説明

半導体装置の製造方法

【課題】 ゲート絶縁膜が大気やメタル電極のエッチング液等に曝されて劣化することなく、仕事関数の異なるnMOS、pMOSに適したメタルゲートMISFETを含む半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 メタル電極を有するn型MISトランジスタ及びp型MISトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、単結晶シリコン基板100上に設けられたゲート絶縁膜102と、ゲート絶縁膜102上に設けられた第一の金属膜103、第二の金属膜104、第三の金属膜105、導電層106を備えたゲート電極108とを備えた構造であって、熱工程によって第二の金属膜104の構成元素を第一の金属膜103を通してゲート絶縁膜102中へ拡散させることによって、n型MISトランジスタ及びp型MISトランジスタそれぞれに適した仕事関数に変化させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、導電体膜をゲート電極に用いたMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
これまでMISFETの高性能化を実現するために、デバイスの微細化が追求されてきた。しかし、微細化に伴って、従来の多結晶シリコンをゲート電極材料に用いたトランジスタではゲート電極の空乏化が無視できない問題となっており、金属材料をゲート電極材料に用いたメタルゲートトランジスタが提案されている。
【0003】
従来の多結晶シリコンゲート電極構造(ポリサイド構造、サリサイド構造、ポリメタル構造を含む)の場合、トランジスタのしきい値は、チャネル領域の不純物濃度と、多結晶シリコン膜中の不純物濃度で決定される。しかし、メタルゲート電極構造の場合、チャネル領域の不純物濃度と、ゲート電極の仕事関数で決定される。従って、NMOS(N Channel Metal Oxide Semiconductor)、PMOS(P Channel Metal Oxide Semiconductor)に適した仕事関数を有するメタルゲート電極が必要になる。仕事関数に関しては、PMOSでは、4.8eV以上、NMOSでは、4.3eV以下の材料が望ましいとされている。
【0004】
2種類のメタルゲート電極を使用する場合、NMOSとPMOSとでメタルゲート電極を作り分けることになる(例えば、特許文献1参照)。しかし、その場合にはいずれか一方のメタルゲート電極を除去する必要があり、ゲート絶縁膜表面がメタルゲート電極除去の際に大気及びエッチング液、もしくはエッチングガスに曝される。これにより、ゲート絶縁膜の信頼性が著しく劣化するという問題がある。
【特許文献1】特開2002−329794
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、ゲート絶縁膜を劣化させることなくNMOSまたはPMOSに適したメタル電極を有するCMOSFET提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板の主面に第一及び第二の領域を形成する工程と、前記第一及び第二の領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第一の金属膜を形成する工程と、前記第一の金属膜上に第二の金属膜を形成する工程と、前記第二の金属膜の一部を除去する工程と、前記第二の金属膜上および前記第二の金属膜が除去された領域の前記第一の金属膜上に第三の金属膜を形成する工程と、前記第二の金属膜の構成元素を前記第一の金属膜を通して前記ゲート絶縁膜中へ導入する加熱工程を備えることを特徴とする。
【0007】
また、本発明の別態様による半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板の主面に第一及び第二の領域を形成する工程と、前記第一及び第二の領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第一の金属膜を形成する工程と、前記第一の金属膜上に第二の金属膜を形成する工程と、前記第一の領域上の前記第二の金属膜を残し、前記第二の領域上の前記第二の金属膜を除去して前記第二の領域上の前記第一の金属膜を露出させる工程と、前記第二の金属膜上及び露出された前記第一の金属膜上に第三の金属膜を形成する工程と、前記第二の領域上の前記第三の金属膜を残し、前記第一の領域上の前記第三の金属膜を除去して前記第一の領域上の前記第二の金属膜を露出させる工程と、露出された前記第二の金属膜上及び前記第三の金属膜上に第四の金属膜を形成する工程と、前記第二の金属膜及び前記第三の金属膜の構成元素を前記第一の金属膜を通してそれぞれ前記第一及び第二の領域上の前記ゲート絶縁膜中へ導入する加熱工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
以上詳述したように本発明によれば、ゲート絶縁膜をエッチング液やエッチングガスに曝すことなく、NMOS、PMOSに適した仕事関数を有するメタルゲートトランジスタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0010】
(第1の実施形態)
図1乃至図9は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【0011】
図1に示すように、単結晶シリコン基板100は、素子分離層101により分離された素子領域、例えばNMOS領域とPMOS領域を有する。はじめに、この素子領域上に、例えば、有機ソースを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、ハフニウム系酸化物からなるゲート絶縁膜102を形成する。次いで、ゲート絶縁膜102上に、例えば、有機ソースを用いたCVD法により仕事関数4.3eVを有するWSi膜からなる第一の金属膜103を5nmの膜厚で形成する。
【0012】
ここで、図面上におけるNMOS領域とは、NチャネルMOSトランジスタを形成する領域を示し、PMOS領域とは、PチャネルMOSトランジスタを形成する領域を示している。
【0013】
次に、図2に示すように、PVD(Physical Vapor Deposition)法により、WSi膜103上にTiAlN膜からなる第二の金属膜104を形成した後、フォトリソグラフィー法等でPMOS領域上のTiAlN膜104にレジストでマスクを形成し、NMOS領域上のTiAlN膜104をWSi膜103に対して選択的に剥離する。このとき、ゲート絶縁膜102はWSi膜103に覆われているため、大気及びTiAlN膜104のエッチング液もしくはエッチングガスに曝されることなくTiAlN膜104を剥離することが可能である。
【0014】
続いて、図3に示すように、TiAlN膜104及びTiAlN膜104が除去されて露出されたWSi膜103上にTiN膜からなる第三の金属膜105を5nmの膜厚で形成する。なお、TiN膜105はバリアメタルとしての役割を果たすため、TiAlN膜104と後述する導電層106が反応しない組み合わせであれば、TiN膜105は省略しても構わない。
【0015】
この後、図4に示すように、TiN膜105上に多結晶シリコン膜からなる導電層106を膜厚80nmで形成した後、NMOS領域の多結晶シリコン膜中にはP+イオンを、PMOS領域の多結晶シリコン膜中にはB+イオンをそれぞれイオン注入し、多結晶シリコン膜106上にシリコン窒化膜107を膜厚100nmで形成する。
【0016】
次に、図5に示すように、例えば、30nmのゲート幅パターンにシリコン窒化膜107、多結晶シリコン膜106、TiN膜105、TiAlN膜104、WSi膜103を、順次、異方性エッチングし、NMOS及びPMOSのゲート電極108をそれぞれ形成する。
【0017】
ゲート電極108を形成した後、図6に示すように、例えば、窒素雰囲気中において1000℃で1秒間加熱処理を行う。TiAlN膜104は耐熱性に乏しいため、高温熱処理を行うことによって、TiNとAlNに相分離してしまう。この時、余剰なAlが放出されるが、TiAlN膜104の上層にあるTiN膜105が反応防止層の役割を果たすため、Alは下層のWSi膜103を通じてゲート絶縁膜102中まで拡散し、Alを含むゲート絶縁膜109が形成される。
【0018】
ゲート絶縁膜102中へ拡散したAlはゲート絶縁膜中の酸素と反応し、Al−O結合からなるダイポールを形成する。これにより、実効的な仕事関数は、WSi膜からなる電極よりも絶縁膜に近い位置にいるダイポールの影響を受けて、WSi電極の仕事関数よりも大きい方向(>4.8eV)へシフトする。
【0019】
ここでAlを選んだ理由を以下に述べる。例えば、ゲート絶縁膜としてHfSiO4を用い、それに対してAlを接触させた場合、熱力学的に説明すると式(1)に示すように左辺から右辺へと反応が進む。これら反応がどちらに進むかは、それぞれの系におけるギブスの自由エネルギーの差分(ΔG)が負となるかどうかで決まる。
【0020】
Alと同じ3族のGaやInにおいても式(2)、式(3)に示す反応が予想される。しかし、このときのΔGは正となり、右辺から左辺へと反応が進むことはあっても、その逆は起こらない。それゆえ、上記ダイポールは形成されず、Alと同じような効果は期待できない。
【0021】
Al+HfSiO4=Al2O3+HfO2+Si+ΔG ・・・・・式(1)
Ga+HfSiO4=Ga2O3+HfO2+Si+ΔG ・・・・・式(2)
In+HfSiO4=In2O3+HfO2+Si+ΔG ・・・・・式(3)
Alを含むゲート絶縁膜109の形成後、図7に示すように、シリコン窒化膜を堆積し、エッチバックを行うことによって、ゲート電極108の側壁部分にシリコン窒化膜110を形成する。さらに、このゲート電極108をマスクにして、NMOS領域にはAs+イオンをイオン注入し、PMOS領域にはB+イオンをイオン注入し、800℃で5秒間加熱処理を施すことによって、浅い拡散層111をそれぞれ形成する。
【0022】
この後、図8に示すように、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を堆積した後、それぞれのエッチバックを行い、ゲート電極108の側壁部分をシリコン酸化膜112とシリコン窒化膜113で囲む構造にする。さらに、このゲート電極108をマスクにしてNMOS領域にはP+イオンをイオン注入し、PMOS領域にはB+イオンをイオン注入し、1030℃で5秒間加熱処理を施すことによって、深い拡散層114をそれぞれ形成する。この浅い拡散層111と深い拡散層114によりソース領域/ドレイン領域が形成される。続いて、厚さ10nmのNi膜を全面に堆積し、350℃で30秒程度の加熱処理を行い、Niとシリコン基板を反応させた後、未反応Ni膜を硫酸と過酸化水素水の混合液により除去する。そして、500℃で30秒程度のこの加熱処理によって、浅い拡散層111上にシリサイド層115を形成する。
【0023】
次に、図9に示すように、第一の層間膜116上に所望のコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの内部に例えばTi/TiN/W膜を埋め込み、CMP法により平坦化することにより、コンタクト117を形成する。次いで、コンタクト117を含む第一の層間膜116上に第二の層間膜118を形成し、所望の配線溝を形成した後、TaN/Cu膜を埋め込んでCMP法によって平坦化することにより、コンタクト117と電気的に接続するCu配線119を形成する。
【0024】
以上のような本実施形態によれば、ゲート絶縁膜を大気等に暴露させることなく、NMOS、PMOSに適した仕事関数からなるメタルゲートトランジスタを実現することが可能となる。
【0025】
なお、本実施形態では、TiAlNの相分離を起こし、Alを拡散させるため、図6に示す工程において加熱処理を行ったが、拡散層形成時の加熱処理工程でも十分に相分離及び拡散が起こるため、省略しても構わない。
【0026】
また、ゲート絶縁膜102は、ハフニウム系酸化物の他に、例えば、ジルコニウム系酸化物を用いても良い。第二の金属膜104はTiAlNの他に、例えば、TaAlNまたはWAlN等を用いても同様の結果を得ることができる。第三の金属膜105はTiNの他に、例えば、バリアメタルとして用いられているTaN、WN等を用いても良い。
【0027】
特に、第二の金属膜104にTaAlN、第三の金属膜105にTaNというように、第二の金属膜104が第三の金属膜105の構成金属元素を含んでいる場合は、同一材料により、エッチング等による加工が行いやすいため望ましい。
【0028】
(第2の実施形態)
図10乃至図15は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【0029】
図10に示すように、単結晶シリコン基板200は、素子分離層201により分離された素子領域、例えばNMOS領域とPMOS領域を有する。はじめに、この素子領域上に、例えば、有機ソースを用いたCVD法により、ハフニウムを含むゲート絶縁膜202を形成し、ゲート絶縁膜202上に、例えば、PVD法により仕事関数4.8eVを有するW膜からなる第一の金属膜203を5nmの膜厚で形成する。
【0030】
次に、図11に示すように、W膜203上にPVD法によりTiTbN膜からなる第二の金属膜204を5nmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィー法等でNMOS領域上のTiTbN膜204にレジストでマスクを形成し、PMOS領域上のTiTbN膜204をW膜203に対して選択的に剥離する。このとき、ゲート絶縁膜202はW膜203に覆われているため、大気及びTiTbN膜204のエッチング液もしくはエッチングガスに曝されることなく、TiTbN膜204を剥離することが可能である。
【0031】
続いて、図12に示すように、TiTbN膜204及びTiTbN膜204が除去されて露出されたW膜203上にTiN膜からなる第三の金属膜205を5nmの膜厚で形成する。なお、TiN膜205はバリアメタルとしての役割を果たすため、TiTbN膜204と後述する導電層206が反応しない組み合わせであれば、TiN膜205は省略しても構わない。
【0032】
この後、図13に示すように、TiTbN膜204上にW膜からなる導電層206を膜厚80nmで形成した後、その導電層206上に、シリコン窒化膜207を膜厚150nmで形成する。
【0033】
次に、図14に示すように、例えば、30nmのゲート幅パターンにシリコン窒化膜207、W膜206、TiN膜205、TiTbN膜204、W膜203を、順次、異方性エッチングし、NMOS及びPMOSのゲート電極208をそれぞれ形成する。この後、シリコン窒化膜を堆積した後、エッチバックを行うことによってゲート電極208の側壁部分をシリコン窒化膜209で囲む構造にする。
【0034】
さらに、このゲート電極208をマスクにして、NMOS領域にはAs+イオンをイオン注入し、PMOS領域にはP+イオンをイオン注入し、800℃で5秒間加熱処理を施すことによって、浅い拡散層210をそれぞれ形成する。
【0035】
続いて、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を堆積した後、それぞれのエッチバックを行い、ゲート電極208の側壁部分をシリコン酸化膜211とシリコン窒化膜212で囲む構造にする。さらに、このゲート電極208をマスクにして、NMOS領域にはP+イオンをイオン注入し、PMOS領域にはB+イオンをイオン注入し、1030℃で5秒間加熱処理を施すことによって、深い拡散層213をそれぞれ形成する。この浅い拡散層210と深い拡散層213によりソース領域/ドレイン領域が形成される。TiTbN膜204は耐熱性に乏しいため、拡散層形成時に高温熱処理を行うことによって、TiNとTbNに相分離してしまう。この時、余剰なTbが放出されるが、TiTbN膜204の上層にあるTiN膜205が反応防止層の役割を果たすため、Tbは下層のW膜203を通じてゲート絶縁膜202中まで拡散し、Tbを含むゲート絶縁膜214が形成される。
【0036】
ゲート絶縁膜202中へ拡散したTbはゲート絶縁膜中の酸素と反応し、Tb−O結合からなるダイポールを形成する。これにより、実効的な仕事関数は、W膜203からなる電極よりも絶縁膜に近い位置にいるダイポールの影響を受けて、元々のW電極の仕事関数よりも小さい方向(<4.3eV)へシフトする。
【0037】
ここでTbを選んだ理由を以下に述べる。例えば、ゲート絶縁膜としてHfSiO4を用い、それに対してTbを接触させた場合、熱力学的に説明すると式(4)に示すように左辺から右辺へと反応が進む。
【0038】
なお、Tbと同族の3a族であればこの関係が成立する。
【0039】
Tb+HfSiO4=Tb2O3+HfO2+Si ・・・・・式(4)
また、2族であってもこの関係が成立する。例えば、ゲート絶縁膜としてHfSiO4を用い、それに対してMgを接触させた場合、式(5)に示すように左辺から右辺へと反応が進む。
【0040】
2Mg+HfSiO4=2MgO+HfO2+2Si ・・・・・式(5)
続いて、厚さ10nmのNi膜を全面に堆積し、350℃で30秒程度の加熱処理を行い、Niとシリコン基板を反応させた後、未反応Ni膜を硫酸と過酸化水素水の混合液により除去する。そして、500℃で30秒程度の加熱処理によって、浅い拡散層210上にシリサイド層215を形成する。この時、ゲート電極208上のシリコン窒化膜207を残すことによりW膜203は露出しないため、W膜203が上記硫酸と過酸化水素水の混合液によって除去されることはない。
【0041】
その後、図15に示すように、第一の層間膜216上に所望のコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの内部に、例えば、Ti/TiN/W膜を埋め込み、CMP法により平坦化することにより、コンタクト217を形成する。次いで、コンタクト217を含む第一の層間膜216上に第二の層間膜218を堆積し、所望の配線溝を形成した後、TaN/Cu膜を埋め込んでCMP法によって平坦化することにより、コンタクト217と電気的に接続するCu配線219を形成する。
【0042】
以上のような本実施形態によれば、ゲート絶縁膜を大気等に暴露させることなく、nMOS、pMOSに適した仕事関数からなるメタルゲートトランジスタを実現することが可能となる。
【0043】
なお、本実施形態において、ゲート絶縁膜202は、ハフニウム系酸化物の他に、例えば、ジルコニウム系酸化物を用いても良い。第二の金属膜204はTiTbNの他に、例えば、TaTbNまたはWTbNを用いても同様の結果を得ることができる。第三の金属膜205はTiNの他に、例えば、バリアメタルとして用いられているTaN、WN等を用いても良い。
【0044】
特に、第二の金属膜にTaTbN、第三の金属膜にTaNというように、第二の金属膜が第三の金属膜の構成金属元素を含んでいる場合は、同一材料により、エッチング等による加工が行いやすいため望ましい。
【0045】
さらに、本実施形態では、ゲート絶縁膜中に拡散させる元素としてTbを用いたが、2族または3a族の元素であれば同様の効果を得ることが出来る。
【0046】
(第3の実施形態)
図16乃至図22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の一部を模式的に示した断面図である。
【0047】
図16に示すように、単結晶シリコン基板300は、素子分離層301により分離された素子領域、例えばNMOS領域とPMOS領域を有する。はじめに、この素子領域上に、例えば、有機ソースを用いたCVD法により、ハフニウムを含むゲート絶縁膜302を形成し、ゲート絶縁膜302上に、例えば、PVD法によりW膜からなる第一の金属膜303を5nmの膜厚で形成する。
【0048】
次に、図17に示すように、W膜203上にPVD法によりTiLaN膜からなる第二の金属膜304を5nmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィー法等でPMOS領域上のTiLaN膜304にレジストでマスクを形成し、NMOS領域上のTiLaN膜304をW膜303に対して選択的に剥離する。次いで、W膜303及びW膜303を除去して露出したTiLaN膜304上にPVD法によりTiAlN膜からなる第三の金属膜305を5nmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィー法等でNMOS領域上のTiAlN膜305にレジストでマスクを形成し、PMOS領域上のTiAlN膜305を選択的に剥離する。このとき、ゲート絶縁膜302はW膜303に覆われているため、大気及びTiLaN膜304またはTiAlN膜305のエッチング液もしくはエッチングガスに曝されることなくTiLaN膜304、TiAlN膜305を剥離することが可能である。
【0049】
続いて、図18に示すように、TiLaN膜304及びTiAlN膜305上にTiN膜からなる第四の金属膜306を5nmの膜厚で形成する。なお、TiN膜306はバリアメタルとしての役割を果たすため、TiLaN膜304及びTiAlN膜305が後述する導電層307と反応しない組み合わせであれば、TiN膜306は省略しても構わない。
【0050】
この後、図19に示すように、TiN膜306上に多結晶シリコン膜からなる導電層307を膜厚80nmで形成した後、nMOS領域の多結晶シリコン膜中にはP+イオンを、pMOS領域の多結晶シリコン膜中にはB+イオンをイオン注入し、多結晶シリコン膜307上にシリコン窒化膜308を膜厚100nmで形成する。
【0051】
次に、図20に示すように、例えば、30nmのゲート幅パターンにシリコン窒化膜308、多結晶シリコン膜307、TiN膜306、TiAlN膜305、TiLaN膜304、W膜303を、順次、異方性エッチングし、NMOS及びPMOSのゲート電極309をそれぞれ形成する。
【0052】
この後、図21に示すように、シリコン窒化膜を堆積した後、エッチバックを行うことによってゲート電極309の側壁部分をシリコン窒化膜310で囲む構造にする。さらに、このゲート電極309をマスクにして、NMOS領域にはAs+イオンをイオン注入し、PMOS領域にはP+イオンをイオン注入し、800℃で5秒間加熱処理を施すことによって、浅い拡散層311をそれぞれ形成する。
【0053】
続いて、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を堆積した後、それぞれのエッチバックを行い、ゲート電極309の側壁部分をシリコン酸化膜312とシリコン窒化膜313で囲む構造にする。さらに、このゲート電極309をマスクにして、NMOS領域にはP+イオンをイオン注入し、PMOS領域にはB+イオンをイオン注入し、1030℃で5秒間加熱処理を施すことによって、深い拡散層314をそれぞれ形成する。この浅い拡散層311と深い拡散層314によりソース領域/ドレイン領域が形成される。TiAlN膜305、TiLaN膜304は耐熱性に乏しいため、拡散層形成時に高温熱処理を行うことによって、TiNとAlN、TiNとLaNに相分離してしまう。この時、余剰なAl、Laが放出されるが、TiAlN膜305及びTiLaN膜304の上層にあるTiN膜306が反応防止層の役割を果たすため、Al、Laは下層のW膜303を通じてゲート絶縁膜302中まで拡散し、Alを含むゲート絶縁膜315、Laを含むゲート絶縁膜316が形成される。
【0054】
AlはpMOS領域においてAl−O結合からなるダイポールを形成し、pMOS領域の実効的な仕事関数は、W電極の仕事関数よりも大きい方向(>4.8eV)へシフトし、LaはnMOS領域においてLa−O結合からなるダイポールを形成し、nMOS領域の実効的な仕事関数は、W電極の仕事関数よりも小さい方向(<4.3eV)へシフトする。
【0055】
次いで、厚さ10nmのNi膜を全面に堆積し、350℃で30秒程度の加熱処理を行い、Niとシリコン基板を反応させた後、未反応Ni膜を硫酸と過酸化水素水の混合液により除去する。そして、500℃で30秒程度の加熱処理によって、浅い拡散層311上にシリサイド層317を形成する。
【0056】
次に、図22に示すように、第一の層間膜318上に所望のコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの内部に例えばTi/TiN/W膜を埋め込み、CMP法により平坦化することにより、コンタクト319を形成する。次いで、コンタクト319を含む第一の層間膜318上に第二の層間膜320を形成し、所望の配線溝を形成した後、TaN/Cu膜を埋め込んでCMP法によって平坦化することにより、コンタクト319と電気的に接続するCu配線321を形成する。
【0057】
以上のような本実施形態によれば、ゲート絶縁膜を大気等に暴露させることなく、nMOS、pMOSに適した仕事関数からなるメタルゲートトランジスタを実現することが可能となる。
【0058】
本実施形態では、先にTiLaN膜304を形成し、NMOS領域のTiLaN膜304の剥離を行ったが、先にTiAlN膜305を形成し、PMOS領域のTiAlN膜305の剥離を行っても構わない。
【0059】
なお、ゲート絶縁膜302は、ハフニウム系酸化物の他に、例えば、ジルコニウム系酸化物を用いても良い。第二の金属膜304はTiLaNの他に、例えば、TaLaNまたはWLaNを用いても同様の結果を得ることができる。第三の金属膜305はTiAlNの他に、例えば、TaLaNまたはWLaNを用いても同様の結果を得ることができる。第四の金属膜306はTiNの他に、例えば、バリアメタルとして用いられているTaN、WN等を用いても良い。
【0060】
特に、第二の金属膜にTaLaN、第三の金属膜にTaAlN、第四の金属膜にTaNというように、第二の金属膜及び第三の金属膜が第四の金属膜の構成金属元素を含んでいる場合は、同一材料により、エッチング等による加工が行いやすいため望ましい。
【0061】
さらに、本実施形態では、nMOS領域のゲート絶縁膜中に拡散させる元素としてLaを用いたが、2族または3a族の元素であれば同様の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図7】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図8】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図9】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図10】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図11】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図12】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図13】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図14】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図15】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図16】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図17】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図18】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図19】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図20】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図21】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図22】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【符号の説明】
【0063】
100、200、300 単結晶シリコン基板
101、201、301 素子分離層
102、202、302 ゲート絶縁膜
103 第一の金属膜(WSi膜)
104 第二の金属膜(TiAlN膜)
105 第三の金属膜(TiN膜)
106、307 導電層(多結晶シリコン膜)
107、110、113、207、209、212、308、310、313 シリコン窒化膜
108、208、309 ゲート電極
109、214、316 Alを含むゲート絶縁膜
111、210、311 浅い拡散層
112、211、312 シリコン酸化膜
114、213、314 深い拡散層
115、215、317 シリサイド層
116、216、318 第一の層間膜
117、217、319 コンタクト
118、218、320 第二の層間膜
119、219、321 Cu配線
203 第一の金属膜(W膜)
204 第二の金属膜(TiTbN膜)
205 第三の金属膜(TiN膜)
206 導電層(W膜)
303 第一の金属膜(W膜)
304 第二の金属膜(TiLaN膜)
305 第三の金属膜(TiAlN膜)
306 第四の金属膜(TiN膜)
315 Laを含むゲート絶縁膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板の主面に第一及び第二の領域を形成する工程と、
前記第一及び第二の領域上にハフニウム又はジルコニウムと酸素を含有するゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第一の金属膜を形成する工程と、
前記第一の金属膜上に第二の金属膜を形成する工程と、
前記第二の金属膜の一部を除去する工程と、
前記第二の金属膜上および前記第二の金属膜が除去された領域の前記第一の金属膜上に第三の金属膜を形成する工程と、
前記第二の金属膜の構成元素を前記第一の金属膜を通して前記ゲート絶縁膜中へ導入する加熱工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記第二の領域がNMOSを形成する領域であり、前記第二の金属膜がアルミニウムを構成元素として含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記第二の領域がPMOSを形成する領域であり、前記第二の金属膜が2族もしくは3a族の元素を構成元素として含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記第二の金属膜が第三の金属膜の構成金属元素を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
半導体基板の主面に第一及び第二の領域を形成する工程と、
前記第一及び第二の領域上にハフニウム又はジルコニウムと酸素を含有するゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第一の金属膜を形成する工程と、
前記第一の金属膜上に第二の金属膜を形成する工程と、
前記第一の領域上の前記第二の金属膜を残し、前記第二の領域上の前記第二の金属膜を除去して前記第二の領域上の前記第一の金属膜を露出させる工程と、
前記第二の金属膜上及び露出された前記第一の金属膜上に第三の金属膜を形成する工程と、
前記第二の領域上の前記第三の金属膜を残し、前記第一の領域上の前記第三の金属膜を除去して前記第一の領域上の前記第二の金属膜を露出させる工程と、
露出された前記第二の金属膜上及び前記第三の金属膜上に第四の金属膜を形成する工程と、
前記第二の金属膜及び前記第三の金属膜の構成元素を前記第一の金属膜を通してそれぞれ前記第一及び第二の領域上の前記ゲート絶縁膜中へ導入する加熱工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【公開番号】特開2009−99747(P2009−99747A)
【公開日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−269556(P2007−269556)
【出願日】平成19年10月16日(2007.10.16)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】