JP2005285809A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高誘電率ゲート絶縁膜5上に、トランジスタの閾値電圧を制御できる仕事関数を有する、金属を含む第1ゲート電極層6を堆積し、第1ゲート電極層6上にドライエッチングで垂直に加工し易い材料からなる第2ゲート電極層7を堆積する。第2ゲート電極層7として、例えば、ポリシリコンまたはシリサイドまたはW,Mo.Tiなどの高融点金属を採用する。そして、第2ゲート電極層7上にSiO2 からなるエッチングマスク9を形成し、エッチングマスク9を用いて第1ゲート電極層6および第2ゲート電極層7をエッチングすることにより、ゲート電極8を形成する。
【選択図】図4
Description
e- + HBr→ H+Br+e- (1)
HfN+xBr→ HfBrx +N (2)
HfN+xBr+O→HfOBrx +N (3)
HfN+xBr→ HfNBrx (4)
従って、エッチングマスクを用いて、第2ゲート電極層、第1ゲート電極層をドライエッチングする際に以下に説明するようにエッチングが進行する。
まず、第2ゲート電極層はドライエッチングによる垂直加工性が容易な材料からなることから、側壁付着物の堆積が抑制されて垂直に加工される。
第2ゲート電極層のドライエッチングによる側壁付着物の堆積が少なく、かつ、第1ゲート電極層の膜厚を小さくできることから、第1ゲート電極層のドライエッチングに伴い堆積する側壁付着物の量は小さくなるため、第1ゲート電極層が垂直に加工される。
を採用する例について説明する。第1ゲート電極層6の膜厚は、例えば20nm程度である。
kF =(3π2 N/V)1/3 [cm-1] (1)
λ =2π/kF [cm] (2)
を採用する例について説明する。第2ゲート電極層7の膜厚は、例えば60nm程度である。
膜の成膜条件を示す。
(2)Ar=40sccm、DCパワー=500W、圧力=0.5Pa、ターゲットTa
)、温度=60℃
、LaO2 、CeO2 、HfSiOx 、HfSiON、HfAlOx などを用いることができる。堆積方法は、CVD法、MOCVD法、ALD法、Layer by LayerDeposition and Anneal法などの高誘電率絶縁物を堆積できる方法が適用できる。
Claims (12)
- 半導体基板上に形成された高誘電率ゲート絶縁膜と、
前記高誘電率ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に形成され、ソースあるいはドレイン領域となる半導体領域と、を有し、
前記ゲート電極は、
前記高誘電率ゲート絶縁膜上に形成され、トランジスタの閾値電圧を制御し得る仕事関数をもつ、金属を含む第1ゲート電極層と、
前記第1ゲート電極層上に形成され、前記第1ゲート電極層よりもドライエッチングによる垂直加工性が容易な材料からなる第2ゲート電極層と
を有する半導体装置。 - 前記第1ゲート電極層は、単一金属、金属窒化物、シリサイド、二元合金、三元合金により形成されている
請求項1記載の半導体装置。 - 前記第2ゲート電極層は、タングステン、モリブデンあるいはチタンを含む金属、またはポリシリコン、シリサイドにより形成されている
請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1ゲート電極層の膜厚は、0.5nm以上50nm以下である
請求項1記載の半導体装置。 - 前記高誘電率ゲート絶縁膜は、少なくともハフニウム、ジルコニウム、ランタノイド元素のいずれかを含む高誘電率絶縁膜により形成されている
請求項1記載の半導体装置。 - 半導体基板上に高誘電率ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記高誘電率ゲート絶縁膜上に、トランジスタの閾値電圧を制御し得る仕事関数をもつ、金属を含む第1ゲート電極層を堆積する工程と、
前記第1ゲート電極層上に、前記第1ゲート電極層よりもドライエッチングによる垂直加工性が容易な材料からなる第2ゲート電極層を堆積する工程と、
前記第2ゲート電極層上にゲート電極パターンをもつエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて、前記第2ゲート電極層、前記第1ゲート電極層をドライエッチングすることにより、ゲート電極に加工する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第2ゲート電極層、前記第1ゲート電極層をドライエッチングする工程において、ハロゲンを含むエッチングガスを用いてドライエッチングする
請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2ゲート電極層、前記第1ゲート電極層をドライエッチングする工程において、圧力が0.1Pa以上5.0Pa以下で、前記半導体基板を搭載する下部電極に印加されるRFバイアスパワーの電力密度が0.06W/cm2 以上0.62W/cm2 以下の条件で行う
請求項7記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1ゲート電極層を堆積する工程において、単一金属、金属窒化物、シリサイド、二元合金、または三元合金を堆積する
請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2ゲート電極層を堆積する工程において、タングステン、モリブデンあるいはチタンを含む金属、またはポリシリコン、シリサイドのいずれかを堆積する
請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1ゲート電極層を堆積する工程において、0.5nm以上50nm以下の膜厚で前記第1ゲート電極層を堆積する
請求項6記載の半導体装置の製造方法。 - 前記高誘電率ゲート絶縁膜を形成する工程において、少なくともハフニウム、ジルコニウム、ランタノイド元素のいずれかを含む高誘電率絶縁膜を形成する
請求項6記載の半導体装置の製造方法。
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