TW200304184A - Semiconductor device and production method therefor - Google Patents

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TW200304184A
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insulating film
semiconductor device
gate insulating
gate
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Shinpei Tsujikawa
Toshiyuki Mine
Jiro Yoshigami
Hirotaka Hamamura
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Hitachi Ltd
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Description

200304184 A7 _B7_ 五、發明説明（1 ) 一. 發明所屬之技術領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於半導體裝置及其製造技術，特別是關於 有效適用在以強電介質膜構成MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:金屬絕緣半導體場 效電晶體）電晶體之閘極絕緣膜的一部份之半導體裝置的技 二. 先前技術 作爲使用MIS型電晶體之半導體裝置的閘極絕緣膜材 料，在以二氧化矽之介電常數換算的閘極絕緣膜厚（以下 ，也稱爲氧化膜換算膜厚）爲3nm程度以上的裝置中，一 貫使用二氧化矽（Si02 )膜。 但是，爲了推進裝置的高速化，閘極絕緣膜之薄膜化 向前邁進，該氧化膜換算膜厚一低於3 nm以下，貫穿閘極 絕緣膜而流通之直接穿隧電流可被顯著觀測到之故，由低 消費電力化之觀點而言，閘極洩漏電流大至無法忽視之程 度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了解決此問題，閘極絕緣膜使用介電常數比二氧化 矽還高之金屬氧化物材料，即使氧化膜換算膜厚爲同等， 藉由使物理膜厚變厚，以想要降低直接穿隧電流之嘗試正 被多數進行著。例如，由 C.H.Lee等在2000年 IEDM Technical Digest之p27所揭露般地，利用Zr02膜，同樣 ，如 Laegu Kang 等在 2000 年 IEDM Technical Digest 之 p35所揭露般地，利用Hf02膜等之途徑被採用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一~ 一 --5 ~ 200304184 A7 ___B7 五、發明説明（2 ) 三·發明內容 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) [發明所欲解決之課題] 在將由金屬氧化物所形成的強電介質膜當成閘極絕緣 膜使用之際，大家都知道要兼顧薄膜化與閘極洩漏電流之 降低、界面特性之確保的問題成爲很重要的課題。另外， 如將構裝於產品放入視野中，爲了降低元件間的特性偏差 ，很淸楚確保閘極絕緣膜之表面的平滑性也成爲極重要的 課題。 閘極絕緣膜由於被要求電荷捕獲率在與矽基板的界面 要少之故，作爲由金屬氧化物所形成之閘極絕緣膜的形成 方法，期望在成膜時對矽基板造成之損傷小的化學氣相沈 積法（CVD法），特別是熱CVD法。但是，依據本發明者 等之檢討，以熱C VD法形成的Ti02膜和Zr02膜，由於成 爲多結晶故，膜表面的平滑性差，很淸楚並不實用。 本發明之目的在於提供：可以提升由金屬氧化物所形 成之閘極絕緣膜之表面的平滑性的技術。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之其它目的在於提供：可以減低由金屬氧化物 所形成之閘極絕緣膜的洩漏電流的技術。 本發明之其它目的在於提供：可以提升具有由金屬氧 化物所形成之閘極絕緣膜的MISFET之電流驅動能力的技 術。 本發明之其它目的在於提供：可以抑制具有由金屬氧 化物所形成之閘極絕緣膜的MISFET之特性偏差的技術。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 200304184 A7 B7 五、發明説明（3 ) 本發明之前述及其它目的與新的特徵，由本說明書的 記述及所附圖面理應會變得淸楚。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) [解決課題用之手段] 爲了解決上述之由金屬氧化物所形成之閘極絕緣膜表 面之平滑性的問題，認爲至少在堆積後的時間點，形成具 有非晶質構造的膜爲有效。 另外，Ti〇2膜和Zr〇2膜等之金屬氧化物，在藉由CVD 法堆積後，膜中很多欠缺氧，絕緣性差之故，需要在堆積 後進行某種之氧化處理以進行改變體質，此係廣爲人知。 因此，經過此改變體質氧化處理工程後，如又能保持非晶 質構造，可以不損及表面的平坦性下而進入下一工程之閘 極的形成之故，可以推測更爲良好。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另外，即使在經過半導體裝置之製造工程（晶圓製程 )的最終工程後，如閘極絕緣膜也能保持非晶質構造，推 測完成狀態之閘極絕緣膜的平滑性可以更爲提升。但是， 在此情形，在閘極絕緣膜形成後的工程中所加的熱負載受 到限制等，在工程上的限制變多。 實現由金屬氧化物所形成之閘極絕緣膜表面之平滑性 的具體手段，爲發明者等藉由利用對矽基板造成損傷小的 電漿CVD法，以形成具有非晶質構造的Ti〇2膜或者Zr02 膜，可以使閘極絕緣膜表面的平滑性變良好。 四·實施方式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4· ( 210X297公董）~_ 200304184 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7______五、發明説明（4 ) [發明之實施形態] 以下，依據圖面詳細說明本發明之實施形態。另外， 在說明實施形態用之全部圖中，對於具有相同機能者賦予 相同之圖號，省略其之重複說明。 (實施形態1 ) 將矽晶圓浸於氟化氫水溶液，以去除表面的自然氧化 膜後，以電漿CVD法堆積Ti02膜。電漿cVD裝置係使用 如第1圖所示般地，在矽晶圓1之附近配置環狀的電極2 及磁鐵3，在將藉由加熱器4而加熱的矽晶圓1電氣地接地 之狀態下，由上部導入來源氣體，而在下部排氣之裝置。 來源氣體係使用使四異丙氧鈦（Ti(i-OC3H7)4)氣化之氣體 與氧氣。堆積條件係使用晶圓溫度300°C與3 75t之2種。 比較例係舉與上述相同，使用來源氣體，以不利用電 漿而使用通常之熱CVD法來形成Ti02膜之習知方法。堆 積條件則使用晶圓溫度3 00t與400°C之2種。此處，在晶 圓溫度300 °C中，堆積速度在每分鐘〇.lnm以下，非常慢， 如使晶圓溫度在300 °C以下，變得更慢。即可以稱晶圓溫度 3 00t係Ti02膜之堆積成爲可能之下限溫度。 在第2圖顯示利用上述之本實施形態方法以及習知方 法，以種種之條件堆積膜厚30nm之Ti02膜，藉由薄膜X 射線繞設而解析膜之構造的結果。 在本實施形態方法所堆積的電漿CVD-Ti〇2膜，爲顯示 結晶T i 0相之峰値微弱出現者，峰値強度微弱，則可說是 麟(210X297公釐） ~~~ - (請先閲讀背面之注意事 ΙΦ ，項再填· 裝-- 寫本頁) .1# 200304184 A7 B7 五、發明説明（5 ) 包含微結晶之非晶質構造。在以下中’將此種於X射線繞 射中沒有顯示明確而高峰値之構造稱爲非晶質。另一方面 ，習知方法所堆積的CVD-Ti02膜，則在晶圓溫度300°C、 3 75 °C之任何一種情形下，強烈出現顯示銳鈦礦相之明確的 峰値，知道完全成爲結晶。 接著，就與藉由薄膜X射線繞射而進行構造解析的試 料相同的試料，以原子間力量顯微鏡（Atomic Force Microscope:AFM)進行測量。以習知方法所製作的熱CVD-Ti02膜之Ra，在晶圓溫度400°C之情形時，非常大成爲 12nm，在3 00°C之情形時，成爲2.5nm之程度。相對於此 ，以本實施形態方法所製作的電漿CVD-Ti02膜之Ra，無 法確認由於晶圓溫度所導致之有意義差，在晶圓溫度300°C 、3 75 °C之任何一種情形，都是〇.8nm，可以抑制在習知方 法的1 /3之程度。倂同薄膜X射線繞射之結果，知道在表 面粗度的降低上，以使用本實施形態方法，將Ti02膜做成 非晶質構造爲有效。 另外，關於Zr02膜之形成，也可以說係相同。Zr〇2膜 例如可以藉由將四第三丁氧基锆（Zr(t-OC4H9)4 )當成來源 氣體使用之CVD法而進行堆積。在利用熱CVD法之情形 ’只能獲得結晶構造之故，無法實現平滑之表面，Ra爲 2.5 nm程度以上。即爲了實現表面平滑之非晶質構造，需要 使用電漿CVD法，此點係與Ti02膜之情形相同。 以本實施形態方法及習知方法所形成的Ti〇2膜，任何 一種都是在堆積後，洩漏電流非常大之故，在以氮氣稀釋 _本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） '一 (請先閲讀背面之注意事項再填· :寫本頁) 經濟部智慧財產^員工消費合作社印製 200304184 A7 ____B7 _ 五、發明説明（6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲5%之氧氣環境中，進行600°C、800°C之熱處理，改善體 質成爲洩漏電流變小後，在膜的上部蒸鎪金（Au )電極， 測量電氣電容。堆積條件爲：使用本實施形態方法的電漿 CVD-Ti02膜爲晶圓溫度3 75 °C，使用習知方法之熱CVD-Ti02膜爲300°C。將由電氣電容所求得之氧化膜換換膜厚 對於堆積之膜厚加以描繪，則可以知道膜的介電常數。 另外，包含Ti02膜如在氧化性環境中進行金屬氧化膜 之改善體質處理，在金屬氧化膜與矽基板之界面會成長 Si〇2層，此雖廣爲人知會阻礙氧化膜換算膜厚之降低，此 界面Si02層之成長膜厚同樣可由曲線求得。 在以本實施形態方法所形成的Ti02膜中，於第3 ( a) 圖顯示將氧化膜換換膜厚對於堆積膜厚描繪之結果。另外 ，在以習知方法所形成的Ti02膜中，於第3 ( b )圖顯示進 行同樣的描繪之結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 利用本實施形態方法所形成的Ti02膜，在改善體質氧 氣退火爲600 °C之情形，介電常數爲29，成長於界面的 Si〇2層的膜厚爲0.9nm。另外，改善體質氧氣退火爲800°C 之情形，介電常數爲50，成長於界面的Si02層之膜厚爲 1.8nm。另一方面，以習知方法形成之Ti〇2膜，在改善體 質氧氣退火爲600t之情形，介電常數爲49，成長於界面 的Si〇2層的膜厚爲2.1nm。另外，改善體質氧氣退火爲 8〇〇°C之情形，介電常數爲61，成長於界面的Si02層之膜 厚爲 3 . 1 nm 〇 關於這些試料，爲了調查因改善體質退火所導致的構 本紙 ά尺度適用中ΐ 國家 210 X 297ST 一~~~ ~ 一~ -10 200304184 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 造變化，將就退火之Ti〇2膜進行薄膜X射線繞射測量之結 果顯示於第4圖。利用本實施形態方法所形成的Ti〇2膜， 如進行60(TC之熱處理，雖出現弱銳鈦礦相之峰値，但是其 強度弱，爲非晶質相與微結晶混合存在之相。在進行800°C 之熱處理的情形，同樣地，雖然銳鈦礦相之峰値變高些， 但是其強度弱，知道結晶化並不完全。另一方面，利用習 知方法所形成之Ti02膜，即使在進行600t之熱處理的情 形、進行800 °C之熱處理的情形，在堆積後，都同樣可以確 認強烈銳鈦礦相之峰値，知道爲結晶構造。 接著，爲了調查利用本實施形態方法所形成之Ti02膜 的熱穩定性，將此膜在氧氣環境中、900 °C下進行熱處理後 ，進行薄膜X射線繞射測量予以進行構造解析，如第5圖 所示般地，見到了強烈銳鈦礦相之峰値。在進行900 °C之熱 處理的情形，由此可說已經完全結晶化了。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由以上，以本實施形態方法及習知方法所製作的Ti02 膜的介電常數，不管是非晶質、結晶構造，都有幅度，其 原‘因可以認爲係膜厚薄和組成並非化學計量學組成。另外 ，關於形成在界面的Si02層之膜厚，利用本實施形態方法 以堆積非晶質Ti〇2膜，對此施以氧氣退火而進行改善體質 的情形者其膜厚變薄。其理由可認爲係在結晶構造之情形 ，氧氣通過結晶晶粒邊界而快速擴散’氧氣多數被供應給 Ti〇2膜與矽基板之界面之故，Si〇2層快速成長。 如此，知道利用本實施形態方法以堆積非晶質構造之 Ti02，藉由對其改善體質，即使表面平滑而且進行改善體 尺度適用中國國家標^^TcNS 規格(210Χ 297公釐） ——=^ ^ 200304184 A7 B7 五、發明説明（8 ) 質氧氣退火，形成在與矽基板的界面的Si02層之膜厚也不 會變厚，即可以獲得氧氣膜換算膜厚變薄的絕緣膜。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (實施形態2) 接著，說明以金屬氧化物所形成的強電介質膜以構成 形成在矽基板上的η通道型MISFET之閘極絕緣膜的實施 形態。 第6圖係顯示形成在矽基板上的η通道型MISFET之 構造的剖面圖。在形成η通道型MISFET時，首先，利用 周知的淺溝渠元件分離法在由P型單結晶形成的矽基板11 的表面形成元件分離溝12。 接著，利用與前述實施形態1相同的方法（實施形態 方法），在矽基板1 1上堆積Ti02膜。另外，作爲比較例 ，利用在前述實施形態1說明的習知方法，予以堆積Ti02 膜。另外，在本實施形態方法中，利用基板溫度3 75 °C之條 件予以堆積膜厚l3.5nm之Ti02膜。另外，在習知方法中 ，利用基板溫度3 00°C之條件予以堆積膜厚7nm之Ti02膜 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，將這些Ti〇2膜在以氮氣稀釋爲5%之氧氣環境 中、600 °C下進行熱處理予以改善體質，形成閘極絕緣膜13 後，在閘極絕緣膜1 3上形成閘極1 4。在形成閘極1 4上， 藉由以使用氣化四氯化鈦與氨爲來源氣體之周知的化學氣 相沈積法，在聞極絕緣膜1 3之上部堆積膜厚1 〇 n m之T i N 膜，接著，藉由濺鍍法，在TiN膜之上部堆積膜厚200nm i紙張尺度適用中國國家標‘（CNS ) A4規格（210父297公^ ) 一·^ 一™™ -12 ‘ 200304184 A7 ____ B7 五、發明説明（9 ) 之W膜後，藉由以光阻膜爲光罩之乾鈾刻，圖案化這些膜 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，以鈾刻去除閘極1 4的兩側之閘極絕緣膜1 3，接 著，在氧氣環境中、700 °C下，熱處理矽基板1 1後，藉由 對矽基板1 1離子植入砷（As )，形成低不純物濃度之η型 半導體區域15a。接著，藉由以矽烷與低氧化氮爲來源氣體 之化學氣相沈積法，在矽基板11上堆積膜厚lOOnm之氧化 矽膜，接著，藉由不等向性乾蝕刻此氧化矽膜，在閘極1 4 之側壁形成側壁間隔物1 6。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，在矽基板11離子植入磷（P)，接著，在氮氣 環境中，熱處理矽基板1 1，藉由電氣地活化前述不純物（ 磷），形成高不純物濃度之n +型半導體區域（源極、汲極 )15b。此熱處理，爲了促進不純物之活化，期望以95 0°C 、30秒程度之條件進行，在此條件中，溫度高之故，由以 本實施形態方法所形成的非晶質構造的Ti02膜所形成的閘 極絕緣膜13會結晶化。爲了不使引起Ti02膜之結晶化， 雖以800°C、1分鐘程度之條件爲適當，但是在此條件下， η型半導體區域15a、15b的電阻會有增加之不當情形。在 本實施形態中，進行在氮氣環境中、800 °C、1分鐘與95〇 °C、3 0秒之兩種的熱處理。 接著，藉由以矽烷與低氧化氮（N20 )爲來源氣體之化 學氣相沈積法，在矽基板1 1上堆積氧化矽膜，接著’藉由 以化學機械硏磨（CMP )法之硏磨使此氧化矽膜的表面平 坦化，在閘極1 4的上部形成層間絕緣膜1 7。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 200304184 A7 _B7_ 五、發明説明（1〇 ) 接著，藉由以光阻膜爲光罩而乾蝕刻層間絕緣膜17之 一部份，在n +型半導體區域（源極、汲極）15b之上部形 成接觸孔。接著，在包含接觸孔之內部的層間絕緣膜1 7上 ，利用化學氣相沈積法與濺鍍法，堆積W膜，接著，藉由 以光阻膜爲光罩，乾蝕刻W膜之一部份，形成配線1 8。 藉由以上之工程，完成具有第6圖所示構造的η通道 型MISFET。由此MISFET之電容測量以求取閘極絕緣膜13 的氧化膜換算膜厚，關於以本實施形態方法所製作的試料 ，爲2.6nm，以習知方法所製作的試料，爲2.7nm。 第7圖係顯示在同一矽基板上多次測量閘極長1 V m、 閘極寬10// m之MISFET之臨界値電壓，以調查其之分布 的結果。在以80CTC、1分鐘之條件進行前述之不純物的活 化之情形，相對於以習知方法所製作的MISFET的臨界値 電壓的標準偏差爲79mV，以本實施形態方法所製作的 MISFET的臨界値電壓的標準偏差爲25mV，被抑制在1/：? 以下。另外，在以950 °C、30秒之條件進行不純物之活化 的情形，相對於以習知方法所製作的MISFET的臨界値電 壓的標準偏差爲89mV，以本實施形態方法所製作的 MISFET之臨界値電壓的標準偏差爲40mV，被抑制在1/2 以下。 由以上，知道藉由利用本實施形態方法，可以抑制臨 界値電壓的偏差。即使以800°C進行不純物的活化’經過全 部工程後，利用本實施形態方法而製作的Ti〇2膜能夠保持 非晶質構造之情形、以950 °C進行不純物的活化’利用本實 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事 項再填· :寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 200304184 A7 B7 _ 五、發明説明（Μ ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 施形態方法所製作的T i0 2膜能夠轉化爲結晶構造之情形’ 有明顯之效果。此可認爲係在堆積時如係非晶質構造’即 使在之後的工程產生結晶化’但是與堆積後爲結晶構造之 情形相比，Ti02膜之表面的平滑性優異之故。但是，以利 用本實施形態方法所製作的Ti02膜能夠保持非晶質構造之 情形，其效果比較大。 (實施形態3 ) 在本實施形態中，爲了降低施加在閘極絕緣膜之熱負 載，在形成源極、汲極後，利用形成閘極絕緣膜之製造製 程，在矽基板上形成具有由強電介質膜所形成的閘極絕緣 膜之η通道型MISFET。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先，如第8圖所示般地，利用周知的淺溝渠元件分 離法，在由ρ型單結晶形成的矽基板1 1的表面形成元件分 離溝12。接著，在800 °C之氧氣環境中，加熱矽基板1 1後 ’藉由化學氣相沈積法’在砂基板11上堆積膜厚150nm之 多結晶矽膜19以及膜厚150nm之氮化矽膜20。接著，利 用光蝕法或者電子射線描繪與乾蝕刻以圖案化多結晶矽膜 1 9以及氮化砂膜2 0，在聞極形成區域殘留多結晶砍膜1 9 以及氮化矽膜2 0。殘留在閘極形成區域的多結晶矽膜i 9以 及氮化矽膜20係被當成僞閘極使用。 接著，在80(TC之氧氣環境中，加熱矽基板11後，以 加速電壓1 5 k V、劑量2 X 1 0 14 c m —2之條件，在政基板1 1離 子植入砷（As )，藉由此，形成低不純物濃度之n_型半導 ϋ尺度朗 t 關 見格（210X2^F厂—————----— ,15‘， 200304184 A7 B7 五、發明説明（12 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 體區域1 5 a。接著，藉由化學氣相沈積法，在矽基板1 1上 堆積膜厚l〇〇nm之氮化矽膜，接著，藉由不等向性乾蝕刻 此氮化矽膜，在閘極1 4的側壁形成側壁間隔物2 1。 接著，以加速電壓45kV、劑量3X1015cnT2之條件，在 矽基板11離子植入磷（P)，接著，藉由在1 00 0°C之氮氣 環境中，熱處理矽基板1 1，以電氣地活化前述不純物（磷 )，形成高不純物濃度之n +型半導體區域（源極、汲極） 15b ° 接著，藉由以利用四乙鄰矽酸鹽（TEOS )爲來源氣體 之化學氣相沈積法，在矽基板11上堆積膜厚300nm之氧化 矽膜22。 接著，如第9圖所示般地，藉由化學機械硏磨（CMP )法，使氧化矽膜22之表面平坦化至氮化矽膜20露出爲 止，接著，以利用熱磷酸水溶液之濕蝕刻，去除側壁間隔 物2 1的一部份與氮化矽膜20，另外，藉由化學乾蝕刻，去 除多結晶矽膜1 9後，藉由使用氟酸之洗淨，使閘極形成區 域的矽基板1 1的表面露出。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，藉由利用與前述實施形態1相同之方法（實施 形態方法），在矽基板11上堆積Ti〇2膜，形成閘極絕緣 膜1 3。另外，作爲比較例，利用在前述實施形態1說明之 習知方法予以堆積Ti02膜。 接著，藉由以利用氣化之四氯化鈦與氨爲來源氣體之 周知的化學氣相沈積法，在閘極絕緣膜13的上部堆積膜厚 10nm之TiN膜，接著，藉由濺鍍法，在TiN膜之上部堆積 本紙張尺度適用中國國家標準（丁~1 一"一—一一一一一一一-一…一 -16 ° 200304184 A7 B7 五、發明説明（13 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜厚200nm之W膜，當成使用爲閘極之導電膜23a。另外 ，導電膜23a也可以使用多結晶矽膜、TaN膜、TaN膜（ 上層）/多結晶矽膜（下層）、W膜（上層）/ TiN膜（ 下層）等以代替TiN膜與W膜之積層膜。 接著，如第10圖所示般地，將殘留在矽基板11上的 側壁間隔物21使用爲阻障層，硏磨導電膜23a、氧化矽膜 22及閘極絕緣膜1 3之各一部份後，藉由化學乾蝕刻，去除 閘極絕緣膜1 3之一部份與側壁間隔物2 1，形成閘極23。 接著，藉由使用四乙鄰矽酸鹽（TEOS )爲來源氣體之 化學氣相沈積法，在矽基板11上堆積300nm之氧化矽膜 24，接著，藉由乾蝕刻氧化矽膜22、24之一部份，在η +型 半導體區域（源極、汲極）1 5b之上部形成接觸孔。接著， 利用化學氣相沈積法與濺鍍法，在包含接觸孔之內部的氧 化矽膜24上堆積W膜，接著，藉由以光阻膜爲光罩予以乾 蝕刻W膜之一部份，形成配線。藉由以上之工程，完成η 通道型MISFET。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 1圖係顯示在同一矽基板上多次測量閘極長1 // m 、閘極寬10// m之MISFET之臨界値電壓，以調查其之分 布的結果。相對於以習知方法所製作的MISFET之臨界値 電壓的標準偏差爲102mV，以本實施形態方法所製作的 MISFET的臨界値電壓的標準偏差爲46mV，被抑制在1/ 2 以下。由以上，知道藉由使用本實施形態方法以形成閘極 絕緣膜13，可以抑制MISFET的臨界値電壓之偏差。 以上，雖依據其實施形態而具體說明由本發明者所完 尺度iii 中國國家標準（CNS ( 2l0^7々i ) ~ ——- 200304184 A7 B7 五、發明説明（14 ) 成的發明，但是本發明並不限定於前述實施形態，在不脫 離其之要旨的範圍內，不用說可以有種種變更之可能。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) [發明效果] 如簡單說明由本申請案中所揭示的發明之中的代表性 者所獲得的效果，則如下述： 藉由將由電漿化學氣相沈積法所堆積的非晶質構造的 Ti〇2膜或者Zr〇2膜使用爲閘極絕緣膜，可以獲得表面之平 滑性良好的閘極絕緣膜之故，能夠兼顧閘極絕緣膜的薄膜 化與閘極洩漏電流的降低。另外，能夠抑制元件特性的偏 差。 五.圖示簡單說明 第1圖係本發明之一實施形態所使用的電漿CVD裝置 的槪略圖。 第2圖係顯示以薄膜X射線繞設測量改變成膜條件所 堆積的Ti02膜之構造的結果之曲線。 第3圖 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (a )係顯示以本發明方法所堆積的Ti02膜的膜厚與 熱處理後的氧化膜換換膜厚的關係之曲線，（b )係顯示以 習知方法所堆積的Ti02膜的膜厚與熱處理後的氧化膜換換 膜厚的關係之曲線。 第4圖係顯示以薄膜X射線繞設測量改變熱處理溫度 而進行改善體質之Ti02膜的構造之結果的曲線。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18- 200304184 A7 B7 五、發明説明（15 ) 第5圖係顯示以薄膜X射線繞設測量以900 °C之熱處 理溫度進行改善體質之Ti02膜的構造之結果的曲線。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第6圖係顯示形成在矽基板上的n通道型MIS FET的 構造之剖面圖。 第7圖係顯示在同一矽基板上多次測量閘極長1 a m、 閘極寬l〇//m之MISFET的臨界値電壓，調查其之分布的 結果之曲線。 第8圖係顯示本發明之其它的實施形態之MISFET的 製造方法之矽基板的重要部位剖面圖。 第9圖係顯示本發明之其它的實施形態之MISFET的 製造方法之矽基板的重要部位剖面圖。 第10圖係顯示本發明之其它的實施形態之MISFET的 製造方法之矽基板的重要部位剖面圖。 第1 1圖係顯示在同一矽基板上多次測量閘極長1 // m 、閘極寬l〇//m之MISFET的臨界値電壓，調查其之分布 的結果之曲線。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [圖號說明] 1 :砂晶圓 2 :電極 3 :磁鐵 4 :加熱器 1 1 :矽基板 12 :元件分離溝 本紙張尺度適用中國國家i準（CNS [A4規格（210X297公釐） -19- 200304184 A7 B7 五、發明説明（16 ) 1 3 :閘極絕緣膜 1 4 :聞極 15a : η型半導體區域 15b : η+型半導體區域（源極、汲極） 1 6 :側壁間隔物 1 7 :層間絕緣膜 1 8 :配線 19 :多結晶矽膜 2 0 :氮化矽膜 21 :側壁間隔物 22 :氧化矽膜 23a :導電膜 23 :閘極 2 4 :氧化砂膜 7 ： 1T0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CN§ ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 200304184 A8 B8 C8 _D8 、申請專利範圍 ^ ^ 1. 一種半導體裝置之製造方法，是針對具備：介由閘 極絕緣膜而設置在具有第1導電型的半導體基板上的閘極 、及在前述半導體基板內相互分離而設置的第2導電型的 源極、汲極區域之半導體裝置之製造方法，其特徵爲： 前述閘極絕緣膜之形成工程，係包含有：藉由電漿化 學氣相沈積法予以堆積Ti〇2膜或者Zr02膜之工程。 2. —種半導體裝置之製造方法，是針對具備：介由閘 極絕緣膜而設置在具有第1導電型的半導體基板上的閘極 、及在前述半導體基板內相互分離而設置的第2導電型的 源極、汲極區域之半導體裝置之製造方法，其特徵爲： 前述閘極絕緣膜之形成工程，係包含有：堆積非晶質 之Ti02膜或者Zr02膜之工程。 3. —種半導體裝置之製造方法，是針對具備：介由閘 極絕緣膜而設置在具有第1導電型的半導體基板上的閘極 、及在前述半導體基板內相互分離而設置的第2導電型的 源極、汲極區域之半導體裝置之製造方法，其特徵爲： 前述閘極絕緣膜之形成工程，係包含有：利用電漿化 學氣相沈積法予以堆積非晶質之Ti02膜或者Zr02膜之工程 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〇 4. 如申請專利範圍第2項或者第3項中任一項所記載 之半導體裝置之製造方法，其中前述閘極絕緣膜，係即使 在形成前述閘極之前的階段中，也在其上部保有非晶質構 造。 . 5 .如申請專利範圍第4項記載之半導體裝置之製造方 21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率（CHS') A4规格（210X297公釐） 200304184 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 法，其中前述閘極絕緣膜，係即使在經過晶圓製程之全部 工程後，也保有非晶質構造。 6.如申請專利範圍第5項記載之半導體裝置之製造方 法，其中閘極絕緣膜形成工程，係在形成源極、汲極予以 電氣活化之工程之後。 7· —*種半導體裝置’是針對具備··介由聞極絕緣膜而 設置在具有第1導電型的半導體基板上的閘極、及在前述 半導體基板內相互分離而設置的第2導電型的源極、汲極 區域之半導體裝置，其特徵爲： 則述闊極絕緣膜之主要構成材料，係非晶晳彳冓造之 Ti02膜或者Zr02膜。 I 1— n J1 I JM n I I c请先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐） 22
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