JP2011151409A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板と、このシリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して設けられた高誘電率金属酸化膜を有するゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極とを有し、少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面側に窒素含有部を有するMIS型電界効果トランジスタを備えた半導体装置。
【選択図】図8
Description
前記シリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して設けられた高誘電率金属酸化膜を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極と、
前記ゲート電極の側面側に酸化シリコンを構成部材として含むサイドウォールとを有し、
前記サイドウォールと少なくとも前記ゲート電極の側面との間に窒化シリコン膜が介在するMIS型電界効果トランジスタを備えた半導体装置。
前記シリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して設けられた高誘電率金属酸化膜を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極とを有し、
少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面側に窒素含有部を有するMIS型電界効果トランジスタを備えた半導体装置。
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
窒化シリコン膜を全面に形成する工程と、
前記窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜および窒化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面に窒化シリコン膜を介したサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜およびシリコン含有絶縁膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜およびシリコン含有絶縁膜のパターンを形成する工程と、
第1の酸化シリコン膜を600℃以下で全面に形成する工程と、
前記第1の酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜上に第2の酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記第2の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第1の酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面に第1の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を介したサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
等方性エッチングにより少なくとも前記高誘電率金属酸化膜パターンの側面部を除去して窪みを形成する工程と、
前記窪みを埋め込むように全面に窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窪み内において少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面を被覆する窒化シリコン膜が残るように前記窒化シリコン膜をエッチングする工程と、
酸化シリコン膜を全面に形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜パターンの側面部を窒化処理する工程と、
酸化シリコン膜を全面に形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
酸化シリコン膜を600℃以下で全面に形成する工程と、
前記酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
本実施形態は、図2に示すように、シリコン基板1上に、シリコン含有絶縁膜2と高誘電率金属酸化膜3がこの順で積層されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極4と、このゲート絶縁膜側面を含むゲート電極側面(基板に対して垂直方向の面)に窒化シリコン膜5を介してサイドウォール6が設けられている。この実施形態では、高誘電率金属酸化膜3の側面(基板に対して垂直方向の面)を窒化シリコン膜5が被覆している。
サイドウォール6は、NSG等の酸化シリコンで形成することができ、そのサイズはゲート電極のサイズに応じて適宜設定することができる。
本実施形態は、図5に示すように、シリコン基板1上に、シリコン含有絶縁膜2と高誘電率金属酸化膜3がこの順で積層されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極4と、このゲート電極側面(基板に対して垂直方向の面)に酸化シリコン膜7及び窒化シリコン膜5をこの順に介して酸化シリコンからなるサイドウォール6が設けられている。本実施形態は、酸化シリコン膜7を設けた以外は、第1の実施形態と同様な構成をとることができる。
本実施形態は、図8に示すように、シリコン基板1上に、シリコン含有絶縁膜2と高誘電率金属酸化膜3がこの順で積層されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極4と、このゲート絶縁膜の側面に選択的に且つ直接に接して設けられた窒化シリコン膜51(窒素含有部)と、この窒化シリコン膜51表面を含むゲート電極側面(基板に対して垂直方向の面)に酸化シリコンからなるサイドウォール6が設けられている。この窒化シリコン膜51は、ゲート電極側面の平面に対する窪みを埋め込むようにその内面を被覆している。この窒化シリコン膜51の厚みは、酸素等の酸化性物質のバリア機能が得られる範囲で適宜設定できるが、例えば0.5nm〜10nmの範囲に設定することができる。この厚みが薄すぎると十分なバリア機能が得られなくなる。また、この窒化シリコン膜51の厚みは、製法上、窪みの深さに相応するため、高誘電率金属酸化膜のゲート長方向サイズの制約の点から、必要十分な厚みとすることが好ましい。
本実施形態は、図10に示すように、シリコン基板1上に、シリコン含有絶縁膜2と高誘電率金属酸化膜3がこの順で積層されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極4と、このゲート絶縁膜側面を含むゲート電極側面(基板に対して垂直方向の面)に酸化シリコンからなるサイドウォール6が設けられている。そして、高誘電率金属酸化膜2は、その側面側に窒化領域52(窒素含有部)を有している。高誘電率金属酸化膜2として、HfSiON等の窒素含有金属酸化膜を用いた場合は、基板に平行方向の膜中央部に比べて窒素含有率の高い窒化領域が側面側に形成される。この窒化領域52の厚み(側面からゲート長方向の長さ)は、酸素等の酸化性物質のバリア機能が得られる範囲で適宜設定できるが、例えば窒素含有率(全構成原子に対する窒素原子の原子数比(百分率))が5%以上の領域を1nm〜20nmの範囲に設定することができる。窒化領域の厚みが薄すぎると十分なバリア機能が得られなくなる。逆に厚すぎると、信頼性の低下や窒化処理の効率低下を招くため、必要十分な厚みとすることが好ましい。また、この窒化領域中の窒素含有率は、バリア機能の点から5%以上が好ましく、10%以上がより好ましい。信頼性や窒化処理の効率性の点から50%以下が好ましく、40%以下がより好ましい。
本実施形態は、高誘電率金属酸化膜を含むゲート絶縁膜およびゲート電極を形成した後において、当該高誘電率金属酸化膜が露出した状態で実施する酸化性雰囲気での加熱下の処理、すなわちサイドウォール用の酸化シリコン膜の成膜を600℃以下で行うことを主な特徴とするものである。
2 シリコン含有絶縁膜
3 高誘電率金属酸化膜
4 シリコン含有ゲート絶縁膜
5 窒化シリコン膜
6 サイドウォール
7 酸化シリコン膜
12 熱酸化膜
13 HfSiO膜
14 ポリシリコン膜
15 窒化シリコン膜
16 酸化シリコン膜
17 酸化シリコン膜
21 レジストパターン
51 窒化シリコン膜(窒素含有部)
52 窒化領域(窒素含有部)
101 窪み
Claims (20)
- シリコン基板と、
前記シリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して設けられた高誘電率金属酸化膜を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたシリコン含有ゲート電極とを有し、
少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面側に窒素含有部を有するMIS型電界効果トランジスタを備えた半導体装置。 - 前記窒素含有部は、少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面を被覆する窒化シリコン膜である、請求項1記載の半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜の側面は、前記ゲート電極側面の平面に対して窪みを形成し、前記窒化シリコン膜は、この窪み内で少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面を被覆している、請求項2記載の半導体装置。
- 前記窒素含有部は、前記高誘電率金属酸化膜の側面側部分を窒化処理してなるものである、請求項1記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極の側面側に酸化シリコンを構成部材として含むサイドウォールを有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記高誘電率金属酸化膜と前記ゲート電極との間に窒化シリコン膜が介在する、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記高誘電率金属酸化膜がハフニウム(Hf)を含有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記高誘電率金属酸化膜の比誘電率が10以上である、請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記高誘電率金属酸化膜が前記サイドウォール下に存在しない、請求項5に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極のゲート長が1μm以下である、請求項1から9のいずれか1項に記載の半導体装置。
- シリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して高誘電率金属酸化膜を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
等方性エッチングにより少なくとも前記高誘電率金属酸化膜パターンの側面部を除去して窪みを形成する工程と、
前記窪みを埋め込むように全面に窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窪み内において少なくとも前記高誘電率金属酸化膜の側面を被覆する窒化シリコン膜が残るように前記窒化シリコン膜をエッチングする工程と、
酸化シリコン膜を全面に形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - シリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して高誘電率金属酸化膜を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜パターンの側面部を窒化処理する工程と、
酸化シリコン膜を全面に形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - シリコン基板上にシリコン含有絶縁膜を介して高誘電率金属酸化膜を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜上にシリコン含有ゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
前記高誘電率金属酸化膜をパターニングして前記ゲート電極下に高誘電率金属酸化膜パターンを形成する工程と、
酸化シリコン膜を600℃以下で全面に形成する工程と、
前記酸化シリコン膜をエッチバックして前記ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - さらに前記シリコン含有絶縁膜をパターニングして前記ゲート電極下にシリコン含有絶縁膜パターンを形成する、請求項11から13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記高誘電率金属酸化膜がハフニウム(Hf)を含有する、請求項11から14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記高誘電率金属酸化膜の比誘電率が10以上である、請求項11から15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極のゲート長が1μm以下である、請求項11から16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記高誘電率金属酸化膜は、前記の窒化処理してなる窒素含有部として、該高誘電率金属酸化膜の側面側に窒化領域を有する、請求項4に記載の半導体装置。
- 前記の窒化処理してなる窒素含有部である窒化領域が、その側面からゲート内側に1〜20nm入った範囲にあり、窒素含有率が5%以上である、請求項4に記載の半導体装置。
- 前記の窒化処理してなる窒素含有部である窒化領域が、その側面からゲート内側に1〜20nm入った範囲にあり、窒素含有率が10%以上である、請求項4に記載の半導体装置。
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