JP3415496B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3415496B2 JP19246699A JP19246699A JP3415496B2 JP 3415496 B2 JP3415496 B2 JP 3415496B2 JP 19246699 A JP19246699 A JP 19246699A JP 19246699 A JP19246699 A JP 19246699A JP 3415496 B2 JP3415496 B2 JP 3415496B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造では、高い動作信頼性
と高い制御性とを有するトランジスタを、いかに形成す
るかということが重要な課題の1つとなっている。近
年、MIS(金属−絶縁膜−半導体)型のトランジスタ
では、ゲート絶縁膜が薄く形成され、ゲート絶縁膜とし
て厚さが3.0nm以下の酸化膜が用いられている。そ
して、シリコン酸化膜は、その高い絶縁性、成膜の容易
さ等から、ゲート絶縁膜としてよく使用される。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, how to form a transistor having high operational reliability and high controllability is one of the important issues. In recent years, in a MIS (metal-insulating film-semiconductor) type transistor, a gate insulating film is thinly formed, and an oxide film having a thickness of 3.0 nm or less is used as the gate insulating film. The silicon oxide film is often used as a gate insulating film because of its high insulating property and ease of film formation.

【0003】また、ゲート絶縁膜を厚く形成して、ゲー
ト絶縁膜の高い絶縁耐圧を実現するために、シリコン酸
化膜よりも比誘電率の高い絶縁膜(高誘電率膜)を、ゲ
ート絶縁膜として用いる場合もある。このように、高誘
電率絶縁膜をゲート絶縁膜として使用する技術は、特開
昭63−237578号公報に開示されている。
In order to realize a high withstand voltage of the gate insulating film by forming the gate insulating film thick, an insulating film (high dielectric constant film) having a relative dielectric constant higher than that of the silicon oxide film is used. Sometimes used as. The technique of using the high-dielectric-constant insulating film as the gate insulating film is disclosed in JP-A-63-237578.

【0004】しかし、シリコン基板の直上に高誘電率膜
(例えば、酸化タンタル膜)を形成すると、トランジス
タの動作時にドレイン電流が小さくなってしまう場合が
ある。このように、トランジスタのドレイン電流が小さ
くなると、デバイスの高速化を実現することが困難にな
るという問題が生じる。この問題を解決するために、従
来はシリコン基板上に薄いシリコン酸化膜を形成し、シ
リコン酸化膜上に高誘電率膜を形成している。即ち、ゲ
ート絶縁膜をシリコン酸化膜と高誘電率膜の2層から形
成している。
However, if a high dielectric constant film (for example, a tantalum oxide film) is formed directly on the silicon substrate, the drain current may be reduced during the operation of the transistor. As described above, when the drain current of the transistor becomes small, it becomes difficult to realize high speed operation of the device. In order to solve this problem, conventionally, a thin silicon oxide film is formed on a silicon substrate and a high dielectric constant film is formed on the silicon oxide film. That is, the gate insulating film is formed of two layers of a silicon oxide film and a high dielectric constant film.

【0005】以上のように、トランジスタのゲート絶縁
膜を2層から形成する技術は、特開昭58−19237
7号公報、特公平7−114241号公報、及び、特許
2816192号公報に開示されている。また、上記以
外にも、Nchトランジスタのゲート絶縁膜を3層から
構成する技術が特開平1−309380号公報に開示さ
れている。特開平1−309380号公報に開示されて
いる技術では、半導体基板上にシリコン酸化膜を形成
し、シリコン酸化膜上に酸化タンタル膜を形成し、酸化
タンタル膜上に窒化シリコン膜を形成している。
As described above, a technique for forming a gate insulating film of a transistor from two layers is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-19237.
No. 7, Japanese Patent Publication No. 7-114241, and Japanese Patent No. 2816192. In addition to the above, a technique of forming a gate insulating film of an Nch transistor from three layers is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-309380. In the technique disclosed in JP-A-1-309380, a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate, a tantalum oxide film is formed on the silicon oxide film, and a silicon nitride film is formed on the tantalum oxide film. There is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上に示した
技術では、以下に示すような問題がある。ゲート絶縁膜
を2層から形成する技術では、Nチャネル型トランジス
タ(Nchトランジスタ)と、Pチャネル型トランジス
タ(Pchトランジスタ)との導電型の違いを考慮し
て、ゲート絶縁膜の構成を設定していない。このため、
同一基板にNchトランジスタとPchトランジスタと
を形成する場合、例えば図10(a)〜図10(c)に
示すような工程で各トランジスタが形成される。
However, the technique described above has the following problems. In the technique of forming the gate insulating film from two layers, the configuration of the gate insulating film is set in consideration of the difference in conductivity type between the N-channel type transistor (Nch transistor) and the P-channel type transistor (Pch transistor). Absent. For this reason,
When an Nch transistor and a Pch transistor are formed on the same substrate, each transistor is formed in the process shown in FIGS. 10A to 10C, for example.

【0007】始め、図10(a)に示すように、拡散層
や素子分離用絶縁膜等が予め形成されたシリコン基板1
10上に、熱酸化法等によって、シリコン酸化膜131
aを形成する。続いて、CVD(Chemical Vapor Dposi
tion)法等によって、図10(a)に示すように、シリ
コン酸化膜131a上に高誘電率膜132aを形成す
る。そして、CVD法等によって、図10(b)に示す
ように、高誘電率膜132上に導電膜140aを形成す
る。その後、フォトリソグラフィーやエッチング等によ
って、図10(c)に示すように、シリコン酸化膜13
1a、高誘電率膜132a、及び、導電膜140aをパ
ターニングする。これによって、シリコン酸化膜131
と高誘電率膜132とから構成されるゲート絶縁膜、及
び、ゲート電極140が形成される。
First, as shown in FIG. 10A, a silicon substrate 1 on which a diffusion layer, an element isolation insulating film, and the like are formed in advance.
10 on the silicon oxide film 131 by a thermal oxidation method or the like.
a is formed. Then, CVD (Chemical Vapor Dposi)
Then, as shown in FIG. 10A, a high dielectric constant film 132a is formed on the silicon oxide film 131a. Then, a conductive film 140a is formed on the high dielectric constant film 132 by the CVD method or the like, as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 10C, the silicon oxide film 13 is formed by photolithography, etching, or the like.
1a, the high dielectric constant film 132a, and the conductive film 140a are patterned. As a result, the silicon oxide film 131
A gate insulating film including the high dielectric constant film 132 and the gate electrode 140 is formed.

【0008】以上のように、NchトランジスタとPc
hトランジスタとの導電型の違いを考慮せずに、ゲート
絶縁膜を形成すると、同一基板上に形成されたNchト
ランジスタとPchトランジスタのゲート絶縁膜は、図
10(c)に示すように、同一の構成となる。以上のよ
うな構成のゲート絶縁膜では、トランジスタの動作時
に、以下に示すような理由から、電子がゲート絶縁膜を
透過しやすくなる。このため、ゲート電極に流れる電流
(ゲートリーク電流)が増加してしまうという問題があ
る。特に、Nchトランジスタでは、Pchトランジス
タに比べてゲートリーク電流が大きい。
As described above, the Nch transistor and Pc
When the gate insulating film is formed without considering the difference in conductivity type from that of the h transistor, the gate insulating films of the Nch transistor and the Pch transistor formed on the same substrate have the same gate insulating film as shown in FIG. Will be configured. In the gate insulating film having the above-described structure, during the operation of the transistor, electrons easily pass through the gate insulating film for the following reason. Therefore, there is a problem that the current (gate leak current) flowing through the gate electrode increases. In particular, the Nch transistor has a larger gate leak current than the Pch transistor.

【0009】図11(a)及び図11(b)は、それぞ
れNchトランジスタ、Pchトランジスタの動作時の
バンド図である。具体的には、シリコン基板110、シ
リコン酸化膜131、高誘電率膜132、及び、ゲート
電極140のポテンシャルをそれぞれ示している。Nc
hトランジスタでは、図11(a)に示すように、電子
がゲート絶縁膜中を、シリコン基板110からゲート電
極140に向かって流れる。この際、図11(a)に示
すように、シリコン酸化膜131のポテンシャルが障壁
となる。そして、電子は、シリコン基板110からゲー
ト電極140までの間に、シリコン酸化膜131をトン
ネル効果によって透過する。
FIGS. 11A and 11B are band diagrams when the Nch transistor and the Pch transistor are operating, respectively. Specifically, the potentials of the silicon substrate 110, the silicon oxide film 131, the high dielectric constant film 132, and the gate electrode 140 are shown. Nc
In the h transistor, as shown in FIG. 11A, electrons flow through the gate insulating film from the silicon substrate 110 toward the gate electrode 140. At this time, as shown in FIG. 11A, the potential of the silicon oxide film 131 serves as a barrier. Then, the electrons pass through the silicon oxide film 131 through the tunnel effect between the silicon substrate 110 and the gate electrode 140.

【0010】一方、Pchトランジスタでは、図11
(b)に示すように、電子がゲート絶縁膜中をゲート電
極140からシリコン基板110に向かって流れる。こ
の際、図11(b)に示すように、シリコン酸化膜13
1及び高誘電率膜132のポテンシャルが障壁となる。
そして、電子は、ゲート電極140からシリコン基板1
10までの間に、シリコン酸化膜131及び高誘電率膜
132をトンネル効果によって透過する。
On the other hand, in the Pch transistor, as shown in FIG.
As shown in (b), electrons flow in the gate insulating film from the gate electrode 140 toward the silicon substrate 110. At this time, as shown in FIG. 11B, the silicon oxide film 13
1 and the potential of the high dielectric constant film 132 serve as a barrier.
Then, the electrons are transferred from the gate electrode 140 to the silicon substrate 1
Up to 10, the silicon oxide film 131 and the high dielectric constant film 132 are transmitted by the tunnel effect.

【0011】以上のように、Nchトランジスタでの電
子がトンネル効果によって透過する距離は、Pchトラ
ンジスタでの透過距離よりも短い。即ち、Nchトラン
ジスタでは、電子の透過(トンネル)確率が、Pchト
ランジスタでの透過確率よりも大きい。このため、Nc
hトランジスタとPchトランジスタとで、ゲートリー
ク電流の大きさが異なり、NchトランジスタとPch
トランジスタの動作を同一精度で制御することが困難で
あるという問題がある。また、Nchトランジスタで
は、ゲートリーク電流が大きく、消費電力の効率が悪い
という問題がある。
As described above, the distance through which electrons are transmitted by the Nch transistor due to the tunnel effect is shorter than the transmission distance by the Pch transistor. That is, the probability of electron transmission (tunnel) in the Nch transistor is higher than that in the Pch transistor. Therefore, Nc
The magnitude of the gate leakage current is different between the h transistor and the Pch transistor,
There is a problem that it is difficult to control the operation of the transistors with the same accuracy. Further, the Nch transistor has a problem that the gate leakage current is large and the power consumption efficiency is low.

【0012】特開平1−309380号公報に開示され
ている技術でも、上記と同様に、Nchトランジスタと
Pchトランジスタとの導電型の違いを考慮して、ゲー
ト絶縁膜の構成を設定していない。このため、上記と同
様に、NchトランジスタとPchトランジスタとでゲ
ートリーク電流の大きさが異なり、Nchトランジスタ
とPchトランジスタの動作を同一精度で制御すること
が困難な場合があるという問題がある。従って、本発明
は、効率よく電力を消費することが可能な半導体装置を
提供することを目的とする。また、本発明は、トランジ
スタの導電型によらず、実質的に同一の精度で制御可能
な半導体装置を提供することを目的とする。さらに、本
発明は、トランジスタのゲート電極に流れるゲートリー
ク電流を低減可能な半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
Also in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-309380, similarly to the above, the structure of the gate insulating film is not set in consideration of the difference in conductivity type between the Nch transistor and the Pch transistor. Therefore, similarly to the above, there is a problem that it is difficult to control the operations of the Nch transistor and the Pch transistor with the same accuracy, because the magnitudes of the gate leakage currents differ between the Nch transistor and the Pch transistor. Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can efficiently consume power. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be controlled with substantially the same accuracy regardless of the conductivity type of the transistor. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing a gate leak current flowing through a gate electrode of a transistor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の観点にかかる半導体装置は、半導体
基板と、前記半導体基板上の所定領域に形成された第1
ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された
第1ゲート電極と、から構成されるNチャネル型トラン
ジスタと、前記半導体基板上の所定領域に形成された第
2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に形成され
た第2ゲート電極と、から構成されるPチャネル型トラ
ンジスタと、から構成され、前記第1ゲート絶縁膜は、
前記半導体基板上の所定領域に形成され、所定の比誘電
率を有する第1誘電率膜と、前記第1誘電率膜上に形成
され、該第1誘電率膜よりも低い比誘電率を有する第2
誘電率膜と、から構成され、前記第2ゲート絶縁膜は、
前記半導体基板上の所定領域に形成され、所定の比誘電
率を有する第3誘電率膜と、前記第3誘電率膜上に形成
され、該第3誘電率膜よりも高い比誘電率を有する第4
誘電率膜と、から構成される、ことを特徴とする。この
発明によれば、Nチャネル型トランジスタのゲート絶縁
膜を2層で構成し、高い比誘電率を有する第1誘電率膜
を半導体基板側に、低い比誘電率を有する第2誘電率膜
をゲート電極側に形成することによって、従来よりもゲ
ート電極に流れるゲートリーク電流を小さくすることが
できる。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention comprises a semiconductor substrate and a first substrate formed in a predetermined region on the semiconductor substrate .
A gate insulating film and a first gate insulating film formed on the first insulating film;
An N-channel type transistor including a first gate electrode and a first gate electrode formed in a predetermined region on the semiconductor substrate.
And a second gate insulating film and formed on the second gate insulating film.
And a second gate electrode, and a P-channel type transistor
And a first gate insulating film,
A first dielectric constant film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate and having a predetermined dielectric constant; and a dielectric constant lower than the first dielectric constant film formed on the first dielectric constant film. Second
And a dielectric constant film, and the second gate insulating film is
Is formed in a predetermined region on the semiconductor substrate and has a predetermined dielectric constant
A third dielectric constant film having a refractive index and formed on the third dielectric constant film
And a fourth dielectric constant higher than the third dielectric constant film.
A dielectric film, Ru consists, characterized in that. According to this invention, the gate insulating film of the N-channel transistor is composed of two layers, the first dielectric constant film having a high relative dielectric constant is provided on the semiconductor substrate side, and the second dielectric constant film having a low relative dielectric constant is formed. By forming it on the gate electrode side, the gate leak current flowing through the gate electrode can be made smaller than in the conventional case.

【0014】[0014]

【0015】少なくとも、前記第1誘電率膜及び前記第
4誘電率膜の何れか一方は、7.0以上の比誘電率を有
してもよい。前記第1誘電率膜及び前記第4誘電率膜
は、同一の材質から形成され、前記第2誘電率膜及び前
記第3誘電率膜は、同一の材質から形成されてもよい。
前記Nチャネル型トランジスタの第1ゲート電極は、前
記半導体基板と前記第1誘電率膜との間に、該第1誘電
率膜よりも低い比誘電率を有する第5誘電率膜をさらに
備えてもよい。前記第5誘電率膜の厚さは、1.5nm
以下であってもよい。前記半導体基板は、シリコン基板
であり、前記第5誘電率膜は、シリコン酸化膜であって
もよい。
At least one of the first dielectric constant film and the fourth dielectric constant film may have a relative dielectric constant of 7.0 or more. The first dielectric constant film and the fourth dielectric constant film may be formed of the same material, and the second dielectric constant film and the third dielectric constant film may be formed of the same material.
The first gate electrode of the N-channel transistor further includes a fifth dielectric constant film having a relative dielectric constant lower than that of the first dielectric constant film between the semiconductor substrate and the first dielectric constant film. Good. The thickness of the fifth dielectric constant film is 1.5 nm.
It may be the following. The semiconductor substrate may be a silicon substrate, and the fifth dielectric constant film may be a silicon oxide film.

【0016】本発明の第2の観点にかかる半導体装置
は、半導体基板と、前記半導体基板上の所定領域に形成
された第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に
形成された第1ゲート電極と、から構成される第1導電
型トランジスタと、前記半導体基板上の所定領域に形成
された第2ゲート絶縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に
形成された第2ゲート電極と、から構成される第2導電
型トランジスタと、から構成され、前記第1導電型トラ
ンジスタは、Nチャネル型トランジスタであり、前記第
1ゲート絶縁膜は、前記半導体基板上に形成され、所定
の比誘電率を有する第1誘電率膜と、前記第1誘電率膜
上に形成され、該第1誘電率膜よりも低い比誘電率を有
する第2誘電率膜と、から構成され、前記第2導電型ト
ランジスタは、Pチャネル型トランジスタであり、前記
第2ゲート絶縁膜は、前記半導体基板上に形成され、所
定の比誘電率を有する第3誘電率膜と、前記第3誘電率
膜上に形成され、該第3誘電率膜よりも高い比誘電率を
有する第4誘電率膜と、から構成され、前記第1ゲート
絶縁膜及び前記第2ゲート絶縁膜は、トランジスタの動
作時に、電子がトンネル効果によって、該第1ゲート絶
縁膜を透過する距離と該第2ゲート絶縁膜を透過する距
離とが実質的に等しくなるようなポテンシャル障壁を形
成する、ことを特徴とする。この発明によれば、第1ゲ
ート絶縁膜を透過する距離と該第2ゲート絶縁膜を透過
する距離とが実質的に等しくなるため、トランジスタの
導電型によらず、ゲート電極に流れるゲートリーク電流
が実質的に等しくなり、同一の精度で第1及び第2導電
型トランジスタを制御することができる。
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a semiconductor substrate, a first gate insulating film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate, and a first gate insulating film formed on the first gate insulating film. A first conductivity type transistor including one gate electrode, a second gate insulating film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate, and a second gate electrode formed on the second gate insulating film. , it is composed of a second conductivity type transistors including said first conductivity type tiger
The transistor is an N-channel type transistor,
1 gate insulating film is formed on the semiconductor substrate and has a predetermined thickness.
Dielectric constant film having a relative dielectric constant of, and the first dielectric constant film
Formed on top of the first dielectric constant film and has a lower dielectric constant than the first dielectric constant film.
And a second dielectric constant film for
The transistor is a P-channel type transistor, and
The second gate insulating film is formed on the semiconductor substrate,
A third dielectric constant film having a constant relative dielectric constant, and the third dielectric constant
Is formed on the film and has a higher relative dielectric constant than the third dielectric film.
A first dielectric constant film having a fourth dielectric constant film, and the first gate dielectric film and the second dielectric film have a distance by which electrons are transmitted through the first gate dielectric film by a tunnel effect during operation of a transistor. It is characterized in that a potential barrier is formed so that the distance through which it passes through the second gate insulating film is substantially equal. According to the present invention, since the distance through which the first gate insulating film penetrates and the distance through which the second gate insulating film penetrates are substantially equal to each other, the gate leakage current flowing through the gate electrode does not depend on the conductivity type of the transistor. Are substantially equal to each other, and the first and second conductivity type transistors can be controlled with the same accuracy.

【0017】[0017]

【0018】本発明の第3の観点にかかる半導体装置の
製造方法は、Pチャネル型トランジスタを形成する領域
(PchTr形成領域)の半導体基板上に、所定の比誘
電率を有する第1誘電率膜を形成する第1誘電率膜形成
工程と、Nチャネル型トランジスタを形成する領域(N
chTr形成領域)の半導体基板上及び前記第1誘電率
膜上に、該第1誘電率膜よりも高い比誘電率を有する第
2誘電率膜を形成する第2誘電率膜形成工程と、前記N
chTr形成領域の前記第2誘電率膜上に、該第2誘電
率膜よりも低い比誘電率を有する第3誘電率膜を形成す
る第3誘電率膜形成工程と、前記NchTr形成領域の
前記第3誘電率膜上及び前記PchTr形成領域の前記
第2誘電率膜上に、導電膜を形成する導電膜形成工程
と、前記第1誘電率膜、前記第2誘電率膜、前記第3誘
電率膜、及び、前記導電膜をパターニングするパターニ
ング工程と、を備えることを特徴とする。
In a method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention, a first dielectric constant film having a predetermined relative dielectric constant is formed on a semiconductor substrate in a region (PchTr formation region) where a P channel type transistor is formed. Forming a first dielectric constant film and forming a region (N
a second dielectric constant film forming step of forming a second dielectric constant film having a relative dielectric constant higher than that of the first dielectric constant film on the semiconductor substrate in the chTr formation region) and on the first dielectric constant film; N
a third dielectric constant film forming step of forming a third dielectric constant film having a relative dielectric constant lower than that of the second dielectric constant film on the second dielectric constant film of the chTr forming region; A conductive film forming step of forming a conductive film on the third dielectric constant film and the second dielectric constant film in the PchTr formation region, the first dielectric constant film, the second dielectric constant film, and the third dielectric film. And a patterning step of patterning the conductive film.

【0019】前記第2誘電率膜形成工程は、7.0以上
の比誘電率を有する絶縁膜を前記第2誘電率膜として形
成する工程を備えてもよい。前記第3誘電率膜形成工程
は、前記第1誘電率膜と実的に同一の比誘電率を有す
る前記第3誘電率膜を形成する工程を備えてもよい。前
記第2誘電率膜形成工程は、前記NchTr形成領域の
前記半導体基板上に、前記第2誘電率膜よりも低い比誘
電率を有する第4誘電率膜を形成する第4誘電率膜形成
工程を備え、前記第4誘電率膜形成工程の後、前記第2
誘電率膜を形成する工程を備えてもよい。前記第4誘電
率膜形成工程は、厚さが1.5nm以下の前記第4誘電
率膜を形成する工程を備えてもよい。前記第4誘電率膜
形成工程は、シリコンの前記半導体基板上に、シリコン
酸化膜を前記第4誘電率膜として形成する工程を備えて
もよい。
The second dielectric constant film forming step may include a step of forming an insulating film having a relative dielectric constant of 7.0 or more as the second dielectric constant film. The third dielectric film forming step may comprise the step of forming the third dielectric layer having a first dielectric constant film and the actual quality to the same dielectric constant. In the second dielectric constant film forming step, a fourth dielectric constant film forming step of forming a fourth dielectric constant film having a relative dielectric constant lower than that of the second dielectric constant film on the semiconductor substrate in the NchTr forming region. And after the fourth dielectric constant film forming step, the second dielectric constant film is formed.
A step of forming a dielectric constant film may be provided. The fourth dielectric constant film forming step may include a step of forming the fourth dielectric constant film having a thickness of 1.5 nm or less. The fourth dielectric constant film forming step may include a step of forming a silicon oxide film as the fourth dielectric constant film on the silicon semiconductor substrate.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
にかかる半導体装置の製造方法について図面を参照して
説明する。図1(a)は、第1の実施の形態にかかる製
造方法によって、ゲート電極を形成された状態の半導体
装置の構成を示す断面図である。図1(b)及び図1
(c)は、図1(a)に示したゲート電極の構成を示す
図である。半導体装置には、例えば図1(a)に示すよ
うに、Nチャネル型トランジスタ(Nch Tr)とPチャネ
ル型トランジスタ(Pch Tr)とが同一の半導体基板10
に形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device in which a gate electrode is formed by the manufacturing method according to the first embodiment. 1 (b) and FIG.
FIG. 1C is a diagram showing the configuration of the gate electrode shown in FIG. In the semiconductor device, for example, as shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 10 in which an N-channel type transistor (Nch Tr) and a P-channel type transistor (Pch Tr) are the same.
Is formed in.

【0021】半導体基板10は、例えばp型のシリコン
基板であり、所定領域に形成されたp型拡散層とn型拡
散層とを有する。NchトランジスタとPchトランジ
スタとは、例えばLOCOS(Local Oxidation of Sil
icon)法等によって、半導体基板10の表面に形成され
た素子分離用絶縁膜20によって分離されている。Nc
hトランジスタ及びPchトランジスタでは、それぞれ
半導体基板10上の所定領域にゲート絶縁膜30が形成
され、ゲート絶縁膜30上にゲート電極40が形成され
ている。
The semiconductor substrate 10 is, for example, a p-type silicon substrate, and has a p-type diffusion layer and an n-type diffusion layer formed in a predetermined region. The Nch transistor and the Pch transistor are, for example, LOCOS (Local Oxidation of Sil).
They are separated by the element isolation insulating film 20 formed on the surface of the semiconductor substrate 10 by the icon method or the like. Nc
In each of the h transistor and the Pch transistor, the gate insulating film 30 is formed in a predetermined region on the semiconductor substrate 10, and the gate electrode 40 is formed on the gate insulating film 30.

【0022】Nchトランジスタのゲート絶縁膜30
は、図1(b)に示すように、2層から形成されてい
る。具体的には、ゲート電極40側に比誘電率εが比較
的低い絶縁膜(低誘電率膜)31が形成され、基板側に
比誘電率εが比較的高い絶縁膜(高誘電率膜)32が形
成されている。なお、低誘電率膜31は、例えば膜厚が
約1.5nmのシリコン酸化(SiO)膜であり、高
誘電率膜32は、例えば膜厚が約6.0nmのタンタル
酸化(Ta)膜である。Pchトランジスタのゲ
ート絶縁膜30は、図1(c)に示すように、2層から
形成されている。具体的には、ゲート電極40側に高誘
電率膜32が形成され、基板側に低誘電率膜31が形成
されている。即ち、PchトランジスタとNchトラン
ジスタとでは、ゲート絶縁膜30の構成が逆になってい
る。
Gate insulating film 30 of Nch transistor
Is formed of two layers as shown in FIG. Specifically, an insulating film (low dielectric constant film) 31 having a relatively low relative dielectric constant ε is formed on the gate electrode 40 side, and an insulating film (high dielectric constant film) having a relatively high relative dielectric constant ε is formed on the substrate side. 32 is formed. The low dielectric constant film 31 is, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of about 1.5 nm, and the high dielectric constant film 32 is, for example, tantalum oxide (Ta 2 O) having a thickness of about 6.0 nm. 5 ) Membrane. The gate insulating film 30 of the Pch transistor is formed of two layers as shown in FIG. Specifically, the high dielectric constant film 32 is formed on the gate electrode 40 side, and the low dielectric constant film 31 is formed on the substrate side. That is, the structure of the gate insulating film 30 is reversed between the Pch transistor and the Nch transistor.

【0023】次に、以上のような構成の半導体装置の製
造方法について説明する。図2(a)〜(f)は、上記
半導体装置の各製造工程を示す断面図である。なお、図
2(a)〜(f)では、理解を容易にするために、でき
るだけ図を簡略化している。半導体基板10には、予め
イオン注入法等によって、所定領域に拡散層が形成さ
れ、LOCOS法等によって、素子分離用絶縁膜20が
形成されている。また、半導体基板10は、拡散層の形
成や素子分離用絶縁膜20の形成に必要な熱処理、剥離
処理、及び、洗浄処理等を予め施されている。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described. 2A to 2F are cross-sectional views showing respective manufacturing steps of the semiconductor device. 2A to 2F, the drawings are simplified as much as possible for easy understanding. In the semiconductor substrate 10, a diffusion layer is previously formed in a predetermined region by an ion implantation method or the like, and an element isolation insulating film 20 is formed by a LOCOS method or the like. Further, the semiconductor substrate 10 has been previously subjected to heat treatment, peeling treatment, cleaning treatment, etc. necessary for forming a diffusion layer and an element isolation insulating film 20.

【0024】始めに、例えば抵抗加熱式の縦型拡散炉中
で、ドライ酸素雰囲気中、650℃、5分間の熱処理を
半導体基板10に施す。これによって、図2(a)に示
すように、Pchトランジスタの低誘電率膜31となる
膜厚が約1.5nmの熱酸化膜31aを、半導体基板1
0上に形成する。次に、熱酸化膜31a上にフォトレジ
スト1を塗布し、露光技術等によって、図2(b)に示
すように、Nchトランジスタを形成する領域(Nch
Tr形成領域)を露出するように、フォトレジスト1を
パターニングする。続いて、例えば水で希釈したHF溶
液を用いたエッチング技術等によって、図2(b)に示
すように、NchTr形成領域の熱酸化膜31aを除去
する。
First, the semiconductor substrate 10 is subjected to heat treatment at 650 ° C. for 5 minutes in a dry oxygen atmosphere, for example, in a resistance heating type vertical diffusion furnace. As a result, as shown in FIG. 2A, the thermal oxide film 31a having a film thickness of about 1.5 nm, which becomes the low dielectric constant film 31 of the Pch transistor, is formed on the semiconductor substrate 1.
Form on 0. Next, the photoresist 1 is applied onto the thermal oxide film 31a, and by an exposure technique or the like, as shown in FIG.
The photoresist 1 is patterned so as to expose the Tr formation region). Then, as shown in FIG. 2B, the thermal oxide film 31a in the NchTr formation region is removed by, for example, an etching technique using an HF solution diluted with water.

【0025】次に、フォトレジスト1を剥離して表面を
洗浄した後、図2(c)に示すように、第2の絶縁膜で
ある膜厚が約6.0nmのタンタル酸化膜32aを形成
する。このタンタル酸化膜32aの形成は、例えば減圧
CVD(Chemical Vapor Deposition )炉内で、液体の
ペンタエトキシタンタルと酸素ガスとを混合し、400
mTorr、450℃で行われる。なお、この時点で
は、タンタル酸化膜32aは、アモルファス状態であ
り、まだ結晶化していない。
Next, after removing the photoresist 1 and cleaning the surface, as shown in FIG. 2C, a tantalum oxide film 32a having a thickness of about 6.0 nm, which is a second insulating film, is formed. To do. This tantalum oxide film 32a is formed by, for example, mixing liquid pentaethoxytantalum and oxygen gas in a low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) furnace,
mTorr, 450 ° C. At this point, the tantalum oxide film 32a is in an amorphous state and not yet crystallized.

【0026】タンタル酸化膜32aの形成後、図2
(c)に示すように、タンタル酸化膜32a上に、第3
の絶縁膜として膜厚が約1.5nmのHTO(High Tem
peratureOxidation)膜と呼ばれるシリコン酸化膜31
bを形成する。HTO膜(シリコン酸化膜31b)は、
例えば減圧CVD炉内で形成される。具体的には、Si
(モノシラン)とNOガスとを用い、800℃、
2分間の熱処理によって、HTO膜を形成する。なお、
この熱処理は、薄いシリコン酸化膜31bを形成すると
共に、前の工程で形成したタンタル酸化膜32aの特性
を良好にするために行われる。即ち、上記熱処理によっ
て、減圧CVD法では不足しがちな酸素をタンタル酸化
膜中へ供給し、アモルファス状態であるタンタル酸化膜
32aを結晶化することができる。
After forming the tantalum oxide film 32a, as shown in FIG.
As shown in (c), the third layer is formed on the tantalum oxide film 32a.
As an insulating film of HTO (High Tem
silicon oxide film 31 called a perature oxidation film
b is formed. The HTO film (silicon oxide film 31b) is
For example, it is formed in a low pressure CVD furnace. Specifically, Si
H Four(Monosilane) and NTwo800 ° C. using O gas,
The HTO film is formed by heat treatment for 2 minutes. In addition,
This heat treatment forms a thin silicon oxide film 31b.
Both characteristics of the tantalum oxide film 32a formed in the previous step
It is done to make good. That is, by the above heat treatment
Oxygen, which tends to be insufficient in the low pressure CVD method, is oxidized by tantalum.
Amorphous tantalum oxide film supplied into the film
32a can be crystallized.

【0027】次に、シリコン酸化膜31b上にフォトレ
ジスト2を塗布し、露光技術等によって、図2(d)に
示すように、Pchトランジスタを形成する領域(Pc
hTr形成領域)を露出するように、フォトレジスト2
をパターニングする。そして、エッチング技術等によっ
て、図2(d)に示すように、PchTr形成領域のシ
リコン酸化膜31bを除去する。なお、シリコン酸化膜
31bの除去は、タンタル酸化膜32aのエッチング速
度が、シリコン酸化膜31bのエッチング速度に比べて
十分に遅くなるような条件で行われる。
Next, a photoresist 2 is applied on the silicon oxide film 31b, and by an exposure technique or the like, as shown in FIG. 2D, a region (Pc) for forming a Pch transistor is formed.
Photoresist 2 so that the hTr formation region) is exposed.
Pattern. Then, as shown in FIG. 2D, the silicon oxide film 31b in the PchTr formation region is removed by an etching technique or the like. The removal of the silicon oxide film 31b is performed under the condition that the etching rate of the tantalum oxide film 32a is sufficiently slower than the etching rate of the silicon oxide film 31b.

【0028】その後、フォトレジスト2を剥離し、必要
に応じて洗浄処理を行った後、ゲート電極40となる材
料(例えば、窒化チタン(TiN)やタングステン
(W))を、図2(e)に示すように、シリコン酸化膜
31b及びタンタル酸化膜32a上に堆積させて導電膜
40aを形成する。そして、フォトリソグラフィー技術
やエッチング技術等によって、図2(f)に示すよう
に、導電膜40a、シリコン酸化膜31b、タンタル酸
化膜32a、及び、熱酸化膜31aをパターニングして
ゲート絶縁膜30及びゲート電極40を形成する。
After that, the photoresist 2 is peeled off and, if necessary, a cleaning process is performed, and then a material (for example, titanium nitride (TiN) or tungsten (W)) to be the gate electrode 40 is removed as shown in FIG. As shown in, the conductive film 40a is formed by depositing on the silicon oxide film 31b and the tantalum oxide film 32a. Then, as shown in FIG. 2F, the conductive film 40a, the silicon oxide film 31b, the tantalum oxide film 32a, and the thermal oxide film 31a are patterned by photolithography technique, etching technique, or the like to form the gate insulating film 30 and The gate electrode 40 is formed.

【0029】以上のようにして、図1に示した半導体装
置(Nchトランジスタ及びPchトランジスタ)を完
成する。以上のようにして形成されたNchトランジス
タでは、例えば図3(a)に示すように、半導体基板1
0及びソースが接地される。そして、ドレインには+
1.2(V)のドレイン電圧Vdが、ゲート電極40に
は+1.5(V)のゲート電圧Vgが印加される。
As described above, the semiconductor device (Nch transistor and Pch transistor) shown in FIG. 1 is completed. In the Nch transistor formed as described above, for example, as shown in FIG.
0 and the source are grounded. And + to the drain
A drain voltage Vd of 1.2 (V) and a gate voltage Vg of +1.5 (V) are applied to the gate electrode 40.

【0030】また、Pchトランジスタでは、例えば図
3(b)に示すように、半導体基板10及びソースが接
地される。そして、ドレインには−1.2(V)のドレ
イン電圧Vdが、ゲート電極40には−1.5(V)の
ゲート電圧Vgが印加される。以上のように電圧を印加
されることによって、Nchトランジスタ及びPchト
ランジスタは動作する。しかし、以上のように電圧が印
加されると、Nchトランジスタでは、電子がゲート絶
縁膜30中を、半導体基板10からゲート電極40に向
かって流れる。一方、Pchトランジスタでは、電子が
ゲート絶縁膜30中を、ゲート電極40から半導体基板
10に向かって流れる。なお、図3(a)及び図3
(b)中では、電子の流れる方向を矢印で示してある。
In the Pch transistor, the semiconductor substrate 10 and the source are grounded as shown in FIG. 3B, for example. Then, a drain voltage Vd of -1.2 (V) is applied to the drain, and a gate voltage Vg of -1.5 (V) is applied to the gate electrode 40. When the voltage is applied as described above, the Nch transistor and the Pch transistor operate. However, when the voltage is applied as described above, in the Nch transistor, electrons flow through the gate insulating film 30 from the semiconductor substrate 10 toward the gate electrode 40. On the other hand, in the Pch transistor, electrons flow through the gate insulating film 30 from the gate electrode 40 toward the semiconductor substrate 10. Note that FIG. 3A and FIG.
In (b), the direction of electron flow is indicated by an arrow.

【0031】以下に、上記電子の流れをバンド図を用い
て説明する。図4(a)及び図4(b)は、それぞれN
chトランジスタ、Pchトランジスタの各部に、上記
したような電圧を印加された場合のバンド図である。具
体的には、半導体基板10、ゲート絶縁膜30、及び、
ゲート電極40のポテンシャルをそれぞれ示している。
上記したようにように、Nchトランジスタでは、電子
がゲート絶縁膜30中を、半導体基板10からゲート電
極40に向かって流れる。この際、図4(a)に示すよ
うに、半導体基板10とゲート電極40との間には、高
誘電率膜32及び低誘電率膜31のポテンシャル障壁が
存在する。即ち、電子は、半導体基板10からゲート電
極40までの間に、高誘電率膜32及び低誘電率膜31
のポテンシャル障壁をトンネル効果によって透過しなけ
ればならない。
The electron flow will be described below with reference to band diagrams. 4A and 4B respectively show N
It is a band diagram when the above-mentioned voltage is applied to each part of a ch transistor and a Pch transistor. Specifically, the semiconductor substrate 10, the gate insulating film 30, and
The potential of the gate electrode 40 is shown respectively.
As described above, in the Nch transistor, electrons flow in the gate insulating film 30 from the semiconductor substrate 10 toward the gate electrode 40. At this time, as shown in FIG. 4A, potential barriers of the high dielectric constant film 32 and the low dielectric constant film 31 exist between the semiconductor substrate 10 and the gate electrode 40. That is, the electrons are high dielectric constant film 32 and low dielectric constant film 31 between the semiconductor substrate 10 and the gate electrode 40.
Must pass through the potential barrier of by the tunnel effect.

【0032】また、Pchトランジスタでは、電子がゲ
ート絶縁膜30中を、ゲート電極40から半導体基板1
0へ向かって流れる。この際も、図4(b)に示すよう
に、ゲート電極40と半導体基板10との間には、低誘
電率膜31及び高誘電率膜32のポテンシャル障壁が存
在する。即ち、電子は、ゲート絶縁膜40から半導体基
板10までの間に、高誘電率膜32及び低誘電率膜31
のポテンシャル障壁をトンネル効果によって透過しなけ
ればならない。
In addition, in the Pch transistor, electrons move from the gate electrode 40 to the semiconductor substrate 1 in the gate insulating film 30.
It flows toward 0. Also in this case, as shown in FIG. 4B, potential barriers of the low dielectric constant film 31 and the high dielectric constant film 32 exist between the gate electrode 40 and the semiconductor substrate 10. That is, the electrons are high dielectric constant film 32 and low dielectric constant film 31 between the gate insulating film 40 and the semiconductor substrate 10.
Must pass through the potential barrier of by the tunnel effect.

【0033】以上に示したように、Nchトランジスタ
とPchトランジスタとでゲート絶縁膜30の構成を変
えることによって、電子の透過距離が、Nchトランジ
スタとPchトランジスタとで、実質的に等しくなる。
これによって、NchトランジスタとPchトランジス
タの動作を同一精度で安定して制御することができる。
また、Nchトランジスタでは、電子がゲート絶縁膜3
0を流れる際のポテンシャル障壁が多くすることができ
る。即ち、NchトランジスタとPchトランジスタと
でゲート絶縁膜30の構成を変えることによって、電子
の透過(トンネル)確率を小さくすることができる。即
ち、ゲート電極40に流れる電流(ゲートリーク電流)
を、従来よりも小さくすることができる。
As described above, by changing the structure of the gate insulating film 30 between the Nch transistor and the Pch transistor, the electron transmission distance becomes substantially equal between the Nch transistor and the Pch transistor.
Thereby, the operations of the Nch transistor and the Pch transistor can be stably controlled with the same accuracy.
Further, in the Nch transistor, electrons are generated in the gate insulating film 3
The potential barrier at the time of flowing 0 can be increased. That is, the probability of electron transmission (tunnel) can be reduced by changing the configuration of the gate insulating film 30 between the Nch transistor and the Pch transistor. That is, the current flowing through the gate electrode 40 (gate leak current)
Can be made smaller than before.

【0034】図5は、本発明を適用したNchトランジ
スタと、従来のトランジスタとで、実際にゲート電圧V
gを印加してゲート絶縁膜のゲートリーク電流Ig特性
を調べた結果である。図5に示すように、本発明を適用
したトランジスタでは、低電流領域のゲートリーク電流
Igが、従来のトランジスタよりも2桁以上小さい。こ
のことから、ゲート絶縁膜30を以上のような構成にす
ることによって、電子の透過確率が小さくなったことが
示される。
FIG. 5 shows a gate voltage V of an Nch transistor to which the present invention is applied and a conventional transistor.
It is a result of examining the gate leakage current Ig characteristic of the gate insulating film by applying g. As shown in FIG. 5, in the transistor to which the present invention is applied, the gate leakage current Ig in the low current region is smaller than that of the conventional transistor by two digits or more. From this, it is shown that the probability of electron transmission is reduced by configuring the gate insulating film 30 as described above.

【0035】なお、ゲート電圧Vgが2.5(V)以上
の領域では、ゲートリーク電流Igの大きさが、従来の
トランジスタと本発明を適用したトランジスタとでほと
んど変わらない。しかし、本発明が用いられる高集積化
されたデバイス等では、トランジスタの各部に印加され
る電圧の大きさは大きくても1.8V程度であるため、
特に問題はない。また、図5では、Nchトランジスタ
についての結果を示したが、Pchトランジスタでも、
電子の透過確率は、Nchトランジスタと同様に小さ
い。
In the region where the gate voltage Vg is 2.5 (V) or more, the magnitude of the gate leakage current Ig is almost the same between the conventional transistor and the transistor to which the present invention is applied. However, in a highly integrated device or the like in which the present invention is used, since the magnitude of the voltage applied to each part of the transistor is about 1.8 V at the maximum,
There is no particular problem. Further, in FIG. 5, the result for the Nch transistor is shown, but for the Pch transistor,
The electron transmission probability is as small as that of the Nch transistor.

【0036】次に、本発明の第2の実施の形態にかかる
半導体装置の製造方法について図面を参照して説明す
る。図6(a)は、第2の実施の形態にかかる製造方法
によって、ゲート電極を形成された状態の半導体装置を
示す断面図である。図6(b)及び図6(c)は、図6
(a)に示したゲート電極の構成を示す図である。半導
体装置は、図6(a)に示すように、第1の実施の形態
で示した半導装置とほぼ同一の構成である。但し、ゲー
ト絶縁膜30の構成が、第1の実施の形態とは異なる。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6A is a cross-sectional view showing a semiconductor device in which a gate electrode is formed by the manufacturing method according to the second embodiment. 6 (b) and 6 (c) are shown in FIG.
It is a figure which shows the structure of the gate electrode shown to (a). As shown in FIG. 6A, the semiconductor device has substantially the same configuration as the semiconductor device shown in the first embodiment. However, the structure of the gate insulating film 30 is different from that of the first embodiment.

【0037】Nchトランジスタのゲート絶縁膜30
は、図6(b)に示すように、3層から構成されてい
る。具体的には、ゲート電極40側から順に、比誘電率
εが比較的低い第1の絶縁膜(第1低誘電率膜)33、
比誘電率εが比較的高い絶縁膜(高誘電率膜)34、比
誘電率εが比較的低い第2の絶縁膜(第2低誘電率膜)
35が形成されている。なお、第1低誘電率膜33は、
例えば膜厚が約1.5nmのシリコン酸化(SiO
膜であり、高誘電率膜34は、例えば膜厚が約6.0n
mのタンタル酸化(Ta)膜である。また、第2
低誘電率膜35は、シリコン酸化(SiO)膜であ
り、その膜厚は、第1低誘電率膜33や高誘電率膜36
よりも薄く、具体的には第1低誘電率膜33の1/3〜
1/2の厚さである。
Gate insulating film 30 of Nch transistor
Is composed of three layers, as shown in FIG. Specifically, in order from the gate electrode 40 side, a first insulating film (first low dielectric constant film) 33 having a relatively low relative dielectric constant ε,
Insulating film (high dielectric constant film) 34 having a relatively high relative permittivity ε, second insulating film (second low dielectric constant film) having a relatively low relative permittivity ε
35 is formed. The first low dielectric constant film 33 is
For example, silicon oxide (SiO 2 ) with a thickness of about 1.5 nm
The high dielectric constant film 34 is a film and has a film thickness of, for example, about 6.0 n.
It is a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film of m. Also, the second
The low dielectric constant film 35 is a silicon oxide (SiO 2 ) film, and the film thickness thereof is the first low dielectric constant film 33 or the high dielectric constant film 36.
Thinner than that of the first low dielectric constant film 33.
It is half the thickness.

【0038】一方、Pchトランジスタのゲート絶縁膜
30は、図6(c)に示すように、第1の実施の形態と
実質的に同一構成である。即ち、Pchトランジスタの
ゲート絶縁膜30は、2層から形成され、ゲート電極4
0側に高誘電率膜34が形成され、基板側に比誘電率ε
が比較的低い第3の絶縁膜(第3低誘電率膜)36が形
成されている。なお、第3低誘電率膜36は、例えば膜
厚が2.0〜2.3nmのシリコン酸化(SiO)膜
である。
On the other hand, the gate insulating film 30 of the Pch transistor has substantially the same structure as that of the first embodiment, as shown in FIG. 6 (c). That is, the gate insulating film 30 of the Pch transistor is formed of two layers, and the gate electrode 4
The high-dielectric-constant film 34 is formed on the 0 side, and the relative dielectric constant ε is set on the substrate side.
The third insulating film (third low dielectric constant film) 36 having a relatively low temperature is formed. The third low dielectric constant film 36 is, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a film thickness of 2.0 to 2.3 nm.

【0039】次に、以上のような構成の半導体装置の製
造方法について説明する。図7(a)〜(f)は、上記
半導体装置の各製造工程を示す断面図である。なお、図
7(a)〜(f)では、理解を容易にするために、でき
るだけ図を簡略化している。半導体基板10には、予め
イオン注入法等によって、所定領域に拡散層が形成さ
れ、LOCOS法等によって、素子分離用絶縁膜20が
形成されている。また、半導体基板10は、拡散層の形
成や素子分離用絶縁膜20の形成に必要な熱処理、剥離
処理、及び、洗浄処理等を予め施されている。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described. 7A to 7F are cross-sectional views showing each manufacturing process of the semiconductor device. 7A to 7F, the drawings are simplified as much as possible for easy understanding. In the semiconductor substrate 10, a diffusion layer is previously formed in a predetermined region by an ion implantation method or the like, and an element isolation insulating film 20 is formed by a LOCOS method or the like. Further, the semiconductor substrate 10 has been previously subjected to heat treatment, peeling treatment, cleaning treatment, etc. necessary for forming a diffusion layer and an element isolation insulating film 20.

【0040】始めに、第1の実施の形態と同様にして、
半導体基板10上に第1の絶縁膜である膜厚が約1.5
nmの熱酸化膜36aを形成する。そして、第1の実施
の形態と同様にして、図7(a)に示すように、Nch
Tr形成領域の熱酸化膜36aを除去する。その後、例
えば抵抗加熱式の縦型拡散炉中で、ドライ酸素雰囲気
中、650℃、2分間の熱処理を半導体基板10に施
す。これによって、図7(b)に示すように、半導体基
板10及び熱酸化膜36a上に、薄いシリコン酸化膜3
5aを形成する。なお、Pchトランジスタでは、熱酸
化膜36a及びシリコン酸化膜35aが第3低誘電率膜
36になる。
First, similarly to the first embodiment,
The thickness of the first insulating film on the semiconductor substrate 10 is about 1.5.
nm thermal oxide film 36a is formed. Then, similarly to the first embodiment, as shown in FIG.
The thermal oxide film 36a in the Tr formation region is removed. Then, the semiconductor substrate 10 is subjected to heat treatment at 650 ° C. for 2 minutes in a dry oxygen atmosphere in, for example, a resistance heating vertical diffusion furnace. As a result, as shown in FIG. 7B, the thin silicon oxide film 3 is formed on the semiconductor substrate 10 and the thermal oxide film 36a.
5a is formed. In the Pch transistor, the thermal oxide film 36a and the silicon oxide film 35a become the third low dielectric constant film 36.

【0041】続いて、第1の実施の形態と同様にして、
図7(c)に示すように、シリコン酸化膜35a上に、
膜厚が約6.0nmのタンタル酸化膜34aと、膜厚が
約1.5nmのシリコン酸化膜33aとを、この順で形
成する。その後、シリコン酸化膜33a上にフォトレジ
スト2を塗布し、露光技術等によって、図7(d)に示
すように、PchTr形成領域を露出するように、フォ
トレジスト2をパターニングする。
Then, similarly to the first embodiment,
As shown in FIG. 7C, on the silicon oxide film 35a,
A tantalum oxide film 34a having a thickness of about 6.0 nm and a silicon oxide film 33a having a thickness of about 1.5 nm are formed in this order. After that, the photoresist 2 is applied on the silicon oxide film 33a, and the photoresist 2 is patterned by an exposure technique or the like so as to expose the PchTr formation region as shown in FIG. 7D.

【0042】そして、エッチング技術等によって、図7
(d)に示すように、PchTr形成領域のシリコン酸
化膜33aを除去する。なお、シリコン酸化膜33aの
除去は、タンタル酸化膜34aのエッチング速度が、シ
リコン酸化膜33aのエッチング速度に比べて十分に遅
くなるような条件で行われる。その後、フォトレジスト
2を剥離し、必要に応じて洗浄処理を行った後、第1の
実施の形態と同様にして、図7(e)に示すように、シ
リコン酸化膜33a及びタンタル酸化膜34a上に導電
膜40aを形成する。
Then, as shown in FIG.
As shown in (d), the silicon oxide film 33a in the PchTr formation region is removed. The removal of the silicon oxide film 33a is performed under the condition that the etching rate of the tantalum oxide film 34a is sufficiently slower than the etching rate of the silicon oxide film 33a. After that, the photoresist 2 is peeled off, and a cleaning process is performed if necessary. Then, as shown in FIG. 7E, the silicon oxide film 33a and the tantalum oxide film 34a are processed in the same manner as in the first embodiment. A conductive film 40a is formed on top.

【0043】そして、フォトリソグラフィー技術やエッ
チング技術等によって、図7(f)に示すように、導電
膜40a、シリコン酸化膜33a、タンタル酸化膜34
a、シリコン酸化膜35a、及び、熱酸化膜36aをパ
ターニングしてゲート絶縁膜30及びゲート電極40を
形成する。以上のようにして、図6に示した状態の半導
体装置(Nchトランジスタ及びPchトランジスタ)
を完成する。
Then, as shown in FIG. 7F, the conductive film 40a, the silicon oxide film 33a, and the tantalum oxide film 34 are formed by the photolithography technique or the etching technique.
The gate insulating film 30 and the gate electrode 40 are formed by patterning a, the silicon oxide film 35a, and the thermal oxide film 36a. As described above, the semiconductor device in the state shown in FIG. 6 (Nch transistor and Pch transistor)
To complete.

【0044】以上のような構成でゲート絶縁膜30を形
成することによって、Nchトランジスタでは、動作時
のドレイン電流を大きくすることができる。これは、シ
リコン基板(半導体基板)10上に薄いシリコン酸化膜
(第2低誘電率膜)35を形成することによって、半導
体基板10と第2低誘電率膜35との界面にできる界面
準位が減少するためである。即ち、半導体基板(シリコ
ン基板)10側に第2低誘電率膜(シリコン酸化膜)3
5が存在しない場合は、半導体基板10と第2低誘電率
膜35との間の界面準位が多く、ドレイン電流が流れに
くい。
By forming the gate insulating film 30 with the above structure, the drain current of the Nch transistor during operation can be increased. This is an interface level formed at the interface between the semiconductor substrate 10 and the second low dielectric constant film 35 by forming a thin silicon oxide film (second low dielectric constant film) 35 on the silicon substrate (semiconductor substrate) 10. Is reduced. That is, the second low dielectric constant film (silicon oxide film) 3 is formed on the semiconductor substrate (silicon substrate) 10 side.
When 5 does not exist, there are many interface states between the semiconductor substrate 10 and the second low dielectric constant film 35, and it is difficult for the drain current to flow.

【0045】図8は、ゲート絶縁膜30に上記第2低誘
電率膜35が存在する場合と存在しない場合とで、上記
界面準位がどのように変化するかを調べた結果である。
図8に示すように、ゲート絶縁膜30に上記第2低誘電
率膜35が存在する方が、存在しない場合よりも界面準
位が少ない。このことから、ゲート絶縁膜30を上記し
たような3層で形成することによって、2層で形成した
場合よりも、同じ印加電圧でドレイン電流を大きくする
ことができることが示された。即ち、Nchトランジス
タのゲート絶縁膜30を3層から形成することによっ
て、デバイスの高速化を実現することができる。
FIG. 8 shows the results of examining how the interface state changes depending on whether the second low dielectric constant film 35 is present in the gate insulating film 30 or not.
As shown in FIG. 8, the interface state when the second low dielectric constant film 35 is present in the gate insulating film 30 is smaller than when it is not present. From this, it was shown that by forming the gate insulating film 30 with three layers as described above, the drain current can be increased with the same applied voltage as compared with the case of forming it with two layers. That is, by forming the gate insulating film 30 of the Nch transistor from three layers, high speed operation of the device can be realized.

【0046】なお、上記したようにシリコン酸化膜(第
2低誘電率膜)35をシリコン基板(半導体基板)10
側に形成しているため、第1の実施の形態よりもゲート
電極40に流れるゲートリーク電流が大きい。しかし、
上記したようにゲート絶縁膜30と半導体基板10との
界面準位を減らすことができる上、ゲートリーク電流の
大きさは、従来と比べて十分小さい。
The silicon oxide film (second low dielectric constant film) 35 is formed on the silicon substrate (semiconductor substrate) 10 as described above.
Since it is formed on the side, the gate leakage current flowing through the gate electrode 40 is larger than that in the first embodiment. But,
As described above, the interface state between the gate insulating film 30 and the semiconductor substrate 10 can be reduced, and the magnitude of the gate leakage current is sufficiently smaller than that of the conventional one.

【0047】なお、ゲート絶縁膜30では、比誘電率の
高低が以上に示した順番となるように、各絶縁膜を形成
すれば、成膜条件、成膜装置、絶縁膜の材料等は、上記
以外でもよい。例えば、熱酸化膜(シリコン酸化膜)3
1a,36aの形成では、急速熱処理炉中で、ドライ酸
素雰囲気中、800℃、10秒間の熱処理を半導体基板
10に施すことによって、熱酸化膜31a,36aを形
成してもよい。また、タンタル酸化膜32,34の形成
では、TaClやTaFを用いたCVD法を用いて
もよく、Taをターゲットとしたスパッタリング法を用
いてもよい。
In the gate insulating film 30, if each insulating film is formed so that the relative permittivity is in the order shown above, the film forming conditions, the film forming apparatus, the material of the insulating film, etc. Other than the above may be used. For example, a thermal oxide film (silicon oxide film) 3
In the formation of 1a and 36a, the thermal oxide films 31a and 36a may be formed by subjecting the semiconductor substrate 10 to heat treatment at 800 ° C. for 10 seconds in a dry oxygen atmosphere in a rapid thermal processing furnace. Further, in forming the tantalum oxide films 32 and 34, a CVD method using TaCl 5 or TaF 5 may be used, or a sputtering method using Ta as a target may be used.

【0048】また、シリコン酸化膜31a,33aの形
成では、上記HTO法を用いてもよく、堆積型の酸化膜
成長法を用いてもよい。また、低誘電率絶縁膜としてシ
リコン酸化膜(ε=3.9)を用いた場合、高誘電率絶
縁膜に比誘電率が7.0以上の材質を使用することによ
って、以上と同様の効果を得ることができる。このよう
な高誘電率絶縁膜として、例えばシリコン窒化膜があ
る。なお、シリコン窒化膜は、SiH(又はSiH
ClやSiCl)ガスとNHガスを用いたCVD
法によって形成される。
Further, in forming the silicon oxide films 31a and 33a, the HTO method or the deposition type oxide film growth method may be used. When a silicon oxide film (ε = 3.9) is used as the low dielectric constant insulating film, the same effect as above can be obtained by using a material having a relative dielectric constant of 7.0 or higher for the high dielectric constant insulating film. Can be obtained. An example of such a high dielectric constant insulating film is a silicon nitride film. The silicon nitride film is formed of SiH 4 (or SiH 2
CVD using Cl 2 or SiCl 4 ) gas and NH 3 gas
Formed by the method.

【0049】また、半導体基板(シリコン基板)10側
に形成される薄い第2低誘電率膜35は、窒素を含有す
る酸窒化膜であってもよい。この場合も、上記したよう
に基板との良好な界面特性、即ち少ない界面準位を得る
ことができる。なお、第2の実施の形態では、Nchト
ランジスタで、第2低誘電率膜35の厚さ分だけ第1低
誘電率膜33、高誘電率膜34の厚さを調節して、ゲー
ト絶縁膜30の厚さが第1の実施の形態と実質的に同一
となるようにしてもよい。
The thin second low dielectric constant film 35 formed on the semiconductor substrate (silicon substrate) 10 side may be an oxynitride film containing nitrogen. Also in this case, as described above, good interface characteristics with the substrate, that is, low interface states can be obtained. In the second embodiment, in the Nch transistor, the thicknesses of the first low dielectric constant film 33 and the high dielectric constant film 34 are adjusted by the thickness of the second low dielectric constant film 35 to adjust the gate insulating film. The thickness of 30 may be substantially the same as that of the first embodiment.

【0050】なお、第1及び第2の実施の形態で、ゲー
ト電極40に流れるゲートリーク電流をさらに抑制する
場合、高誘電率膜32,34として比誘電率がタンタル
酸化膜よりも大きい絶縁膜を用いてもよい。例えば、T
iO、BST(Ba、Sr、Ti、及び、Oを基本元
素とする絶縁物)、PZT(Pb、Zr、Ti、及び、
Oを主元素する絶縁物)、又は、アルミ酸化物(Al
)等から形成される絶縁膜を用いてもよい。
In the first and second embodiments, in order to further suppress the gate leak current flowing through the gate electrode 40, the high dielectric constant films 32 and 34 are insulating films having a relative dielectric constant larger than that of the tantalum oxide film. May be used. For example, T
iO 2 , BST (Ba, Sr, Ti, and an insulator containing O as a basic element), PZT (Pb, Zr, Ti, and
Insulator containing O as a main element) or aluminum oxide (Al 2
An insulating film formed of O 3 ) or the like may be used.

【0051】以上のような絶縁膜を高誘電率膜として用
いることによって、トランジスタの電気的特性を低下さ
せることなく、ゲート絶縁膜30を厚くすることができ
る。また、ゲート絶縁膜30を厚く形成することによっ
て、電子の透過確率を、上記実施の形態よりもさらに小
さくすることができる。例えば、タンタル酸化膜(ε=
25〜45程度)の代わりにBST膜(ε=200前
後)を高誘電率膜32として用いた場合、バンド図は、
図9(a)に示すようになる。図9(b)は、第1の実
施の形態で示したNchトランジスタのバンド図(図4
(a))と同様であり、比較のために示している。図9
(a)に示すように、BST膜を厚く形成してゲート絶
縁膜30を厚くすることによって、電子の透過距離が長
くなる。即ち、電子の透過確率が小さくなり、ゲート電
極40に流れるゲートリーク電流をより小さくすること
ができる。
By using the above insulating film as the high dielectric constant film, the gate insulating film 30 can be made thick without deteriorating the electrical characteristics of the transistor. Further, by forming the gate insulating film 30 thick, the electron transmission probability can be made smaller than that in the above-described embodiment. For example, tantalum oxide film (ε =
When a BST film (ε = about 200) is used as the high dielectric constant film 32 instead of (about 25 to 45), the band diagram is
It becomes as shown in FIG. FIG. 9B is a band diagram of the Nch transistor shown in the first embodiment (see FIG.
It is similar to (a)) and is shown for comparison. Figure 9
As shown in (a), by making the BST film thick and making the gate insulating film 30 thick, the electron transmission distance becomes long. That is, the electron transmission probability is reduced, and the gate leak current flowing through the gate electrode 40 can be further reduced.

【0052】また、Pchトランジスタでも、上記した
ような高誘電率絶縁膜を用いることによってゲート絶縁
膜30を厚く形成することができ、リーク電流をより小
さくすることができる。また、ゲート絶縁膜30を構成
する絶縁膜の数は、上記以外でもよい。但し、上記した
ように、半導体基板10とゲート電極40との間にポテ
ンシャル障壁が形成され、電子の透過確率が十分小さく
なるように、絶縁膜の材質及び厚さが設定されなければ
ならない。
Also in the Pch transistor, the gate insulating film 30 can be formed thick by using the high dielectric constant insulating film as described above, and the leak current can be further reduced. The number of insulating films forming the gate insulating film 30 may be other than the above. However, as described above, the material and thickness of the insulating film must be set so that the potential barrier is formed between the semiconductor substrate 10 and the gate electrode 40 and the electron transmission probability is sufficiently reduced.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によって、Nチャネル型トランジスタのゲート絶縁膜
を、電子が透過する距離を従来よりも長くすることがで
きる。これによって、従来よりもゲート電極に流れるゲ
ートリーク電流を小さくすることができる。また、本発
明によって、トランジスタの導電型に応じて、ゲート絶
縁膜の構成を変えることができる。これにより、電子が
ゲート絶縁膜を透過する距離を、トランジスタの導電型
によらず実質的に等しくすることができる。即ち、Nチ
ャネル型トランジスタとPチャネル型トランジスタとを
同一の精度で制御することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the distance through which electrons pass through the gate insulating film of the N-channel transistor can be made longer than before. As a result, the gate leak current flowing through the gate electrode can be made smaller than in the conventional case. Further, according to the present invention, the structure of the gate insulating film can be changed depending on the conductivity type of the transistor. Accordingly, the distances that electrons pass through the gate insulating film can be substantially equalized regardless of the conductivity type of the transistor. That is, the N-channel transistor and the P-channel transistor can be controlled with the same accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施の形態にかかる半導体装置の構成を
示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】図1に示した半導体装置の各製造工程を示す断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing each manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG.

【図3】トランジスタの動作時に印加される電圧と、ゲ
ート絶縁膜を透過する電子の流れを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a voltage applied during operation of a transistor and a flow of electrons passing through a gate insulating film.

【図4】(a)は、Nチャネル型トランジスタを構成す
るゲート絶縁膜のバンド図である。(b)は、Pチャネ
ル型トランジスタを構成するゲート絶縁膜のバンド図で
ある。
FIG. 4A is a band diagram of a gate insulating film forming an N-channel transistor. (B) is a band diagram of the gate insulating film which comprises a P-channel type transistor.

【図5】本発明を適用したトランジスタのゲート電極に
流れる電流と、従来のトランジスタのゲート電極に流れ
る電流の違いを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a difference between a current flowing through a gate electrode of a transistor to which the present invention is applied and a current flowing through a gate electrode of a conventional transistor.

【図6】第2の実施の形態にかかる半導体装置の構成を
示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図7】図6に示した半導体装置の各製造工程を示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing each manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG.

【図8】シリコン基板の直上に形成される薄いシリコン
酸化膜の有無による、シリコン基板とゲート絶縁膜との
間に存在する界面準位の違いを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a difference in interface state existing between a silicon substrate and a gate insulating film depending on the presence or absence of a thin silicon oxide film formed directly on the silicon substrate.

【図9】Nチャネル型トランジスタのゲート絶縁膜によ
り高い比誘電率を有する絶縁膜を使用し、膜厚を厚くし
た場合の、電子の透過距離の違いを示すバンド図であ
る。
FIG. 9 is a band diagram showing a difference in electron transmission distance when an insulating film having a higher relative dielectric constant is used as a gate insulating film of an N-channel type transistor and the film thickness is increased.

【図10】従来の半導体装置の各製造工程を示す断面図
である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing each manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【図11】従来のトランジスタを構成するゲート絶縁膜
のバンド図である。
FIG. 11 is a band diagram of a gate insulating film forming a conventional transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 20 素子分離用絶縁膜 30 ゲート絶縁膜 31 低誘電率膜 31a 熱酸化膜 31b シリコン酸化膜 32 高誘電率膜 32a タンタル酸化膜 33 第1低誘電率膜 33a シリコン酸化膜 34 高誘電率膜 34a タンタル酸化膜 35 第2低誘電率膜 35a シリコン酸化膜 36 第3低誘電率膜 36a 熱酸化膜 40a 導電膜 40 ゲート電極 10 Semiconductor substrate 20 Insulation film for element isolation 30 Gate insulating film 31 Low dielectric constant film 31a Thermal oxide film 31b Silicon oxide film 32 High dielectric constant film 32a tantalum oxide film 33 First low dielectric constant film 33a Silicon oxide film 34 High dielectric constant film 34a tantalum oxide film 35 Second low dielectric constant film 35a Silicon oxide film 36 Third low dielectric constant film 36a thermal oxide film 40a conductive film 40 gate electrode

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 27/06 H01L 27/08 H01L 27/088 H01L 27/092 Front page continued (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 27/06 H01L 27/08 H01L 27/088 H01L 27/092

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、 前記半導体基板上の所定領域に形成された第1ゲート絶
縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲー
ト電極と、から構成されるNチャネル型トランジスタ
と、前記半導体基板上の所定領域に形成された第2ゲート絶
縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲー
ト電極と、から構成されるPチャネル型トランジスタ
と、 から構成され、 前記第1ゲート絶縁膜は、 前記半導体基板上の所定領域に形成され、所定の比誘電
率を有する第1誘電率膜と、 前記第1誘電率膜上に形成され、該第1誘電率膜よりも
低い比誘電率を有する第2誘電率膜と、から構成され 前記第2ゲート絶縁膜は、 前記半導体基板上の所定領域に形成され、所定の比誘電
率を有する第3誘電率膜と、 前記第3誘電率膜上に形成され、該第3誘電率膜よりも
高い比誘電率を有する第4誘電率膜と、から構成され
る、 ことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate, Formed in a predetermined region on the semiconductor substrateFirstNo gate
Limbus and theFirstFormed on the gate insulating filmFirstGame
N-channel transistor composed of
When,A second gate is formed in a predetermined area on the semiconductor substrate.
An edge film and a second gate formed on the second gate insulating film.
P-channel transistor composed of
When, Consists of The aboveFirstThe gate insulating film is Is formed in a predetermined region on the semiconductor substrate and has a predetermined dielectric constant
A first dielectric constant film having a refractive index, Formed on the first dielectric constant film, and
A second dielectric constant film having a low relative dielectric constant, and, The second gate insulating film is Is formed in a predetermined region on the semiconductor substrate and has a predetermined dielectric constant
A third dielectric constant film having a refractive index, Formed on the third dielectric constant film, and
And a fourth dielectric constant film having a high relative dielectric constant.
The A semiconductor device characterized by the above.
【請求項2】少なくとも、前記第1誘電率膜及び前記第
4誘電率膜の何れか一方は、7.0以上の比誘電率を有
する、ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
Wherein at least said one of the first dielectric constant film and the fourth dielectric constant film, the semiconductor device according to claim 1, characterized in that, with a 7.0 or more dielectric constant .
【請求項3】前記第1誘電率膜及び前記第4誘電率膜
は、同一の材質から形成され、 前記第2誘電率膜及び前記第3誘電率膜は、同一の材質
から形成されている、 ことを特徴とする請求項又はに記載の半導体装置。
3. The first dielectric constant film and the fourth dielectric constant film are made of the same material, and the second dielectric constant film and the third dielectric constant film are made of the same material. The semiconductor device according to claim 1 or 2 , wherein:
【請求項4】前記Nチャネル型トランジスタの第1ゲー
ト電極は、 前記半導体基板と前記第1誘電率膜との間に、該第1誘
電率膜よりも低い比誘電率を有する第5誘電率膜をさら
に備える、 ことを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の
半導体装置。
4. A fifth dielectric constant between the semiconductor substrate and the first dielectric constant film, wherein the first gate electrode of the N-channel type transistor has a relative dielectric constant lower than that of the first dielectric constant film. further comprising a film, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
【請求項5】前記第5誘電率膜の厚さは、1.5nm以
下である、ことを特徴とする請求項に記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 4 , wherein the fifth dielectric constant film has a thickness of 1.5 nm or less.
【請求項6】前記半導体基板は、シリコン基板であり、 前記第5誘電率膜は、シリコン酸化膜である、 ことを特徴とする請求項又はに記載の半導体装置。Wherein said semiconductor substrate is a silicon substrate, the fifth dielectric constant film is a silicon oxide film, a semiconductor device according to claim 4 or 5, characterized in that. 【請求項7】半導体基板と、 前記半導体基板上の所定領域に形成された第1ゲート絶
縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲー
ト電極と、から構成される第1導電型トランジスタと、 前記半導体基板上の所定領域に形成された第2ゲート絶
縁膜と、前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲー
ト電極と、から構成される第2導電型トランジスタと、 から構成され、前記第1導電型トランジスタは、Nチャネル型トランジ
スタであり、 前記第1ゲート絶縁膜は、前記半導体基板上に形成さ
れ、所定の比誘電率を有する第1誘電率膜と、前記第1
誘電率膜上に形成され、該第1誘電率膜よりも低い比誘
電率を有する第2誘電率膜と、から構成され、 前記第2導電型トランジスタは、Pチャネル型トランジ
スタであり、 前記第2ゲート絶縁膜は、前記半導体基板上に形成さ
れ、所定の比誘電率を有する第3誘電率膜と、前記第3
誘電率膜上に形成され、該第3誘電率膜よりも高い比誘
電率を有する第4誘電率膜と、から構成され、 前記第1ゲート絶縁膜及び前記第2ゲート絶縁膜は、ト
ランジスタの動作時に、電子がトンネル効果によって、
該第1ゲート絶縁膜を透過する距離と該第2ゲート絶縁
膜を透過する距離とが実質的に等しくなるようなポテン
シャル障壁を形成する、 ことを特徴とする半導体装置。
7. A first substrate including a semiconductor substrate, a first gate insulating film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate, and a first gate electrode formed on the first gate insulating film. A second conductivity type transistor including a conductivity type transistor, a second gate insulating film formed in a predetermined region on the semiconductor substrate, and a second gate electrode formed on the second gate insulating film. And the first conductivity type transistor is an N-channel type transistor.
A static, the first gate insulating film, is formed on the semiconductor substrate
And a first dielectric constant film having a predetermined relative dielectric constant and the first dielectric constant film.
Is formed on the dielectric constant film and has a lower dielectric constant than the first dielectric constant film.
A second dielectric constant film having a dielectric constant, and the second conductivity type transistor is a P-channel type transistor.
And a second gate insulating film formed on the semiconductor substrate.
And a third dielectric constant film having a predetermined dielectric constant, and the third dielectric constant film.
It is formed on the dielectric constant film and has a higher dielectric constant than the third dielectric constant film.
And a fourth dielectric constant film having a dielectric constant, wherein the first gate insulating film and the second gate insulating film are formed by electrons tunneling during operation of the transistor.
A semiconductor device, wherein a potential barrier is formed such that a distance passing through the first gate insulating film and a distance passing through the second gate insulating film are substantially equal to each other.
【請求項8】Pチャネル型トランジスタを形成する領域
(PchTr形成領域)の半導体基板上に、所定の比誘
電率を有する第1誘電率膜を形成する第1誘電率膜形成
工程と、 Nチャネル型トランジスタを形成する領域(NchTr
形成領域)の半導体基板上及び前記第1誘電率膜上に、
該第1誘電率膜よりも高い比誘電率を有する第2誘電率
膜を形成する第2誘電率膜形成工程と、 前記NchTr形成領域の前記第2誘電率膜上に、該第
2誘電率膜よりも低い比誘電率を有する第3誘電率膜を
形成する第3誘電率膜形成工程と、 前記NchTr形成領域の前記第3誘電率膜上及び前記
PchTr形成領域の前記第2誘電率膜上に、導電膜を
形成する導電膜形成工程と、 前記第1誘電率膜、前記第2誘電率膜、前記第3誘電率
膜、及び、前記導電膜をパターニングするパターニング
工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A first dielectric constant film forming step of forming a first dielectric constant film having a predetermined relative dielectric constant on a semiconductor substrate in a region for forming a P channel type transistor (PchTr forming region), and an N channel. Type transistor forming region (NchTr
Forming region) on the semiconductor substrate and on the first dielectric constant film,
A second dielectric constant film forming step of forming a second dielectric constant film having a relative dielectric constant higher than that of the first dielectric constant film, and the second dielectric constant film on the second dielectric constant film in the NchTr forming region. A third dielectric constant film forming step of forming a third dielectric constant film having a relative dielectric constant lower than that of the film, and the second dielectric constant film on the third dielectric constant film in the NchTr forming region and in the PchTr forming region. A conductive film forming step of forming a conductive film thereon; and a patterning step of patterning the first dielectric constant film, the second dielectric constant film, the third dielectric constant film, and the conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項9】前記第2誘電率膜形成工程は、7.0以上
の比誘電率を有する絶縁膜を前記第2誘電率膜として形
成する工程を備える、ことを特徴とする請求項に記載
の半導体装置の製造方法。
Wherein said second dielectric film forming step includes a step of forming an insulating film having a dielectric constant of 7.0 or more as the second dielectric constant film, it to claim 8, wherein A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項10】前記第3誘電率膜形成工程は、前記第1
誘電率膜と実的に同一の比誘電率を有する前記第3誘
電率膜を形成する工程を備える、ことを特徴とする請求
又はに記載の半導体装置の製造方法。
10. The third dielectric constant film forming step comprises:
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 or 9 comprising the step of forming the third dielectric constant film having a dielectric constant film and the actual quality to the same relative dielectric constant, characterized in that.
【請求項11】前記第2誘電率膜形成工程は、 前記NchTr形成領域の前記半導体基板上に、前記第
2誘電率膜よりも低い比誘電率を有する第4誘電率膜を
形成する第4誘電率膜形成工程を備え、 前記第4誘電率膜形成工程の後、前記第2誘電率膜を形
成する工程を備える、 ことを特徴とする請求項乃至10の何れか1項に記載
の半導体装置の製造方法。
11. The fourth dielectric constant film forming step comprises: forming a fourth dielectric constant film having a relative dielectric constant lower than that of the second dielectric constant film on the semiconductor substrate in the NchTr forming region; comprising a dielectric film forming step, after the fourth dielectric film forming step comprises a step of forming the second dielectric constant film, according to any one of claims 8 to 10, characterized in that Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項12】前記第4誘電率膜形成工程は、厚さが
1.5nm以下の前記第4誘電率膜を形成する工程を備
える、ことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置
の製造方法。
12. The semiconductor device according to claim 11 , wherein the fourth dielectric constant film forming step includes a step of forming the fourth dielectric constant film having a thickness of 1.5 nm or less. Production method.
【請求項13】前記第4誘電率膜形成工程は、シリコン
の前記半導体基板上に、シリコン酸化膜を前記第4誘電
率膜として形成する工程を備える、ことを特徴とする請
求項11又は12に記載の半導体装置の製造方法。
Wherein said fourth dielectric film forming step, the semiconductor substrate of silicon, according to claim 11 or 12 comprising forming a silicon oxide film as the fourth dielectric layer, characterized in that A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
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