JP2003282871A

JP2003282871A - 半導体装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003282871A
Application number: JP2002078634A
Authority: JP
Inventors: Takaoki Sasaki; 隆興佐々木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な特性を有する半導体装置およびその製
造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１００は、半導体層
１０の上方に絶縁層１２を介して形成された導電層１４
を含む。絶縁層１２は、窒素原子を含む酸化シリコンか
らなる。絶縁層１２は、導電層１４との界面１２ａ近傍
に窒素原子の濃度分布の第１のピーク９１を有し、か
つ、半導体層１０との界面１２ｂ近傍に窒素原子の濃度
分布の第２のピーク９２を有する。第１のピーク９１は
第２のピーク９２よりも窒素原子の濃度が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体層、絶縁
層、および導電層が順次積層されて形成された半導体装
置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】図１６は、一般的なＭＩＳ(Metal Insulat
or Semiconductor)構造の半導体装置５００を模式的に
示す断面図である。図１６に示すように、半導体基板１
１０には素子分離領域２２０が形成され、素子分離領域
２２０に囲まれた素子領域には、ソースまたはドレイン
領域となる不純物領域１１６，１１８が形成されてい
る。また、半導体基板１１０のうち、少なくともこの不
純物領域１１６，１１８に挟まれた領域上にはゲート絶
縁層１１２が形成されている。このゲート絶縁層１１２
は例えば酸化シリコンからなる。さらに、このゲート絶
縁層１１２の上には、ゲート電極１１４が形成されてい
る。

【０００３】ところで、現在、半導体装置の低消費電力
化、低電力化が進んでいる。これに伴い、例えば図１６
に示すようなＭＩＳ構造を有する半導体装置５００にお
いては、ゲート絶縁層１１２の薄膜化が進んでいる。し
かしながら、ゲート絶縁層１１２が薄膜化することによ
り、いわゆるホットキャリアが半導体基板１１０とゲー
ト絶縁層１１２との界面のエネルギー障壁を超えて容易
にゲート絶縁層１１２に注入されるようになる。その結
果、半導体装置の閾値電圧が変動したり、電流駆動能力
が低下したりする。この現象は一般に、ホットキャリア
効果(hot carrier effects)といわれている。

【０００４】そこで、ゲート絶縁層に窒化酸化膜を用い
る技術が提案されている。ゲート絶縁層に窒化酸化膜を
用いることにより、ホットキャリア効果を抑制すること
ができる。これにより、半導体装置の閾値電圧の変動や
電流駆動能力の低下を抑制することができる。

【０００５】窒化酸化膜を含むゲート絶縁層は、例え
ば、ＮＨ₃あるいはＮＯ₂雰囲気下で、ゲート絶縁層に対
して熱処理を行ない、窒化することにより形成すること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような窒化酸化
膜を含むゲート絶縁層を形成する場合、ゲート絶縁層へ
窒素を導入する際には、ゲート絶縁層の特性に影響を及
ぼさないような条件下で行なうことが必要とされる。

【０００７】本発明の目的は、ゲート絶縁層へ窒素を導
入する際に、ゲート絶縁層の特性に影響を及ぼさず、良
好な特性を有する半導体装置およびその製造方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】１．半導体装置本発明の半導体装置は、半導体層と、該半導体層の上方
に形成され、窒素原子を含む酸化膜からなる絶縁層と、
該絶縁層の上方に形成された導電層とを含み、前記絶縁
層は、前記導電層との界面近傍に窒素原子の濃度分布の
第１のピークを有し、かつ、前記半導体層との界面近傍
に窒素原子の濃度分布の第２のピークを有し、前記第１
のピークは、前記第２のピークよりも窒素原子の濃度が
高い。

【０００９】この場合、前記絶縁層はゲート絶縁層であ
り、前記導電層はゲート電極であることができる。２．半導体装置の製造方法（１）本発明の第１の半導体装置の製造方法は、半導体
層の上方に、窒素原子を含む酸化膜からなる絶縁層と、
該絶縁層を介して形成された導電層とを含む半導体装置
の製造方法であって、（ａ）一酸化窒素を含む雰囲気下
での熱処理により、前記半導体層の表面に窒化膜を形成
し、（ｂ）一酸化二窒素を含む雰囲気下で、前記窒化膜
が形成された半導体層の表面を酸化窒化することによ
り、該半導体層の表面に前記絶縁層を形成すること、を
含む。

【００１０】（２）本発明の第２の半導体装置の製造方
法は、半導体層の上方に、窒素原子を含む酸化膜からな
る絶縁層と、該絶縁層を介して形成された導電層とを含
む半導体装置の製造方法であって、（ａ）一酸化二窒素
を含む雰囲気下で、前記半導体層の表面を酸化窒化する
ことにより、該半導体層の表面に酸化窒化膜を形成し、
（ｂ）ＲＰＮ処理によって前記酸化窒化膜の表面近傍に
窒素原子を導入することにより、前記半導体層の表面に
前記絶縁層を形成すること、を含む。

【００１１】（３）本発明の第３の半導体装置の製造方
法は、半導体層の上方に、窒素原子を含む酸化膜からな
る絶縁層と、該絶縁層を介して形成された導電層とを含
む半導体装置の製造方法であって、（ａ）一酸化窒素を
含む雰囲気下での熱処理により、前記半導体層の表面に
窒化膜を形成し、（ｂ）前記窒化膜が形成された前記半
導体層の表面を酸化することにより、該半導体層の表面
に酸化窒化膜を形成した後、さらに、一酸化窒素を含む
雰囲気下で熱処理することにより、該半導体層の表面に
前記絶縁層を形成すること、を含む。

【００１２】前記（１）〜（３）のいずれかの半導体装
置の製造方法において、前記（ｂ）において、前記絶縁
層は、前記半導体層との界面と反対側の表面近傍に窒素
原子の濃度分布の第１のピークを有し、かつ、前記半導
体層との界面近傍に窒素原子の濃度分布の第２のピーク
を有し、該第１のピークが該第２のピークよりも前記窒
素原子の濃度が高くなるように形成することができる。
また、さらに、（ｃ）前記絶縁層および前記導電層をパ
ターニングすることにより、前記ゲート絶縁層および前
記ゲート電極を形成すること、を含むことがができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。１．半導体装置の構造図１は、本発明を適用した一実施の形態に係る半導体装
置１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１に
示す半導体装置１００のゲート絶縁層１２中における窒
素原子の濃度（ａｔｍ％）の分布を模式的に示す図であ
る。

【００１４】本実施の形態の半導体装置１００は、図１
に示すように、半導体層として、例えばＰ型シリコンか
らなる半導体基板１０を有する。半導体基板１０の上方
には、ゲート絶縁層１２およびその上に形成されたゲー
ト電極１４とを含む。ゲート絶縁層１２およびゲート電
極１４の側面にはサイドウォール絶縁層２４が形成され
ていてもよい。半導体基板１０には、ソースおよびドレ
イン領域となる不純物領域１６，１８が形成されてい
る。例えば、半導体基板１０にＰ型の不純物が注入され
ている場合、不純物領域１６，１８にはＮ型の不純物が
注入されている。ゲート絶縁層１２およびゲート電極１
４は、半導体基板１０のうち少なくとも不純物領域１
６，１８に挟まれた領域の上方に形成されている。

【００１５】この不純物領域１６，１８は、半導体基板
１０のうち素子分離領域２０に囲まれた素子領域におい
て所定の間隔を隔てて形成されている。なお、この不純
物領域１６，１８は、必要に応じて、ＬＤＤ(Long Dope
d Drain)構造をとることができる。

【００１６】ゲート絶縁層１２は、窒素原子を含む酸化
膜からなる。本実施の形態においては、ゲート絶縁層１
２は、窒素原子を含む酸化シリコンからなる。ゲート絶
縁層１２は、膜厚方向（図１ではＺ方向）において窒素
原子の濃度分布を有する。図２において、横軸は、ゲー
ト絶縁層１２のゲート電極１４側界面１２ａ（図１参
照）からの深さ方向（図１に示すＺ方向）の距離を示
し、縦軸は、ゲート絶縁層１２に含まれる窒素原子の濃
度を示す。

【００１７】図２に示すように、ゲート絶縁層１２は、
ゲート電極１４との界面１２ａからの距離によって、含
まれる窒素原子の濃度が異なる。具体的には、ゲート絶
縁層１２は、ゲート電極１４との界面１２ａの近傍に窒
素原子の濃度分布の第１のピーク９１を有し、かつ、半
導体基板１０との界面１２ｂの近傍に窒素原子の濃度分
布の第２のピーク９２を有する。ここで、ゲート絶縁層
１２は、第１のピーク９１が第２のピーク９２よりも窒
素原子の濃度が高くなるように形成されている。

【００１８】ゲート電極１４は、導電層からなり、例え
ば、ボロン等の不純物が高濃度にドーピングされた多結
晶シリコンからなる。なお、ゲート電極１４を構成する
材料は多結晶シリコンに限定されるわけではなく、公知
の導電材料で形成することができる。

【００１９】サイドウォール絶縁層２４は、例えば窒化
シリコンや酸化窒化シリコンから形成することができ
る。

【００２０】本実施の形態の半導体装置１００の利点は
以下の通りである。

【００２１】（１）第１に、ゲート絶縁層１２が、ゲー
ト電極１４との界面１２ａの近傍に窒素原子の濃度分布
の第１のピーク９１を有し、かつ、半導体基板１０との
界面１２ｂの近傍に窒素原子の濃度分布の第２のピーク
９２を有することにより、ゲート絶縁層１２中の窒素原
子の濃度分布をより均一に近づけることができる。この
利点をより具体的に説明するために、まず、ゲート絶縁
層へ窒素原子を導入するための一般的な方法について説
明した後、本実施の形態の半導体装置１００の利点につ
いて説明する。

【００２２】（ａ）ゲート絶縁層へ窒素原子を導入する
ための一般的な方法一般に、ゲート絶縁層１２に所望量の窒素原子を導入す
る場合、１回の窒素導入工程によって窒素原子を導入す
る。この場合、得られるゲート絶縁層１２中の窒素原子
の濃度分布のピークは一つである。このように、ゲート
絶縁層１２中の窒素原子の濃度分布のピークが一つであ
る場合、ゲート絶縁層１２中における窒素原子の濃度分
布が局所的に急峻となり、ゲート絶縁層１２の膜質が部
分的に劣化し、最終的に得られるトランジスタの特性が
不安定となる場合がある。また、ゲート絶縁層１２中に
おける窒素原子の濃度分布中に局所的に急峻な箇所が存
在すると、後の製造工程中において、ゲート絶縁層１２
中で窒素原子の再拡散が起きやすく、この場合、最終的
に得られるトランジスタの特性にばらつきが生じる場合
がある。

【００２３】（ｂ）これに対し、本実施の形態の半導体
装置１００によれば、ゲート絶縁層１２において、窒素
原子の濃度分布の第１のピーク９１と第２のピーク９２
とを有するより、ゲート絶縁層１２中で窒素原子の濃度
分布に局所的に急峻な部分が存在しないため、ゲート絶
縁層１２中の窒素原子の濃度分布をより均一に近づける
ことができる。これにより、ゲート絶縁層１２の膜質を
均一にすることができるため、ばらつきが生じず、安定
したトランジスタ特性が得られる。

【００２４】また、ゲート絶縁層１２が、窒素原子の濃
度分布の第１のピーク９１および第２のピーク９２を有
することにより、ゲート絶縁層１２中に含まれる窒素原
子の総量を確保することができる。これにより、最終的
に得られるトランジスタのリーク電流を低減することが
できる。

【００２５】（２）第２に、本実施の形態の半導体装置
１００では、図２に示すように、ゲート絶縁層１２中の
窒素原子の濃度分布の第１のピーク９１が、ゲート電極
１４との界面１２ａの近傍に存在する。すなわち、ゲー
ト絶縁層１２においては、ゲート電極１４との界面１２
ａの近傍に窒素原子が多く含まれることにより、ゲート
絶縁層１２およびゲート電極１４を形成した後の工程に
て、不純物領域１６，１８を形成するために半導体基板
１０に不純物を導入する際に、導入した不純物がゲート
電極１４およびゲート絶縁層１２を通過して半導体基板
１０へと拡散するのを防止することができる。

【００２６】さらに、ゲート絶縁層１２中の窒素原子の
濃度分布の第２のピーク９２（図２参照）は、半導体基
板１０との界面１２ｂの近傍に存在する。すなわち、ゲ
ート絶縁層１２においては、半導体基板１０との界面１
２ｂの近傍に窒素原子が多く含まれることにより、半導
体基板１０からゲート絶縁層１２へのホットキャリアの
侵入によるトランジスタ特性への影響を抑制することが
できる。これにより、半導体装置の閾値電圧および電流
駆動能力を維持することができる。

【００２７】（３）第３に、第１のピーク９１は、第２
のピーク９２よりも窒素原子の濃度が高い（図２参
照）。すなわち、ゲート絶縁層１２において、半導体基
板１０との界面１２ｂの近傍における窒素原子の濃度と
比較して、ゲート電極１４との界面１２ａの近傍におけ
る窒素原子の濃度のほうが大きい。２．半導体装置の製造方法次に、本発明を適用した一実施の形態に係る半導体装置
１００の製造方法の一例について、図３〜図１５を用い
て説明する。図４，図６，図８，図１０，図１２および
図１４は、図１に示す半導体装置１００の一製造工程を
模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に
対応している。また、図５，図７，図９，図１１，図１
３および図１５はそれぞれ、図４，図６，図８，図１
０，図１２および図１４に示す各工程における絶縁層
（または酸化窒化膜または窒化膜）中の窒素原子の濃度
分布を模式的に示す図である。

【００２８】（１）まず、図３に示すように、半導体層
として、例えば、シリコン基板からなるＰ型半導体基板
１０を用いた場合、Ｐ型半導体基板１０に素子分離領域
２０を形成する。素子分離領域２０は、例えばＬＯＣＯ
Ｓ法やＳＴＩ法によって形成することができる。

【００２９】（２）次いで、半導体基板１０の表面に、
窒素原子を含む酸化膜からなる絶縁層を形成する。この
絶縁層は、ゲート絶縁層１２（図１参照）を形成するた
めに用いられる。本実施の形態では、この絶縁層を構成
する酸化膜が酸化シリコンからなる場合について示す。
本実施の形態において、この絶縁層は、以下に示す第１
〜第３の成膜方法によって形成することができる。

【００３０】［第１の成膜方法］第１の成膜方法は、
（ａ）一酸化窒素を含む雰囲気下での熱処理により、半
導体基板１０の表面に窒化膜１２０ａ（図４参照）を形
成した後、（ｂ）一酸化二窒素を含む雰囲気下で、窒化
膜１２０ａが形成された半導体基板１０の表面を酸化窒
化することにより、半導体基板１０の表面に絶縁層１２
０ｂ（図６参照）を形成する方法である。本実施の形態
において、この絶縁層１２０ｂは、窒素原子を含む酸化
膜（酸化シリコン）からなる。なお、この絶縁層１２０
ｂが後の工程（３）でパターニングされて、ゲート絶縁
層１２となる。以下、この第１の成膜方法について、図
４〜図７を参照して説明する。

【００３１】（ａ）まず、図４に示すように、一酸化窒
素を主成分として含む雰囲気下で半導体基板（シリコン
基板）１０を熱処理することにより、半導体基板１０の
表面が窒化されて、窒化膜（窒化シリコン層）１２０ａ
が形成される。

【００３２】図４に示す窒化膜１２０ａ中における窒素
原子の濃度分布を模式的に示したのが図５である。図５
において、横軸は、窒化膜１２０ａの上面１２２ａから
の深さ方向（図４に示すＺ方向）の距離を示し、縦軸
は、窒化膜１２０ａに含まれる窒素原子の濃度を示す。
図５に示すように、窒化膜１２０ａは、半導体基板１０
との界面１０ａの近傍に、窒素原子の濃度分布のピーク
３１を有する。

【００３３】（ｂ）次いで、図６に示すように、一酸化
二窒素を主成分として含む雰囲気下で、窒化膜１２０ａ
が形成された半導体基板１０の表面を酸化窒化すること
により、半導体基板１０の表面に、窒素原子を含む酸化
膜（酸化シリコン）からなる絶縁層１２０ｂを形成す
る。

【００３４】図６に示す絶縁層１２０ｂ中における窒素
原子の濃度分布を模式的に示したのが図７である。図７
において、横軸は、絶縁層１２０ｂの上面１２２ｂから
の深さ方向（図６に示すＺ方向）の距離を示し、縦軸
は、絶縁層１２０ｂに含まれる窒素原子の濃度を示す。

【００３５】この第１の成膜方法では、絶縁層１２０ｂ
は、上記酸化窒化処理によって、半導体基板１０の表面
に酸化窒化膜を成長させることにより形成される。した
がって、この絶縁層１２０ｂは、図７に示すように、上
面１２２ｂの近傍に窒素原子の濃度分布の第１のピーク
３２を有し、かつ、半導体基板１０との界面１０ａの近
傍に窒素原子の濃度分布の第２のピーク３３を有する。
ここで、上記酸化窒化処理を行なうことにより、第１の
ピーク３２が第２のピーク３３よりも大きくなるように
絶縁層１２０ｂを形成する。

【００３６】［第２の成膜方法］第２の成膜方法は、
（ａ）一酸化二窒素を含む雰囲気下で、半導体基板１０
の表面に酸化窒化膜１２０ｃ（図８参照）を形成した
後、（ｂ）ＲＰＮ(remote plasma nitriding)処理によ
って酸化窒化膜１２０ｃの表面近傍に窒素原子を導入す
ることによって、半導体基板１０の表面に絶縁層１２０
ｄ（図１０参照）を形成する方法である。本実施の形態
において、この絶縁層１２０ｄは窒素原子を含む酸化膜
（酸化シリコン）からなる。なお、この絶縁層１２０ｄ
が後の工程（３）でパターニングされて、ゲート絶縁層
１２となる。以下、この第２の成膜方法について、図８
〜図１１を参照して説明する。

【００３７】（ａ）まず、図８に示すように、一酸化二
窒素を主成分として含む雰囲気下で、半導体基板１０の
表面を酸化窒化することにより、半導体基板１０の表面
に酸化窒化膜（酸化窒化シリコン層）１２０ｃを形成す
る。

【００３８】図８に示す酸化窒化膜１２０ｃ中における
窒素原子の濃度分布を模式的に示したのが図９である。
図９において、横軸は、酸化窒化膜１２０ｃの上面１２
２ｃからの深さ方向（図８に示すＺ方向）の距離を示
し、縦軸は、酸化窒化膜１２０ｃに含まれる窒素原子の
濃度を示す。図９に示すように、酸化窒化膜１２０ｃ
は、半導体基板１０との界面１０ａの近傍に、窒素原子
の濃度分布のピーク４１を有する。

【００３９】（ｂ）次いで、図１０に示すように、ＲＰ
Ｎ処理によって、酸化窒化膜１２０ｃの表面近傍に窒素
原子を導入する。これにより、半導体基板１０の表面
に、窒素原子を含む酸化膜（酸化シリコン層）からなる
絶縁層１２０ｄを形成する。この工程においては、別室
にて発生させたプラズマを用いるため、酸化窒化膜１２
０ｃの表面にダメージを与えることなく、酸化窒化膜１
２０ｃの表面近傍に窒素原子を導入することができる。

【００４０】図１０に示す絶縁層１２０ｄ中における窒
素原子の濃度分布を模式的に示したのが図１１である。
図１１において、横軸は、絶縁層１２０ｄの上面１２２
ｂからの深さ方向（図１０に示すＺ方向）の距離を示
し、縦軸は、絶縁層１２０ｄに含まれる窒素原子の濃度
を示す。

【００４１】この第２の成膜方法では、上記プラズマ処
理によって、酸化窒化膜１２０ｃ（図１０参照）の表面
に窒化原子が導入されることにより、絶縁層１２０ｄが
形成される。したがって、この絶縁層１２０ｄは、図１
１に示すように、上面１２２ｄの近傍に窒素原子の濃度
分布の第１のピーク４２を有し、半導体基板１０との界
面１０ａの近傍に窒素原子の濃度分布の第２のピーク４
３を有する。ここで、上記プラズマ処理を行なうことに
より、第１のピーク４２が第２のピーク４３よりも大き
くなるように絶縁層１２０ｄを形成する。

【００４２】［第３の成膜方法］第３の成膜方法は、
（ａ）一酸化窒素を含む雰囲気下での熱処理によって、
半導体基板１０の表面に窒化膜１２０ａ（図４参照）を
形成した後、（ｂ）窒化膜１２０ａが形成された半導体
基板１０の表面を酸化することにより、半導体基板１０
の表面に酸化窒化膜１２０ｅ（図１２参照）を形成した
後、さらに、一酸化窒素を含む雰囲気下で熱処理するこ
とにより、半導体基板１０の表面に絶縁層１２０ｆ（図
１４参照）を形成する方法である。本実施の形態におい
て、この絶縁層１２０ｆは窒素原子を含む酸化膜（酸化
シリコン）からなる。なお、この絶縁層１２０ｆが後の
工程（３）でパターニングされて、ゲート絶縁層１２と
なる。以下、この第３の成膜方法について、図４，図
５，図１２〜１５を参照して説明する。

【００４３】（ａ）まず、前記第１の成膜方法と同様の
方法にて、半導体基板１０の表面に窒化膜（窒化シリコ
ン層）１２０ａを形成する（図４および図５参照）。

【００４４】（ｂ）次いで、図１２に示すように、窒化
膜１２０ａが形成された半導体基板１０を酸化すること
により、半導体基板１０の表面に酸化窒化膜（酸化窒化
シリコン層）１２０ｅ（図１２参照）を形成する。この
酸化窒化膜１２０ｅは、例えば酸素雰囲気下でのウエッ
ト酸化またはドライ酸化により形成する。

【００４５】図１２に示す酸化窒化膜１２０ｅ中におけ
る窒素原子の濃度分布を模式的に示したのが図１３であ
る。図１３において、横軸は、酸化窒化膜１２０ｅの上
面１２２ｅからの深さ方向（図１２に示すＺ方向）の距
離を示し、縦軸は、酸化窒化膜１２０ｅに含まれる窒素
原子の濃度を示す。酸化窒化膜１２０ｅは、上記窒化処
理（前記工程（ａ））によって半導体基板１０の表面に
窒化膜を成長させた後に、これに続く上記酸化処理（前
記工程（ｂ））によって酸化膜を成長させることにより
形成される。これにより、この酸化窒化膜１２０ｅは、
図１３に示すように、上面１２２ｅの近傍に、窒素原子
の濃度のピーク５１を有する。

【００４６】次いで、一酸化二窒素を主成分として含む
雰囲気下で、酸化窒化膜１２０ｅ（図１２参照）が形成
された半導体基板１０の表面を酸化窒化する。これによ
り、図１４に示すように、半導体基板１０の表面に、窒
素原子を含む酸化膜（酸化シリコン層）からなる絶縁層
１２０ｆを形成する。

【００４７】図１４に示す絶縁層１２０ｆ中における窒
素原子の濃度分布を模式的に示したのが図１５である。
図１５において、横軸は、絶縁層１２０ｆの上面１２２
ｆからの深さ方向（図１４に示すＺ方向）の距離を示
し、縦軸は、絶縁層１２０ｆに含まれる窒素原子の濃度
を示す。

【００４８】この第３の成膜方法では、前記半導体層の
表面に窒化膜を形成した後（図４および図５参照）、窒
化膜１２０ａが形成された半導体基板１０の表面を酸化
して、半導体基板１０の表面に酸化窒化膜１２０ｅを成
長させ（図１２および図１３参照）、次いで、上記酸化
窒化処理（図１４および図１５参照）によって、絶縁層
１２０ｆが形成される。したがって、この絶縁層１２０
ｆは、図１５に示すように、上面１２２ｆの近傍に窒素
原子の濃度分布の第１のピーク５２を有し、かつ、半導
体基板１０との界面１０ａの近傍に窒素原子の濃度分布
の第２のピーク５３を有する。ここで、上記酸化窒化処
理を行なうことにより、第１のピーク５２が第２のピー
ク５３よりも大きくなるように絶縁層１２０ｆを形成す
る。

【００４９】以上説明したように、前記第１〜第３の成
膜方法のいずれかの方法を用いて、ゲート絶縁層１２を
形成するための絶縁層（１２０ｂ，１２０ｄ，または１
２０ｆ）を形成する。

【００５０】（３）次いで、前記絶縁層の上方に導電層
（図示せず）を形成する。前記導電層は、例えばボロン
を導入したＰ型多結晶シリコン層であってもよい。この
後、フォトリソグラフィ法により、前記絶縁層および前
記導電層を所定の形状にパターニングする。これによ
り、図１に示すように、半導体基板１０の上方に、ゲー
ト絶縁層１２およびゲート電極１４を形成する。

【００５１】次いで、必要に応じて、ゲート絶縁層１２
およびゲート電極１４の側壁にサイドウォール絶縁層２
４（図１参照）を形成する。次いで、ゲート電極１４
（およびサイドウォール絶縁層２４）をマスクとして、
イオン注入によって、半導体基板１０に不純物領域１
６，１８を形成した後、熱処理を行なう。例えば、不純
物領域１６，１８はＮ型のイオンを半導体基板１０に注
入することにより形成される。以上の工程により、半導
体装置１００（図１参照）が得られる。得られた半導体
装置１００を構成するゲート絶縁層１２は、前述の半導
体装置の構造の欄で示した窒素原子の濃度プロファイル
を有する（図２参照）。

【００５２】本実施の形態に係る半導体装置１００の製
造方法による利点は以下の通りである。

【００５３】（１）第１に、所望量の窒素原子を、ゲー
ト絶縁層１２を形成するための絶縁層へと短時間で導入
することができる。すなわち、前記絶縁層を高温下で長
時間反応ガス中に曝すことなく、窒素原子を前記絶縁層
に導入することができるため、前記絶縁層の劣化を防止
することができる。

【００５４】（２）第２に、窒素原子の濃度分布がより
均一で、かつ、所望量の窒素原子を含むゲート絶縁層１
２を形成することができる。これにより、安定したトラ
ンジスタ特性を有する半導体装置を形成することができ
る。

【００５５】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本
発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構
成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、ある
いは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発
明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を
置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で
説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一
の目的を達成することができる構成を含む。また、本発
明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した
構成を含む。

【００５６】例えば、上記の実施の形態においては、半
導体装置１００がＮ型ＭＯＳである場合、すなわち、不
純物領域１６，１８に導入される不純物をＮ型不純物と
し、半導体基板１０およびゲート電極１４に導入される
不純物をＰ型不純物としたが、各層においてこれらを入
れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。すな
わち、半導体装置１００がＰ型ＭＯＳであってもよい。

【００５７】また、例えば、上記実施の形態では、半導
体層としてバルク状の半導体基板を用いたが、ＳＯＩ基
板の半導体層を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施の形態に係る半導体装
置を模式的に示す断面図である。

【図２】図１に示す半導体装置のゲート絶縁層中におけ
る窒素原子の濃度分布を模式的に示す図である。

【図３】図１に示す半導体装置の製造方法中の一工程を
模式的に示す断面図である。

【図４】図１に示す半導体装置の製造方法中の第１の成
膜方法の一工程を模式的に示す断面図である。

【図５】図４に示す工程中における窒化膜の窒素原子の
濃度分布を模式的に示す図である。

【図６】図１に示す半導体装置の製造方法中の第１の成
膜方法の一工程を模式的に示す断面図である。

【図７】図６に示す工程中における絶縁層の窒素原子の
濃度分布を模式的に示す図である。

【図８】図１に示す半導体装置の製造方法中の第２の成
膜方法の一工程を模式的に示す断面図である。

【図９】図８に示す工程中における酸化窒化膜の窒素原
子の濃度分布を模式的に示す図である。

【図１０】図１に示す半導体装置の製造方法中の第２の
成膜方法の一工程を模式的に示す断面図である。

【図１１】図１０に示す工程中における絶縁層の窒素原
子の濃度分布を模式的に示す図である。

【図１２】図１に示す半導体装置の製造方法中の第３の
成膜方法の一工程を模式的に示す断面図である。

【図１３】図１２に示す工程中における酸化窒化膜の窒
素原子の濃度分布を模式的に示す図である。

【図１４】図１に示す半導体装置の製造方法中の第３の
成膜方法の一工程を模式的に示す断面図である。

【図１５】図１４に示す工程中における絶縁層の窒素原
子の濃度分布を模式的に示す図である。

【図１６】一般的な半導体装置を模式的に示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０半導体基板１０ａ半導体基板１０との界面３１，４１，５１ピーク１２，１２０ゲート絶縁層１２ａゲート絶縁層１２のゲート電極１４側の界面１２ｂゲート絶縁層１２の半導体基板１０側の界面１４ゲート電極１６，１８不純物領域２０素子分離領域２４サイドウォール絶縁層３２，４２，５２，９１第１のピーク３３，４３，５３，９２第２のピーク１００半導体装置１２０ａ窒化膜１２０ｂ，１２０ｄ，１２０ｆ絶縁層１２０ｃ，１２０ｅ酸化窒化膜１２２ａ窒化膜１２０の上面１２２ｂ絶縁層１２０ｂの上面１２２ｃ酸化窒化膜１２０ｃの上面１２２ｄ絶縁層１２０ｄの上面１２２ｅ酸化窒化膜１２０ｅの上面１２２ｆ絶縁層１２０ｆの上面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M104 AA01 AA09 BB01 BB40 CC05 EE03 EE11 GG09 GG10 GG14 HH20 5F058 BA20 BC11 BF62 BF64 BF74 BJ01 BJ10 5F140 AA23 AC36 BA01 BD09 BD15 BE06 BE07 BE08 BF01 BF04 BG08 BG11 BG14 BH15 BK13 CB01 CB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体層と、該半導体層の上方に形成さ
れ、窒素原子を含む酸化膜からなる絶縁層と、該絶縁層
の上方に形成された導電層とを含み、前記絶縁層は、前記導電層との界面近傍に窒素原子の濃
度分布の第１のピークを有し、かつ、前記半導体層との
界面近傍に窒素原子の濃度分布の第２のピークを有し、前記第１のピークは、前記第２のピークよりも窒素原子
の濃度が高い、半導体装置。
【請求項２】請求項１において、前記絶縁層はゲート絶縁層であり、前記導電層はゲート電極である、半導体装置。
【請求項３】半導体層の上方に、窒素原子を含む酸化
膜からなる絶縁層と、該絶縁層を介して形成された導電
層とを含む半導体装置の製造方法であって、（ａ）一酸化窒素を含む雰囲気下での熱処理により、前
記半導体層の表面に窒化膜を形成し、（ｂ）一酸化二窒素を含む雰囲気下で、前記窒化膜が形
成された半導体層の表面を酸化窒化することにより、該
半導体層の表面に前記絶縁層を形成すること、を含む、
半導体装置の製造方法。
【請求項４】半導体層の上方に、窒素原子を含む酸化
膜からなる絶縁層と、該絶縁層を介して形成された導電
層とを含む半導体装置の製造方法であって、（ａ）一酸化二窒素を含む雰囲気下で、前記半導体層の
表面を酸化窒化することにより、該半導体層の表面に酸
化窒化膜を形成し、（ｂ）ＲＰＮ処理によって前記酸化窒化膜の表面近傍に
窒素原子を導入することにより、前記半導体層の表面に
前記絶縁層を形成すること、を含む、半導体装置の製造
方法。
【請求項５】半導体層の上方に、窒素原子を含む酸化
膜からなる絶縁層と、該絶縁層を介して形成された導電
層とを含む半導体装置の製造方法であって、（ａ）一酸化窒素を含む雰囲気下での熱処理により、前
記半導体層の表面に窒化膜を形成し、（ｂ）前記窒化膜が形成された前記半導体層の表面を酸
化することにより、該半導体層の表面に酸化窒化膜を形
成した後、さらに、一酸化窒素を含む雰囲気下で熱処理
することにより、該半導体層の表面に前記絶縁層を形成
すること、を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項６】請求項３ないし５のいずれかにおいて、前記（ｂ）において、前記絶縁層は、前記半導体層との
界面と反対側の表面近傍に窒素原子の濃度分布の第１の
ピークを有し、かつ、前記半導体層との界面近傍に窒素
原子の濃度分布の第２のピークを有し、該第１のピーク
が該第２のピークよりも前記窒素原子の濃度が高くなる
ように形成される、半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項３ないし６のいずれかにおいて、さらに、（ｃ）前記絶縁層および前記導電層をパターニ
ングすることにより、前記ゲート絶縁層および前記ゲー
ト電極を形成すること、を含む、半導体装置の製造方
法。