JP2008243994A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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正人 小山
Masamichi Suzuki
正道 鈴木
Kiyoe Tani
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an amorphous semiconductor device in which an La-Hf-O film eliminating a low dielectric layer in an interface with a semiconductor region is used as a gate insulating film, and to provide a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: In the semiconductor device, an La-Hf-O film added with Si in an amorphous state is used as a gate insulating film. The manufacturing method thereof is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコンを含有し非晶質な絶縁膜ゲートを有する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having an amorphous insulating film gate containing silicon and a method for manufacturing the same.

電子機器に搭載されるシリコン超集積回路は、将来の高度情報化社会を支える基盤技術の一つである。集積回路の高機能化には、その構成要素であるMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、CMOSFET(Complementary MOSFET)等の半導体素子の高性能化が不可欠である。素子の高性能化は、これまで基本的に比例縮小則に沿って行われてきたが、近年のさらなる極微細化による高性能化は、種々の物性的限界により実現が困難であると認識されている。例えば、従来のゲート絶縁膜SiONでは、極微細化による高性能化の要請には応じ得ないと考えられている。そこで、SiONよりも比誘電率の高い、いわゆるHigh−kゲート絶縁膜の導入が検討されている。High−kゲート絶縁膜としては、HfO、HfSiONなどの材料の実用化が近い。しかし、これらのHf系材料は、シリコン基板との界面に、構造的な遷移層を不可避的に形成する。 Silicon super-integrated circuits mounted on electronic devices are one of the fundamental technologies that will support the advanced information society in the future. In order to increase the functionality of integrated circuits, it is essential to improve the performance of semiconductor elements such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) and CMOSFETs (Complementary MOSFETs). Up to now, the performance of devices has basically been performed in accordance with the proportional reduction rule. However, it has been recognized that the performance enhancement by further miniaturization in recent years is difficult to realize due to various physical limitations. ing. For example, it is considered that the conventional gate insulating film SiON cannot meet the demand for high performance by miniaturization. Therefore, introduction of a so-called High-k gate insulating film having a relative dielectric constant higher than that of SiON has been studied. As the high-k gate insulating film, materials such as HfO 2 and HfSiON are practically used. However, these Hf-based materials inevitably form a structural transition layer at the interface with the silicon substrate.

この構造遷移層はHigh−kゲート絶縁膜よりも比誘電率が低い(以下、低誘電率層と呼ぶ)ため、ゲート絶縁膜の実効的な容量を低下させ、牽いては、トランジスタの性能向上を阻害する原因となる。   Since this structural transition layer has a lower relative dielectric constant than the high-k gate insulating film (hereinafter referred to as a low dielectric constant layer), it reduces the effective capacity of the gate insulating film, and improves the transistor performance. It becomes a cause to inhibit.

界面低誘電率層を低減する方法として、La−Al−O膜からなるゲート絶縁膜技術が提案されている(非特許文献1参照)。このLa−Al−O膜であれば、Si基板との界面に低誘電率層が出現されないので、ゲート絶縁膜容量を著しく増加させ、ひいてはトランジスタの継続的な性能向上が可能となると思われる。   As a method for reducing the interface low dielectric constant layer, a gate insulating film technique made of a La—Al—O film has been proposed (see Non-Patent Document 1). With this La—Al—O film, since a low dielectric constant layer does not appear at the interface with the Si substrate, it is considered that the gate insulating film capacity can be remarkably increased, and the transistor performance can be continuously improved.

一方で、La−Hf−Oからなるゲート絶縁膜技術がある(非特許文献2、3、4参照)。非特許文献2では、非特許文献1同様に、シリコン基板との界面に低誘電率層の無い構造が実現できている。しかし、このLa−Hf−O膜は結晶質である。結晶質のゲート絶縁膜は、その内部に包含される結晶粒界に起因した電気的に活性なトラップの発生などにより、トランジスタの動作不安定性、長期信頼性の確保が難しいといわれている。また、結晶の配向の揺らぎなどに起因したトランジスタ特性のばらつきなどが顕在化するといわれている。非特許文献3では、非晶質状態のLa−Hf−Oを実現している。これにより上記結晶質の課題が解決されると思われたが、反面、シリコン基板との界面に低誘電率層が形成される(非特許文献4)。   On the other hand, there is a gate insulating film technology made of La—Hf—O (see Non-Patent Documents 2, 3, and 4). In Non-Patent Document 2, as in Non-Patent Document 1, a structure without a low dielectric constant layer at the interface with the silicon substrate can be realized. However, this La—Hf—O film is crystalline. A crystalline gate insulating film is said to be difficult to ensure the operational instability and long-term reliability of a transistor due to generation of an electrically active trap caused by a grain boundary included in the crystalline gate insulating film. In addition, it is said that variations in transistor characteristics and the like due to fluctuations in crystal orientation become apparent. In Non-Patent Document 3, amorphous La-Hf-O is realized. This seemed to solve the crystalline problem, but on the other hand, a low dielectric constant layer was formed at the interface with the silicon substrate (Non-patent Document 4).

La−Hf−O膜系は、La−Al−O膜と比較して、Hfを用いているために、これまで開発されてきたHigh−kゲート絶縁膜の技術(成膜、エッチング加工など)をより容易に転用できる材料系である。したがって、この材料系で低誘電率層の無い、かつ非晶質のゲート絶縁膜を実現することが望ましい。しかし、低誘電率層が無く、非晶質のLa−Hf−Oゲート絶縁膜をシリコン基板上に形成する技術は存在しなかったものと推定される。
M.Suzuki et al., "Ultra-thin (EOT=3Å) and low leakage dielectrics of La-aluminate directly on Si substrate fabricated by high temperature deposition", 2004 IEDM, p.p.445-448 A.Dimoulas et al., "La2Hf2O7 High-k gate dielectric grown directly on Si(001) by molecular-beam epitaxy", Appl. Phys. Lett.85, p.p.3205-3207 山本ら、「高誘電率(Hf−La−O)三元系酸化物における結晶化温度の増大とMOS特性の向上」、第53回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集 (2006年春)、25a−V−8、p853 Y.Yamamoto et al.,"Vfb Modification by Thin La2O3 Insertion into HfO2/SiO2 Interface", 2006 Int'l Workshop on Dielectric Thin Films for Future ULSI Devices, p.p.65-66
Since the La-Hf-O film system uses Hf as compared with the La-Al-O film, the technology of the high-k gate insulating film that has been developed so far (film formation, etching processing, etc.) Is a material system that can be diverted more easily. Therefore, it is desirable to realize an amorphous gate insulating film without a low dielectric constant layer in this material system. However, it is presumed that there was no technique for forming an amorphous La—Hf—O gate insulating film on a silicon substrate without a low dielectric constant layer.
M. Suzuki et al., "Ultra-thin (EOT = 3Å) and low leakage dielectrics of La-aluminate directly on Si substrate fabricated by high temperature deposition", 2004 IEDM, pp445-448 A.Dimoulas et al., "La2Hf2O7 High-k gate dielectric grown directly on Si (001) by molecular-beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. 85, pp3205-3207 Yamamoto et al., "Increasing crystallization temperature and improving MOS characteristics in ternary oxides with high dielectric constant (Hf-La-O)," Proceedings of the 53rd Joint Conference on Applied Physics (Spring 2006), 25a-V-8, p853 Y. Yamamoto et al., "Vfb Modification by Thin La2O3 Insertion into HfO2 / SiO2 Interface", 2006 Int'l Workshop on Dielectric Thin Films for Future ULSI Devices, pp65-66

前述したように、このLa−Hf−O膜を用いて、低誘電率層の無く、かつ非晶質のゲート絶縁膜を実現することが望ましい。
しかし、La−Hf−O膜を用いたゲート絶縁膜で、非晶質であり且つ低誘電率層の無い構造を実現する技術は、これまで公知な技術として提案されていない。
そこで本発明は、非晶質であり、且つ半導体領域との界面における低誘電率層が排除されたLa−Hf−O膜をゲート絶縁膜として用いた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
As described above, it is desirable to realize an amorphous gate insulating film without a low dielectric constant layer by using this La-Hf-O film.
However, a technique for realizing a structure which is a gate insulating film using a La—Hf—O film and is amorphous and does not have a low dielectric constant layer has not been proposed so far.
Therefore, the present invention provides a semiconductor device using a La—Hf—O film which is amorphous and has a low dielectric constant layer excluded from an interface with a semiconductor region as a gate insulating film, and a method for manufacturing the same. Objective.

本発明に従う実施形態は、半導体基板と、前記半導体基板に離間して形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域およびドレイン領域との間の前記半導体基板上に接して形成され、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有する。   An embodiment according to the present invention is formed on and in contact with a semiconductor substrate, a source region and a drain region formed apart from the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate between the source region and the drain region, La, An insulating film containing Hf, Si, and O and is amorphous, and a gate electrode formed on the insulating film.

さらに、本実施形態は、素子分離層により電気的に分離されたn型素子形成領域とp型素子形成領域を有する半導体基板に形成され、前記p型素子形成領域内で離間して形成されたn型ソース領域及びn型ドレイン領域と、前記第n型ソース領域及びn型ドレイン領域との間の前記p型素子形成領域上に接して形成され、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1のゲート電極とで構成されるn型半導体素子と、前記n型素子形成領域内で離間して形成されたp型ソース領域及びp型ドレイン領域と、前記p型ソース領域及びp型ドレイン領域との間の前記n型素子形成領域上に接して形成され、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2のゲート電極とで構成されるp型半導体素子と、を具備する半導体装置を提供する。   Furthermore, the present embodiment is formed on a semiconductor substrate having an n-type element formation region and a p-type element formation region that are electrically separated by an element isolation layer, and is formed apart from the p-type element formation region. formed on and in contact with the p-type element formation region between the n-type source region and the n-type drain region and the n-type source region and the n-type drain region, and includes La, Hf, Si, and O, and An n-type semiconductor element composed of an amorphous first insulating film and a first gate electrode formed on the first insulating film is separated from the n-type element formation region. A p-type source region and a p-type drain region that are formed, and an n-type element formation region between the p-type source region and the p-type drain region, and includes La, Hf, Si, and O. A second insulating film that is amorphous and the second insulating film To provide a semiconductor device including a p-type semiconductor element composed of a second gate electrode formed on the upper.

また、本実施形態は、半導体基板上に接し、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を熱処理する工程と、前記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を具備する半導体装置の製造方法を提供する。   In addition, the present embodiment includes a step of forming an insulating film that is in contact with a semiconductor substrate and includes La, Hf, Si, and O and is amorphous; a step of heat-treating the insulating film; and And a step of forming a gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

さらに、本実施形態は、Siが露呈する半導体基板上に接し、La、Hf、Oを含み、且つ非晶質である絶縁膜を形成する工程と、熱処理により前記Siを前記絶縁膜内に供給する工程と、前記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を具備する半導体装置の製造方法を提供する。   Further, in the present embodiment, a process of forming an insulating film that is in contact with a semiconductor substrate from which Si is exposed, contains La, Hf, and O, and is amorphous, and supplies Si to the insulating film by heat treatment. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a gate electrode on the insulating film.

本発明によれば、非晶質であり、且つ半導体領域との界面における低誘電率層が排除されたLa−Hf−O膜をゲート絶縁膜として用いた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a semiconductor device using a La—Hf—O film that is amorphous and has a low dielectric constant layer excluded from the interface with a semiconductor region as a gate insulating film, and a method for manufacturing the same are provided. Can do.

図面を参照して本発明に従う実施形態について詳細に説明する。
以下の実施形態の説明に用いる図面は模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる場合があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができるものである。
Embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The drawings used for the description of the following embodiments are schematic diagrams, and shapes, dimensions, ratios, and the like may differ from actual devices. However, these may be appropriately changed in consideration of the following description and known techniques. Is something that can be done.

まず、本実施形態の概要について説明する。
本実施形態は、La−Hf−O系ゲート絶縁膜(以下、La−Hf−O膜と称する)を採用して、非晶質の形態を成し、半導体との界面における低誘電率層を排除した構造の半導体装置を実現する技術である。
First, an outline of the present embodiment will be described.
This embodiment employs a La-Hf-O-based gate insulating film (hereinafter referred to as a La-Hf-O film) to form an amorphous form, and to form a low dielectric constant layer at the interface with the semiconductor. This is a technology for realizing a semiconductor device having an excluded structure.

第1にLa−Hf−O膜に適量のSiを添加することにより、絶縁膜の非晶質構造が維持されることを見出した。通常のLa−Hf−O膜は、750℃で結晶化する性質を有している。しかし、Siが添加されたLa−Hf−O膜は、800℃程度の高温下でも非晶質状態を保つことができる。これは、添加された膜中のSi元素がLa−Hf−O結晶の核形成・成長を阻害した結果と考えられる。   First, it has been found that the amorphous structure of the insulating film is maintained by adding an appropriate amount of Si to the La—Hf—O film. A normal La—Hf—O film has a property of crystallizing at 750 ° C. However, the La—Hf—O film to which Si is added can maintain an amorphous state even at a high temperature of about 800 ° C. This is considered to be a result of the Si element in the added film inhibiting the nucleation / growth of the La—Hf—O crystal.

図1は、約2原子%のSiを含むLa−Hf−O膜(膜厚4〜5nmの薄膜)の内部に含まれる結晶を物理的に評価したXRD(X-ray diffractometry)の検証結果である。図1に示すように、堆積後の熱処理温度400℃、800℃の場合には、Si基板以外の回折ピークはまったく観測されなかった。但し、1000℃ではLaHf結晶由来と思われる回折ピークが観測された。これより、本来750℃程度で結晶化するLa−Hf−O薄膜が、800℃アニールにおいても非晶質の状態を保ったことがわかる。これは、膜中に含有されたSiの作用と思われる。 Fig. 1 shows the results of XRD (X-ray diffractometry) verification, in which crystals contained in a La-Hf-O film (thickness 4-5 nm thin film) containing about 2 atomic percent of Si are physically evaluated. is there. As shown in FIG. 1, when the heat treatment temperatures after deposition were 400 ° C. and 800 ° C., no diffraction peaks other than the Si substrate were observed. However, at 1000 ° C., a diffraction peak believed to be derived from La 2 Hf 2 O 7 crystals was observed. From this, it can be seen that the La—Hf—O thin film originally crystallized at about 750 ° C. maintained an amorphous state even after annealing at 800 ° C. This seems to be an effect of Si contained in the film.

上記検証では、La、Hf、Oからなる成膜ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりSi基板上へのLa−Hf−O膜を堆積させた後に熱処理を行った。La−Hf−O中のSiは、このプロセス過程においてSi基板から供給されたものと推定される。ただし、本実施形態におけるLa−Hf−O膜が非晶質を維持することによる効果は、Si元素がLa−Hf−O結晶の核形成・成長を阻害する機構によると考えられる。このため、La−Hf−O成膜時に意図的にSiを添加することによっても得ることができる。   In the above verification, a heat treatment was performed after depositing a La—Hf—O film on a Si substrate by a laser ablation method using a deposition target made of La, Hf, and O. It is presumed that Si in La—Hf—O is supplied from the Si substrate during this process. However, the effect of maintaining the La—Hf—O film in the present embodiment in an amorphous state is considered to be due to a mechanism in which the Si element inhibits nucleation / growth of the La—Hf—O crystal. Therefore, it can also be obtained by intentionally adding Si at the time of forming the La—Hf—O film.

La−Hf−O膜中のSi量は1%以上であれば、図1に示すような結晶化の抑制効果が発揮される。さらに添加量が多い場合でも結晶化の抑制効果は維持できるが、あまり多量のSiを添加し過ぎると、La−Hf−O膜の高い比誘電率(ε〜25)にたいするSiOの低い比誘電率(ε〜4)の影響が作用し始める。すなわち、Siの添加量が多いほど膜の平均的な比誘電率が低下して、ゲート絶縁膜容量を低下させ、牽いてはトランジスタの動作速度の高速化を阻害する。、Si添加量が10%であれば、平均的な比誘電率は23程度と、その低減率は約一割程度に抑えることが出来る。Si添加量を10%以下に抑制することにより、ゲート絶縁膜容量の著しい低下は起きず、トランジスタ動作速度を阻害するには至らない。 If the amount of Si in the La—Hf—O film is 1% or more, the effect of suppressing crystallization as shown in FIG. 1 is exhibited. Even if the addition amount is large, the effect of suppressing crystallization can be maintained. However, if too much Si is added, the low relative dielectric constant of SiO 2 with respect to the high relative dielectric constant (ε to 25) of the La—Hf—O film. The effect of the rate (ε˜4) begins to work. That is, the greater the amount of Si added, the lower the average relative dielectric constant of the film, thereby lowering the gate insulating film capacitance and hindering the increase in the operation speed of the transistor. When the Si addition amount is 10%, the average relative dielectric constant is about 23, and the reduction rate can be suppressed to about 10%. By suppressing the addition amount of Si to 10% or less, the gate insulating film capacity does not significantly decrease and does not hinder the transistor operation speed.

第2に、プロセス条件の選択によって界面低誘電率層の出現を完全に無くすことができる。鍵となるプロセス条件は、(1)La−Hf−O膜の堆積時の基板温度及び、成膜装置内の酸素分圧、並びに(2)堆積後のLa−Hf−O膜に施す熱処理の雰囲気と処理温度である。   Second, the appearance of the interface low dielectric constant layer can be completely eliminated by selecting the process conditions. The key process conditions are (1) the substrate temperature during the deposition of the La—Hf—O film, the oxygen partial pressure in the film forming apparatus, and (2) the heat treatment applied to the La—Hf—O film after deposition. Atmosphere and processing temperature.

堆積時の基板温度は800℃以上に保つ必要がある。基板温度800℃以上の高温成膜であれば、膜の網目構造は完全性が高くなり、膜中の酸素及び、膜外の酸素の拡散が起き難くなる。これに応じ、堆積後に行う熱処理における界面低誘電率層の形成はおきにくくなる。また、堆積時の成膜室雰囲気において酸素分圧が高い場合には、半導体基板表面が酸化されてしまうため、その酸素分圧は1x10−6Pa以下に抑えなければならない。 The substrate temperature during deposition needs to be maintained at 800 ° C. or higher. If the film is formed at a high temperature of 800 ° C. or higher, the network structure of the film is highly complete, and diffusion of oxygen in the film and oxygen outside the film is difficult to occur. Accordingly, it is difficult to form an interface low dielectric constant layer in the heat treatment performed after deposition. In addition, when the oxygen partial pressure is high in the deposition chamber atmosphere during deposition, the surface of the semiconductor substrate is oxidized, so the oxygen partial pressure must be suppressed to 1 × 10 −6 Pa or less.

一方、堆積時に基板温度800℃未満だと、膜中の原子結合網目構造に不完全な部分が残ってしまう。この結果、後に述べる堆積後熱処理の際に膜中あるいは膜外からの酸素の拡散が生じ、半導体基板、例えばシリコン基板の表面が酸化し、界面低誘電率層が出現する。   On the other hand, if the substrate temperature is lower than 800 ° C. during deposition, an incomplete portion remains in the atomic bond network structure in the film. As a result, in the post-deposition heat treatment described later, oxygen diffuses in or out of the film, the surface of the semiconductor substrate, for example, the silicon substrate is oxidized, and an interface low dielectric constant layer appears.

界面低誘電率層を排除する上で重要なもうひとつのプロセスが、La−Hf−O堆積後に熱処理を施すことである。上述した様に、La−Hf−O膜の堆積時には半導体表面が酸化し難いように酸素分圧を低くして行うため、La−Hf−O膜には若干酸素が不足した部分がある。これを補う目的で堆積後の酸素雰囲気下で熱処理を行う。
その処理温度は、200℃以上950℃以下で行うことが望ましい。より望ましくは200℃以上400℃以下の範囲内で行われるのが良い。処理温度が200℃未満であると若干不足した酸素の補給効果が得られず、950℃より高い温度だと膜の結晶化が発生する。
Another important process in eliminating the interfacial low-k layer is to heat-treat after La—Hf—O deposition. As described above, when the La—Hf—O film is deposited, the oxygen partial pressure is lowered so that the semiconductor surface is not easily oxidized. Therefore, the La—Hf—O film has a portion where oxygen is slightly deficient. In order to compensate for this, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere after deposition.
The treatment temperature is desirably 200 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. More preferably, it is performed within a range of 200 ° C. or more and 400 ° C. or less. If the treatment temperature is less than 200 ° C., the effect of supplementing oxygen that is slightly insufficient cannot be obtained, and if the treatment temperature is higher than 950 ° C., crystallization of the film occurs.

また、堆積後の熱処理工程では、La−Hf−O膜への酸素供給と同時に、半導体表面の酸化が起きて、界面低誘電率層が形成される可能性がある。本実施形態のように高温でLa−Hf−O膜を堆積することにより膜中酸素移動は相対的に起き難くなるものの、ある一定の条件化では有限量の酸素が基板に到達しうるためである。これを避けるために、堆積後の熱処理は、低い温度の方が良い。例えば、400℃以下であれば、界面低誘電率層の生じる可能性はほぼ皆無となり、高い絶縁膜容量の維持が可能になる。尚、堆積後の熱処理の熱処理雰囲気には少なくとも酸素が含まれることが要件であり、例えば、キャリアガスとして不活性ガスを含んでもよい。   Further, in the heat treatment step after the deposition, the semiconductor surface may be oxidized simultaneously with the supply of oxygen to the La—Hf—O film, and an interface low dielectric constant layer may be formed. Although deposition of a La—Hf—O film at a high temperature as in this embodiment makes it relatively difficult for oxygen movement in the film to occur, a finite amount of oxygen can reach the substrate under certain conditions. is there. In order to avoid this, the heat treatment after deposition should be performed at a low temperature. For example, when the temperature is 400 ° C. or lower, there is almost no possibility of formation of an interface low dielectric constant layer, and a high insulating film capacity can be maintained. Note that the heat treatment atmosphere of the heat treatment after deposition is required to contain at least oxygen. For example, an inert gas may be contained as a carrier gas.

図2は、本実施形態で規定するプロセス条件の範囲で成膜したLa−Hf−O膜とSi基板の積層構造を示す図である。
本実施形態で前述した規定プロセス条件として、例えば、堆積時の基板温度800℃、堆積後の熱処理温度400℃において、ゲート絶縁膜となるLa−Hf−O膜を例えば、厚さL[4.4nm]を成膜する。図2は、La−Hf−O膜とSi基板の積層構造を、断面TEM(Transmission electron microscopy)法による原子スケールの分解能で観た観察結果である。ちなみに、この成膜によれば、La−Hf−O内部に約2原子%のSiが存在している。
FIG. 2 is a view showing a laminated structure of a La—Hf—O film formed in the range of process conditions defined in this embodiment and a Si substrate.
As the specified process conditions described in the present embodiment, for example, at a substrate temperature of 800 ° C. during deposition and a heat treatment temperature of 400 ° C. after deposition, a La—Hf—O film serving as a gate insulating film has a thickness L [4. 4 nm] is formed. FIG. 2 shows an observation result of the laminated structure of the La—Hf—O film and the Si substrate, which is observed at the atomic scale resolution by a cross-sectional TEM (Transmission electron microscopy) method. Incidentally, according to this film formation, approximately 2 atomic% of Si is present inside La—Hf—O.

通常の低誘電率層は、TEM観察においては白いコントラストの層として観察される。TEM観察では試料中の重い原子によってより顕著な電子散乱が生じ、その位置に入射した電子ビームが結像に寄与しなくなるため、コントラストが黒くなる。ここで、通常の低誘電率層は主にSiから構成されるので、La,Hfなどの質量の重い元素の存在箇所と比べると、電子ビームが散乱を受けにくく、コントラストが白くなる。本実施形態による図2に示される積層構造には、La−Hf−O膜とSi基板の界面に白いコントラストの層がまったく見いだせない。つまり、本実施形態による成膜条件で、La−Hf−O膜を成膜すれば、界面低誘電率層が出現しないことを確認できる。また、図2から、本実施形態によるLa−Hf−O膜は、上記プロセスを経た後においても非晶質であることが確認される。   A normal low dielectric constant layer is observed as a white contrast layer in TEM observation. In TEM observation, more significant electron scattering occurs due to heavy atoms in the sample, and the electron beam incident on the position does not contribute to imaging, resulting in a black contrast. Here, since the normal low dielectric constant layer is mainly composed of Si, the electron beam is less likely to be scattered and the contrast becomes white as compared with the presence of heavy elements such as La and Hf. In the stacked structure shown in FIG. 2 according to the present embodiment, no white contrast layer can be found at the interface between the La—Hf—O film and the Si substrate. That is, it can be confirmed that if the La—Hf—O film is formed under the film forming conditions according to the present embodiment, the interface low dielectric constant layer does not appear. Further, from FIG. 2, it is confirmed that the La—Hf—O film according to the present embodiment is amorphous even after the above process.

界面に低誘電率層が無いというTEM実験結果に基づく推定をより厳密に確認するために、La−Hf−O膜の物理的な膜厚を変化させてMOSキャパシタを作成し、その電気的な容量値を測定しSiO換算膜厚EOT(Equivalent oxide thickness)を求め、物理膜厚とEOTの関係をプロットしたのが図3である。このプロットを物理膜厚ゼロに外挿したときに、仮にEOTのオフセットが観測されるようならば、それは有限量の界面低誘電率層が形成されていることを意味する。この手法ではTEMでは観測できないほど薄い低誘電率層の存在を確認することが可能である。実験のプロットを外挿するとその直線は原点を通過することが判明した。これは、本実験におけるLa−Hf−O膜とSi基板の界面には構造的な遷移層が存在しないことを意味している。 In order to more strictly confirm the estimation based on the TEM experiment result that there is no low dielectric constant layer at the interface, a MOS capacitor was created by changing the physical film thickness of the La-Hf-O film, and its electrical FIG. 3 shows the relationship between the physical film thickness and EOT, which is obtained by measuring the capacitance value to obtain the SiO 2 equivalent film thickness EOT (Equivalent oxide thickness). If this plot is extrapolated to zero physical film thickness, if an EOT offset is observed, it means that a finite amount of an interface low dielectric constant layer is formed. With this method, it is possible to confirm the existence of a low dielectric constant layer that is too thin to be observed with TEM. Extrapolating the experimental plot revealed that the line passed through the origin. This means that there is no structural transition layer at the interface between the La—Hf—O film and the Si substrate in this experiment.

堆積時基板温度を800℃以上に維持することは、La−Hf−O膜及び半導体と膜との界面特性を向上させる効果があることが分かった。図4aは、堆積温度を500℃又は図4bにおける800℃に設定して成膜したLa−Hf−O膜のMOSキャパシタの容量ー電圧特性である。MOSキャパシタには、n型シリコン基板およびモリブデンゲート電極を用いた。また、この実験においてはLa−Hf−O膜堆積後の熱処理は行っていない。500℃で成膜したMOSキャパシタの場合、ゲート電圧の変化に対して容量が異常な振る舞いを示した。これは、モリブデンやSi基板からLa−Hf−O膜への注入された電荷の膜中とラップによる捕獲、あるいはLa−Hf−O膜とSi基板の界面とラップへの電荷捕獲などが生じた結果とみなすことが出来る。これに対し、本実施形態の800℃成膜条件では、ゲート電圧に応じてSi表面が空乏、蓄積と変化することを示唆する極めてまっとうな容量−電圧特性が得られた。500℃成膜の場合のLa−Hf−O膜中途ラップや界面トラップが著しく低減したことを示唆している。   It has been found that maintaining the substrate temperature during deposition at 800 ° C. or higher has the effect of improving the interface characteristics between the La—Hf—O film and the semiconductor. FIG. 4a is a capacitance-voltage characteristic of the MOS capacitor of the La—Hf—O film formed with the deposition temperature set to 500 ° C. or 800 ° C. in FIG. 4b. For the MOS capacitor, an n-type silicon substrate and a molybdenum gate electrode were used. In this experiment, the heat treatment after the deposition of the La—Hf—O film is not performed. In the case of the MOS capacitor formed at 500 ° C., the capacitance showed an abnormal behavior with respect to the change of the gate voltage. This was caused by trapping of the injected charge from the molybdenum or Si substrate into the La-Hf-O film by trapping or by trapping the interface between the La-Hf-O film and the Si substrate and wrapping. It can be regarded as a result. On the other hand, under the 800 ° C. film forming conditions of this embodiment, a very simple capacitance-voltage characteristic was obtained, which suggests that the Si surface changes with depletion and accumulation according to the gate voltage. This suggests that the La-Hf-O film midway wrap and interface trap in the case of film formation at 500 ° C. are remarkably reduced.

第3に、La/Hf比の設定が重要である。図1〜図4a,図4bに示したような良い性質は、La/Hf比が1近傍で得られることが分かった。これはLa−Hf−O材料系のLaHfが極めて安定な組成比であることが作用していると思われる。すなわち、化合物として安定に存在する組成に近いがゆえに、前記膜中トラップや界面トラップが生じにくく、非晶質の状態であってもその性質が極めて優れていると推定される。この観点から、La/Hf=1がもっとも望ましい。La/Hf比の範囲としては、0.9〜1.1が望ましい。 Third, setting the La / Hf ratio is important. It was found that good properties as shown in FIGS. 1 to 4a and 4b can be obtained when the La / Hf ratio is near 1. This seems to be due to the fact that La 2 Hf 2 O 7 in the La—Hf—O material system has a very stable composition ratio. That is, since it is close to the composition that exists stably as a compound, the traps in the film and the interface traps hardly occur, and it is presumed that the properties are extremely excellent even in an amorphous state. From this viewpoint, La / Hf = 1 is most desirable. The range of La / Hf ratio is preferably 0.9 to 1.1.

本実施形態では、若干量のSiを含むLa−Hf−O膜が半導体、例えばSiと直接接合している。 このような構造では、絶縁膜/Si界面の微視的原子構造が電気的特性に直接反映される。具体的には、La/Hf比が著しく1からずれることにより界面の欠陥密度が増加する。一般に、Al系組成が多くなると界面には負の電荷を持つ欠陥が増加し、La系組成が多くなると界面には正の電荷を持つ欠陥が増加する。これらの余剰電荷が形成されると、MOS構造のフラットバンド電圧Vfbがその理想位置から大きくずれてしまい、トランジスタのしきい値電圧Vthを適正な値に設定することが困難になる。また、界面の余剰電荷はクーロン散乱体となってトランジスタの電流量を低減させ、スイッチングスピードを低下させる。このような問題を回避するために、La/Hf比を0.9〜1.1の範囲に収め、界面の余剰電荷を適正な範囲に収めることが必要である。   In this embodiment, a La—Hf—O film containing a slight amount of Si is directly bonded to a semiconductor, for example, Si. In such a structure, the microscopic atomic structure of the insulating film / Si interface is directly reflected in the electrical characteristics. Specifically, when the La / Hf ratio is significantly deviated from 1, the defect density at the interface increases. In general, when the Al-based composition increases, defects having negative charges increase at the interface, and when the La-based composition increases, defects having positive charges increase at the interface. When these surplus charges are formed, the flat band voltage Vfb of the MOS structure greatly deviates from its ideal position, and it becomes difficult to set the threshold voltage Vth of the transistor to an appropriate value. In addition, surplus charge at the interface becomes a Coulomb scatterer, reducing the current amount of the transistor and lowering the switching speed. In order to avoid such a problem, it is necessary to keep the La / Hf ratio in the range of 0.9 to 1.1 and the surplus charges at the interface within the proper range.

ここで、従来の製造方法では、本実施形態による構造や効果が得られないことについて言及する。
まず、非特許文献2の方法でLa−Hf−Oを成膜すると、膜中にはシリコンの存在については触れられておらず、堆積後にはLaHfの結晶が形成される。非特許文献2のプロセスは膜堆積温度が750〜770℃であり、これが本実施形態との差の一因であると推定される。また、非特許文献2ではシリコン基板との界面に低誘電率層の形成は認められない。しかし、本実施形態で不可欠であった電気的特性改善のための膜堆積後熱処理プロセスは、非特許文献2では実施されていない。
Here, it is mentioned that the conventional manufacturing method cannot obtain the structure and effects according to the present embodiment.
First, when La—Hf—O is formed by the method of Non-Patent Document 2, the presence of silicon is not mentioned in the film, and a crystal of La 2 Hf 2 O 7 is formed after deposition. The process of Non-Patent Document 2 has a film deposition temperature of 750 to 770 ° C., and this is presumed to contribute to the difference from the present embodiment. In Non-Patent Document 2, formation of a low dielectric constant layer is not recognized at the interface with the silicon substrate. However, the post-deposition heat treatment process for improving electrical characteristics, which is indispensable in this embodiment, is not implemented in Non-Patent Document 2.

一方、非特許文献3、4では、成膜温度が常温であった。厳密には、非特許文献3には成膜時の基板温度は開示されていないが、非特許文献4で同じ研究グループより詳しい条件が開示されているから、非特許文献3の実験も同じ条件で行われたと推定される。我々の実験結果に基づけば、La−Hf−O膜が常温で堆積された場合、膜の網目構造の不完全性に起因して、堆積後の熱処理の際に膜中を酸素が拡散してSiの表面が再酸化され、低誘電率層が形成されてしまうと推定される。実際、非特許文献4では厚さ1nmもの界面低誘電率層が形成されている。   On the other hand, in Non-Patent Documents 3 and 4, the film formation temperature was room temperature. Strictly, Non-Patent Document 3 does not disclose the substrate temperature at the time of film formation, but Non-Patent Document 4 discloses more detailed conditions than the same research group. It is estimated that Based on our experimental results, when a La-Hf-O film is deposited at room temperature, oxygen diffuses in the film during the heat treatment after deposition due to imperfection of the network structure of the film. It is estimated that the surface of Si is reoxidized and a low dielectric constant layer is formed. In fact, in Non-Patent Document 4, an interface low dielectric constant layer having a thickness of 1 nm is formed.

次に第1の実施形態に係る半導体装置の一例として、CMOSFETについて説明する。図5には、そのCMOSFETのゲート長方向の断面構成を示している。
このCMOSFETは、シリコン基板1の主面側に、p型ウェル領域2及びn型ウェル領域3が素子分離層4によって電気的に分離されて形成される。素子分離層4は、例えば、SiOなどによって形成される。p型ウェル領域2には、nチャネル(以下、n-chと称する)MISトランジスタが形成され、n型ウェル領域3にはpチャネル(以下、p-chと称する)MISトランジスタが形成されている。
Next, a CMOSFET will be described as an example of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of the CMOSFET in the gate length direction.
This CMOSFET is formed on the main surface side of a silicon substrate 1 by electrically separating a p-type well region 2 and an n-type well region 3 by an element isolation layer 4. The element isolation layer 4 is formed of, for example, SiO 2 . An n-channel (hereinafter referred to as n-ch) MIS transistor is formed in the p-type well region 2, and a p-channel (hereinafter referred to as p-ch) MIS transistor is formed in the n-type well region 3. .

n-chMISトランジスタの構成としては、p型ウェル領域2内に電流通路(チャネル領域)となる距離を空けて両側にn型エクステンション層9が形成され、それらの下層にn型拡散層10が形成される。n型エクステンション層9に両端が掛かり電流通路上にゲート絶縁膜5が形成される。ゲート絶縁膜5上には、ゲート電極6が積層形成され、さらに、ゲート絶縁膜5及びゲート電極6の両側は、それぞれゲート側壁8が形成される。   As a configuration of the n-ch MIS transistor, an n-type extension layer 9 is formed on both sides of the p-type well region 2 at a distance to be a current path (channel region), and an n-type diffusion layer 10 is formed below them. Is done. Both ends of the n-type extension layer 9 are applied to form a gate insulating film 5 on the current path. A gate electrode 6 is stacked on the gate insulating film 5, and gate sidewalls 8 are formed on both sides of the gate insulating film 5 and the gate electrode 6, respectively.

これらのn型拡散層10は、n型エクステンション層9よりもp型ウェル領域2との接合深さが深くなるように構成され、n型拡散層10及びn型エクステンション層9がn-chMISトランジスタのソース・ドレイン領域となる。ここで、ソース・ドレイン領域は、半導体が高濃度にドーピングされた領域であっても良いし、あるいは金属シリサイドであってもよい。   These n-type diffusion layers 10 are configured so that the junction depth with the p-type well region 2 is deeper than that of the n-type extension layer 9, and the n-type diffusion layer 10 and the n-type extension layer 9 are n-ch MIS transistors. Source / drain regions. Here, the source / drain region may be a region where a semiconductor is doped at a high concentration, or may be a metal silicide.

同様に、p-chMISトランジスタは、n型ウェル領域3内に電流通路(チャネル領域)となる距離を空けて両側にp型エクステンション層19が形成され、それらの下層にp型拡散層20が形成される。p型エクステンション層19の両端が掛かり電流通路上にゲート絶縁膜15が形成される。ゲート絶縁膜15上には、ゲート電極16が積層形成され、さらに、ゲート絶縁膜15及びゲート電極16の両側は、それぞれゲート側壁18が形成される。   Similarly, in the p-ch MIS transistor, a p-type extension layer 19 is formed on both sides of the n-type well region 3 at a distance to be a current path (channel region), and a p-type diffusion layer 20 is formed below them. Is done. Both ends of the p-type extension layer 19 are engaged, and the gate insulating film 15 is formed on the current path. A gate electrode 16 is stacked on the gate insulating film 15, and gate sidewalls 18 are formed on both sides of the gate insulating film 15 and the gate electrode 16, respectively.

これらのp型拡散層20は、p型エクステンション層19よりもn型ウェル領域3との接合深さが深くなるように構成され、p型拡散層20及びp型エクステンション層19がp型MISトランジスタのソース・ドレイン領域となる。nチャネルMISトランジスタ及びp-chMISトランジスタは層間絶縁膜24によって覆われている。   These p-type diffusion layers 20 are configured such that the junction depth with the n-type well region 3 is deeper than that of the p-type extension layer 19, and the p-type diffusion layer 20 and the p-type extension layer 19 are p-type MIS transistors. Source / drain regions. The n-channel MIS transistor and the p-ch MIS transistor are covered with an interlayer insulating film 24.

第1の実施形態において、ゲート絶縁膜5、15は、前述したSiが添加されたLa−Hf−O膜であり、非晶質状態である。ゲート絶縁膜5とp型ウェル領域2、ゲート絶縁膜15とn型ウェル領域3は直接接触している。   In the first embodiment, the gate insulating films 5 and 15 are the La—Hf—O films to which Si is added, and are in an amorphous state. The gate insulating film 5 and the p-type well region 2 and the gate insulating film 15 and the n-type well region 3 are in direct contact.

次に、図5乃至図10を参照して第1の実施形態における半導体装置CMOSFETの製造方法について説明する。
図6に示すように、シリコン基板1に素子分離層4を形成する。素子分離層4は、局所酸化法や、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いてもよいし、メサ型でも構わない。素子分離層4を形成した後、通常のイオン注入によりp型ウェル領域2及びn型ウェル領域3をそれぞれに形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device CMOSFET in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the element isolation layer 4 is formed on the silicon substrate 1. The element isolation layer 4 may use a local oxidation method, an STI (Shallow Trench Isolation) method, or a mesa type. After the element isolation layer 4 is formed, the p-type well region 2 and the n-type well region 3 are respectively formed by normal ion implantation.

次に、シリコン基板1の表面にゲート絶縁膜となるSiが添加されたLa−Hf−Oを成膜する。ここでは一例として、前述したレーザーアブレーション法を用いた。まず、素子分離層4、ウェル領域2,3を含むシリコン基板の表面の自然酸化膜を通常のウェットエッチングに除去した後、直ちに成膜装置に装填した。LaHfに組成比が調整され、Siを極僅か含む、この例では、1原子%添加したターゲットを用いている。 Next, La—Hf—O with Si added as a gate insulating film is formed on the surface of the silicon substrate 1. Here, as an example, the laser ablation method described above was used. First, the natural oxide film on the surface of the silicon substrate including the element isolation layer 4 and the well regions 2 and 3 was removed by normal wet etching, and then immediately loaded into the film forming apparatus. In this example, the composition ratio is adjusted to La 2 Hf 2 O 7 and a very small amount of Si is used.

このターゲットにKrFエキシマレーザー(λ=248nm)を照射してシリコン基板1上にレーザーアブレーション成膜を行った。この成膜時の基板温度は、800℃に保持され、プロセスガス雰囲気の酸素分圧は1x10−6Pa以下に保持されていた。ゲート絶縁膜の形成はレーザーアブレーションに限定されるわけではなく、分子ビームエピタキシー法、スパッタリング法など、ほかの方法でもよい。ただし、レーザーアブレーション法ではターゲットの組成が堆積された薄膜の組成に限りなく近くなるという特性を有するため、組成制御が鍵となる本実施形態の製造方法として好ましい。 This target was irradiated with a KrF excimer laser (λ = 248 nm) to form a laser ablation film on the silicon substrate 1. The substrate temperature during the film formation was maintained at 800 ° C., and the oxygen partial pressure in the process gas atmosphere was maintained at 1 × 10 −6 Pa or less. The formation of the gate insulating film is not limited to laser ablation, and other methods such as molecular beam epitaxy and sputtering may be used. However, since the laser ablation method has a characteristic that the composition of the target becomes as close as possible to the composition of the deposited thin film, it is preferable as the manufacturing method of the present embodiment where composition control is the key.

次に、堆積したゲート絶縁膜5(15)の高品質化を目的とした熱処理を施す。一例として、酸素がわずかに添加された窒素雰囲気で、例えば400℃、30分の熱処理を施した。雰囲気には酸素が含まれていることが不可欠であり、酸素は分子状酸素、原子状酸素、励起状態の酸素、NO、NO、オゾン等でもよく、特には限定されない。温度は200℃以上〜950℃以下で行われることが好ましく、より好ましくは400℃以下である。 Next, heat treatment for the purpose of improving the quality of the deposited gate insulating film 5 (15) is performed. As an example, heat treatment was performed, for example, at 400 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to which oxygen was slightly added. It is essential that the atmosphere contains oxygen. The oxygen may be molecular oxygen, atomic oxygen, excited state oxygen, N 2 O, NO, ozone, or the like, and is not particularly limited. The temperature is preferably 200 ° C. or more and 950 ° C. or less, more preferably 400 ° C. or less.

これは、図7に示すように、温度0℃から400℃までは、堆積後の熱処理による著しい絶縁膜容量の低下が起きない状態となるためである。絶縁膜容量の低下は、トランジスタの電流量を低減させ、スイッチングスピードの低減を引き起こす一因ともなる。   This is because, as shown in FIG. 7, when the temperature is from 0 ° C. to 400 ° C., the insulation film capacity is not significantly reduced by the heat treatment after deposition. The decrease in the insulating film capacitance is a cause of reducing the current amount of the transistor and causing a reduction in switching speed.

ここで、La−Hf−O膜中のSiがプロファイルを持っていてもよく、中央領域に対してゲート電極側で濃度が高くなっていると良い。Si濃度が高くなることで、絶縁膜とゲート電極の界面の反応性が下がり、高温工程後でも安定した特性を期待できる。これは、化学的に反応性の高いLa、Hfなどに対し、相対的に反応性の低いSiを混合させることによる効果である。   Here, Si in the La—Hf—O film may have a profile, and the concentration is preferably higher on the gate electrode side than the central region. By increasing the Si concentration, the reactivity of the interface between the insulating film and the gate electrode is lowered, and stable characteristics can be expected even after a high temperature process. This is an effect obtained by mixing Si having relatively low reactivity with La, Hf, etc. having high chemical reactivity.

また、中央領域に対してシリコン基板1との接合面側でLa−Hf−O膜のSi濃度が高くなっていることが望ましい。La,Hfと酸素の結合はイオン性の高い結合であり、それ自体が分極を有しているためトランジスタのチャネルを移動する電子、正孔などを散乱する源になる。これによりトランジスタの駆動電流が低下し、スイッチングスピードが低下する恐れがある。Si基板側でSi濃度が高くなることによってこのLa,Hfイオン分極起因の散乱体が少なくなりトランジスタのスピードが向上することが期待されるためである。ただし10%を超えるSiが添加されると著しい比誘電率の低減が生じ、図3で根拠を示したような直接接合の薄膜化スケーリングのメリットが失われてしまう。   Further, it is desirable that the Si concentration of the La—Hf—O film is higher on the side of the bonding surface with the silicon substrate 1 than in the central region. The bond between La, Hf and oxygen is a highly ionic bond, and itself has a polarization, so that it becomes a source for scattering electrons, holes, etc. that move through the channel of the transistor. As a result, the driving current of the transistor is lowered, and the switching speed may be lowered. This is because an increase in Si concentration on the Si substrate side is expected to reduce the number of scatterers due to La and Hf ion polarization and improve the transistor speed. However, if Si exceeding 10% is added, the relative dielectric constant is remarkably reduced, and the merit of thinning scaling for direct bonding as shown in FIG. 3 is lost.

図8は、La−Hf−O(Si添加)/Si積層構造のラザフォード後方散乱による元素プロファイル分析結果であり、La−Hf−O膜のSi基板側、ゲート電極側で濃度が高くなるようなSiプロファイルが実際に作成可能であることを示している。このプロファイルは、所謂、マルチターゲットタイプの成膜装置において、例えばLa−Hf−OターゲットとSiターゲットを同時放電させて同時堆積することで実現することが可能である。各ターゲットへの印加電力を調整し、成膜の初期段階ではSiを多めに添加するべくSiターゲットの電力を高め、Siを相対的に多く含むLa−Hf−O膜が形成されたのちにSiターゲットの電力を弱く設定し膜中のSi濃度を下げ、その後再びSiターゲットの電力を強めて成膜することにより、Si基板側およびゲート電極側のSi濃度を高く設定することが可能である。   FIG. 8 is an element profile analysis result by Rutherford backscattering of a La—Hf—O (Si addition) / Si laminated structure, in which the concentration increases on the Si substrate side and the gate electrode side of the La—Hf—O film. It shows that the Si profile can actually be created. This profile can be realized by simultaneously depositing, for example, a La—Hf—O target and a Si target in a so-called multi-target type film forming apparatus. The power applied to each target is adjusted, and in the initial stage of film formation, the power of the Si target is increased so as to add a larger amount of Si, and a La—Hf—O film containing a relatively large amount of Si is formed. The Si concentration on the Si substrate side and the gate electrode side can be set high by setting the power of the target weak and lowering the Si concentration in the film, and then increasing the power of the Si target again to form the film.

図8に示すプロファイルからは、La−Hf−O膜のほとんどの領域において、LaとHfの比率がほぼ1:1であることも分かる。これは、ターゲットそのものの組成が堆積膜の組成に反映されやすいレーザーアブレーション法の特色であり、また、Siの添加がLa−Hf−O膜のLa/Hf比に影響を与えにくいことをも示している。   From the profile shown in FIG. 8, it can also be seen that the ratio of La to Hf is approximately 1: 1 in most regions of the La—Hf—O film. This is a feature of the laser ablation method in which the composition of the target itself is easily reflected in the composition of the deposited film, and also shows that the addition of Si hardly affects the La / Hf ratio of the La—Hf—O film. ing.

その後、既存の成膜技術を用いて、La−Hf−O膜上にゲート電極となる単層又は多層の導電膜を形成する。ここでは、一例としてnチャネルMISトランジスタ用にタンタルカーバイドを、p-chMISトランジスタ用にタングステンをそれぞれCVDにより10nm成膜し、その上部にチタンナイトライドをCVDにより10nm成膜し、その上部に多結晶シリコン層を減圧CVDにより50nm成膜した。   Thereafter, a single-layer or multilayer conductive film to be a gate electrode is formed over the La—Hf—O film by using an existing film formation technique. Here, as an example, a tantalum carbide film for an n-channel MIS transistor and a tungsten film for a p-ch MIS transistor are formed to a thickness of 10 nm by CVD, and a titanium nitride film is formed to a thickness of 10 nm by CVD. A silicon layer was deposited to 50 nm by low pressure CVD.

nチャネルMISトランジスタ用には、タンタルシリサイド、窒化タンタルシリサイド、窒化チタンシリサイド、タングステンシリサイド、窒化タングステンシリサイド等を用いることができる。また、p-chMISトランジスタ用には、ルテニウム、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、白金、白金イリジウムなどを用いることができる。また、ゲート電極界面近傍のLa−Hf−O膜のSi濃度が高いことが、これらゲート電極との界面反応抑制につながる。   For the n-channel MIS transistor, tantalum silicide, tantalum nitride silicide, titanium nitride silicide, tungsten silicide, tungsten nitride silicide, or the like can be used. For p-ch MIS transistors, ruthenium, titanium nitride, titanium aluminum nitride, platinum, platinum iridium, or the like can be used. In addition, the high Si concentration of the La—Hf—O film in the vicinity of the gate electrode interface leads to suppression of the interface reaction with these gate electrodes.

引き続き、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行い、異方性エッチングにより不要な膜を削除し、それぞれゲート電極6、16を形成する。さらに、ゲート電極を用いて自己整合的に、リンとボロンのイオン注入によりn型及びp型MISトランジスタの高不純物濃度の浅いエクステンション層9,19を形成する。エクステンション層9,19の形成には、選択エピタキシャル成長法を用いデバイス特性としても短チャンネル効果の抑制が可能であるエレベート型ソース・ドレイン構造を用いてもよい。また、エレベート型ソース・ドレイン構造の形成の際に、同時に不純物を導入してもよい。   Subsequently, patterning is performed by photolithography, unnecessary films are removed by anisotropic etching, and gate electrodes 6 and 16 are formed, respectively. Further, shallow extension layers 9 and 19 of high impurity concentration of n-type and p-type MIS transistors are formed by ion implantation of phosphorus and boron in a self-aligning manner using the gate electrode. The extension layers 9 and 19 may be formed using an elevated source / drain structure that can suppress the short channel effect as a device characteristic by using a selective epitaxial growth method. Further, impurities may be introduced simultaneously with the formation of the elevated source / drain structure.

次に、ゲート電極とソース・ドレイン領域の絶縁のための側壁8、18を形成する。先ほどよりも大きな加速電圧によりリン及びボロンのイオン注入を行い、深い拡散層10、20を形成する。ここまでの工程で、ソース・ドレインの活性化プロセス温度としては、ゲート絶縁膜5、15が結晶化しない温度、例えば900℃で行う。   Next, sidewalls 8 and 18 for insulating the gate electrode and the source / drain regions are formed. The deep diffusion layers 10 and 20 are formed by ion implantation of phosphorus and boron with a larger acceleration voltage than before. In the steps so far, the activation process temperature of the source / drain is a temperature at which the gate insulating films 5 and 15 are not crystallized, for example, 900 ° C.

また、ソース・ドレインの活性化プロセス条件としては、フラッシュランプアニール、レーザーアニールなどを用いることができる。これらによれば、より短時間の処理で半導体中不純物の活性化を実現できるので、ゲート電極/絶縁膜/半導体構造の耐熱性を維持しやすくなる。   As the activation process conditions for the source / drain, flash lamp annealing, laser annealing, or the like can be used. According to these, since the activation of impurities in the semiconductor can be realized in a shorter time, it becomes easy to maintain the heat resistance of the gate electrode / insulating film / semiconductor structure.

その後、減圧CVDにより層間絶縁膜7となるシリコン酸化膜を堆積し、CMP(chemical mechanical planarization)によりゲート電極の上端を露出させたのち、スパッタ法などによりニッケル層を50nm成膜する。その後、500℃の低温熱処理を行うことで、ニッケルと多結晶Siの界面領域からシリサイドが形成されNiSiが形成する。ここで、本実施例においては多結晶Siが全てシリサイドへと変換されている。もちろん、Niの膜厚をより薄くすることで多結晶Siの一部をシリサイド化するにとどめても良い。この後、硫酸と過酸化水素水の混合溶液などで未反応のNiを除去する。 Thereafter, a silicon oxide film to be the interlayer insulating film 7 is deposited by low pressure CVD, the upper end of the gate electrode is exposed by CMP (chemical mechanical planarization), and then a nickel layer is formed to a thickness of 50 nm by sputtering or the like. Thereafter, by performing a low-temperature heat treatment at 500 ° C., silicide is formed from the interface region between nickel and polycrystalline Si to form Ni 2 Si. Here, in this embodiment, all the polycrystalline Si is converted into silicide. Of course, a part of the polycrystalline Si may be silicidized by making the Ni film thinner. Thereafter, unreacted Ni is removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution.

以上説明した製造工程により、図5に示す構造のCMOSFET半導体装置が作成される。本実施形態の半導体装置の構造では、ゲート絶縁膜5とp型ウェル領域2、ゲート絶縁膜15とn型ウェル領域3は界面低誘電率層を挟まずに直接接触している。このため、絶縁膜容量を極めて高い値に設定することが可能であり、トランジスタの電流駆動力が高くなる。また、ゲート絶縁膜5、15は非晶質なので、膜中に電気的活性な欠陥などが少なく、トランジスタの動作が安定し、信頼性が高くなる。また、非晶質ゆえにトランジスタ素子間の閾値電圧のばらつきなど、特性の揺らぎが少ない。   Through the manufacturing process described above, the CMOSFET semiconductor device having the structure shown in FIG. 5 is produced. In the structure of the semiconductor device of this embodiment, the gate insulating film 5 and the p-type well region 2 and the gate insulating film 15 and the n-type well region 3 are in direct contact without interposing a low interface dielectric layer. For this reason, it is possible to set the insulating film capacitance to an extremely high value, and the current driving capability of the transistor is increased. Further, since the gate insulating films 5 and 15 are amorphous, there are few electrically active defects in the film, and the operation of the transistor is stabilized and the reliability is increased. In addition, since it is amorphous, fluctuations in characteristics such as variations in threshold voltage between transistor elements are small.

次に、第1の実施形態における変形例について説明する。
前述した第1の実施形態では、ゲート絶縁膜及びゲート電極の加工を行った後に、不純物を導入してソース・ドレイン領域を形成する工程であった。これと違う製造工程(製造方法)を採用しても、図5に示す構造の半導体装置を作成することができる。
Next, a modification of the first embodiment will be described.
In the first embodiment described above, the source / drain regions are formed by introducing impurities after the gate insulating film and the gate electrode are processed. Even if a different manufacturing process (manufacturing method) is employed, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 5 can be produced.

所謂、リプレースメントゲートによるトランジスタの作成方法である。多結晶シリコンなどからなるダミーゲートを用いて、自己整合的にソース・ドレイン領域を形成する。この際、ソース・ドレイン領域の形成は、1000℃以上の高温で行われる。その後、ダミーゲートをウェットエッチング又は、ドライエッチング等の既存の製造方法により除去し、図9に示すような構造を作製する。   This is a method of creating a transistor by a so-called replacement gate. Source / drain regions are formed in a self-aligned manner using a dummy gate made of polycrystalline silicon or the like. At this time, the source / drain regions are formed at a high temperature of 1000 ° C. or higher. Thereafter, the dummy gate is removed by an existing manufacturing method such as wet etching or dry etching to produce a structure as shown in FIG.

ここで、溝21の内部に改めて、第1の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する。例えば、化学気相法、原子層堆積法など、段差被覆性の良い手法によってSiがわずかに添加されたLa−Hf−Oを成膜する。もちろん、先に示したレーザーアブレーションなどの方法を用いても構わない。さらに、前述した第1の実施形態と同様な堆積後の熱処理を施すことにより、図10に示す構造となる。   Here, a gate insulating film and a gate electrode are formed again inside the trench 21 as in the first embodiment. For example, a film of La—Hf—O with a slight addition of Si is formed by a method with good step coverage such as a chemical vapor deposition method or an atomic layer deposition method. Of course, the above-described method such as laser ablation may be used. Furthermore, the structure shown in FIG. 10 is obtained by performing post-deposition heat treatment similar to that of the first embodiment described above.

引き続き、図11に示すように、n-chMISトランジスタにはn-chMISトランジスタ用ゲート電極6a、例えば窒素を添加したハフニウムシリサイドを形成する。また、p-chMISトランジスタには、p-chMISトランジスタ用ゲート電極16a、例えばニッケルリッチなニッケルシリサイドをゲート電極として形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 11, an n-ch MIS transistor gate electrode 6a, for example, hafnium silicide to which nitrogen is added is formed in the n-ch MIS transistor. In addition, a p-ch MIS transistor gate electrode 16a, for example, nickel-rich nickel silicide is formed as a gate electrode in the p-ch MIS transistor.

他にも、n-chMISトランジスタのゲート電極には、希土類金属のシリサイド(ハフニウムシリサイド、エルビウム・イットリウム等)、金属のシリサイド(チタンシリサイド・ジルコニウム・タンタル等)、金属のシリサイドに窒素を添加した窒化金属シリサイド、タンタルカーバイド・タンタルナイトライド、及び、これらにエルビウムなどからなる希土類金属を添加した合金、等を用いることができる。   In addition, the gate electrode of the n-ch MIS transistor has a rare earth metal silicide (hafnium silicide, erbium, yttrium, etc.), a metal silicide (titanium silicide, zirconium, tantalum, etc.), and a nitridation obtained by adding nitrogen to the metal silicide. Metal silicide, tantalum carbide / tantalum nitride, and alloys obtained by adding a rare earth metal such as erbium to these can be used.

また、p-chMISトランジスタのゲート電極には、白金族元素(白金・イリジウム・ルテニウム・パラジウム・オスミウム等)、白金族元素どうしの合金あるいはシリサイド、ルテニウム及び、イリジウムの酸化物、SrRuO、金・銀、窒化チタンアルミニウム、タングステン及びその窒化物、モリブデン及びその窒化物あるいは酸化物等を用いることができる。   The gate electrode of the p-ch MIS transistor has platinum group elements (platinum, iridium, ruthenium, palladium, osmium, etc.), alloys or silicides of platinum group elements, oxides of ruthenium and iridium, SrRuO, gold and silver. Aluminum aluminum nitride, tungsten and nitride thereof, molybdenum and nitride or oxide thereof can be used.

さらに、図11に示す構造に対して、全面上にタングステン等の金属薄膜を、例えばCVD法によって被覆性よく堆積する。その後、CMPなどによりデバイス平坦化を実施することにより、図5に示した構造の半導体装置を得ることができる。   Furthermore, a metal thin film such as tungsten is deposited on the entire surface of the structure shown in FIG. Thereafter, device planarization is performed by CMP or the like, whereby the semiconductor device having the structure shown in FIG. 5 can be obtained.

本変形例では、ゲート絶縁膜及びゲート電極の堆積後に、1000℃あまりにも達するトランジスタ形成のための高温工程がないため、両構造の熱的な安定性に対する危惧が少なくて済む。第1の実施形態のように、900℃熱処理工程が必要な場合、特にゲート電極/ゲート絶縁膜界面の安定性に起因して不良発生の確率が高くなる可能性がある。本変形例では、ゲート電極/ゲート絶縁膜界面形成後には、たかだか500℃以下の熱プロセスしか必要ない。従って、変形例には、500℃程度に耐える金属材料、例えば窒素添加ハフニウムシリサイド、ニッケルリッチなニッケルシリサイドなどを用いることができる。これらの材料は仕事関数がシリコンバンドエッジに近いためトランジスタのしきい値電圧を低くできる。この変形例であれば、原理的な耐熱性不良の懸念無くこれらの低閾値ゲート電極材料を用いることが可能となる
以上説明したように、本実施形態によれば、大きな電流駆動力を有し、リーク電流が少ない半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
In this modification, there is no high-temperature process for forming a transistor that reaches 1000 ° C. after deposition of the gate insulating film and the gate electrode, so that there is less concern about the thermal stability of both structures. When a 900 ° C. heat treatment step is required as in the first embodiment, the probability of occurrence of a defect may be increased particularly due to the stability of the gate electrode / gate insulating film interface. In this modification, only a thermal process of 500 ° C. or less is required after the formation of the gate electrode / gate insulating film interface. Accordingly, a metal material that can withstand about 500 ° C., for example, nitrogen-added hafnium silicide, nickel-rich nickel silicide, or the like can be used in the modification. Since these materials have a work function close to the silicon band edge, the threshold voltage of the transistor can be lowered. With this modification, it is possible to use these low threshold gate electrode materials without fear of a fundamental heat resistance failure. As described above, according to the present embodiment, the material has a large current driving force. A semiconductor device with little leakage current and a manufacturing method thereof can be provided.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に
記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に
開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜、組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously. In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment as necessary.

本発明に係る実施形態のLa−Hf−O膜の結晶化挙動を調べたXRDの評価結果を示す図である。It is a figure which shows the evaluation result of XRD which investigated the crystallization behavior of the La-Hf-O film | membrane of embodiment which concerns on this invention. 本実施形態のLa−Hf−O膜とシリコン基板の界面低誘電率層の有無を調べた断面TEMの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the cross section TEM which investigated the presence or absence of the interface low dielectric constant layer of the La-Hf-O film | membrane of this embodiment, and a silicon substrate. 本実施形態のLa−Hf−O膜とシリコン基板の界面低誘電率層の有無を調べた物理膜厚とSiO換算膜厚の関係の一例を示す図である。Is a diagram illustrating an example of the embodiment of the La-Hf-O film and the physical thickness and SiO 2 equivalent thickness relationship was examined whether the surface a low dielectric constant layer of the silicon substrate. 図4aは、本実施形態の堆積温度を500℃で成膜したLa−Hf−O膜のMOSキャパシタの容量と電圧との関係を示す図である。FIG. 4 a is a diagram showing the relationship between the capacitance and voltage of the MOS capacitor of the La—Hf—O film formed at a deposition temperature of 500 ° C. in this embodiment. 図4bは、本実施形態の堆積温度を800℃で成膜したLa−Hf−O膜のMOSキャパシタの容量と電圧との関係を示す図である。FIG. 4 b is a diagram showing the relationship between the capacitance and voltage of the MOS capacitor of the La—Hf—O film formed at a deposition temperature of 800 ° C. in this embodiment. 第1の実施形態によるCMOSFETの断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of CMOSFET by 1st Embodiment. 第1の実施形態によるCMOSFETの製造工程について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of CMOSFET by 1st Embodiment. 第1の実施形態における絶縁膜堆積後の熱処理温度に対するSiO換算膜厚変化を示す一例である。It is an example showing the SiO 2 equivalent thickness change with respect to the heat treatment temperature after the insulating film is deposited in the first embodiment. La−Hf−O内部のSi分布を調べたラザフォード後方散乱法の結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of the Rutherford backscattering method which investigated Si distribution inside La-Hf-O. 第1の実施形態の変形例によるCMOSFETの製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of CMOSFET by the modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例によるCMOSFETの製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of CMOSFET by the modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例によるCMOSFETの製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of CMOSFET by the modification of 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板、2…p型ウェル領域、3…n型ウェル領域、4…素子分離層、5、15…Si添加La−Hf−O膜(ゲート絶縁層)、6,16…ゲート電極、6a…n-chMISトランジスタ用ゲート電極、7…層間絶縁膜、8、18…ゲート側壁、9,19…エクステンション層、10…拡散層、16a…p-chMISトランジスタ用ゲート電極、20…拡散層、21…溝。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... p-type well region, 3 ... n-type well region, 4 ... Element isolation layer, 5, 15 ... Si addition La-Hf-O film (gate insulating layer), 6, 16 ... Gate electrode, 6a ... gate electrode for n-ch MIS transistor, 7 ... interlayer insulating film, 8, 18 ... gate sidewall, 9, 19 ... extension layer, 10 ... diffusion layer, 16a ... gate electrode for p-ch MIS transistor, 20 ... diffusion layer, 21 ... Groove.

Claims (15)

半導体基板と、
前記半導体基板に離間して形成されたソース領域およびドレイン領域と、
前記ソース領域およびドレイン領域との間の前記半導体基板上に接して形成され、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A source region and a drain region formed separately from the semiconductor substrate;
An insulating film formed on and in contact with the semiconductor substrate between the source region and the drain region, and including La, Hf, Si, O, and amorphous;
A gate electrode formed on the insulating film;
A semiconductor device comprising:
前記絶縁膜中におけるLa/Hf比が0.9以上1.1以下であり、
前記絶縁膜中における前記Siの濃度が1原子%以上10原子%以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The La / Hf ratio in the insulating film is 0.9 or more and 1.1 or less,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the Si concentration in the insulating film is not less than 1 atomic% and not more than 10 atomic%.
前記絶縁膜の厚さ方向において、前記Siの濃度は、前記半導体基板側が中央領域に比べて高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the thickness direction of the insulating film, the concentration of the Si is higher on the semiconductor substrate side than on the central region. 前記絶縁膜の厚さ方向において、前記Siの濃度は、前記ゲート電極側が中央領域に比べて高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the thickness direction of the insulating film, the concentration of Si is higher on the gate electrode side than on a central region. 素子分離層により電気的に分離されたn型素子形成領域とp型素子形成領域を有する半導体基板に形成され、
前記p型素子形成領域内で離間して形成されたn型ソース領域及びn型ドレイン領域と、 前記第n型ソース領域及びn型ドレイン領域との間の前記p型素子形成領域上に接して形成され、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第1のゲート電極とで構成されるn型半導体素子と、
前記n型素子形成領域内で離間して形成されたp型ソース領域及びp型ドレイン領域と、 前記p型ソース領域及びp型ドレイン領域との間の前記n型素子形成領域上に接して形成され、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成された第2のゲート電極とで構成されるp型半導体素子と、を具備することを特徴とする半導体装置。
Formed on a semiconductor substrate having an n-type element formation region and a p-type element formation region electrically separated by an element isolation layer;
In contact with the p-type element formation region between the n-type source region and the n-type drain region formed separately in the p-type element formation region, and the n-type source region and the n-type drain region An n-type semiconductor formed of a first insulating film that is formed and contains La, Hf, Si, and O and is amorphous, and a first gate electrode formed on the first insulating film Elements,
Formed in contact with the n-type element formation region between the p-type source region and the p-type drain region and the p-type source region and the p-type drain region formed separately in the n-type element formation region. A p-type semiconductor element comprising: a second insulating film that includes La, Hf, Si, and O and is amorphous; and a second gate electrode formed on the second insulating film. A semiconductor device comprising:
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の各膜中におけるLa/Hf比が0.9以上1.1以下であり、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の各膜中における前記Siの濃度が1原子%以上10原子%以下であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The La / Hf ratio in each of the first insulating film and the second insulating film is 0.9 or more and 1.1 or less,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein a concentration of the Si in each of the first insulating film and the second insulating film is 1 atomic% or more and 10 atomic% or less.
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の各膜の厚さ方向において、前記Siの濃度は、前記半導体基板側が中央領域に比べて高いことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor according to claim 5, wherein in the thickness direction of each of the first insulating film and the second insulating film, the concentration of Si is higher on the semiconductor substrate side than on the central region. apparatus. 前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の各膜の厚さ方向において、前記Siの濃度は、前記ゲート電極側が中央領域に比べて高いことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor according to claim 5, wherein in the thickness direction of each of the first insulating film and the second insulating film, the Si concentration is higher on the gate electrode side than on the central region. apparatus. 半導体基板上に接し、La、Hf、Si、Oを含み、且つ非晶質である絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を熱処理する工程と、
前記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating film in contact with the semiconductor substrate, including La, Hf, Si, and O, and amorphous;
Heat-treating the insulating film;
Forming a gate electrode on the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記絶縁膜を形成する工程の前に、前記半導体基板上の自然酸化膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step of removing a natural oxide film on the semiconductor substrate before the step of forming the insulating film. Siが露呈する半導体基板上に接し、La、Hf、Oを含み、且つ非晶質である絶縁膜を形成する工程と、
熱処理により前記Siを前記絶縁膜内に供給する工程と、
前記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming an insulating film in contact with a semiconductor substrate to which Si is exposed, including La, Hf, and O, and being amorphous;
Supplying the Si into the insulating film by heat treatment;
Forming a gate electrode on the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記絶縁膜を形成する工程において、
前記半導体基板は800℃以上、950℃未満の温度であることを特徴とする請求項9又は請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the insulating film,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor substrate has a temperature of 800 ° C. or higher and lower than 950 ° C.
前記絶縁膜を形成する工程において、
その雰囲気の酸素分圧は1x10−6Pa以下であることを特徴とする請求項9又は請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the insulating film,
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein an oxygen partial pressure in the atmosphere is 1 × 10 −6 Pa or less.
前記絶縁膜を形成する工程において、
前記絶縁膜はレーザーアブレーション法で成膜されることを特徴とする請求項9又は請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the insulating film,
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the insulating film is formed by a laser ablation method.
前記Siを絶縁膜内に供給する工程において、
前記半導体基板の温度は200℃以上400℃以下であり、かつその雰囲気は酸素を含むことを特徴とする請求項9又は請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of supplying Si into the insulating film,
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the temperature of the semiconductor substrate is 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, and the atmosphere thereof contains oxygen.
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