JP4445484B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4445484B2 JP4445484B2 JP2006119539A JP2006119539A JP4445484B2 JP 4445484 B2 JP4445484 B2 JP 4445484B2 JP 2006119539 A JP2006119539 A JP 2006119539A JP 2006119539 A JP2006119539 A JP 2006119539A JP 4445484 B2 JP4445484 B2 JP 4445484B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- insulating region
- metal
- insulating
- metal oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法、特にゲート絶縁膜等の絶縁膜の性能向上に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to improvement in performance of an insulating film such as a gate insulating film.
MISFETの微細化に伴い、ゲート電極のより一層の低抵抗化が要求されてきている。また、ポリシリコンによるゲート電極では、空乏化の問題が無視できなくなってきている。そのため、メタル単層のゲート電極構造が望まれている。また、ゲート絶縁膜については、より一層の薄膜化の要求から、SiO2 の代わりに金属酸化膜系の高誘電体膜(例えばTiO2 膜)を用いることが提案されている。しかしながら、TiO2 膜を通常のCVD等で成膜した場合、以下ような問題が生じる。 With the miniaturization of MISFETs, there is a demand for further lowering the resistance of the gate electrode. Further, in the case of a gate electrode made of polysilicon, the problem of depletion cannot be ignored. Therefore, a metal single layer gate electrode structure is desired. Further, as a gate insulating film, it has been proposed to use a metal oxide-based high dielectric film (for example, a TiO 2 film) instead of SiO 2 because of a demand for further thinning. However, when the TiO 2 film is formed by normal CVD or the like, the following problems occur.
図9は、従来技術を説明するための工程断面図である。 FIG. 9 is a process cross-sectional view for explaining the prior art.
まず、図9(a)に示すように、シリコン基板100上に、ゲート絶縁膜となる10nm程度のTiO2 膜101を、LP−CVD法により成膜する。CVDガスとしては、例えばTi(C11H19O2 )2 Cl2 を用いればよい。
First, as shown in FIG. 9A, a TiO 2 film 101 of about 10 nm that becomes a gate insulating film is formed on a
次に、図9(b)に示すように、メタル電極材料のゲート絶縁膜への拡散を防ぐため、或いは仕事関数を制御するために、バリアメタルとして、例えば10〜20nmの膜厚のTiN膜102を、TiCl4 とNH3 の混合ガス雰囲気にてCVD法により成膜する。 Next, as shown in FIG. 9B, in order to prevent diffusion of the metal electrode material into the gate insulating film or to control the work function, for example, a TiN film having a thickness of 10 to 20 nm as a barrier metal. 102 is formed by CVD in a mixed gas atmosphere of TiCl 4 and NH 3 .
次に、図9(c)に示すように、ゲート電極となるW、Al、Cu等のメタル電極膜103をCVD法等で成膜する。バリアメタル膜102及びメタル電極膜103を成膜した後、反応性イオンエッチング等により、ゲート電極パターンを形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, a
しかしながら、従来は、ゲート絶縁膜となるTiO2 膜101の膜構造に関して、以下のような問題があった。図10は、TiO2 膜101の膜構造を模式的に示したものであり、図10(a)はTiO2 膜101の断面図、図10(b)はTiO2 膜101の上面図である。
However, conventionally, there are the following problems with respect to the film structure of the TiO 2
図9(a)の工程においてTiO2 膜101を成膜するときに、図10(a)及び(b)に示すように、TiO2 の結晶粒111間に明確な結晶粒界112が形成される。そのため、結晶粒界112において絶縁性が劣化し、ゲート絶縁膜であるTiO2 膜101の電気的絶縁性が極端に劣化してしまう。したがって、特性や信頼性に優れたMISトランジスタを作製することが著しく困難になってしまう。
When the TiO 2
このように、ゲート絶縁膜としてTiO2 等の金属酸化物を用いる場合、従来は、TiO2 等の結晶粒間に明確な結晶粒界が形成されるため、ゲート絶縁膜の電気的絶縁性が著しく劣化するという問題があった。 As described above, when a metal oxide such as TiO 2 is used as the gate insulating film, conventionally, a clear crystal grain boundary is formed between crystal grains such as TiO 2. There was a problem that it deteriorated remarkably.
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、ゲート絶縁膜等の絶縁膜の絶縁性を向上させることができ、特性及び信頼性の向上をはかることが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can improve the insulating properties of an insulating film such as a gate insulating film, and can improve characteristics and reliability, and its manufacture. It aims to provide a method.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の主面側に形成された絶縁膜を有し、該絶縁膜が、金属酸化物からなる互いに離間した複数の粒状絶縁領域と、隣接する粒状絶縁領域間に形成された非晶質絶縁物からなる粒間絶縁領域と、から構成され、前記粒状絶縁領域は、前記金属酸化物の結晶を少なくとも含んで構成され、前記粒間絶縁領域は、シリコン、酸素及び前記金属酸化物を構成する金属元素を少なくとも含んだ非晶質絶縁物で構成され、前記粒状絶縁領域を構成する前記金属酸化物の結晶粒は、単一の単結晶又は、単結晶どうしのなす角度が10度以内の複数の単結晶の集合で構成されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention has an insulating film formed on the main surface side of a semiconductor substrate, and the insulating film is formed between a plurality of granular insulating regions made of metal oxide and spaced apart from each other and adjacent granular insulating regions. An intergranular insulating region made of an amorphous insulator formed in the insulating layer, wherein the granular insulating region includes at least the crystal of the metal oxide, and the intergranular insulating region is made of silicon, oxygen And an amorphous insulator containing at least a metal element constituting the metal oxide, and the crystal grains of the metal oxide constituting the granular insulating region are a single single crystal or single crystals. It is characterized by being composed of a set of a plurality of single crystals with an angle formed within 10 degrees .
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の主面側に金属化合物膜を形成する工程と、前記金属化合物膜を酸化して、前記金属化合物膜を構成する金属元素の金属酸化物からなる互いに離間した複数の粒状絶縁領域と、隣接する粒状絶縁領域間に形成された非晶質絶縁物からなる粒間絶縁領域と、から構成される絶縁膜を形成する工程と、を有し、前記金属化合物膜は、前記金属酸化物を構成する金属元素及びシリコンを少なくとも含んで構成され、前記粒状絶縁領域は、前記金属酸化物の結晶を少なくとも含んで構成され、前記粒間絶縁領域は、シリコン、酸素及び前記金属酸化物を構成する金属元素を少なくとも含んだ非晶質絶縁物で構成され、前記粒状絶縁領域を構成する前記金属酸化物の結晶粒は、単一の単結晶又は、単結晶どうしのなす角度が10度以内の複数の単結晶の集合で構成されていることを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a metal compound film on a main surface side of a semiconductor substrate, and a metal oxide of a metal element constituting the metal compound film by oxidizing the metal compound film. Forming an insulating film composed of a plurality of granular insulating regions spaced apart from each other, and an intergranular insulating region made of an amorphous insulator formed between adjacent granular insulating regions, The metal compound film includes at least a metal element constituting the metal oxide and silicon, the granular insulating region includes at least a crystal of the metal oxide, and the intergranular insulating region includes: It is composed of an amorphous insulator including at least silicon, oxygen, and a metal element constituting the metal oxide, and the crystal grain of the metal oxide constituting the granular insulating region is a single single crystal or a single crystal. Result What angle between and it is characterized in that it consists of a set of a plurality of single crystal within 10 degrees.
本発明によれば、絶縁膜を粒状絶縁領域と粒間絶縁領域とで構成することにより、粒状絶縁領域に含まれる結晶粒どおしが直接接触することを防止することができる。そのため、結晶粒間の明確な結晶粒界をなくすことができ、絶縁性の劣化を抑制することが可能となる。したがって、この絶縁膜をMISトランジスタのゲート絶縁膜に用いることにより、特性及び信頼性に優れたMISトランジスタを作製することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the crystal grains contained in the granular insulating region from coming into direct contact by configuring the insulating film with the granular insulating region and the intergranular insulating region. Therefore, a clear crystal grain boundary between crystal grains can be eliminated, and insulation deterioration can be suppressed. Therefore, by using this insulating film as the gate insulating film of the MIS transistor, a MIS transistor having excellent characteristics and reliability can be manufactured.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る図であり、MISトランジスタのゲート絶縁膜等、電気的絶縁を行うための絶縁膜の構造を示した図である。図1(a)はその断面図、図1(b)はその上面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram according to the first embodiment of the present invention, and shows the structure of an insulating film for electrical insulation, such as a gate insulating film of a MIS transistor. FIG. 1A is a sectional view thereof, and FIG. 1B is a top view thereof.
絶縁膜10の基本的な構造は、以下の通りである。絶縁膜10は、複数の粒状絶縁領域11と、隣接する粒状絶縁領域11間に形成された粒間絶縁領域12とから構成されている。粒状絶縁領域11は、金属酸化物からなる粒によって構成され、各粒状絶縁領域11は互いに離間している。粒間絶縁領域12は、非晶質絶縁物によって構成されている(構造Aとする)。
The basic structure of the
上記構造Aに対応する製造方法は、以下の通りである。まず、半導体基板の主面側に所定の金属化合物膜を形成する。続いて、この金属化合物膜を酸化して、金属酸化物(金属化合物膜を構成する金属元素の金属酸化物)からなる粒状絶縁領域11を形成するとともに、非晶質絶縁物からなる粒間絶縁領域12を形成する(製造方法Aとする)。
The manufacturing method corresponding to the structure A is as follows. First, a predetermined metal compound film is formed on the main surface side of the semiconductor substrate. Subsequently, the metal compound film is oxidized to form a granular insulating region 11 made of a metal oxide (metal oxide of a metal element constituting the metal compound film), and intergranular insulation made of an amorphous insulator.
このように、絶縁膜10を粒状絶縁領域11と粒間絶縁領域12とで構成することにより、粒状絶縁領域11に含まれる結晶粒どおしが直接接触することがないため、結晶粒間の明確な結晶粒界がなくなる。そのため、絶縁膜のリーク電流を低減することができ、絶縁性の劣化を抑制することが可能となる。したがって、絶縁膜10をMISトランジスタのゲート絶縁膜等に用いることにより、特性及び信頼性の向上をはかることができる。
Thus, since the
上記構造A及び製造方法Aの好ましい態様としては、以下の3態様があげられる。 Preferred embodiments of the structure A and production method A include the following three embodiments.
金属化合物膜は、粒状絶縁領域11の金属酸化物を構成する金属元素及びシリコンを少なくとも含んで構成されている。粒状絶縁領域11は、金属酸化物の結晶を少なくとも含んで構成されている。粒間絶縁領域12は、シリコン、酸素及び粒状絶縁領域11の金属酸化物を構成する金属元素を少なくとも含んだ非晶質絶縁物で構成されている(構造B、製造方法Bとする)。
The metal compound film includes at least a metal element constituting the metal oxide of the granular insulating region 11 and silicon. The granular insulating region 11 includes at least a metal oxide crystal. The intergranular
金属化合物膜は、粒状絶縁領域11の金属酸化物を構成する第1の金属元素及び第1の金属元素とは異なる第2の金属元素を少なくとも含んで構成されている。粒状絶縁領域11は、金属酸化物の結晶を少なくとも含んで構成されている。粒間絶縁領域12は、酸素及び第2の金属元素を少なくとも含んだ非晶質絶縁物で構成されている(構造C、製造方法Cとする)。
The metal compound film is configured to include at least a first metal element constituting the metal oxide of the granular insulating region 11 and a second metal element different from the first metal element. The granular insulating region 11 includes at least a metal oxide crystal. The intergranular
金属化合物膜は、粒状絶縁領域11の金属酸化物を構成する金属元素を少なくとも含んで構成されている。粒状絶縁領域11は、金属酸化物の結晶粒によって構成されている。粒間絶縁領域12は、粒状絶縁領域11の金属酸化物と同種の非晶質金属酸化物によって構成されている(構造D、製造方法Dとする)。
The metal compound film is configured to include at least a metal element constituting the metal oxide of the granular insulating region 11. The granular insulating region 11 is composed of metal oxide crystal grains. The
上記構造A〜D及び製造方法A〜Dのさらに好ましい態様としては、以下の態様があげられる。 The following aspects are mentioned as a more preferable aspect of said structure AD and manufacturing method AD.
(1)構造及び製造方法Bにおいて、粒状絶縁領域11は、金属酸化物の結晶粒のみで構成されている、或いは金属酸化物の結晶粒及び該金属酸化物の非晶質を含んで構成されている。 (1) In the structure and manufacturing method B, the granular insulating region 11 is composed only of metal oxide crystal grains, or includes metal oxide crystal grains and amorphous metal oxide. ing.
(2)構造及び製造方法Dにおいて、粒状絶縁領域11は、金属酸化物の単結晶粒のみで構成されている。 (2) In the structure and manufacturing method D, the granular insulating region 11 is composed only of single crystal grains of metal oxide.
(3)構造及び製造方法Aにおいて、粒状絶縁領域11を構成する結晶粒は、同一結晶面方位のなす角度が10度以下、望ましくは5度以下である複数の単結晶(金属酸化物の単結晶)の集合により構成されている。単結晶どおしのなす角度が10度以内であれば、仮に単結晶どおしが接触して結晶粒界が形成されたとしてしても、結晶粒界エネルギーは小さく、電気的絶縁性をほとんど劣化させないためである。 (3) In the structure and manufacturing method A, the crystal grains constituting the granular insulating region 11 are a plurality of single crystals (single metal oxides) whose angle formed by the same crystal plane orientation is 10 degrees or less, preferably 5 degrees or less. Crystal). If the angle formed between the single crystals is within 10 degrees, even if the single crystals are in contact with each other and a crystal grain boundary is formed, the crystal grain boundary energy is small, and the electrical insulating property is reduced. This is because it hardly deteriorates.
(4)構造及び製造方法Bにおいて、粒間絶縁領域12を構成する非晶質絶縁物は、粒状絶縁領域11を構成する金属酸化物と同種の金属酸化物及びシリコン酸化物を少なくとも含み、場合によってはシリコン窒化酸化物或いはシリコン窒化物の少なくとも一つを含む。シリコン酸化物、シリコン窒化酸化物及びシリコン窒化物は、容易に非晶質となるため、粒間絶縁領域12の構成材料として適しているといえる。
(4) In the structure and the manufacturing method B, the amorphous insulator constituting the intergranular
(5)構造及び製造方法Cにおいて、粒間絶縁領域12を構成する第2の金属元素を含む第2の金属酸化物の結晶化温度は、粒状絶縁領域11を構成する第1の金属酸化物を含む第2の金属酸化物の結晶化温度より高い。第2の金属酸化物の結晶化温度が第1の金属酸化物の結晶化温度より高いため、第2の金属酸化物の非晶質が形成されやすくなる。
(5) In the structure and manufacturing method C, the crystallization temperature of the second metal oxide containing the second metal element constituting the intergranular
(6)構造及び製造方法Aにおいて、金属酸化物としては、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ニオブ酸化物、又はアルミニウム酸化物等、シリコン酸化物よりも誘電率が高い金属酸化物の少なくとも一つがあげられる。 (6) In the structure and manufacturing method A, the metal oxide has a dielectric constant higher than that of silicon oxide such as titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, or aluminum oxide. There is at least one of high metal oxides.
(7)構造及び製造方法Aにおいて、金属酸化物及び金属化合物膜に含まれる金属元素としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、ニオブ、又はアルミニウムの少なくとも一つがあげられる。 (7) In the structure and manufacturing method A, examples of the metal element contained in the metal oxide and metal compound film include at least one of titanium, zirconium, hafnium, tantalum, niobium, and aluminum.
(8)構造及び製造方法Bにおいて、金属化合物膜としては、シリコンを含む金属窒化膜、シリコンを含む金属窒化酸化膜、シリコンを含む金属窒化炭化膜、シリコンを含む金属炭化膜、シリコンを含む金属酸化膜、シリコンを含む金属炭化酸化膜の少なくとも一つがあげられる。 (8) In the structure and manufacturing method B, as the metal compound film, a metal nitride film containing silicon, a metal oxynitride film containing silicon, a metal oxynitride film containing silicon, a metal carbide film containing silicon, and a metal containing silicon Examples thereof include at least one of an oxide film and a metal carbonized oxide film containing silicon.
(9)構造及び製造方法Dにおいて、金属化合物膜としては、金属窒化膜、金属窒化酸化膜、金属窒化炭化膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属炭化酸化膜の少なくとも一つがあげられる。 (9) In the structure and manufacturing method D, examples of the metal compound film include at least one of a metal nitride film, a metal nitrided oxide film, a metal nitrided carbonized film, a metal carbide film, a metal oxide film, and a metal carbonized oxide film.
(10)構造及び製造方法Dにおいて、絶縁膜10の厚さは、10nm程度以下、望ましくは5nm程度以下にする。このように絶縁膜10の厚さを薄くすると、非晶質金属酸化物からなる粒間絶縁領域12を形成しやすくなる。
(10) In the structure and manufacturing method D, the thickness of the insulating
(11)構造及び製造方法Aにおいて、絶縁膜10をMISトランジスタのゲート絶縁膜として用いる場合、絶縁膜10の下地としては、シリコン基板、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜或いはシリコン窒化酸化膜があげられる。特に、シリコン基板と絶縁膜10との間に数原子層程度のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜或いはシリコン窒化酸化膜が形成されていると、界面準位の制御が容易になるため、電子やホールの移動度を高めることが可能となる。
(11) In the structure and manufacturing method A, when the insulating
(実施形態2)
図1は、本発明の第2の実施形態に係る図であり、MISトランジスタのゲート絶縁膜等、電気的絶縁を行うための絶縁膜の構造を示した図である。図2(a)はその断面図、図2(b)はその上面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 1 is a diagram according to a second embodiment of the present invention, and shows a structure of an insulating film for performing electrical insulation, such as a gate insulating film of a MIS transistor. FIG. 2A is a sectional view thereof, and FIG. 2B is a top view thereof.
本実施形態では、粒状絶縁領域11及び粒間絶縁領域12から構成される主絶縁領域10a(図1に示した絶縁膜10の領域に対応)の少なくとも一方の表面上に、該一方の表面を覆うように被覆絶縁領域13が形成されており、粒状絶縁領域11、粒間絶縁領域12及び被覆絶縁領域13によって絶縁膜10を構成している。被覆絶縁領域13は、粒間絶縁領域12を構成する非晶質絶縁物と同種の非晶質絶縁物によって構成されている。粒状絶縁領域11及び粒間絶縁領域12については、第1の実施形態と同様である。
In the present embodiment, the one surface is placed on at least one surface of the main insulating region 10a (corresponding to the region of the insulating
粒状絶縁領域11及び粒間絶縁領域12から構成される主絶縁領域10aの表面は、粒状絶縁領域11に含まれる結晶粒によって凹凸が形成されている場合があり、モフォロジーの劣化を招く場合がある。本実施形態では、被覆絶縁領域13を形成することにより、このようなモフォロジーの劣化を抑制することが可能になる。
The surface of the main insulating region 10a composed of the granular insulating region 11 and the intergranular
(実施形態3)
図3は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
まず、図3(a)に示すように、シリコン基板30上に、金属化合物膜31として、厚さ2nm程度のシリコンを含むTiN膜を成膜する。このシリコンを含むTiN膜31の成膜法としては、TiCl4 、NH3 及びSiH4 の混合ガス雰囲気でのCVD法があげられる。
First, as shown in FIG. 3A, a TiN film containing silicon having a thickness of about 2 nm is formed on the
また、シリコンを含むTiN膜31を成膜する場合、混合ガスとしては、上述したTiCl4 /NH3 /SiH4 以外にも、以下の混合ガスを用いることができる。
In addition, when the
(C5 H5 )(C8 H8 )Ti/NH3 /SiH4 系、
(C5 H5 )2 Ti[N(CH3 )2 ]2 /NH3 /SiH4 系、
(C5 H5 )2 TiCl2 /NH3 /SiH4 系、
[(CH3 )3 SiCH2 ]4 Ti/NH3 系、
Ti[N(CH3 )2 ]4 /SiH4 系、
Ti[N(C2 H5 )2 ]4 /SiH4 系、
(C5 H5 )2 Ti(N3 )2 /SiH4 系。
(C 5 H 5 ) (C 8 H 8 ) Ti / NH 3 / SiH 4 system,
(C 5 H 5 ) 2 Ti [N (CH 3 ) 2 ] 2 / NH 3 / SiH 4 system,
(C 5 H 5 ) 2 TiCl 2 / NH 3 / SiH 4 system,
[(CH 3 ) 3 SiCH 2 ] 4 Ti / NH 3 system,
Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 / SiH 4 system,
Ti [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 / SiH 4 system,
(C 5 H 5 ) 2 Ti (N 3 ) 2 / SiH 4 system.
後者の3種類の混合ガスは、NH3 やNラジカルのような窒化剤がなくてもTiNを成膜できるが、窒化剤を添加して成膜してもよい。 The latter three types of mixed gas can form a film of TiN without a nitriding agent such as NH 3 or N radicals, but may be formed by adding a nitriding agent.
また、Siを含むTiターゲット或いはN及びSiを含むTiターゲットをターゲットとして用いるとともに、Ar(Kr又はXeでもよい)とN(N2 など)を含む混合ガスのプラズマを用いたスパッタ法(真空蒸着法でもよい)によって、シリコンを含むTiN膜を成膜することも可能である。スパッタ法を用いる場合、ArやXeなどのターゲットをスパッタするイオン、及びターゲットから離脱した粒子のエネルギーを、最大で100eV以下、望ましくは50eV以下、より望ましくは20eV以下程度にする。このようにすると、膜表面へのダメージを少なくできるため、より信頼性の高いゲート絶縁膜を形成することが可能である。 In addition, a Ti target containing Si or a Ti target containing N and Si is used as a target, and a sputtering method (vacuum deposition) using a mixed gas plasma containing Ar (Kr or Xe) and N (N 2 etc.) is used. It is also possible to form a TiN film containing silicon. When the sputtering method is used, the energy of ions sputtered from the target such as Ar or Xe and the particles separated from the target are set to 100 eV or less, desirably 50 eV or less, and more desirably 20 eV or less. In this way, damage to the film surface can be reduced, so that a more reliable gate insulating film can be formed.
次に、図3(b)に示すように、O2 雰囲気、O3 雰囲気、酸素ラジカル雰囲気或いは水蒸気雰囲気中において、熱処理によりシリコンを含むTiN膜31の酸化を行う。この酸化処理により、第1の実施形態の構造Bに対応した絶縁膜32(ゲート絶縁膜)が形成される。すなわち、TiO2 結晶粒からなる粒状絶縁領域33が形成されるとともに、隣接する粒状絶縁領域33間には非晶質絶縁物からなる粒間絶縁領域34が形成される。粒間絶縁領域34には、Ti酸化物及びシリコン酸化物が少なくとも含まれ、場合によってはシリコン窒化物或いはシリコン窒化酸化物等も含まれる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
なお、上記酸化処理を過剰に行うことにより、シリコン基板30と絶縁膜32の界面にシリコン酸化膜を形成してもよい。
Note that a silicon oxide film may be formed at the interface between the
また、シリコンを含むTiN膜31が薄くなるほど、酸化処理中に発生する窒素或いはシリコンを含むTiN膜31の成膜中に混入した塩素や炭素等の不純物が、酸化処理中に外方に拡散しやすくなるため、不純物の少ない良質な絶縁膜が得られやすい。従って、シリコンを含むTiN膜31の膜厚は、5nm以下、望ましくは2nm程度にすることが望ましい。膜厚の厚い絶縁膜32を形成する場合には、上記膜厚を有する膜厚の薄いシリコンを含むTiN膜31の成膜工程と酸化工程とを繰り返し行う。これにより、膜厚の厚い絶縁膜32を形成することも可能である。
Further, as the
次に、図3(c)に示すように、バリアメタル35として例えばTiN膜をCVD法により成膜し、さらにバリアメタル35上にゲート電極膜36として所望の金属膜を成膜する。
Next, as shown in FIG. 3C, for example, a TiN film is formed as a
以上の工程により、第1の実施形態の構造Bに対応した絶縁膜32をゲート絶縁膜に適用した構造が形成される。
Through the above steps, a structure in which the insulating
なお、TiO2 結晶粒33は、単一の単結晶粒であってもよく、同一結晶面方位のなす角度が10度以下、望ましくは5度以下の複数の単結晶粒の集合であってもよい。単結晶粒どおしのなす角度が10度以下では、それらの結晶粒界エネルギーが小さいため、絶縁性の劣化がほとんどないためである。 The TiO 2 crystal grain 33 may be a single single crystal grain, or may be a set of a plurality of single crystal grains whose angle formed by the same crystal plane orientation is 10 degrees or less, preferably 5 degrees or less. Good. This is because, when the angle formed between the single crystal grains is 10 degrees or less, the crystal grain boundary energy is small, so that there is almost no deterioration in insulation.
また、シリコンを含むTiN膜31の酸化を行う時に、過剰な酸化によりシリコン基板30と絶縁膜32の界面にシリコン酸化膜が形成され、その膜厚が厚すぎる場合がある。このような場合は、シリコンを含むTiN膜31の成膜前に、あらかじめシリコン基板30上に1nm程度の極薄いシリコン窒化酸化膜を、NO或いはN2 O等のガスを含む雰囲気で形成しておき、このシリコン窒化酸化膜によってシリコン基板30が酸化されるのを防げばよい。また、あらかじめシリコン窒化酸化膜の代わりにシリコン酸化膜を形成しておいてもよい。
Further, when the
また、本実施形態ではシリコンを含むTiN膜31を酸化して絶縁膜32を形成するようにしたが、種々の変形が可能である。
In the present embodiment, the insulating
絶縁膜32に含まれる金属酸化物を構成する金属元素としては、上記Tiの他に、Zr、Hf、Ta、Nb、Alを用いることも可能である。以下、これらの金属元素を用いた例を列挙する。
In addition to Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, and Al can be used as the metal element constituting the metal oxide contained in the insulating
TaCl5 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、TaBr5 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、或いはTaI5 /NH3 /SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によってSiを含むTaN膜を形成し、このTaN膜を酸化する。これにより、Ta2 O5 の結晶粒を少なくとも含む粒状絶縁領域33が形成されるとともに、Ta酸化物及びシリコン酸化物等を含む粒間絶縁領域34が形成される。
TaN film containing Si by a CVD method using a TaCl 5 / NH 3 / SiH 4 mixed gas, a TaBr 5 / NH 3 / SiH 4 mixed gas, or a TaI 5 / NH 3 / SiH 4 mixed gas And the TaN film is oxidized. As a result, a granular
Ta(OC2 H5 )/SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によって、Cを1%以上含有するSiを含むTa2 O5 膜を形成し、このTa2 O5 膜をオゾンを用いて酸化することにより、CをOに置換する。これにより、Ta2 O5 の結晶粒を少なくとも含む粒状絶縁領域33が形成されるとともに、Ta酸化物及びシリコン酸化物等を含む粒間絶縁領域34が形成される。
A Ta 2 O 5 film containing Si containing 1% or more of C is formed by CVD using a mixed gas of Ta (OC 2 H 5 ) / SiH 4 , and this Ta 2 O 5 film is made of ozone. C is replaced with O by oxidation. As a result, a granular
NbCl5 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、NbBr5 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、或いはNbI5 /NH3 /SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によってSiを含むNbN膜を形成し、このNbN膜を酸化する。これにより、Nb2 O5 の結晶粒を少なくとも含む粒状絶縁領域33が形成されるとともに、Nb酸化物及びシリコン酸化物等を含む粒間絶縁領域34が形成される。
NbN film containing Si by a CVD method using a mixed gas of NbCl 5 / NH 3 / SiH 4 system, a mixed gas of NbBr 5 / NH 3 / SiH 4 system, or a mixed gas of NbI 5 / NH 3 / SiH 4 system And the NbN film is oxidized. Thereby, the granular
TiBr4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、或いはTiI4 /NH3 /SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によってSiを含むTiN膜を形成し、このTiN膜を酸化する。これにより、TiO2 の結晶粒を少なくとも含む粒状絶縁領域33が形成されるとともに、Ti酸化物及びシリコン酸化物等を含む粒間絶縁領域34が形成される。
The TiN film containing Si was formed by TiBr 4 / NH 3 / SiH 4 gas mixture of, or TiI 4 / NH 3 / SiH 4 based CVD method using a mixed gas to oxidize the TiN film. Thereby, the granular
ZrCl4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、ZrBr4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、ZrI4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、Zr[N(C2 H5 )2 ]4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、或いはZr[N(CH3 )2 ]4 /NH3 /SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によってSiを含むZrN膜を形成し、このZrN膜を酸化する。これにより、ZrO2 の結晶粒を少なくとも含む粒状絶縁領域33が形成されるとともに、Zr酸化物及びシリコン酸化物等を含む粒間絶縁領域34が形成される。
ZrCl 4 / NH 3 / SiH 4 mixed gas, ZrBr 4 / NH 3 / SiH 4 mixed gas, ZrI 4 / NH 3 / SiH 4 mixed gas, Zr [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 / NH 3 / SiH 4 gas mixture of, or Zr [N (CH 3) 2 ] to form a ZrN film containing Si by CVD method using 4 / NH 3 / SiH 4 gas mixture of, the ZrN Oxidize the membrane. As a result, a granular
HfCl4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、HfBr4 /NH3 /SiH4 系の混合ガス、或いはHfI4 /NH3 /SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によってSiを含むHfN膜を形成し、このHfN膜を酸化する。これにより、HfO2 の結晶粒を少なくとも含む粒状絶縁領域33が形成されるとともに、Hf酸化物及びシリコン酸化物等を含む粒間絶縁領域34が形成される。
HfCl 4 / NH 3 / SiH 4 gas mixture of, HfBr 4 / NH 3 / SiH 4 gas mixture of, or HfI 4 / NH 3 / SiH 4 based HfN film containing Si by CVD method using a mixed gas And the HfN film is oxidized. As a result, a granular
このように、Si及び金属元素を含む金属化合物膜を酸化することにより、金属酸化物及びシリコン酸化物等を含む非晶質の粒間絶縁領域34が容易に形成される。
Thus, by oxidizing the metal compound film containing Si and a metal element, an amorphous intergranular
また、上述した例では、Si及び金属元素を含む金属化合物膜を酸化することにより、金属酸化物の結晶を含む粒状絶縁領域33と、金属酸化物及びシリコン酸化物等を含む非晶質の粒間絶縁領域34を形成するようにしたが、以下に示すような例も考えられる。
Further, in the above-described example, by oxidizing a metal compound film containing Si and a metal element, a granular
まず、第1の金属元素及び第1の金属元素とは異なる第2の金属元素を少なくとも含む金属化合物膜をシリコン基板30上に形成する。この金属化合物膜を酸化することにより、第1の金属元素の金属酸化物(第1の金属酸化物)で構成される粒状絶縁領域33と、第2の金属元素の金属酸化物で構成される粒間絶縁領域34とからなる絶縁膜32を形成する(第2の金属酸化物)。
First, a metal compound film including at least a first metal element and a second metal element different from the first metal element is formed on the
このとき、第2の金属酸化物の結晶化温度が第1の金属酸化物の結晶化温度よりも高くなるように、第1の金属元素及び第2の金属元素を選択しておく。酸化温度を、第1の金属酸化物の結晶化温度よりも高く、第2の金属酸化物の結晶化温度よりも低くすることで、結晶粒状態の第1の金属酸化物と非晶質状態の第2の金属酸化物を形成することが可能となり、図3に示した構造と同様の構造を得ることができる。 At this time, the first metal element and the second metal element are selected so that the crystallization temperature of the second metal oxide is higher than the crystallization temperature of the first metal oxide. By making the oxidation temperature higher than the crystallization temperature of the first metal oxide and lower than the crystallization temperature of the second metal oxide, the first metal oxide in the crystalline state and the amorphous state The second metal oxide can be formed, and a structure similar to the structure shown in FIG. 3 can be obtained.
(実施形態4)
図4は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
まず、図4(a)に示すように、シリコン基板40上に、金属化合物膜41として、厚さ5nm以下、望ましくは2nm程度のTiN膜を成膜する。このTiN膜41の成膜法としては、TiCl4 及びNH3 の混合ガス雰囲気でのCVD法があげられる。
First, as shown in FIG. 4A, a TiN film having a thickness of 5 nm or less, preferably about 2 nm is formed on the
また、TiN膜41を成膜する場合、混合ガスとしては、上述したTiCl4 /NH3 以外にも、以下の混合ガスを用いることができる。
When forming the
(C5 H5 )(C8 H8 )Ti/NH3 系、
(C5 H5 )2 Ti[N(CH3 )2 ]2 /NH3 系、
(C5 H5 )2 TiCl2 /NH3 系、
[(CH3 )3 SiCH2 ]4 Ti/NH3 系、
Ti[N(CH3 )2 ]4 系、
Ti[N(C2 H5 )2 ]4 系、
(C5 H5 )2 Ti(N3 )2 系。
(C 5 H 5 ) (C 8 H 8 ) Ti / NH 3 system,
(C 5 H 5 ) 2 Ti [N (CH 3 ) 2 ] 2 / NH 3 system,
(C 5 H 5 ) 2 TiCl 2 / NH 3 system,
[(CH 3 ) 3 SiCH 2 ] 4 Ti / NH 3 system,
Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 system,
Ti [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 system,
(C 5 H 5 ) 2 Ti (N 3 ) 2 system.
後者の3種類の混合ガスは、NH3 やNラジカルのような窒化剤がなくてもTiNを成膜できるが、窒化剤を添加して成膜してもよい。 The latter three types of mixed gas can form a film of TiN without a nitriding agent such as NH 3 or N radicals, but may be formed by adding a nitriding agent.
また、Tiターゲット或いはNを含むTiターゲットをターゲットとして用いるとともに、Ar(Kr又はXeでもよい)とN(N2 など)を含む混合ガスのプラズマを用いたスパッタ法(真空蒸着法でもよい)によって、TiN膜を成膜することも可能である。スパッタ法を用いる場合、ArやXeなどのターゲットをスパッタするイオン、及びターゲットから離脱した粒子のエネルギーを、最大で100eV以下、望ましくは50eV以下、より望ましくは20eV以下程度にする。このようにすると、成膜表面へのダメージを少なくできるため、より信頼性の高いゲート絶縁膜を形成することが可能である。 Further, a Ti target or a Ti target containing N is used as a target, and a sputtering method using a mixed gas plasma containing Ar (may be Kr or Xe) and N (N 2 or the like) (may be a vacuum deposition method). A TiN film can also be formed. When the sputtering method is used, the energy of ions sputtered from the target such as Ar or Xe and the particles separated from the target are set to 100 eV or less, desirably 50 eV or less, and more desirably 20 eV or less. In this way, damage to the film formation surface can be reduced, so that a more reliable gate insulating film can be formed.
次に、図4(b)に示すように、O2 雰囲気、O3 雰囲気、酸素ラジカル雰囲気或いは水蒸気雰囲気中において、熱処理(500℃以下が望ましい)によりTiN膜41の酸化を行う。この酸化処理により、第1の実施形態の構造Dに対応した絶縁膜42(ゲート絶縁膜)が形成される。すなわち、TiO2 結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、隣接する粒状絶縁領域43間にはTiO2 の非晶質絶縁物からなる粒間絶縁領域44が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the
TiN膜41の膜厚が2nmと薄いため、膜厚が厚い場合に比べて結晶化エネルギーが非常に高くなる。そのため、10nm以上の膜厚の厚いTiNを酸化した時のように、結晶粒が大きく成長して結晶粒どおしがぶつかり合うことがない。したがって、明確な結晶粒界を形成することはなく、隣接するTiO2 結晶粒(粒状絶縁領域43)間には非晶質TiO2 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
Since the film thickness of the
図5は、TiO2 膜厚を変化させたときの、TiN膜の酸化温度に対するTiO2 結晶粒径を示したものである。また、図6は、図5のA、B及びC点におけるTiO2 膜の膜構造を示したものである。 FIG. 5 shows the TiO 2 crystal grain size with respect to the oxidation temperature of the TiN film when the TiO 2 film thickness is changed. FIG. 6 shows the film structure of the TiO 2 film at points A, B and C in FIG.
酸化温度が低い場合には、TiO2 膜厚が厚くても結晶粒径の大きなTiO2 が成長し難い(例えば、図5のA点に対応)。したがって、TiO2 膜は図6(a)に示すような構造となる。TiO2 膜厚が薄い場合には、酸化温度が高くても結晶粒径の大きなTiO2 は成長しない(例えば、図5のB点に対応)。したがって、TiO2 膜は図6(b)に示すような構造となる。酸化温度が高く、かつTiO2 膜厚が厚い場合には、結晶粒の大きなTiO2 が成長し(例えば、図5のC点に対応)、隣接するTiO2 結晶粒間に明確な明確な結晶粒界が形成され、TiO2 膜は図6(c)に示すような構造となる。したがって、TiO2 膜厚及び酸化温度を適当に選定することにより、結晶粒間に非晶質領域が形成されたリーク電流の少ないTiO2 膜を得ることが可能となる。 If the oxidation temperature is low, TiO 2 big grain size even thick TiO 2 film thickness is unlikely to grow (e.g., corresponding to point A in FIG. 5). Therefore, the TiO 2 film has a structure as shown in FIG. When the TiO 2 film thickness is thin, TiO 2 having a large crystal grain size does not grow even if the oxidation temperature is high (for example, corresponding to point B in FIG. 5). Therefore, the TiO 2 film has a structure as shown in FIG. When the oxidation temperature is high and the TiO 2 film thickness is thick, TiO 2 with large crystal grains grows (for example, corresponding to the point C in FIG. 5), and a clear crystal between adjacent TiO 2 crystal grains. Grain boundaries are formed, and the TiO 2 film has a structure as shown in FIG. Therefore, by appropriately selecting the TiO 2 film thickness and the oxidation temperature, it is possible to obtain a TiO 2 film with a small leakage current in which an amorphous region is formed between crystal grains.
次に、図4(c)に示すように、バリアメタル45として例えばTiN膜をCVD法により成膜し、さらにバリアメタル45上にゲート電極膜46として所望の金属膜を成膜する。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, a TiN film is formed as a
以上の工程により、第1の実施形態の構造Dに対応した絶縁膜42をゲート絶縁膜に適用した構造が形成される。
Through the above steps, a structure in which the insulating
なお、TiO2 結晶粒43は、単一の単結晶粒であってもよく、同一結晶面方位のなす角度が10度以下、望ましくは5度以下の複数の単結晶粒の集合であってもよい。単結晶粒同士のなす角度が10度以下では、それらの結晶粒界エネルギーが小さいため、絶縁性の劣化がほとんどないためである。 The TiO 2 crystal grain 43 may be a single single crystal grain, or may be a set of a plurality of single crystal grains whose angle formed by the same crystal plane orientation is 10 degrees or less, preferably 5 degrees or less. Good. This is because when the angle formed between the single crystal grains is 10 degrees or less, the crystal grain boundary energy is small, so that there is almost no deterioration in insulation.
また、本実施形態ではTiN膜41を酸化して絶縁膜42を形成するようにしたが、種々の変形が可能である。
In the present embodiment, the
絶縁膜42に含まれる金属酸化物を構成する金属元素としては、上記Tiの他に、Zr、Hf、Ta、Nb、Alを用いることも可能である。以下、これらの金属元素を用いた例を列挙する。
In addition to Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, and Al can be used as the metal element constituting the metal oxide contained in the insulating
TaCl5 /NH3 系の混合ガス、TaBr5 /NH3 系の混合ガス、TaI5 /NH3 系の混合ガス、或いは[(CH3 )2 N]5 Taガスを用いたCVD法によってTaN膜を形成し、このTaN膜を酸化する。これにより、Ta2 O5 の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、非晶質のTa2 O5 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
TaN film by CVD using TaCl 5 / NH 3 mixed gas, TaBr 5 / NH 3 mixed gas, TaI 5 / NH 3 mixed gas, or [(CH 3 ) 2 N] 5 Ta gas And the TaN film is oxidized. Thereby, the granular
Ta(OC2 H5 )/SiH4 系の混合ガスを用いたCVD法によって、タンタル窒化酸化膜を形成し、この膜を酸化することによりNをOに置換する。または、この混合ガス系においてCを1%以上含有するタンタル窒化酸化膜を形成するか、或いはTa(OC2 H5 )のみを用いてCを1%以上含有するTa2 O5 膜を形成し、これらの膜をオゾンを用いて酸化することにより、CやNをOに置換する。これらの方法により、Ta2 O5 の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、非晶質のTa2 O5 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
A tantalum oxynitride film is formed by CVD using a mixed gas of Ta (OC 2 H 5 ) / SiH 4 , and this film is oxidized to replace N with O. Alternatively, in this mixed gas system, a tantalum oxynitride film containing 1% or more of C is formed, or a Ta 2 O 5 film containing 1% or more of C is formed using only Ta (OC 2 H 5 ). These films are oxidized using ozone to replace C and N with O. By these methods, the granular
NbCl5 /NH3 系の混合ガス、NbBr5 /NH3 系の混合ガス、或いはNbI5 /NH3 系の混合ガスを用いたCVD法によってNbN膜を形成し、このNbN膜を酸化する。これにより、Nb2 O5 の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、非晶質のNb2 O5 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
NbCl 5 / NH 3 -based mixed gas, a NbN film formed by NbBr 5 / NH 3 -based mixed gas, or NBI 5 / NH 3 based CVD method using a mixed gas oxidizes the NbN film. As a result, a granular
TiBr4 /NH3 系の混合ガス、或いはTiI4 /NH3 系の混合ガスを用いたCVD法によってTiN膜を形成し、このTiN膜を酸化する。これにより、TiO2 の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、非晶質のTiO2 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
The TiN film is formed by TiBr 4 / NH 3 gas mixture of, or TiI 4 / NH 3 based CVD method using a mixed gas to oxidize the TiN film. As a result, a granular
ZrCl4 /NH3 系の混合ガス、ZrBr4 /NH3 系の混合ガス、ZrI4 /NH3 系の混合ガス、Zr[N(C2 H5 )2 ]4 /NH3 系の混合ガス、或いはZr[N(CH3 )2 ]4 /NH3 系の混合ガスを用いたCVD法によってZrN膜を形成し、このZrN膜を酸化する。これにより、ZrO2 の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、非晶質のZrO2 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
ZrCl 4 / NH 3 mixed gas, ZrBr 4 / NH 3 mixed gas, ZrI 4 / NH 3 mixed gas, Zr [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 / NH 3 mixed gas, Alternatively, a ZrN film is formed by a CVD method using a mixed gas of Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 / NH 3 , and this ZrN film is oxidized. As a result, a granular
HfCl4 /NH3 系の混合ガス、HfBr4 /NH3 系の混合ガス、或いはHfI4 /NH3 系の混合ガスを用いたCVD法によってHfN膜を形成し、このHfN膜を酸化する。これにより、HfO2 の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、非晶質のHfO2 からなる粒間絶縁領域44が形成される。
HfCl 4 / NH 3 gas mixture of, HfBr 4 / NH 3 gas mixture of, or by CVD using HFI 4 / NH 3 -based mixed gas to form an HfN film, oxidizing the HfN layer. As a result, a granular
このように、金属元素を含む膜厚の薄い金属化合物膜を酸化することにより、金属酸化物の結晶粒からなる粒状絶縁領域43が形成されるとともに、該金属酸化物の非晶質領域からなる粒間絶縁領域44が容易に形成される。
Thus, by oxidizing a thin metal compound film containing a metal element, a granular
(実施形態5)
図7(a)〜図8(f)は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した工程断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 7A to FIG. 8F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
上述した第1〜第4の実施形態では、MISトランジスタのゲート絶縁膜等に用いる絶縁膜の構造及び成膜方法について説明したが、本実施形態は、このような構造及び成膜法をダマシンゲート構造を有するMISトランジスタに適用した例である。 In the first to fourth embodiments described above, the structure and film forming method of the insulating film used for the gate insulating film of the MIS transistor have been described. However, in the present embodiment, such a structure and film forming method are applied to the damascene gate. This is an example applied to a MIS transistor having a structure.
まず、図7(a)に示すように、シリコン基板50にSTI技術等を用いて素子分離領域51を形成する。続いて、例えば厚さ6nm程度のダミーゲート酸化膜52、300nm程度のダミーポリシリコン膜53及び50nm程度のシリコン窒化膜54の積層構造からなるダミーゲート構造を、酸化技術、CVD技術、リソグラフィー技術及びRIE技術等を用いて形成する。その後、イオン注入技術を用いてソース・ドレイン拡散層のエクステンション領域55を形成する。さらに、シリコン窒化膜56からなる幅が40nm程度のゲート側壁膜を、CVD技術とRIE技術を用いて形成する。
First, as shown in FIG. 7A, an
次に、図7(b)に示すように、イオン注入技術により高濃度のソース・ドレイン拡散層57を形成する。続いて、サリサイドプロセス技術を用いて、ダミーゲートをマスクとして、ソース・ドレイン領域のみに40nm程度のCoSi2 又はTiSi2 等の金属シリサイド膜58を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a high concentration source /
次に、図7(c)に示すように、層間絶縁膜59として、例えばSiO2 膜をCVD法により全面に堆積する。その後、CMP技術によって平坦化処理を行うことにより、シリコン窒化膜54及び56の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 7C, as the
次に、図8(d)に示すように、例えば燐酸を用いて、ダミーゲート上部のシリコン窒化膜54を層間絶縁膜59に対して選択的に除去する。このとき、ゲート側壁のシリコン窒化膜56もポリシリコン膜53の高さ程度までエッチングされる。続いて、例えばラジカル原子エッチング技術を用いて、ポリシリコン膜53を層間絶縁膜59及びシリコン窒化膜56に対して選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 8D, the
次に、図8(e)に示すように、フッ酸等のウェットエッチング処理により、ダミーゲート酸化膜52を除去する。その後、ゲート絶縁膜60を形成する。このゲート絶縁膜60には、第1〜第4の実施形態で示した構造及び成膜法による絶縁膜を用いる。続いて、ゲート絶縁膜60上にゲート電極61となる電極膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 8E, the dummy
次に、図8(f)に示すように、CMP技術を用いて、ゲート絶縁膜60及びゲート電極61の平坦化処理を、層間絶縁膜59が露出するまで行う。
Next, as shown in FIG. 8F, the planarization process of the
以上の工程により、ゲート絶縁膜60が高誘電体膜、ゲート電極61がメタル電極で形成され、ソース・ドレイン領域に金属シリサイドを用いたMISトランジスタが完成する。
Through the above steps, the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
10、32、42…絶縁膜
11、33、43…粒状絶縁領域
12、34、44…粒間絶縁領域
13…被覆絶縁領域
30、40…シリコン基板
31、41…金属化合物膜
35、45…バリアメタル
36、46…ゲート電極膜
50…シリコン基板
51…素子分離領域
52…ダミーゲート酸化膜
53…ダミーポリシリコン膜
54、56…シリコン窒化膜
55、57…ソース・ドレイン拡散層
58…金属シリサイド膜
59…層間絶縁膜
60…ゲート絶縁膜
61…ゲート電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記粒状絶縁領域は、前記金属酸化物の結晶を少なくとも含んで構成され、前記粒間絶縁領域は、シリコン、酸素及び前記金属酸化物を構成する金属元素を少なくとも含んだ非晶質絶縁物で構成され、
前記粒状絶縁領域を構成する前記金属酸化物の結晶粒は、単一の単結晶又は、単結晶どうしのなす角度が10度以内の複数の単結晶の集合で構成されていることを特徴とする半導体装置。 An insulating film formed on a main surface side of a semiconductor substrate, the insulating film being formed between a plurality of granular insulating regions made of metal oxide and spaced apart from each other and adjacent granular insulating regions An intergranular insulating region made of a material, and
The granular insulating region includes at least a crystal of the metal oxide, and the intergranular insulating region includes an amorphous insulator including at least silicon, oxygen, and a metal element constituting the metal oxide. It is,
The metal oxide crystal grains constituting the granular insulating region are composed of a single single crystal or a set of a plurality of single crystals having an angle of 10 degrees or less between the single crystals. Semiconductor device.
前記金属化合物膜は、前記金属酸化物を構成する金属元素及びシリコンを少なくとも含んで構成され、前記粒状絶縁領域は、前記金属酸化物の結晶を少なくとも含んで構成され、前記粒間絶縁領域は、シリコン、酸素及び前記金属酸化物を構成する金属元素を少なくとも含んだ非晶質絶縁物で構成され、
前記粒状絶縁領域を構成する前記金属酸化物の結晶粒は、単一の単結晶又は、単結晶どうしのなす角度が10度以内の複数の単結晶の集合で構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of forming a metal compound film on a main surface side of a semiconductor substrate; and a plurality of spaced apart granular insulating regions made of a metal oxide of a metal element constituting the metal compound film by oxidizing the metal compound film; Forming an insulating film composed of an intergranular insulating region made of an amorphous insulator formed between adjacent granular insulating regions, and
The metal compound film includes at least a metal element constituting the metal oxide and silicon, the granular insulating region includes at least a crystal of the metal oxide, and the intergranular insulating region includes: It is composed of an amorphous insulator containing at least a metal element constituting silicon, oxygen and the metal oxide ,
The metal oxide crystal grains constituting the granular insulating region are composed of a single single crystal or a set of a plurality of single crystals having an angle of 10 degrees or less between the single crystals. A method for manufacturing a semiconductor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006119539A JP4445484B2 (en) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006119539A JP4445484B2 (en) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26720799A Division JP4087998B2 (en) | 1999-01-29 | 1999-09-21 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006287239A JP2006287239A (en) | 2006-10-19 |
| JP4445484B2 true JP4445484B2 (en) | 2010-04-07 |
Family
ID=37408726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006119539A Expired - Lifetime JP4445484B2 (en) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4445484B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5454775B2 (en) * | 2008-09-30 | 2014-03-26 | 大日本印刷株式会社 | Insulating laminate manufacturing method |
| JP5618941B2 (en) | 2011-08-10 | 2014-11-05 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
-
2006
- 2006-04-24 JP JP2006119539A patent/JP4445484B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006287239A (en) | 2006-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10910383B2 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
| JP3912990B2 (en) | Integrated circuit structure and manufacturing method thereof | |
| TWI587513B (en) | Semiconductor device including fluorine-free tungsten barrier layer and method of manufacturing the same | |
| JP4959561B2 (en) | Semiconductor device having high-k gate dielectric and metal gate electrode | |
| TWI297947B (en) | Semiconductor memory device with dielectric structure and method for fabricating the same | |
| TWI458049B (en) | Semiconductor device and method of manufacturing same | |
| TWI447898B (en) | Semiconductor device and method of manufacturing same | |
| KR100725690B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method | |
| US9159551B2 (en) | Methods of forming capacitors | |
| KR100655691B1 (en) | Capacitors and methods of making the same. | |
| WO2010125810A1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating same | |
| JP2009088440A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2006324363A (en) | Capacitor and manufacturing method thereof | |
| KR20020094461A (en) | Method of forming a capacitor of a semiconductor device | |
| JP2004111962A (en) | Method for manufacturing semiconductor device having metal gate pattern | |
| TW200816390A (en) | Method for fabricating a capacitor in a semiconductor device | |
| JP2006339632A (en) | Capacitor and manufacturing method thereof | |
| US6436840B1 (en) | Metal gate with CVD amorphous silicon layer and a barrier layer for CMOS devices and method of making with a replacement gate process | |
| JP4493295B2 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device including a silicon oxide layer | |
| JP3822378B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2004320022A (en) | Semiconductor device capacitor and method of manufacturing the same | |
| JP4907839B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| US7323419B2 (en) | Method of fabricating semiconductor device | |
| JP4445484B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| CN102148228A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090929 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091126 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091222 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100115 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4445484 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140122 Year of fee payment: 4 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |