JPH10321840A - Mos素子のポリシリコンゲート電極及びその製造方法 - Google Patents

Mos素子のポリシリコンゲート電極及びその製造方法

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JPH10321840A
JPH10321840A JP10060975A JP6097598A JPH10321840A JP H10321840 A JPH10321840 A JP H10321840A JP 10060975 A JP10060975 A JP 10060975A JP 6097598 A JP6097598 A JP 6097598A JP H10321840 A JPH10321840 A JP H10321840A
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JP
Japan
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silicon
gate electrode
polysilicon gate
barrier layer
nitrogen
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JP10060975A
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English (en)
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Sheldon Aronowitz
シェルドン・アロノウィッツ
Sakuhaabu Valery
ヴァレリー・サクハーヴ
Owyoung John
ジョン・オウヤング
Heywood John
ジョン・ヘイウッド
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LSI Corp
Original Assignee
LSI Logic Corp
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Publication date
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 MOSFET素子でゲート酸化物層及び半導
体基板がドーパントにより浸透されず、均一にドープさ
れたポリSiゲート電極とその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板2上の酸化物層10a上に非
晶質または多結晶Siの極薄い層20aを形成し、この
Si薄層を窒素プラズマに露出する。窒素プラズマの出
力はSi薄層のSi―Si結合を破壊するには十分であ
るが、Siをスパッタさせるには不十分であるために、
SiNからなる障壁層30aをSi薄層の表面に形成す
る。次に所望の厚さのSiからなるポリSiゲート電極
40aを障壁層30a上に設ける。ゲート電極に不純物
を注入後炉内アニーリングして、ドーパントをポリSi
ゲート電極中に拡散させて活性化させる。その際、ドー
パントが障壁層30aを通過して下方のゲート酸化物層
10aや半導体基板2中に浸透することは起らない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上の集
積回路構造におけるMOS素子の構造に関する。より詳
細に言えば、本発明は、シリコン及び窒素から成る障壁
層が、ポリシリコンゲート電極とその下のゲート酸化物
との間に形成されていて、ドーパントがポリシリコンを
通って上記ゲート酸化物及びその下の半導体基板に拡散
するのを抑制するように構成された、MOS素子のポリ
シリコンゲート電極の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上のMOS素子を備える集積
回路構造の構成においては、素子の形状寸法が減少する
と、MOS素子のゲート酸化物部分の上のポリシリコン
ゲート電極の厚さが減少していた。ポリシリコンゲート
電極の厚さの減少、すなわち、約250ナノメートル
(nm)又はそれ以下までの厚さの減少、並びに、サブ
ミクロンオーダーの深い素子(熱にあまり暴露されな
い)に関連する熱蓄積(thermal budge
t)の減少により、ポリシリコンゲート電極を通してド
ーパントを均一に拡散させる際に問題が生じていた。
【0003】ドーパントをポリシリコンゲート電極を通
して均一に拡散させることができなければ、ポリシリコ
ンゲート電極の低ドーズ量領域に関連する空乏効果が生
じて、ゲート誘電体の有効長さが増大し、これにより、
ターンオン電圧のしきい値(Vt)が変動する。換言す
れば、ドーパントをポリシリコンゲート電極全体にわた
って均一に拡散させることができなければ、ポリシリコ
ンゲート電極の未ドープの又はドープ不足の領域が、絶
縁体として作用してゲート酸化物の誘電体の厚さを効果
的に増大させ、従って、Vtの望ましくない変動が生ず
る。
【0004】熱蓄積を増大させると、ドーパントがポリ
シリコンゲート電極を通ってより均一に拡散するが、よ
り多くのドーパントが、ゲート酸化物の中に拡散し、更
に、ゲート酸化物を通ってその下の基板に拡散すること
にもなる。
【0005】従って、アニーリング工程の間に過剰の熱
を使用すると、ポリシリコンゲート電極全体にわたって
ドーパントをより均一に拡散させることができるが、ゲ
ート酸化物への及び該ゲート酸化物を通るドーパントの
浸透が生じる一方、アニーリング工程において熱が不足
すると、ポリシリコンゲート電極全体にわたるドーパン
トの不均一な拡散が生じ、これにより、ポリシリコンゲ
ート電極の未ドープ部分が、ポリシリコンゲート電極の
絶縁部分として作用することになる。
【0006】急速熱処理(RTA)技術を用いることに
より、すなわち、高温の熱処理を短時間の間に実行して
アニーリング温度に長時間暴露させることなく高温のア
ニーリング処理を行うことにより、上記問題を解決する
ことが提案されている。
【0007】しかしながら、通常のRTAは、ポリシリ
コンゲート電極全体にわたるドーパントの均一な分布及
び活性化を行わせるようには基板を十分に加熱せず、こ
れにより、ドーパントは、ポリシリコンの隣接する結晶
の間の結晶粒界に沿って迅速に移動し、ポリシリコンゲ
ート電極の残りの部分が十分にアニーリング処理されて
ドーパントの所望の均一な分布及び活性化が行われる前
に、上記結晶粒界のドーパントがその下のゲート酸化物
に浸透することが判明した。
【0008】また、ポリシリコンゲート電極をNH3
窒化してポリシリコン電極の中に窒化ケイ素の障壁層又
はバリヤ領域を形成し、これにより、ドーパントがゲー
ト酸化物に到達するのを阻止することが提案されてい
る。しかしながら、上記バリヤ領域の下方のゲート電極
のポリシリコン部分を十分に厚くし、これにより、上記
ゲート酸化物及びその下のシリコン基板の表面が、NH
3がシリコンと反応して所望の窒化ケイ素を形成する際
に当該NH3から遊離する水素原子又は水素分子に対し
て極力暴露されないようにする必要がある。上述の遊離
した水素は、ゲート酸化物又はその下の基板のいずれか
に望ましくない界面又はトラップを形成する。ゲート酸
化物及び半導体基板を上記遊離した水素から保護するた
めに、許容値を超えるポリシリコンゲート電極の大きな
部分を窒化ケイ素の障壁層とゲート酸化物との間(すな
わち、障壁層の下)に置かなければならない。障壁層の
下のこのポリシリコンは、ドーパントによってドープさ
れない(ドーパントは、障壁層に浸透しないので)。そ
のような未ドープのポリシリコンは、絶縁体として作用
するので、この場合にも、上述の空乏効果により、その
結果生じたMOS素子のVtに望ましくない変動が生ず
ることになる。
【0009】ゲート酸化物を構成する酸化シリコンをN
O、NO2又はNH3と反応させることによって、ポリシ
リコンゲート電極の下にオキシナイトライド・シリコン
(silicon oxynitride)のバリヤを
形成することも提案されている。しかしながら、この場
合にも、NH3を用いると、許容値を超える水素が放出
され、一方、NO及びNO2を用いると、オキシナイト
ライド・シリコンが十分に形成されない。更に、オキシ
ナイトライド・シリコンの形成が不完全であり、また、
7ナノメートル(nm)のゲート酸化物を構成するSi
2層の数が少ないという複合効果により、ドーパント
に対する透過性が依然として極めて高いオキシナイトラ
イド・シリコンの障壁層が生じ、これにより、ドーパン
トは、オキシナイトライド・シリコン障壁層を通ってそ
の下の半導体基板へ移動することになる。
【0010】例えば、ポリシリコンから酸化物へのホウ
素の浸透を阻止するために、ポリシリコン/酸化物の界
面に窒化層を設けることが望ましい。一方、酸化物を窒
化させてドーパントの浸透に対する障壁層を形成する
と、不均一な障壁層が形成され、一般的には、再現性が
ない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って、薄いポリシリ
コンゲート電極を、その下のゲート酸化物及び半導体基
板がドーパントによって浸透されないように、均一にド
ープできるようにすることが望ましい。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ポリシ
リコン/ゲート誘電体の界面にドーパントバリヤを形成
することにより、薄いポリシリコンゲート電極の下のゲ
ート酸化物及び半導体基板がドーパントによって浸透さ
れないようにして、上記薄いポリシリコンゲート電極を
ドープする。非晶質シリコン又は多結晶シリコンの極め
て薄い(例えば、約2nmから約10nmまで)層をゲ
ート酸化物層の上に最初に形成することによって、半導
体基板上の集積回路構造の一部を構成するMOS素子の
ポリシリコンゲート電極を均一にドープする。次に、こ
の構造体をあるパワーレベルにおいてN2から生成され
る窒素プラズマに暴露する。上記パワーレベルは、上記
シリコン薄層中のシリコン/シリコン間結合を破壊する
には十分であるが、シリコンのスパッタリングを生じさ
せるには不十分なレベルであって、シリコン及び窒素を
含む障壁層を上記シリコン薄層の表面に形成する。次
に、ポリシリコンを上記障壁層の上にポリシリコンゲー
ト電極の所望の厚さまで堆積させる。その後、ポリシリ
コンゲート電極の通常のドープ(すなわち、注入後、炉
によるアニーリング処理を行なう)を行って、ポリシリ
コンゲート電極の中のドーパントの拡散及び活性化を行
わせるが、その際に、上記ドーパントがシリコン及び窒
素から成る上記障壁層を通ってその下のゲート酸化物層
又は半導体基板の中に浸透しないようにする。
【0013】
【発明の実施の形態】ここで図2を参照すると、P形ド
ープされたシリコン基板2の如き半導体基板が示されて
いる。本発明に従ってMOS素子(NMOS又はPMO
Sであるが、図面にはNMOSが示されている)が構成
されることになる基板2の一部をフィールド酸化物8が
包囲している。この構造体の上には、通常のゲート酸化
物層10が形成されている。本発明によれば、非晶質シ
リコン又は多結晶シリコンから成る薄層20が、例え
ば、化学蒸着法(CVD)によって、ゲート酸化物部分
10の上に設けられている。
【0014】図3に示すように、次に、シリコン層20
が窒素プラズマに暴露される。このプラズマの窒素は、
シリコン層20に入って、図3に示すように、シリコン
及び窒素から成る所望の障壁層30をゲート酸化物層1
0の上に形成する。層20の残りのシリコンは、図3の
層20aで示すように窒素を含まない。図面中の種々の
層の厚さの表現は、等スケールではなく、単に図示を目
的とするものであることは理解されよう。窒素を含まな
い十分な量のシリコンが酸化物層10と障壁層30との
間に残るか否かは、シリコン層20の初期厚さに依存
し、また、後に説明するように、シリコン層20が窒素
プラズマに暴露される時間にある程度依存する。
【0015】薄いシリコン層20を窒素プラズマに暴露
することによって、シリコン原子及び窒素原子を含むシ
リコン層20の表面領域が形成されるのとは異なり、シ
リコンと窒素との間には何等かの反応が存在するが、十
分な量の化学量論的な窒化シリコン(Si34)が形成
されるとは考えられないことを理解する必要がある。従
って、上述の窒素原子を含む薄いシリコン層20の表面
領域は、本明細書においては、「シリコン及び窒素から
成る障壁層」、あるいは、単に「障壁層」と呼ぶことに
する。
【0016】上記プラズマの窒素原子は、シリコンと特
定の化合物を形成しないことは明らかであり、また、ド
ーパントは、結晶粒界に沿って迅速に拡散することは明
らかであるので、非晶質シリコンよりもポリシリコンを
用いてシリコン層20を形成するのが好ましい。その理
由は、そのようにすると、窒素原子は、ポリシリコンの
上述のように既に形成されている結晶粒界に入る機会を
得ることができ、すなわち、多結晶材料のシリコン結晶
の間の結晶粒界に窒素原子を「詰め込む」ことができ、
これにより、障壁層30を通るドーパントの拡散を更に
抑制するからである。これとは対照的に、非晶質シリコ
ンは、その後のアニーリング処理の間に結晶化する際に
新しい結晶粒界を形成することになり、以前の非晶質シ
リコンに新しく形成されたそのような結晶粒界には、そ
の後窒素原子が充填されない。
【0017】しかしながら、非晶質シリコンの蒸着は、
蒸着速度が遅いので、高度の厚さ調節を可能にする。非
晶質シリコンの蒸着速度は、ポリシリコンの蒸着速度の
5分の1である。この遅い蒸着速度は、薄い(すなわ
ち、約1ナノメートル(nm)から約10nmまでの)
層の形成の再現を可能にする。また、非晶質シリコンを
使用すると、ポリシリコン蒸着からのその後の粒状組織
に結晶粒界を整合させることができない。また、これに
より、ポリシリコンを通ってポリシリコン/ゲート誘電
体の界面までの直接的な柱状の拡散通路が減少するの
で、ドーパントの拡散が抑制される。
【0018】障壁層30を形成した後に、図4に示すよ
うに、ポリシリコンのゲート電極層40が、構造体の上
に形成される。ポリシリコン層40の注入を行い、その
後アニーリング処理を行う。これにより、シリコン及び
窒素から成る障壁層30は、アニーリング工程の間に、
ポリシリコン層40の中のドーパントがゲート酸化物層
10を通って基板2へ拡散するのを阻止する。上記アニ
ーリング処理は、約600°Cから約900°Cの温度
で約15分間から約60分間にわたって実行される通常
の炉内アニーリング処理を含むことができる。
【0019】上記アニーリング工程の後に、ポリシリコ
ン層40、その下の障壁層30、層20aの中に残って
いる窒素を含まないシリコン、及び、ゲート酸化物層1
0をパターニングして、図5に示すように、ポリシリコ
ンゲート電極40aを形成する。このポリシリコンゲー
ト電極40aは、その下の障壁層部分30aと、シリコ
ン部分20bと、ゲート酸化物部分10aとを有してい
る。
【0020】次に、その結果露出された半導体基板2の
部分に通常の処理を施すことができる。この通常の処理
は、これも図5に示すように、例えば、スペーサ44を
ゲート電極40aの側壁に形成し、N形ドープされたL
DD領域14、16を基板2に形成し、図示のNMOS
構造のN+形ドープされたソース/ドレイン領域4、6
を基板2に形成することによって行うことができる。次
に、このMOS構造(PMOS又はNMOSとすること
ができる)に更に別の通常の処理を施して、MOS構造
の上に絶縁層を形成する。それぞれのゲート電極及びソ
ース/ドレイン領域に対する接点開口を上記絶縁層に形
成し、その後、上記接点開口を通ってそれぞれのゲート
電極及びソース/ドレイン領域に至る導電接点を形成す
る。
【0021】シリコンの薄層(薄い層)20をゲート酸
化物層10の上に形成することに関して用いる「薄い」
という用語は、(a)シリコン及び窒素から成る障壁層
をその後形成するために十分なシリコンを供給し、これ
により、障壁層30の上に構成されることになるポリシ
リコンゲート電極の中のドーパントが上記障壁層を通っ
て浸透するのを阻止するようにするための十分な最小厚
さを有すると共に、(b)MOS素子のVtを上昇させ
るに十分な量の過剰のシリコンを障壁層30の下に(障
壁層30が形成された後の障壁層30とゲート酸化物部
分10との間に)残さないようにするための最大厚さを
有する、シリコンの層を意味している。従って、シリコ
ン層20の厚さは、所望量のシリコンを障壁層に供給す
るために、少なくとも約2nm(20オングストロー
ム)にすべきであって、少なくとも約3nm(30オン
グストローム)であるのが好ましく、一方、シリコン層
20の最大厚さは、過剰量のシリコン(窒素原子を含ま
ない)を障壁層30とゲート酸化物層10との間に残さ
ないようにするために、約10nm(100オングスト
ローム)を超えてはならず、約6nm(60オングスト
ローム)を超えないのが好ましい。これにより、ドーパ
ントによって浸透されることのないシリコン及び窒素か
ら成る障壁層を形成するに十分な量のシリコンを存在さ
せ、一方、その結果生ずるMOS構造のVtに実質的に
影響を与えるに十分な量のシリコン(従って、未ドープ
シリコンである)が障壁層の下に形成されるのを阻止す
る。
【0022】窒素プラズマを用いてシリコン及び窒素か
ら成る障壁層30を形成することに関して、窒素プラズ
マのための窒素の気体源は、窒素(N2)であるのが好
ましいが、反応生成物又は副生物(NH3からの水素の
望ましくない遊離の如き)を生ずることがなく、また、
シリコン及び窒素から成る望ましい障壁層を形成するに
十分な窒素を供給することのできる、任意の窒素気体源
とすることができる。
【0023】プラズマチャンバに流入する窒素気体源の
最小流量は、プラズマチャンバの中に窒素プラズマを維
持するに十分な量にすべきである。例えば、体積が30
リットルのプラズマチャンバを用い、また、窒素気体源
として窒素(N2)を用いる場合には、プラズマチャン
バに流入する窒素ガスの流量は、約10から約20sc
cm(立方センチメートル毎分(標準状態下))の範囲
にすべきである。
【0024】シリコン層20の窒素プラズマに対する暴
露は、室温で、すなわち、約15°Cから約30°Cの
範囲の温度で行うことができ、約20°Cから約27°
Cの温度で行うのが好ましいが、必要であれば、より高
い温度(例えば、100°C程度)を用いることができ
る。約60°Cの温度を用いて、シリコン及び窒素から
成る障壁層を上手く形成することができた。シリコン層
20を窒素プラズマに暴露する工程は、プラズマを発生
させるに十分な低い圧力の通常のエッチングチャンバの
中で実行することができる。約5トールから約20トー
ルの範囲の圧力が満足すべき圧力であることが判明し
た。
【0025】シリコン層20を窒素プラズマに暴露する
時間は、シリコン及び窒素から成る障壁層の所望の厚
さ、及び、上記障壁層の中の窒素の所望のパーセンテー
ジすなわち割合によって、決定される。シリコン層20
の表面(すなわち、シリコン層の第1のnm深さ)に少
なくとも約10原子パーセント(好ましくは、約10−
20原子パーセント)の窒素濃度まで窒素を導入する
と、ドーパントの浸透を阻止するシリコン及び窒素から
成る障壁層を形成するに十分であることが判明した。上
記厚さ及び濃度を有する上記シリコン及び窒素から成る
障壁層は、シリコン層20を窒素プラズマに対して約2
乃至20分間の時間にわたって暴露することによって、
形成することができる。
【0026】上記窒素プラズマのエネルギレベル又はパ
ワーレベルは、シリコン層20のシリコン/シリコン間
の結合を破壊するに十分なレベルでなければならない
が、シリコン層20の表面からのシリコン原子の明らか
なスパッタリングを生じさせるには不十分なレベルでな
ければならない。約50電子ボルト(eV)を超えるエ
ネルギレベルをもたない窒素化学種を生成するパワーレ
ベルが、暴露の間のシリコン層20からのシリコン原子
のスパッタリングを抑制することに関して、満足すべき
値である。上記プラズマ中の窒素原子のエネルギレベル
は、約10eVであるのが好ましい。200−500ワ
ットのrfプラズマ源を、例えば、プラズマチャンバの
中の基板サポートに電気的に接続された約5−20ワッ
トのrfバイアス電力と組み合わせて使用することによ
り、シリコン原子のスパッタリングを生じさせることな
く、所望量のエネルギをプラズマ中の窒素イオンに与え
ることができる。
【0027】従って、本発明は、薄い、すなわち、高さ
が250nmよりも小さいポリシリコンゲート電極を形
成するための方法、及び、その結果生ずる構造を提供す
る。これら方法及び構造においては、窒素プラズマを用
いてポリシリコンゲート電極層とゲート酸化物層との間
にシリコン及び窒素から成る障壁層を形成することによ
って、ポリシリコンゲート電極の下のゲート酸化物及び
半導体基板にドーパントが拡散するのを防止しながら、
ポリシリコンゲート電極の注入及びアニーリング処理を
行うことができる。本発明によれば、窒素プラズマを用
いることにより、ゲート酸化物層に十分に接近した障壁
層を形成し、これにより、ゲート酸化物の有効厚さを増
大させてMOS素子のVtの望ましくない変動を生じさ
せる未ドープポリシリコンの空乏領域が障壁層の下に形
成されるという従来技術の問題を解消することができ
る。本発明の実施の形態、及び、その結果生ずる構造
は、NMOS素子の構造に関して説明したが、本発明を
PMOS構造にも等しく適用することができることは理
解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセスを示す流れ図である。
【図2】半導体基板の一部の垂直方向断面図であって、
この半導体基板は、その上に形成されたゲート酸化物層
を備えており、このゲート酸化物層の上には、非晶質シ
リコン又は多結晶シリコンの薄層が設けられている状態
を示している。
【図3】非晶質シリコン又は多結晶シリコンの薄層を窒
素プラズマに暴露してシリコン及び窒素から成る障壁層
を形成した後の図2の構造体の一部を示す垂直方向断面
図である。
【図4】シリコン及び窒素から成る障壁層の上にポリシ
リコン層を形成してこれをドープした後の図3の構造体
の一部を示す垂直方向断面図である。
【図5】ポリシリコン層及びその下の層のパターニング
を行ってポリシリコンゲート電極を形成し、また、上記
構造体のドーピングを行って本発明に従って構成された
MOS素子のソース/ドレイン領域を形成した後の図4
の構造体の一部を示す垂直方向断面図である。
【符号の説明】
2 半導体基板 8 フィールド酸化物 10 ゲート酸化物層 20 シリコン層 30 障壁層 40a ポリシリコンゲート電極
フロントページの続き (72)発明者 ヴァレリー・サクハーヴ アメリカ合衆国カリフォルニア州95014, クァパティーノ,ガーデン・テラス・ドラ イブ 11476 (72)発明者 ジョン・オウヤング アメリカ合衆国カリフォルニア州95132, サンノゼ,サンクレスト・アベニュー 3867 (72)発明者 ジョン・ヘイウッド アメリカ合衆国カリフォルニア州95054, サンタ・クララ,マンション・パーク・ド ライブ 550,ナンバー205

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成された集積回路構造を
    含むMOS素子の均一にドープされたポリシリコンゲー
    ト電極を形成する、ポリシリコンゲート電極の製造方法
    であって、 (a) 前記半導体基板上の前記MOS素子のゲート酸
    化物部分の上に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから
    成る薄層を形成する工程と、 (b) 前記シリコンから成る薄層を窒素プラズマに暴
    露して、シリコン及び窒素から成る障壁層を前記ゲート
    酸化物の上に形成する工程と、 (c) 前記シリコン及び窒素から成る障壁層の上にポ
    リシリコンを堆積させて、前記ポリシリコンゲート電極
    を形成する工程と、 (d) 前記ポリシリコンゲート電極にドーパントを注
    入することによって前記ポリシリコンゲート電極のドー
    ピングを行い、次に、前記ポリシリコンゲート電極のア
    ニーリング処理を行って、前記シリコン及び窒素から成
    る障壁層の上の前記ポリシリコンゲート電極全体に前記
    ドーパントを均一に拡散させて活性化させる工程とを備
    えており、 これにより、前記ドーパントを前記障壁層を通して該障
    壁層の下の前記ゲート酸化物及び前記半導体基板に浸透
    させることなく、MOS素子の前記均一にドープされた
    ポリシリコンゲート電極が形成されることを特徴とす
    る、ポリシリコンゲート電極の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記窒素プラズマは、N2ガス
    から形成されることを特徴とするポリシリコンゲート電
    極の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記ゲート酸化物の上に非晶質
    シリコン又は多結晶シリコンから成る前記薄層を形成す
    る前記工程は、更に、前記シリコン及び窒素から成る障
    壁層を形成するに十分なシリコンを供給するに十分な厚
    さのシリコン層を形成する工程を含んでおり、前記シリ
    コン及び窒素から成る障壁層は、該障壁層を通って該障
    壁層の下の前記ゲート酸化物及び前記半導体基板に前記
    ドーパントが拡散するのを阻止することができることを
    特徴とするポリシリコンゲート電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記ゲート酸化物の上に非晶質
    シリコン又は多結晶シリコンから成る前記薄層を形成す
    る前記工程は、更に、前記シリコン及び窒素から成る障
    壁層の下にある量のシリコンを残すに十分な薄さのシリ
    コン層を形成する工程を含み、前記ある量のシリコン
    は、前記MOS素子のVtの変動を生じさせることがで
    きないことを特徴とするポリシリコンゲート電極の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記ゲート酸化物の上に非晶質
    シリコン又は多結晶シリコンから成る前記薄層を形成す
    る前記工程は、更に、約2nmから約10nmの厚さを
    有するシリコン層を前記ゲート酸化物の上に形成する工
    程を含むことを特徴とするポリシリコンゲート電極の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記ゲート酸化物の上に非晶質
    シリコン又は多結晶シリコンから成る前記薄層を形成す
    る前記工程は、更に、約3nmから約6nmの厚さを有
    するシリコン層を前記ゲート酸化物の上に形成する工程
    を含むことを特徴とするポリシリコンゲート電極の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 請求項2に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記窒素プラズマは、シリコン
    /シリコン間の結合を破壊するには十分であるがシリコ
    ンをスパッタリングするには不十分であるパワーレベル
    を有していることを特徴とするポリシリコンゲート電極
    の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記窒素プラズマによって前記
    シリコン及び窒素から成る障壁層を形成する前記工程
    は、約100°C又はそれ以下の温度で実行されること
    を特徴とするポリシリコンゲート電極の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項7に記載のポリシリコンゲート電
    極の製造方法において、前記窒素プラズマによって前記
    シリコン及び窒素から成る障壁層を形成する前記工程
    は、約15°Cから約30°Cの温度で実行されること
    を特徴とするポリシリコンゲート電極の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項7に記載のポリシリコンゲート
    電極の製造方法において、前記窒素プラズマによって前
    記シリコン及び窒素から成る障壁層を形成する前記工程
    は、約20°Cから約27°Cの温度で実行されること
    を特徴とするポリシリコンゲート電極の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項2に記載のポリシリコンゲート
    電極の製造方法において、前記シリコンの薄層を前記窒
    素プラズマに暴露する前記工程は、少なくとも約5分間
    にわたって実行されて、少なくとも約10原子パーセン
    トの窒素濃度を有する前記シリコン及び窒素から成る障
    壁層を形成し、これにより、前記障壁層の上の前記ポリ
    シリコンゲート電極から前記障壁層の下の前記ゲート酸
    化物部分へのドーパントのその後の浸透を阻止すること
    を特徴とするポリシリコンゲート電極の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項2に記載のポリシリコンゲート
    電極の製造方法において、前記シリコンの薄層を前記窒
    素プラズマに暴露する前記工程は、少なくとも約2分間
    から約20分間にわたって実行されて、約10原子パー
    セントから約20原子パーセントの窒素濃度を有する前
    記シリコン及び窒素から成る障壁層を形成し、これによ
    り、前記障壁層の上の前記ポリシリコンゲート電極から
    前記障壁層の下の前記ゲート酸化物部分へのドーパント
    のその後の浸透を阻止することを特徴とするポリシリコ
    ンゲート電極の製造方法。
  13. 【請求項13】 半導体基板上の集積回路構造を含むM
    OS素子の均一にドープされたポリシリコンゲート電極
    を形成する、ポリシリコンゲート電極の製造方法であっ
    て、 (a) 前記半導体基板上の前記MOS素子のゲート酸
    化物部分の上に約2nmから約10nmの厚さを有する
    非晶質シリコン又は多結晶シリコンの層を形成する工程
    と、 (b) 前記シリコンの薄い層を、約100°C又はそ
    れ以下の温度で、シリコン/シリコン間の結合を破壊す
    るには十分であるがシリコンをスパッタリングするには
    不十分なパワーレベルを有していてN2ガスから形成さ
    れた窒素プラズマに暴露し、これにより、シリコン及び
    窒素から成る障壁層を前記ゲート酸化物の上に形成する
    工程と、 (c) ポリシリコンを前記障壁層の上に堆積させて、
    前記ポリシリコンゲート電極を形成する工程と、 (d) 前記ポリシリコンゲート電極にドーパントを注
    入することによって前記ポリシリコンゲート電極のドー
    ピングを行い、次に、前記ポリシリコンゲート電極のア
    ニーリング処理を行って、前記障壁層の上の前記ポリシ
    リコンゲート電極全体に前記ドーパントを均一に拡散さ
    せて活性化させる工程とを備えており、 これにより、前記ドーパントを前記シリコン及び窒素か
    ら成る障壁層を通して該障壁層の下の前記ゲート酸化物
    及び前記半導体基板に浸透させることなく、MOS素子
    の前記均一にドープされたポリシリコンゲート電極が形
    成されることを特徴とする、ポリシリコンゲート電極の
    製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載のポリシリコンゲー
    ト電極の製造方法において、前記窒素プラズマによって
    前記シリコン及び窒素から成る障壁層を形成する前記工
    程は、約15°Cから約30°Cの温度で実行されるこ
    とを特徴とするポリシリコンゲート電極の製造方法。
  15. 【請求項15】 請求項13に記載のポリシリコンゲー
    ト電極の製造方法において、前記ゲート酸化物の上に非
    晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る前記薄層を形
    成する前記工程は、更に、約3nmから約6nmの厚さ
    を有するシリコン層を前記ゲート酸化物の上に形成する
    工程を含むことを特徴とするポリシリコンゲート電極の
    製造方法。
  16. 【請求項16】 半導体基板上の集積回路構造を含むM
    OS素子の均一にドープされたポリシリコンゲート電極
    であって、 (a) 前記半導体基板上の前記MOS素子のゲート酸
    化物部分の上に形成された非晶質シリコン又は多結晶シ
    リコンの薄層と、 (b) 前記シリコンの薄層を窒素プラズマに暴露する
    ことによって前記ゲート酸化物の上に形成されたシリコ
    ン及び窒素から成る障壁層と、 (c) 前記障壁層の上に設けられて前記ポリシリコン
    ゲート電極を形成するポリシリコンと、 (d) 前記ポリシリコンゲート電極に注入され、その
    後、前記ポリシリコンゲート電極のアニーリング処理に
    より、前記障壁層の上の前記ポリシリコンゲート電極全
    体にわたって均一に拡散されて活性化されることによっ
    て、前記ポリシリコンゲート電極の中に均一に分布され
    たドーパントとを備え、 これにより、前記ドーパントを障壁層を通して該障壁層
    の下の前記ゲート酸化物及び前記半導体基板に浸透させ
    ることなく、MOS素子の前記均一にドープされたポリ
    シリコンゲート電極が形成されるように構成されたこと
    を特徴とする、均一にドープされたポリシリコンゲート
    電極。
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