JP5427148B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について図1を参照しながら説明する。
半導体基板100のP型FET領域10に形成されるP型FETは、第1の活性領域103aの上に第1のゲート絶縁膜106aを介在させて形成された第1の金属電極107aと、第1の金属電極107aの上に形成された第1の界面層110aと、該第1の界面層110aの上に形成されたP型の第1のシリコン電極111aと、第1のゲート絶縁膜106aから第1のシリコン電極111aまでの両側面上に形成された第1のサイドウォールスペーサ112aと、第1の活性領域103aの上部における第1のシリコン電極111aの両側方の領域に形成されたP型の第1のエクステンション領域113aと、第1の活性領域103aの上部における第1のエクステンション領域113aの外側の領域に形成されたP型の第1のソース/ドレイン領域114aとを有している。ここで、第1のソース/ドレイン領域114aは、第1のエクステンション領域113aよりも高濃度のP型の不純物を含んでいる。また、P型FETにおいて、第1の金属電極107a、第1の界面層110a及び第1のシリコン電極111aを併せて第1のゲート電極115aと呼ぶ。
一方、半導体基板100のN型FET領域20に形成されるN型FETは、第2の活性領域103bの上に第2のゲート絶縁膜106bを介在させて形成された第2の金属電極107bと、第2の金属電極107bの上に形成された第2の界面層110bと、第2の界面層110bの上に形成されたN型の第2のシリコン電極111bと、第2のゲート絶縁膜106bから第2のシリコン電極111bまでの両側面上に形成された第2のサイドウォールスペーサ112bと、第2の活性領域103bの上部における第2のシリコン電極111bの両側方の領域に形成されたN型の第2のエクステンション領域113bと、第2の活性領域103bの上部における第2のエクステンション領域113bの外側の領域に形成されたN型の第2のソース/ドレイン領域114bとを有している。ここで、第2のソース/ドレイン領域114bは、第2のエクステンション領域113bよりも高濃度のN型の不純物を含んでいる。また、N型FETにおいて、第2の金属電極107b、第2の界面層110b及び第2のシリコン電極111bを併せて第2のゲート電極115bと呼ぶ。
以下、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図3〜図6を参照しながら説明する。
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について図7を参照しながら説明する。
以下、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部について図8及び図9を参照しながら説明する。
る。
20 N型FET領域
100 半導体基板
101a Nウェル領域
101b Pウェル領域
102 素子分離領域
103a 第1の活性領域
103b 第2の活性領域
104a 第1の下地絶縁膜
104b 第2の下地絶縁膜
104 シリコン酸化膜
105a 第1の高誘電率絶縁膜
105b 第2の高誘電率絶縁膜
105 ハフニウム酸化膜
106a 第1のゲート絶縁膜
106b 第2のゲート絶縁膜
107a 第1の金属電極
107b 第2の金属電極
107 タンタル窒化膜
108a 第1の下層膜
108A アルミニウム酸化膜
108b 第2の下層膜
108B ランタン酸化膜
109a 第1の上層膜
109A シリコン酸化膜
109b 第2の上層膜
109B シリコン酸化膜
110a 第1の界面層
110b 第2の界面層
111a 第1のシリコン電極
111b 第2のシリコン電極
111A P型ポリシリコン膜
111B N型ポリシリコン膜
112a 第1のサイドウォールスペーサ
112b 第2のサイドウォールスペーサ
113a 第1のエクステンション領域
113A 第1のエクステンション注入領域
113b 第2のエクステンション領域
113B 第2のエクステンション注入領域
114a 第1のソース/ドレイン領域
114b 第2のソース/ドレイン領域
115a 第1のゲート電極
115b 第2のゲート電極
118a 第1の下層膜
118A シリコン酸化膜
118b 第2の下層膜
118B シリコン酸化膜
119a 第1の上層膜
119A ランタン酸化膜
119b 第2の上層膜
119B アルミニウム酸化膜
120a 第1の界面層
120b 第2の界面層
201 第1のレジストパターン
202 第2のレジストパターン
Claims (17)
- 半導体基板における第1の活性領域に形成された第1導電型の第1の電界効果型トランジスタを備え、
前記第1の電界効果型トランジスタは、
前記第1の活性領域の上に形成された第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のゲート電極とを有し、
前記第1のゲート電極は、前記第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1の金属電極と、該第1の金属電極の上に形成された第1の界面層と、該第1の界面層の上に形成された第1のシリコン電極とを有し、
前記第1の界面層は、前記第1の金属電極の上に形成された第1の下層膜と、該第1の下層膜の上に形成された第1の上層膜とを有し、
前記第1の下層膜と前記第1の上層膜とは、互いに異なる絶縁材料からなることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の下層膜及び前記第1の上層膜のうち、一方は第1のシリコン酸化膜であり、他方は第1の金属酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の電界効果型トランジスタは、N型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、前記第1の金属酸化膜であり、
前記第1の上層膜は、前記第1のシリコン酸化膜であり、
前記第1の金属酸化膜は、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、又は酸化ストロンチウムからなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、N型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、前記第1のシリコン酸化膜であり、
前記第1の上層膜は、前記第1の金属酸化膜であり、
前記第1の金属酸化膜は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、又は酸化スカンジウムからなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、N型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、前記第1の上層膜に対して酸素原子の面密度が小さいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、P型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、前記第1の金属酸化膜であり、
前記第1の上層膜は、前記第1のシリコン酸化膜であり、
前記第1の金属酸化膜は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、又は酸化スカンジウムからなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、P型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、前記第1のシリコン酸化膜であり、
前記第1の上層膜は、前記第1の金属酸化膜であり、
前記第1の金属酸化膜は、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、又は酸化ストロンチウムからなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、P型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、前記第1の上層膜に対して酸素原子の面密度が大きいことを特徴とする請求項1、2、6及び7のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1のシリコン酸化膜は、0.3nm以上且つ1.0nm以下の膜厚を有し、
前記第1の金属酸化膜の膜厚は、0.3nm以上且つ2.0nm以下の膜厚を有していることを特徴とする請求項2〜4、6及び7のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板における第2の活性領域に形成された第2導電型の第2の電界効果型トランジスタをさらに備え、
前記第2の電界効果型トランジスタは、
前記第2の活性領域の上に形成された第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のゲート電極とを有し、
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2の金属電極と、該第2の金属電極の上に形成された第2の界面層と、該第2の界面層の上に形成された第2のシリコン電極とを有し、
前記第1の界面層と前記第2の界面層とは、互いに異なる絶縁材料を有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2の界面層は、前記第2の金属電極の上に形成された第2の下層膜と、前記第2の下層膜の上に形成された第2の上層膜とを有し、
前記第2の下層膜と前記第2の上層膜とは、互いに異なる絶縁材料からなることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、N型トランジスタであり、
前記第2の電界効果型トランジスタは、P型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、第1の金属酸化膜であり、
前記第1の上層膜は、第1のシリコン酸化膜であり、
前記第2の下層膜は、第2の金属酸化膜であり、
前記第2の上層膜は、第2のシリコン酸化膜であり、
前記第1の金属酸化膜と前記第2の金属酸化膜とは、互いに異なる絶縁材料からなることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 - 前記第1の金属酸化膜は、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、又は酸化ストロンチウムからなり、
前記第2の金属酸化膜は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、又は酸化スカンジウムからなることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 - 前記第1の電界効果型トランジスタは、N型トランジスタであり、
前記第2の電界効果型トランジスタは、P型トランジスタであり、
前記第1の下層膜は、第1のシリコン酸化膜であり、
前記第1の上層膜は、第1の金属酸化膜であり、
前記第2の下層膜は、第2のシリコン酸化膜であり、
前記第2の上層膜は、第2の金属酸化膜であり、
前記第1の金属酸化膜と前記第2の金属酸化膜とは、互いに異なる絶縁材料からなることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 - 前記第1の金属酸化膜は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、又は酸化スカンジウムからなり、
前記第2の金属酸化膜は、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、又は酸化ストロンチウムからなることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。 - 前記第1の界面層は、前記第1の金属電極と前記第1のシリコン電極との間に形成されるショットキーバリアの高さを低減する双極子を有していることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1の金属電極は、前記第1のシリコン電極と直接に接触させた場合に、その接触した界面にショットキーバリアが発生する金属材料により構成されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の半導体装置。
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