JP2008288227A5 - - Google Patents

Claims (19)

1. 半導体基板上にＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に前記ＭＩＳトランジスタのゲート電極を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、
   （ａ）前記半導体基板の主面上に、酸化シリコンより高い比誘電率の酸化物から構成される第１層を形成する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後、前記半導体基板の主面を非酸化性雰囲気中で熱処理する工程と、
   （ｃ）前記第１層上に、前記工程（ｂ）直後の第１層中に占める酸素の割合より高い酸化物から構成される第２層を形成する工程と、
   （ｄ）前記第２層上に、酸素が拡散するのを抑制する金属から構成されるキャップ層を形成する工程と、
   （ｅ）前記工程（ｄ）の後、前記半導体基板の主面を熱処理する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記工程（ｃ）では、前記第２層を構成する酸化ハフニウム膜を、酸素原料として水を用いたＡＬＤ法によって、前記第１層上に形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記工程（ｃ）では、前記第２層を構成する酸化アルミニウム膜を、酸素原料として水を用いたＡＬＤ法によって、前記第１層上に形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記工程（ｃ）では、前記第２層を構成する酸化タンタル膜を、酸素原料として水を用いたＡＬＤ法によって、前記第１層上に形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. （ｆ）前記キャップ層をパターニングすることによって、前記キャップ層から構成される前記ゲート電極を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記工程（ｂ）では、前記第１層を緻密化することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記工程（ｅ）では、前記第２層から前記第１層へ酸素を供給することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
8. （ａ）半導体基板上に第１層を形成する工程と、
   （ｂ）前記第１層上に第２層を形成する工程と、
   （ｃ）前記第２層上にキャップ層を形成する工程と、
   （ｄ）前記工程（ａ）〜（ｃ）後に、前記半導体基板の主面を熱処理する工程、
   を有し、
   前記第１及び第２層はＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜を構成しており、
   前記キャップ層は前記ＭＩＳトランジスタのゲート電極を構成しており、
   前記第１層はハフニウムと酸素を含んで構成されており、
   前記第２層はアルミニウムと酸素、または、タンタルと酸素を含んで構成されており、
   前記第２層の膜厚は、前記第１層の膜厚よりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記工程（ｄ）によって、前記第２層から前記第１層に酸素が供給されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、（ｅ）前記半導体基板の主面を非酸化性雰囲気中で熱処理する工程、を更に有することを特徴とする請求項８または９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記工程（ｅ）によって、前記第１層が緻密化されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記工程（ｂ）で形成される前記第２層は、前記工程（ａ）直後の前記第１層中に占める酸素の割合より高い酸化物から構成されることを特徴とする請求項１０または１１の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記工程（ｂ）で、前記第２層はＡＬＤ法によって形成されることを特徴とする請求項８〜１２の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記工程（ａ）で、前記第１層はＡＬＤ法によって形成されることを特徴とする請求項８〜１３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記工程（ａ）前に、（ｆ）前記半導体基板上に酸化シリコン膜を形成する工程、を更に有し、
    前記酸化シリコン膜の膜厚は、前記第１層の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項８〜１４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記第２層の膜厚は、前記酸化シリコン膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記キャップ層は、金属から構成されていることを特徴とする請求項８〜１６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記ＭＩＳトランジスタはｎチャネル型ＭＩＳトランジスタであり、
    前記キャップ層は、窒化タンタル、アルミニウム、チタン、または、タンタルによって構成されていることを特徴とする請求項８〜１６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
19. 前記ＭＩＳトランジスタはｐチャネル型ＭＩＳトランジスタであり、
    前記キャップ層は、ルテニウム、プラチナ、または、ニッケルによって構成されていることを特徴とする請求項８〜１６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。