半導体装置及びその製造方法
【課題】調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタを有する半導体装置において、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止する。
【解決手段】半導体装置は、ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えている。ＭＩＳトランジスタは、半導体基板１０における素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａと、活性領域及び素子分離領域上に形成され、高誘電率膜１５ａを有するゲート絶縁膜１６ａと、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極１９ａとを備えている。ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。窒化領域２０ｘ，２０ｙに含まれる窒素の窒素濃度をｎ１，ｎ２とし、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、ｎ１＞ｎ、且つ、ｎ２＞ｎの関係式が成り立っている。
【解決手段】半導体装置は、ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えている。ＭＩＳトランジスタは、半導体基板１０における素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａと、活性領域及び素子分離領域上に形成され、高誘電率膜１５ａを有するゲート絶縁膜１６ａと、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極１９ａとを備えている。ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。窒化領域２０ｘ，２０ｙに含まれる窒素の窒素濃度をｎ１，ｎ２とし、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、ｎ１＞ｎ、且つ、ｎ２＞ｎの関係式が成り立っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor）を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の低消費電力化及び高速化に伴い、ゲート絶縁膜として、例えばハフニウム（Ｈｆ）系膜等の高誘電率膜を用い、ゲート電極として、金属膜又は金属膜とシリコン膜とを用いたＭＩＳＦＥＴ（以下、「ＭＩＳトランジスタ」という）を備えた半導体装置が提案されている。
【０００３】
ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧を低くするために、ゲート絶縁膜として、例えばランタン（Ｌａ）を含むＨｆ系膜を用いる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ゲート絶縁膜として、Ｌａを含むＨｆ系膜を用いることにより、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧を低くすることができるのは、次のような理由による。Ｈｆ系膜にＬａを含ませると、Ｈｆ系膜中にダイポールが形成される。その結果、フラットバンド電圧がマイナス側へシフトし、ｎ型ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数がバンドエッジ側へシフトするため、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧を低くすることができる。
【０００５】
以下に、従来の半導体装置の構成について、図１４及び図１５(a) 〜(b) を参照しながら説明する。従来の半導体装置は、Ｌａを含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたｎ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置である。図１４は、従来の半導体装置の構成を示す平面図である。図１５(a) は、従来の半導体装置の構成を示すゲート長方向の断面図である。図１５(b) は、従来の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。具体的には、図１５(a) 及び(b) は、それぞれ、図１４に示すXVa-XVa線及びXVb-XVb線のそれぞれにおける断面図である。
【０００６】
図１４及び図１５(a) 〜(b) に示すように、従来の半導体装置は、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えている。半導体基板１００には、ｐ型ウェル領域１０２が形成されている。
【０００７】
図１５(a) 〜(b) に示すように、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒは、素子分離領域１０１に囲まれた活性領域１００ａ上に形成されたゲート絶縁膜１０３Ａと、ゲート絶縁膜１０３Ａ上に形成されたゲート電極１０５Ａと、活性領域１００ａにおけるゲート電極１０５Ａの側方下に形成されたｎ型エクステンション領域１０６（特に、図１５(a) 参照）と、ゲート電極１０５Ａの側面上に形成されたサイドウォール１０８Ａと、活性領域１００ａにおけるサイドウォール１０８Ａの外側方下に形成されたｎ型ソースドレイン領域１０９（特に、図１５(a) 参照）とを備えている。
【０００８】
図１４に示すように、素子分離領域１０１に囲まれた活性領域１００ａ上には、ゲート絶縁膜（図１５(a),(b)：１０３Ａ参照）を介して、ゲート電極１０５Ａが形成されている。ゲート電極１０５Ａの側面上には、サイドウォール１０８Ａが形成されている。
【０００９】
ゲート絶縁膜１０３Ａは、Ｌａを含む高誘電率膜１０３を有している。ゲート電極１０５Ａは、金属膜１０４及びシリコン膜１０５を有している。サイドウォール１０８Ａは、内側サイドウォール１０７及び外側サイドウォール１０８を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１９４３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
閾値電圧を調整する調整用金属（例えばＬａ等）を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたｎ型ＭＩＳトランジスタについて、本願発明者が鋭意検討を重ねた結果、以下の問題を新たに見出した。
【００１２】
半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅を狭くすることが必要とされる。しかしながら、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたｎ型ＭＩＳトランジスタの場合、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなるという問題が発生する。
【００１３】
この問題について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【００１４】
活性領域のゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端までの突き出し量（図１５(b)：Ｄ参照）の大きさを一定にし、ゲート幅（図１５(b)：Ｗ参照）の大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図１６に示す。
【００１５】
図１６の実線に示すように、ゲート幅がＷｈのときの閾値電圧の大きさＶｔｈｈは、ゲート幅がＷｌ（Ｗｌ＞Ｗｈ）のときの閾値電圧の大きさＶｔｈｌよりも高い（Ｖｔｈｈ＞Ｖｔｈｌ）。
【００１６】
図１６の破線に示すように、ゲート幅がＷｈのときの閾値電圧の大きさは、ゲート幅がＷｌのときの閾値電圧の大きさと同一であることが理想的である。即ち、ゲート幅が狭くなっても、閾値電圧が高くならないことが理想的である。しかしながら、図１６の実線に示すように、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなる。
【００１７】
前記に鑑み、本発明の目的は、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタを有する半導体装置において、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、ＭＩＳトランジスタを備えた半導体装置であって、ＭＩＳトランジスタは、半導体基板における素子分離領域に囲まれた活性領域と、活性領域及び素子分離領域上に形成され、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域が設けられており、窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をｎｘとし、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、ｎｘ＞ｎの関係式が成り立っていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る半導体装置によると、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域が設けられ、窒化領域の窒素濃度ｎｘが、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度ｎよりも高い。即ち、ｎｘ＞ｎの関係式が成り立っている。これにより、熱処理の際に、窒化領域に、素子分離領域に含まれる酸素（Ｏ）が拡散されることを防止することができるため、素子分離領域に含まれるＯが、窒化領域を通って、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜に含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。従って、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体装置において、窒化領域は、ゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端側に設けられた第１の窒化領域と、ゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端側に設けられた第２の窒化領域とを有し、第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ１とし、第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ２とし、活性領域のゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端までの突き出し量をｄ１とし、活性領域のゲート幅方向の他端からゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端までの突き出し量をｄ２としたとき、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っていることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、第１，第２の窒化領域を、活性領域上には形成せずに、素子分離領域上にのみ形成することができる。これにより、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度ｎを、一定にすることができる。このため、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数を、一定にすることができるため、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【００２２】
本発明に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分には、窒化領域が形成されていないことが好ましい。
【００２３】
本発明に係る半導体装置において、素子分離領域におけるゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域におけるゲート電極下に位置する部分の窒素濃度よりも高いことが好ましい。
【００２４】
本発明に係る半導体装置において、素子分離領域におけるゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域における活性領域のゲート長方向の側方に位置する部分の窒素濃度よりも高いことが好ましい。
【００２５】
本発明に係る半導体装置において、窒素濃度ｎｘは、２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る半導体装置において、窒素濃度ｎは、１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る半導体装置において、ＭＩＳトランジスタは、ｎ型ＭＩＳトランジスタであることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜は、調整用金属を含むことが好ましい。
【００２９】
本発明に係る半導体装置において、調整用金属は、ランタンであることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る半導体装置において、ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、金属膜上に形成されたシリコン膜とを有することが好ましい。
【００３１】
本発明に係る半導体装置において、金属膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度は、金属膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度よりも高いことが好ましい。
【００３２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板における活性領域上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極を有する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、半導体基板に、活性領域を囲む素子分離領域を形成する工程（ａ）と、活性領域及び素子分離領域上に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜用膜を形成する工程（ｂ）と、ゲート絶縁膜用膜上に、ゲート電極用膜を形成する工程（ｃ）と、ゲート電極用膜及びゲート絶縁膜用膜をパターニングして、素子分離領域上においてゲート幅方向の両端を露出するゲート絶縁膜用膜及びゲート電極用膜を形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の両端部を窒化して、素子分離領域上に位置する窒化領域を形成する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後に、ゲート電極用膜及びゲート絶縁膜用膜をパターニングして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程（ｆ）とを備え、工程（ｄ）において、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の両端が規定され、工程（ｆ）において、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート長方向の両端が規定されることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の両端部を窒化して、素子分離領域上に位置する窒化領域を設ける。これにより、ゲート絶縁膜のゲート幅方向の両端部に、素子分離領域上に位置する窒化領域を設け、窒化領域の窒素濃度を、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度よりも高くすることができる。これにより、熱処理の際に、窒化領域に、素子分離領域に含まれるＯが拡散されることを防止することができるため、素子分離領域に含まれるＯが、窒化領域を通って、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜に含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。従って、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【００３４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｅ）において、窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をＮＸとし、ゲート絶縁膜用膜における活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をＮとしたとき、ＮＸ＞Ｎの関係式が成り立っていることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）において、ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の一端が、活性領域のゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄ１の分だけ、素子分離領域上に突き出して形成される一方、ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の他端が、活性領域のゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄ２の分だけ、素子分離領域上に突き出して形成され、工程（ｅ）において、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の一端部が窒化された第１の窒化領域と、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の他端部が窒化された第２の窒化領域とを有する窒化領域が形成され、第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ１とし、第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ２としたとき、Ｗ１≦Ｄ１、且つ、Ｗ２≦Ｄ２の関係式が成り立っていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、第１，第２の窒化領域を、活性領域上には形成せずに、素子分離領域上にのみ形成することができる。これにより、ゲート絶縁膜用膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度を、一定にすることができる。このため、ゲート絶縁膜用膜がパターニングされてなるゲート絶縁膜を有するＭＩＳトランジスタの実効仕事関数を、一定にすることができるため、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】(a) は、第１の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図であり、(b) は、第２の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。
【図２】ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【図３】(a) は、第３の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図であり、(b) は、第４の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。
【図４】ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図６】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、図５に示すVIa-VIa線における断面図である。(b) は、ゲート幅方向の断面図であり、図５に示すVIb-VIb線における断面図である。
【図７】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図８】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図９】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１０】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１１】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１２】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１３】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の構成を示す平面図である。
【図１５】(a) 〜(b) は、従来の半導体装置の構成を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、図１４に示すXVa-XVa線における断面図である。(b) は、ゲート幅方向の断面図であり、図１４に示すXVb-XVb線における断面図である。
【図１６】ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本願発明者が新たに見出した上記の問題について、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を見出した。この知見について、図１(a) 〜(b) 及び図２を参照しながら説明する。図１(a) は、第１の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図１(b) は、第２の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図２は、ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【００４０】
図１(a) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＡが形成されている。一方、図１(b) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＢが形成されている。
【００４１】
ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＡ，ＴｒＢは、活性領域５０ｘ上に形成されたゲート絶縁膜５２Ａ，５２Ｂと、ゲート絶縁膜５２Ａ，５２Ｂ上に形成されたゲート電極５４Ａ，５４Ｂとを備えている。ゲート絶縁膜５２Ａ，５２Ｂは、Ｌａを含む高誘電率膜５２ａ，５２ｂを有している。ゲート電極５４Ａ，５４Ｂは、金属膜５３ａ，５３ｂ及びシリコン膜５４ａ，５４ｂを有している。
【００４２】
図１(a) に示すように、活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ａのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄａである。一方、図１(b) に示すように、活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ｂのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄｂ（Ｄｂ＜Ｄａ）である。
【００４３】
図１(a) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＡを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄａ（一定）とし、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図２の太線に示す。
【００４４】
一方、図１(b) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＢを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄｂ（一定）とし、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図２の細線に示す。
【００４５】
図２に示すように、ゲート幅ＷがＷａ、言い換えれば、比較的広い場合、突き出し量ＤがＤａのときの閾値電圧の大きさと、突き出し量ＤがＤｂのときの閾値電圧の大きさとは同一である。
【００４６】
一方、図２に示すように、ゲート幅ＷがＷｂ、言い換えれば、比較的狭い場合、突き出し量ＤがＤａのときの閾値電圧の大きさＶｔｈａは、突き出し量ＤがＤｂのときの閾値電圧の大きさＶｔｈｂよりも高い（Ｖｔｈａ＞Ｖｔｈｂ）。
【００４７】
図２に示すように、突き出し量ＤがＤａ，Ｄｂの何れの場合も、ゲート幅ＷがＷｂのときの閾値電圧の大きさは、ゲート幅ＷがＷａのときの閾値電圧の大きさよりも高い。即ち、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなる。
【００４８】
また、図２に示すように、突き出し量ＤがＤａの場合での閾値電圧が高くなる度合い（太線参照）は、突き出し量ＤがＤｂの場合での閾値電圧が高くなる度合い（細線参照）よりも高い。即ち、突き出し量が多くなるに連れて、閾値電圧が高くなる度合いが高くなる。このことから判るように、閾値電圧が高くなる要因として、突き出し量が密接に関係している。
【００４９】
ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなるのは、以下のような理由によるものと考えられる。
【００５０】
Ｌａを含む高誘電率膜の形成後に施される熱処理の際に、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域と接する部分）に酸素（Ｏ）が拡散されて、高誘電率膜に含まれるＬａとＯとが反応すると、ダイポールの中性化が生じる。その結果、フラットバンド電圧がプラス側へシフトし、ｎ型ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数がミッドギャップ側へシフトするため、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなる。高誘電率膜に含まれるＬａと反応するＯの拡散源は、主に、素子分離領域等が考えられる。熱処理は、例えば、ｎ型ソースドレイン注入領域に含まれるｎ型不純物を活性化させる為の熱処理等が考えられる。
【００５１】
突き出し量Ｄを一定にして、ゲート幅Ｗを狭くした場合、ゲート幅Ｗを狭くするに連れて、ゲート幅Ｗに対する突き出し量Ｄの割合が大きくなる。ゲート幅Ｗに対する突き出し量Ｄの割合が大きい場合は、小さい場合に比べて、高誘電率膜における素子分離領域と接する割合が多い。このため、熱処理の際に、高誘電率膜における素子分離領域から拡散されるＯ量の割合が多いため、ダイポールの中性化が顕著に生じるので、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が顕著に高くなる。
【００５２】
以上から判るように、本願発明者が新たに見出した上記の問題について、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、閾値電圧が高くなることを防止するには、突き出し量を少なくすることが有効であるという知見を見出した。
【００５３】
以上の知見を鑑みて、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を見出した。この知見について、図３(a) 〜(b) 及び図４を参照しながら説明する。図３(a) は、第３の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図３(b) は、第４の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図４は、ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【００５４】
図３(a) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＣが形成されている。一方、図３(b) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＤが形成されている。
【００５５】
ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＣ，ＴｒＤは、活性領域５０ｘ上に形成されたゲート絶縁膜５２Ｃ，５２Ｄと、ゲート絶縁膜５２Ｃ，５２Ｄ上に形成されたゲート電極５４Ｃ，５４Ｄとを備えている。ゲート絶縁膜５２Ｃ，５２Ｄは、Ｌａを含む高誘電率膜５２ｃ，５２ｄを有している。ゲート電極５４Ｃ，５４Ｄは、金属膜５３ｃ，５３ｄ及びシリコン膜５４ｃ，５４ｄを有している。
【００５６】
図３(b) に示すように、ゲート絶縁膜５２Ｄのゲート幅方向の端部には、窒化領域５５ｄが設けられている。
【００５７】
活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ｃのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄｃである。一方、活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ｄのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄｄである。Ｄｃ＝Ｄｄである。
【００５８】
ゲート絶縁膜５２Ｃのゲート幅方向の端部５５ｃに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎｃとし、ゲート絶縁膜５２Ｃにおける活性領域５０ｘ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、Ｎｃとしたとき、ｎｃ＝Ｎｃである。端部５５ｃのゲート幅方向の幅は、窒化領域５５ｄのゲート幅方向の幅と同じである。
【００５９】
窒化領域５５ｄに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎｄとし、ゲート絶縁膜５２Ｄにおける活性領域５０ｘ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、Ｎｄとしたとき、ｎｄ＞Ｎｄである。Ｎｃ＝Ｎｄである。
【００６０】
図３(a) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＣを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、窒素濃度ｎｃを窒素濃度Ｎｃと同一とし（ｎｃ＝Ｎｃ，但し、Ｎｃ＝Ｎｄ）、且つ、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄｃ（但し、Ｄｃ＝Ｄｄ）として、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図４の太線に示す。
【００６１】
一方、図３(b) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＤを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、窒素濃度ｎｄを窒素濃度Ｎｄよりも高くし（ｎｄ＞Ｎｄ，但し、Ｎｄ＝Ｎｃ）、且つ、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄｄ（但し、Ｄｄ＝Ｄｃ）として、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図４の細線に示す。
【００６２】
図４に示すように、ゲート幅ＷがＷｃ、言い換えれば、比較的広い場合、ｎｃ＝Ｎｃのときでの閾値電圧の大きさと、ｎｄ＞Ｎｄのときでの閾値電圧の大きさとは同一である。
【００６３】
一方、図４に示すように、ゲート幅ＷがＷｄ、言い換えれば、比較的狭い場合、ｎｃ＝Ｎｃのときでの閾値電圧の大きさＶｔｈｃは、ｎｄ＞Ｎｄのときでの閾値電圧の大きさＶｔｈｄよりも高い（Ｖｔｈｃ＞Ｖｔｈｄ）。
【００６４】
図４に示すように、ｎｃ＝Ｎｃ及びｎｄ＞Ｎｄの何れの場合も、ゲート幅ＷがＷｄのときの閾値電圧の大きさは、ゲート幅ＷがＷｃのときの閾値電圧の大きさよりも高い。即ち、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなる。
【００６５】
また、図４に示すように、ｎｄ＞Ｎｄの場合での閾値電圧が高くなる度合い（細線参照）は、ｎｃ＝Ｎｃの場合での閾値電圧が高くなる度合い（太線参照）よりも低い。即ち、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度が高くなることにより、閾値電圧が高くなる度合いが低くなる。
【００６６】
ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度を高くすることにより、閾値電圧が高くなる度合いを低くすることができるのは、以下のような理由によるものと考えられる。
【００６７】
ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度を高くすることによって、Ｌａを含む高誘電率膜の形成後に施される熱処理の際に、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分に、素子分離領域に含まれるＯが拡散されることを防止することができる。このため、素子分離領域に含まれるＯが、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分を通って、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に含まれるＬａと、素子分離領域に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。その結果、フラットバンド電圧がプラス側へシフトし、ｎ型ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数がミッドギャップ側へシフトすることを防止することができるため、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【００６８】
以上から判るように、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、閾値電圧が高くなることを防止するには、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度を高くすることが有効であるという知見を見出した。本発明は、本願発明者が見出した知見に基づいて成された発明である。
【００６９】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７０】
（一実施形態）
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成について、図５及び図６(a) 〜(b) を参照しながら説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。図６(a) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示すゲート長方向の断面図である。図６(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。具体的には、図６(a) 〜(b) は、それぞれ、図５に示すVIa-VIa線及びVIb-VIb線のそれぞれにおける断面図である。
【００７１】
本実施形態に係る半導体装置は、図５及び図６(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０における素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａ上に形成されたｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えている。
【００７２】
素子分離領域１１は、図５に示すように、第１〜第４の素子分離部１１ｘ〜１１ｗを有している。
【００７３】
第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙは、図５に示すように、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート幅方向の側方に位置する部分である。該部分のうち、一方の部分が、第１の素子分離部１１ｘであり、他方の部分が、第２の素子分離部１１ｙである。第１の素子分離部１１ｘは、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端（図５の紙面において上端）と接している。一方、第２の素子分離部１１ｙは、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端（図５の紙面において下端）と接している。第１の素子分離部１１ｘと第２の素子分離部１１ｙとは、それらの間に活性領域１０ａを挟んで、ゲート幅方向に沿って対向している。
【００７４】
第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗは、図５に示すように、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分である。該部分のうち、一方の部分が、第３の素子分離部１１ｖであり、他方の部分が、第４の素子分離部１１ｗである。第３の素子分離部１１ｖは、活性領域１０ａのゲート長方向の一端（図５の紙面において左端）と接している。一方、第４の素子分離部１１ｗは、活性領域１０ａのゲート長方向の他端（図５の紙面において右端）と接している。第３の素子分離部１１ｖと第４の素子分離部１１ｗとは、それらの間に活性領域１０ａを挟んで、ゲート長方向に沿って対向している。
【００７５】
ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒは、図６(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０における素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａと、活性領域１０ａ及び素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に形成されたゲート絶縁膜１６ａと、ゲート絶縁膜１６ａ上に形成されたゲート電極１９ａと、活性領域１０ａにおけるゲート電極１９ａの側方下に形成されたｎ型エクステンション領域２１ａ（特に、図６(a) 参照）と、ゲート電極１９ａの側面上に形成されたサイドウォール２４と、活性領域１０ａにおけるサイドウォール２４の外側方下に形成されたｎ型ソースドレイン領域２５ａ（特に、図６(a) 参照）と、ｎ型ソースドレイン領域２５ａ上に形成された第１のシリサイド膜２６ａ（特に、図６(a) 参照）と、ゲート電極１９ａ上に形成された第２のシリサイド膜２６ｂとを備えている。
【００７６】
図６(a) 〜(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａは、調整用金属（例えばＬａ）を含む高誘電率膜１５ａを有している。ゲート電極１９ａは、金属膜１７ａ及びシリコン膜１８ａを有している。サイドウォール２４は、断面形状がＬ字状の内側サイドウォール２２及び外側サイドウォール２３を有している。
【００７７】
図６(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１上に位置する部分には、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。第１の窒化領域２０ｘは、ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の一端側に設けられ、第１の素子分離部１１ｘ上に位置している。第２の窒化領域２０ｙは、ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の他端側に設けられ、第２の素子分離部１１ｙ上に位置している。
【００７８】
図６(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０上には、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを覆うように、層間絶縁膜２７が形成されている。図６(a) に示すように、層間絶縁膜２７に設けられた第１のコンタクトホール２８ａ内には、第１のコンタクトプラグ２９ａが形成され、第１のコンタクトプラグ２９ａは、第１のシリサイド膜２６ａに接している。図６(b) に示すように、層間絶縁膜２７に設けられた第２のコンタクトホール２８ｂ内には、第２のコンタクトプラグ２９ｂが形成され、第２のコンタクトプラグ２９ｂは、第２のシリサイド膜２６ｂに接している。
【００７９】
図５に示すように、素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａ上には、ゲート絶縁膜（図６(a),(b) ：１６ａ参照）を介して、ゲート電極（図６(a),(b)：１９ａ参照）が形成されている。ゲート電極の側面上には、サイドウォール２４が形成されている。活性領域１０ａにおけるサイドウォール２４の外側方下には、ｎ型ソースドレイン領域（図示省略，図６(a)：２５ａ参照）が形成されている。ｎ型ソースドレイン領域上には、第１のシリサイド膜（図示省略，図６(a)：２６ａ参照）が形成されている。ゲート電極上には、第２のシリサイド膜２６ｂが形成されている。半導体基板１０上には、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを覆うように、層間絶縁膜２７が形成されている。層間絶縁膜２７に設けられた第１，第２のコンタクトホール内には、第１，第２のシリサイド膜と接する第１，第２のコンタクトプラグ２９ａ，２９ｂが形成されている。
【００８０】
第１の窒化領域２０ｘに含まれる窒素の窒素濃度をｎ１とし、第２の窒化領域２０ｙに含まれる窒素の窒素濃度をｎ２とし、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、ｎ１＞ｎ、且つ、ｎ２＞ｎの関係式が成り立っている。窒素濃度ｎ１，ｎ２は、例えば２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である（ｎ１≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3，ｎ２≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。窒素濃度ｎは、例えば１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である（ｎ≦１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。
【００８１】
第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅をｗ１（図６(b) 参照）とし、第２の窒化領域２０ｙのゲート幅方向の幅をｗ２（図６(b) 参照）とし、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の一端までの突き出し量をｄ１とし、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端からゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の他端までの突き出し量をｄ２としたとき、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っている。本実施形態では、例えば、ｗ１＝ｄ１、且つ、ｗ２＜ｄ２である。
【００８２】
活性領域１０ａのゲート幅方向の一端とは、図６(b) に示すように、活性領域１０ａの表面における第１の素子分離部１１ｘと接する端をいう。活性領域１０ａのゲート幅方向の他端とは、活性領域１０ａの表面における第２の素子分離部１１ｙと接する端をいう。
【００８３】
ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の一端とは、図６(b) に示すように、第１の素子分離部１１ｘ上に位置する端をいう。ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の他端とは、第２の素子分離部１１ｙ上に位置する端をいう。
【００８４】
素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分は、窒素を含み（図６(b) に示すＸ印参照）、該窒素は、後述の通り、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙの形成の際に利用する窒素（例えば、プラズマに含まれる窒素）に由来する。
【００８５】
素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａ下に位置する部分の窒素濃度よりも高い。素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分（第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗ）の窒素濃度よりも高い。
【００８６】
ゲート電極１９ａのゲート幅方向の両端部及びゲート電極１９ａの上面部は、窒素を含み（図６(b) に示すＸ印参照）、該窒素は、後述の通り、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙの形成の際に利用する窒素（例えば、プラズマに含まれる窒素）に由来する。
【００８７】
金属膜１７ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、金属膜１７ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度よりも高い。
【００８８】
シリコン膜１８ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分における上部の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。シリコン膜１８ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。
【００８９】
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図７(a) 〜(b) 、図８(a) 〜(b) 、図９(a) 〜(b) 、図１０(a) 〜(b) 、図１１(a) 〜(b) 、図１２(a) 〜(b) 及び図１３(a) 〜(b) を参照しながら説明する。図７(a) 〜図１３(a) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示すゲート長方向の断面図である。図７(b) 〜図１３(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示すゲート幅方向の断面図である。
【００９０】
まず、図７(a) 〜(b) に示すように、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１０の上部に、素子分離領域１１を選択的に形成する。これにより、半導体基板１０に、素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａが形成される。ゲート幅Ｗ（図７(b) 参照）は、例えば２００ｎｍである。ゲート幅Ｗは、活性領域１０ａのゲート幅方向の幅である。活性領域１０ａを囲む素子分離領域１１は、第１の素子分離部１１ｘ（図７(b) 参照）と、第２の素子分離部１１ｙ（図７(b) 参照）と、第３の素子分離部１１ｖ（図７(a) 参照）と、第４の素子分離部１１ｗ（図７(a) 参照）とを有する。その後、半導体基板１０に、ｐ型ウェル領域１２を形成する。
【００９１】
次に、図７(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０上に、高誘電率膜１３を形成する。高誘電率膜１３の材料としては、比誘電率が８以上の金属酸化物、例えばＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＯＮ、ＨｆＺｒＯ及びＨｆＺｒＯＮ等のハフニウム酸化物が挙げられる。その後、高誘電率膜１３上に、調整用金属を含む調整用金属膜１４を形成する。調整用金属として、例えばランタン（Ｌａ）を用いる。
【００９２】
次に、図８(a) 〜(b) に示すように、熱処理により、高誘電率膜１３に、調整用金属膜１４に含まれる調整用金属を導入する。これにより、高誘電率膜１３中に、ダイポールが形成される。このようにして、半導体基板１０上に、調整用金属を含む高誘電率膜１５を有するゲート絶縁膜用膜１６を形成する。その後、高誘電率膜１５上に残存する調整用金属膜１４を選択的に除去する。
【００９３】
次に、図８(a) 〜(b) に示すように、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により、ゲート絶縁膜用膜１６上に、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）からなる金属膜１７を形成する。その後、例えばＣＶＤ法により、金属膜１７上に、例えばポリシリコンからなるシリコン膜１８を形成する。このようにして、ゲート絶縁膜用膜１６上に、金属膜１７及びシリコン膜１８を有するゲート電極用膜１９を形成する。
【００９４】
次に、図８(a) 〜(b) に示すように、フォトリソグラフィ法により、ゲート電極用膜１９上に、ゲート電極用膜１９のゲート幅方向の両端部を露出するレジストパターンＲｅ１を形成する。レジストパターンＲｅ１のゲート幅方向の幅は、ゲート絶縁膜（後述の図１１(b)：１６ａ参照）及びゲート電極（後述の図１１(b)：１９ａ参照）のゲート幅方向の幅と同じである。
【００９５】
図８(b) に示すように、レジストパターンＲｅ１のゲート幅方向の一端を、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄｒ１の分だけ、第１の素子分離部１１ｘの上方に突き出して形成する。一方、レジストパターンＲｅ１のゲート幅方向の他端を、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄｒ２の分だけ、第２の素子分離部１１ｙの上方に突き出して形成する。
【００９６】
突き出し量Ｄｒ１は、例えば突き出し量Ｄｒ２よりも小さい。突き出し量Ｄｒ１は、例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。突き出し量Ｄｒ２は、例えば１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００９７】
次に、図９(a) 〜(b) に示すように、例えばドライエッチングにより、レジストパターンＲｅ１をマスクとして、金属膜１７及びシリコン膜１８を有するゲート電極用膜１９、並びに調整用金属を含む高誘電率膜１５を有するゲート絶縁膜用膜１６を順次パターニングする。その後、レジストパターンＲｅ１を除去する。このようにして、素子分離領域１１上においてゲート幅方向の両端（両側面）を露出するゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａを形成する。ゲート絶縁膜用膜１６Ａは、調整用金属を含む高誘電率膜１５Ａを有する。ゲート電極用膜１９Ａは、金属膜１７Ａ及びシリコン膜１８Ａを有する。
【００９８】
このとき、素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の上面が露出される。
【００９９】
ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａは、それらのゲート幅方向の一端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄ１の分だけ、第１の素子分離部１１ｘ上に突き出して形成される。一方、ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａは、それらのゲート幅方向の他端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄ２の分だけ、第２の素子分離部１１ｙ上に突き出して形成される。
【０１００】
突き出し量Ｄ１は、突き出し量Ｄｒ１（図８(b) 参照）と同じであり、突き出し量Ｄ１は、例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。突き出し量Ｄ２は、突き出し量Ｄｒ２（図８(b) 参照）と同じであり、突き出し量Ｄ２は、例えば１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０１０１】
ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の幅は、ゲート絶縁膜（後述の図１１(b)：１６ａ参照）及びゲート電極（後述の図１１(b)：１９ａ参照）のゲート幅方向の幅と同じである。
【０１０２】
ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の一端は、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の一端と合致する。ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の他端は、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の他端と合致する。
【０１０３】
このように、ゲート電極用膜１９及びゲート絶縁膜用膜１６を順次パターニングして、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の両端を規定する。
【０１０４】
次に、図９(a) 〜(b) に示すように、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端を、例えば窒素を含むプラズマの雰囲気に晒す。これにより、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化して、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の一端部が窒化されてなる第１の窒化領域２０Ｘを形成すると共に、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の他端部が窒化されてなる第２の窒化領域２０Ｙを形成する。
【０１０５】
このとき、ゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の両端（両側面）及び上面、並びに素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の上面が、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒される。このため、ゲート電極用膜１９Ａにおける、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒された部分は、該部分以外の部分よりも、窒素濃度が高くなる。素子分離領域１１における、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒された部分は、該部分以外の部分よりも、窒素濃度が高くなる。図９(b) に示す×印は、ゲート電極用膜１９Ａ及び素子分離領域１１における窒素を含む部分を示す。
【０１０６】
金属膜１７Ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分は、金属膜１７Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分よりも、窒素濃度が高くなる。
【０１０７】
シリコン膜１８Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分における上部は、該部分における下部よりも、窒素濃度が高くなる。シリコン膜１８Ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分は、該部分における下部よりも、窒素濃度が高くなる。
【０１０８】
素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分は、素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａ下に位置する部分よりも、窒素濃度が高くなる。素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分は、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分（第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗ）よりも、窒素濃度が高くなる。
【０１０９】
第１の窒化領域２０Ｘに含まれる窒素の窒素濃度をＮ１とし、第２の窒化領域２０Ｙに含まれる窒素の窒素濃度をＮ２とし、ゲート絶縁膜用膜１６Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をＮとしたとき、Ｎ１＞Ｎ、且つ、Ｎ２＞Ｎの関係式が成り立っている。
【０１１０】
第１の窒化領域２０Ｘと第２の窒化領域２０Ｙとは、同一の工程で形成される。このため、窒素濃度Ｎ１と窒素濃度Ｎ２とは、実質的に同じである（Ｎ１＝Ｎ２）。
【０１１１】
窒素濃度Ｎ１，Ｎ２は、例えば２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である（Ｎ１≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3，Ｎ２≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。
【０１１２】
窒素濃度Ｎは、例えば１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である（Ｎ≦１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。具体的には、第１に例えば、高誘電率膜１３（調整用金属が導入される前の高誘電率膜）の材料として、窒素を含まない高誘電率材料（ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ及びＨｆＺｒＯ等）を用いた場合、窒素濃度Ｎは、０ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。第２に例えば、高誘電率膜１３の材料として、窒素を含む高誘電率材料（ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＺｒＯＮ等）を用いた場合、窒素濃度Ｎは、高誘電率膜１３に含まれる窒素の窒素濃度と実質的に同じである。
【０１１３】
第１の窒化領域２０Ｘのゲート幅方向の幅をＷ１とし、第２の窒化領域２０Ｙのゲート幅方向の幅をＷ２としたとき、Ｗ１≦Ｄ１、且つ、Ｗ２≦Ｄ２の関係式が成り立っている。
【０１１４】
第１の窒化領域２０Ｘと第２の窒化領域２０Ｙとは、同一の工程で形成される。このため、幅Ｗ１と幅Ｗ２とは、実質的に同じである（Ｗ１＝Ｗ２）。
【０１１５】
幅Ｗ１，Ｗ２は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【０１１６】
幅Ｗ１を、突き出し量Ｄ１以下として（Ｗ１≦Ｄ１）、第１の窒化領域２０Ｘを、素子分離領域１１（第１の素子分離部１１ｘ）上にのみ形成し、活性領域１０ａ上には形成しない。同様に、幅Ｗ２を、突き出し量Ｄ２以下として（Ｗ２≦Ｄ２）、第２の窒化領域２０Ｙを、素子分離領域１１（第２の素子分離部１１ｙ）上にのみ形成し、活性領域１０ａ上には形成しない。このように、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを、活性領域１０ａ上に形成しないのは、以下のような理由による。
【０１１７】
一般に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタの場合、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分は、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数の決定に大きく寄与する一方、高誘電率膜における素子分離領域上に位置する部分は、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数の決定に大きく寄与しない。
【０１１８】
一般に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタの場合、高誘電率膜に含まれる窒素の窒素濃度が高くなるに連れて、高誘電率膜中に形成されるダイポールの量が多くなって、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数が低くなる。
【０１１９】
このため、仮に、窒化領域を、活性領域上に形成した場合、次のような問題がある。この場合、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分（言い換えれば、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数の決定に大きく寄与する部分）に含まれる窒素の窒素濃度は、一定にならず、該部分は、窒化領域を含む部分（即ち、窒素濃度の比較的高い高濃度部分）と、窒化領域を含まない部分（即ち、窒素濃度の比較的低い低濃度部分）とを有する。このため、ＭＩＳトランジスタにおいて、高濃度部分での実効仕事関数が、低濃度部分での実効仕事関数よりも低くなる。従って、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数が、一定にならず、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性が、不安定になるという問題がある。
【０１２０】
そこで、本実施形態では、Ｗ１≦Ｄ１とし、且つ、Ｗ２≦Ｄ２とし、第１の窒化領域２０Ｘ及び第２の窒化領域２０Ｙを、活性領域１０ａ上に形成しない。これにより、高誘電率膜１５Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、一定にすることができる。このため、高誘電率膜１５Ａがパターニングされてなる高誘電率膜（後述の図１１(a) 〜(b)：１５ａ参照）を有するゲート絶縁膜（後述の図１１(a) 〜(b)：１６ａ参照）を備えたＭＩＳトランジスタの実効仕事関数を、一定にし、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【０１２１】
次に、図１０(a) 〜(b) に示すように、フォトリソグラフィ法により、ゲート電極用膜１９Ａ及び素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に、ゲート電極用膜１９Ａのゲート長方向の両端部を露出するレジストパターンＲｅ２を形成する。レジストパターンＲｅ２のゲート長方向の幅は、ゲート絶縁膜（後述の図１１(a)：１６ａ参照）及びゲート電極（後述の図１１(a)：１９ａ参照）のゲート長方向の幅と同じである。
【０１２２】
次に、図１１(a) 〜(b) に示すように、例えばドライエッチングにより、レジストパターンＲｅ２をマスクとして、金属膜１７Ａ及びシリコン膜１８Ａを有するゲート電極用膜１９Ａ、並びに調整用金属を含む高誘電率膜１５Ａを有するゲート絶縁膜用膜１６Ａを順次パターニングする。その後、レジストパターンＲｅ２を除去する。このようにして、活性領域１０ａ及び素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に、調整用金属を含む高誘電率膜１５ａを有するゲート絶縁膜１６ａ、並びに金属膜１７ａ及びシリコン膜１８ａを有するゲート電極１９ａを順次形成する。ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分には、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。
【０１２３】
ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａは、それらのゲート幅方向の一端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端から突き出し量ｄ１の分だけ、第１の素子分離部１１ｘ上に突き出して形成されている。一方、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａは、それらのゲート幅方向の他端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端から突き出し量ｄ２の分だけ、第２の素子分離部１１ｙ上に突き出して形成されている。
【０１２４】
突き出し量ｄ１は、突き出し量Ｄｒ１，Ｄ１（前述の図８(b)，図９(b) 参照）と同じであり、突き出し量ｄ１は、例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。突き出し量ｄ２は、突き出し量Ｄｒ２，Ｄ２（前述の図８(b)，図９(b) 参照）と同じであり、突き出し量ｄ２は、例えば１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０１２５】
第１の窒化領域２０ｘに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎ１とし、第２の窒化領域２０ｙに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎ２とし、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、ｎとしたとき、ｎ１＞ｎ、且つ、ｎ２＞ｎの関係式が成り立っている。
【０１２６】
上述の通り、第１の窒化領域２０Ｘの窒素濃度Ｎ１と、第２の窒化領域２０Ｙの窒素濃度Ｎ２とは、実質的に同じである（Ｎ１＝Ｎ２）。このため、第１の窒化領域２０Ｘがパターニングされてなる第１の窒化領域２０ｘの窒素濃度ｎ１と、第２の窒化領域２０Ｙがパターニングされてなる第２の窒化領域２０ｙの窒素濃度ｎ２とは、実質的に同じである（ｎ１＝ｎ２）。
【０１２７】
窒素濃度ｎ１，ｎ２は、例えば２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である（ｎ１≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3，ｎ２≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。窒素濃度ｎは、例えば１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である（ｎ≦１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。
【０１２８】
第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅をｗ１とし、第２の窒化領域２０ｙのゲート幅方向の幅をｗ２としたとき、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っている。本実施形態では、例えば、ｗ１＝ｄ１、且つ、ｗ２＜ｄ２である。
【０１２９】
上述の通り、第１の窒化領域２０Ｘの幅Ｗ１と、第２の窒化領域２０Ｙの幅Ｗ２とは、実質的に同じである（Ｗ１＝Ｗ２）。このため、第１の窒化領域２０Ｘがパターニングされてなる第１の窒化領域２０ｘの幅ｗ１と、第２の窒化領域２０Ｙがパターニングされてなる第２の窒化領域２０ｙの幅ｗ２とは、実質的に同じである（ｗ１＝ｗ２）。
【０１３０】
幅ｗ１は、幅Ｗ１（図９(b) 参照）と同じであり、幅ｗ１は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。幅ｗ２は、幅Ｗ２（図９(b) 参照）と同じであり、幅ｗ２は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【０１３１】
素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａ下に位置する部分の窒素濃度よりも高い。素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分（第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗ）の窒素濃度よりも高い。
【０１３２】
金属膜１７ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、金属膜１７ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度よりも高い。
【０１３３】
シリコン膜１８ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分における上部の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。シリコン膜１８ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。
【０１３４】
なお、一般に、素子分離領域に含まれる窒素は、熱処理により、素子分離領域中を移動し難い。同様に、一般に、金属膜に含まれる窒素は、熱処理により、金属膜中を移動し難い。これに対し、一般に、シリコン膜に含まれる窒素は、熱処理により、シリコン膜中を移動し易い。このため、シリコン膜１８ａに含まれる窒素は、シリコン膜１８ａの形成後に施される熱処理（例えば、ｎ型ソースドレイン注入領域に含まれるｎ型不純物を活性化させる為の熱処理等）により、シリコン膜１８ａ中を移動し、シリコン膜１８ａにおける窒素濃度の高低関係が変動する可能性がある。
【０１３５】
このように、ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａを順次パターニングして、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａのゲート長方向の両端を規定する。
【０１３６】
本実施形態では、図９(a) 〜(b) に示すように、ゲート電極用膜１９及びゲート絶縁膜用膜１６を順次パターニングして（ゲート電極用膜１９及びゲート絶縁膜用膜１６のゲート幅方向の両端部を順次除去して）、ゲート幅方向の両端を露出するゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａを形成した後、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化して第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成し、その後、図１１(a) 〜(b) に示すように、ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａを順次パターニングして（ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート長方向の両端部を順次除去して）、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａを形成する。
【０１３７】
本実施形態では、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化した後、ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート長方向の両端部を順次除去して、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａを形成するため、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａのゲート長方向の両端（両側面）が窒化されることを防止することができる。
【０１３８】
本実施形態では、２回のパターニングにより、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａを形成するため、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａの平面形状は、矩形状となる（図５参照）。これに対し、従来では、１回のパターニングにより、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するため、ゲート絶縁膜及びゲート電極の平面形状は、角部が丸みを帯びた形状となる（前述の図１４参照）。
【０１３９】
次に、図１１(a) 〜(b) に示すように、活性領域１０ａにおけるゲート電極１９ａの側方下に、ｎ型エクステンション注入領域２１を形成する。
【０１４０】
次に、図１２(a) 〜(b) に示すように、例えばＣＶＤ法により、半導体基板１０上の全面に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる内側サイドウォール用膜及び例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる外側サイドウォール用膜を順次形成する。その後、外側サイドウォール用膜及び内側サイドウォール用膜に対して、例えば異方性ドライエッチングを順次行う。これにより、ゲート電極１９ａの側面上に、断面形状がＬ字状の内側サイドウォール２２及び外側サイドウォール２３を有するサイドウォール２４を形成する。
【０１４１】
次に、図１２(a) 〜(b) に示すように、活性領域１０ａにおけるサイドウォール２４の外側方下に、ｎ型ソースドレイン注入領域２５を形成する。
【０１４２】
次に、図１３(a) 〜(b) に示すように、例えば９００℃の熱処理を行う。これにより、ｎ型エクステンション注入領域２１に含まれるｎ型不純物を活性化し、ｎ型エクステンション領域２１ａを形成する。それと共に、ｎ型ソースドレイン注入領域２５に含まれるｎ型不純物を活性化し、ｎ型ソースドレイン領域２５ａを形成する。
【０１４３】
このとき、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分には、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙは、自身に酸素（Ｏ）が拡散されることを防止することができる。これにより、素子分離領域１１に含まれるＯが、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。
【０１４４】
次に、図１３(a) 〜(b) に示すように、ｎ型ソースドレイン領域２５ａ上に、第１のシリサイド膜２６ａを形成する。それと共に、シリコン膜１８ａ上に、第２のシリサイド膜２６ｂを形成する。その後、半導体基板１０上の全面に、層間絶縁膜２７を形成する。その後、層間絶縁膜２７に、第１のシリサイド膜２６ａの表面の一部を露出させる第１のコンタクトホール２８ａ、及び第２のシリサイド膜２６ｂの表面の一部を露出させる第２のコンタクトホール２８ｂを形成する。その後、第１のコンタクトホール２８ａ及び第２のコンタクトホール２８ｂ内に、例えばＷ（タングステン）等からなる金属膜を埋め込み、第１のコンタクトプラグ２９ａ及び第２のコンタクトプラグ２９ｂを形成する。
【０１４５】
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。
【０１４６】
本実施形態によると、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分に、第１の窒化領域２０ｘを設け、第１の窒化領域２０ｘの窒素濃度ｎ１を、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度ｎよりも高くする。即ち、ｎ１＞ｎの関係式を成り立たせる。これにより、熱処理の際に、第１の窒化領域２０ｘに、素子分離領域１１に含まれる酸素（Ｏ）が拡散されることを防止することができるため、素子分離領域１１に含まれるＯが、第１の窒化領域２０ｘを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。
【０１４７】
特に、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分の全部分に、第１の窒化領域２０ｘを設ける。言い換えれば、第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅ｗ１を、突き出し量ｄ１と同じにする（ｗ１＝ｄ１）。これにより、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙ以外の領域が、第１の素子分離部１１ｘと接することを防止することができる。
【０１４８】
それと共に、ゲート絶縁膜１６ａにおける第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分に、第２の窒化領域２０ｙを設け、第２の窒化領域２０ｙの窒素濃度ｎ２を、窒素濃度ｎよりも高くする。即ち、ｎ２＞ｎの関係式を成り立たせる。これにより、熱処理の際に、第２の窒化領域２０ｙに、素子分離領域１１に含まれるＯが拡散されることを防止することができるため、素子分離領域１１に含まれるＯが、第２の窒化領域２０ｙを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。
【０１４９】
このように、ゲート絶縁膜１６ａにおける第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分の一部分に、第２の窒化領域２０ｙを設ける。これにより、突き出し量ｄ２が比較的多い場合であっても、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙ以外の領域が、第２の素子分離部１１ｙと接する部分を少なくすることができる。
【０１５０】
以上のように、素子分離領域１１に含まれるＯが、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜１５ａに含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域１１に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。従って、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【０１５１】
加えて、図９(b) に示すように、ゲート絶縁膜用膜１６のゲート幅方向の両端部を除去して、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端を露出した後、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化して第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成する。このように、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成するために、ゲート絶縁膜用膜１６のゲート幅方向の両端部を除去する。このとき、突き出し量Ｄ１，Ｄ２を少なくすることができ、延いては、突き出し量ｄ１，ｄ２を少なくすることができる。このため、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）と接する部分を少なくすることができる。このため、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１と接する部分を通って、素子分離領域１１から高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａと接する部分）に拡散されるＯ量を少なくすることができる。このため、高誘電率膜１５ａに含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域１１に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることをさらに防止することができる。
【０１５２】
さらに、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っている。これにより、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度ｎを、一定にすることができる。このため、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒの実効仕事関数を、一定にすることができるため、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【０１５３】
なお、本実施形態では、例えば、図９(b) に示すように、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端を、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒すことにより、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成する場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５４】
例えばイオン注入により、注入エネルギーが２０ｋｅＶ，注入ドーズ量が５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2，注入角度が１５°のイオン注入条件で、ゲート絶縁膜用膜に、窒素を含むイオンを注入することにより、第１，第２の窒化領域を形成してもよい。注入角度とは、半導体基板１０の主面に直交する法線に対して傾斜する角度をいう。このとき、ゲート電極用膜の両端（両側面）及び上面、並びに素子分離領域におけるゲート電極用膜の側方に位置する部分の上面に、窒素を含むイオンが注入される。
【０１５５】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分の全部分に、第１の窒化領域２０ｘを設ける、言い換えれば、ｗ１＝ｄ１である場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｗ１＜ｄ１であってもよい。即ち、ｗ１≦ｄ１の関係式が成り立っていればよい。特に、ｗ１＝ｄ１であることが好ましい。このようにすると、上述の通り、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙ以外の領域が、第１の素子分離部１１ｘと接することを防止することができる。
【０１５６】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａにおける第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分の一部分に、第２の窒化領域２０ｙを設ける、言い換えれば、ｗ２＜ｄ２である場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｗ２＝ｄ２であってもよい。即ち、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っていればよい。特に、ｗ２＝ｄ２であることが好ましい。このようにすると、ゲート絶縁膜における第１，第２の窒化領域以外の領域が、第２の素子分離部と接することを防止することができる。
【０１５７】
なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１上に位置する部分のうち、第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分の全部分に第１の活性領域２０ｘを設けると共に、第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分の一部分に第２の窒化領域２０ｙを設けた場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分に、窒化領域を設ければよい。
【０１５８】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅ｗ１と、第２の窒化領域２０ｙのゲート幅方向の幅ｗ２とが実質的に同じである（ｗ１＝ｗ２）場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の窒化領域のゲート幅方向の幅と、第２の窒化領域のゲート幅方向の幅とを、互いに異ならせてもよい。但し、上述の通り、第１，第２の窒化領域を、素子分離領域（第１，第２の素子分離部）上にのみ形成することが好ましい。
【０１５９】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、第１の窒化領域２０ｘの窒素濃度ｎ１と、第２の窒化領域２０ｙの窒素濃度ｎ２とが実質的に同じである（ｎ１＝ｎ２）場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の窒化領域の窒素濃度と、第２の窒化領域の窒素濃度とを、互いに異ならせてもよい。
【０１６０】
なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１上に位置する部分に設ける領域として、窒素を含む第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙを用いた場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分に設ける領域は、熱処理の際に自身にＯが拡散されることを防止することができる領域であればよい。
【０１６１】
なお、本実施形態では、調整用金属として、例えばＬａを用いる場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。Ｌａの代わりに、例えば他のランタノイド元素又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いてもよい。
【０１６２】
なお、本実施形態では、突き出し量ｄ１が、突き出し量ｄ２よりも小さい（ｄ１＜ｄ２）場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１に例えば、突き出し量ｄ１が、突き出し量ｄ２と同じでもよい（ｄ１＝ｄ２）。第２に例えば、突き出し量ｄ１が、突き出し量ｄ２よりも大きくてもよい（ｄ１＞ｄ２）。
【０１６３】
なお、本実施形態では、調整用金属を含む高誘電率膜１５ａを有するゲート絶縁膜１６ａを具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、活性領域上に形成された下地膜と、下地膜上に形成された調整用金属を含む高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜でもよい。下地膜の材料としては、例えば、酸化シリコン等が挙げられる。
【０１６４】
本実施形態の場合、図６(b) に示すように、調整用金属を含む高誘電率膜１５ａは、素子分離領域１１と接する。これに対し、酸化シリコンからなる下地膜と調整用金属を含む高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜の場合、例えば、酸化シリコンからなる下地膜を熱酸化によって形成すると、活性領域上には下地膜が形成されるが、素子分離領域上には下地膜が形成されない。このため、調整用金属を含む高誘電率膜は、素子分離領域と接して形成されるため、熱処理の際に、素子分離領域に含まれるＯが、調整用金属を含む高誘電率膜に拡散する。従って、酸化シリコンからなる下地膜と調整用金属を含む高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜の場合においても、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分に、窒化領域を設けることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６５】
なお、本実施形態では、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えた半導体装置を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｎ型ＭＩＳトランジスタとｐ型ＭＩＳトランジスタとを備えた半導体装置でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
以上説明したように、本発明は、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができ、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に有用である。
【符号の説明】
【０１６７】
１０ 半導体基板
１０ａ 活性領域
１１ 素子分離領域
１１ｘ 第１の素子分離部
１１ｙ 第２の素子分離部
１１ｖ 第３の素子分離部
１１ｗ 第４の素子分離部
１２ ｐ型ウェル領域
１３ 高誘電率膜
１４ 調整用金属膜
１５，１５ａ 調整用金属を含む高誘電率膜
１６，１６Ａ ゲート絶縁膜用膜
１６ａ ゲート絶縁膜
１７，１７Ａ，１７ａ 金属膜
１８，１８Ａ，１８ａ シリコン膜
１９，１９Ａ ゲート電極用膜
１９ａ ゲート電極
２０Ｘ，２０ｘ 第１の窒化領域
２０Ｙ，２０ｙ 第２の窒化領域
２１ ｎ型エクステンション注入領域
２１ａ ｎ型エクステンション領域
２２ 内側サイドウォール
２３ 外側サイドウォール
２４ サイドウォール
２５ ｎ型ソースドレイン注入領域
２５ａ ｎ型ソースドレイン領域
２６ａ 第１のシリサイド膜
２６ｂ 第２のシリサイド膜
２７ 層間絶縁膜
２８ａ 第１のコンタクトホール
２８ｂ 第２のコンタクトホール
２９ａ 第１のコンタクトプラグ
２９ｂ 第２のコンタクトプラグ
Ｒｅ１ レジストパターン
Ｒｅ２ レジストパターン
ｄ１，ｄ２，Ｄｒ１，Ｄｒ２，Ｄ１，Ｄ２ 突き出し量
ｗ１，ｗ２，Ｗ１，Ｗ２ 幅
５０ 半導体基板
５０ｘ 活性領域
５１ 素子分離領域
５２ａ，５２ｂ, ５２ｃ, ５２ｄ Ｌａを含む高誘電率膜
５２Ａ，５２Ｂ, ５２Ｃ, ５２Ｄ ゲート絶縁膜
５３ａ，５３ｂ, ５３ｃ, ５３ｄ 金属膜
５４ａ，５４ｂ, ５４ｃ, ５４ｄ シリコン膜
５４Ａ，５４Ｂ, ５４Ｃ, ５４Ｄ ゲート電極
５５ｃ 端部
５５ｄ 窒化領域
Ｗ ゲート幅
Ｄ 突き出し量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor）を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の低消費電力化及び高速化に伴い、ゲート絶縁膜として、例えばハフニウム（Ｈｆ）系膜等の高誘電率膜を用い、ゲート電極として、金属膜又は金属膜とシリコン膜とを用いたＭＩＳＦＥＴ（以下、「ＭＩＳトランジスタ」という）を備えた半導体装置が提案されている。
【０００３】
ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧を低くするために、ゲート絶縁膜として、例えばランタン（Ｌａ）を含むＨｆ系膜を用いる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ゲート絶縁膜として、Ｌａを含むＨｆ系膜を用いることにより、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧を低くすることができるのは、次のような理由による。Ｈｆ系膜にＬａを含ませると、Ｈｆ系膜中にダイポールが形成される。その結果、フラットバンド電圧がマイナス側へシフトし、ｎ型ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数がバンドエッジ側へシフトするため、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧を低くすることができる。
【０００５】
以下に、従来の半導体装置の構成について、図１４及び図１５(a) 〜(b) を参照しながら説明する。従来の半導体装置は、Ｌａを含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたｎ型ＭＩＳトランジスタを有する半導体装置である。図１４は、従来の半導体装置の構成を示す平面図である。図１５(a) は、従来の半導体装置の構成を示すゲート長方向の断面図である。図１５(b) は、従来の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。具体的には、図１５(a) 及び(b) は、それぞれ、図１４に示すXVa-XVa線及びXVb-XVb線のそれぞれにおける断面図である。
【０００６】
図１４及び図１５(a) 〜(b) に示すように、従来の半導体装置は、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えている。半導体基板１００には、ｐ型ウェル領域１０２が形成されている。
【０００７】
図１５(a) 〜(b) に示すように、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒは、素子分離領域１０１に囲まれた活性領域１００ａ上に形成されたゲート絶縁膜１０３Ａと、ゲート絶縁膜１０３Ａ上に形成されたゲート電極１０５Ａと、活性領域１００ａにおけるゲート電極１０５Ａの側方下に形成されたｎ型エクステンション領域１０６（特に、図１５(a) 参照）と、ゲート電極１０５Ａの側面上に形成されたサイドウォール１０８Ａと、活性領域１００ａにおけるサイドウォール１０８Ａの外側方下に形成されたｎ型ソースドレイン領域１０９（特に、図１５(a) 参照）とを備えている。
【０００８】
図１４に示すように、素子分離領域１０１に囲まれた活性領域１００ａ上には、ゲート絶縁膜（図１５(a),(b)：１０３Ａ参照）を介して、ゲート電極１０５Ａが形成されている。ゲート電極１０５Ａの側面上には、サイドウォール１０８Ａが形成されている。
【０００９】
ゲート絶縁膜１０３Ａは、Ｌａを含む高誘電率膜１０３を有している。ゲート電極１０５Ａは、金属膜１０４及びシリコン膜１０５を有している。サイドウォール１０８Ａは、内側サイドウォール１０７及び外側サイドウォール１０８を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１９４３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
閾値電圧を調整する調整用金属（例えばＬａ等）を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたｎ型ＭＩＳトランジスタについて、本願発明者が鋭意検討を重ねた結果、以下の問題を新たに見出した。
【００１２】
半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅を狭くすることが必要とされる。しかしながら、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたｎ型ＭＩＳトランジスタの場合、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなるという問題が発生する。
【００１３】
この問題について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【００１４】
活性領域のゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端までの突き出し量（図１５(b)：Ｄ参照）の大きさを一定にし、ゲート幅（図１５(b)：Ｗ参照）の大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図１６に示す。
【００１５】
図１６の実線に示すように、ゲート幅がＷｈのときの閾値電圧の大きさＶｔｈｈは、ゲート幅がＷｌ（Ｗｌ＞Ｗｈ）のときの閾値電圧の大きさＶｔｈｌよりも高い（Ｖｔｈｈ＞Ｖｔｈｌ）。
【００１６】
図１６の破線に示すように、ゲート幅がＷｈのときの閾値電圧の大きさは、ゲート幅がＷｌのときの閾値電圧の大きさと同一であることが理想的である。即ち、ゲート幅が狭くなっても、閾値電圧が高くならないことが理想的である。しかしながら、図１６の実線に示すように、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなる。
【００１７】
前記に鑑み、本発明の目的は、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタを有する半導体装置において、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、ＭＩＳトランジスタを備えた半導体装置であって、ＭＩＳトランジスタは、半導体基板における素子分離領域に囲まれた活性領域と、活性領域及び素子分離領域上に形成され、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域が設けられており、窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をｎｘとし、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、ｎｘ＞ｎの関係式が成り立っていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る半導体装置によると、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域が設けられ、窒化領域の窒素濃度ｎｘが、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度ｎよりも高い。即ち、ｎｘ＞ｎの関係式が成り立っている。これにより、熱処理の際に、窒化領域に、素子分離領域に含まれる酸素（Ｏ）が拡散されることを防止することができるため、素子分離領域に含まれるＯが、窒化領域を通って、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜に含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。従って、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体装置において、窒化領域は、ゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端側に設けられた第１の窒化領域と、ゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端側に設けられた第２の窒化領域とを有し、第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ１とし、第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ２とし、活性領域のゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端までの突き出し量をｄ１とし、活性領域のゲート幅方向の他端からゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端までの突き出し量をｄ２としたとき、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っていることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、第１，第２の窒化領域を、活性領域上には形成せずに、素子分離領域上にのみ形成することができる。これにより、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度ｎを、一定にすることができる。このため、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数を、一定にすることができるため、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【００２２】
本発明に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分には、窒化領域が形成されていないことが好ましい。
【００２３】
本発明に係る半導体装置において、素子分離領域におけるゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域におけるゲート電極下に位置する部分の窒素濃度よりも高いことが好ましい。
【００２４】
本発明に係る半導体装置において、素子分離領域におけるゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域における活性領域のゲート長方向の側方に位置する部分の窒素濃度よりも高いことが好ましい。
【００２５】
本発明に係る半導体装置において、窒素濃度ｎｘは、２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る半導体装置において、窒素濃度ｎは、１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る半導体装置において、ＭＩＳトランジスタは、ｎ型ＭＩＳトランジスタであることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜は、調整用金属を含むことが好ましい。
【００２９】
本発明に係る半導体装置において、調整用金属は、ランタンであることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る半導体装置において、ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、金属膜上に形成されたシリコン膜とを有することが好ましい。
【００３１】
本発明に係る半導体装置において、金属膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度は、金属膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度よりも高いことが好ましい。
【００３２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板における活性領域上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極を有する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、半導体基板に、活性領域を囲む素子分離領域を形成する工程（ａ）と、活性領域及び素子分離領域上に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜用膜を形成する工程（ｂ）と、ゲート絶縁膜用膜上に、ゲート電極用膜を形成する工程（ｃ）と、ゲート電極用膜及びゲート絶縁膜用膜をパターニングして、素子分離領域上においてゲート幅方向の両端を露出するゲート絶縁膜用膜及びゲート電極用膜を形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の両端部を窒化して、素子分離領域上に位置する窒化領域を形成する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後に、ゲート電極用膜及びゲート絶縁膜用膜をパターニングして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程（ｆ）とを備え、工程（ｄ）において、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の両端が規定され、工程（ｆ）において、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート長方向の両端が規定されることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の両端部を窒化して、素子分離領域上に位置する窒化領域を設ける。これにより、ゲート絶縁膜のゲート幅方向の両端部に、素子分離領域上に位置する窒化領域を設け、窒化領域の窒素濃度を、ゲート絶縁膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度よりも高くすることができる。これにより、熱処理の際に、窒化領域に、素子分離領域に含まれるＯが拡散されることを防止することができるため、素子分離領域に含まれるＯが、窒化領域を通って、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜に含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。従って、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【００３４】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｅ）において、窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をＮＸとし、ゲート絶縁膜用膜における活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をＮとしたとき、ＮＸ＞Ｎの関係式が成り立っていることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）において、ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の一端が、活性領域のゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄ１の分だけ、素子分離領域上に突き出して形成される一方、ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の他端が、活性領域のゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄ２の分だけ、素子分離領域上に突き出して形成され、工程（ｅ）において、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の一端部が窒化された第１の窒化領域と、ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の他端部が窒化された第２の窒化領域とを有する窒化領域が形成され、第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ１とし、第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ２としたとき、Ｗ１≦Ｄ１、且つ、Ｗ２≦Ｄ２の関係式が成り立っていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、第１，第２の窒化領域を、活性領域上には形成せずに、素子分離領域上にのみ形成することができる。これにより、ゲート絶縁膜用膜における活性領域上に位置する部分の窒素濃度を、一定にすることができる。このため、ゲート絶縁膜用膜がパターニングされてなるゲート絶縁膜を有するＭＩＳトランジスタの実効仕事関数を、一定にすることができるため、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】(a) は、第１の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図であり、(b) は、第２の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。
【図２】ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【図３】(a) は、第３の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図であり、(b) は、第４の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。
【図４】ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図６】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、図５に示すVIa-VIa線における断面図である。(b) は、ゲート幅方向の断面図であり、図５に示すVIb-VIb線における断面図である。
【図７】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図８】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図９】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１０】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１１】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１２】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１３】(a) 〜(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、(b) は、ゲート幅方向の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の構成を示す平面図である。
【図１５】(a) 〜(b) は、従来の半導体装置の構成を示す断面図である。(a) は、ゲート長方向の断面図であり、図１４に示すXVa-XVa線における断面図である。(b) は、ゲート幅方向の断面図であり、図１４に示すXVb-XVb線における断面図である。
【図１６】ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本願発明者が新たに見出した上記の問題について、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を見出した。この知見について、図１(a) 〜(b) 及び図２を参照しながら説明する。図１(a) は、第１の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図１(b) は、第２の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図２は、ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【００４０】
図１(a) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＡが形成されている。一方、図１(b) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＢが形成されている。
【００４１】
ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＡ，ＴｒＢは、活性領域５０ｘ上に形成されたゲート絶縁膜５２Ａ，５２Ｂと、ゲート絶縁膜５２Ａ，５２Ｂ上に形成されたゲート電極５４Ａ，５４Ｂとを備えている。ゲート絶縁膜５２Ａ，５２Ｂは、Ｌａを含む高誘電率膜５２ａ，５２ｂを有している。ゲート電極５４Ａ，５４Ｂは、金属膜５３ａ，５３ｂ及びシリコン膜５４ａ，５４ｂを有している。
【００４２】
図１(a) に示すように、活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ａのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄａである。一方、図１(b) に示すように、活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ｂのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄｂ（Ｄｂ＜Ｄａ）である。
【００４３】
図１(a) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＡを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄａ（一定）とし、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図２の太線に示す。
【００４４】
一方、図１(b) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＢを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄｂ（一定）とし、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図２の細線に示す。
【００４５】
図２に示すように、ゲート幅ＷがＷａ、言い換えれば、比較的広い場合、突き出し量ＤがＤａのときの閾値電圧の大きさと、突き出し量ＤがＤｂのときの閾値電圧の大きさとは同一である。
【００４６】
一方、図２に示すように、ゲート幅ＷがＷｂ、言い換えれば、比較的狭い場合、突き出し量ＤがＤａのときの閾値電圧の大きさＶｔｈａは、突き出し量ＤがＤｂのときの閾値電圧の大きさＶｔｈｂよりも高い（Ｖｔｈａ＞Ｖｔｈｂ）。
【００４７】
図２に示すように、突き出し量ＤがＤａ，Ｄｂの何れの場合も、ゲート幅ＷがＷｂのときの閾値電圧の大きさは、ゲート幅ＷがＷａのときの閾値電圧の大きさよりも高い。即ち、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなる。
【００４８】
また、図２に示すように、突き出し量ＤがＤａの場合での閾値電圧が高くなる度合い（太線参照）は、突き出し量ＤがＤｂの場合での閾値電圧が高くなる度合い（細線参照）よりも高い。即ち、突き出し量が多くなるに連れて、閾値電圧が高くなる度合いが高くなる。このことから判るように、閾値電圧が高くなる要因として、突き出し量が密接に関係している。
【００４９】
ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなるのは、以下のような理由によるものと考えられる。
【００５０】
Ｌａを含む高誘電率膜の形成後に施される熱処理の際に、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域と接する部分）に酸素（Ｏ）が拡散されて、高誘電率膜に含まれるＬａとＯとが反応すると、ダイポールの中性化が生じる。その結果、フラットバンド電圧がプラス側へシフトし、ｎ型ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数がミッドギャップ側へシフトするため、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなる。高誘電率膜に含まれるＬａと反応するＯの拡散源は、主に、素子分離領域等が考えられる。熱処理は、例えば、ｎ型ソースドレイン注入領域に含まれるｎ型不純物を活性化させる為の熱処理等が考えられる。
【００５１】
突き出し量Ｄを一定にして、ゲート幅Ｗを狭くした場合、ゲート幅Ｗを狭くするに連れて、ゲート幅Ｗに対する突き出し量Ｄの割合が大きくなる。ゲート幅Ｗに対する突き出し量Ｄの割合が大きい場合は、小さい場合に比べて、高誘電率膜における素子分離領域と接する割合が多い。このため、熱処理の際に、高誘電率膜における素子分離領域から拡散されるＯ量の割合が多いため、ダイポールの中性化が顕著に生じるので、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が顕著に高くなる。
【００５２】
以上から判るように、本願発明者が新たに見出した上記の問題について、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、閾値電圧が高くなることを防止するには、突き出し量を少なくすることが有効であるという知見を見出した。
【００５３】
以上の知見を鑑みて、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を見出した。この知見について、図３(a) 〜(b) 及び図４を参照しながら説明する。図３(a) は、第３の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図３(b) は、第４の検討例の半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。図４は、ゲート幅と閾値電圧との関係を示すグラフである。
【００５４】
図３(a) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＣが形成されている。一方、図３(b) に示すように、半導体基板５０における素子分離領域５１に囲まれた活性領域５０ｘ上に、ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＤが形成されている。
【００５５】
ｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＣ，ＴｒＤは、活性領域５０ｘ上に形成されたゲート絶縁膜５２Ｃ，５２Ｄと、ゲート絶縁膜５２Ｃ，５２Ｄ上に形成されたゲート電極５４Ｃ，５４Ｄとを備えている。ゲート絶縁膜５２Ｃ，５２Ｄは、Ｌａを含む高誘電率膜５２ｃ，５２ｄを有している。ゲート電極５４Ｃ，５４Ｄは、金属膜５３ｃ，５３ｄ及びシリコン膜５４ｃ，５４ｄを有している。
【００５６】
図３(b) に示すように、ゲート絶縁膜５２Ｄのゲート幅方向の端部には、窒化領域５５ｄが設けられている。
【００５７】
活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ｃのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄｃである。一方、活性領域５０ｘのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜５２Ｄのゲート幅方向の一端までの突き出し量Ｄの大きさは、Ｄｄである。Ｄｃ＝Ｄｄである。
【００５８】
ゲート絶縁膜５２Ｃのゲート幅方向の端部５５ｃに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎｃとし、ゲート絶縁膜５２Ｃにおける活性領域５０ｘ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、Ｎｃとしたとき、ｎｃ＝Ｎｃである。端部５５ｃのゲート幅方向の幅は、窒化領域５５ｄのゲート幅方向の幅と同じである。
【００５９】
窒化領域５５ｄに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎｄとし、ゲート絶縁膜５２Ｄにおける活性領域５０ｘ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、Ｎｄとしたとき、ｎｄ＞Ｎｄである。Ｎｃ＝Ｎｄである。
【００６０】
図３(a) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＣを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、窒素濃度ｎｃを窒素濃度Ｎｃと同一とし（ｎｃ＝Ｎｃ，但し、Ｎｃ＝Ｎｄ）、且つ、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄｃ（但し、Ｄｃ＝Ｄｄ）として、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図４の太線に示す。
【００６１】
一方、図３(b) に示すｎ型ＭＩＳトランジスタＴｒＤを用いて、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。言い換えれば、窒素濃度ｎｄを窒素濃度Ｎｄよりも高くし（ｎｄ＞Ｎｄ，但し、Ｎｄ＝Ｎｃ）、且つ、突き出し量Ｄの大きさを、Ｄｄ（但し、Ｄｄ＝Ｄｃ）として、ゲート幅Ｗの大きさを変化させ、閾値電圧を測定した。この結果を、図４の細線に示す。
【００６２】
図４に示すように、ゲート幅ＷがＷｃ、言い換えれば、比較的広い場合、ｎｃ＝Ｎｃのときでの閾値電圧の大きさと、ｎｄ＞Ｎｄのときでの閾値電圧の大きさとは同一である。
【００６３】
一方、図４に示すように、ゲート幅ＷがＷｄ、言い換えれば、比較的狭い場合、ｎｃ＝Ｎｃのときでの閾値電圧の大きさＶｔｈｃは、ｎｄ＞Ｎｄのときでの閾値電圧の大きさＶｔｈｄよりも高い（Ｖｔｈｃ＞Ｖｔｈｄ）。
【００６４】
図４に示すように、ｎｃ＝Ｎｃ及びｎｄ＞Ｎｄの何れの場合も、ゲート幅ＷがＷｄのときの閾値電圧の大きさは、ゲート幅ＷがＷｃのときの閾値電圧の大きさよりも高い。即ち、ゲート幅が狭くなるに連れて、閾値電圧が高くなる。
【００６５】
また、図４に示すように、ｎｄ＞Ｎｄの場合での閾値電圧が高くなる度合い（細線参照）は、ｎｃ＝Ｎｃの場合での閾値電圧が高くなる度合い（太線参照）よりも低い。即ち、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度が高くなることにより、閾値電圧が高くなる度合いが低くなる。
【００６６】
ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度を高くすることにより、閾値電圧が高くなる度合いを低くすることができるのは、以下のような理由によるものと考えられる。
【００６７】
ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度を高くすることによって、Ｌａを含む高誘電率膜の形成後に施される熱処理の際に、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分に、素子分離領域に含まれるＯが拡散されることを防止することができる。このため、素子分離領域に含まれるＯが、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分を通って、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜（特に、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分）に含まれるＬａと、素子分離領域に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。その結果、フラットバンド電圧がプラス側へシフトし、ｎ型ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数がミッドギャップ側へシフトすることを防止することができるため、ｎ型ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【００６８】
以上から判るように、本願発明者がさらに鋭意検討を重ねた結果、閾値電圧が高くなることを防止するには、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度を高くすることが有効であるという知見を見出した。本発明は、本願発明者が見出した知見に基づいて成された発明である。
【００６９】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７０】
（一実施形態）
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成について、図５及び図６(a) 〜(b) を参照しながら説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。図６(a) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示すゲート長方向の断面図である。図６(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示すゲート幅方向の断面図である。具体的には、図６(a) 〜(b) は、それぞれ、図５に示すVIa-VIa線及びVIb-VIb線のそれぞれにおける断面図である。
【００７１】
本実施形態に係る半導体装置は、図５及び図６(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０における素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａ上に形成されたｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えている。
【００７２】
素子分離領域１１は、図５に示すように、第１〜第４の素子分離部１１ｘ〜１１ｗを有している。
【００７３】
第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙは、図５に示すように、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート幅方向の側方に位置する部分である。該部分のうち、一方の部分が、第１の素子分離部１１ｘであり、他方の部分が、第２の素子分離部１１ｙである。第１の素子分離部１１ｘは、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端（図５の紙面において上端）と接している。一方、第２の素子分離部１１ｙは、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端（図５の紙面において下端）と接している。第１の素子分離部１１ｘと第２の素子分離部１１ｙとは、それらの間に活性領域１０ａを挟んで、ゲート幅方向に沿って対向している。
【００７４】
第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗは、図５に示すように、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分である。該部分のうち、一方の部分が、第３の素子分離部１１ｖであり、他方の部分が、第４の素子分離部１１ｗである。第３の素子分離部１１ｖは、活性領域１０ａのゲート長方向の一端（図５の紙面において左端）と接している。一方、第４の素子分離部１１ｗは、活性領域１０ａのゲート長方向の他端（図５の紙面において右端）と接している。第３の素子分離部１１ｖと第４の素子分離部１１ｗとは、それらの間に活性領域１０ａを挟んで、ゲート長方向に沿って対向している。
【００７５】
ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒは、図６(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０における素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａと、活性領域１０ａ及び素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に形成されたゲート絶縁膜１６ａと、ゲート絶縁膜１６ａ上に形成されたゲート電極１９ａと、活性領域１０ａにおけるゲート電極１９ａの側方下に形成されたｎ型エクステンション領域２１ａ（特に、図６(a) 参照）と、ゲート電極１９ａの側面上に形成されたサイドウォール２４と、活性領域１０ａにおけるサイドウォール２４の外側方下に形成されたｎ型ソースドレイン領域２５ａ（特に、図６(a) 参照）と、ｎ型ソースドレイン領域２５ａ上に形成された第１のシリサイド膜２６ａ（特に、図６(a) 参照）と、ゲート電極１９ａ上に形成された第２のシリサイド膜２６ｂとを備えている。
【００７６】
図６(a) 〜(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａは、調整用金属（例えばＬａ）を含む高誘電率膜１５ａを有している。ゲート電極１９ａは、金属膜１７ａ及びシリコン膜１８ａを有している。サイドウォール２４は、断面形状がＬ字状の内側サイドウォール２２及び外側サイドウォール２３を有している。
【００７７】
図６(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１上に位置する部分には、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。第１の窒化領域２０ｘは、ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の一端側に設けられ、第１の素子分離部１１ｘ上に位置している。第２の窒化領域２０ｙは、ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の他端側に設けられ、第２の素子分離部１１ｙ上に位置している。
【００７８】
図６(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０上には、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを覆うように、層間絶縁膜２７が形成されている。図６(a) に示すように、層間絶縁膜２７に設けられた第１のコンタクトホール２８ａ内には、第１のコンタクトプラグ２９ａが形成され、第１のコンタクトプラグ２９ａは、第１のシリサイド膜２６ａに接している。図６(b) に示すように、層間絶縁膜２７に設けられた第２のコンタクトホール２８ｂ内には、第２のコンタクトプラグ２９ｂが形成され、第２のコンタクトプラグ２９ｂは、第２のシリサイド膜２６ｂに接している。
【００７９】
図５に示すように、素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａ上には、ゲート絶縁膜（図６(a),(b) ：１６ａ参照）を介して、ゲート電極（図６(a),(b)：１９ａ参照）が形成されている。ゲート電極の側面上には、サイドウォール２４が形成されている。活性領域１０ａにおけるサイドウォール２４の外側方下には、ｎ型ソースドレイン領域（図示省略，図６(a)：２５ａ参照）が形成されている。ｎ型ソースドレイン領域上には、第１のシリサイド膜（図示省略，図６(a)：２６ａ参照）が形成されている。ゲート電極上には、第２のシリサイド膜２６ｂが形成されている。半導体基板１０上には、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを覆うように、層間絶縁膜２７が形成されている。層間絶縁膜２７に設けられた第１，第２のコンタクトホール内には、第１，第２のシリサイド膜と接する第１，第２のコンタクトプラグ２９ａ，２９ｂが形成されている。
【００８０】
第１の窒化領域２０ｘに含まれる窒素の窒素濃度をｎ１とし、第２の窒化領域２０ｙに含まれる窒素の窒素濃度をｎ２とし、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、ｎ１＞ｎ、且つ、ｎ２＞ｎの関係式が成り立っている。窒素濃度ｎ１，ｎ２は、例えば２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である（ｎ１≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3，ｎ２≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。窒素濃度ｎは、例えば１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である（ｎ≦１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。
【００８１】
第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅をｗ１（図６(b) 参照）とし、第２の窒化領域２０ｙのゲート幅方向の幅をｗ２（図６(b) 参照）とし、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端からゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の一端までの突き出し量をｄ１とし、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端からゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の他端までの突き出し量をｄ２としたとき、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っている。本実施形態では、例えば、ｗ１＝ｄ１、且つ、ｗ２＜ｄ２である。
【００８２】
活性領域１０ａのゲート幅方向の一端とは、図６(b) に示すように、活性領域１０ａの表面における第１の素子分離部１１ｘと接する端をいう。活性領域１０ａのゲート幅方向の他端とは、活性領域１０ａの表面における第２の素子分離部１１ｙと接する端をいう。
【００８３】
ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の一端とは、図６(b) に示すように、第１の素子分離部１１ｘ上に位置する端をいう。ゲート絶縁膜１６ａのゲート幅方向の他端とは、第２の素子分離部１１ｙ上に位置する端をいう。
【００８４】
素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分は、窒素を含み（図６(b) に示すＸ印参照）、該窒素は、後述の通り、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙの形成の際に利用する窒素（例えば、プラズマに含まれる窒素）に由来する。
【００８５】
素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａ下に位置する部分の窒素濃度よりも高い。素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分（第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗ）の窒素濃度よりも高い。
【００８６】
ゲート電極１９ａのゲート幅方向の両端部及びゲート電極１９ａの上面部は、窒素を含み（図６(b) に示すＸ印参照）、該窒素は、後述の通り、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙの形成の際に利用する窒素（例えば、プラズマに含まれる窒素）に由来する。
【００８７】
金属膜１７ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、金属膜１７ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度よりも高い。
【００８８】
シリコン膜１８ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分における上部の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。シリコン膜１８ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。
【００８９】
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図７(a) 〜(b) 、図８(a) 〜(b) 、図９(a) 〜(b) 、図１０(a) 〜(b) 、図１１(a) 〜(b) 、図１２(a) 〜(b) 及び図１３(a) 〜(b) を参照しながら説明する。図７(a) 〜図１３(a) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示すゲート長方向の断面図である。図７(b) 〜図１３(b) は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示すゲート幅方向の断面図である。
【００９０】
まず、図７(a) 〜(b) に示すように、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１０の上部に、素子分離領域１１を選択的に形成する。これにより、半導体基板１０に、素子分離領域１１に囲まれた活性領域１０ａが形成される。ゲート幅Ｗ（図７(b) 参照）は、例えば２００ｎｍである。ゲート幅Ｗは、活性領域１０ａのゲート幅方向の幅である。活性領域１０ａを囲む素子分離領域１１は、第１の素子分離部１１ｘ（図７(b) 参照）と、第２の素子分離部１１ｙ（図７(b) 参照）と、第３の素子分離部１１ｖ（図７(a) 参照）と、第４の素子分離部１１ｗ（図７(a) 参照）とを有する。その後、半導体基板１０に、ｐ型ウェル領域１２を形成する。
【００９１】
次に、図７(a) 〜(b) に示すように、半導体基板１０上に、高誘電率膜１３を形成する。高誘電率膜１３の材料としては、比誘電率が８以上の金属酸化物、例えばＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＯＮ、ＨｆＺｒＯ及びＨｆＺｒＯＮ等のハフニウム酸化物が挙げられる。その後、高誘電率膜１３上に、調整用金属を含む調整用金属膜１４を形成する。調整用金属として、例えばランタン（Ｌａ）を用いる。
【００９２】
次に、図８(a) 〜(b) に示すように、熱処理により、高誘電率膜１３に、調整用金属膜１４に含まれる調整用金属を導入する。これにより、高誘電率膜１３中に、ダイポールが形成される。このようにして、半導体基板１０上に、調整用金属を含む高誘電率膜１５を有するゲート絶縁膜用膜１６を形成する。その後、高誘電率膜１５上に残存する調整用金属膜１４を選択的に除去する。
【００９３】
次に、図８(a) 〜(b) に示すように、例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により、ゲート絶縁膜用膜１６上に、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）からなる金属膜１７を形成する。その後、例えばＣＶＤ法により、金属膜１７上に、例えばポリシリコンからなるシリコン膜１８を形成する。このようにして、ゲート絶縁膜用膜１６上に、金属膜１７及びシリコン膜１８を有するゲート電極用膜１９を形成する。
【００９４】
次に、図８(a) 〜(b) に示すように、フォトリソグラフィ法により、ゲート電極用膜１９上に、ゲート電極用膜１９のゲート幅方向の両端部を露出するレジストパターンＲｅ１を形成する。レジストパターンＲｅ１のゲート幅方向の幅は、ゲート絶縁膜（後述の図１１(b)：１６ａ参照）及びゲート電極（後述の図１１(b)：１９ａ参照）のゲート幅方向の幅と同じである。
【００９５】
図８(b) に示すように、レジストパターンＲｅ１のゲート幅方向の一端を、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄｒ１の分だけ、第１の素子分離部１１ｘの上方に突き出して形成する。一方、レジストパターンＲｅ１のゲート幅方向の他端を、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄｒ２の分だけ、第２の素子分離部１１ｙの上方に突き出して形成する。
【００９６】
突き出し量Ｄｒ１は、例えば突き出し量Ｄｒ２よりも小さい。突き出し量Ｄｒ１は、例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。突き出し量Ｄｒ２は、例えば１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００９７】
次に、図９(a) 〜(b) に示すように、例えばドライエッチングにより、レジストパターンＲｅ１をマスクとして、金属膜１７及びシリコン膜１８を有するゲート電極用膜１９、並びに調整用金属を含む高誘電率膜１５を有するゲート絶縁膜用膜１６を順次パターニングする。その後、レジストパターンＲｅ１を除去する。このようにして、素子分離領域１１上においてゲート幅方向の両端（両側面）を露出するゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａを形成する。ゲート絶縁膜用膜１６Ａは、調整用金属を含む高誘電率膜１５Ａを有する。ゲート電極用膜１９Ａは、金属膜１７Ａ及びシリコン膜１８Ａを有する。
【００９８】
このとき、素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の上面が露出される。
【００９９】
ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａは、それらのゲート幅方向の一端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄ１の分だけ、第１の素子分離部１１ｘ上に突き出して形成される。一方、ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａは、それらのゲート幅方向の他端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄ２の分だけ、第２の素子分離部１１ｙ上に突き出して形成される。
【０１００】
突き出し量Ｄ１は、突き出し量Ｄｒ１（図８(b) 参照）と同じであり、突き出し量Ｄ１は、例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。突き出し量Ｄ２は、突き出し量Ｄｒ２（図８(b) 参照）と同じであり、突き出し量Ｄ２は、例えば１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０１０１】
ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の幅は、ゲート絶縁膜（後述の図１１(b)：１６ａ参照）及びゲート電極（後述の図１１(b)：１９ａ参照）のゲート幅方向の幅と同じである。
【０１０２】
ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の一端は、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の一端と合致する。ゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の他端は、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の他端と合致する。
【０１０３】
このように、ゲート電極用膜１９及びゲート絶縁膜用膜１６を順次パターニングして、ゲート絶縁膜及びゲート電極のゲート幅方向の両端を規定する。
【０１０４】
次に、図９(a) 〜(b) に示すように、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端を、例えば窒素を含むプラズマの雰囲気に晒す。これにより、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化して、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の一端部が窒化されてなる第１の窒化領域２０Ｘを形成すると共に、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の他端部が窒化されてなる第２の窒化領域２０Ｙを形成する。
【０１０５】
このとき、ゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の両端（両側面）及び上面、並びに素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の上面が、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒される。このため、ゲート電極用膜１９Ａにおける、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒された部分は、該部分以外の部分よりも、窒素濃度が高くなる。素子分離領域１１における、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒された部分は、該部分以外の部分よりも、窒素濃度が高くなる。図９(b) に示す×印は、ゲート電極用膜１９Ａ及び素子分離領域１１における窒素を含む部分を示す。
【０１０６】
金属膜１７Ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分は、金属膜１７Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分よりも、窒素濃度が高くなる。
【０１０７】
シリコン膜１８Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分における上部は、該部分における下部よりも、窒素濃度が高くなる。シリコン膜１８Ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分は、該部分における下部よりも、窒素濃度が高くなる。
【０１０８】
素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分は、素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａ下に位置する部分よりも、窒素濃度が高くなる。素子分離領域１１におけるゲート電極用膜１９Ａのゲート幅方向の側方に位置する部分は、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分（第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗ）よりも、窒素濃度が高くなる。
【０１０９】
第１の窒化領域２０Ｘに含まれる窒素の窒素濃度をＮ１とし、第２の窒化領域２０Ｙに含まれる窒素の窒素濃度をＮ２とし、ゲート絶縁膜用膜１６Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をＮとしたとき、Ｎ１＞Ｎ、且つ、Ｎ２＞Ｎの関係式が成り立っている。
【０１１０】
第１の窒化領域２０Ｘと第２の窒化領域２０Ｙとは、同一の工程で形成される。このため、窒素濃度Ｎ１と窒素濃度Ｎ２とは、実質的に同じである（Ｎ１＝Ｎ２）。
【０１１１】
窒素濃度Ｎ１，Ｎ２は、例えば２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である（Ｎ１≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3，Ｎ２≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。
【０１１２】
窒素濃度Ｎは、例えば１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である（Ｎ≦１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。具体的には、第１に例えば、高誘電率膜１３（調整用金属が導入される前の高誘電率膜）の材料として、窒素を含まない高誘電率材料（ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ及びＨｆＺｒＯ等）を用いた場合、窒素濃度Ｎは、０ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。第２に例えば、高誘電率膜１３の材料として、窒素を含む高誘電率材料（ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＺｒＯＮ等）を用いた場合、窒素濃度Ｎは、高誘電率膜１３に含まれる窒素の窒素濃度と実質的に同じである。
【０１１３】
第１の窒化領域２０Ｘのゲート幅方向の幅をＷ１とし、第２の窒化領域２０Ｙのゲート幅方向の幅をＷ２としたとき、Ｗ１≦Ｄ１、且つ、Ｗ２≦Ｄ２の関係式が成り立っている。
【０１１４】
第１の窒化領域２０Ｘと第２の窒化領域２０Ｙとは、同一の工程で形成される。このため、幅Ｗ１と幅Ｗ２とは、実質的に同じである（Ｗ１＝Ｗ２）。
【０１１５】
幅Ｗ１，Ｗ２は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【０１１６】
幅Ｗ１を、突き出し量Ｄ１以下として（Ｗ１≦Ｄ１）、第１の窒化領域２０Ｘを、素子分離領域１１（第１の素子分離部１１ｘ）上にのみ形成し、活性領域１０ａ上には形成しない。同様に、幅Ｗ２を、突き出し量Ｄ２以下として（Ｗ２≦Ｄ２）、第２の窒化領域２０Ｙを、素子分離領域１１（第２の素子分離部１１ｙ）上にのみ形成し、活性領域１０ａ上には形成しない。このように、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを、活性領域１０ａ上に形成しないのは、以下のような理由による。
【０１１７】
一般に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタの場合、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分は、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数の決定に大きく寄与する一方、高誘電率膜における素子分離領域上に位置する部分は、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数の決定に大きく寄与しない。
【０１１８】
一般に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタの場合、高誘電率膜に含まれる窒素の窒素濃度が高くなるに連れて、高誘電率膜中に形成されるダイポールの量が多くなって、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数が低くなる。
【０１１９】
このため、仮に、窒化領域を、活性領域上に形成した場合、次のような問題がある。この場合、高誘電率膜における活性領域上に位置する部分（言い換えれば、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数の決定に大きく寄与する部分）に含まれる窒素の窒素濃度は、一定にならず、該部分は、窒化領域を含む部分（即ち、窒素濃度の比較的高い高濃度部分）と、窒化領域を含まない部分（即ち、窒素濃度の比較的低い低濃度部分）とを有する。このため、ＭＩＳトランジスタにおいて、高濃度部分での実効仕事関数が、低濃度部分での実効仕事関数よりも低くなる。従って、ＭＩＳトランジスタの実効仕事関数が、一定にならず、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性が、不安定になるという問題がある。
【０１２０】
そこで、本実施形態では、Ｗ１≦Ｄ１とし、且つ、Ｗ２≦Ｄ２とし、第１の窒化領域２０Ｘ及び第２の窒化領域２０Ｙを、活性領域１０ａ上に形成しない。これにより、高誘電率膜１５Ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、一定にすることができる。このため、高誘電率膜１５Ａがパターニングされてなる高誘電率膜（後述の図１１(a) 〜(b)：１５ａ参照）を有するゲート絶縁膜（後述の図１１(a) 〜(b)：１６ａ参照）を備えたＭＩＳトランジスタの実効仕事関数を、一定にし、ＭＩＳトランジスタのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【０１２１】
次に、図１０(a) 〜(b) に示すように、フォトリソグラフィ法により、ゲート電極用膜１９Ａ及び素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に、ゲート電極用膜１９Ａのゲート長方向の両端部を露出するレジストパターンＲｅ２を形成する。レジストパターンＲｅ２のゲート長方向の幅は、ゲート絶縁膜（後述の図１１(a)：１６ａ参照）及びゲート電極（後述の図１１(a)：１９ａ参照）のゲート長方向の幅と同じである。
【０１２２】
次に、図１１(a) 〜(b) に示すように、例えばドライエッチングにより、レジストパターンＲｅ２をマスクとして、金属膜１７Ａ及びシリコン膜１８Ａを有するゲート電極用膜１９Ａ、並びに調整用金属を含む高誘電率膜１５Ａを有するゲート絶縁膜用膜１６Ａを順次パターニングする。その後、レジストパターンＲｅ２を除去する。このようにして、活性領域１０ａ及び素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に、調整用金属を含む高誘電率膜１５ａを有するゲート絶縁膜１６ａ、並びに金属膜１７ａ及びシリコン膜１８ａを有するゲート電極１９ａを順次形成する。ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分には、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。
【０１２３】
ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａは、それらのゲート幅方向の一端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の一端から突き出し量ｄ１の分だけ、第１の素子分離部１１ｘ上に突き出して形成されている。一方、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａは、それらのゲート幅方向の他端が、活性領域１０ａのゲート幅方向の他端から突き出し量ｄ２の分だけ、第２の素子分離部１１ｙ上に突き出して形成されている。
【０１２４】
突き出し量ｄ１は、突き出し量Ｄｒ１，Ｄ１（前述の図８(b)，図９(b) 参照）と同じであり、突き出し量ｄ１は、例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。突き出し量ｄ２は、突き出し量Ｄｒ２，Ｄ２（前述の図８(b)，図９(b) 参照）と同じであり、突き出し量ｄ２は、例えば１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０１２５】
第１の窒化領域２０ｘに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎ１とし、第２の窒化領域２０ｙに含まれる窒素の窒素濃度を、ｎ２とし、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度を、ｎとしたとき、ｎ１＞ｎ、且つ、ｎ２＞ｎの関係式が成り立っている。
【０１２６】
上述の通り、第１の窒化領域２０Ｘの窒素濃度Ｎ１と、第２の窒化領域２０Ｙの窒素濃度Ｎ２とは、実質的に同じである（Ｎ１＝Ｎ２）。このため、第１の窒化領域２０Ｘがパターニングされてなる第１の窒化領域２０ｘの窒素濃度ｎ１と、第２の窒化領域２０Ｙがパターニングされてなる第２の窒化領域２０ｙの窒素濃度ｎ２とは、実質的に同じである（ｎ１＝ｎ２）。
【０１２７】
窒素濃度ｎ１，ｎ２は、例えば２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である（ｎ１≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3，ｎ２≧２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。窒素濃度ｎは、例えば１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である（ｎ≦１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）。
【０１２８】
第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅をｗ１とし、第２の窒化領域２０ｙのゲート幅方向の幅をｗ２としたとき、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っている。本実施形態では、例えば、ｗ１＝ｄ１、且つ、ｗ２＜ｄ２である。
【０１２９】
上述の通り、第１の窒化領域２０Ｘの幅Ｗ１と、第２の窒化領域２０Ｙの幅Ｗ２とは、実質的に同じである（Ｗ１＝Ｗ２）。このため、第１の窒化領域２０Ｘがパターニングされてなる第１の窒化領域２０ｘの幅ｗ１と、第２の窒化領域２０Ｙがパターニングされてなる第２の窒化領域２０ｙの幅ｗ２とは、実質的に同じである（ｗ１＝ｗ２）。
【０１３０】
幅ｗ１は、幅Ｗ１（図９(b) 参照）と同じであり、幅ｗ１は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。幅ｗ２は、幅Ｗ２（図９(b) 参照）と同じであり、幅ｗ２は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【０１３１】
素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａ下に位置する部分の窒素濃度よりも高い。素子分離領域１１におけるゲート電極１９ａのゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、素子分離領域１１における活性領域１０ａのゲート長方向の側方に位置する部分（第３，第４の素子分離部１１ｖ，１１ｗ）の窒素濃度よりも高い。
【０１３２】
金属膜１７ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、金属膜１７ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度よりも高い。
【０１３３】
シリコン膜１８ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分における上部の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。シリコン膜１８ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分の窒素濃度は、該部分における下部の窒素濃度よりも高い。
【０１３４】
なお、一般に、素子分離領域に含まれる窒素は、熱処理により、素子分離領域中を移動し難い。同様に、一般に、金属膜に含まれる窒素は、熱処理により、金属膜中を移動し難い。これに対し、一般に、シリコン膜に含まれる窒素は、熱処理により、シリコン膜中を移動し易い。このため、シリコン膜１８ａに含まれる窒素は、シリコン膜１８ａの形成後に施される熱処理（例えば、ｎ型ソースドレイン注入領域に含まれるｎ型不純物を活性化させる為の熱処理等）により、シリコン膜１８ａ中を移動し、シリコン膜１８ａにおける窒素濃度の高低関係が変動する可能性がある。
【０１３５】
このように、ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａを順次パターニングして、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａのゲート長方向の両端を規定する。
【０１３６】
本実施形態では、図９(a) 〜(b) に示すように、ゲート電極用膜１９及びゲート絶縁膜用膜１６を順次パターニングして（ゲート電極用膜１９及びゲート絶縁膜用膜１６のゲート幅方向の両端部を順次除去して）、ゲート幅方向の両端を露出するゲート絶縁膜用膜１６Ａ及びゲート電極用膜１９Ａを形成した後、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化して第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成し、その後、図１１(a) 〜(b) に示すように、ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａを順次パターニングして（ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート長方向の両端部を順次除去して）、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａを形成する。
【０１３７】
本実施形態では、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化した後、ゲート電極用膜１９Ａ及びゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート長方向の両端部を順次除去して、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａを形成するため、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａのゲート長方向の両端（両側面）が窒化されることを防止することができる。
【０１３８】
本実施形態では、２回のパターニングにより、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａを形成するため、ゲート絶縁膜１６ａ及びゲート電極１９ａの平面形状は、矩形状となる（図５参照）。これに対し、従来では、１回のパターニングにより、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するため、ゲート絶縁膜及びゲート電極の平面形状は、角部が丸みを帯びた形状となる（前述の図１４参照）。
【０１３９】
次に、図１１(a) 〜(b) に示すように、活性領域１０ａにおけるゲート電極１９ａの側方下に、ｎ型エクステンション注入領域２１を形成する。
【０１４０】
次に、図１２(a) 〜(b) に示すように、例えばＣＶＤ法により、半導体基板１０上の全面に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる内側サイドウォール用膜及び例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる外側サイドウォール用膜を順次形成する。その後、外側サイドウォール用膜及び内側サイドウォール用膜に対して、例えば異方性ドライエッチングを順次行う。これにより、ゲート電極１９ａの側面上に、断面形状がＬ字状の内側サイドウォール２２及び外側サイドウォール２３を有するサイドウォール２４を形成する。
【０１４１】
次に、図１２(a) 〜(b) に示すように、活性領域１０ａにおけるサイドウォール２４の外側方下に、ｎ型ソースドレイン注入領域２５を形成する。
【０１４２】
次に、図１３(a) 〜(b) に示すように、例えば９００℃の熱処理を行う。これにより、ｎ型エクステンション注入領域２１に含まれるｎ型不純物を活性化し、ｎ型エクステンション領域２１ａを形成する。それと共に、ｎ型ソースドレイン注入領域２５に含まれるｎ型不純物を活性化し、ｎ型ソースドレイン領域２５ａを形成する。
【０１４３】
このとき、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）上に位置する部分には、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙが設けられている。第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙは、自身に酸素（Ｏ）が拡散されることを防止することができる。これにより、素子分離領域１１に含まれるＯが、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。
【０１４４】
次に、図１３(a) 〜(b) に示すように、ｎ型ソースドレイン領域２５ａ上に、第１のシリサイド膜２６ａを形成する。それと共に、シリコン膜１８ａ上に、第２のシリサイド膜２６ｂを形成する。その後、半導体基板１０上の全面に、層間絶縁膜２７を形成する。その後、層間絶縁膜２７に、第１のシリサイド膜２６ａの表面の一部を露出させる第１のコンタクトホール２８ａ、及び第２のシリサイド膜２６ｂの表面の一部を露出させる第２のコンタクトホール２８ｂを形成する。その後、第１のコンタクトホール２８ａ及び第２のコンタクトホール２８ｂ内に、例えばＷ（タングステン）等からなる金属膜を埋め込み、第１のコンタクトプラグ２９ａ及び第２のコンタクトプラグ２９ｂを形成する。
【０１４５】
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。
【０１４６】
本実施形態によると、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分に、第１の窒化領域２０ｘを設け、第１の窒化領域２０ｘの窒素濃度ｎ１を、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度ｎよりも高くする。即ち、ｎ１＞ｎの関係式を成り立たせる。これにより、熱処理の際に、第１の窒化領域２０ｘに、素子分離領域１１に含まれる酸素（Ｏ）が拡散されることを防止することができるため、素子分離領域１１に含まれるＯが、第１の窒化領域２０ｘを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。
【０１４７】
特に、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分の全部分に、第１の窒化領域２０ｘを設ける。言い換えれば、第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅ｗ１を、突き出し量ｄ１と同じにする（ｗ１＝ｄ１）。これにより、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙ以外の領域が、第１の素子分離部１１ｘと接することを防止することができる。
【０１４８】
それと共に、ゲート絶縁膜１６ａにおける第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分に、第２の窒化領域２０ｙを設け、第２の窒化領域２０ｙの窒素濃度ｎ２を、窒素濃度ｎよりも高くする。即ち、ｎ２＞ｎの関係式を成り立たせる。これにより、熱処理の際に、第２の窒化領域２０ｙに、素子分離領域１１に含まれるＯが拡散されることを防止することができるため、素子分離領域１１に含まれるＯが、第２の窒化領域２０ｙを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。
【０１４９】
このように、ゲート絶縁膜１６ａにおける第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分の一部分に、第２の窒化領域２０ｙを設ける。これにより、突き出し量ｄ２が比較的多い場合であっても、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙ以外の領域が、第２の素子分離部１１ｙと接する部分を少なくすることができる。
【０１５０】
以上のように、素子分離領域１１に含まれるＯが、第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙを通って、高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分）に拡散することを防止することができる。このため、高誘電率膜１５ａに含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域１１に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることを防止することができる。従って、半導体装置の微細化に伴い、ゲート幅が狭くなることがあっても、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒの閾値電圧が高くなることを防止することができる。
【０１５１】
加えて、図９(b) に示すように、ゲート絶縁膜用膜１６のゲート幅方向の両端部を除去して、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端を露出した後、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端部を窒化して第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成する。このように、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成するために、ゲート絶縁膜用膜１６のゲート幅方向の両端部を除去する。このとき、突き出し量Ｄ１，Ｄ２を少なくすることができ、延いては、突き出し量ｄ１，ｄ２を少なくすることができる。このため、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１（第１，第２の素子分離部１１ｘ，１１ｙ）と接する部分を少なくすることができる。このため、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１と接する部分を通って、素子分離領域１１から高誘電率膜１５ａ（特に、高誘電率膜１５ａにおける活性領域１０ａと接する部分）に拡散されるＯ量を少なくすることができる。このため、高誘電率膜１５ａに含まれる調整用金属（例えばＬａ）と、素子分離領域１１に含まれるＯとが反応し、ダイポールの中性化が生じることをさらに防止することができる。
【０１５２】
さらに、ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っている。これにより、ゲート絶縁膜１６ａにおける活性領域１０ａ上に位置する部分の窒素濃度ｎを、一定にすることができる。このため、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒの実効仕事関数を、一定にすることができるため、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒのトランジスタ特性を安定にすることができる。
【０１５３】
なお、本実施形態では、例えば、図９(b) に示すように、ゲート絶縁膜用膜１６Ａのゲート幅方向の両端を、窒素を含むプラズマの雰囲気に晒すことにより、第１，第２の窒化領域２０Ｘ，２０Ｙを形成する場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５４】
例えばイオン注入により、注入エネルギーが２０ｋｅＶ，注入ドーズ量が５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2，注入角度が１５°のイオン注入条件で、ゲート絶縁膜用膜に、窒素を含むイオンを注入することにより、第１，第２の窒化領域を形成してもよい。注入角度とは、半導体基板１０の主面に直交する法線に対して傾斜する角度をいう。このとき、ゲート電極用膜の両端（両側面）及び上面、並びに素子分離領域におけるゲート電極用膜の側方に位置する部分の上面に、窒素を含むイオンが注入される。
【０１５５】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分の全部分に、第１の窒化領域２０ｘを設ける、言い換えれば、ｗ１＝ｄ１である場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｗ１＜ｄ１であってもよい。即ち、ｗ１≦ｄ１の関係式が成り立っていればよい。特に、ｗ１＝ｄ１であることが好ましい。このようにすると、上述の通り、ゲート絶縁膜１６ａにおける第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙ以外の領域が、第１の素子分離部１１ｘと接することを防止することができる。
【０１５６】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、ゲート絶縁膜１６ａにおける第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分の一部分に、第２の窒化領域２０ｙを設ける、言い換えれば、ｗ２＜ｄ２である場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｗ２＝ｄ２であってもよい。即ち、ｗ２≦ｄ２の関係式が成り立っていればよい。特に、ｗ２＝ｄ２であることが好ましい。このようにすると、ゲート絶縁膜における第１，第２の窒化領域以外の領域が、第２の素子分離部と接することを防止することができる。
【０１５７】
なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１上に位置する部分のうち、第１の素子分離部１１ｘ上に位置する部分の全部分に第１の活性領域２０ｘを設けると共に、第２の素子分離部１１ｙ上に位置する部分の一部分に第２の窒化領域２０ｙを設けた場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分に、窒化領域を設ければよい。
【０１５８】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、第１の窒化領域２０ｘのゲート幅方向の幅ｗ１と、第２の窒化領域２０ｙのゲート幅方向の幅ｗ２とが実質的に同じである（ｗ１＝ｗ２）場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の窒化領域のゲート幅方向の幅と、第２の窒化領域のゲート幅方向の幅とを、互いに異ならせてもよい。但し、上述の通り、第１，第２の窒化領域を、素子分離領域（第１，第２の素子分離部）上にのみ形成することが好ましい。
【０１５９】
なお、本実施形態では、図１１(b) に示すように、第１の窒化領域２０ｘの窒素濃度ｎ１と、第２の窒化領域２０ｙの窒素濃度ｎ２とが実質的に同じである（ｎ１＝ｎ２）場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の窒化領域の窒素濃度と、第２の窒化領域の窒素濃度とを、互いに異ならせてもよい。
【０１６０】
なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜１６ａにおける素子分離領域１１上に位置する部分に設ける領域として、窒素を含む第１，第２の窒化領域２０ｘ，２０ｙを用いた場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分に設ける領域は、熱処理の際に自身にＯが拡散されることを防止することができる領域であればよい。
【０１６１】
なお、本実施形態では、調整用金属として、例えばＬａを用いる場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。Ｌａの代わりに、例えば他のランタノイド元素又はマグネシウム（Ｍｇ）等を用いてもよい。
【０１６２】
なお、本実施形態では、突き出し量ｄ１が、突き出し量ｄ２よりも小さい（ｄ１＜ｄ２）場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１に例えば、突き出し量ｄ１が、突き出し量ｄ２と同じでもよい（ｄ１＝ｄ２）。第２に例えば、突き出し量ｄ１が、突き出し量ｄ２よりも大きくてもよい（ｄ１＞ｄ２）。
【０１６３】
なお、本実施形態では、調整用金属を含む高誘電率膜１５ａを有するゲート絶縁膜１６ａを具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、活性領域上に形成された下地膜と、下地膜上に形成された調整用金属を含む高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜でもよい。下地膜の材料としては、例えば、酸化シリコン等が挙げられる。
【０１６４】
本実施形態の場合、図６(b) に示すように、調整用金属を含む高誘電率膜１５ａは、素子分離領域１１と接する。これに対し、酸化シリコンからなる下地膜と調整用金属を含む高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜の場合、例えば、酸化シリコンからなる下地膜を熱酸化によって形成すると、活性領域上には下地膜が形成されるが、素子分離領域上には下地膜が形成されない。このため、調整用金属を含む高誘電率膜は、素子分離領域と接して形成されるため、熱処理の際に、素子分離領域に含まれるＯが、調整用金属を含む高誘電率膜に拡散する。従って、酸化シリコンからなる下地膜と調整用金属を含む高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜の場合においても、ゲート絶縁膜における素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分に、窒化領域を設けることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６５】
なお、本実施形態では、ｎ型ＭＩＳトランジスタｎＴｒを備えた半導体装置を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｎ型ＭＩＳトランジスタとｐ型ＭＩＳトランジスタとを備えた半導体装置でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
以上説明したように、本発明は、ＭＩＳトランジスタの閾値電圧が高くなることを防止することができ、調整用金属を含む高誘電率膜を有するゲート絶縁膜を備えたＭＩＳトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に有用である。
【符号の説明】
【０１６７】
１０ 半導体基板
１０ａ 活性領域
１１ 素子分離領域
１１ｘ 第１の素子分離部
１１ｙ 第２の素子分離部
１１ｖ 第３の素子分離部
１１ｗ 第４の素子分離部
１２ ｐ型ウェル領域
１３ 高誘電率膜
１４ 調整用金属膜
１５，１５ａ 調整用金属を含む高誘電率膜
１６，１６Ａ ゲート絶縁膜用膜
１６ａ ゲート絶縁膜
１７，１７Ａ，１７ａ 金属膜
１８，１８Ａ，１８ａ シリコン膜
１９，１９Ａ ゲート電極用膜
１９ａ ゲート電極
２０Ｘ，２０ｘ 第１の窒化領域
２０Ｙ，２０ｙ 第２の窒化領域
２１ ｎ型エクステンション注入領域
２１ａ ｎ型エクステンション領域
２２ 内側サイドウォール
２３ 外側サイドウォール
２４ サイドウォール
２５ ｎ型ソースドレイン注入領域
２５ａ ｎ型ソースドレイン領域
２６ａ 第１のシリサイド膜
２６ｂ 第２のシリサイド膜
２７ 層間絶縁膜
２８ａ 第１のコンタクトホール
２８ｂ 第２のコンタクトホール
２９ａ 第１のコンタクトプラグ
２９ｂ 第２のコンタクトプラグ
Ｒｅ１ レジストパターン
Ｒｅ２ レジストパターン
ｄ１，ｄ２，Ｄｒ１，Ｄｒ２，Ｄ１，Ｄ２ 突き出し量
ｗ１，ｗ２，Ｗ１，Ｗ２ 幅
５０ 半導体基板
５０ｘ 活性領域
５１ 素子分離領域
５２ａ，５２ｂ, ５２ｃ, ５２ｄ Ｌａを含む高誘電率膜
５２Ａ，５２Ｂ, ５２Ｃ, ５２Ｄ ゲート絶縁膜
５３ａ，５３ｂ, ５３ｃ, ５３ｄ 金属膜
５４ａ，５４ｂ, ５４ｃ, ５４ｄ シリコン膜
５４Ａ，５４Ｂ, ５４Ｃ, ５４Ｄ ゲート電極
５５ｃ 端部
５５ｄ 窒化領域
Ｗ ゲート幅
Ｄ 突き出し量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＳトランジスタを備えた半導体装置であって、
前記ＭＩＳトランジスタは、
半導体基板における素子分離領域に囲まれた活性領域と、
前記活性領域及び前記素子分離領域上に形成され、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、
前記ゲート絶縁膜における前記素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域が設けられており、
前記窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をｎｘとし、前記ゲート絶縁膜における前記活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、
ｎｘ＞ｎ
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記窒化領域は、前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端側に設けられた第１の窒化領域と、前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端側に設けられた第２の窒化領域とを有し、
前記第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ１とし、
前記第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ２とし、
前記活性領域のゲート幅方向の一端から前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端までの突き出し量をｄ１とし、
前記活性領域のゲート幅方向の他端から前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端までの突き出し量をｄ２としたとき、
ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜における前記活性領域上に位置する部分には、前記窒化領域が形成されていないことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記素子分離領域における前記ゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、前記素子分離領域における前記ゲート電極下に位置する部分の窒素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記素子分離領域における前記ゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、前記素子分離領域における前記活性領域のゲート長方向の側方に位置する部分の窒素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記窒素濃度ｎｘは、２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記窒素濃度ｎは、１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ＭＩＳトランジスタは、ｎ型ＭＩＳトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、調整用金属を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記調整用金属は、ランタンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、前記金属膜上に形成されたシリコン膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記金属膜における前記素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度は、前記金属膜における前記活性領域上に位置する部分の窒素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
半導体基板における活性領域上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極を有する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、
前記半導体基板に、前記活性領域を囲む素子分離領域を形成する工程（ａ）と、
前記活性領域及び前記素子分離領域上に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜用膜を形成する工程（ｂ）と、
前記ゲート絶縁膜用膜上に、ゲート電極用膜を形成する工程（ｃ）と、
前記ゲート電極用膜及び前記ゲート絶縁膜用膜をパターニングして、前記素子分離領域上においてゲート幅方向の両端を露出する前記ゲート絶縁膜用膜及び前記ゲート電極用膜を形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、前記ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の両端部を窒化して、前記素子分離領域上に位置する窒化領域を形成する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、前記ゲート電極用膜及び前記ゲート絶縁膜用膜をパターニングして、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を形成する工程（ｆ）とを備え、
前記工程（ｄ）において、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極のゲート幅方向の両端が規定され、
前記工程（ｆ）において、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極のゲート長方向の両端が規定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｅ）において、前記窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をＮＸとし、前記ゲート絶縁膜用膜における前記活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をＮとしたとき、
ＮＸ＞Ｎ
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｄ）において、前記ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の一端が、前記活性領域のゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄ１の分だけ、前記素子分離領域上に突き出して形成される一方、前記ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の他端が、前記活性領域のゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄ２の分だけ、前記素子分離領域上に突き出して形成され、
前記工程（ｅ）において、前記ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の一端部が窒化された第１の窒化領域と、前記ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の他端部が窒化された第２の窒化領域とを有する前記窒化領域が形成され、
前記第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ１とし、前記第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ２としたとき、
Ｗ１≦Ｄ１、且つ、Ｗ２≦Ｄ２
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ＭＩＳトランジスタを備えた半導体装置であって、
前記ＭＩＳトランジスタは、
半導体基板における素子分離領域に囲まれた活性領域と、
前記活性領域及び前記素子分離領域上に形成され、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、
前記ゲート絶縁膜における前記素子分離領域上に位置する部分のうち、少なくとも一部分には、窒化領域が設けられており、
前記窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をｎｘとし、前記ゲート絶縁膜における前記活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をｎとしたとき、
ｎｘ＞ｎ
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記窒化領域は、前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端側に設けられた第１の窒化領域と、前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端側に設けられた第２の窒化領域とを有し、
前記第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ１とし、
前記第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をｗ２とし、
前記活性領域のゲート幅方向の一端から前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の一端までの突き出し量をｄ１とし、
前記活性領域のゲート幅方向の他端から前記ゲート絶縁膜のゲート幅方向の他端までの突き出し量をｄ２としたとき、
ｗ１≦ｄ１、且つ、ｗ２≦ｄ２
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜における前記活性領域上に位置する部分には、前記窒化領域が形成されていないことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記素子分離領域における前記ゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、前記素子分離領域における前記ゲート電極下に位置する部分の窒素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記素子分離領域における前記ゲート電極のゲート幅方向の側方に位置する部分の窒素濃度は、前記素子分離領域における前記活性領域のゲート長方向の側方に位置する部分の窒素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記窒素濃度ｎｘは、２×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記窒素濃度ｎは、１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ＭＩＳトランジスタは、ｎ型ＭＩＳトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、調整用金属を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記調整用金属は、ランタンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、前記金属膜上に形成されたシリコン膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記金属膜における前記素子分離領域上に位置する部分の窒素濃度は、前記金属膜における前記活性領域上に位置する部分の窒素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
半導体基板における活性領域上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極を有する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、
前記半導体基板に、前記活性領域を囲む素子分離領域を形成する工程（ａ）と、
前記活性領域及び前記素子分離領域上に、高誘電率膜を有するゲート絶縁膜用膜を形成する工程（ｂ）と、
前記ゲート絶縁膜用膜上に、ゲート電極用膜を形成する工程（ｃ）と、
前記ゲート電極用膜及び前記ゲート絶縁膜用膜をパターニングして、前記素子分離領域上においてゲート幅方向の両端を露出する前記ゲート絶縁膜用膜及び前記ゲート電極用膜を形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、前記ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の両端部を窒化して、前記素子分離領域上に位置する窒化領域を形成する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、前記ゲート電極用膜及び前記ゲート絶縁膜用膜をパターニングして、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を形成する工程（ｆ）とを備え、
前記工程（ｄ）において、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極のゲート幅方向の両端が規定され、
前記工程（ｆ）において、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極のゲート長方向の両端が規定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｅ）において、前記窒化領域に含まれる窒素の窒素濃度をＮＸとし、前記ゲート絶縁膜用膜における前記活性領域上に位置する部分に含まれる窒素の窒素濃度をＮとしたとき、
ＮＸ＞Ｎ
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｄ）において、前記ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の一端が、前記活性領域のゲート幅方向の一端から突き出し量Ｄ１の分だけ、前記素子分離領域上に突き出して形成される一方、前記ゲート絶縁膜用膜は、そのゲート幅方向の他端が、前記活性領域のゲート幅方向の他端から突き出し量Ｄ２の分だけ、前記素子分離領域上に突き出して形成され、
前記工程（ｅ）において、前記ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の一端部が窒化された第１の窒化領域と、前記ゲート絶縁膜用膜のゲート幅方向の他端部が窒化された第２の窒化領域とを有する前記窒化領域が形成され、
前記第１の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ１とし、前記第２の窒化領域のゲート幅方向の幅をＷ２としたとき、
Ｗ１≦Ｄ１、且つ、Ｗ２≦Ｄ２
の関係式が成り立っていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−３８８００（Ｐ２０１２−３８８００Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５２４７（Ｐ２０１０−１７５２４７）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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