JP2009071319A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート絶縁膜を酸窒化シリコン膜で構成する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technique effectively applied to a semiconductor integrated circuit device in which a gate insulating film of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) is formed of a silicon oxynitride film.
MISFET(電界効果トランジスタ)の低電圧動作を実現するためには、MISFETの微細化に比例してゲート酸化膜を薄くする必要がある。しかし、ゲート酸化膜の膜厚が薄くなると、膜を貫通して流れる直接トンネル電流が増加し、低消費電力化の観点から無視できない程度のゲートリーク電流が発生する。 In order to realize the low voltage operation of the MISFET (field effect transistor), it is necessary to make the gate oxide film thinner in proportion to the miniaturization of the MISFET. However, when the thickness of the gate oxide film is reduced, the direct tunnel current flowing through the film increases, and a gate leakage current that cannot be ignored from the viewpoint of reducing power consumption is generated.
その対策として、比誘電率が酸化シリコンよりも大きい酸化チタン(TiO2)や酸化タンタル(Ta2O5)膜などの高誘電体膜を使用することによって、ゲート絶縁膜の物理的な膜厚を大きくする試みがなされている。しかし、この種の高誘電体膜で構成したゲート絶縁膜は、界面制御などに多くの課題を抱えていることから、現在のところ、量産デバイスへの適用は困難視されている。 As a countermeasure, the physical film thickness of the gate insulating film is obtained by using a high dielectric film such as a titanium oxide (TiO 2 ) or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film having a relative dielectric constant larger than that of silicon oxide. Attempts have been made to increase. However, the gate insulating film composed of this type of high dielectric film has many problems in interface control and so on, and is currently considered difficult to apply to mass production devices.
酸化シリコン膜の一部を窒化して形成した酸窒化シリコン膜は、酸化シリコンに比べて誘電率が高いことから、ゲート絶縁膜の物理的な膜厚を大きくしてリーク電流を低減する効果が期待できる。また、酸窒化シリコン膜で構成したゲート絶縁膜は、p型ゲート電極中の不純物(ホウ素)がプロセス中の熱処理によって基板のチャネル領域へ突き抜ける、いわゆるボロン漏れの抑制や、MISFETのホットキャリア耐性の向上、nチャネル型MISFETの電子移動度の向上などにも有効であることが報告されている。 A silicon oxynitride film formed by nitriding a part of a silicon oxide film has a higher dielectric constant than silicon oxide. Therefore, it has the effect of reducing the leakage current by increasing the physical thickness of the gate insulating film. I can expect. In addition, the gate insulating film formed of the silicon oxynitride film suppresses so-called boron leakage, in which impurities (boron) in the p-type gate electrode penetrates into the channel region of the substrate by heat treatment during the process, and the hot carrier resistance of the MISFET. It has been reported that it is effective for improving the electron mobility of the n-channel type MISFET.
酸化シリコンからなるゲート絶縁膜を窒化する技術としては、シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成した後、NO(一酸化窒素)ガスを含む1000℃前後の高温雰囲気中で基板を熱処理する方法(酸窒化処理)が知られている。 As a technique for nitriding a gate insulating film made of silicon oxide, a method in which a silicon oxide film is formed on the surface of a silicon substrate and then the substrate is heat-treated in a high-temperature atmosphere of about 1000 ° C. containing NO (nitrogen monoxide) gas ( Oxynitriding treatment is known.
特開2001−332724号公報(特許文献1)は、nチャネル型MISFETにn型ゲート電極を用い、pチャネル型MISFETにp型ゲート電極を用いた、いわゆるデュアルゲート構造のMISデバイスにおいて、p型ゲート電極中のボロンの突き抜け防止、およびホットキャリア耐性の向上を目的として、シリコン基板との界面および膜中の2箇所に窒素濃度のピークを有する酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜を形成する技術を開示している。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-332724 (Patent Document 1) discloses a p-type MIS device in which an n-type gate electrode is used for an n-channel MISFET and a p-type gate electrode is used for a p-channel MISFET. A technique for forming a gate insulating film made of silicon oxynitride having nitrogen concentration peaks at two points in the interface with the silicon substrate and in the film for the purpose of preventing penetration of boron in the gate electrode and improving hot carrier resistance. Disclosure.
上記のような酸窒化シリコン膜を形成するには、まず、シリコン基板をウェット酸化してその表面に膜厚7nm程度の酸化シリコン膜を形成し、続いてNOガスを含んだ雰囲気中で基板を熱処理することによって、酸化シリコン膜と基板との界面に窒素を偏析させた後、基板をドライ酸化する。このドライ酸化を行うと、酸化シリコン膜と基板との界面が酸化され、窒素が偏析した領域の下層にも膜厚1nm〜2nm程度の酸化シリコン膜が形成される。その後、NOガスを含んだ雰囲気中で基板をもう一度熱処理すると、窒素が偏析した領域の下層に形成された酸化シリコン膜と基板との界面にも窒素が偏析するため、シリコン基板との界面および膜中の2箇所に窒素濃度のピークを有する酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜が得られる。 In order to form the silicon oxynitride film as described above, first, a silicon substrate is wet-oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of about 7 nm on the surface, and then the substrate is formed in an atmosphere containing NO gas. After heat treatment, nitrogen is segregated at the interface between the silicon oxide film and the substrate, and then the substrate is dry oxidized. When this dry oxidation is performed, the interface between the silicon oxide film and the substrate is oxidized, and a silicon oxide film having a thickness of about 1 nm to 2 nm is also formed in the lower layer of the region where nitrogen is segregated. After that, when the substrate is heat-treated again in an atmosphere containing NO gas, nitrogen is segregated also at the interface between the silicon oxide film and the substrate formed in the lower layer of the nitrogen segregated region. A gate insulating film made of silicon oxynitride having nitrogen concentration peaks at two locations is obtained.
特開2000−357688号公報(特許文献2)は、窒素濃度分布が厚さ方向に2つのピークを有する酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜を上記公報とは異なる方法によって形成する技術を開示している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-357688 (Patent Document 2) discloses a technique for forming a gate insulating film made of silicon oxynitride having a nitrogen concentration distribution having two peaks in the thickness direction by a method different from the above publication. Yes.
この公報では、まずシリコン基板を酸素雰囲気中で加熱してその表面に膜厚約5nmの酸化シリコン膜を形成した後、NOガス雰囲気中で基板を加熱することによって、基板との界面近傍に窒素濃度のピークを有する膜厚約5.5nmの酸窒化シリコン膜を形成する。次に、この酸窒化シリコン膜の表面をフッ酸水溶液でエッチングして表層部分を除去することにより、厚さ方向全体に亘って窒素を高濃度に含む膜厚約1nmの酸窒化シリコン膜を得る。その後、NOガスまたはN2Oガス雰囲気中で第2の熱処理を行うことにより、新たな熱酸化膜が基板側に成長、形成されると共に、その熱酸化膜に窒素が導入されるため、窒素濃度分布が厚さ方向に2つのピークを有する酸窒化シリコン膜が得られる。
MISFETのゲート絶縁膜を上記酸窒化シリコン膜で構成した場合は、MISFETの微細化に伴ってゲート絶縁膜の膜厚がさらに薄くなってくると、ゲートリーク電流を低減するためには、膜中の窒素濃度を上げて誘電率を高くすることが要求される。 In the case where the gate insulating film of the MISFET is composed of the above-described silicon oxynitride film, if the gate insulating film becomes thinner as the MISFET is miniaturized, in order to reduce the gate leakage current, It is required to increase the dielectric constant by increasing the nitrogen concentration.
しかし、NOガスまたはN2Oガス雰囲気中で基板を加熱することによって、酸化シリコン膜に窒素を導入する従来の酸窒化処理で形成した酸窒化シリコン膜は、膜と基板との界面近傍の窒素濃度を高くすることはできても、膜の表面側は窒化されないため、膜全体の窒素濃度を上げて誘電率を高くすることは困難である。 However, a silicon oxynitride film formed by a conventional oxynitriding process in which nitrogen is introduced into a silicon oxide film by heating the substrate in an NO gas or N 2 O gas atmosphere is nitrogen in the vicinity of the interface between the film and the substrate. Even if the concentration can be increased, the surface side of the film is not nitrided, so it is difficult to increase the dielectric constant by increasing the nitrogen concentration of the entire film.
また、ゲート絶縁膜と基板との界面近傍が過度に窒化されると、界面準位や膜中のトラップが増加し、MISFETのキャリア移動度が低下するという問題を引き起こす。 Further, if the vicinity of the interface between the gate insulating film and the substrate is excessively nitrided, the interface states and traps in the film increase, causing a problem that the carrier mobility of the MISFET is lowered.
図30は、ゲート絶縁膜と基板との界面のおける窒素濃度と、MISFETのキャリア移動度との関係を示すグラフである。グラフに示すように、電子をキャリアとするnチャネル型MISFETの場合、界面に数atomic%の窒素を導入すると、窒素を導入しない場合に比べてキャリア移動度が向上するが、窒素濃度がさらに高くなるとその効果は次第に低減する。一方、正孔をキャリアとするpチャネル型MISFETの場合は、界面の窒素濃度にほぼ比例してキャリア移動度が低下し、窒素濃度が10atomic%を越えると、キャリア移動度が20%程度低下する結果、ドレイン電流(Ids)が10%程度低減し、回路の設計が事実上困難になってしまう。 FIG. 30 is a graph showing the relationship between the nitrogen concentration at the interface between the gate insulating film and the substrate and the carrier mobility of the MISFET. As shown in the graph, in the case of an n-channel MISFET using electrons as carriers, introduction of several atomic% of nitrogen at the interface improves carrier mobility compared to the case of not introducing nitrogen, but the nitrogen concentration is further increased. If so, the effect is gradually reduced. On the other hand, in the case of a p-channel MISFET using holes as carriers, the carrier mobility decreases almost in proportion to the nitrogen concentration at the interface, and when the nitrogen concentration exceeds 10 atomic%, the carrier mobility decreases by about 20%. As a result, the drain current (Ids) is reduced by about 10%, and circuit design becomes practically difficult.
このように、酸窒化処理によって酸化シリコン膜に窒素を導入する方法は、窒素の導入量に限界がある。 Thus, the method of introducing nitrogen into the silicon oxide film by oxynitriding has a limit in the amount of nitrogen introduced.
また、前述した従来技術のように、窒素濃度分布が厚さ方向に2つのピークを有する酸窒化シリコン膜を形成する技術は、高温の酸窒化処理を複数回実施するため、酸窒化シリコン膜の膜厚が厚くなってしまい、5nm以下の薄いゲート絶縁膜を形成することは困難である。 In addition, as in the prior art described above, the technique for forming a silicon oxynitride film having a nitrogen concentration distribution having two peaks in the thickness direction performs high-temperature oxynitriding multiple times. As the film thickness increases, it is difficult to form a thin gate insulating film of 5 nm or less.
本発明の目的は、MISFETのゲート絶縁膜を酸窒化シリコン膜で構成した半導体集積回路装置において、窒素濃度の高い酸窒化シリコン膜を形成することのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a silicon oxynitride film having a high nitrogen concentration in a semiconductor integrated circuit device in which a gate insulating film of a MISFET is composed of a silicon oxynitride film.
本発明の他の目的は、MISFETのゲート絶縁膜を酸窒化シリコン膜で構成した半導体集積回路装置の信頼性を向上させることのできる技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the reliability of a semiconductor integrated circuit device in which a gate insulating film of a MISFET is composed of a silicon oxynitride film.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
(1)本願の一発明である半導体集積回路装置は、半導体基板上に形成され、且つ、窒素が導入された酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含む電界効果トランジスタを有する半導体集積回路装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高い。
(2)本願の他の発明である半導体集積回路装置は、半導体基板上に形成され、且つ、窒素が導入された酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含む電界効果トランジスタを有する半導体集積回路装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高く、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、5nm以下である。
(3)本願の他の発明である半導体集積回路装置は、半導体基板上に形成され、且つ、窒素が導入された酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含む電界効果トランジスタを有する半導体集積回路装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高く、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、5nm以下であり、
前記電界効果トランジスタは、DRAMのメモリセル選択用の電界効果トランジスタである。
(4)本願の他の発明である半導体集積回路装置は、半導体基板上に形成され、且つ、窒素が導入された酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含み、DRAMのメモリセルの一部を構成する電界効果トランジスタを有する半導体集積回路装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高く、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、5nm以下であり、
前記ゲート電極は、前記メモリセルのワード線を構成し、且つ、多結晶シリコン膜、高融点金属窒化膜、及び、高融点金属膜を含んで構成されており、
前記電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、前記メモリセルのビット線と電気的に接続され、
前記電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方は、前記メモリセルの容量素子と電気的に接続されている。
Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) A semiconductor integrated circuit device according to one aspect of the present invention is a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate electrode formed on the gate insulating film A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor comprising:
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The nitrogen concentration peak in the second region is higher than the nitrogen concentration peak in the first region.
(2) A semiconductor integrated circuit device according to another invention of the present application includes a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate formed on the gate insulating film A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor including an electrode,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The peak of nitrogen concentration in the second region is higher than the peak of nitrogen concentration in the first region,
The gate insulating film has a thickness of 5 nm or less.
(3) A semiconductor integrated circuit device according to another invention of the present application includes a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate formed on the gate insulating film A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor including an electrode,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The peak of nitrogen concentration in the second region is higher than the peak of nitrogen concentration in the first region,
The gate insulating film has a thickness of 5 nm or less,
The field effect transistor is a field effect transistor for selecting a DRAM memory cell.
(4) A semiconductor integrated circuit device according to another invention of the present application includes a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate formed on the gate insulating film A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor comprising a part of a DRAM memory cell,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The peak of nitrogen concentration in the second region is higher than the peak of nitrogen concentration in the first region,
The gate insulating film has a thickness of 5 nm or less,
The gate electrode constitutes a word line of the memory cell and includes a polycrystalline silicon film, a refractory metal nitride film, and a refractory metal film,
One of a source region or a drain region of the field effect transistor is electrically connected to a bit line of the memory cell,
The other of the source region and the drain region of the field effect transistor is electrically connected to the capacitor element of the memory cell.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
基板とゲート絶縁膜との界面近傍における窒素濃度を必要以上に高くすることなく、高窒素濃度のゲート絶縁膜を形成することができる。 A high nitrogen concentration gate insulating film can be formed without increasing the nitrogen concentration in the vicinity of the interface between the substrate and the gate insulating film more than necessary.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
(実施の形態1)
本実施形態のCMOS−LSIの製造方法を図1〜図15を用いて工程順に説明する。
(Embodiment 1)
A manufacturing method of the CMOS-LSI of this embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、基板)1の主面に素子分離溝2を形成する。素子分離溝2を形成するには、まず、基板1を熱酸化してその表面に10nm程度の酸化シリコン膜30を形成し、続いて酸化シリコン膜30の上部にCVD法で堆積した膜厚100nm程度の窒化シリコン膜31をパターニングした後、この窒化シリコン膜31をマスクにして基板1をエッチングする。
First, as shown in FIG. 1, an
次に、図2に示すように、基板1上にCVD法で膜厚500nm程度の酸化シリコン膜3を堆積し、続いて素子分離溝2の外部の酸化シリコン膜3を化学的機械研磨法によって除去した後、熱リン酸を用いたウェットエッチングで基板1上の窒化シリコン膜31を除去する。その後、基板1を熱処理することによって、素子分離溝2の内部の酸化シリコン膜3を緻密化する。
Next, as shown in FIG. 2, a
次に、図3に示すように、基板1の主面の一部にp型ウエル4を形成し、他の一部にn型ウエル5を形成する。p型ウエル4およびn型ウエル5を形成するには、基板1の一部にホウ素をイオン注入し、他の一部にリンをイオン注入した後、基板1を熱処理してこれらの不純物(ホウ素およびリン)を基板1中に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 3, the p-
次に、フッ酸を用いたウェットエッチングで基板1の表面の酸化シリコン膜30を除去した後、図4に示すように、基板1をウェット酸化することによって、p型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に膜厚5nm以下(本実施の形態では3.0nm)の酸化シリコン膜6aを形成する。酸化シリコン膜6aは、上記したウェット酸化法以外の酸化方法、例えばドライ酸化法、あるいは活性酸素を含む雰囲気に基板1を曝す方法などによって形成してもよい。
Next, after removing the
次に、5%程度のNO(一酸化窒素)ガスを含む900℃〜1100℃の雰囲気中で基板1を熱処理する。この熱処理を行うと、基板1の表面に形成されている酸化シリコン膜6a中に窒素が導入され、酸化シリコン膜6aが酸窒化シリコン膜6bとなる(図5)。なお、NOガスに代えてN2O(亜酸化窒素)ガスを含む雰囲気中で基板1を熱処理することによって、酸窒化シリコン膜6bを形成してもよい。
Next, the
図6は、上記の熱処理(酸窒化処理)によって形成された酸窒化シリコン膜6b中の窒素濃度プロファイルを示すグラフであり、横軸は基板1の表面からの深さ(nm)を示している。
FIG. 6 is a graph showing a nitrogen concentration profile in the
グラフに示すように、酸窒化シリコン膜6b中の窒素濃度は、酸窒化シリコン膜6bと基板1との界面(深さ3.4nm)近傍で最も高くなっている。これは、シリコン(Si)に対するNOの反応性が低いため、酸化シリコン膜6a中に導入されたNOは、膜の表面近傍ではシリコンとほとんど反応することなく拡散し、基板1との界面に偏析することを示している。
As shown in the graph, the nitrogen concentration in the
上記の熱処理(酸窒化処理)を行う際には、酸窒化シリコン膜6bと基板1との界面近傍の窒素濃度が1atomic%〜10atomic%の範囲内となるように、熱処理条件を設定する。上記界面近傍の窒素濃度が10atomic%を越えると、pチャネル型MISFETのキャリア移動度(Mobility)が20%程度低下し、これによってドレイン電流(Ids)が10%程度低減するので、回路の設計が事実上困難となる。他方、上記界面近傍の窒素濃度が1atomic%未満では、酸窒化処理の効果が得られない。
When performing the above heat treatment (oxynitriding treatment), the heat treatment conditions are set so that the nitrogen concentration in the vicinity of the interface between the
次に、上記基板1を窒素プラズマ雰囲気中に曝すことによって、酸窒化シリコン膜6b中にさらに窒素を導入する。この窒素プラズマ処理は、例えば周囲に磁場コイルを設置した処理室に高周波を導入し、電場と磁場の相互作用によってプラズマを発生させる周知のプラズマ処理装置を使用して行う。また、処理室とは別個に設けたプラズマ発生室内で生成したプラズマを処理室内に導入するリモートプラズマ処理装置を使用してもよい。
Next, nitrogen is further introduced into the
上記プラズマ処理装置の処理室に基板1を収容し、次いで処理室に窒素ガスを導入すると、プラズマによって活性化された窒素ラジカルが酸窒化シリコン膜6b中に導入されて膜中のシリコンと反応し、酸窒化シリコン膜6bよりもさらに窒素濃度が高い酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜6が形成される(図7)。
When the
図8は、上記の酸窒化処理とプラズマ処理とによって形成された酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜6中の窒素濃度プロファイルを示すグラフであり、横軸は基板1の表面からの深さ(nm)を示している。
FIG. 8 is a graph showing a nitrogen concentration profile in the
グラフに示すように、ゲート絶縁膜6中の窒素濃度は、基板1とゲート絶縁膜6との界面近傍に第1のピーク濃度を有し、ゲート絶縁膜6の表面近傍に第2のピーク濃度を有している。基板1とゲート絶縁膜6との界面近傍に存在する窒素は、主として前記の酸窒化処理によって導入された窒素であり、ゲート絶縁膜6の表面近傍に存在する窒素は、主として窒素プラズマ処理によって導入された窒素である。すなわち、窒素プラズマ処理によって導入された活性な窒素は、酸窒化処理によって導入された窒素に比べてシリコンとの反応性が高いため、そのほとんどは酸窒化シリコン膜6bの表面近傍でシリコンと反応する。他方、前述したように、酸窒化処理によって導入された窒素は反応性が低いため、そのほとんどは膜中を拡散して基板1との界面に偏析する。
As shown in the graph, the nitrogen concentration in the
また、ゲート絶縁膜6の表面近傍の窒素濃度が高い程、リーク電流の低減効果が高くなるため、この領域の窒素濃度は、基板1とゲート絶縁膜6との界面近傍における窒素濃度の上限(10atomic%)よりも高くすることが望ましい。
Further, the higher the nitrogen concentration in the vicinity of the surface of the
上記の窒素プラズマ処理は、膜中に導入された窒素が基板1との界面にまで拡散するのを抑制するために、600℃以下の低温で実施する。基板1の温度が高い場合には、窒素が基板1との界面にまで拡散し、前述した窒素濃度の上限(10atomic%)を越えてしまう虞れがある。他方、室温で窒素プラズマ処理を行う場合においても、プラズマに曝されることによって基板1の温度が200℃程度に上昇するので、プロセスの制御性を確保する観点から、200℃以上に加熱することが望ましい。
The nitrogen plasma treatment is performed at a low temperature of 600 ° C. or lower in order to prevent nitrogen introduced into the film from diffusing up to the interface with the
なお、酸窒化処理と窒素プラズマ処理の順番は、上記した順番とは逆であってもよい。すなわち、窒素プラズマ処理を行った後、酸窒化処理を行ってもよい。但し、酸窒化処理は、高温(900℃〜1100℃)の熱処理を伴うため、窒素プラズマ処理を行った後に酸窒化処理を行うと、窒素プラズマ処理で導入したゲート絶縁膜6の表面近傍の窒素が酸窒化処理時に基板1との界面近傍に拡散し、この領域の窒素濃度を必要以上に高くする虞れがあるので、この点に配慮して処理条件を設定する必要がある。
Note that the order of the oxynitriding treatment and the nitrogen plasma treatment may be opposite to the above-described order. That is, after performing nitrogen plasma treatment, oxynitridation treatment may be performed. However, since the oxynitriding process involves a heat treatment at a high temperature (900 ° C. to 1100 ° C.), if the oxynitriding process is performed after the nitrogen plasma process, the nitrogen in the vicinity of the surface of the
次に、図9に示すように、ゲート絶縁膜6の上部にゲート電極用導電膜7aを堆積する。ゲート電極用導電膜7aは、例えばCVD法で堆積したn型多結晶シリコン膜とW(タングステン)シリサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)、あるいはCVD法で堆積したn型多結晶シリコン膜とスパッタリング法で堆積した窒化タングステン(WN)膜とW膜との積層膜(ポリメタル膜)などで構成する。
Next, as shown in FIG. 9, a gate electrode
次に、図10に示すように、フォトレジスト膜32をマスクにしたドライエッチングでゲート電極用導電膜7aをパターニングすることによって、p型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれのゲート酸化膜6上にゲート電極7を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the gate electrode
次に、アッシング(灰化)処理などによってゲート電極7上のフォトレジスト膜32を除去した後、図11に示すように、p型ウエル4にリンまたはヒ素をイオン注入することによって低不純物濃度のn-型半導体領域8を形成し、n型ウエル5にホウ素をイオン注入することによって低不純物濃度のp-型半導体領域9を形成する。
Next, after removing the
次に、基板1上にCVD法で窒化シリコン膜を堆積し、続いてこの窒化シリコン膜を異方的にエッチングすることによって、ゲート電極7の側壁にサイドウォールスペーサ10を形成した後、p型ウエル4にリンまたはヒ素をイオン注入することによって高不純物濃度のn+型半導体領域11(ソース、ドレイン)を形成し、n型ウエル5にホウ素をイオン注入することによって高不純物濃度のp+型半導体領域12(ソース、ドレイン)を形成する。ここまでの工程で、nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)が完成する。
Next, a silicon nitride film is deposited on the
次に、図12に示すように、フォトレジスト膜33をマスクにして酸化シリコン膜16をドライエッチングすることにより、nチャネル型MISFET(Qn)のソース、ドレイン(n+型半導体領域11)の上部およびpチャネル型MISFET(Qp)のソース、ドレイン(p+型半導体領域12)の上部にそれぞれコンタクトホール17を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the
次に、アッシング(灰化)処理などによって酸化シリコン膜16上のフォトレジスト膜33を除去した後、図13に示すように、コンタクトホール17の内部を含む酸化シリコン膜16の上部にスパッタリング法などを用いて配線用メタル膜18aを堆積する。配線用メタル膜18aは、Al合金膜、またはAl合金膜の下層と上層にTi膜やTiN膜を積層した複合メタル膜で構成する。
Next, after removing the
次に、図14に示すように、配線用メタル膜18aの上部にフォトレジスト膜34を形成した後、フォトレジスト膜32をマスクにして配線用メタル膜18aをドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜16の上部に配線用メタル膜18aからなる第1層目のメタル配線18を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, after a
次に、アッシング処理などによってメタル配線18上のフォトレジスト膜34を除去した後、図15に示すように、メタル配線18の上部にCVD法で酸化シリコン膜19を堆積し、続いて、メタル配線18の上部の酸化シリコン膜19をドライエッチングしてスルーホール20を形成し、さらに、スルーホール20の内部を含む酸化シリコン膜19の上部にスパッタリング法などを用いて配線用メタル膜を堆積した後、この配線用メタル膜をドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜19の上部に第2層目のメタル配線21を形成する。
Next, after removing the
以下、図示は省略するが、上記配線形成工程の繰り返しにより、第2層目のメタル配線21の上部に層間絶縁膜と配線とを交互に形成することにより、本実施の形態のCMOS−LSIが完成する。 Hereinafter, although not shown in the drawings, by repeating the above-described wiring formation process, the interlayer insulating film and the wiring are alternately formed on the second-layer metal wiring 21, thereby making the CMOS-LSI of the present embodiment. Complete.
このように、本実施の形態では、酸窒化処理と窒素プラズマ処理とを併用することによって、酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜6を形成するので、基板1とゲート絶縁膜6との界面近傍における窒素濃度を必要以上に高くすることなく、膜中の窒素濃度を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the
これにより、pチャネル型MISFET(Qp)のキャリア移動度を低下させることなく、高誘電率のゲート絶縁膜6を形成することができるので、MISFET(nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp))のリーク電流を低減することができる。また、MISFET(nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp))のホットキャリア耐性およびnチャネル型MISFETの電子移動度の向上を図ることができる。
As a result, the
また、高温の熱処理を必要とする酸窒化処理を一度しか行わないので、ゲート絶縁膜6の過度の成長が抑制され、膜厚5nm以下の薄いゲート絶縁膜6を実現することができる。
In addition, since the oxynitridation process requiring high-temperature heat treatment is performed only once, excessive growth of the
(実施の形態2)
本実施形態の半導体集積回路装置は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)とロジック回路とを同一半導体基板上に形成したDRAM−ロジック混載LSIである。以下、この混載LSIの製造方法を図16〜図26を用いて工程順に説明する。なお、各図の左側および中央の領域はDRAMのメモリセル形成領域(以下、DRAM形成領域という)を示し、右側の領域はロジック回路形成領域を示している。
(Embodiment 2)
The semiconductor integrated circuit device of this embodiment is a DRAM-logic mixed LSI in which a DRAM (Dynamic Random Access Memory) and a logic circuit are formed on the same semiconductor substrate. Hereinafter, a method for manufacturing the embedded LSI will be described in the order of steps with reference to FIGS. Note that the left and center regions in each figure indicate a DRAM memory cell formation region (hereinafter referred to as a DRAM formation region), and the right region indicates a logic circuit formation region.
まず、図16に示すように、前記実施の形態1と同様の方法によって、基板1の主面に素子分離溝2、p型ウエル4およびn型ウエル5を形成し、続いてp型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に酸化シリコン膜6aを形成した後、前述した酸窒化処理と窒素プラズマ処理とを併用して酸化シリコン膜6aに窒素を導入することにより、p型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に酸窒化シリコンからなる膜厚1.5nmのゲート絶縁膜6を形成する。ゲート絶縁膜6中の窒素濃度は、前記実施の形態1のゲート絶縁膜6と同様、基板1との界面近傍に第1のピーク濃度を有し、膜の表面近傍に第1のピーク濃度よりも高濃度(10atomic%以上)の第2のピーク濃度を有している。
First, as shown in FIG. 16, the
次に、図17に示すように、p型ウエル4のゲート絶縁膜6上にn型多結晶シリコン膜13nを形成し、n型ウエル5のゲート絶縁膜6上にp型多結晶シリコン膜13pを形成する。n型多結晶シリコン膜13nおよびp型多結晶シリコン膜13pを形成するには、まずゲート絶縁膜6上にCVD法でアモルファスシリコン膜を堆積し、続いてフォトレジスト膜をマスクに用いてp型ウエル4の上部のアモルファスシリコン膜にリンをイオン注入し、n型ウエル5の上部のアモルファスシリコン膜にホウ素をイオン注入した後、基板1を熱処理する。これらのイオン注入は、DRAMのメモリセルを構成するnチャネル型MISFET、ロジック回路を構成するnチャネル型MISFETおよびpチャネル型MISFETのそれぞれを表面チャネル型にするために行う。
Next, as shown in FIG. 17, an n-type
次に、図18に示すように、多結晶シリコン膜(13p、13n)の上部にWNX膜14とW膜15と窒化シリコン膜22とを堆積した後、図19に示すように、フォトレジスト膜35をマスクにして窒化シリコン膜22、W膜15、WNX膜14および多結晶シリコン膜(13p、13n)を順次ドライエッチングすることによって、DRAM形成領域のゲート絶縁膜6上にゲート電極23a(ワード線WL)を形成し、ロジック回路形成領域のゲート絶縁膜6上にゲート電極23b、23cを形成する。
Next, as shown in FIG. 18, a polycrystalline silicon film (13p, 13n) after depositing a WN X film 14 and
次に、フォトレジスト膜35を除去した後、図20に示すように、p型ウエル4にリンまたはヒ素をイオン注入することによって低不純物濃度のn-型半導体領域24を形成し、n型ウエル5にホウ素をイオン注入することによって低不純物濃度のp-型半導体領域25を形成する。
Next, after removing the
次に、基板1上に窒化シリコン膜26を堆積し、ロジック回路形成領域の窒化シリコン膜26を異方的にエッチングすることによって、ゲート電極23b、23cの側壁にサイドウォールスペーサ26sを形成した後、ロジック回路形成領域のp型ウエル4にリンまたはヒ素をイオン注入することによって高不純物濃度のn+型半導体領域27(ソース、ドレイン)を形成し、n型ウエル5にホウ素をイオン注入することによって高不純物濃度のp+型半導体領域28(ソース、ドレイン)を形成する。ここまでの工程で、ロジック回路のnチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)が完成する。
Next, after a
次に、図21に示すように、ゲート電極23a、23b、23cの上部に酸化シリコン膜40を堆積した後、DRAM形成領域のn-型半導体領域24の上部にコンタクトホール41、42を形成し、続いてコンタクトホール41、42の内部にn型多結晶シリコンからなるプラグ43を形成する。その後、基板1を熱処理し、プラグ43を構成する多結晶シリコン膜中のn型不純物(リン)をn-型半導体領域24に拡散させることによって、低抵抗のソース、ドレインを形成する。ここまでの工程で、DRAM形成領域にメモリセル選択用MISFET(Qt)が形成される。
Next, as shown in FIG. 21, after depositing a
次に、図22に示すように、酸化シリコン膜40の上部に酸化シリコン膜44を堆積した後、ロジック回路形成領域の酸化シリコン膜44、40をドライエッチングすることによって、nチャネル型MISFET(Qn)のソース、ドレイン(n+型半導体領域27)の上部にコンタクトホール45を形成し、pチャネル型MISFET(Qp)のソース、ドレイン(p+型半導体領域28)の上部にコンタクトホール46を形成する。また、DRAM形成領域の酸化シリコン膜44をエッチングすることによって、コンタクトホール41の上部にスルーホール47を形成する。
Next, as shown in FIG. 22, after depositing a
次に、コンタクトホール45、46およびスルーホール47の内部にプラグ48を形成した後、DRAM形成領域の酸化シリコン膜44の上部にビット線BLを形成し、ロジック回路形成領域の酸化シリコン膜44の上部に配線50〜53を形成する。プラグ48は、例えばTiN膜とW膜との積層膜で構成し、ビット線BLおよび配線50〜53はW膜で構成する。
Next, after the
ビット線BLは、スルーホール47およびコンタクトホール41を通じてメモリセル選択用MISFET(Qt)のソース、ドレインの一方(24)と電気的に接続される。また、配線50、51は、コンタクトホール45、45を通じてnチャネル型MISFET(Qn)のソース、ドレイン(n+型半導体領域27)と電気的に接続され、配線52、53は、コンタクトホール46、46を通じてpチャネル型MISFET(Qp)のソース、ドレイン(p+型半導体領域28)と電気的に接続される。
The bit line BL is electrically connected to one of the source and drain (24) of the memory cell selection MISFET (Qt) through the through
次に、図23に示すように、ビット線BLおよび配線50〜53の上部に酸化シリコン膜54を堆積し、続いてコンタクトホール41の上部の酸化シリコン膜54、44をエッチングしてスルーホール55を形成した後、スルーホール55の内部にn型多結晶シリコン膜からなるプラグ56を形成する。次に、酸化シリコン膜54の上部に窒化シリコン膜57および酸化シリコン膜58を堆積した後、スルーホール55の上部の酸化シリコン膜58と窒化シリコン膜57をエッチングして溝59を形成する。
Next, as shown in FIG. 23, a
次に、図24に示すように、溝59の内壁に多結晶シリコン膜からなる下部電極60を形成する。下部電極60を形成するには、まず溝60の内部および酸化シリコン膜58の上部に、n型アモルファスシリコン膜を堆積した後、酸化シリコン膜58の上部の不要なアモルファスシリコン膜を除去する。次に、減圧雰囲気中でアモルファスシリコン膜の表面にモノシラン(SiH4)を供給し、続いて基板1を熱処理してアモルファスシリコン膜を多結晶化すると共に、その表面にシリコン粒を成長させる。これにより、表面が粗面化された多結晶シリコン膜からなる下部電極60が得られる。
Next, as shown in FIG. 24, a
次に、図25に示すように、溝59の内部に形成された下部電極60の上部にTa2O5(酸化タンタル)膜からなる容量絶縁膜61を形成する。Ta2O5膜は、CVD法で堆積し、その後、膜の改質を図るために、基板1を700℃〜750℃で熱処理する。
Next, as shown in FIG. 25, a capacitive insulating
前述したように、ロジック回路の一部を構成するpチャネル型MISFET(Qp)のゲート電極23cは、ホウ素がドープされたp型多結晶シリコン膜(13p)を含んでいるが、pチャネル型MISFET(Qp)のゲート絶縁膜6を高窒素濃度の酸窒化シリコン膜で構成したことにより、上記Ta2O5膜を改質するための熱処理を行っても、p型多結晶シリコン膜(13p)中のホウ素がゲート絶縁膜6を通過して基板1(n型ウエル5)に拡散するのを抑制できるので、pチャネル型MISFET(Qp)のしきい値電圧の変動を抑制することができる。
As described above, the
次に、図26に示すように、容量絶縁膜61の上部に例えばTiNからなる上部電極62を形成することによって、下部電極60、容量絶縁膜61および上部電極62からなる情報蓄積用容量素子Cを形成する。ここまでの工程により、メモリセル選択用MISFET(Qt)とこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子CとからなるDRAMのメモリセルが完成する。
Next, as shown in FIG. 26, an
上記情報蓄積用容量素子Cの容量絶縁膜61は、Ta2O5膜の他、PZT、PLT、PLZT、PbTiO3、SrTiO3、BaTiO3、BST、SBTまたはTa2O5など、ペロブスカイト型または複合ペロブスカイト型の結晶構造を有する高誘電体膜または強誘電体膜で構成してもよい。また、下部電極60は、多結晶シリコン膜の他、Ru、Ptなどの白金族金属膜で構成してもよい。容量絶縁膜61を上記高誘電体膜または強誘電体膜で構成した場合、および下部電極60を上記白金族金属膜で構成した場合は、いずれも成膜後に膜の改質を図るための熱処理が必要となるが、pチャネル型MISFET(Qp)のゲート絶縁膜6を高窒素濃度の酸窒化シリコン膜で構成したことにより、これらの熱処理を行っても、p型多結晶シリコン膜(13p)中のホウ素がゲート絶縁膜6を通過して基板1(n型ウエル5)に拡散するのを抑制できるので、pチャネル型MISFET(Qp)のしきい値電圧の変動を抑制することができる。
The capacitive insulating
図示は省略するが、その後、情報蓄積用容量素子Cの上部に酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜を挟んで2層程度のAl配線を形成し、さらにAl配線の上部に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜からなるパッシベーション膜を形成することにより、本実施形態のDRAM−ロジック混載LSIが完成する。 Although not shown, after that, an Al wiring of about two layers is formed on the information storage capacitor C with an interlayer insulating film made of a silicon oxide film interposed therebetween, and a silicon nitride film and a silicon oxide are further formed on the Al wiring. By forming a passivation film composed of a laminated film with the film, the DRAM-logic mixed LSI of this embodiment is completed.
本実施の形態によれば、酸窒化処理と窒素プラズマ処理とを併用することによって、酸窒化シリコンからなるゲート絶縁膜6を形成するので、基板1とゲート絶縁膜6との界面近傍における窒素濃度を必要以上に高くすることなく、膜中の窒素濃度を高めることができる。
According to the present embodiment, since the
これにより、pチャネル型MISFET(Qp)のキャリア移動度を低下させることなく、高誘電率のゲート絶縁膜6を形成することができるので、MISFETのリーク電流を低減することができる。また、MISFETのホットキャリア耐性およびnチャネル型MISFETの電子移動度の向上を図ることができる。さらに、ボロン漏れに起因するpチャネル型MISFET(Qp)のしきい値電圧の変動を抑制することができる。
As a result, the
また、高温の熱処理を必要とする酸窒化処理を一度しか行わないので、ゲート絶縁膜6の過度の成長が抑制され、膜厚5nm以下の薄いゲート絶縁膜6を実現することができる。
In addition, since the oxynitridation process requiring high-temperature heat treatment is performed only once, excessive growth of the
(実施の形態3)
本実施の形態によるゲート絶縁膜の形成方法を図27〜図29を用いて説明する。
(Embodiment 3)
A method for forming a gate insulating film according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図27に示すように、前記実施の形態1と同様の方法によって、基板1の主面に素子分離溝2、p型ウエル4およびn型ウエル5を形成し、続いて基板1をウェット酸化することによって、p型ウエル4およびn型ウエル5のそれぞれの表面に膜厚1nm〜1.5nm程度の酸化シリコン膜6aを形成する。
First, as shown in FIG. 27, the
次に、図28に示すように、5%程度のNOガスを含む900℃〜1100℃の雰囲気中で基板1を熱処理する。この熱処理を行うと、基板1の表面に形成されている酸化シリコン膜6a中に窒素が導入され、前記実施の形態1と同様、基板1との界面近傍に窒素が偏析した酸窒化シリコン膜6bが形成される。上記の熱処理(酸窒化処理)を行う際には、前記実施の形態1と同様、酸窒化シリコン膜6bと基板1との界面近傍の窒素濃度が1atomic%〜10atomic%の範囲内となるように、熱処理条件を設定する。
Next, as shown in FIG. 28, the
次に、図29に示すように、酸窒化シリコン膜6bの上部にCVD法で膜厚1nm〜1.5nm程度の窒化シリコン膜6cを堆積することにより、酸窒化シリコン膜6bと窒化シリコン膜6cの積層膜で構成されるゲート絶縁膜70が得られる。
Next, as shown in FIG. 29, a
酸窒化シリコン膜6bと窒化シリコン膜6cの積層膜で構成される上記ゲート絶縁膜70は、その表面側が窒化シリコン膜6cで構成されているので、基板1との界面近傍に窒素が偏析した酸窒化シリコン膜6bだけで構成されるゲート絶縁膜に比べて誘電率が高くなる。
The
このように、上記酸窒化シリコン膜6bと窒化シリコン膜6cの積層膜でゲート絶縁膜70を構成することにより、基板1との界面近傍における窒素濃度を必要以上に高くすることなく、高誘電率のゲート絶縁膜70を実現することができる。
Thus, by forming the
これにより、pチャネル型MISFET(Qp)のキャリア移動度を低下させることなく、MISFETのリーク電流を低減することができる。また、MISFETのホットキャリア耐性およびnチャネル型MISFETの電子移動度の向上を図ることができる。さらに、ボロン漏れに起因するpチャネル型MISFET(Qp)のしきい値電圧の変動を抑制することができる。 Thus, the leakage current of the MISFET can be reduced without reducing the carrier mobility of the p-channel type MISFET (Qp). Further, the hot carrier resistance of the MISFET and the electron mobility of the n-channel MISFET can be improved. Furthermore, fluctuations in the threshold voltage of the p-channel MISFET (Qp) due to boron leakage can be suppressed.
また、高温の熱処理を必要とする酸窒化処理を一度しか行わないので、ゲート絶縁膜70の過度の成長が抑制され、膜厚5nm以下の薄いゲート絶縁膜70を実現することができる。
In addition, since the oxynitridation process requiring high-temperature heat treatment is performed only once, excessive growth of the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、MISFET(電界効果トランジスタ)を有する半導体集積回路装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit device having a MISFET (field effect transistor).
1 半導体基板
2 素子分離溝
3 酸化シリコン膜
4 p型ウエル
5 n型ウエル
6a 酸化シリコン膜
6b 酸窒化シリコン膜
6c 窒化シリコン膜
6 ゲート絶縁膜
7a ゲート電極用導電膜
7 ゲート電極
8 n-型半導体領域
9 p-型半導体領域
10 サイドウォールスペーサ
11 n+型半導体領域(ソース、ドレイン)
12 p+型半導体領域(ソース、ドレイン)
13n n型多結晶シリコン膜
13p p型多結晶シリコン膜
14 WNX膜
15 W膜
16 酸化シリコン膜
17 コンタクトホール
18a 配線用メタル膜
18 メタル配線
19 酸化シリコン膜
20 スルーホール
21 メタル配線
22 窒化シリコン膜
23a、23b、23c ゲート電極
24 n-型半導体領域
25 p-型半導体領域
26 窒化シリコン膜
26s サイドウォールスペーサ
27 n+型半導体領域(ソース、ドレイン)
28 p+型半導体領域(ソース、ドレイン)
30 酸化シリコン膜
31 窒化シリコン膜
32〜35 フォトレジスト膜
40 酸化シリコン膜
41、42 コンタクトホール
43 プラグ
44 酸化シリコン膜
45、46 コンタクトホール
47 スルーホール
48 プラグ
50〜53 配線
54 酸化シリコン膜
55 スルーホール
56 プラグ
57 窒化シリコン膜
58 酸化シリコン膜
59 溝
60 下部電極
61 容量絶縁膜
62 上部電極
70 ゲート絶縁膜
BL ビット線
C 情報蓄積用容量素子
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
Qt メモリセル選択用MISFET
WL ワード線
DESCRIPTION OF
12 p + type semiconductor region (source, drain)
13n n-type
28 p + type semiconductor region (source, drain)
30
Qp p-channel MISFET
Qt MISFET for memory cell selection
WL Word line
Claims (8)
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高いことを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor formed on a semiconductor substrate and including a gate insulating film made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate electrode formed on the gate insulating film. ,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a peak of nitrogen concentration in the second region is higher than a peak of nitrogen concentration in the first region.
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高く、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、5nm以下であることを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor formed on a semiconductor substrate and including a gate insulating film made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate electrode formed on the gate insulating film. ,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The peak of nitrogen concentration in the second region is higher than the peak of nitrogen concentration in the first region,
A semiconductor integrated circuit device, wherein the gate insulating film has a thickness of 5 nm or less.
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高く、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、5nm以下であり、
前記電界効果トランジスタは、DRAMのメモリセル選択用の電界効果トランジスタであることを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device having a field effect transistor formed on a semiconductor substrate and including a gate insulating film made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate electrode formed on the gate insulating film. ,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The peak of nitrogen concentration in the second region is higher than the peak of nitrogen concentration in the first region,
The gate insulating film has a thickness of 5 nm or less,
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the field effect transistor is a field effect transistor for selecting a DRAM memory cell.
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板に近い第1領域と、前記第1領域よりも前記ゲート電極に近い第2領域とで窒素濃度のピークが異なっており、
前記第1領域における窒素濃度のピークは、2.5atomic%〜10atomic%であり、
前記第2領域における窒素濃度のピークは、前記第1領域における窒素濃度のピークよりも高く、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、5nm以下であり、
前記ゲート電極は、前記メモリセルのワード線を構成し、且つ、多結晶シリコン膜、高融点金属窒化膜、及び、高融点金属膜を含んで構成されており、
前記電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域の一方は、前記メモリセルのビット線と電気的に接続され、
前記電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域の他方は、前記メモリセルの容量素子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路装置。 An electric field comprising a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and made of a silicon oxide film into which nitrogen is introduced, and a gate electrode formed on the gate insulating film, and constituting a part of a DRAM memory cell A semiconductor integrated circuit device having an effect transistor,
The gate insulating film has different nitrogen concentration peaks in a first region closer to the semiconductor substrate and a second region closer to the gate electrode than the first region,
The peak of the nitrogen concentration in the first region is 2.5 atomic% to 10 atomic%,
The peak of nitrogen concentration in the second region is higher than the peak of nitrogen concentration in the first region,
The gate insulating film has a thickness of 5 nm or less,
The gate electrode constitutes a word line of the memory cell and includes a polycrystalline silicon film, a refractory metal nitride film, and a refractory metal film,
One of a source region or a drain region of the field effect transistor is electrically connected to a bit line of the memory cell,
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the other of the source region and the drain region of the field effect transistor is electrically connected to the capacitor element of the memory cell.
前記高融点金属膜は、タングステンであることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 4.
The semiconductor integrated circuit device, wherein the refractory metal film is tungsten.
前記高融点金属窒化膜は、窒化タングステンであることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 4 or 5,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the refractory metal nitride film is tungsten nitride.
前記電界効果トランジスタは、nチャネル型電界効果トランジスタであることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the field effect transistor is an n-channel field effect transistor.
前記ゲート電極は、n型の不純物が導入された多結晶シリコン膜を含んで構成されていることを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 7,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the gate electrode includes a polycrystalline silicon film into which an n-type impurity is introduced.
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---|---|---|---|
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- 2008-10-30 JP JP2008279866A patent/JP2009071319A/en active Pending
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