JP4489104B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
やシリケート膜の形成を防止する技術として、MOSFETのチャネル部をゲルマニウム膜で作成し、ゲルマニウムの酸化されにくい性質を利用する方法も知られている。(例えば、非特許文献3参照)
Hyung-Seok Jung, et al., "Improved Current Performance of CMOSFETs with Nitrogen Incorporated HfO2-Al2O3 Laminated Gate Dielectric" IEEE International Electron Devices Meeting, pp853-856 (2002) Y. Morisaki, et al., "Ultra-thin(Teffinv=1.7nm)Poly-Si-gated SiN/HfO2/SiON High-k Stack Dielectrics with High Thermal Stability(1050oC)" IEEE International Electron Devices Meeting, pp861-864(2002) W.P.Bai, et al., "Ge MOS Chracteristics with CVD HfO2 Gate Dielectrics and TaN Gate Electrode" Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers pp121-122(2003)
電型の不純物拡散領域を有し、さらに、半導体基板表面に形成された第1の絶縁膜を挟ん
で第1の電極及び第1の電極上に形成された第2の絶縁膜を挟んで第2の電極よりなるゲー
ト部を有する半導体装置の製造方法において、
前記第1の電極上に形成された酸化アルミニウム膜と、前記酸化アルミニウム膜上に形成
された希土類金属の酸化物及び4A族金属の酸化物から選ばれる第3の絶縁膜との二層構
造からなる第2の絶縁膜を形成する工程と、
その後、酸化性ガスを用いて第1の熱処理をする工程とを具備することを特徴とする。
電型の不純物拡散領域を有し、さらに、半導体基板表面に形成された第1の絶縁膜を挟ん
で第1の電極及び第1の電極上に形成された第2の絶縁膜を挟んで第2の電極よりなるゲー
ト部を有する半導体装置の製造方法において、
前記第1の電極上に界面酸化防止膜を形成する工程と、
前記界面酸化防止膜上に酸化アルミニウム膜と、前記酸化アルミニウム膜上に形成された
希土類金属の酸化物及び4A族金属の酸化物から選ばれる第3の絶縁膜との二層構造から
なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
その後、酸化性ガスを用いて第1の熱処理をする工程とを具備することを特徴とする。
まず、シリコン基板の面方位と酸化レートとの関係について、図1及び図2に従い説明する。図1は、半導体装置の良質な絶縁膜の断面構造を示す。同図(a)に示すようにシリコン基板1上にイオン結合性の絶縁膜として酸化ハフニウム5bを形成し、次に同図(b)に示すように酸素雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板1と酸化ハフニウム5bの界面に酸化膜5cを形成する。一般に、面方位の異なるシリコン基板を酸化すると、(100)面上に比べて(110)面上の方がシリコン原子の面密度が高いために酸化レートは速くなる。
入された酸素は、原子上で格子位置を置換しながら拡散し、酸化アルミニウム5aとシリコン基板1界面に到達する。
るものではなく、イオン結合性の絶縁膜、例えば、4A族の金属酸化物ZrO2、もしくは、
希土類の金属酸化物CeO2、La2O3、Pr2O3、Sm2O3、Nd2O3などでも同様の効果が得られる。
第2の実施形態を示す断面構造を図5に示す。第2の実施形態は、第1の実施形態を半導体装置、特に電界効果型半導体装置に応用した参考例である。
工程により、トンネル酸化膜の膜質が劣化し、信頼性が悪化することが観測されるが、本実施例では650℃の低温で後酸化を行っているため、膜質劣化を起こすことなく、結果として酸化膜の高信頼化も可能である。
ではなく、イオン結合性の絶縁膜、例えば、4A族の金属酸化物ZrO2、もしくは、希土類
の金属酸化物CeO2、La2O3、Pr2O3、Sm2O3、Nd2O3などでも同様の効果が得られる。
るが、これに限定されるものではなく、イオン結合性の絶縁膜、例えば、4A族の金属酸
化物ZrO2、もしくは、希土類の金属酸化物CeO2、La2O3、Pr2O3、Sm2O3、Nd2O3などでも同
様の効果が得られる。
本発明の第3の実施形態を示す断面構造を図7に示す。第3の実施形態は、本発明の第1の実施形態を半導体メモリ装置、特に不揮発性半導体メモリ装置のインターポリ絶縁膜に応用した実施例である。
本発明の第4の実施形態に係る半導体メモリ装置の構造断面図を図9に示す。
ク電流を実現できる。また、イオン結合性の絶縁膜と制御ゲート電極界面で発生するシリサイド化反応も抑制でき、信頼性の高い絶縁膜を実現することができる。
本発明の第5の実施形態にかかる断面構造を図11に示す。第5の実施形態は、半導体メモリ装置の浮遊ゲート電極と酸化アルミニウム膜との間に酸化防止薄膜(例えばゲルマニウムが形成されている場合の実施形態である。この場合、浮遊ゲート電極端部の局所的な酸化が抑制される。
本発明の第6の実施形態にかかる断面構造を図13に示す。第6の実施形態は、半導体メモリ装置、特に不揮発性半導体メモリ装置のインターポリ絶縁膜上に、制御ゲート電極となる金属膜もしくは4A族元素の窒化膜が形成されている場合である。
る。本実施例においては、p型シリコン基板1上に、素子分離のためのシリコン熱酸化膜2が形成されている。シリコン基板表面には、リンのイオン注入によってn型のソースおよびドレイン拡散層7が形成されている。シリコン基板表面には、トンネル酸化膜としてシリコン、酸素、窒素を主成分とするトンネル酸化膜(オキシナイトライド膜)3が形成されている。トンネル酸化膜3上には、浮遊ゲート電極となる多結晶シリコン膜4aが形成されている。
ッタ法を用いて厚さ200nmの窒化ハフニウム膜4dを堆積する。
本発明の第7の実施形態に係る断面構造を図15に示す。第7の実施形態は、本発明の半導体装置、特に不揮発性半導体メモリ装置の制御ゲート電極にモリブデンを用いた場合を示す。
反応性イオンエッチング法によりエッチングして、ゲート部を形成する。さらに、同図(d)に示すように、加工ダメージの回復等を目的として酸化雰囲気中で熱処理を行い、約3nmの後酸化膜6を形成する。
本発明の第8の実施形態を示す断面構造を図16に示す。第8の実施形態は、本発明の第1の実施形態を半導体メモリ装置、特に不揮発性半導体メモリ装置に応用した実施形態である。
るが、これに限定されるものではなく、イオン結合性の絶縁膜、例えば、4A族の金属酸
化物ZrO2、もしくは、希土類の金属酸化物CeO2、La2O3、Pr2O3、Sm2O3、Nd2O3などでも同
様の効果が得られる。
第9の実施形態を示す断面構造を図18に示す。第9の実施形態は、第1の実施形態を半導体メモリ装置、特に不揮発性半導体メモリ装置に応用した参考例である。
2 素子分離絶縁膜
3 ゲート絶縁膜
4a、4b 多結晶シリコン膜
4c ゲルマニウム薄膜
4d 4A族元素の窒化膜もしくはモリブデン膜
5a 酸化アルミニウム膜
5b、6a 酸化ハフニウム膜
5c 絶縁膜
6 シリコン酸化膜
7 ソース/ドレイン拡散層
8 CVD酸化膜
9 アルミニウム配線
Claims (7)
- 第1導電型の半導体基板表面に、一対の第2導電型の不純物拡散領域を有し、さらに、半
導体基板表面に形成された第1の絶縁膜を挟んで第1の電極及び第1の電極上に形成された
第2の絶縁膜を挟んで第2の電極よりなるゲート部を有する半導体装置の製造方法におい
て、
前記第1の電極上に形成された酸化アルミニウム膜と、前記酸化アルミニウム膜上に形成
された希土類金属の酸化物及び4A族金属の酸化物から選ばれる第3の絶縁膜との二層構
造からなる第2の絶縁膜を形成する工程と、
その後、酸化性ガスを用いて第1の熱処理をする工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 第1導電型の半導体基板表面に、一対の第2導電型の不純物拡散領域を有し、さらに、半
導体基板表面に形成された第1の絶縁膜を挟んで第1の電極及び第1の電極上に形成された
第2の絶縁膜を挟んで第2の電極よりなるゲート部を有する半導体装置の製造方法におい
て、
前記第1の電極上に界面酸化防止膜を形成する工程と、
前記界面酸化防止膜上に酸化アルミニウム膜と、前記酸化アルミニウム膜上に形成された
希土類金属の酸化物及び4A族金属の酸化物から選ばれる第3の絶縁膜との二層構造から
なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
その後、酸化性ガスを用いて第1の熱処理をする工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 前記界面酸化防止膜は、ゲルマニウムであることを特徴とする請求項2記載の半導体装置
の製造方法。 - 前記酸化性ガスを用いて第1の熱処理をする工程の後、前記第3の絶縁膜を除去する工程
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の半導体装置の製
造方法。 - 前記第2の絶縁膜上に前記第2の電極として金属膜もしくは4A族元素の窒化物を形成す
る工程とを具備することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の半導体装置の
製造方法。 - 前記第3の絶縁膜は希土類金属の酸化物であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか
一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3の絶縁膜は4A族金属の酸化物であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか
一項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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