散障壁層を形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of MOS field effect transistor (MOSFET) devices.
A method of forming a diffusion barrier layer in a CMOS device having a boron-doped gate in the MOS section.

【0002】[0002]

【従来の技術】普段、CMOS回路はnMOS及びpMOS装置
(部)を用いる集積回路として知られている。従来のCM
OS装置では、燐ドーピングによりnMOS部及びpMOS部の
それぞれについてn+ゲート電極が形成される。チャネ
ルが短く、即ち0.25μm以下である場合、短チャネル効
果を最低限に抑えるために、pMOS部において硼素ドー
ピングによるp+ドーピング多結晶シリコンゲート電極
を用いる必要がある。よって、p型ゲート電極を有する
pチャネルMOSとn型ゲート電極を有するnチャネルMOS
とからなるCMOS装置は二ゲートCMOSと呼ばれる。
2. Description of the Related Art CMOS circuits are commonly known as integrated circuits using nMOS and pMOS devices. Conventional CM
In the OS device, the n + gate electrode is formed for each of the nMOS portion and the pMOS portion by phosphorus doping. When the channel is short, that is, 0.25 μm or less, it is necessary to use a p + -doped polycrystalline silicon gate electrode by boron doping in the pMOS portion in order to minimize the short channel effect. Therefore, a p-channel MOS having a p-type gate electrode and an n-channel MOS having an n-type gate electrode
A CMOS device consisting of and is called a two-gate CMOS.

【0003】従来、70nmレベル以下の熱酸化ゲート誘電
質における縮小化という問題を解決するために良いゲー
ト電極誘電材質をするという提案があった。ここでの良
いゲート電極誘電材質としては、高誘電係数(high-k、
誘電係数が高い)誘電材質、例えば、ZrO2、HfO2、Al2O
3などが挙げられている。高誘電係数のゲート電極を用
いる二ゲートCMOS装置を形成するには硼素の拡散がネッ
クになっている。
In the past, there has been a proposal to use a good gate electrode dielectric material to solve the problem of shrinkage in thermal oxide gate dielectrics below 70 nm level. A good gate electrode dielectric material here is a high dielectric constant (high-k,
Dielectric material (high dielectric constant), eg ZrO 2 , HfO 2 , Al 2 O
3 are listed. Boron diffusion has been a bottleneck in the formation of two-gate CMOS devices using high dielectric constant gate electrodes.

【0004】即ち、pMOS部において、熱処理に際して
硼素がゲート電極から高誘電係数の誘電材質を介してチ
ャネル領域まで拡散することがある。チャネル領域に硼
素が滲入すると、低電界ホール易動度(low field ho
le mobility)が低くなったり初期電圧(Vt)が降下し
たりすることが生じられる。このため、如何に高誘電係
数の誘電材質を用い硼素の滲入がない二ゲートCMOS装置
を形成するかは解決すべき課題となる。
That is, in the pMOS portion, boron may diffuse from the gate electrode to the channel region through the dielectric material having a high dielectric constant during the heat treatment. When boron infiltrates into the channel region, low field hole mobility (low field ho
Le mobility) may become low and initial voltage (Vt) may drop. Therefore, how to form a two-gate CMOS device using a high-dielectric-constant dielectric material and preventing infiltration of boron is an issue to be solved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記のような問題点を
解決するため、本発明の第一の目的は、半導体装置にお
いて前記硼素滲入を防止するための拡散障壁層を形成す
る方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION To solve the above problems, a first object of the present invention is to provide a method of forming a diffusion barrier layer for preventing the infiltration of boron in a semiconductor device. Especially.

【0006】更に、本発明の第二の目的は、ゲート構造
において拡散障壁層を形成しゲート電極からの不純物拡
散が防止される半導体装置を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a diffusion barrier layer is formed in a gate structure to prevent impurity diffusion from the gate electrode.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、ゲート電極層と高誘電係数のゲート誘電層
の間において、テトラクロロシランを反応物としての化
学反応による窒化シリコン(tetrachlorosilane‐based
silicon nitride、TCS‐SiN)層を形成することを特徴
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention provides a silicon nitride (tetrachlorosilane-) by a chemical reaction using tetrachlorosilane as a reactant between a gate electrode layer and a gate dielectric layer having a high dielectric constant. based
It is characterized by forming a silicon nitride (TCS-SiN) layer.

【0008】このようなTCS‐SiN層により、硼素等不純
物がゲート電極から基板内部に拡散(滲入)することが
防止される。TCS‐SiN層は、従来のジクロロシランを反
応物としての化学反応による窒化シリコン(dichlorosi
lane‐based silicon nitride、DCS‐SiN)層と違っ
て、即ち、高温製造段階で分解し水素が出ることがな
い。
Such a TCS-SiN layer prevents impurities such as boron from diffusing (penetrating) from the gate electrode into the substrate. The TCS-SiN layer is a silicon nitride (dichlorosi) produced by chemical reaction using conventional dichlorosilane as a reactant.
Unlike a lane-based silicon nitride (DCS-SiN) layer, that is, it does not decompose and generate hydrogen during the high temperature manufacturing stage.

【0009】具体的に、前記第一の目的を達成するため
の本発明の半導体装置における拡散障壁層の形成方法
は、基板に高誘電係数のゲート誘電層を形成する段階
と、前記ゲート誘電層に、CVD法を利用し且つテトラク
ロロシランとアンモニアとの化学反応で、後続に形成さ
れるゲート電極層内不純物の拡散を阻止するための窒化
シリコン障壁層を形成する段階とから構成される。
Specifically, a method of forming a diffusion barrier layer in a semiconductor device according to the present invention for achieving the first object comprises a step of forming a gate dielectric layer having a high dielectric constant on a substrate, and the gate dielectric layer. And a step of forming a silicon nitride barrier layer for preventing diffusion of impurities in a gate electrode layer to be subsequently formed by a chemical reaction between tetrachlorosilane and ammonia by using a CVD method.

【0010】また、前記第二の目的を達成するための本
発明の半導体装置は、ゲート電極層と高誘電係数のゲー
ト誘電層との間に位置し前記ゲート電極層内不純物の拡
散を阻止する窒化シリコン障壁層を有する半導体装置で
あって、前記窒化シリコン障壁層はCVD法を利用し且つ
テトラクロロシランとアンモニアとの化学反応により形
成されることを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention for achieving the second object is located between a gate electrode layer and a gate dielectric layer having a high dielectric constant and prevents diffusion of impurities in the gate electrode layer. A semiconductor device having a silicon nitride barrier layer, wherein the silicon nitride barrier layer is formed by utilizing a CVD method and by a chemical reaction between tetrachlorosilane and ammonia.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】前記の目的を達成して従来の欠点
を除去するための課題を実行する本発明の実施例の構成
とその作用を添付図面に基づき詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The structure and operation of an embodiment of the present invention which achieves the above-mentioned object and solves the problems of the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0012】図1乃至5は本発明実施例に係るpMOSト
ランジスタ製造方法による製造段階を示す図である。
1 to 5 are views showing manufacturing steps of a pMOS transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

【0013】なお、説明の簡単化のために、本実施例で
は、二ゲートCMOS装置のpMOS部の構成のみ説明する
が、当業者はこのpMOS装置の構成からnMOSの構成を極
めて容易に想到することができる。例えば、導電型の異
なる不純物を入り替えることにより、nMOSから簡単に
pMOSを構成することができる。
For simplification of the description, in this embodiment, only the structure of the pMOS portion of the two-gate CMOS device will be described, but those skilled in the art can easily think of the structure of the nMOS from the structure of this pMOS device. be able to. For example, the pMOS can be easily formed from the nMOS by exchanging the impurities having different conductivity types.

【0014】図1には半導体基板10の一部の断面が示
されている。基板10は浅ドーピングのn型単結晶シリ
コンからなる。先ず、基板10に対し、例えば、NH3
たはNOの環境でアニールを施すことで、3−10Åの薄窒
化層12を基板10に形成する。この窒化層12は普段
窒化シリコンまたは窒素酸化シリコンから構成される。
FIG. 1 shows a partial cross section of the semiconductor substrate 10. The substrate 10 is made of shallow-doped n-type single crystal silicon. First, the substrate 10 is annealed, for example, in an environment of NH 3 or NO to form a thin nitride layer 12 of 3-10 Å on the substrate 10. The nitride layer 12 is usually composed of silicon nitride or silicon oxide.

【0015】次に、窒化層12に高誘電係数(k)の誘
電材質を堆積し厚みが20−200Åであるゲート誘電層1
4を形成する。ゲート誘電層14は、そのk値が8−100
0であって、金属酸化物及びシリケートから構成され
る。ここで、金属酸化物としてはZrO2、HfO2、AL2O3、T
iO2、Ta2O3などが挙げられる。一方、シリケートとして
は、ZrSiO4、HfSiO4が挙げられる。また、ゲート誘電層
14の形成方法としては、低圧CVD(化学気相堆積)法
や、有機金属CVD法、噴射型気相堆積(jet vap depos
ition)法、スパッタ堆積法等が挙げられる。本実施例
では、ゲート誘電層14は金属膜を堆積した上酸素ガス
を有する環境でアニ―ルを施すことにより形成される。
Next, a dielectric material having a high dielectric constant (k) is deposited on the nitride layer 12 to form a gate dielectric layer 1 having a thickness of 20-200Å.
4 is formed. The gate dielectric layer 14 has ak value of 8-100.
It is 0 and is composed of a metal oxide and a silicate. Here, as the metal oxide, ZrO 2 , HfO 2 , AL 2 O 3 , T
Examples include iO 2 and Ta 2 O 3 . On the other hand, examples of the silicate include ZrSiO 4 and HfSiO 4 . In addition, as a method of forming the gate dielectric layer 14, a low pressure CVD (chemical vapor deposition) method, a metal organic chemical vapor deposition method, a jet type vapor deposition (jet vap depos
ition) method, sputter deposition method and the like. In this embodiment, the gate dielectric layer 14 is formed by depositing a metal film and then annealing in an environment having oxygen gas.

【0016】次に、図2に示すように、ゲート誘電層1
4を形成した後、障壁層として厚みが5−20Åである薄
窒化シリコン層16を形成する。この薄窒化シリコン層
16は不純物(例えばB、P、As)が基板10に滲入する
ことを大幅に抑えることができる。なお、この窒化シリ
コン層16はCVD法を利用し且つテトラクロロシラン(t
etrachlorosilane)とアンモニア(NH3)との化学反応
で形成される(以下、該窒化シリコン層をTCS-SiN層と
称する)。このように形成されるTCS‐SiN層16は、従
来のジクロロシラン(dichlorosilane)とNH3との化学
反応によるもの(以下、DCS‐SiN層と称する)と比べる
と、熱安定性が良い。これは図6及び7から分かる。
Next, as shown in FIG. 2, the gate dielectric layer 1
4 is formed, a thin silicon nitride layer 16 having a thickness of 5-20Å is formed as a barrier layer. The thin silicon nitride layer 16 can significantly prevent impurities (for example, B, P, As) from seeping into the substrate 10. The silicon nitride layer 16 is formed by using the CVD method and tetrachlorosilane (t
It is formed by a chemical reaction between etrachlorosilane) and ammonia (NH 3 ) (hereinafter, the silicon nitride layer is referred to as a TCS-SiN layer). The TCS-SiN layer 16 formed in this way has good thermal stability as compared with a conventional one obtained by a chemical reaction between dichlorosilane and NH 3 (hereinafter referred to as a DCS-SiN layer). This can be seen from Figures 6 and 7.

【0017】図6はDCS‐SiN層におけるSiH結合濃度(c
ontent)とアニ―ル(RTA)温度との関係を示すカーブ
である。図7はTCS‐SiN層におけるNH結合濃度とアニ―
ル温度との関係を示すカーブである。
FIG. 6 shows the SiH bond concentration in the DCS-SiN layer (c
is a curve showing the relationship between ontent) and anneal (RTA) temperature. Figure 7 shows the NH bond concentration in the TCS-SiN layer and
2 is a curve showing the relationship with the temperature of the base.

【0018】図6から分かるように、DCS‐SiN層におけ
るSi‐H結合は、高温の場合分解し水素が出るため、硼
素の拡散(あるいは滲入)を促す。
As can be seen from FIG. 6, the Si—H bond in the DCS-SiN layer decomposes at a high temperature to release hydrogen, which promotes diffusion (or seepage) of boron.

【0019】一方、図7から見ると、TCS‐SiN層におけ
るN-H結合は温度が1050℃まで上がっても安定である。
したがって、後続の高温製造段階においてTCS‐SiN層が
分解し水素が出ることがない。
On the other hand, as seen from FIG. 7, the NH bond in the TCS-SiN layer is stable even when the temperature rises to 1050 ° C.
Therefore, the TCS-SiN layer is not decomposed and hydrogen is not generated in the subsequent high temperature manufacturing stage.

【0020】本実施例では、TCS‐SiN層16は725℃―8
25℃の温度で低圧CVD(LPCVD)法により形成される。
In this embodiment, the TCS-SiN layer 16 is 725 ° C.-8
It is formed by a low pressure CVD (LPCVD) method at a temperature of 25 ° C.

【0021】次に、図3に示すように、MOSトランジス
タのゲート電極としてゲート電極層18をTCS‐SiN層1
6に形成する。該ゲート電極層18の材質は各種の導電
材質であり得るが、多結晶シリコンは最適である。ゲー
ト電極層18は多結晶シリコンによるものである場合、
周知の方法、例えばCVD法により形成される。本実施例
では、ゲート電極層18は、625℃以上の温度で厚みが7
50−1800Åである多結晶シリコンを形成してなるもので
あって、後続のイオン注入段階(ソース/ドレイン領域
を形成するための段階)を経ると導電層になる。
Next, as shown in FIG. 3, the gate electrode layer 18 is used as the gate electrode of the MOS transistor to form the TCS-SiN layer 1.
6 to form. The material of the gate electrode layer 18 may be various conductive materials, but polycrystalline silicon is most suitable. When the gate electrode layer 18 is made of polycrystalline silicon,
It is formed by a known method such as a CVD method. In this embodiment, the gate electrode layer 18 has a thickness of 7 at a temperature of 625 ° C. or higher.
It is formed by forming polycrystalline silicon having a thickness of 50-1800Å, and becomes a conductive layer after a subsequent ion implantation step (step for forming source / drain regions).

【0022】次に、図4に示すように、エッチング法で
ゲート電極層18、TCS-SiN層16、ゲート誘電層14
及び窒化層12をパターン化することによりゲート構造
20を定義形成する。ここで、エッチング法としては、
活性イオンエッチング法、化学プラズマエッチング法、
またはその他の異方性エッチング法が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 4, the gate electrode layer 18, the TCS-SiN layer 16 and the gate dielectric layer 14 are etched by an etching method.
And defining the gate structure 20 by patterning the nitride layer 12. Here, as an etching method,
Active ion etching method, chemical plasma etching method,
Alternatively, another anisotropic etching method may be used.

【0023】次に、図5(矢印21)に示すように、イ
オン注入を施すことにより、ソース/ドレイン領域22
が形成されると共にゲート電極層18が導電層に変えら
れる。本実施例では、p型不純物(例えばBまたはBF2
を注入することによりpMOSトランジスタが形成され
る。
Next, as shown in FIG. 5 (arrow 21), ion implantation is performed to form the source / drain regions 22.
And the gate electrode layer 18 is changed to a conductive layer. In this example, p-type impurities (eg B or BF 2 )
To form a pMOS transistor.

【0024】なお、nMOSトランジスタを形成しようと
する場合、注入の不純物はn型不純物(例えばAsまたは
P)が用いられる。
When forming an nMOS transistor, the implanted impurities are n-type impurities (such as As or
P) is used.

【0025】前述したイオン注入の場合、ゲート構造2
0はマスクとして利用されるため、基板10に形成され
るソース/ドレイン領域22がゲート構造20の両側に
位置し、ゲート構造20の下方即ちソース/ドレイン領
域22の間にチャネル領域24が形成される。なお、こ
のようなイオン注入は、例えば、ドーズ量5×1014―5×
1015atoms/cm2及び注入エネルギー2―80keVを以って行
われる。
In the case of the above-mentioned ion implantation, the gate structure 2
Since 0 is used as a mask, the source / drain regions 22 formed on the substrate 10 are located on both sides of the gate structure 20, and the channel region 24 is formed below the gate structure 20, that is, between the source / drain regions 22. It Note that such ion implantation is performed, for example, with a dose amount of 5 × 10 14 −5 ×
It is performed with 10 15 atoms / cm 2 and an implantation energy of 2-80 keV.

【0026】なお、ソース/ドレイン領域22の活性化
はその他の一つまたは一つ以上の高温製造段階と同時に
行われる。普段、この活性化は金属化製造段階と共に行
われる。また、ここで、必要な場合、ソース/ドレイン
領域22に対しアニ―ルを施しても良い。例えば、温度
900℃―1075℃及び時間30―60秒で且つアルゴンガスや
ヘリウムガスまたは窒素ガス等の不活性ガスの環境にお
いてRTA(快速アニ―ル)を施す。
The activation of the source / drain regions 22 is performed at the same time as one or more other high temperature manufacturing steps. Usually, this activation is done with the metallization manufacturing stage. Further, here, if necessary, the source / drain regions 22 may be annealed. For example, temperature
Perform RTA (rapid annealing) at 900 ° C-1075 ° C for 30-60 seconds and in an environment of an inert gas such as argon gas, helium gas or nitrogen gas.

【0027】前述した高温製造段階に際して、ゲート電
極層18内の不純物(例えばBまたはその他のもの)が
ゲート誘電層14を介してチャネル領域14へ拡散する
動向があるが、ゲート電極層18とゲート誘電層14の
間に位置するTCS‐SiN層16はその拡散の経路を殆ど遮
断し、つまり、拡散障壁となるため、その不純物がチャ
ネル領域24に滲入することが防止される。
During the high temperature manufacturing step described above, there is a tendency for impurities (eg, B or other) in the gate electrode layer 18 to diffuse into the channel region 14 through the gate dielectric layer 14. Since the TCS-SiN layer 16 located between the dielectric layers 14 almost blocks the diffusion path, that is, serves as a diffusion barrier, the impurities are prevented from penetrating into the channel region 24.

【0028】前述した本発明実施例の各製造段階によ
り、高誘電係数のゲート誘電層を有し不純物の滲入を防
止できるpMOSトランジスタが形成される。したがっ
て、本発明は、pMOS部に硼素ドーピングのゲート電極
がある必要がある二ゲートCMOS装置を製造するのに最適
である。
Through the manufacturing steps of the above-described embodiment of the present invention, a pMOS transistor having a gate dielectric layer having a high dielectric constant and capable of preventing the infiltration of impurities is formed. Therefore, the present invention is most suitable for manufacturing a two-gate CMOS device that requires a boron-doped gate electrode in the pMOS section.

【0029】図8は本発明実施例に係るTCS‐SiN障壁層
を有する二ゲートCMOS装置の構成を示す図である。ここ
で、図1乃至図5に示す実施例と同様な部分は同一符号
で表示し、その説明を省略する。
FIG. 8 is a diagram showing the structure of a two-gate CMOS device having a TCS-SiN barrier layer according to an embodiment of the present invention. Here, the same parts as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are represented by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0030】図8において、CMOS装置2はnMOSトラン
ジスタ及びpMOSトランジスタ活性領域となるウェル領
域4、6を有する。本実施例では、半導体基板10表面
に導電性質が異なる二ウェル(twin tub)活性領域、
即ち、pウェル領域4とnウェル領域6が形成される。
なお、ウェル領域の構成は本実施例に示すものに限らな
い。
In FIG. 8, the CMOS device 2 has well regions 4 and 6 which are active regions of an nMOS transistor and a pMOS transistor. In this embodiment, the surface of the semiconductor substrate 10 has a two-tub active region having different conductivity.
That is, the p well region 4 and the n well region 6 are formed.
The structure of the well region is not limited to that shown in this embodiment.

【0031】前記の両トランジスタ領域は該両トランジ
スタの界面に形成されるトレンチ8により分離される。
このような二ゲートCMOS装置2において、MOSトランジ
スタのゲート電極の導電型はチャネルのそれと同様であ
るため、pMOS部におけるゲート電極18は硼素または
その他のp型不純物をドーピングされたものであるが、
nMOS部におけるゲート電極18はP、Asまたはその他の
n型不純物をドーピングされたものである。ゲート構造
20におけるTCS-SiN層16は不純物、特に硼素がチャ
ネルに滲入することを防止することができる。
The two transistor regions are separated by a trench 8 formed at the interface between the two transistors.
In such a two-gate CMOS device 2, since the conductivity type of the gate electrode of the MOS transistor is the same as that of the channel, the gate electrode 18 in the pMOS portion is doped with boron or other p-type impurities.
The gate electrode 18 in the nMOS portion is doped with P, As or other n-type impurities. The TCS-SiN layer 16 in the gate structure 20 can prevent impurities, particularly boron, from seeping into the channel.

【0032】本発明は前記実施例の如く提示されている
が、これは本発明を限定するものではなく、当業者は本
発明の要旨と範囲内において変形と修正をすることがで
きる。
Although the present invention has been presented as the above embodiment, this is not intended to limit the present invention, and those skilled in the art can make variations and modifications within the spirit and scope of the present invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極層と高誘電
係数のゲート誘電層の間にTCS-SiN層を形成することこ
とにより、不純物がゲート電極からチャネル領域へ拡散
することが防止される。よって、初期電圧及び低電界ホ
ール易動度の低下を抑えることができる。
According to the present invention, the formation of the TCS-SiN layer between the gate electrode layer and the gate dielectric layer having a high dielectric constant prevents impurities from diffusing from the gate electrode to the channel region. It Therefore, it is possible to suppress a decrease in initial voltage and low electric field hole mobility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るpMOSトランジスタ製造
方法による製造段階の一部分を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process of a pMOS transistor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す段階の後続の段階を示す断面図であ
る。
2 is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.

【図3】図2に示す段階の後続の段階を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.

【図4】図3に示す段階の後続の段階を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.

【図5】図4に示す段階の後続の段階を示す断面図であ
る。
5 is a cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG.

【図6】DCS‐SiN層におけるSiH結合濃度とアニール温
度との関係を示すカーブである。
FIG. 6 is a curve showing the relationship between the SiH bond concentration and the annealing temperature in the DCS-SiN layer.

【図7】TCS‐SiN層におけるNH結合濃度とアニール温度
との関係を示すカーブである。
FIG. 7 is a curve showing the relationship between the NH bond concentration in the TCS-SiN layer and the annealing temperature.

【図8】本発明実施例に係るTCS‐SiN障壁層を設けるゲ
ート構造を有する二ゲートCMOS装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a two-gate CMOS device having a gate structure provided with a TCS-SiN barrier layer according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 CMOS装置 4 pウェル 6 nウェル 8 トレンチ 10 半導体基板 12 窒化層 14 高誘電係数のゲート誘電層 16 TCS‐SiN層 18 ゲート電極層 20 ゲート構造 21 イオン注入 22 ソース/ドレイン領域 2 CMOS device 4 p-well 6 n-well 8 trench 10 Semiconductor substrate 12 Nitride layer 14 High dielectric constant gate dielectric layer 16 TCS-SiN layer 18 Gate electrode layer 20 gate structure 21 ion implantation 22 Source / drain region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/49 (72)発明者 シー−チュン ソン 台湾,タイペイ,ウーシン ストリート, レーン600,32番 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB40 EE03 EE16 EE17 GG09 HH20 5F048 AC03 BA01 BB06 BB07 BB11 BB12 BB14 BE03 BG14 5F058 BA05 BD02 BD10 BF04 BJ04 5F140 AA28 AB03 AC01 BA01 BD02 BD07 BD09 BD11 BD12 BD13 BE07 BE09 BE10 BF01 BF04 BG28 BG38 BG43 BG44 BG56 BK13 BK21 CB08 CF07 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 29/49 (72) Inventor Shi Chun Sung Taiwan, Taipei, Wusin Street, Lane 600, No. 32 F term (reference) 4M104 AA01 BB01 BB40 EE03 EE16 EE17 GG09 HH20 5F048 AC03 BA01 BB06 BB07 BB11 BB12 BB14 BE03 BG14 5F058 BA05 BD02 BD10 BF04 BJ04 5F140 AA28 AB03 AC01 BA01 BD02 BD07 BD09 BD11 BD12 BD13 BE07 BE09 BE10 BF01 BF04 BG28 BG38 BG43 BG44 BG56 BK13 BK21 CB08 CF07

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に高誘電係数のゲート誘電層を形成
する段階と、 前記ゲート誘電層に、CVD法を利用し且つテトラクロロ
シランとアンモニアとの化学反応で、後続に形成される
ゲート電極層内不純物の拡散を阻止するための窒化シリ
コン障壁層を形成する段階とからなる半導体装置におけ
る拡散障壁層の形成方法。
1. Forming a gate dielectric layer having a high dielectric constant on a substrate, and forming a gate electrode layer on the gate dielectric layer by a CVD method and a chemical reaction of tetrachlorosilane and ammonia. Forming a diffusion barrier layer in a semiconductor device, which comprises forming a silicon nitride barrier layer for preventing diffusion of impurities therein.
【請求項2】 前記ゲート誘電層の誘電係数は8−1000
であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置に
おける拡散障壁層の形成方法。
2. The dielectric constant of the gate dielectric layer is 8-1000.
The method for forming a diffusion barrier layer in a semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記ゲート誘電層は金属酸化物またはシ
リケートから形成されることを特徴とする請求項1また
は2に記載の半導体装置における拡散障壁層の形成方
法。
3. The method of forming a diffusion barrier layer in a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate dielectric layer is formed of metal oxide or silicate.
【請求項4】 前記窒化シリコン障壁層の厚みは5−20
Åであることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれ
か一項に記載の半導体装置における拡散障壁層の形成方
法。
4. The silicon nitride barrier layer has a thickness of 5-20.
4. The method for forming a diffusion barrier layer in a semiconductor device according to claim 1, wherein the diffusion barrier layer is Å.
【請求項5】 前記窒化シリコン障壁層はLPCVD法を利
用して且つ725℃−825℃で形成されることを特徴とする
請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の半導体装置
における拡散障壁層の形成方法。
5. The diffusion in a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon nitride barrier layer is formed by using a LPCVD method and at 725 ° C.-825 ° C. Method of forming barrier layer.
【請求項6】 前記ゲート誘電層を形成する段階の前
に、基板に窒化層を形成する段階が行われることを特徴
とする請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の半導
体装置における拡散障壁層の形成方法。
6. The semiconductor device as claimed in claim 1, wherein a step of forming a nitride layer on the substrate is performed before the step of forming the gate dielectric layer. Method of forming diffusion barrier layer.
【請求項7】 ゲート電極層と高誘電係数のゲート誘電
層との間に位置し前記ゲート電極層内不純物の拡散を阻
止する窒化シリコン障壁層を有する半導体装置であっ
て、 前記窒化シリコン障壁層はCVD法を利用し且つテトラク
ロロシランとアンモニアとの化学反応により形成される
ことを特徴とする半導体装置。
7. A semiconductor device comprising a silicon nitride barrier layer which is located between a gate electrode layer and a gate dielectric layer having a high dielectric constant and which blocks diffusion of impurities in the gate electrode layer. Is a semiconductor device characterized by being formed by a chemical reaction between tetrachlorosilane and ammonia using the CVD method.
【請求項8】 前記ゲート誘電層の誘電係数は8―1000
であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
8. The dielectric constant of the gate dielectric layer is 8-1000.
The semiconductor device according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記ゲート誘電層は金属酸化物またはシ
リケートから形成されることを特徴とする請求項7また
は8に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein the gate dielectric layer is formed of metal oxide or silicate.
【請求項10】 前記窒化シリコン障壁層の厚みは5−
20Åであることを特徴とする請求項7乃至9のうちいず
れか一項に記載の半導体装置。
10. The silicon nitride barrier layer has a thickness of 5-
The semiconductor device according to any one of claims 7 to 9, wherein the semiconductor device has a length of 20Å.
【請求項11】 前記窒化シリコン障壁層はLPCVD法を
利用して且つ725℃―825℃で形成されることを特徴とす
る請求項7乃至10のうちいずれか一項に記載の半導体
装置。
11. The semiconductor device according to claim 7, wherein the silicon nitride barrier layer is formed by using a LPCVD method and at 725 ° C. to 825 ° C.
【請求項12】 前記半導体装置はp型ゲート電極を有
するpMOSトランジスタであることを特徴とする請求項
7乃至11のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is a pMOS transistor having a p-type gate electrode.
【請求項13】 前記半導体装置はn型ゲート電極を有
するnMOSトランジスタであることを特徴とする請求項
7乃至11のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is an nMOS transistor having an n-type gate electrode.
【請求項14】 前記半導体装置は、p型ゲート電極を
有するpMOSトランジスタと、n型ゲート電極を有する
nMOSトランジスタとからなるCMOSであることを特徴と
する請求項7乃至11のうちいずれか一項に記載の半導
体装置。
14. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is a CMOS including a pMOS transistor having a p-type gate electrode and an nMOS transistor having an n-type gate electrode. The semiconductor device according to.
JP2002063102A 2002-03-08 2002-03-08 Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device Pending JP2003273348A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002063102A JP2003273348A (en) 2002-03-08 2002-03-08 Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002063102A JP2003273348A (en) 2002-03-08 2002-03-08 Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003273348A true JP2003273348A (en) 2003-09-26

Family

ID=29196542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002063102A Pending JP2003273348A (en) 2002-03-08 2002-03-08 Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003273348A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004090966A1 (en) * 2003-04-08 2004-10-21 Tokyo Electron Limited Method of forming film and film forming apparatus
JP2005303256A (en) * 2004-03-17 2005-10-27 Renesas Technology Corp Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2005353999A (en) * 2004-06-14 2005-12-22 Semiconductor Leading Edge Technologies Inc Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006140374A (en) * 2004-11-15 2006-06-01 Fujitsu Ltd Manufacturing method for semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004090966A1 (en) * 2003-04-08 2004-10-21 Tokyo Electron Limited Method of forming film and film forming apparatus
JP2005303256A (en) * 2004-03-17 2005-10-27 Renesas Technology Corp Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP4546201B2 (en) * 2004-03-17 2010-09-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP2005353999A (en) * 2004-06-14 2005-12-22 Semiconductor Leading Edge Technologies Inc Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006140374A (en) * 2004-11-15 2006-06-01 Fujitsu Ltd Manufacturing method for semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20030141560A1 (en) Incorporating TCS-SiN barrier layer in dual gate CMOS devices
TW578270B (en) CMOS of semiconductor device and method for manufacturing the same
US6417546B2 (en) P-type FET in a CMOS with nitrogen atoms in the gate dielectric
US8022486B2 (en) CMOS semiconductor device
US7935993B2 (en) Semiconductor device structure having enhanced performance FET device
TWI315083B (en) Offset spacers for cmos transistors
US7521325B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
TWI241620B (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20060138550A1 (en) Semiconductor device with multiple gate dielectric layers and method for fabricating the same
US20070281415A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005079223A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
TW200414358A (en) Semiconductor device fabrication method
JP3440698B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4855419B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3874716B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3768871B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US8395221B2 (en) Depletion-free MOS using atomic-layer doping
JP2003273348A (en) Method for forming diffuse barrier layer in semiconductor device and semiconductor device
TWI220792B (en) Method for fabricating P-type gate NMOS transistor
JP2000188291A (en) Manufacture of semiconductor device
JP4828982B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100655658B1 (en) Gate electrode structure and method of manufacturing the gate electrode structure, and semiconductor transistor having the gate electrode structure and method of manufacturing the semiconductor transistor
JPH0982812A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2006049779A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20080242114A1 (en) Thermal anneal method for a high-k dielectric

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051021

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051101

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060328