JP2003318176A - シリコン酸化窒化膜の形成方法ならびに半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

シリコン酸化窒化膜の形成方法ならびに半導体装置およびその製造方法

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JP2003318176A
JP2003318176A JP2002117362A JP2002117362A JP2003318176A JP 2003318176 A JP2003318176 A JP 2003318176A JP 2002117362 A JP2002117362 A JP 2002117362A JP 2002117362 A JP2002117362 A JP 2002117362A JP 2003318176 A JP2003318176 A JP 2003318176A
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silicon
silicon oxide
silicon oxynitride
oxynitride film
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Yuji Takaoka
裕二 高岡
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート絶縁膜としてシリコン酸化窒化膜を用
いた場合に、ゲート電極に用いられるp型シリコン層中
のp型不純物が拡散して特性不良が生じるのを防止す
る。 【解決手段】 シリコン基板1上に熱酸化法によりシリ
コン酸化膜を形成した後、その上に化学気相成長法によ
りシリコン酸化膜を形成し、上層ほど密度が低い多層シ
リコン酸化膜を形成する。この多層シリコン酸化膜をプ
ラズマ窒化法などにより窒化してシリコン酸化窒化膜
5、6を形成し、上層ほど窒素濃度が高い窒素濃度プロ
ファイルを有する多層シリコン酸化窒化膜を形成する。
この多層シリコン酸化窒化膜をゲート絶縁膜とし、その
上に、ホウ素がドープされたp型多結晶シリコン層を含
むゲート電極7を形成する。この後、ゲート電極7に対
して自己整合的にp+ 型のソース領域10およびドレイ
ン領域11を形成し、pチャネルMISトランジスタを
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン酸化窒
化膜の形成方法ならびに半導体装置およびその製造方法
に関し、例えば、ゲート電極にp型不純物含有多結晶シ
リコン層を用いるMIS(Metal-Insulator-Semiconduc
tor)トランジスタを有する半導体装置に適用して好適な
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、CMOSトランジスタにおいて
は、低消費電力化のために低電圧化が図られており、そ
のためCMOSトランジスタを構成するpチャネルMO
SトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタの
双方に対して十分に低くしかも対称なしきい値電圧が要
求されるようになっている。このような要求に対処する
ため、pチャネルMOSトランジスタにおいては、n型
不純物を含むn型多結晶シリコン層を用いたゲート電極
に代えて、p型不純物を含むp型多結晶シリコン層を用
いたゲート電極が用いられるようになっている。
【0003】このようにpチャネルMOSトランジスタ
のゲート電極にp型多結晶シリコン層を用い、nチャネ
ルMOSトランジスタのゲート電極にn型多結晶シリコ
ン層を用いたCMOSトランジスタにおいては、ゲート
長0.25μm世代までは、ゲート絶縁膜として通常の
熱酸化によるシリコン酸化膜(SiO2 膜)が用いられ
ていた。これに対し、ゲート長0.18μm世代以降
は、ゲート絶縁膜がより薄膜化されるのに伴い、pチャ
ネルMOSトランジスタのゲート電極のp型多結晶シリ
コン層のp型不純物として通常用いられるホウ素(B)
の原子が、ゲート電極形成後の半導体装置の製造工程に
おいて行われる各種の熱処理によってゲート電極から拡
散し、ゲート絶縁膜を通過してシリコン基板に到達し、
pチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧を変動さ
せたり、ゲート電極のホウ素原子の空乏化によりゲート
抵抗の上昇が生じたりすることから、これを防止するた
めにシリコン酸化膜に比べてホウ素原子などの不純物の
拡散阻止能が高いシリコン酸化窒化膜(SiON膜)が
ゲート絶縁膜として用いられるようになっている。
【0004】これまで、このゲート絶縁膜としてのシリ
コン酸化窒化膜は、熱酸化により形成されたシリコン酸
化膜を熱窒化またはプラズマ窒化することにより形成さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の検討によれば、熱酸化法により形成されたシリコン
酸化膜の熱窒化またはプラズマ窒化により形成されたシ
リコン酸化窒化膜は、ゲート電極のp型多結晶シリコン
層中のホウ素原子の拡散を阻止し、あるいは良好なトラ
ンジスタ特性を得るなどの観点から、窒素濃度プロファ
イルが最適化されているとは言い難い。
【0006】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、ホウ素原子のような不純物の拡散を阻止する能
力が高いなど、要求される特性を満足することができる
最適な窒素濃度プロファイルを有するシリコン酸化窒化
膜を形成することができるシリコン酸化窒化膜の形成方
法を提供することにある。
【0007】この発明が解決しようとする他の課題は、
ゲート絶縁膜としてシリコン酸化窒化膜を用いた場合
に、ゲート電極に用いられるp型シリコン層中のp型不
純物がゲート絶縁膜を通過して下地の半導体基体に拡散
し、トランジスタのしきい値電圧の変動を引き起こすの
を有効に防止することができるなど、そのシリコン酸化
窒化膜が、ゲート絶縁膜として要求される特性を満足す
ることができる最適な窒素濃度プロファイルを有する半
導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0008】より一般的には、この発明が解決しようと
する課題は、シリコン酸化窒化膜の上層のp型不純物含
有層中のp型不純物がシリコン酸化窒化膜を通過して下
地の半導体基体に拡散し、不良を生じるのを有効に防止
することができるなど、そのシリコン酸化窒化膜が、要
求される特性を満足することができる最適な窒素濃度プ
ロファイル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。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の第1の発明は、基体上に上層ほど密度が
低い複数のシリコン酸化膜からなる多層シリコン酸化膜
を形成する工程と、多層シリコン酸化膜を窒化する工程
とを有することを特徴とするシリコン酸化窒化膜の形成
方法である。
【0010】この発明の第2の発明は、基体上に、少な
くとも、第1の密度を有する第1のシリコン酸化膜とこ
の第1のシリコン酸化膜上の第1の密度より低い第2の
密度を有する第2のシリコン酸化膜とを含む多層シリコ
ン酸化膜を形成する工程と、多層シリコン酸化膜を窒化
する工程とを有することを特徴とするシリコン酸化窒化
膜の形成方法である。
【0011】この発明の第3の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、シリコン酸化窒
化膜上のp型不純物含有層とを有する半導体装置におい
て、シリコン酸化窒化膜は、上層ほど窒素濃度が高い複
数のシリコン酸化窒化膜からなる多層シリコン酸化窒化
膜であることを特徴とするものである。
【0012】この発明の第4の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、シリコン酸化窒
化膜上のp型不純物含有層とを有する半導体装置の製造
方法において、半導体基体上に上層ほど密度が低い複数
のシリコン酸化膜からなる多層シリコン酸化膜を形成す
る工程と、多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有す
ることを特徴とするものである。
【0013】この発明の第5の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、シリコン酸化窒
化膜上のp型不純物含有層とを有する半導体装置におい
て、シリコン酸化窒化膜は、少なくとも、第1の窒素濃
度を有する第1のシリコン酸化窒化膜とこの第1のシリ
コン酸化窒化膜上の第1の窒素濃度より高い第2の窒素
濃度を有する第2のシリコン酸化窒化膜とを含む多層シ
リコン酸化窒化膜であることを特徴とするものである。
【0014】この発明の第6の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、シリコン酸化窒
化膜上のp型不純物含有層とを有する半導体装置の製造
方法において、半導体基体上に、少なくとも、第1の密
度を有する第1のシリコン酸化膜とこの第1のシリコン
酸化膜上の第1の密度より低い第2の密度を有する第2
のシリコン酸化膜とを含む多層シリコン酸化膜を形成す
る工程と、多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有す
ることを特徴とするものである。
【0015】この発明の第7の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート絶縁
膜と、ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を
含むゲート電極とを有する半導体装置において、シリコ
ン酸化窒化膜は、上層ほど窒素濃度が高い複数のシリコ
ン酸化窒化膜からなる多層シリコン酸化窒化膜であるこ
とを特徴とするものである。
【0016】この発明の第8の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート絶縁
膜と、ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を
含むゲート電極とを有する半導体装置の製造方法におい
て、半導体基体上に上層ほど密度が低い複数のシリコン
酸化膜からなる多層シリコン酸化膜を形成する工程と、
多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有することを特
徴とするものである。
【0017】この発明の第9の発明は、半導体基体と、
半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート絶縁
膜と、ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を
含むゲート電極とを有する半導体装置において、シリコ
ン酸化窒化膜は、少なくとも、第1の窒素濃度を有する
第1のシリコン酸化窒化膜とこの第1のシリコン酸化窒
化膜上の第1の窒素濃度より高い第2の窒素濃度を有す
る第2のシリコン酸化窒化膜とを含む多層シリコン酸化
窒化膜であることを特徴とするものである。
【0018】この発明の第10の発明は、半導体基体
と、半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート
絶縁膜と、ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有
層を含むゲート電極とを有する半導体装置の製造方法に
おいて、半導体基体上に、少なくとも、第1の密度を有
する第1のシリコン酸化膜とこの第1のシリコン酸化膜
上の第1の密度より低い第2の密度を有する第2のシリ
コン酸化膜とを含む多層シリコン酸化膜を形成する工程
と、多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
を特徴とするものである。
【0019】この発明においては、上層ほど密度が低い
複数のシリコン酸化膜からなる多層シリコン酸化膜を窒
化すると、シリコン酸化膜はその密度が低いほど窒化さ
れやすく窒素濃度が高くなることから、上層ほど窒素濃
度が高い複数のシリコン酸化窒化膜からなる多層シリコ
ン酸化窒化膜が形成される。同様に、少なくとも、第1
の密度を有する第1のシリコン酸化膜とこの第1のシリ
コン酸化膜上の第1の密度より低い第2の密度を有する
第2のシリコン酸化膜とを含む多層シリコン酸化膜を窒
化すると、少なくとも、第1の窒素濃度を有する第1の
シリコン酸化窒化膜とこの第1のシリコン酸化窒化膜上
の第1の窒素濃度より高い第2の窒素濃度を有する第2
のシリコン酸化窒化膜とを含む多層シリコン酸化窒化膜
が形成される。
【0020】ここで、シリコン酸化膜の密度は緻密度と
言い換えることもでき、その大小は屈折率の大小に対応
することから、屈折率で表すことができる。また、シリ
コン酸化膜の密度は、単調に増加している場合のみなら
ず、平均的に見て増加している場合も含む。同様に、シ
リコン酸化窒化膜の窒素濃度も、単調に増加している場
合のみならず、平均的に見て増加している場合も含む。
【0021】多層シリコン酸化膜を構成するシリコン酸
化膜の数、膜厚、形成方法などは、多層シリコン酸化膜
の密度プロファイルをどのように設計するかに応じて決
められる。同様に、多層シリコン酸化窒化膜を構成する
シリコン酸化窒化膜の数、膜厚、形成方法などは、多層
シリコン酸化窒化膜の窒素濃度プロファイルをどのよう
に設計するかに応じて決められる。最も簡単な一例を挙
げると、多層シリコン酸化膜は熱酸化法により形成され
たシリコン酸化膜と化学気相成長(CVD)法により形
成されたシリコン酸化膜との組み合わせであり、多層シ
リコン酸化窒化膜はこの多層シリコン酸化膜の窒化によ
り形成された二層のシリコン酸化窒化膜からなるもので
ある。一般に熱酸化法により形成されるシリコン酸化膜
の密度が最も高いので、典型的には、この熱酸化法によ
り形成されるシリコン酸化膜が最下層とされる。必要に
応じて、熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成した後に
プラズマ酸化などを行うことにより密度を上げるように
してもよい。
【0022】シリコン酸化膜を化学気相成長法により形
成する場合、成長温度などの成長条件により、更にはシ
リコン酸化膜を形成した後に行う熱処理(緻密化処理)
などにより、得られるシリコン酸化膜の密度をある程度
制御可能である。この化学気相成長法により形成される
シリコン酸化膜の具体例を挙げると、いわゆる高温酸化
膜(HTO;High Temperature Oxide)や常圧CVD法
などにより形成されるシリコン酸化膜などである。ただ
し、シリコン酸化膜は、必要な密度および膜質が得られ
る限り、化学気相成長法以外の方法により形成してもよ
い。また、窒化は、例えば、窒素プラズマなどを用いた
プラズマ窒化法や熱窒化法により行うことができる。
【0023】基体は典型的には半導体基体である。半導
体基体は、バルクの半導体基板のほか、任意の基板上に
半導体層を形成したものであってもよい。具体的には、
半導体基体は、例えば、単結晶シリコン基板(単結晶シ
リコンウエーハ)や、シリコン基板などの半導体基板上
にエピタキシャル成長された単結晶シリコン層、半導体
基板その他の基板上に形成された多結晶シリコン層ある
いはアモルファス(非晶質)シリコン層、更にはシリコ
ンとゲルマニウムとからなる半導体層(SiGe層)な
どである。
【0024】p型不純物含有層は、基本的にはどのよう
な材料からなるものであってもよいが、典型的には、ホ
ウ素を含有するシリコン層(単結晶、多結晶、アモルフ
ァスのいずれであってもよい)である。具体例を挙げる
と、ゲート電極がホウ素を含有するp型多結晶シリコン
層単層からなる場合や、ゲート電極がホウ素を含有する
p型多結晶シリコン層上に高融点金属シリサイド層(例
えば、タングステンシリサイド層など)を積層したポリ
サイド層からなる場合である。
【0025】半導体装置は、一般的には、MISトラン
ジスタ、特にpチャネルMISトランジスタを用いる半
導体装置であるが、具体的には、MIS型半導体装置、
相補MIS型半導体装置、バイポーラ−相補MIS型半
導体装置などであり、ダイナミックRAMなどその用途
は問わない。
【0026】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、多層シリコン酸化膜を構成する複数のシリコン酸化
膜の数、膜厚、形成方法などを選択することにより、多
層シリコン酸化膜の密度プロファイルを制御することが
でき、それによって密度プロファイルを最適化すること
ができる。このため、この多層シリコン酸化膜の窒化に
より、得られる多層シリコン酸化窒化膜の窒素濃度プロ
ファイルを制御することができ、それによって窒素濃度
プロファイルを最適化することができる。具体的には、
多層シリコン酸化窒化膜上にp型不純物含有層、例えば
ゲート電極の全部または下部を構成するp型不純物含有
多結晶シリコン層を設ける場合に、そのp型不純物の拡
散を防止するのに最も有効な、上層ほど窒素濃度が高い
窒素濃度プロファイルを得ることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全
図において、同一の部分には同一の符号を付す。図1〜
図9はこの発明の一実施形態による相補MIS型半導体
装置の製造方法を示す。この相補MIS型半導体装置に
おいては、nチャネルMISトランジスタおよびpチャ
ネルMISトランジスタの双方を用いるが、図1〜図9
においてはpチャネルMISトランジスタ形成部につい
てのみ図示し、以下の説明もpチャネルMISトランジ
スタ形成部についてのみ行う。nチャネルMISトラン
ジスタは、pウエルに形成され、ゲート電極にn+ 型多
結晶シリコン層を用いることが、nウエルに形成され、
ゲート電極にp+ 型多結晶シリコン層を用いるpチャネ
ルMISトランジスタと相違する。
【0028】この一実施形態においては、図1に示すよ
うに、まず、従来公知の方法を用いて、単結晶のシリコ
ン基板1に例えばシリコン酸化膜からなる素子分離領域
2を選択的に形成した後、シリコン基板1に例えばリン
(P)のようなn型不純物を選択的にイオン注入するこ
とによりnウエル(図示せず)を形成する。次に、素子
分離領域2の直下の部分のnウエル中にn型不純物を選
択的にイオン注入することによりn+ 型のチャネルスト
ップ領域を形成する(図示せず)。次に、シリコン基板
1の活性領域に、pチャネルMISトランジスタのしき
い値電圧調整用のイオン注入(チャネルドーピング)を
行う。次に、例えばRCA洗浄を行うことによりシリコ
ン基板1の表面の微粒子や金属不純物などを除去し、更
に、例えば0.1%フッ化水素酸水溶液および純水によ
りシリコン基板1の表面洗浄を行う。
【0029】次に、シリコン基板1を熱酸化することに
より活性領域の表面にシリコン酸化膜3を形成する。こ
の酸化は、例えば、縦型の酸化炉を用い、酸化温度70
0℃で、O2 、HClおよびN2 (流量は例えばそれぞ
れ3SLM、3SLMおよび20SLM)からなる雰囲
気で行う。このシリコン酸化膜3の膜厚は例えば0.5
〜1.0nmとする。このシリコン酸化膜3の密度は屈
折率で表すと、例えば約1.46である。
【0030】次に、図2に示すように、シリコン基板1
上に例えば600〜900℃の温度の高温CVD法や常
圧CVD法によりシリコン酸化膜4を形成する。このシ
リコン酸化膜4の膜厚は例えば0.5〜1.0nmとす
る。このシリコン酸化膜4の密度は屈折率で表すと例え
ば約1.44であり、熱酸化法により形成されたシリコ
ン酸化膜3の密度より少し低い。したがって、シリコン
酸化膜3とこのシリコン酸化膜4とにより、上層のシリ
コン酸化膜4の密度が下層のシリコン酸化膜4の密度よ
り低い多層シリコン酸化膜が形成されたことになる。
【0031】次に、このようにして形成されたシリコン
酸化膜3、4からなる多層シリコン酸化膜をプラズマ窒
化し、図3に示すようにシリコン酸化窒化膜5、6から
なる多層シリコン酸化窒化膜を形成する。この多層シリ
コン酸化窒化膜がゲート絶縁膜となることから、ゲート
絶縁膜として必要な膜厚の多層シリコン酸化窒化膜が得
られるようにシリコン酸化膜3、4の膜厚が決められ
る。ここで、このプラズマ窒化は、例えば誘導結合プラ
ズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma) 装置を用
いて行う。このプラズマ窒化の条件の一例を挙げると、
圧力20mTorr、プラズマパワー1200W、使用
ガスはN2 でその流量は200SCCMである。ここ
で、シリコン酸化膜4の密度がシリコン酸化膜3の密度
より低いことに対応して、シリコン酸化窒化膜6の窒素
濃度はシリコン酸化窒化膜5の窒素濃度より高くなる。
【0032】このゲート絶縁膜としての多層シリコン酸
化窒化膜の膜厚方向の窒素濃度プロファイルの一例を図
10に示す。図10に示すように、この多層シリコン酸
化窒化膜においては、シリコン酸化窒化膜5の窒素濃度
は、シリコン基板1との界面付近におけるほぼ0から増
大してシリコン酸化窒化膜6との界面で約10%に達
し、シリコン酸化窒化膜6の窒素濃度は、シリコン酸化
窒化膜5との界面から更に増大して最表面で約12%の
最大値をとっている。
【0033】次に、例えば減圧CVD法により基板全面
にノンドープの多結晶シリコン膜を形成し、更にこの多
結晶シリコン膜に例えばイオン注入によりp型不純物と
してBをドーピングしてp型化する。次に、このBがド
ープされたp型多結晶シリコン膜上にフォトリソグラフ
ィーにより所定形状のレジストパターン(図示せず)を
形成した後、このレジストパターンをマスクとして、異
方性ドライエッチング法、例えば反応性イオンエッチン
グ(RIE)法を用いてエッチングを行うことによりこ
のp型多結晶シリコン膜、更にはその下層のシリコン酸
化窒化膜5、6を所定形状にパターニングする。このよ
うにして、図4に示すようにゲート電極7が形成され
る。この後、レジストパターンを除去する。この場合、
ゲート電極7とシリコン基板1との間の二層のシリコン
酸化窒化膜5、6からなる多層シリコン酸化窒化膜がゲ
ート絶縁膜を構成する。
【0034】次に、図5に示すように、ゲート電極7を
マスクとしてシリコン基板1にp型不純物を低濃度にイ
オン注入することにより、後にソース領域およびドレイ
ン領域の低不純物濃度部となるp- 型の低不純物濃度領
域8をゲート電極7に対して自己整合的に形成する。こ
のp型不純物としては例えばBやBF2 を用いる。
【0035】次に、例えば常圧CVD法や減圧CVD法
などによりシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁
膜を基板全面に形成した後、この絶縁膜を異方性ドライ
エッチング法、例えばRIE法などにより基板表面に対
して垂直方向にエッチングすることにより、図6に示す
ように、ゲート電極7の側壁に絶縁物からなるサイドウ
ォールスペーサ9を形成する。
【0036】次に、図7に示すように、ゲート電極7お
よびサイドウォールスペーサ9をマスクとしてnウエル
にp型不純物を高濃度にイオン注入することによりゲー
ト電極7およびサイドウォールスペーサ9に対して自己
整合的に例えばp+ 型のソース領域10およびドレイン
領域11を形成する。このp型不純物としては例えばB
やBF2 を用いる。先に形成した低不純物濃度領域8
は、これらのソース領域10およびドレイン領域11の
- 型の低不純物濃度部10a、11aを構成する。こ
の後、イオン注入された不純物の電気的活性化のための
熱処理を行う。これによって、LDD(Lightly Doped
Drain)構造のpチャネルMISトランジスタが形成され
る。
【0037】次に、従来公知の方法、例えばスパッタリ
ング法などにより、金属シリサイド層を形成するための
金属膜として例えばコバルト(Co)膜(図示せず)を
基板全面に形成した後、熱処理を行うことによりこのコ
バルト膜と、このコバルト膜が直接接触しているシリコ
ン基板1およびp型多結晶シリコン層からなるゲート電
極7とを反応させてシリサイド化を行う。この後、未反
応のコバルト膜をエッチング除去する。このようにし
て、図8に示すように、ソース領域10、11およびゲ
ート電極7上にそれぞれコバルトシリサイド(CoSi
2 )層12が形成される。
【0038】次に、図9に示すように、従来公知の方
法、例えば常圧CVD法や減圧CVD法などにより、基
板全面に例えばシリコン酸化膜、リンシリケートガラス
(PSG)膜、ホウ素リンシリケートガラス(BPS
G)膜、シリコン窒化膜あるいはそれらの積層膜などか
らなる層間絶縁膜13を成膜した後、この層間絶縁膜1
3のうちのソース領域10、ドレイン領域11およびゲ
ート電極7上の所定部分をエッチング除去することによ
りコンタクトホール14、15、16を形成する。
【0039】次に、従来公知の方法、例えば真空蒸着法
やスパッタリング法などにより基板全面にバリアメタル
膜を介して配線材料、例えばアルミニウム(Al)膜、
Al合金膜あるいはその他の金属膜などを成膜した後、
この膜を例えばRIE法などにより所定形状にエッチン
グすることにより、コンタクトホール14、15、16
を介してそれぞれソース領域10、ドレイン領域11お
よびゲート電極7と接続された配線17、18、19を
形成する。なお、コンタクトホール14、15、16内
にタングステンプラグを形成し、その上に配線17、1
8、19を形成するようにしてもよい。
【0040】この後、必要に応じて、上層の配線形成工
程などの工程を実行して、目的とする相補MIS型半導
体装置を製造する。
【0041】以上のように、この一実施形態によれば、
熱酸化法により形成されたシリコン酸化膜3上にCVD
法により形成されたシリコン酸化膜4を形成して上層部
の密度が下層部に比べて低い(よりポーラスな)多層シ
リコン酸化膜を形成し、この多層シリコン酸化膜をプラ
ズマ窒化法により窒化してシリコン酸化窒化膜5、6か
らなる多層シリコン酸化窒化膜を形成し、これをゲート
絶縁膜としていることから、B含有p型多結晶シリコン
層からなるゲート電極7との界面近傍で窒素濃度が約1
2%と最も高い、ゲート電極7からのBの拡散を防止す
るのに最適な窒素濃度プロファイルのゲート絶縁膜を形
成することができる。このため、このゲート絶縁膜上に
B含有p型多結晶シリコン層からなるゲート電極7を形
成した場合、このゲート電極7の形成後の製造工程にお
いて各種の熱処理が行われても、このゲート電極7との
界面近傍のゲート絶縁膜における窒素濃度が非常に高く
緻密な構造となっているため、ゲート電極7を構成する
p型多結晶シリコン層中のBの拡散が妨げられることか
ら、Bがゲート絶縁膜を通過してシリコン基板1に拡散
するのを有効に防止することができる。このため、Bが
シリコン基板1に拡散することに起因するpチャネルM
ISトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制すること
ができ、それによって相補MISトランジスタの特性不
良を大幅に低減することができ、ひいては相補MIS型
半導体装置の製造歩留まりの向上を図ることができる。
また、ゲート電極7を構成するp型多結晶シリコン層中
のBの空乏化を防止することができるため、ゲート抵抗
の上昇を抑えることができる。一方、多層シリコン酸化
窒化膜からなるゲート絶縁膜のシリコン基板1との界面
近傍における窒素濃度はほぼ0でこの部分は実質的にシ
リコン酸化膜と考えることができるため、ゲート絶縁膜
とシリコン基板1との界面特性を良好にすることができ
る。更に、シリコン酸化窒化膜5、6からなる多層シリ
コン酸化窒化膜は一般に高い絶縁破壊耐圧および長期信
頼性を有するので、信頼性の高いpチャネルMISトラ
ンジスタを得ることができ、それによって相補MIS型
半導体装置の信頼性も良好である。
【0042】以上、この発明の一実施形態につき具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【0043】例えば、上述の一実施形態において挙げた
数値、材料、構造、形状、プロセスなどはあくまでも例
にすぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、材料、構
造、形状、プロセスなどを用いてもよい。
【0044】具体的には、例えば、上述の一実施形態に
おいては、ゲート電極7を構成するp型多結晶シリコン
層を形成するために、ノンドープの多結晶シリコン膜を
基板全面に形成し、これにp型不純物をイオン注入して
いるが、CVD法により多結晶シリコン層を形成する際
にp型不純物をドーピングするようにしてもよい。更
に、ノンドープの多結晶シリコン膜をゲート電極の形状
にパターニングした後にこの多結晶シリコン膜にp型不
純物をドーピングするようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、多層シリコン酸化膜を構成する複数のシリコン酸化
膜の数、膜厚、形成方法などを選択することにより、多
層シリコン酸化膜の密度プロファイルを最適化すること
ができ、上層ほど密度が低い多層シリコン酸化膜を形成
することができる。このため、この多層シリコン酸化膜
を窒化すると、得られるシリコン酸化窒化膜の窒素濃度
は上層ほど高くなり、窒素濃度プロファイルを最適化す
ることができる。このように窒素濃度が高いシリコン酸
化窒化膜はその構造の緻密性によりホウ素のようなp型
不純物の拡散を妨げることができることから、多層シリ
コン酸化窒化膜上にp型不純物含有層、例えばゲート電
極の全部または下部を構成するp型不純物含有多結晶シ
リコン層を設ける場合、そのp型不純物が多層シリコン
酸化窒化膜を通過するのを防止することができる。この
ため、多層シリコン酸化窒化膜の上層のp型不純物含有
層、例えばゲート電極に用いられるp型多結晶シリコン
層中のp型不純物が半導体装置の製造工程において行わ
れる熱処理によりこの多層シリコン酸化窒化膜を通過し
て半導体基体に拡散するのを有効に防止することができ
る。このため、この半導体基体にp型不純物が拡散する
ことに起因するpチャネルMISトランジスタのしきい
値電圧の変動を有効に防止することができる。また、p
型不純物含有層、例えばゲート電極のp型不純物の空乏
化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図6】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図7】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図8】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図9】この発明の一実施形態による相補MIS型半導
体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図10】この発明の一実施形態による相補MIS型半
導体装置の製造方法において多層シリコン酸化膜を窒化
することにより形成される多層シリコン酸化窒化膜の窒
素濃度プロファイルの一例を示す略線図である。
【符号の説明】
1・・・シリコン基板、3、4・・・シリコン酸化膜、
5、6・・・シリコン酸化窒化膜、7・・・ゲート電
極、10・・・ソース領域、11・・・ドレイン領域、
12・・・コバルトシリサイド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F058 BA05 BC11 BF03 BF55 BF62 BF65 BH16 BJ01 BJ10 5F140 AA06 AA28 AB03 BA01 BC06 BD01 BD09 BD15 BE02 BE07 BE08 BE10 BF04 BF11 BF18 BG08 BG12 BG14 BG28 BG32 BG34 BG38 BG45 BG52 BG53 BH15 BJ01 BJ08 BJ11 BJ17 BJ27 BK02 BK13 BK25 BK34 BK39 CA03 CB02 CB04 CB08 CC05 CC07 CC08 CC12 CF04

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に上層ほど密度が低い複数のシリ
    コン酸化膜からなる多層シリコン酸化膜を形成する工程
    と、 上記多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
    を特徴とするシリコン酸化窒化膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 上記多層シリコン酸化膜を窒化すること
    により上層ほど窒素濃度が高い複数のシリコン酸化窒化
    膜からなる多層シリコン酸化窒化膜を形成するようにし
    たことを特徴とする請求項1記載のシリコン酸化窒化膜
    の形成方法。
  3. 【請求項3】 上記基体はシリコン基板またはシリコン
    層であることを特徴とする請求項1記載のシリコン酸化
    窒化膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 最下層の上記シリコン酸化膜を熱酸化法
    により形成し、他の上記シリコン酸化膜を化学気相成長
    法により形成するようにしたことを特徴とする請求項1
    記載のシリコン酸化窒化膜の形成方法。
  5. 【請求項5】 プラズマ窒化法により上記窒化を行うよ
    うにしたことを特徴とする請求項1記載のシリコン酸化
    窒化膜の形成方法。
  6. 【請求項6】 熱窒化法により上記窒化を行うようにし
    たことを特徴とする請求項1記載のシリコン酸化窒化膜
    の形成方法。
  7. 【請求項7】 基体上に、少なくとも、第1の密度を有
    する第1のシリコン酸化膜とこの第1のシリコン酸化膜
    上の上記第1の密度より低い第2の密度を有する第2の
    シリコン酸化膜とを含む多層シリコン酸化膜を形成する
    工程と、 上記多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
    を特徴とするシリコン酸化窒化膜の形成方法。
  8. 【請求項8】 上記多層シリコン酸化膜は上記第1のシ
    リコン酸化膜と上記第2のシリコン酸化膜とからなるこ
    とを特徴とする請求項7記載のシリコン酸化窒化膜の形
    成方法。
  9. 【請求項9】 上記多層シリコン酸化膜を窒化すること
    により、少なくとも、第1の窒素濃度を有する第1のシ
    リコン酸化窒化膜とこの第1のシリコン酸化窒化膜上の
    上記第1の窒素濃度より高い第2の窒素濃度を有する第
    2のシリコン酸化窒化膜とを含む多層シリコン酸化窒化
    膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項7記載
    のシリコン酸化窒化膜の形成方法。
  10. 【請求項10】 上記基体はシリコン基板またはシリコ
    ン層であることを特徴とする請求項7記載のシリコン酸
    化窒化膜の形成方法。
  11. 【請求項11】 上記第1のシリコン酸化膜を熱酸化法
    により形成し、上記第2のシリコン酸化膜を化学気相成
    長法により形成するようにしたことを特徴とする請求項
    7記載のシリコン酸化窒化膜の形成方法。
  12. 【請求項12】 プラズマ窒化法により上記窒化を行う
    ようにしたことを特徴とする請求項7記載のシリコン酸
    化窒化膜の形成方法。
  13. 【請求項13】 熱窒化法により上記窒化を行うように
    したことを特徴とする請求項7記載のシリコン酸化窒化
    膜の形成方法。
  14. 【請求項14】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、 上記シリコン酸化窒化膜上のp型不純物含有層とを有す
    る半導体装置において、 上記シリコン酸化窒化膜は、上層ほど窒素濃度が高い複
    数のシリコン酸化窒化膜からなる多層シリコン酸化窒化
    膜であることを特徴とする半導体装置。
  15. 【請求項15】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、 上記シリコン酸化窒化膜上のp型不純物含有層とを有す
    る半導体装置の製造方法において、 上記半導体基体上に上層ほど密度が低い複数のシリコン
    酸化膜からなる多層シリコン酸化膜を形成する工程と、 上記多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 上記多層シリコン酸化膜を窒化するこ
    とにより上層ほど窒素濃度が高い複数のシリコン酸化窒
    化膜からなる多層シリコン酸化窒化膜を形成するように
    したことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製
    造方法。
  17. 【請求項17】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、 上記シリコン酸化窒化膜上のp型不純物含有層とを有す
    る半導体装置において、 上記シリコン酸化窒化膜は、少なくとも、第1の窒素濃
    度を有する第1のシリコン酸化窒化膜とこの第1のシリ
    コン酸化窒化膜上の上記第1の窒素濃度より高い第2の
    窒素濃度を有する第2のシリコン酸化窒化膜とを含む多
    層シリコン酸化窒化膜であることを特徴とする半導体装
    置。
  18. 【請求項18】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜と、 上記シリコン酸化窒化膜上のp型不純物含有層とを有す
    る半導体装置の製造方法において、 上記半導体基体上に、少なくとも、第1の密度を有する
    第1のシリコン酸化膜とこの第1のシリコン酸化膜上の
    上記第1の密度より低い第2の密度を有する第2のシリ
    コン酸化膜とを含む多層シリコン酸化膜を形成する工程
    と、 上記多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 上記多層シリコン酸化膜を窒化するこ
    とにより、少なくとも、第1の窒素濃度を有する第1の
    シリコン酸化窒化膜とこの第1のシリコン酸化窒化膜上
    の上記第1の窒素濃度より高い第2の窒素濃度を有する
    第2のシリコン酸化窒化膜とを含む多層シリコン酸化窒
    化膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項18
    記載の半導体装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート
    絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を含
    むゲート電極とを有する半導体装置において、 上記シリコン酸化窒化膜は、上層ほど窒素濃度が高い複
    数のシリコン酸化窒化膜からなる多層シリコン酸化窒化
    膜であることを特徴とする半導体装置。
  21. 【請求項21】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート
    絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を含
    むゲート電極とを有する半導体装置の製造方法におい
    て、 上記半導体基体上に上層ほど密度が低い複数のシリコン
    酸化膜からなる多層シリコン酸化膜を形成する工程と、 上記多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 上記多層シリコン酸化膜を窒化するこ
    とにより上層ほど窒素濃度が高い複数のシリコン酸化窒
    化膜からなる多層シリコン酸化窒化膜を形成するように
    したことを特徴とする請求項21記載の半導体装置の製
    造方法。
  23. 【請求項23】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート
    絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を含
    むゲート電極とを有する半導体装置において、 上記シリコン酸化窒化膜は、少なくとも、第1の窒素濃
    度を有する第1のシリコン酸化窒化膜とこの第1のシリ
    コン酸化窒化膜上の上記第1の窒素濃度より高い第2の
    窒素濃度を有する第2のシリコン酸化窒化膜とを含む多
    層シリコン酸化窒化膜であることを特徴とする半導体装
    置。
  24. 【請求項24】 半導体基体と、 上記半導体基体上のシリコン酸化窒化膜からなるゲート
    絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上の少なくともp型不純物含有層を含
    むゲート電極とを有する半導体装置の製造方法におい
    て、 上記半導体基体上に、少なくとも、第1の密度を有する
    第1のシリコン酸化膜とこの第1のシリコン酸化膜上の
    上記第1の密度より低い第2の密度を有する第2のシリ
    コン酸化膜とを含む多層シリコン酸化膜を形成する工程
    と、 上記多層シリコン酸化膜を窒化する工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  25. 【請求項25】 上記多層シリコン酸化膜を窒化するこ
    とにより、少なくとも、第1の窒素濃度を有する第1の
    シリコン酸化窒化膜とこの第1のシリコン酸化窒化膜上
    の上記第1の窒素濃度より高い第2のシリコン酸化窒化
    膜とを含む多層シリコン酸化窒化膜を形成するようにし
    たことを特徴とする請求項24記載の半導体装置の製造
    方法。
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