JP5232035B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
第1の実施形態は、半導体装置としてMISFETに係る構成例である。図1は、第1の実施形態に係る半導体装置(MISFET)の構成を示す断面図である。
第1の実施形態ではEOT=2.0nmのゲート絶縁膜を形成したが、EOTの更なる薄膜化が望ましい。そのためには、ランタンアルミシリコン酸化膜を薄膜化する必要がある。第2の実施形態では、極薄膜のランタンアルミシリコン酸化膜を形成するための実施例を示す。ここで、ゲート絶縁膜13の形成方法を除いたMISFETの形成方法は、第1の実施形態において図1を用いて説明したものと同様である。以下では、本実施形態の主要部分であるゲート絶縁膜13の構成を、これの製造方法を説明しながら詳細に説明する。
第1の実施形態では、最初にシリコン酸化膜を形成することで、Si基板の上面が酸素で終端されるため界面欠陥は抑えられる。しかしながら、ランタンアルミ酸化膜とシリコン酸化膜とを混合する手法であることから、シリコン酸化膜も薄膜化が必要なため、EOT低減が難しい。一方、第2の実施形態では、原料をSi基板上に直接成膜するため、Si基板とランタンアルミシリコン酸化膜との界面に欠陥が形成される可能性がある。そこで、第3の実施形態では、ランタンアルミシリコン膜の更なる薄膜化と、界面欠陥の抑制を両立させる手法を示す。ここで、ゲート絶縁膜13の形成方法を除いたMISFETの形成方法は、第1の実施形態において図1を用いて説明したものと同様である。以下では、本実施形態の主要部分であるゲート絶縁膜13の構成を、これの製造方法を説明しながら詳細に説明する。
第4の実施形態では、第3の実施形態の製造方法によって形成されたランタンアルミシリコン膜23の上に、high−k膜を堆積した実施例を示す。ここで、ゲート絶縁膜13の形成方法を除いたMISFETの形成方法は、第1の実施形態において図1を用いて説明したものと同様である。以下では、本実施形態の主要部分であるゲート絶縁膜13の構成を、これの製造方法を説明しながら詳細に説明する。
第1乃至第4の実施形態では、MISFETの構成例を示したが、第5の実施形態では、MIS(metal insulator semiconductor)キャパシタの構成例について示す。
第6の実施形態は、MISキャパシタの構成例であり、第5の実施形態と異なる製造方法によってMISキャパシタを形成するようにしている。
第7の実施形態は、MISキャパシタの構成例であり、第5及び第6の実施形態と異なる製造方法によってMISキャパシタを形成するようにしている。
(1)白金(Pt)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、レニウム(Re)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)のうちから選択される1種類以上の元素を含む材料
(2)白金(Pt)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)のうちから選択される1種類以上の元素を含む材料の珪化物
(3)タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)のうちから選択される1種類以上の元素を含む材料の炭化物
(4)タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)のうちから選択される1種類以上の元素を含む材料の窒化物
(5)チタン(Ti)を含む材料の珪窒化物
(6)イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)のうちから選択される1種類以上の元素を含む材料の酸化物
(7)(1)〜(6)の材料の化合物若しくは混合物
また、以上ではランタンアルミ酸化膜、ハフニウム酸化物、或いはハフニウムアルミ酸化膜等の成膜手法にMBE法、スパッタリング法、PLD法などを用いたが、電子線蒸着法、ALD(atomic layer deposition)法、CVD(chemical vapor deposition)法、或いはMOCVD(metal organic CVD)法などを用いても形成することが可能である。
Claims (14)
- 半導体基板上に設けられ、かつランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物を含む第1の誘電体膜と、
前記第1の誘電体膜上に設けられ、かつハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、及び希土類金属のうち少なくとも1つを含む酸化物若しくは酸窒化物を含む第2の誘電体膜と、
前記第2の誘電体膜上に設けられ、かつランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物を含む第3の誘電体膜と、
前記第3の誘電体膜上に設けられた電極と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上に設けられ、かつランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物を含む第1の誘電体膜と、
前記第1の誘電体膜上に設けられ、かつハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、及び希土類金属のうち少なくとも1つを含む酸化物若しくは酸窒化物を含む第2の誘電体膜と、
前記第2の誘電体膜上に設けられた電極と、
を具備し、
前記第2の誘電体膜は、単結晶又は多結晶であることを特徴とする半導体装置。 - 前記電極は、p型若しくはn型ドーパントがドープされた多結晶シリコン、又は遷移金属シリサイドを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第2の誘電体膜は、シリコン(Si)及びアルミニウム(Al)のうち少なくとも1つをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物は、非晶質であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物に含まれるランタン(La)、アルミニウム(Al)及びシリコン(Si)の組成比は、1≦(La+Al)/Si≦4を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物に含まれるランタン(La)、アルミニウム(Al)及びシリコン(Si)の組成比は、La/(Al+Si)≦1であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物に含まれるランタン(La)及びアルミニウム(Al)の組成比は、0.5≦La/Al≦2を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物に含まれるランタン(La)及びアルミニウム(Al)の組成比は、1≦La/Al≦2を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体基板上に、シリコン酸化物若しくは酸窒化物を含む第1の誘電体膜を形成する工程と、
前記第1の誘電体膜上に、ランタンアルミ酸化物若しくは酸窒化物を含む第2の誘電体膜を形成する工程と、
加熱処理を施すことにより、前記第1の誘電体膜と前記第2の誘電体膜とを混合して、ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物を含む第3の誘電体膜を形成する工程と、
前記第3の誘電体膜上に、電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 酸若しくはアルカリ溶液を用いて、前記第3の誘電体膜を薄膜化する工程をさらに具備す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。
- 前記第3の誘電体膜と前記電極との間に、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、及び希土類金属のうち少なくとも1つを含む酸化物若しくは酸窒化物を含む第4の誘電体膜を形成する工程をさらに具備することを特徴とする請求項10又は11に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に、ランタンアルミ酸化物若しくは酸窒化物を含む第1の誘電体膜を形成する工程と、
酸素雰囲気中での第1の加熱処理を施すことにより、前記半導体基板と前記第1の誘電体膜との界面に酸化反応層を形成する工程と、
第2の加熱処理を施すことにより、前記第1の誘電体膜と前記酸化反応層とを混合して、ランタンアルミシリコン酸化物若しくは酸窒化物を含む第2の誘電体膜を形成する工程と、
前記第2の誘電体膜上に、電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の誘電体膜と前記電極との間に、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、及び希土類金属のうち少なくとも1つを含む酸化物若しくは酸窒化物を含む第3の誘電体膜を形成する工程をさらに具備す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。
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