JP2007019400A - Mos構造を有する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】PMOSトランジスタQPはゲート電極GP及びこれとゲート絶縁膜5を介して対峙するN型ウェル31を、NMOSトランジスタQNはゲート電極GN及びこれとゲート絶縁膜5を介して対峙するP型ウェル32を、それぞれ有している。ゲート電極GNは金属層642/多結晶シリコン層63で構成される一方、ゲート電極GPは金属層641/多結晶シリコン層63の積層構造を備えている。金属層642は金属層641よりも薄い。
【選択図】図1
Description
図1は本実施の形態にかかるCMOSトランジスタ501の構造を示す断面図である。CMOSトランジスタ501はPMOSトランジスタQPとNMOSトランジスタQNとを備えている。
図13は本実施の形態にかかるCMOSトランジスタ502の構造を示す断面図である。CMOSトランジスタ502はCMOSトランジスタ501に対して、ゲート電極GPにおいて特徴的な相違がある。
図17及び図18は本実施の形態にかかるCMOSトランジスタ503,504の構造を示す断面図である。但しゲート電極GP,GNの構成を拡大して示しており、図面の煩雑を避けるため、半導体基板1、N型ウェル31、P型ウェル32、層間絶縁膜12、コンタクトプラグ13、配線層14を省略している。
実施の形態1乃至実施の形態3で示された多結晶シリコン層63に代替して、アモルファスシリコン層を採用してもよい。アモルファスシリコンは多結晶シリコンと比較して微細加工が容易であり、CMOSトランジスタの集積化に寄与する。
図19及び図20は、本実施の形態にかかるCMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す断面図である。本実施の形態で示される製造方法は、実施の形態1乃至実施の形態4に示されたCMOSトランジスタの製造工程において採用することができる。以下では図面の煩雑を避けるため、実施の形態1に示されたCMOSトランジスタ501を製造する場合を例にとって説明する。
上記の説明とは逆に、NMOSトランジスタにおけるゲート電極において金属層を採用し、PMOSトランジスタにおいて金属層を採用しない場合も本発明に含まれる。特にゲート絶縁膜として酸化アルミニウム(Al2O3)やシリコン窒化アルミニウム(AlSiN)を採用した場合、NMOSトランジスタにおけるゲート電極に金属層を採用することが望ましい。P型ウェル32の主成分としてシリコンを採用する場合、当該金属層の材料としては、シリコンの伝導帯に近い仕事関数(約4.0eV)を有することが望ましい。かかる仕事関数を有する材料として、チタン(Ti)、ジルコニア(Zr)、バナジウム(V)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、ニオブ(Nb)、窒化タンタル(TaN)、シリコン窒化タンタル(TaSiN)を挙げることができる。
Claims (25)
- 第1半導体層と、
前記第1半導体層上に配置された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に配置された第1金属層及び前記第1金属層上に配置された第3半導体層を有する第1ゲート電極と、
第2半導体層と、
前記第2半導体層上に配置された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に配置されて前記第1金属層よりも薄い第2金属層及び前記第2金属層上に配置された第4半導体層を有する第2ゲート電極と
を備えた、MOS構造を有する半導体装置。 - 前記第3半導体層と前記第4半導体層とは同種の半導体層である、請求項1に記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1金属層と前記第2金属層とは同種の金属層である、請求項1又は請求項2に記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1金属層の厚さは、前記半導体層の厚さの10分の1以下である、請求項2又は請求項3に記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1金属層の厚さは10nm以上であり、前記第2金属層の厚さは3nm未満である、請求項2乃至請求項4のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記半導体層はシリコン/ゲルマニウム/シリコンの積層構造を有する、請求項2乃至請求項5のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記半導体層はアモルファスシリコンである、請求項2乃至請求項6のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1金属層はその一部にシリサイド層を有する、請求項1乃至請求項7のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1半導体層は導電型がN型のシリコンであり、前記第1金属層の仕事関数は約5.1eVである、請求項1乃至請求項8のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1ゲート絶縁膜はハフニウム酸化物である、請求項1乃至請求項9のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1半導体層は導電型がP型のシリコンであり、前記第1金属層の仕事関数は約4.0eVである、請求項1乃至請求項8のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- 前記第1ゲート絶縁膜はアルミニウム窒化物である、請求項1乃至請求項8及び請求項11のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置。
- (a)第1半導体層及び第2半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁膜上に金属層を形成する工程と、
(c)前記第2半導体層の上方の前記金属層を、前記第1半導体層の上方の前記金属層よりも薄くする工程と、
(d)前記金属層及び前記第2半導体層上にゲート電極用半導体層を形成する工程と、
(e)前記金属層及び前記ゲート電極用半導体層をパターニングして、前記第1半導体層の上方において第1ゲート電極を、前記第2半導体層の上方において第2ゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を備えた、MOS構造を有する半導体装置の製造方法。 - 前記金属層はその膜厚方向に沿って組成もしくは含有不純物の少なくともいずれか一方が変化する、請求項13記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記第1半導体層の上方の前記金属層の厚さは、前記ゲート電極用半導体層の厚さの10分の1以下である、請求項13又は請求項14に記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記第1金属層の厚さは10nm以上であり、前記第2金属層の厚さは3nm未満である、請求項13乃至請求項15のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極用半導体層はシリコン/ゲルマニウム/シリコンの積層構造を有する、請求項13乃至請求項16のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極用半導体層はアモルファスシリコンである、請求項13乃至請求項17のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記金属層はその一部にシリサイド層を有し、
前記シリサイド層は、前記工程(c)と(d)の間で実行される、
(f)前記金属層の表面にシリコン層を形成する工程と、
(g)前記シリコン層上にシリサイド用金属層を形成する工程と、
(i)前記シリコン層と前記シリサイド用金属層とから前記シリサイド層を形成する工程と
を有する、請求項13乃至請求項18のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第1半導体層は導電型がN型のシリコンであり、前記金属層の仕事関数は約5.1eVである、請求項13乃至請求項19のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜はハフニウム酸化物である、請求項13乃至請求項20のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記第1半導体層は導電型がP型のシリコンであり、前記金属層の仕事関数は約4.0eVである、請求項13乃至請求項19のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜はアルミニウム窒化物である、請求項13乃至請求項19及び請求項22のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極用半導体層は、不純物を導入しつつ形成された半導体層である、請求項13乃至請求項23のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
- 前記工程(e)の後に実行される、
(x)前記第1ゲート電極をマスクとして前記第1半導体層に、前記第2ゲート電極をマスクとして前記第2半導体層に、それぞれ不純物を導入する工程と、
(y)前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極の上方を覆う遮光膜を形成する工程と、
(z)前記遮光膜の上方からランプアニールする工程と
を備える、請求項13乃至請求項24のいずれか一つに記載のMOS構造を有する半導体装置の製造方法。
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