JP2011103329A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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征嗣 松山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has improved characteristics of both a p-type MIS transistor and an n-type MIS transistor without employing a dual metal gate process. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes: a first interfacial silicon oxide film 105 formed in order on a p-type semiconductor region 10A, and a first gate insulating film 106A and a first gate electrode 119A including aluminum; a second interfacial silicon oxide film 105 formed in order on an n-type semiconductor region 10B; and a second gate insulating film 106B and a second gate electrode 119A including an element having effect of lowering an effective work function. Here, the concentration of aluminum of an upper part of the first gate insulating film 106A is 1×10<SP>20</SP>/cm<SP>3</SP>or more. The concentration of aluminum of an upper part of the first gate insulating film 106B is 1×10<SP>19</SP>/cm<SP>3</SP>or less. The difference in film thickness between the first interfacial silicon oxide film 105 and second interfacial silicon oxide film 105 is ≤0.2 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に相補型トランジスタを備えた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 and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device including a complementary transistor and a manufacturing method thereof.

32nm世代の相補型金属絶縁膜半導体(CMIS)における消費電力の低減及び性能の向上のため、ゲート絶縁膜をさらに薄膜化することが求められている。従来のシリコン酸化膜系材料からなるゲート絶縁膜をさらに薄膜化すると、リーク電流の増大が許容範囲を超えてしまう。そのため、従来のシリコン酸化膜系材料と比べて高い比誘電率を有する高誘電率膜(high−k膜)をゲート絶縁膜に用いることが検討されている。ハフニウム(Hf)系の絶縁膜は、1000℃以上の熱的安定性を有すると共に13以上の比誘電率を有するため、高誘電率膜の候補として有望視されている。しかしながら、ゲート絶縁膜にハフニウムシリケート(HfSiOx)膜又はハフニウムオキサイド(HfOx)膜を用い且つゲート電極にポリシリコンを用いた構造の場合、空乏化による酸化膜換算膜厚(EOT)の増加及びフェルミレベルピニングによるしきい値電圧の上昇が無視できない。これは、特にp型MISトランジスタにおいて顕著な問題となる。   In order to reduce power consumption and improve performance in a 32 nm generation complementary metal insulating semiconductor (CMIS), it is required to further reduce the thickness of the gate insulating film. If the gate insulating film made of a conventional silicon oxide film-based material is further thinned, the increase in leakage current exceeds the allowable range. Therefore, the use of a high dielectric constant film (high-k film) having a higher relative dielectric constant than that of a conventional silicon oxide film-based material as a gate insulating film has been studied. A hafnium (Hf) -based insulating film has a thermal stability of 1000 ° C. or higher and a relative dielectric constant of 13 or higher, and thus is considered promising as a candidate for a high dielectric constant film. However, in the case of using a hafnium silicate (HfSiOx) film or a hafnium oxide (HfOx) film as the gate insulating film and using polysilicon as the gate electrode, an increase in equivalent oxide thickness (EOT) due to depletion and a Fermi level The increase in threshold voltage due to pinning cannot be ignored. This becomes a significant problem particularly in the p-type MIS transistor.

このため、ゲート電極としてポリシリコンの代わりに金属を用いたメタルゲート電極の利用が検討されている。バルクCMIS向けに、メタルゲートを適用する場合、n型MISトランジスタにはシリコン(Si)の伝導帯近傍の実効仕事関数(eWF)を有する金属を用い、p型MISトランジスタにはSiの価電子帯近傍のeWFを有する金属を用いればよい。具体的には、p型MISトランジスタにはeWFが4.8eV以上となる金属を用い、n型MISトランジスタにはeWFが4.3eV以下となる金属を用いることが好ましい。   For this reason, utilization of the metal gate electrode which used the metal instead of the polysilicon as a gate electrode is examined. When a metal gate is applied for bulk CMIS, a metal having an effective work function (eWF) near the conduction band of silicon (Si) is used for the n-type MIS transistor, and a valence band of Si is used for the p-type MIS transistor. A metal having a nearby eWF may be used. Specifically, it is preferable to use a metal having an eWF of 4.8 eV or more for the p-type MIS transistor and a metal having an eWF of 4.3 eV or less for the n-type MIS transistor.

金属材料とeWFとの関係から、n型MISトランジスタの場合にはチタン(Ti)、モリブデン(Mo)又はタンタル(Ta)といった金属材料が有望であり、p型MISトランジスタの場合には白金(Pt)、酸化ルテニウム(RuO2)又は窒化チタン(TiN)といった金属材料が有望である。従って、CMISトランジスタを形成する場合には、これらの材料を用いてデュアルメタルゲートプロセスを構築すればよい。しかし、p型MISトランジスタのゲート電極として有望なPt及びRuO2等は、非常に加工が困難である。n型MISトランジスタ用のゲート電極として有望なTi、Mo及びTa等の材料も加工が容易ではなく且つ高熱負荷時の不安定性等の問題も有している。このため、デュアルメタルゲートプロセスの構築は容易ではない。 From the relationship between the metal material and eWF, a metal material such as titanium (Ti), molybdenum (Mo) or tantalum (Ta) is promising in the case of an n-type MIS transistor, and platinum (Pt) in the case of a p-type MIS transistor. ), Metal materials such as ruthenium oxide (RuO 2 ) or titanium nitride (TiN) are promising. Therefore, when forming a CMIS transistor, a dual metal gate process may be constructed using these materials. However, Pt, RuO 2 and the like that are promising as gate electrodes of p-type MIS transistors are very difficult to process. Materials such as Ti, Mo, and Ta, which are promising as gate electrodes for n-type MIS transistors, are not easily processed and have problems such as instability at high heat loads. For this reason, the construction of a dual metal gate process is not easy.

そこで、窒化チタン(TiN)等からなるメタルゲート電極をp型MISトランジスタ及びn型MISトランジスタの双方に用いる方法が提案されている。例えば、ランタン(La)、イットリウム(Y)又はマグネシウム(Mg)等の金属からなるキャップ膜をメタルゲート電極とゲート絶縁膜との間に挿入することによりn型MISトランジスタに適したeWFを実現することができる。また、酸化アルミニウム(AlOx)からなるキャップ膜をメタルゲート電極とゲート絶縁膜との間に挿入することによりp型MISトランジスタに適したeWFを実現することができる(例えば、特許文献1を参照。)。   Therefore, a method has been proposed in which a metal gate electrode made of titanium nitride (TiN) or the like is used for both the p-type MIS transistor and the n-type MIS transistor. For example, an eWF suitable for an n-type MIS transistor is realized by inserting a cap film made of a metal such as lanthanum (La), yttrium (Y), or magnesium (Mg) between a metal gate electrode and a gate insulating film. be able to. Further, an eWF suitable for a p-type MIS transistor can be realized by inserting a cap film made of aluminum oxide (AlOx) between a metal gate electrode and a gate insulating film (see, for example, Patent Document 1). ).

特開2007−329237号公報JP 2007-329237 A

しかしながら、AlOx膜をキャップ膜としてp型MISトランジスタに適したeWFを実現しようとすると、以下のような問題が生じることを本願発明者らは見出した。   However, the present inventors have found that the following problems occur when an eWF suitable for a p-type MIS transistor is realized using an AlOx film as a cap film.

まず、ゲート電極とゲート絶縁膜との間にAlOx膜を挿入すると、EOTが増大し、ゲート容量が低下してしまうという問題があることを見出した。比誘電率が低いAlOx膜を高誘電率膜の上に形成すると、高誘電率膜は相対的に低誘電率化する。また、AlOx膜中の余剰酸素成分が高誘電率膜中に拡散するため、後工程の熱処理において界面層の再酸化増膜が生じ、EOTが増大するということが明らかとなった。   First, it has been found that when an AlOx film is inserted between a gate electrode and a gate insulating film, EOT increases and the gate capacity decreases. When an AlOx film having a low relative dielectric constant is formed on a high dielectric constant film, the high dielectric constant film has a relatively low dielectric constant. Further, it has been clarified that the excess oxygen component in the AlOx film diffuses into the high dielectric constant film, so that a reoxidation increase of the interface layer occurs in the subsequent heat treatment, and the EOT increases.

EOTの増大を抑えるために、AlOxを挿入する分だけ高誘電率膜の物理膜厚を薄くすることが考えられる。しかし、p型MISトランジスタの形成領域とn型MISトランジスタの形成領域とに互いに膜厚が異なる高誘電率膜を形成しようとすると、工程が増加し、製造コストが上昇する。   In order to suppress the increase in EOT, it is conceivable to reduce the physical film thickness of the high dielectric constant film by the amount of insertion of AlOx. However, if high dielectric constant films having different thicknesses are formed in the p-type MIS transistor formation region and the n-type MIS transistor formation region, the number of steps increases and the manufacturing cost increases.

さらに、AlOx膜をキャップ膜として用いた場合には、n型MISトランジスタの特性を悪化させるおそれがあることが本願発明者らにより明らかとなった。AlOx膜をp型MISトランジスタのキャップ膜として用いる場合には、通常はn型MISトランジスタの形成領域において、高誘電率膜の上に形成されたAlOx膜を選択的に除去する必要がある。高誘電率膜にダメージを与えることなく、選択的にAlOx膜を除去する方法として、塩酸−過酸化水素系の洗浄が知られている。しかし、高誘電率膜の上にAlOx膜を形成すると、塩酸又は塩酸−過酸化水素系の薬剤では十分に除去することができない。
その理由は、AlOx膜が化学的に安定であり、これらの薬剤に対して除去耐性を持つためであると考えられる。また、AlOxと高誘電率膜との反応及び化合による化学的な安定性の向上による薬剤除去性の低下も考えられる。高誘電率膜上のAlOxが容易に高誘電率膜と反応すること及び高誘電率膜中にAlが拡散することによりHfとAlとの結合が形成されることが、物理分析により明らかとなっている。このことからHfと結合したAlは化学的に安定となり、これらの薬剤により除去することができなくなると考えられる。
Furthermore, the inventors of the present application have revealed that when an AlOx film is used as a cap film, the characteristics of the n-type MIS transistor may be deteriorated. When an AlOx film is used as a cap film of a p-type MIS transistor, it is usually necessary to selectively remove the AlOx film formed on the high dielectric constant film in the n-type MIS transistor formation region. As a method for selectively removing the AlOx film without damaging the high dielectric constant film, a hydrochloric acid-hydrogen peroxide type cleaning is known. However, if an AlOx film is formed on a high dielectric constant film, it cannot be sufficiently removed with hydrochloric acid or hydrochloric acid-hydrogen peroxide type chemicals.
The reason is considered to be that the AlOx film is chemically stable and has removal resistance against these agents. In addition, the chemical removability may be lowered due to the chemical stability improvement due to the reaction and combination of AlOx and the high dielectric constant film. The physical analysis reveals that AlOx on the high dielectric constant film easily reacts with the high dielectric constant film and that Al diffuses into the high dielectric constant film to form a bond between Hf and Al. ing. This suggests that Al bonded to Hf is chemically stable and cannot be removed by these agents.

このため、n型MISトランジスタの形成領域にAlが残存してしまい、n型MISトランジスタのeWFがシフトし、しきい値電圧が上昇してしまう。また、残存するAlの影響を抑えるためにLaOxの導入量を多くすると、過剰なLaによるNチャネル側の移動度低下及びゲート容量の低下等が生じる。もちろんLaOx膜を先に形成することは可能であるが、その場合にはPチャネル上のLaOx膜の除去性がAlの除去性と同様に問題となる。これにより、p型MISトランジスタの特性が悪化するため、根本的な解決策とはならない。   For this reason, Al remains in the formation region of the n-type MIS transistor, the eWF of the n-type MIS transistor shifts, and the threshold voltage increases. Further, if the amount of LaOx introduced is increased in order to suppress the influence of remaining Al, the mobility on the N channel side and the gate capacity are reduced due to excessive La. Of course, it is possible to form the LaOx film first, but in that case, the removability of the LaOx film on the P channel becomes a problem as well as the removability of Al. As a result, the characteristics of the p-type MIS transistor are deteriorated, which is not a fundamental solution.

本願は、前記の問題を解決し、デュアルメタルゲートプロセスを用いることなく、p型MISトランジスタ及びn型MISトランジスタ双方の特性を向上した半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present application is to solve the above-described problem and to realize a semiconductor device in which characteristics of both the p-type MIS transistor and the n-type MIS transistor are improved without using a dual metal gate process.

前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置をアルミニウムからなるキャップ膜と、窒化アルミニウムからなる拡散防止膜を用いてp型MISトランジスタの実効仕事関数を調整する構成とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor device is configured to adjust the effective work function of a p-type MIS transistor by using a cap film made of aluminum and a diffusion prevention film made of aluminum nitride.

具体的に、本発明に係る半導体装置は、p型半導体領域及びn型半導体領域を有する半導体基板と、p型半導体領域の上に形成された第1の界面層と、第1の界面層の上に形成され、アルミニウムを含む第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1のゲート電極と、n型半導体領域の上に形成された第2の界面層と、第2の界面層の上に形成され、実効仕事関数を低下させる効果を有する元素を含む第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2のゲート電極とを備え、第1のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1020/cm3以上であり、第2のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1019/cm3以下であり、第1の界面シリコン酸化膜の膜厚と第2の界面シリコン酸化膜の膜厚との差は0.2nm以下である。 Specifically, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region, a first interface layer formed on the p-type semiconductor region, and a first interface layer. A first gate insulating film including aluminum, a first gate electrode formed on the first gate insulating film, and a second interface layer formed on the n-type semiconductor region A second gate insulating film formed on the second interface layer and containing an element having an effect of reducing an effective work function, and a second gate electrode formed on the second gate insulating film The aluminum concentration in the upper part of the first gate insulating film is 1 × 10 20 / cm 3 or more, and the aluminum concentration in the upper part of the second gate insulating film is 1 × 10 19 / cm 3. The thickness of the first interface silicon oxide film and the second field The difference from the thickness of the planar silicon oxide film is 0.2 nm or less.

本発明の半導体装置は、1×1020/cm3以上であり、第2のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1019/cm3以下であり、第1の界面シリコン酸化膜の膜厚と第2の界面シリコン酸化膜の膜厚との差は0.2nm以下である。このため、p型MISトランジスタに適したeWFを実現すると共に、EOTを小さく抑えることができる。また、n型MISトランジスタのゲート絶縁膜にAlがほとんど含まれていないため、第2のゲート絶縁膜中における実効仕事関数を低下させる効果を有する元素の濃度を低く抑えることができる。従って、n型MISトランジスタの移動度及び駆動力を向上させることができる。 The semiconductor device of the present invention is 1 × 10 20 / cm 3 or more, the aluminum concentration in the upper part of the second gate insulating film is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the first interfacial silicon oxide film The difference between this film thickness and the film thickness of the second interface silicon oxide film is 0.2 nm or less. For this reason, eWF suitable for the p-type MIS transistor can be realized, and EOT can be suppressed small. In addition, since Al is hardly contained in the gate insulating film of the n-type MIS transistor, the concentration of the element having the effect of reducing the effective work function in the second gate insulating film can be kept low. Therefore, the mobility and driving force of the n-type MIS transistor can be improved.

本発明の半導体装置において、第1のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、第1のゲート絶縁膜の下部におけるアルミニウムの濃度よりも高くてもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the concentration of aluminum in the upper portion of the first gate insulating film may be higher than the concentration of aluminum in the lower portion of the first gate insulating film.

本発明の半導体装置は、戦記第1のゲート絶縁膜と第1のゲート電極との間に形成されたアルミニウムからなる第1のキャップ膜をさらに備えていてもよい。   The semiconductor device of the present invention may further include a first cap film made of aluminum and formed between the first gate insulating film and the first gate electrode.

本発明の半導体装置は、第1のゲート絶縁膜と第1のゲート電極との間に形成された窒化アルミニウムからなる拡散防止膜をさらに備えていてもよい。このような構成とすることにより、Alを高誘電率膜中に効率よく拡散させることが可能となる。
第1のゲート電極及び第2のゲート電極には、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タンタルシリコン、窒化チタンアルミニウム又は窒化ハフニウムからなる膜を用いることができる。
The semiconductor device of the present invention may further include a diffusion prevention film made of aluminum nitride formed between the first gate insulating film and the first gate electrode. With such a configuration, Al can be efficiently diffused in the high dielectric constant film.
For the first gate electrode and the second gate electrode, a film formed of titanium nitride, tantalum nitride, tantalum silicon nitride, titanium aluminum nitride, or hafnium nitride can be used.

本発明の半導体装置において、第2のゲート絶縁膜には、ランタン、イットリウム、マグネシウム又はガドリニウムを含む膜を用いることができる。   In the semiconductor device of the present invention, a film containing lanthanum, yttrium, magnesium, or gadolinium can be used for the second gate insulating film.

本発明の半導体装置において、第2のゲート絶縁膜は、ランタンを含み、第2の界面シリコン酸化膜と半導体基板との界面におけるランタンの濃度は1.5原子%以下としてもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the second gate insulating film may contain lanthanum, and the lanthanum concentration at the interface between the second interface silicon oxide film and the semiconductor substrate may be 1.5 atomic% or less.

本発明の半導体装置において、高誘電率膜には、ハフニウムを含む膜又はジルコニウムを含む膜を用いることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the high dielectric constant film can be a film containing hafnium or a film containing zirconium.

本発明の半導体装置は、半導体基板の上に形成された層間絶縁膜をさらに備え、層間絶縁膜は、p型半導体領域を露出する第1の開口部と、n型半導体領域を露出する第2の開口部とを有し、第1のゲート絶縁膜は、第1の開口部の側面及びp型半導体領域の第1の開口部から露出した部分を覆うように形成され、第2のゲート絶縁膜は、第2の開口部の側面及びn型半導体領域の第2の開口部から露出した部分を覆うように形成されている構成とすればよい。このような構成とすることにより、ソースドレインをゲート絶縁膜よりも先に形成できるため、ゲート絶縁膜を形成した後の熱処理工程を低減できる。   The semiconductor device of the present invention further includes an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, and the interlayer insulating film has a first opening exposing the p-type semiconductor region and a second opening exposing the n-type semiconductor region. The first gate insulating film is formed so as to cover a side surface of the first opening and a portion exposed from the first opening of the p-type semiconductor region, and the second gate insulating film. The film may be formed so as to cover the side surface of the second opening and the portion exposed from the second opening of the n-type semiconductor region. With such a structure, since the source and drain can be formed before the gate insulating film, the heat treatment step after forming the gate insulating film can be reduced.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、p型半導体領域及びn型半導体領域を有する半導体基板の上に、界面シリコン酸化膜、高誘電率膜、アルミニウムからなる第1のキャップ膜、窒化アルミニウムからなる拡散防止膜及びハードマスクを順次形成する工程(a)と、工程(a)よりも後に、第1のキャップ膜、拡散防止膜及びハードマスクにおけるn型半導体領域の上に形成された部分を除去する工程(b)と、工程(b)よりも後に、半導体基板上に実効仕事関数を低下させる効果を有する元素を含む第2のキャップ膜を形成する工程(c)と、工程(c)よりも後に、熱処理を行う工程(d)と、工程(d)よりも後に、半導体基板上に電極膜を形成する工程(e)と、工程(e)よりも後に、電極膜、高誘電率膜及び界面シリコン酸化膜をパターニングすることにより、n型半導体領域の上に第1の界面シリコン酸化膜、第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極を形成し、p型半導体領域の上に第2の界面シリコン酸化膜、第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極を形成する工程(f)とを備えていることを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an interface silicon oxide film, a high dielectric constant film, a first cap film made of aluminum, and aluminum nitride on a semiconductor substrate having a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region. A step (a) for sequentially forming a diffusion prevention film and a hard mask, and a portion formed on the n-type semiconductor region in the first cap film, the diffusion prevention film and the hard mask after the step (a). A step (b) of removing, a step (c) of forming a second cap film containing an element having an effect of reducing the effective work function on the semiconductor substrate after the step (b), and a step (c) A step (d) of performing a heat treatment later, a step (e) of forming an electrode film on the semiconductor substrate after the step (d), and an electrode film, a high dielectric constant after the step (e). Membrane and interfacial silicon The first interface silicon oxide film, the first gate insulating film, and the first gate electrode are formed on the n-type semiconductor region by patterning the oxide film, and the second interface is formed on the p-type semiconductor region. A step (f) of forming a silicon oxide film, a first gate insulating film, and a second gate electrode.

本発明の半導体装置の製造方法は、Alからなる第1のキャップ膜の上にAlNからなる拡散防止膜を形成する。このため、ハードマスクへのAlの拡散を抑えることができ、高誘電率膜中に効率よくAlを拡散させることが可能となる。また、第1のキャップ膜がAlであるため、界面シリコン酸化膜の増膜を抑えることができ、EOTを小さく保つことが可能となる。さらに、Alは除去し易いためn型半導体領域に残存するAlを低減することができる。これにより、第2のゲート絶縁膜中における実効仕事関数を低下させる効果を有する元素の濃度を低く抑えることが可能となる。従って、n型MISトランジスタの移動度及び駆動力を向上させる効果も得られる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a diffusion prevention film made of AlN is formed on a first cap film made of Al. For this reason, Al diffusion to the hard mask can be suppressed, and Al can be efficiently diffused into the high dielectric constant film. Further, since the first cap film is made of Al, it is possible to suppress an increase in the thickness of the interface silicon oxide film and to keep EOT small. Furthermore, since Al is easy to remove, Al remaining in the n-type semiconductor region can be reduced. Thereby, the concentration of the element having the effect of reducing the effective work function in the second gate insulating film can be kept low. Therefore, the effect of improving the mobility and driving force of the n-type MIS transistor can also be obtained.

本発明の半導体装置の製造方法において、第1のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1020/cm3以上であり、第2のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1019/cm3以下であり、第1の界面シリコン酸化膜の膜厚と第2の界面シリコン酸化膜の膜厚との差は0.2m以下とすればよい。 In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the aluminum concentration on the first gate insulating film is 1 × 10 20 / cm 3 or more, and the aluminum concentration on the second gate insulating film is 1 × 10 19 / cm 3 or less, and the difference between the thickness of the first interface silicon oxide film and the thickness of the second interface silicon oxide film may be 0.2 m or less.

本発明の半導体装置の製造方法は、工程(b)よりも後で且つ工程(e)よりも前に、第1のキャップ膜に含まれるアルミニウムを拡散させるアルミニウム拡散工程(f)をさらに備えていてもよい。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention further includes an aluminum diffusion step (f) for diffusing aluminum contained in the first cap film after the step (b) and before the step (e). May be.

本発明の半導体装置の製造方法において、工程(d)よりも後で且つ工程(e)よりも前に、第2のキャップ膜を除去する工程(h)をさらに備えていてもよい。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention may further include a step (h) of removing the second cap film after the step (d) and before the step (e).

本発明の半導体装置の製造方法は、工程(h)よりも後で且つ工程(e)よりも前に、p型半導体領域においてハードマスクを除去する工程(i)をさらに備えていてもよい。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention may further include a step (i) of removing the hard mask in the p-type semiconductor region after the step (h) and before the step (e).

本発明の半導体装置の製造方法は、工程(i)よりも後で且つ工程(e)よりも前に、p型半導体領域において、拡散防止膜を除去する工程(j)をさらに備えていてもよい。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention may further include a step (j) of removing the diffusion barrier film in the p-type semiconductor region after the step (i) and before the step (e). Good.

本発明の半導体装置の製造方法において、第2のキャップ膜には、ランタン、イットリウム、マグネシウム又はガドリニウムを含む膜を用いることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a film containing lanthanum, yttrium, magnesium, or gadolinium can be used for the second cap film.

本発明の半導体装置の製造方法において、第2のキャップ膜は、ランタンを含み、工程(d)では、800℃以下の温度で熱処理を行えばよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second cap film contains lanthanum, and heat treatment may be performed at a temperature of 800 ° C. or lower in the step (d).

本発明の半導体装置の製造方法において、高誘電率膜には、ハフニウムを含む膜又はジルコニウムを含む膜を用いることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a film containing hafnium or a film containing zirconium can be used as the high dielectric constant film.

本発明の半導体装置の製造方法は、工程(a)よりも前に、p型半導体領域にp型ソースドレイン拡散層を形成し、n型半導体領域にn型ソースドレイン拡散層を形成する工程(i)と、工程(i)よりも後で且つ工程(a)よりも前に、p型半導体領域を露出する第1の開口部及びn型半導体領域を露出する第2の開口部を有する層間絶縁膜を形成する工程(j)とをさらに備え、工程(a)では、高誘電率膜を第1の開口部及び第2の開口部の側面並びにp型半導体領域の第1の開口部から露出した部分及びn型半導体領域の第2の開口部から露出した部分を覆うように形成してもよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a p-type source / drain diffusion layer in the p-type semiconductor region and an n-type source / drain diffusion layer in the n-type semiconductor region (step (a)). i) and an interlayer having a first opening exposing the p-type semiconductor region and a second opening exposing the n-type semiconductor region after step (i) and before step (a) A step (j) of forming an insulating film, and in the step (a), the high dielectric constant film is formed from the side surfaces of the first opening and the second opening and the first opening of the p-type semiconductor region. You may form so that the exposed part and the part exposed from the 2nd opening part of the n-type semiconductor region may be covered.

本発明に係る半導体装置及びその半導体装置の製造方法によれば、デュアルメタルゲートプロセスを用いることなく、p型MISトランジスタ及びn型MISトランジスタ双方の特性を向上した半導体装置を実現できる。   According to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, a semiconductor device in which the characteristics of both the p-type MIS transistor and the n-type MIS transistor are improved can be realized without using a dual metal gate process.

評価用半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device for evaluation. 評価用半導体装置の容量と電圧との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the capacity | capacitance of the semiconductor device for evaluation, and a voltage. キャップ膜の膜厚とEOTとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the film thickness of a cap film | membrane, and EOT. (a)〜(c)は評価用半導体装置の断面であり、(a)はキャップ膜がAlOx膜の場合におけるPチャネル側の断面を示し、(b)はキャップ膜がAl膜の場合のPチャネル側の断面を示し、(c)はNチャネル側の断面を示す。(A)-(c) is a cross section of the semiconductor device for evaluation, (a) shows the cross section on the P channel side when the cap film is an AlOx film, and (b) shows the P when the cap film is an Al film. A cross section on the channel side is shown, and (c) shows a cross section on the N channel side. 塩酸による処理時間とキャップ膜の残存量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the treatment time with hydrochloric acid and the remaining amount of the cap film. キャップ膜を除去した後に高誘電率膜に含まれるアルミニウム濃度を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured the aluminum density | concentration contained in a high dielectric constant film after removing a cap film | membrane. キャップ膜の膜厚とn型MISトランジスタのeWFとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the film thickness of the cap film and the eWF of the n-type MIS transistor. (a)〜(c)はTiN膜中へのAl拡散を測定した結果であり、(a)は熱処理前の分布を示し、(b)は800℃で熱処理した後の分布を示し、(c)はAlNからなる拡散防止膜を形成した場合に800℃で熱処理した後の分布を示す。(A)-(c) is the result of having measured Al diffusion in a TiN film | membrane, (a) shows the distribution before heat processing, (b) shows the distribution after heat processing at 800 degreeC, (c ) Shows the distribution after heat treatment at 800 ° C. when a diffusion barrier film made of AlN is formed. 第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps. p型MISトランジスタにおけるAlの垂直方向の分布を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a vertical distribution of Al in a p-type MIS transistor. p型MISトランジスタにおけるEOT及びeWFの分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows distribution of EOT and eWF in a p-type MIS transistor. n型MISトランジスタにおける熱処理温度とeWF及びEOTとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the heat processing temperature in an n-type MIS transistor, eWF, and EOT. n型MISトランジスタにおけるLaの深さ方向の分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows distribution of the depth direction of La in an n-type MIS transistor. p型MISトランジスタにおける熱処理温度とeWF及びEOTとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the heat processing temperature in a p-type MIS transistor, eWF, and EOT. 第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment to process order. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment to process order. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment to process order.

まず、p型MISトランジスタの酸化膜換算膜厚(EOT)の増大を抑えつつ、p型MISトランジスタに適した実効仕事関数(eWF)を実現できるようにする原理を説明する。   First, the principle for realizing an effective work function (eWF) suitable for a p-type MIS transistor while suppressing an increase in equivalent oxide thickness (EOT) of the p-type MIS transistor will be described.

図1は、評価用半導体装置の断面構成を示している。評価用半導体装置は、シリコン基板である半導体基板301の上に順次形成された、金属−絶縁膜−半導体(MIS)キャパシタであり、界面シリコン酸化膜302、高誘電率膜303、キャップ膜304及び電極膜305を有している。界面シリコン酸化膜302は、膜厚が1.2nm程度のSiO2膜である。高誘電率膜303は、膜厚が1.5nmの窒素含有ハフニウムシリケート(HfSiON)膜である。電極膜305は、膜厚が15nmのTiN膜である。 FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the evaluation semiconductor device. The evaluation semiconductor device is a metal-insulating film-semiconductor (MIS) capacitor sequentially formed on a semiconductor substrate 301 which is a silicon substrate, and includes an interface silicon oxide film 302, a high dielectric constant film 303, a cap film 304, and An electrode film 305 is provided. The interface silicon oxide film 302 is a SiO 2 film having a thickness of about 1.2 nm. The high dielectric constant film 303 is a nitrogen-containing hafnium silicate (HfSiON) film having a thickness of 1.5 nm. The electrode film 305 is a TiN film having a thickness of 15 nm.

図2は、評価用半導体装置の容量−電圧(CV)特性を示している。図2において、印加する電圧の周波数は100kHzとした。キャップ膜304として膜厚が0.5nmのAlOx膜又はAl膜を設けた場合には、キャップ膜を形成していない場合よりもフラットバンド電圧(Vfb)が正方向にシフトした。これは、AlOx膜又はAl膜からなるキャップ膜304を設けることによりeWFが増加したことを示している。また、膜厚が同じ場合、eWFの増加量はAlOx膜の方がAl膜よりも大きくなった。   FIG. 2 shows the capacitance-voltage (CV) characteristics of the semiconductor device for evaluation. In FIG. 2, the frequency of the applied voltage is 100 kHz. When an AlOx film or an Al film having a thickness of 0.5 nm was provided as the cap film 304, the flat band voltage (Vfb) shifted in the positive direction as compared with the case where no cap film was formed. This indicates that eWF is increased by providing the cap film 304 made of an AlOx film or an Al film. When the film thickness was the same, the increase amount of eWF was larger in the AlOx film than in the Al film.

一方、図2に示すようにキャップ膜304をAlOx膜とした場合には、キャップ膜を形成していない場合と比べて蓄積容量が低下した。これは、EOTが増大していることを示している。一方、キャップ膜304をAl膜とした場合には、蓄積容量はキャップ膜を形成していない場合とほぼ同じであった。   On the other hand, as shown in FIG. 2, when the cap film 304 is an AlOx film, the storage capacity is reduced as compared with the case where the cap film is not formed. This indicates that EOT is increasing. On the other hand, when the cap film 304 is an Al film, the storage capacity is almost the same as when the cap film is not formed.

図3は、キャップ膜の膜厚とEOTの増加量との関係を示している。AlOx膜の場合には、膜厚が厚くなるに従いEOTの増加量が大きくなった。しかし、Al膜の場合には、膜厚が厚くなってもEOTの値はほぼ一定であった。   FIG. 3 shows the relationship between the thickness of the cap film and the amount of increase in EOT. In the case of the AlOx film, the amount of increase in EOT increased as the film thickness increased. However, in the case of the Al film, the EOT value was almost constant even when the film thickness was increased.

図4(a)〜(c)は、評価用半導体装置の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した結果を模式的に示している。(a)はキャップ膜に膜厚が0.5nmのAlOx膜を用いた場合を示し、(b)はキャップ膜に膜厚が0.5nmのAl膜を用いた場合を示している。また、(c)はNチャネル側の断面を示している。図4に示すように、キャップ膜がAl膜である場合の方がAlOx膜である場合よりも界面シリコン酸化膜の膜厚が薄くなっていることが明らかとなった。これは、キャップ膜がAlOx膜である場合には、余剰の酸素がキャップ膜の堆積直後又は堆積後の熱処理工程において、高誘電率膜及び界面シリコン酸化膜中に拡散し、界面シリコン酸化膜を増膜させていることを示している。一方、Al膜の場合には、余剰の酸素が拡散することがないため、界面シリコン酸化膜の増膜を抑えることができる。図4(c)に示したNチャネルの断面と比較すると、Nチャネル側の界面シリコン酸化膜の膜厚はキャップ膜がAlの場合の膜厚とほぼ同等になることが分かる。一方、キャップ膜にAlOxを用いた場合には、界面シリコン酸化膜の膜厚がNチャネル側の界面シリコン酸化膜と比較して0.2nm以上厚くなることが分かった。   4A to 4C schematically show the results of observing the cross section of the semiconductor device for evaluation with a transmission electron microscope (TEM). (A) shows the case where an AlOx film having a film thickness of 0.5 nm is used for the cap film, and (b) shows the case where an Al film having a film thickness of 0.5 nm is used for the cap film. Further, (c) shows a cross section on the N channel side. As shown in FIG. 4, it is clear that the thickness of the interfacial silicon oxide film is thinner when the cap film is an Al film than when the cap film is an AlOx film. This is because when the cap film is an AlOx film, excess oxygen diffuses into the high dielectric constant film and the interfacial silicon oxide film immediately after the cap film is deposited or in the heat treatment step after the deposition, so that the interfacial silicon oxide film is It shows that the film is increased. On the other hand, in the case of an Al film, surplus oxygen does not diffuse, so that an increase in the interface silicon oxide film can be suppressed. Compared with the cross section of the N channel shown in FIG. 4C, it can be seen that the film thickness of the interface silicon oxide film on the N channel side is almost the same as that when the cap film is Al. On the other hand, when AlOx was used for the cap film, it was found that the thickness of the interface silicon oxide film was 0.2 nm or more thicker than that of the interface silicon oxide film on the N channel side.

金属膜であるAl膜は、酸化膜であるAlOx膜と異なり希塩酸により容易に溶解除去することができる。図5は希塩酸による処理時間と高誘電率膜の上に形成したAl系キャップ膜の残存量との関係を示している。キャップ膜の膜厚はX線光電子分光(XPS)測定により求めた値である。図5に示すようにAl膜の場合には、数十秒の処理を行うことによりほぼ完全にキャップ膜を除去することができる。しかし、AlOx膜の場合には、1000秒程度処理を続けても0.1nm程度のAlOx膜が残存した状態で飽和するという結果となった。   Unlike the AlOx film that is an oxide film, the Al film that is a metal film can be easily dissolved and removed with dilute hydrochloric acid. FIG. 5 shows the relationship between the treatment time with dilute hydrochloric acid and the remaining amount of the Al-based cap film formed on the high dielectric constant film. The film thickness of the cap film is a value obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement. As shown in FIG. 5, in the case of an Al film, the cap film can be almost completely removed by performing the treatment for several tens of seconds. However, in the case of the AlOx film, even if the treatment was continued for about 1000 seconds, the result was that the AlOx film was saturated with the remaining AlOx film of about 0.1 nm.

図6は、Nチャネル領域においてAl又はAlOxからなるキャップ膜を除去した後に、高誘電率膜に残存するAl量の深さ方向の分布を図示している。まず、Si基板の上に、SiO2からなる界面シリコン酸化膜、HfSiONからなる高誘電率膜及びキャップ膜を形成した後、希塩酸によりキャップ膜を除去し、TiNからなる電極膜を形成した。図6において、キャップ膜を膜厚が0.5nmのAlOx膜とした場合を破線で示し、キャップ膜を膜厚が1.0nmのAl膜とした場合を実線で示している。Al残存量の測定にはバックサイドからの二次イオン質量分析(SIMS)法を用いた。図6に示すように、キャップ膜をAlOx膜とした場合には、塩酸系のAl除去洗浄を行っても、高誘電率膜とTiN膜との界面において2×1020原子/cm3程度のAlが残留している。一方、キャップ膜をAl膜とした場合には、塩酸系のAl除去洗浄を行った後の高誘電率膜バルク中におけるAlの残留量は、1×1019原子/cm3以下となった。 FIG. 6 illustrates the distribution in the depth direction of the Al amount remaining in the high dielectric constant film after removing the cap film made of Al or AlOx in the N channel region. First, an interfacial silicon oxide film made of SiO 2 , a high dielectric constant film made of HfSiON, and a cap film were formed on a Si substrate, and then the cap film was removed with dilute hydrochloric acid to form an electrode film made of TiN. In FIG. 6, the case where the cap film is an AlOx film having a thickness of 0.5 nm is indicated by a broken line, and the case where the cap film is an Al film having a thickness of 1.0 nm is indicated by a solid line. A secondary ion mass spectrometry (SIMS) method from the backside was used for the measurement of the residual amount of Al. As shown in FIG. 6, when the cap film is an AlOx film, even if hydrochloric acid-based Al removal cleaning is performed, the interface between the high dielectric constant film and the TiN film is about 2 × 10 20 atoms / cm 3 . Al remains. On the other hand, when the cap film was an Al film, the residual amount of Al in the bulk of the high dielectric constant film after the hydrochloric acid-based Al removal cleaning was 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less.

n型MISトランジスタのゲート絶縁膜にAlが拡散してしまうと、eWFを低い側にシフトさせるLa等の効果が阻害されるおそれがある。図7はキャップ膜を除去した後に、高誘電率膜の上にLaOx膜を堆積し、TiNからなる電極膜を形成した場合のLaOx膜の膜厚とeWFとの関係を示している。キャップ膜がAlOx膜である場合においても、Al膜である場合においても、LaOx膜の膜厚が厚くなるに従い、eWFが小さくなる傾向が認められた。しかし、これは、LaOx膜を厚くすることにより高誘電率膜中に拡散するLaの量が増大するためである。キャップ膜がAlOx膜である場合には、Al膜である場合よりもeWFが0.15eVから0.2eV程度高くなった。従って、キャップ膜がAl膜である場合の方がAlOx膜の場合よりも、同じeWFを実現するために必要なLaの濃度を低くすることができる。ゲート絶縁膜中におけるLa濃度を低くすることができれば、Nチャネル側のキャリアの移動度が上昇し、トランジスタの電流駆動力を向上させることが可能となるという利点が得られる。   If Al diffuses into the gate insulating film of the n-type MIS transistor, the effect of La or the like that shifts eWF to the lower side may be hindered. FIG. 7 shows the relationship between the film thickness of the LaOx film and eWF when the LaOx film is deposited on the high dielectric constant film after the cap film is removed and an electrode film made of TiN is formed. Whether the cap film is an AlOx film or an Al film, eWF tends to decrease as the thickness of the LaOx film increases. However, this is because increasing the thickness of the LaOx film increases the amount of La diffused into the high dielectric constant film. When the cap film was an AlOx film, eWF was about 0.15 eV to 0.2 eV higher than when the cap film was an Al film. Therefore, when the cap film is an Al film, the concentration of La necessary for realizing the same eWF can be made lower than when the cap film is an AlOx film. If the La concentration in the gate insulating film can be reduced, there is an advantage that the mobility of carriers on the N channel side increases and the current driving capability of the transistor can be improved.

AlOx膜に代えてAl膜を用いることによりp型MISトランジスタのEOTの増加を抑えることができ且つn型MISトランジスタの電流駆動力を向上できるという利点が得られる。しかし、AlOx膜と同等のeWFを実現するためには、Al膜の膜厚をAlOx膜よりも厚くする必要がある。Al膜の膜厚を厚くしなければならない理由は、Al膜の場合にはAlOx膜よりもTiN膜中に拡散し易いためであると考えられる。つまり、Al膜を用いた場合には、Alが高誘電率膜中だけでなくTiN膜中にも拡散する。このため、高誘電率膜中のAl濃度が低下し、eWFのシフト量が小さくなると考えられる。   By using an Al film instead of the AlOx film, an increase in EOT of the p-type MIS transistor can be suppressed and the current driving capability of the n-type MIS transistor can be improved. However, in order to realize an eWF equivalent to the AlOx film, it is necessary to make the thickness of the Al film thicker than that of the AlOx film. The reason why the thickness of the Al film needs to be increased is considered to be that the Al film is more easily diffused into the TiN film than the AlOx film. That is, when an Al film is used, Al diffuses not only in the high dielectric constant film but also in the TiN film. For this reason, it is considered that the Al concentration in the high dielectric constant film decreases and the shift amount of eWF becomes small.

Al膜の膜厚を厚くしてもEOTにはほとんど影響が生じない。このため、EOTに関しては、AlのTiN膜への拡散が生じても大きな問題はない。しかし、AlのTiN膜への拡散はアニール特性に起因して、面内において常に一定となるとは限らない。このため、ハードマスク除去後のAlの残留膜厚にばらつきが生じ、eWFにばらつきが生じるおそれがある。従って、AlのTiN膜への拡散を抑える必要がある。   Increasing the thickness of the Al film has little effect on EOT. For this reason, with respect to EOT, there is no major problem even if Al diffuses into the TiN film. However, the diffusion of Al into the TiN film is not always constant in the plane due to the annealing characteristics. For this reason, the residual film thickness of Al after removal of the hard mask may vary, and the eWF may vary. Therefore, it is necessary to suppress the diffusion of Al into the TiN film.

AlのTiN膜への拡散を抑えるためには、Al膜とTiN膜との間に、拡散防止膜を形成すればよい。拡散防止膜は、化学的に安定な膜であればよいが、相補型トランジスタを形成するためには、除去が容易な膜である必要がある。このため、拡散防止膜として窒化アルミニウム(AlN)膜を用いることが好ましい。   In order to suppress the diffusion of Al into the TiN film, a diffusion prevention film may be formed between the Al film and the TiN film. The diffusion prevention film may be a chemically stable film, but in order to form a complementary transistor, it needs to be a film that can be easily removed. For this reason, it is preferable to use an aluminum nitride (AlN) film as the diffusion preventing film.

図8(a)〜(c)は、TiN膜とAl膜との界面におけるTi及びAlのプロファイルを示している。(a)は、TiN膜の上にAl膜を積層した直後のプロファイルを示し、(b)は800℃の熱処理を行った後のプロファイルを示し、(c)はTiN膜とAl膜との間にAlN膜を挿入した場合における、800℃の熱処理を行った後のプロファイルを示している。図8(b)に示すようにAlN膜がない場合には、熱処理を行った後AlはTiN膜中に深く拡散している。しかし、図8(c)に示すようにAlN膜を挿入した場合には熱処理をした後においてもTiN膜中へのAlの拡散が抑えられている。   FIGS. 8A to 8C show the profiles of Ti and Al at the interface between the TiN film and the Al film. (A) shows the profile immediately after laminating the Al film on the TiN film, (b) shows the profile after the heat treatment at 800 ° C., and (c) shows between the TiN film and the Al film. The profile after performing the heat processing of 800 degreeC in the case of inserting an AlN film into is shown. As shown in FIG. 8B, when there is no AlN film, Al is diffused deeply in the TiN film after the heat treatment. However, when an AlN film is inserted as shown in FIG. 8C, the diffusion of Al into the TiN film is suppressed even after heat treatment.

p型MISトランジスタとn型MISトランジスタとを形成し相補型MISトランジスタを形成する場合には、p型MISトランジスタのeWFを増大させる効果を有する第1のキャップ膜を形成した後、TiN等からなるハードマスクを形成することが一般的である。ハードマスクは、n型MISトランジスタのeWFを低下させる効果を有する第2のキャップ膜中に含まれるLa等が、p型MISトランジスタのゲート絶縁膜中に拡散することを防止するために形成する。このため、第2のキャップ膜を拡散させた後、ハードマスクの少なくとも一部を除去することが一般的である。また、ハードマスクをすべて除去することも行われる。Al膜とAlN膜とはエッチレートが異なるため、Al膜とAlN膜との界面においてエッチングを容易に停止させることができる。従って、AlNからなる拡散防止膜を、Alからなる第1のキャップ膜とTiNからなるハードマスクとの間に形成した場合には、ハードマスクの除去が容易となるという利点も得られる。   In the case where a p-type MIS transistor and an n-type MIS transistor are formed to form a complementary MIS transistor, the first cap film having an effect of increasing the eWF of the p-type MIS transistor is formed and then made of TiN or the like. It is common to form a hard mask. The hard mask is formed to prevent La or the like contained in the second cap film having the effect of reducing the eWF of the n-type MIS transistor from diffusing into the gate insulating film of the p-type MIS transistor. For this reason, after diffusing the second cap film, at least a part of the hard mask is generally removed. Also, all the hard mask is removed. Since the etching rate differs between the Al film and the AlN film, the etching can be easily stopped at the interface between the Al film and the AlN film. Therefore, when the diffusion prevention film made of AlN is formed between the first cap film made of Al and the hard mask made of TiN, there is also an advantage that the hard mask can be easily removed.

このように、p型MISトランジスタのキャップ膜としてAlOx膜に代えてAl膜を用い、さらにAlNからなる拡散防止膜を設けることにより、p型MISトランジスタのEOTを増大させることなくeWFを増大させることができる。また、AlのTiNへの拡散を阻止することにより、Alの拡散量及びハードマスク除去後のAl残留量のばらつきを抑制できる。これにより、eWFシフト量のばらつきを抑えることができる。さらに、n型MISトランジスタの高誘電率膜中のAl残存量を従来のキャップ膜としてAlOxを用いた場合と比べて大幅に減らすことができる。その結果、n型MISトランジスタ特性の劣化を抑制することが可能となる。以下に、実施形態を用いてさらに詳細に説明する。   Thus, by using an Al film instead of the AlOx film as the cap film of the p-type MIS transistor and further providing a diffusion prevention film made of AlN, the eWF can be increased without increasing the EOT of the p-type MIS transistor. Can do. Further, by preventing the diffusion of Al into TiN, it is possible to suppress variations in the Al diffusion amount and the Al residual amount after removal of the hard mask. Thereby, the dispersion | variation in eWF shift amount can be suppressed. Furthermore, the remaining amount of Al in the high dielectric constant film of the n-type MIS transistor can be greatly reduced as compared with the case where AlOx is used as a conventional cap film. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the n-type MIS transistor characteristics. Below, it demonstrates still in detail using embodiment.

(第1の実施形態)
図9は、第1の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。シリコン(Si)基板等の半導体基板101には、p型MISトランジスタが形成されたp型半導体領域10A及びn型MISトランジスタが形成されたn型半導体領域10Bが形成されている。p型半導体領域10Aは、素子分離領域102により分離されたnウェル103を有し、n型半導体領域10Bは、素子分離領域102により分離されたpウェル104を有している。素子分離領域102は、LOCOS(local oxidation of silicon)法又はSTI(shallow trench isolation)法等とすればよい。
(First embodiment)
FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. A semiconductor substrate 101 such as a silicon (Si) substrate is formed with a p-type semiconductor region 10A where a p-type MIS transistor is formed and an n-type semiconductor region 10B where an n-type MIS transistor is formed. The p-type semiconductor region 10 </ b> A has an n-well 103 separated by the element isolation region 102, and the n-type semiconductor region 10 </ b> B has a p-well 104 separated by the element isolation region 102. The element isolation region 102 may be a local oxidation of silicon (LOCOS) method or a shallow trench isolation (STI) method.

nウェル103の上には、p型ゲートスタックが形成されている。p型ゲートスタックは順次形成された、シリコン酸膜(SiO2膜)又は酸窒化シリコン膜(SiON膜)等からなる界面シリコン酸化膜105と、高誘電率膜である第1のゲート絶縁膜106Aと、Al膜である第1のキャップ膜107と、AlN膜である拡散防止膜117と、第1のゲート電極119Aとを有している。pウェル104の上には、n型ゲートスタックが形成されている。n型ゲートスタックは順次形成された、界面シリコン酸化膜105と、La等の元素を含む高誘電率膜である第2のゲート絶縁膜106Bと、第2のゲート電極119Bとを有している。 A p-type gate stack is formed on the n-well 103. The p-type gate stack is formed by sequentially forming an interface silicon oxide film 105 made of a silicon oxide film (SiO 2 film) or a silicon oxynitride film (SiON film), etc., and a first gate insulating film 106A which is a high dielectric constant film. A first cap film 107 that is an Al film, a diffusion prevention film 117 that is an AlN film, and a first gate electrode 119A. An n-type gate stack is formed on the p-well 104. The n-type gate stack includes an interfacial silicon oxide film 105, a second gate insulating film 106B that is a high dielectric constant film containing an element such as La, and a second gate electrode 119B, which are sequentially formed. .

高誘電率膜は、ハフニウムシリケート(HfSiO)膜、窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)膜、酸化ハフニウム(HfO)膜又はジルコン酸ハフニウム(HfZrO)膜等のHf及びOを含む絶縁膜又は酸化ジルコニウム(ZrO)等のジルコニウムを含む絶縁膜であればよい。第1のゲート絶縁膜106AにはeWFを増大させる効果を有するAlが含まれ、第1のゲート絶縁膜106Aの上部におけるAlの面密度は、1×1015cm-2以上である。第2のゲート絶縁膜106Bには、Alは実質的に含まれておらず、第2のゲート絶縁膜106Bの上部におけるAlの面密度は1×1012cm-2以下である。また、第2のゲート絶縁膜106BにはeWFを低下させる効果を有するLaが含まれている。一方、第1のゲート絶縁膜106AにはLaは実質的に含まれていない。なお、第2のゲート絶縁膜106Bは、Laに代えてマグネシウム(Mg)、イットリウム(Y)、マグネシウム(Mg)若しくはガドリニウム(Gd)等を含んでいてもよい。 The high dielectric constant film is an insulating film or zirconium oxide (ZrO) containing Hf and O, such as a hafnium silicate (HfSiO) film, a hafnium nitride silicate (HfSiON) film, a hafnium oxide (HfO) film, or a hafnium zirconate (HfZrO) film. Any insulating film containing zirconium may be used. The first gate insulating film 106A contains Al having an effect of increasing eWF, and the surface density of Al in the upper portion of the first gate insulating film 106A is 1 × 10 15 cm −2 or more. The second gate insulating film 106B does not substantially contain Al, and the surface density of Al in the upper part of the second gate insulating film 106B is 1 × 10 12 cm −2 or less. Further, the second gate insulating film 106B contains La having an effect of reducing eWF. On the other hand, La is not substantially contained in the first gate insulating film 106A. Note that the second gate insulating film 106B may contain magnesium (Mg), yttrium (Y), magnesium (Mg), gadolinium (Gd), or the like instead of La.

第1のゲート電極119Aは、TiNからなるハードマスク108と、TiNからなる第1の電極膜110と、ポリシリコンからなる第2の電極膜111との積層膜である、第2のゲート電極119Bは、TiNからなる第1の電極膜110と、ポリシリコンからなる第2の電極膜111との積層膜である。第1のゲート電極119Aはハードマスク108を含むため、第2のゲート電極119Bよりも厚い。このため、eWFをより大きくすることができる。但し、第1のゲート電極119Aはハードマスク108を含まない構成であってもよい。また、ハードマスク108及び第1の電極膜110は、TiNに代えて窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タンタルシリコン(TaSiN)、炭化タンタル(TaC)又は窒化ハフニウム(HfN)等であってもよい。   The first gate electrode 119A is a laminated film of a hard mask 108 made of TiN, a first electrode film 110 made of TiN, and a second electrode film 111 made of polysilicon, and is a second gate electrode 119B. Is a laminated film of a first electrode film 110 made of TiN and a second electrode film 111 made of polysilicon. Since the first gate electrode 119A includes the hard mask 108, it is thicker than the second gate electrode 119B. For this reason, eWF can be made larger. However, the first gate electrode 119A may not include the hard mask 108. The hard mask 108 and the first electrode film 110 are made of titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum nitride (TaN), tantalum silicon nitride (TaSiN), tantalum carbide (TaC), or hafnium nitride (HfN) instead of TiN. It may be.

p型ゲートスタックが、拡散防止膜117及び第1のキャップ膜107を有している構成を示した。しかし、拡散防止膜117は除去されていてもよい。また、第1のキャップ膜107は拡散して第1のゲート絶縁膜106Aと一体となっていてもよい。n型ゲートスタックは、eWFを低下させる効果を有する元素を含む第2のキャップ膜を有していてもよい。   The configuration in which the p-type gate stack includes the diffusion prevention film 117 and the first cap film 107 is shown. However, the diffusion prevention film 117 may be removed. In addition, the first cap film 107 may be diffused and integrated with the first gate insulating film 106A. The n-type gate stack may have a second cap film containing an element having an effect of reducing eWF.

p型ゲートスタック及びn型ゲートスタックの側面には、サイドウォール113が形成されている。nウェル103におけるp型ゲートスタックの両側方にはp型エクステンション拡散層115Aが形成され、p型エクステンション拡散層115Aの外側方にはp型ソースドレイン拡散層116Aが形成されている。pウェル104におけるn型ゲートスタックの両側方にはn型エクステンション拡散層115Bが形成されn型エクステンション拡散層115Bの外側方にはn型ソースドレイン拡散層116Bが形成されている。第1のゲート電極119A、第2のゲート電極119B、p型ソースドレイン拡散層116A及びn型ソースドレイン拡散層116Bの上部にはシリサイド層114が形成されている。p型ゲートスタック及びn型ゲートスタックを覆うように層間絶縁膜121が形成され、層間絶縁膜121には、シリサイド層114と接続されたコンタクトプラグ122が形成されている。   Sidewalls 113 are formed on the side surfaces of the p-type gate stack and the n-type gate stack. A p-type extension diffusion layer 115A is formed on both sides of the p-type gate stack in the n-well 103, and a p-type source / drain diffusion layer 116A is formed on the outer side of the p-type extension diffusion layer 115A. An n-type extension diffusion layer 115B is formed on both sides of the n-type gate stack in the p-well 104, and an n-type source / drain diffusion layer 116B is formed on the outer side of the n-type extension diffusion layer 115B. A silicide layer 114 is formed on the first gate electrode 119A, the second gate electrode 119B, the p-type source / drain diffusion layer 116A, and the n-type source / drain diffusion layer 116B. An interlayer insulating film 121 is formed so as to cover the p-type gate stack and the n-type gate stack, and a contact plug 122 connected to the silicide layer 114 is formed in the interlayer insulating film 121.

図10〜図12は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。まず、図10(a)に示すように、半導体基板101に素子分離領域102により互いに分離されたp型MISトランジスタを形成するp型半導体領域10A及びn型MISトランジスタを形成するn型半導体領域10Bを形成する。半導体基板101は例えばSi基板とすればよい。p型半導体領域10Aにはnウェル103が形成され、n型半導体領域10Bにはpウェル104が形成されている。素子分離領域102は、LOCOS(local oxidation of silicon)法又はSTI(shallow trench isolation)法等により形成すればよい。   10 to 12 show the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. First, as shown in FIG. 10A, a p-type semiconductor region 10A for forming a p-type MIS transistor and an n-type semiconductor region 10B for forming an n-type MIS transistor which are separated from each other by an element isolation region 102 on a semiconductor substrate 101. Form. The semiconductor substrate 101 may be a Si substrate, for example. An n-well 103 is formed in the p-type semiconductor region 10A, and a p-well 104 is formed in the n-type semiconductor region 10B. The element isolation region 102 may be formed by a local oxidation of silicon (LOCOS) method or a shallow trench isolation (STI) method.

次に、図10(b)に示すように、半導体基板101上の全面に、界面シリコン酸化膜105を形成する。界面シリコン酸化膜105は、シリコン酸化膜(SiO2膜)又は酸窒化シリコン膜(SiON膜)等とすればよい。詳細には、光学膜厚が0.5nm程度のケミカル酸化膜と、膜厚が0.5nm〜1.5nm程度のラジカル酸化膜とすればよい。ケミカル酸化膜は、塩酸及び過酸化水素混合溶液により半導体基板101を処理することにより形成すればよい。ラジカル酸化膜は、H2及びN2O混合ガス雰囲気で600℃〜850℃程度の熱処理を行うことにより形成すればよい。 Next, as shown in FIG. 10B, an interfacial silicon oxide film 105 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. The interface silicon oxide film 105 may be a silicon oxide film (SiO 2 film) or a silicon oxynitride film (SiON film). Specifically, a chemical oxide film with an optical film thickness of about 0.5 nm and a radical oxide film with a film thickness of about 0.5 nm to 1.5 nm may be used. The chemical oxide film may be formed by treating the semiconductor substrate 101 with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide. The radical oxide film may be formed by performing heat treatment at about 600 ° C. to 850 ° C. in an H 2 and N 2 O mixed gas atmosphere.

続いて、界面シリコン酸化膜105の上に、高誘電率膜106を形成する。高誘電率膜106は、HfSiO膜、HfSiON膜、HfO膜又はHfZrO等のHf系の絶縁膜とすればよい。高誘電率膜106は例えば原子層堆積法(ALD法)により形成すればよい。この場合、HfCl4(四塩化ハフニウム)等の無機系原料又はHf[N(C2H5)CH3]4(テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム)等のHfを含む有機系材料と、SiH4等のSiを含むガス又はSiH[N(CH3)2]3(トリス(ジメチルアミノ)シラン)等のSiを含む有機系材料とを原料として形成すればよい。300℃〜600℃程度の成膜温度において、短時間交互に堆積を行い、余剰原料のパージを行いながら、酸素(O2)、オゾン(O3)又は水蒸気(H2O)等を用いて酸化すればよい。 Subsequently, a high dielectric constant film 106 is formed on the interfacial silicon oxide film 105. The high dielectric constant film 106 may be an Hf-based insulating film such as an HfSiO film, an HfSiON film, an HfO film, or HfZrO. The high dielectric constant film 106 may be formed by, for example, an atomic layer deposition method (ALD method). In this case, an inorganic material such as HfCl 4 (hafnium tetrachloride) or an organic material containing Hf such as Hf [N (C 2 H 5 ) CH 3 ] 4 (tetrakis (ethylmethylamino) hafnium) and SiH 4 A gas containing Si such as Si or an organic material containing Si such as SiH [N (CH 3 ) 2 ] 3 (tris (dimethylamino) silane) may be used as a raw material. Oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), water vapor (H 2 O) or the like is used while alternately depositing for a short time at a film forming temperature of about 300 ° C. to 600 ° C. and purging surplus raw materials. It only has to be oxidized.

高誘電率膜106の膜厚は、EOTが1.0nm〜1.5nm程度の範囲を実現しようとする場合には、ラジカル酸化膜と合わせた物理膜厚を2nm〜3.5nm程度とすればよい。なお、高誘電率膜106はHf系以外に酸化ジルコニウム(ZrO)等のジルコニウム系の膜としてもよい。Zr系の膜とする場合には、無機系原料であるZrCl4(四塩化ジルコニウム)又は有機系原料であるZr[N(C2H5)CH3]4(テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム)等を用いてHf系の膜と同様の成膜方法により形成したり、Zrの導入を行ったりすればよい。 The film thickness of the high dielectric constant film 106 should be about 2 nm to 3.5 nm in combination with the radical oxide film when the EOT is intended to be in the range of about 1.0 nm to 1.5 nm. Good. The high dielectric constant film 106 may be a zirconium-based film such as zirconium oxide (ZrO) in addition to the Hf-based film. In the case of a Zr-based film, inorganic raw material ZrCl 4 (zirconium tetrachloride) or organic raw material Zr [N (C 2 H 5 ) CH 3 ] 4 (tetrakis (ethylmethylamino) zirconium) May be formed by the same film formation method as that for the Hf-based film, or Zr may be introduced.

続いて、高誘電率膜106の結晶化を防止するために、高誘電率膜106に対してプラズマ窒化処理を行うことも可能である。プラズマ窒化処理における窒素の導入量が多すぎる場合には、トランジスタ界面特性の劣化と共にBTI特性を劣化させるおそれがある。また、高誘電率膜中において窒素元素が正の固定電荷を持ち、窒素導入量を増加させると仕事関数が低下するため、窒素の導入量は10原子%程度以下とすることが好ましい。   Subsequently, in order to prevent the high dielectric constant film 106 from being crystallized, the high dielectric constant film 106 may be subjected to plasma nitriding treatment. When the amount of nitrogen introduced in the plasma nitriding process is too large, the BTI characteristics may be deteriorated together with the deterioration of the transistor interface characteristics. In addition, since the nitrogen element has a positive fixed charge in the high dielectric constant film and the work function is lowered when the amount of introduced nitrogen is increased, the amount of introduced nitrogen is preferably about 10 atomic% or less.

この後、高誘電率膜106に対して、酸素又は窒素雰囲気において熱処理を行うことも可能である。これにより高誘電率膜106中の不純物の除去及び欠陥の修復ができる。また、界面シリコン酸化膜105との密着性を向上させることができる。   Thereafter, the high dielectric constant film 106 can be heat-treated in an oxygen or nitrogen atmosphere. Thereby, impurities in the high dielectric constant film 106 can be removed and defects can be repaired. In addition, adhesion with the interface silicon oxide film 105 can be improved.

続いて、高誘電率膜106の上に、アルミニウム(Al)からなる第1のキャップ膜107を形成する。第1のキャップ膜107は物理気相堆積(PVD)法により形成すればよい。詳細には、アルミニウムターゲットを用いて、希ガス雰囲気におけるスパッタ放電にて、物理膜厚が0.3nm〜2nm程度となるように成膜を行う。続いて、窒化アルミニウム(AlN)からなる拡散防止膜117を形成する。拡散防止膜117の膜厚は1nm〜5nm程度とすればよい。拡散防止膜117を形成する際には、窒素雰囲気においてAlターゲットを用いたPVD法により形成することが可能である。その後、TiNからなるハードマスク108を形成する。形成したハードマスク108の膜厚は第2のキャップ膜拡散侵入深さに応じて決定すればよい。第2のキャップ膜をLaOxとする場合には、Laの拡散侵入深さが4nm程度となるため、6nm〜15nm程度とすればよい。   Subsequently, a first cap film 107 made of aluminum (Al) is formed on the high dielectric constant film 106. The first cap film 107 may be formed by a physical vapor deposition (PVD) method. Specifically, the film formation is performed using an aluminum target by sputtering discharge in a rare gas atmosphere so that the physical film thickness is about 0.3 nm to 2 nm. Subsequently, a diffusion prevention film 117 made of aluminum nitride (AlN) is formed. The thickness of the diffusion preventing film 117 may be about 1 nm to 5 nm. When forming the diffusion prevention film 117, it is possible to form it by a PVD method using an Al target in a nitrogen atmosphere. Thereafter, a hard mask 108 made of TiN is formed. The thickness of the formed hard mask 108 may be determined according to the second cap film diffusion penetration depth. In the case where the second cap film is made of LaOx, the diffusion penetration depth of La is about 4 nm, so that it may be about 6 nm to 15 nm.

第1のキャップ膜107、拡散防止膜117及びハードマスク108は、PVD法により連続して成膜することが好ましい。ハードマスク108を形成する前に大気開放を行った場合、Alの酸化が進行し、p型MISトランジスタのEOT及びeWFがばらつくおそれがある。また、Alの除去性が低下しn型MISトランジスタの特性が劣化するおそれがある。なお、PVD法に代えて、ALD法又は化学気相堆積(CVD)法等により形成してもよい。ALD法を用いることにより、膜厚及び不純物含有量の制御性を向上できるのみならず、プロセスの低温化が可能となる等の利点が得られる。   The first cap film 107, the diffusion preventing film 117, and the hard mask 108 are preferably formed successively by the PVD method. If the atmosphere is released before the hard mask 108 is formed, the oxidation of Al proceeds, and there is a possibility that the EOT and eWF of the p-type MIS transistor vary. In addition, the removability of Al is lowered, and the characteristics of the n-type MIS transistor may be deteriorated. Instead of the PVD method, an ALD method or a chemical vapor deposition (CVD) method may be used. By using the ALD method, not only the controllability of the film thickness and the impurity content can be improved, but also advantages such as the low temperature of the process can be obtained.

次に、図10(c)に示すように、ハードマスク108、拡散防止膜117及び第1のキャップ膜107におけるn型半導体領域10Bに形成された部分を、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて選択的に除去する。エッチングの条件は、高誘電率膜106がダメージを受けないように設定する。具体的には、塩酸、塩酸と過酸化水素水との混合溶液(HPM)又は硫酸と過酸化水素水との混合溶液(SPM)を用いればよい。塩酸の場合、濃度を1/100〜1/1000程度とすればよい。HPM又はSPMの場合、濃度を、1/100〜1/1000程度とすればよい。Al膜は、AlOx膜よりも除去性に優れており洗浄負荷を低減できるため、高誘電率膜106へのダメージをより低減できるという利点も有する。   Next, as shown in FIG. 10C, the portions formed in the n-type semiconductor region 10B in the hard mask 108, the diffusion prevention film 117, and the first cap film 107 are selectively selected using lithography and etching techniques. To remove. The etching conditions are set so that the high dielectric constant film 106 is not damaged. Specifically, hydrochloric acid, a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution (HPM), or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution (SPM) may be used. In the case of hydrochloric acid, the concentration may be about 1/100 to 1/1000. In the case of HPM or SPM, the concentration may be about 1/100 to 1/1000. Since the Al film has better removability than the AlOx film and can reduce the cleaning load, it has an advantage that damage to the high dielectric constant film 106 can be further reduced.

なお、先に述べた高誘電率膜106へのプラズマ窒化処理をこの段階において、行うことも可能である。Pチャネル側に窒素が混入すると、界面特性及びBIT特性の劣化が誘引される。しかしこの段階においては、Pチャネル側がTiN/AlNによりマスクされているため、Pチャネル側への窒素の混入を阻止し、Nチャネルのみ選択的に窒化させることが可能となる。   Note that the plasma nitridation process for the high dielectric constant film 106 described above can be performed at this stage. When nitrogen is mixed on the P channel side, deterioration of interface characteristics and BIT characteristics is induced. However, at this stage, since the P channel side is masked by TiN / AlN, mixing of nitrogen into the P channel side can be prevented, and only the N channel can be selectively nitrided.

次に、図10(d)に示すように、Laを含む第2のキャップ膜109を形成する。第2のキャップ膜はスパッタ法又はALD法を用いて形成すればよい。スパッタ法を用いる場合には、ランタンからなるターゲットを用い、Arガスを用いた直流放電により形成すれば、La膜が形成できる。また、酸素ガスを用いた反応性スパッタによって酸化ランタン(LaOx)膜を形成することができる。LaOxからなるターゲットを用いたRFスパッタによってLaOx膜を形成してもよい。また、Laを含む有機材料を気化させ、堆積した後、パージ処理、酸化処理及び有機物除去処理を順に行って、いわゆるALD法によりLaOx膜を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 10D, a second cap film 109 containing La is formed. The second cap film may be formed using a sputtering method or an ALD method. In the case of using the sputtering method, a La film can be formed by using a target made of lanthanum and forming by direct current discharge using Ar gas. A lanthanum oxide (LaOx) film can be formed by reactive sputtering using oxygen gas. The LaOx film may be formed by RF sputtering using a target made of LaOx. Alternatively, after vaporizing and depositing an organic material containing La, a purge process, an oxidation process, and an organic substance removal process may be sequentially performed to form a LaOx film by a so-called ALD method.

以下に、RFスパッタを用いて第2のキャップ膜109としてLaOx膜を形成する場合の具体的な条件を説明する。高誘電率膜へのダメージを抑制するため、RFパワーを300W〜800W程度、放電圧力を0.1Torr程度、自己バイアス電圧を100V程度とすることが好ましい。これにより成膜レートを1nmあたり40秒〜100秒程度に制御することができる。このようにして、膜厚が0.1nm〜2nm程度の第2のキャップ膜109を形成する。   Hereinafter, specific conditions when a LaOx film is formed as the second cap film 109 using RF sputtering will be described. In order to suppress damage to the high dielectric constant film, it is preferable that the RF power is about 300 W to 800 W, the discharge pressure is about 0.1 Torr, and the self-bias voltage is about 100 V. Thereby, the film formation rate can be controlled to about 40 seconds to 100 seconds per 1 nm. In this way, the second cap film 109 having a thickness of about 0.1 nm to 2 nm is formed.

この後、熱処理を行うことにより、n型半導体領域10Bには、第2のキャップ膜109に含まれるLaが拡散したLa拡散高誘電率膜106bが形成される。また、p型半導体領域10Aにおいては、Laがハードマスク108中に拡散し、La拡散領域108aが形成される。熱処理は窒素雰囲気において600℃〜850℃程度の温度で行えばよい。熱処理時間は雰囲気の圧力、熱処理方法に依存するが、常圧で急速熱処理法を用いた場合は5秒〜120秒程度、減圧下で抵抗加熱ヒータを用いた場合は1分〜10分程度であれば特性を劣化させないことを確認している。   Thereafter, a heat treatment is performed to form a La diffusion high dielectric constant film 106b in which La contained in the second cap film 109 is diffused in the n-type semiconductor region 10B. In the p-type semiconductor region 10A, La diffuses into the hard mask 108 to form a La diffusion region 108a. The heat treatment may be performed at a temperature of about 600 ° C. to 850 ° C. in a nitrogen atmosphere. The heat treatment time depends on the atmospheric pressure and the heat treatment method, but is about 5 to 120 seconds when using the rapid heat treatment method at normal pressure, and about 1 minute to 10 minutes when using the resistance heater under reduced pressure. If it exists, it has been confirmed that the characteristics are not deteriorated.

図11(a)に示すように、高誘電率膜106及びハードマスク108の上に残存する未反応の第2のキャップ膜109を除去する。未反応の第2のキャップ膜109の除去は行わなくてもよいが、未反応の第2のキャップ膜109を除去することにより、n型MISトランジスタにおいて過剰なLaによる耐圧及び信頼性の低下を抑えることができる。また、p型トランジスタにおいてゲートエッチング時のエッチストップ及び界面抵抗の上昇によるデバイスの遅延を抑えることができる。   As shown in FIG. 11A, the unreacted second cap film 109 remaining on the high dielectric constant film 106 and the hard mask 108 is removed. Although the unreacted second cap film 109 need not be removed, removing the unreacted second cap film 109 reduces the breakdown voltage and reliability due to excessive La in the n-type MIS transistor. Can be suppressed. In addition, in the p-type transistor, device delay due to an etch stop during gate etching and an increase in interface resistance can be suppressed.

未反応の第2のキャップ膜109を洗浄除去する際は、n型半導体領域10Bにおける高誘電率膜106にダメージを与えないような条件で行う。具体的には、塩酸、塩酸過酸化水素(HPM)又は硫酸過酸化水素(SPM)を用いればよい。塩酸の場合、濃度を1/100〜1/1000程度とすればよい。HPM又はSPMの場合、濃度を、1/100〜1/1000程度とすればよい。   When the unreacted second cap film 109 is removed by cleaning, it is performed under conditions that do not damage the high dielectric constant film 106 in the n-type semiconductor region 10B. Specifically, hydrochloric acid, hydrogen peroxide hydrochloride (HPM), or hydrogen peroxide sulfate (SPM) may be used. In the case of hydrochloric acid, the concentration may be about 1/100 to 1/1000. In the case of HPM or SPM, the concentration may be about 1/100 to 1/1000.

また、ハードマスク108の上部に形成されたLa拡散領域108aも除去することが好ましい。第2のキャップ膜109をLaOxとした場合には、La拡散領域108aは、酸素を吸収している。このため、第2のキャップ膜109を残存させた場合には酸素の供給源となり、後の工程において界面増膜等の原因となるおそれがある。ハードマスク108中へのLaの拡散長は熱処理温度に依存し、800℃の場合には3nm程度となることが明らかとなっている。従って、第2のキャップ膜109を除去する際に、ハードマスク108の表面を3nm以上除去することが好ましく、オーバーエッチを含め5nm程度除去することがさらに好ましい。また、ハードマスク108を完全に除去してもよい。但し、ハードマスク108を残存させ、p型MISトランジスタのゲート電極の一部とすれば、p型MISトランジスタのゲート電極の膜厚とn型MISトランジスタのゲート電極の膜厚とに差を設けることができ、eWFを制御することが可能となる。   It is also preferable to remove the La diffusion region 108a formed on the hard mask 108. When the second cap film 109 is made of LaOx, the La diffusion region 108a absorbs oxygen. For this reason, when the second cap film 109 is left, it becomes a supply source of oxygen, which may cause an interface thickening or the like in a later process. It has been clarified that the diffusion length of La into the hard mask 108 depends on the heat treatment temperature, and is about 3 nm at 800 ° C. Therefore, when removing the second cap film 109, it is preferable to remove the surface of the hard mask 108 by 3 nm or more, and it is more preferable to remove about 5 nm including overetching. Further, the hard mask 108 may be completely removed. However, if the hard mask 108 is left and used as a part of the gate electrode of the p-type MIS transistor, there is a difference between the thickness of the gate electrode of the p-type MIS transistor and the thickness of the gate electrode of the n-type MIS transistor. EWF can be controlled.

また、ハードマスク108を完全に除去する場合に、拡散防止膜117の一部が除去されても問題ない。また、拡散防止膜117を完全に除去してもよい。但し、拡散防止膜117を完全に除去する場合には、拡散防止膜117を除去する前に第1のキャップ膜107を高誘電率膜中に十分拡散させることが好ましい。   Further, when the hard mask 108 is completely removed, there is no problem even if a part of the diffusion prevention film 117 is removed. Further, the diffusion preventing film 117 may be completely removed. However, when the diffusion prevention film 117 is completely removed, it is preferable that the first cap film 107 is sufficiently diffused into the high dielectric constant film before the diffusion prevention film 117 is removed.

次に、図11(b)に示すように、半導体基板101の全面に、TiNからなる第1の電極膜110を形成する。第1の電極膜110は、PVD法、CVD法又はALD法により形成すればよい。第1の電極膜110の膜厚は、ゲート電極の仕事関数に影響を与える。従って、第1の電極膜110の膜厚は4nm〜20nm程度とすればよい。   Next, as shown in FIG. 11B, a first electrode film 110 made of TiN is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. The first electrode film 110 may be formed by a PVD method, a CVD method, or an ALD method. The film thickness of the first electrode film 110 affects the work function of the gate electrode. Therefore, the thickness of the first electrode film 110 may be about 4 nm to 20 nm.

次に、図11(b)に示すように、膜厚が80nm〜150nmのリンがドーピングされたポリシリコンからなる第2の電極膜111を堆積する。リンの濃度は1×1014〜2×1015/cm2程度とすればよい。また、ノンドープのポリシリコン膜を形成した後、砒素等を注入してもよい。 Next, as shown in FIG. 11B, a second electrode film 111 made of polysilicon doped with phosphorus having a thickness of 80 nm to 150 nm is deposited. The concentration of phosphorus may be about 1 × 10 14 to 2 × 10 15 / cm 2 . Alternatively, arsenic or the like may be implanted after the non-doped polysilicon film is formed.

次に、図12(a)に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、p型半導体領域10Aにおいて、第2の電極膜111、第1の電極膜110、ハードマスク108、高誘電率膜106及び界面シリコン酸化膜105をエッチングしてp型ゲートスタックを形成する。p型ゲートスタックは、第2の電極膜111、第1の電極膜110及びハードマスク108を含む第1のゲート電極119Aと、Alが拡散した高誘電率膜からなる第1のゲート絶縁膜106Aとを有する。また、n型半導体領域10Bにおいて、第2の電極膜111、第1の電極膜110、La拡散高誘電率膜106b及び界面シリコン酸化膜105をエッチングしてn型ゲートスタックを形成する。n型ゲートスタックは、第2の電極膜111及び第1の電極膜110を含む第2のゲート電極119Bと、Laが拡散した高誘電率膜からなる第2のゲート絶縁膜106Bとを有する。   Next, as shown in FIG. 12A, the second electrode film 111, the first electrode film 110, the hard mask 108, and the high dielectric constant film are formed in the p-type semiconductor region 10A by using lithography and etching techniques. 106 and the interfacial silicon oxide film 105 are etched to form a p-type gate stack. The p-type gate stack includes a first gate electrode 119A including a second electrode film 111, a first electrode film 110, and a hard mask 108, and a first gate insulating film 106A made of a high dielectric constant film in which Al is diffused. And have. In the n-type semiconductor region 10B, the second electrode film 111, the first electrode film 110, the La diffusion high dielectric constant film 106b, and the interface silicon oxide film 105 are etched to form an n-type gate stack. The n-type gate stack includes a second gate electrode 119B including the second electrode film 111 and the first electrode film 110, and a second gate insulating film 106B made of a high dielectric constant film in which La is diffused.

次に、図12(b)に示すように、公知の方法により、nウェル103及びpウェル104に接合深さが比較的浅いp型エクステンション拡散層115A及びn型エクステンション拡散層115Bをそれぞれ形成する。続いて、p型ゲートスタック及びn型ゲートスタックの側面にサイドウォール113を形成する。この後、nウェル103及びpウェル104に接合深さがエクステンション拡散層よりも深いp型ソースドレイン拡散層116A及びn型ソースドレイン拡散層116Bをそれぞれ形成する。さらに、シリサイド層114を形成する。   Next, as shown in FIG. 12B, a p-type extension diffusion layer 115A and an n-type extension diffusion layer 115B having relatively shallow junction depths are formed in the n-well 103 and the p-well 104, respectively, by a known method. . Subsequently, sidewalls 113 are formed on the side surfaces of the p-type gate stack and the n-type gate stack. Thereafter, a p-type source / drain diffusion layer 116A and an n-type source / drain diffusion layer 116B having junction depths deeper than the extension diffusion layer are formed in the n-well 103 and the p-well 104, respectively. Further, a silicide layer 114 is formed.

次に、図12(c)に示すように、公知の方法により、半導体基板101の上に、p型ゲートスタック及びn型ゲートスタックを覆うように、例えばSiO2膜からなる層間絶縁膜121を形成する。続いて、層間絶縁膜121を貫通してシリサイド層114に到達するタングステン等からなるコンタクトプラグ122を形成する。その後、必要に応じて配線等(図示せず)を形成する。 Next, as shown in FIG. 12C, an interlayer insulating film 121 made of, for example, a SiO 2 film is formed on the semiconductor substrate 101 so as to cover the p-type gate stack and the n-type gate stack by a known method. Form. Subsequently, a contact plug 122 made of tungsten or the like that reaches the silicide layer 114 through the interlayer insulating film 121 is formed. Thereafter, wiring or the like (not shown) is formed as necessary.

本実施形態においては、Alからなる第1のキャップ膜107を拡散させるための熱処理工程は特に設けなかった。しかし、第2のキャップ膜109を拡散させる熱処理工程及びその後の熱処理工程において、第1のキャップ膜107の拡散が生じる。また、これらの熱処理工程とは別に、Al拡散工程を設けてもよい。Al拡散工程を行わない場合には、図13において破線で示すように、高誘電率膜の上部にAl濃度が高い部分が生じる。一方、Al拡散工程を行うことにより、図13において実線で示すように、高誘電率膜中へのAlの拡散が促進され、高誘電率膜中のAl濃度はさらに均一となる。Alを高誘電率膜中に十分拡散させ、AlとHfとの強固な結合を形成することにより、eWFを増大させる効果がより大きくなり、ゲートリーク電流(Jg)を低減させたり、TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)等の信頼性を向上させたりする効果が得られる。   In the present embodiment, there is no particular heat treatment step for diffusing the first cap film 107 made of Al. However, diffusion of the first cap film 107 occurs in the heat treatment step for diffusing the second cap film 109 and the subsequent heat treatment step. In addition to these heat treatment steps, an Al diffusion step may be provided. When the Al diffusion step is not performed, as shown by a broken line in FIG. 13, a portion having a high Al concentration is formed on the high dielectric constant film. On the other hand, by performing the Al diffusion step, as indicated by a solid line in FIG. 13, the diffusion of Al into the high dielectric constant film is promoted, and the Al concentration in the high dielectric constant film becomes more uniform. By sufficiently diffusing Al in the high dielectric constant film and forming a strong bond between Al and Hf, the effect of increasing the eWF becomes larger, and the gate leakage current (Jg) can be reduced, or TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) and the like can be improved.

Al拡散工程である熱処理は、第1のキャップ膜107を形成した後で且つゲートスタックを形成する前であればいつ行ってもよい。しかし、熱処理によりn型半導体領域10Bにおいて第1のキャップ膜107の除去性が低下するおそれがある。このため、n型半導体領域10Bにおいて第1のキャップ膜107を除去した後にAl拡散工程を行うことが好ましい。また、第2のキャップ膜109を拡散するための熱処理を行った後、又はその後のハードマスク108の除去後に、Al拡散工程を実施してもよい。但し、拡散防止膜117を除去した後にAl拡散工程を行うと、TiNからなる第1の電極膜中にAlが拡散するおそれがある。従って、拡散防止膜117を除去する前にAl拡散工程を行うことが好ましい。   The heat treatment that is the Al diffusion step may be performed any time after the first cap film 107 is formed and before the gate stack is formed. However, the removability of the first cap film 107 may decrease in the n-type semiconductor region 10B due to the heat treatment. For this reason, it is preferable to perform the Al diffusion step after removing the first cap film 107 in the n-type semiconductor region 10B. Further, an Al diffusion step may be performed after heat treatment for diffusing the second cap film 109 or after removing the hard mask 108 after that. However, if the Al diffusion step is performed after removing the diffusion preventing film 117, Al may be diffused into the first electrode film made of TiN. Therefore, it is preferable to perform an Al diffusion step before removing the diffusion prevention film 117.

第1のキャップ膜中のAlが高誘電率膜中に拡散しHfとAlとが結合した後は、AlのTiN膜中への拡散はほとんど生じない。従って、第2のキャップ膜109を拡散するための熱処理を行った後であれば、拡散防止膜117を除去しても問題ない。   After Al in the first cap film diffuses into the high dielectric constant film and Hf and Al are combined, Al hardly diffuses into the TiN film. Therefore, if the heat treatment for diffusing the second cap film 109 is performed, there is no problem even if the diffusion prevention film 117 is removed.

また、Al拡散工程は、Alの酸化を抑えるため不活性ガス雰囲気において行うことが好ましい。処理温度は800℃以上で行えばよいが、温度が高すぎると高誘電率膜の酸化及び結晶化が進行するため1000℃以下とすることが好ましい。   The Al diffusion step is preferably performed in an inert gas atmosphere in order to suppress Al oxidation. The treatment temperature may be 800 ° C. or higher. However, if the temperature is too high, oxidation and crystallization of the high dielectric constant film proceed, and therefore it is preferably 1000 ° C. or lower.

図14は、第1のキャップ膜を膜厚が1nmのAl膜とした場合と、膜厚が0.5nmのAlOx膜とした場合のEOT及びeWFの分布を示している。第1のキャップ膜に膜厚が1nmのAl膜を用いた場合には、膜厚が0.5nmのAlOx膜を用いた場合と比べてp型MISトランジスタのeWFを低下させることなく、EOTを0.2nm程度小さくすることができる。また、キャップ膜を形成していない場合のEOTとの差は0.2nm以下となる。従って、n型MISトランジスタの第2のゲート絶縁膜のEOTと、p型MISトランジスタの第1のゲート絶縁膜とEOTとの差は0.2nm以下となる。   FIG. 14 shows the distribution of EOT and eWF when the first cap film is an Al film with a thickness of 1 nm and when the first cap film is an AlOx film with a thickness of 0.5 nm. When an Al film having a thickness of 1 nm is used as the first cap film, EOT is reduced without lowering the eWF of the p-type MIS transistor as compared with the case of using an AlOx film having a thickness of 0.5 nm. The thickness can be reduced by about 0.2 nm. Further, the difference from EOT when the cap film is not formed is 0.2 nm or less. Therefore, the difference between the EOT of the second gate insulating film of the n-type MIS transistor and the first gate insulating film of the p-type MIS transistor and EOT is 0.2 nm or less.

また、第1のキャップ膜をAl膜とすることにより、第2のキャップ膜の材料であるLaOxをゲート絶縁膜中に熱拡散するための熱処理の温度を低くすることが可能となる。図15は、第2のキャップ膜を拡散するための熱処理の温度と、n型MISトランジスタのeWF及びEOTの関係を示している。図15に示すように、熱処理温度が高いほどeWFの値を低くすることができる。n型MISトランジスタのeWFの値は、4.1eV程度であればよい。第1のキャップ膜をAlOx膜とした場合には、塩酸系の溶液による除去性が劣るため、高誘電率膜中にAlが残存する。このため、残存したAlがeWFへ及ぼす影響を打ち消し且つ必要なeWFを得るためには、850℃程度の高温で熱処理を行い、La拡散量を増加させる必要がある。しかし、第1のキャップ膜をAl膜とした場合には、図15に示すように熱処理温度を700℃〜750℃と低温化することができる。図15に示すように、第1のキャップ膜がAl膜の場合には、AlOx膜の場合と異なり、熱処理温度が低い方がEOTを小さくできるという効果も得られる。また、熱処理温度を低くすることにより、図16に示すように熱処理温度を低くした場合には、半導体基板との界面近傍におけるLaの濃度を低くすることができ、界面特性を向上させることができる。界面特性の向上に伴い、n型MISトランジスタの移動度及び電流駆動力をさらに向上させることも可能となる。n型MISトランジスタにおいて界面シリコン酸化膜と半導体基板との界面におけるLaの濃度は1.5原子%以下程度とすることが好ましい。   In addition, when the first cap film is an Al film, the temperature of the heat treatment for thermally diffusing LaOx, which is the material of the second cap film, into the gate insulating film can be lowered. FIG. 15 shows the relationship between the temperature of the heat treatment for diffusing the second cap film and the eWF and EOT of the n-type MIS transistor. As shown in FIG. 15, the higher the heat treatment temperature, the lower the eWF value. The value of eWF of the n-type MIS transistor may be about 4.1 eV. When the first cap film is an AlOx film, the removability with a hydrochloric acid-based solution is inferior, so that Al remains in the high dielectric constant film. Therefore, in order to cancel the influence of the remaining Al on the eWF and obtain the necessary eWF, it is necessary to perform a heat treatment at a high temperature of about 850 ° C. to increase the amount of La diffusion. However, when the first cap film is an Al film, the heat treatment temperature can be lowered to 700 ° C. to 750 ° C. as shown in FIG. As shown in FIG. 15, in the case where the first cap film is an Al film, unlike the case of the AlOx film, the lower the heat treatment temperature, the smaller the EOT can be obtained. Further, by reducing the heat treatment temperature, when the heat treatment temperature is lowered as shown in FIG. 16, the concentration of La in the vicinity of the interface with the semiconductor substrate can be lowered, and the interface characteristics can be improved. . As the interface characteristics are improved, the mobility and current driving capability of the n-type MIS transistor can be further improved. In the n-type MIS transistor, the La concentration at the interface between the interfacial silicon oxide film and the semiconductor substrate is preferably about 1.5 atomic% or less.

また、第2のキャップ膜を拡散するための熱処理の温度を低くすることによりp型MISトランジスタの特性をさらに向上させることも可能となる。図17は第2のキャップ膜を拡散するための熱処理の温度と、p型MISトランジスタのeWF及びEOTとの関係を示している。第1のキャップ膜がAl膜である場合には、第2のキャップ膜を拡散するための熱処理の温度を低くしてもp型MISトランジスタのeWFを劣化させることなくEOTを小さくすることができる。   Further, it is possible to further improve the characteristics of the p-type MIS transistor by lowering the temperature of the heat treatment for diffusing the second cap film. FIG. 17 shows the relationship between the temperature of the heat treatment for diffusing the second cap film and the eWF and EOT of the p-type MIS transistor. When the first cap film is an Al film, the EOT can be reduced without degrading the eWF of the p-type MIS transistor even if the temperature of the heat treatment for diffusing the second cap film is lowered. .

第2のキャップ膜は、nMISトランジスタのeWFを低下させる効果を有する元素を含んでいればよく、Laに代えてガドリニウム(Gd)等の他のランタノイド又はその酸化膜としてもよい。また、イットリウム(Y)若しくはマグネシウム(Mg)又はこれらの酸化膜等としてもよい。   The second cap film only needs to contain an element having an effect of reducing the eWF of the nMIS transistor, and may be another lanthanoid such as gadolinium (Gd) or an oxide film thereof instead of La. Alternatively, yttrium (Y), magnesium (Mg), or an oxide film thereof may be used.

第1の電極膜は、TiNに代えて窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タンタルシリコン(TaSiN)、炭化タンタル(TaC)又は窒化ハフニウム(HfN)等としてもよい。   The first electrode film may be titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum nitride (TaN), tantalum silicon nitride (TaSiN), tantalum carbide (TaC), or hafnium nitride (HfN) instead of TiN.

(第2の実施形態)
図18は第2の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図18において図9と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 18 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. In FIG. 18, the same components as those of FIG.

本実施形態の半導体装置は、層間絶縁膜に形成された開口部に埋め込まれた立体型の第1のゲート絶縁膜106A及び第1のゲート電極119Aを有するp型MISトランジスタと、立体型の第2のゲート絶縁膜106B及び第2のゲート電極119Bを有するn型MISトランジスタとを備えている。   The semiconductor device of the present embodiment includes a p-type MIS transistor having a three-dimensional first gate insulating film 106A and a first gate electrode 119A embedded in an opening formed in an interlayer insulating film, and a three-dimensional first. An n-type MIS transistor having two gate insulating films 106B and a second gate electrode 119B.

このような構成とすることにより、ソースドレイン拡散層等の不純物拡散層を形成した後に、ゲート絶縁膜を形成することが可能となる。従って、ゲート絶縁膜に熱が加わる工程を低減することができるので、後の熱工程による高誘電率膜及びゲート電極材料のミキシング、界面層の増膜並びに高誘電率膜中のAlプロファイル及びLaプロファイルのブロード化による特性の劣化を抑制することが可能となる。   With such a structure, the gate insulating film can be formed after the impurity diffusion layer such as the source / drain diffusion layer is formed. Therefore, the process of applying heat to the gate insulating film can be reduced, so that the high dielectric constant film and the gate electrode material are mixed in the subsequent thermal process, the interface layer is increased, and the Al profile and La in the high dielectric constant film are increased. It is possible to suppress deterioration of characteristics due to the broadening of the profile.

なお、図18において、サイドウォール113と半導体基板101との間には、SiO2からなる表面保護膜131が形成されている。SiNからなる層間絶縁膜136とサイドウォール113及び半導体基板101との間にはSiO2からなるエッチングストッパー膜135が形成されている。 In FIG. 18, a surface protective film 131 made of SiO 2 is formed between the sidewall 113 and the semiconductor substrate 101. An etching stopper film 135 made of SiO 2 is formed between the interlayer insulating film 136 made of SiN, the sidewall 113 and the semiconductor substrate 101.

図19〜図21は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。まず、図19(a)に示すように、p型MISトランジスタを形成するp型半導体領域10Aとn型MISトランジスタを形成するn型半導体領域10Bを有する半導体基板101に、素子分離領域102により互いに分離されたnウェル103及びpウェル104を形成する。   19 to 21 show the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment in the order of steps. First, as shown in FIG. 19A, a semiconductor substrate 101 having a p-type semiconductor region 10A for forming a p-type MIS transistor and an n-type semiconductor region 10B for forming an n-type MIS transistor is connected to each other by an element isolation region 102. Separated n-well 103 and p-well 104 are formed.

続いて、半導体基板101上の全面に膜厚が5nm程度のSiO2膜からなる表面保護膜131を形成する。表面保護膜131の上に、膜厚が100nm程度のポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜からなるダミーゲート132を形成する。ダミーゲート132の膜厚は、後で形成するp型ゲート電極及びn型ゲート電極の高さを考慮して決定すればよい。ダミーゲート132をマスクとしたセルフアラインプロセスにより、nウェル103にp型エクステンション拡散層115Aを形成し、pウェル104にn型エクステンション拡散層115Bを形成する。なお、ダミーゲート132に対してセルフアラインに、それぞれカウンター(逆極性)方向のイオン注入を行う、いわゆるハロー層の形成を行ってもよい。 Subsequently, a surface protective film 131 made of a SiO 2 film having a thickness of about 5 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. A dummy gate 132 made of a polysilicon film or an amorphous silicon film having a thickness of about 100 nm is formed on the surface protective film 131. The thickness of the dummy gate 132 may be determined in consideration of the heights of the p-type gate electrode and the n-type gate electrode to be formed later. A p-type extension diffusion layer 115A is formed in the n-well 103 and an n-type extension diffusion layer 115B is formed in the p-well 104 by a self-alignment process using the dummy gate 132 as a mask. Note that a so-called halo layer may be formed by performing ion implantation in the counter (reverse polarity) direction in a self-aligned manner with respect to the dummy gate 132.

次に、図19(b)に示すように、半導体基板101上の全面に膜厚が8nm〜20nm程度の低温成膜シリコン窒化膜(SiN膜)を形成する。続いて、エッチバックを行いp型ゲート電極のサイドウォール113及びn型ゲート電極のサイドウォール113を形成する。続いて、nウェル103にダミーゲート132及びサイドウォール113をマスクとしたセルフアラインプロセスによりイオン注入を行い、さらに熱処理を行うことによりp型ソースドレイン拡散層116Aを形成する。同様に、pウェル104にダミーゲート132及びサイドウォール113をマスクとしたセルフアラインプロセスによりイオン注入を行い、さらに熱処理を行うことによりn型ソースドレイン拡散層116Bを形成する。続いて、表面保護膜131におけるp型ソースドレイン拡散層116A及びn型ソースドレイン拡散層116Bの上に形成された部分を除去した後、SiO2膜等からなるエッチングストッパー膜135を形成する。さらに、SiN膜からなる層間絶縁膜136を形成する。 Next, as shown in FIG. 19B, a low-temperature deposited silicon nitride film (SiN film) having a thickness of about 8 nm to 20 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. Subsequently, etch back is performed to form a sidewall 113 of the p-type gate electrode and a sidewall 113 of the n-type gate electrode. Subsequently, ions are implanted into the n-well 103 by a self-alignment process using the dummy gate 132 and the sidewall 113 as a mask, and a heat treatment is performed to form a p-type source / drain diffusion layer 116A. Similarly, an n-type source / drain diffusion layer 116B is formed by performing ion implantation into the p-well 104 by a self-alignment process using the dummy gate 132 and the sidewall 113 as a mask, and further performing heat treatment. Subsequently, after removing portions of the surface protective film 131 formed on the p-type source / drain diffusion layer 116A and the n-type source / drain diffusion layer 116B, an etching stopper film 135 made of an SiO 2 film or the like is formed. Further, an interlayer insulating film 136 made of a SiN film is formed.

次に、図19(c)に示すように、化学的機械的研磨(CMP)法を用いて、エッチングストッパー膜135が露出するまで層間絶縁膜136を研磨する。この後、エッチングストッパー膜135及びダミーゲート132を反応性イオンエッチング(RIE)等により除去し、開口部136aを形成する。この際に、表面保護膜131も除去し、nウェル103及びpウェル104を露出させる。   Next, as shown in FIG. 19C, the interlayer insulating film 136 is polished by chemical mechanical polishing (CMP) until the etching stopper film 135 is exposed. Thereafter, the etching stopper film 135 and the dummy gate 132 are removed by reactive ion etching (RIE) or the like to form an opening 136a. At this time, the surface protective film 131 is also removed, and the n-well 103 and the p-well 104 are exposed.

次に、図20(a)に示すように、低温酸化にて半導体基板101の開口部136aから露出した部分に界面シリコン酸化膜105を形成し、続いてALD法等により高誘電率膜106を形成する。この後、第1の実施形態と同様に高誘電率膜106に対してプラズマ窒化処理を行ってもよい。続いて、高誘電率膜106の上にAlからなる第1のキャップ膜107を形成し、第1のキャップ膜107の上にAlNからなる拡散防止膜117を形成する。さらに、拡散防止膜117の上にTiNからなるハードマスク108を形成する。   Next, as shown in FIG. 20A, an interfacial silicon oxide film 105 is formed at a portion exposed from the opening 136a of the semiconductor substrate 101 by low-temperature oxidation, and then a high dielectric constant film 106 is formed by an ALD method or the like. Form. Thereafter, plasma nitridation may be performed on the high dielectric constant film 106 as in the first embodiment. Subsequently, a first cap film 107 made of Al is formed on the high dielectric constant film 106, and a diffusion prevention film 117 made of AlN is formed on the first cap film 107. Further, a hard mask 108 made of TiN is formed on the diffusion preventing film 117.

次に、図20(b)に示すように公知のリソグラフィ技術を用いて、p型半導体領域10Aを覆うレジストマスク138を形成する。続いて、レジストマスク138をエッチングマスクとして、ハードマスク108、拡散防止膜117及び第1のキャップ膜107を選択的にエッチング除去する。エッチングの条件は高誘電率膜106にダメージが生じないように設定する。希塩酸、塩酸過酸化水素(HPM)又は硫酸過酸化水素(SPM)等を用いたウエットエッチングが好ましい。   Next, as shown in FIG. 20B, a resist mask 138 covering the p-type semiconductor region 10A is formed using a known lithography technique. Subsequently, using the resist mask 138 as an etching mask, the hard mask 108, the diffusion preventing film 117, and the first cap film 107 are selectively removed by etching. The etching conditions are set so that the high dielectric constant film 106 is not damaged. Wet etching using dilute hydrochloric acid, hydrochloric acid hydrogen peroxide (HPM), sulfuric acid hydrogen peroxide (SPM) or the like is preferable.

次に、図20(c)に示すようにレジストマスク138の除去を行う。この後、第1の実施形態において説明したようにしてプラズマ窒化処理を行うことも可能である。続いて、LaO膜等のeWFを低下させる効果を有する元素を含む第2のキャップ膜109を形成する。続いて、第2のキャップ膜109を拡散させるための熱処理を行う。熱処理は600℃〜850℃程度の温度で行えばよい。但し、第1の実施形態において説明したように熱処理温度は低い方が好ましい。これにより、高誘電率膜106におけるn型半導体領域10Bに形成された部分は、La拡散高誘電率膜106bとなる。また、ハードマスク108の上部にはLaを含むLa拡散領域108aが形成される。   Next, as shown in FIG. 20C, the resist mask 138 is removed. Thereafter, as described in the first embodiment, plasma nitridation can be performed. Subsequently, a second cap film 109 containing an element having an effect of reducing eWF such as a LaO film is formed. Subsequently, heat treatment for diffusing the second cap film 109 is performed. The heat treatment may be performed at a temperature of about 600 ° C to 850 ° C. However, as described in the first embodiment, the heat treatment temperature is preferably low. As a result, the portion of the high dielectric constant film 106 formed in the n-type semiconductor region 10B becomes the La diffusion high dielectric constant film 106b. In addition, an La diffusion region 108 a containing La is formed on the hard mask 108.

次に、図21(a)に示すように、未反応の第2のキャップ膜109及びLa拡散領域108aのエッチング除去を行う。第2のキャップ膜109及びLa拡散領域108aの除去は、高誘電率膜106にダメージを与えないように条件を設定する。希塩酸、HPM又はSPM等を用いたウエットエッチングが好ましい。   Next, as shown in FIG. 21A, the unreacted second cap film 109 and La diffusion region 108a are removed by etching. The removal of the second cap film 109 and the La diffusion region 108a is set so as not to damage the high dielectric constant film 106. Wet etching using dilute hydrochloric acid, HPM or SPM is preferred.

La拡散領域108aを除去する際に、La拡散領域108a以外のハードマスク108の少なくとも一部を除去してもよい。また、ハードマスク108を完全に除去する場合には、拡散防止膜117の少なくとも一部を除去してもよい。但し、拡散防止膜117を完全に除去する場合には、拡散防止膜117を除去する前に第1のキャップ膜107を高誘電率膜106中に十分拡散させることが好ましい。   When removing the La diffusion region 108a, at least a part of the hard mask 108 other than the La diffusion region 108a may be removed. When the hard mask 108 is completely removed, at least a part of the diffusion prevention film 117 may be removed. However, when the diffusion prevention film 117 is completely removed, it is preferable that the first cap film 107 is sufficiently diffused into the high dielectric constant film 106 before the diffusion prevention film 117 is removed.

次に、図21(b)に示すように、膜厚が10nm〜20nm程度のTiN膜からなる第1の電極膜110を形成する。第1の電極膜110の形成は、塩化チタン(TiCl4)及びアンモニア(NH3)を用いたALD法により形成すればよい。成膜温度は400℃〜600℃程度とすればよい。第1の電極膜110はゲート電極の側壁に対する金属バリア膜としても機能する。このため、一般的に段差被覆性が高いALD法により成膜することが好ましい。しかし、アスペクト比が大きくないため、スパッタ法により形成することも可能である。 Next, as shown in FIG. 21B, a first electrode film 110 made of a TiN film having a thickness of about 10 nm to 20 nm is formed. The first electrode film 110 may be formed by an ALD method using titanium chloride (TiCl 4 ) and ammonia (NH 3 ). The film formation temperature may be about 400 ° C. to 600 ° C. The first electrode film 110 also functions as a metal barrier film for the side wall of the gate electrode. For this reason, it is generally preferable to form a film by an ALD method having a high step coverage. However, since the aspect ratio is not large, it can be formed by sputtering.

次に、開口部を埋めるように、タングステン(W)若しくは銅(Cu)又はこれらを含む合金等からなる第2の電極膜139を形成する。第2の電極膜139の形成には、ALD法、CVD法、PVD法又はめっき法等を用いればよい。続いて、水素雰囲気において350℃〜500℃程度の温度でシンタリングを行ってもよい。その後、CMP法等を用いて、層間絶縁膜121をストッパーとして用いて、第2の電極膜139、第1の電極膜110、拡散防止膜117、第1のキャップ膜107及び高誘電率膜106等における、開口部の外側に形成された部分を除去する。これにより、p型半導体領域10Aには、Alが拡散した高誘電率膜からなる第1のゲート絶縁膜106A及び第1のゲート電極119Aを有するp型MISトランジスタが形成される。n型半導体領域10Bには、Laが拡散した高誘電率膜からなる第2のゲート絶縁膜106B及び第2のゲート電極119Bを有するn型MISトランジスタが形成される。この後、必要に応じてコンタクト及び配線等の形成を行えばよい。   Next, a second electrode film 139 made of tungsten (W), copper (Cu), an alloy containing these, or the like is formed so as to fill the opening. For the formation of the second electrode film 139, an ALD method, a CVD method, a PVD method, a plating method, or the like may be used. Subsequently, sintering may be performed at a temperature of about 350 ° C. to 500 ° C. in a hydrogen atmosphere. After that, the second electrode film 139, the first electrode film 110, the diffusion prevention film 117, the first cap film 107, and the high dielectric constant film 106 are formed using the interlayer insulating film 121 as a stopper by using a CMP method or the like. Etc., the part formed outside the opening is removed. As a result, a p-type MIS transistor having the first gate insulating film 106A and the first gate electrode 119A made of a high dielectric constant film in which Al is diffused is formed in the p-type semiconductor region 10A. In the n-type semiconductor region 10B, an n-type MIS transistor having a second gate insulating film 106B and a second gate electrode 119B made of a high dielectric constant film in which La is diffused is formed. Thereafter, contacts and wirings may be formed as necessary.

第2のキャップ膜は、nMISトランジスタのeWFを低下させる効果を有する元素を含んでいればよく、Laに代えてガドリニウム(Gd)等の他のランタノイド又はその酸化膜としてもよい。また、イットリウム(Y)若しくはマグネシウム(Mg)又はこれらの酸化膜等としてもよい。     The second cap film only needs to contain an element having an effect of reducing the eWF of the nMIS transistor, and may be another lanthanoid such as gadolinium (Gd) or an oxide film thereof instead of La. Alternatively, yttrium (Y), magnesium (Mg), or an oxide film thereof may be used.

第1の電極膜は、TiNに代えて窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タンタルシリコン(TaSiN)、炭化タンタル(TaC)又は窒化ハフニウム(HfN)等としてもよい。   The first electrode film may be titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum nitride (TaN), tantalum silicon nitride (TaSiN), tantalum carbide (TaC), or hafnium nitride (HfN) instead of TiN.

本発明に係る半導体装置及びその半導体装置の製造方法は、p型MISトランジスタ及びn型MISトランジスタ双方の特性を向上することができ、相補型MISトランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法等として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention can improve the characteristics of both the p-type MIS transistor and the n-type MIS transistor, and are useful as a semiconductor device having a complementary MIS transistor and a method for manufacturing the semiconductor device. It is.

10A p型半導体領域
10B n型半導体領域
101 半導体基板
102 素子分離領域
103 nウェル
104 pウェル
105 界面シリコン酸化膜
106 高誘電率膜
106A 第1のゲート絶縁膜
106B 第2のゲート絶縁膜
106b La拡散高誘電率膜
107 第1のキャップ膜
108 ハードマスク
108a La拡散領域
109 第2のキャップ膜
110 第1の電極膜
111 第2の電極膜
113 サイドウォール
114 シリサイド層
115A p型エクステンション拡散層
115B n型エクステンション拡散層
116A p型ソースドレイン拡散層
116B n型ソースドレイン拡散層
117 拡散防止膜
119A 第1のゲート電極
119B 第2のゲート電極
121 層間絶縁膜
122 コンタクトプラグ
131 表面保護膜
132 ダミーゲート
135 エッチングストッパー膜
136 層間絶縁膜
136a 開口部
138 レジストマスク
139 第2の電極膜
301 半導体基板
302 界面シリコン酸化膜
303 高誘電率膜
304 キャップ膜
305 電極膜
10A p-type semiconductor region 10B n-type semiconductor region 101 semiconductor substrate 102 element isolation region 103 n well 104 p well 105 interface silicon oxide film 106 high dielectric constant film 106A first gate insulating film 106B second gate insulating film 106b La diffusion High dielectric constant film 107 First cap film 108 Hard mask 108a La diffusion region 109 Second cap film 110 First electrode film 111 Second electrode film 113 Side wall 114 Silicide layer 115A p-type extension diffusion layer 115B n-type Extension diffusion layer 116A p-type source / drain diffusion layer 116B n-type source / drain diffusion layer 117 Diffusion prevention film 119A First gate electrode 119B Second gate electrode 121 Interlayer insulation film 122 Contact plug 131 Surface protection film 132 Dummy gate 1 5 etching stopper film 136 interlayer insulating film 136a opening 138 resist mask 139 second electrode layer 301 semiconductor substrate 302 surface silicon oxide film 303 high dielectric constant film 304 cap film 305 electrode film

Claims (19)

p型半導体領域及びn型半導体領域を有する半導体基板と、
前記p型半導体領域の上に形成された第1の界面シリコン酸化膜と、
前記第1の界面シリコン酸化膜の上に形成され、アルミニウムを含む第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1のゲート電極と、
前記n型半導体領域の上に形成された第2の界面シリコン酸化膜と、
前記第2の界面シリコン酸化膜の上に形成され、実効仕事関数を低下させる効果を有する元素を含む第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2のゲート電極とを備え、
前記第1のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1020/cm3以上であり、
前記第2のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1019/cm3以下であり、
前記第1の界面シリコン酸化膜の膜厚と前記第2の界面シリコン酸化膜の膜厚との差は0.2nm以下であることを特徴とする半導体装置。
a semiconductor substrate having a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region;
A first interfacial silicon oxide film formed on the p-type semiconductor region;
A first gate insulating film formed on the first interfacial silicon oxide film and containing aluminum;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A second interfacial silicon oxide film formed on the n-type semiconductor region;
A second gate insulating film formed on the second interfacial silicon oxide film and including an element having an effect of reducing an effective work function;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film,
The aluminum concentration in the upper part of the first gate insulating film is 1 × 10 20 / cm 3 or more,
The aluminum concentration in the upper part of the second gate insulating film is 1 × 10 19 / cm 3 or less,
The difference between the film thickness of the first interface silicon oxide film and the film thickness of the second interface silicon oxide film is 0.2 nm or less.
前記第1のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、前記第1のゲート絶縁膜の下部におけるアルミニウムの濃度よりも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 the concentration of aluminum in the upper portion of the first gate insulating film is higher than the concentration of aluminum in the lower portion of the first gate insulating film. 前記第1のゲート絶縁膜と前記第1のゲート電極との間に形成されたアルミニウムからなる第1のキャップ膜をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first cap film made of aluminum formed between the first gate insulating film and the first gate electrode. 前記第1のゲート絶縁膜と前記第1のゲート電極との間に形成された窒化アルミニウムからなる拡散防止膜をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。   The diffusion prevention film made of aluminum nitride formed between the first gate insulating film and the first gate electrode is further provided. Semiconductor device. 前記第1のゲート電極及び第2のゲート電極は、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タンタルシリコン、窒化チタンアルミニウム又は窒化ハフニウムからなる膜を有している特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。   The first gate electrode and the second gate electrode each include a film made of titanium nitride, tantalum nitride, tantalum silicon nitride, titanium aluminum nitride, or hafnium nitride. The semiconductor device according to item. 前記第2のゲート絶縁膜は、ランタン、イットリウム、マグネシウム又はガドリニウムを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate insulating film contains lanthanum, yttrium, magnesium, or gadolinium. 前記第2のゲート絶縁膜は、ランタンを含み、
前記第2の界面シリコン酸化膜と前記半導体基板との界面におけるランタンの濃度は1.5原子%以下であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
The second gate insulating film includes lanthanum,
The semiconductor device according to claim 6, wherein a concentration of lanthanum at an interface between the second interface silicon oxide film and the semiconductor substrate is 1.5 atomic% or less.
前記高誘電率膜は、ハフニウムを含む膜又はジルコニウムを含む膜であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric constant film is a film containing hafnium or a film containing zirconium. 前記半導体基板の上に形成された層間絶縁膜をさらに備え、
前記層間絶縁膜は、前記p型半導体領域を露出する第1の開口部と、前記n型半導体領域を露出する第2の開口部とを有し、
前記第1のゲート絶縁膜は、前記第1の開口部の側面及び前記p型半導体領域の前記第1の開口部から露出した部分を覆うように形成され、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第2の開口部の側面及び前記n型半導体領域の前記第2の開口部から露出した部分を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置。
Further comprising an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate,
The interlayer insulating film has a first opening that exposes the p-type semiconductor region, and a second opening that exposes the n-type semiconductor region,
The first gate insulating film is formed so as to cover a side surface of the first opening and a portion exposed from the first opening of the p-type semiconductor region,
2. The second gate insulating film is formed to cover a side surface of the second opening and a portion exposed from the second opening of the n-type semiconductor region. The semiconductor device of any one of -8.
p型半導体領域及びn型半導体領域を有する半導体基板の上に、界面シリコン酸化膜、高誘電率膜、アルミニウムからなる第1のキャップ膜、窒化アルミニウムからなる拡散防止膜及びハードマスクを順次形成する工程(a)と、
前記工程(a)よりも後に、前記第1のキャップ膜、拡散防止膜及びハードマスクにおける前記n型半導体領域の上に形成された部分を除去する工程(b)と、
前記工程(b)よりも後に、実効仕事関数を低下させる効果を有する元素を含む第2のキャップ膜を前記半導体基板上に形成する工程(c)と、
前記工程(c)よりも後に、熱処理を行う工程(d)と、
前記工程(d)よりも後に、前記半導体基板上に電極膜を形成する工程(e)と、
前記工程(e)よりも後に、前記電極膜、高誘電率膜及び前記界面シリコン酸化膜をパターニングすることにより、前記n型半導体領域の上に第1の界面シリコン酸化膜、第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極を形成し、前記p型半導体領域の上に第2の界面シリコン酸化膜、第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極を形成する工程(f)とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
An interfacial silicon oxide film, a high dielectric constant film, a first cap film made of aluminum, a diffusion barrier film made of aluminum nitride, and a hard mask are sequentially formed on a semiconductor substrate having a p-type semiconductor region and an n-type semiconductor region. Step (a);
After the step (a), a step (b) of removing a portion formed on the n-type semiconductor region in the first cap film, the diffusion prevention film, and the hard mask;
A step (c) of forming a second cap film containing an element having an effect of reducing an effective work function on the semiconductor substrate after the step (b);
A step (d) of performing a heat treatment after the step (c);
A step (e) of forming an electrode film on the semiconductor substrate after the step (d);
After the step (e), the electrode film, the high dielectric constant film, and the interfacial silicon oxide film are patterned to form a first interfacial silicon oxide film and a first gate insulation on the n-type semiconductor region. Forming a film and a first gate electrode, and forming a second interface silicon oxide film, a first gate insulating film, and a second gate electrode on the p-type semiconductor region (f). A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1020/cm3以上であり、
前記第2のゲート絶縁膜の上部におけるアルミニウムの濃度は、1×1019/cm3以下であり、
前記第1の界面シリコン酸化膜の膜厚と前記第2の界面シリコン酸化膜の膜厚との差は0.2nm以下であ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。
The aluminum concentration in the upper part of the first gate insulating film is 1 × 10 20 / cm 3 or more,
The aluminum concentration in the upper part of the second gate insulating film is 1 × 10 19 / cm 3 or less,
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the difference between the film thickness of the first interface silicon oxide film and the film thickness of the second interface silicon oxide film is 0.2 nm or less.
前記工程(b)よりも後で且つ前記工程(e)よりも前に、前記第1のキャップ膜に含まれるアルミニウムを拡散させるアルミニウム拡散工程(f)をさらに備えてい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。   An aluminum diffusion step (f) for diffusing aluminum contained in the first cap film is further provided after the step (b) and before the step (e). Item 11. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 10. 前記工程(d)よりも後で且つ前記工程(e)よりも前に、前記第2のキャップ膜を除去する工程(h)をさらに備えていることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   13. The method according to claim 10, further comprising a step (h) of removing the second cap film after the step (d) and before the step (e). A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記工程(h)よりも後で且つ前記工程(e)よりも前に、前記p型半導体領域において前記ハードマスクを除去する工程(i)をさらに備えていることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。   14. The method according to claim 13, further comprising a step (i) of removing the hard mask in the p-type semiconductor region after the step (h) and before the step (e). The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記工程(i)よりも後で且つ前記工程(e)よりも前に、前記p型半導体領域において、前記拡散防止膜を除去する工程(j)をさらに備えていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。   The method further comprises a step (j) of removing the diffusion barrier film in the p-type semiconductor region after the step (i) and before the step (e). 14. A method for manufacturing a semiconductor device according to 14. 前記第2のキャップ膜は、ランタン、イットリウム、マグネシウム又はガドリニウムを含むことを特徴とする請求項10〜15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the second cap film contains lanthanum, yttrium, magnesium, or gadolinium. 前記第2のキャップ膜は、ランタンを含み、
前記工程(d)では、800℃以下の温度で熱処理を行うことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
The second cap film includes lanthanum,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein in the step (d), heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. or lower.
前記高誘電率膜は、ハフニウムを含む膜又はジルコニウムを含む膜であることを特徴とする請求項10〜17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the high dielectric constant film is a film containing hafnium or a film containing zirconium. 前記工程(a)よりも前に、前記p型半導体領域にp型ソースドレイン拡散層を形成し、前記n型半導体領域にn型ソースドレイン拡散層を形成する工程(i)と、
前記工程(i)よりも後で且つ工程(a)よりも前に、前記p型半導体領域を露出する第1の開口部及び前記n型半導体領域を露出する第2の開口部を有する層間絶縁膜を形成する工程(j)とをさらに備え、
前記工程(a)では、前記高誘電率膜を前記第1の開口部及び第2の開口部の側面並びに前記p型半導体領域の前記第1の開口部から露出した部分及び前記n型半導体領域の前記第2の開口部から露出した部分を覆うように形成することを特徴とする請求項10〜18のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(I) forming a p-type source / drain diffusion layer in the p-type semiconductor region and forming an n-type source / drain diffusion layer in the n-type semiconductor region before the step (a);
Interlayer insulation having a first opening exposing the p-type semiconductor region and a second opening exposing the n-type semiconductor region after the step (i) and before the step (a). And (j) forming a film,
In the step (a), the high dielectric constant film is exposed to side surfaces of the first opening and the second opening, a portion of the p-type semiconductor region exposed from the first opening, and the n-type semiconductor region. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor device is formed so as to cover a portion exposed from the second opening.
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