(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程とを有し、
前記ゲート絶縁膜の形成工程において、
真空容器と、一端にガス供給パイプが接続され、他端に開口部を有し、周囲にＲＦ誘導コイルが設置され、前記真空容器と前記開口部を通じて繋がった、窒素ラジカルを含んだ窒素プラズマを発生させるプラズマ室と、前記真空容器の内部に設けられ、前記シリコン基板を支持するための基板サセプターと、前記プラズマ室の前記開口部と前記基板サセプターとの間に設けられたイオン偏向手段を備えた窒化処理装置を用いて、
前記ＲＦ誘導コイルに外部電源よりＲＦを印加して前記プラズマ室内で窒素ラジカルのうち原子状窒素ラジカルをＮ２ラジカルより多く発生させ、前記プラズマ室と前記真空容器との圧力差により前記窒素ラジカルを前記シリコン基板に照射するとともに、前記イオン偏向手段により窒素イオンを偏向させ前記シリコン基板への到達を抑制し、前記シリコン基板の表面に窒化硅素膜を形成する第１工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記イオン偏向手段がイオン偏向電極である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】
前記ゲート絶縁膜形成工程において、前記第１工程の後に、前記窒化珪素膜を酸化し酸化窒化硅素膜を形成する第２工程を有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜形成工程において、前記第１工程の後に、前記窒化硅素膜上に金属膜を形成する第２工程と、前記窒化硅素膜と前記金属膜とを酸化し酸化窒化硅素膜と酸化金属膜とを形成する第３工程とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ゲート絶縁膜形成工程において、前記第１工程の後に、前記窒化硅素膜上に強誘電体膜を形成する第２工程を有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に、シリコン半導体を能動領域とする電界効果トランジスター及びその集積回路等の半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン半導体を能動領域とする電界効果トランジスターでは、ゲート絶縁膜として酸化ケイ素を用いたＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)構造が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
集積回路の高度化と動作電圧の低減の要請から、トランジスターはより小さくより高速動作させる必要がある。このためには、トランジスターサイズの縮小化と共にゲート絶縁膜の薄膜化が必要となる。従来、シリコンの集積回路で最も一般的に用いられている酸化ケイ素のゲート絶縁膜では、膜厚を３ｎｍよりも薄くするとゲート電極からシリコン能動領域へトンネル電流が流れ始め、シリコン能動領域の空乏層の制御が困難になったり、消費電力の増大をもたらすなどの問題が生じることが明らかとなっている。
【０００４】
この問題を解決する一手段として、酸化ケイ素に比べ比誘電率が２倍近い値を持ちアモルファスで絶縁性も安定して高く、シリコン半導体への汚染元素を含まない窒化珪素が酸化ケイ素に代わるゲート絶縁膜として注目されている。しかし、従来の窒化珪素薄膜は耐熱性が悪く、窒化珪素膜形成後５５０℃以上の熱処理を行うとキャリアを捕獲或いは放出する準位が発生し、トランジスター特性を著しく劣化させるという課題を有していた（「ピー・ジェー・カプラン、エト・アール：ジャーナル  オブ  アプライド  フィズィイックス（P. J. Caplan, et al.: Journal of Applied Physics）, ５０（１９７９）５８４７」、および「エフ・ビー・マクリーン：アイ  イー  イー  イー  トランザクション  ニュークリアサイエンス（F. B. McLean : IEEE Transaction Nuclear Science）, ＮＳ−２７（１９８０）１６５」）。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、後プロセスで熱的に安定で、また、各種高誘電率酸化物との積層構造ゲート絶縁膜作製に適した半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従来提案され、用いられている窒化珪素膜の形成方法は、（１）アンモニアを用いて熱的にシリコン能動領域を直接窒化させ、その表面に窒化珪素を形成する方法、（２）窒素プラズマをシリコン能動領域近傍で発生させ、シリコン表面を直接窒化させ窒化珪素を形成する方法、（３）シリコン能動領域表面にアンモニアガスとシランガスを原料としてＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition法）にて窒化珪素を形成する方法、等である。
【０００７】
上記（１）及び（３）の方法では、アンモニアが熱分解して発生する大量の水素が窒化珪素膜中に自動的に添加されることが明らかとなっている。また、上記（２）の方法では、シリコン能動領域が高速イオンの影響で損傷を受け、結晶欠陥が発生することが確認されている。この結晶欠陥に起因する窒化珪素膜中のシリコン未結合手は、キャリアトラップとして働くため、これを不活性化する必要がある。この不活性化を実現するため、意図的に水素を添加し、シリコン未結合手に水素を結合させる必要があった。
【０００８】
従来の窒化珪素薄膜形成の何れの場合にも大量の水素原子が導入される結果となり、水素を含まない窒化珪素ゲート絶縁膜を用いることは出来なかった。しかし、水素を大量に含む窒化珪素薄膜は、５５０℃以上の熱プロセスで容易に水素が昇華し、シリコンの未結合手が発生しキャリアの捕獲準位を形成することが報告されている。従って、従来、窒化珪素をゲート絶縁膜に用いた場合、ゲート絶縁膜を形成した後、５５０℃以上の高温熱処理や酸化雰囲気での熱処理は困難であった。
【０００９】
要約すると、従来の窒化珪素膜或いは酸化窒化珪素膜の耐熱性が悪い理由は、膜中に多量の水素を含んでいるからに他ならない。そこで、水素を含まずしかもイオン損傷等による欠陥を含まない窒化珪素膜を用いることで、従来指摘されている耐熱性の悪さを克服することが可能であることを見出した。すなわち、ゲート絶縁膜を高性能化するため、酸化珪素よりも比誘電率が２倍近く大きく、しかも熱的に安定で、Ｓｉ−Ｈ結合をもたない窒化珪素膜を少なくともゲート絶縁膜の一部として用いた。
【００１０】
このようにして、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜を、水素原子と珪素原子の化学結合を含まない窒化珪素薄膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜を、水素原子と珪素原子の化学結合を含まない窒化珪素薄膜を少なくとも一層含む多層構造膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１２】
また、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜を、水素原子と珪素原子の化学結合を含まない窒化珪素薄膜を少なくとも一層と、強誘電体薄膜を少なくとも一層とを含んだ多層構造膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１３】
また、本発明は、上記多層構造膜における窒化珪素薄膜以外の膜を、多結晶もしくはアモルファスの酸化物からなる薄膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１４】
また、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜を、酸素原子と珪素原子の化学結合を含み、かつ水素原子と珪素原子の化学結合を含まない酸化窒化珪素薄膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１５】
また、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜を、酸素原子と珪素原子の化学結合を含み、かつ水素原子と珪素原子の化学結合を含まない酸化窒化珪素薄膜を少なくとも一層含む多層構造膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１６】
また、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜を、酸素原子と珪素原子の化学結合を含み、かつ水素原子と珪素原子の化学結合を含まない酸化窒化珪素薄膜を少なくとも一層と、強誘電体薄膜を少なくとも一層とを含んだ多層構造膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１７】
また、本発明は、上記多層構造膜における酸化窒化珪素薄膜以外の膜を、金属の酸化物からなる薄膜で構成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１８】
さらに、本発明は、単結晶もしくは多結晶シリコン半導体基板を能動領域とし、能動領域上にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、窒素プラズマ中の窒素ラジカルを窒化の主たる活性種として用いることにより、基板を窒化し、ゲート絶縁膜を形成してなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１に、本発明の一実施例になる電界効果トランジスターの断面略図を示す。先ず、単結晶シリコン基板２上に素子分離用のフィールド酸化膜１を設け、トランジスター能動領域を形成する。次に、能動領域にゲート絶縁膜８となる窒化珪素膜を形成するために、能動領域表面のシリコン単結晶を直接窒化する。なお、図中、３はソース電極用ｎ型不純物拡散層、４はドレイン電極用ｎ型不純物拡散層、５はソース電極、６はドレイン電極、７はゲート電極である。
【００２１】
直接窒化の方法は、以下に述べる装置類を用い、以下に述べる手順にて行う。
【００２２】
図２に、水素を含まず、欠陥に起因するキャリアトラップを含まない窒化珪素膜をシリコン半導体上に形成するために用いた装置の概略図を示す。ステンレス製の超高真空容器９に窒化珪素膜を形成するシリコン基板１３を導入した後、真空容器９を１×１０-7Ｐａまで排気し、窒化プロセス中残留する水分などの影響を最小限に抑制する。シリコン基板１３は、予め拡散層を形成後、表面を化学溶液で洗浄した後、超純水で１/５０まで希釈したフッ化水素酸で前処理して、基板表面に形成された自然酸化膜を除去するとともに、表面に水素ターミネーションと呼ばれる水素吸着層を形成し、表面が再酸化されることを防ぐ。この真空容器９には、ＰＢＮ（Pyrolytic Boron Nitride）製または石英製の小さなプラズマ室を持つ窒素ラジカル発生装置（ラジカルガン）１１を備え付け、そこから発生する窒素ラジカルフラックス１６をシリコン基板結晶に照射し、基板表面を直接窒化する。なお、図中、１２は窒素ラジカル発生用の高純度窒素ボンベ、１７は基板回転機構、１８は基板サセプターを示す。
【００２３】
図３に、窒素ラジカル発生装置の模式図を示す。ＰＢＮ製または石英製のプラズマ室２３に窒素ガス供給パイプ２０を介して１００％純窒素を流し、プラズマ室の周囲に設置したＲＦ誘導コイル２２に外部電源よりＲＦを印加することにより窒素プラズマを発生させる。プラズマ室２３の一方は、図２の超高真空容器と小さな開口部２５を通じて繋がっており、この穴を通じてプラズマ室中で発生した窒素ラジカルを、超高真空容器内にプラズマ室との圧力差のみにより窒素ラジカルフラックス２６として導入する。プラズマは超高真空容器内に漏れ出ることがないので、プラズマ中で発生する高速イオンなどがシリコン基板結晶に到達し、イオン損傷を及ぼす確率は、従来のプラズマ窒化法に比べ遥かに小さい。
【００２４】
従来のプラズマ窒化法では、Ｓｉ基板に損傷を与える高速の粒子(イオン)が、Ｓｉ基板に飛来し欠陥を発生させるが、本発明による方法では、イオンの寄与はほとんど無視できる。窒素ラジカルを用いた窒化では、化学的に高い励起状態にあるラジカルの励起エネルギーを反応に用い、運動エネルギーは充分小さいため、Ｓｉ基板に損傷を与えることはない。従って、欠陥の少ないＳｉ3Ｎ4/Ｓｉ界面を実現できるため、従来のようなＳｉ−Ｈ結合による欠陥の不活性化技術を用いる必要がなく、熱的に安定で高品質のＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）構造が実現できる。
【００２５】
また、図３に示す通り、開口部の外側にはイオン偏向電極として２枚の平行平板電極２４を設置し、この間にＤＣ電圧を印加することにより漏れ出るイオンを偏向させ、シリコン基板に到達することを抑制している。
【００２６】
なお、図３中、１９はラジカルガン台座を兼ねたステンレス製フランジ、２１はプラズマ室の保持機構である。
【００２７】
図４に、ＰＢＮ製または石英製のプラズマ室内の発光スペクトルを示す。このスペクトルから、Ｎ2+イオンに対応する発光がほとんど無視しうるレベルであり、原子状窒素ラジカル（Ｎ*）に対応する強い発光とＮ2ラジカル（Ｎ2*）に対応する発光が主なる活性種であることが分かる。これらのラジカル（Ｎ*、Ｎ2*）を、図１に示すように、シリコン基板結晶に照射することで窒化珪素膜を形成する。
【００２８】
図５に、窒化プロセス中のシリコン基板結晶表面状態を示す。Ｓｉ基板表面に発生した自然酸化膜をフッ酸（ＨＦ）で除去し、同時にＳｉ表面にあらわれる未結合手を水素終端（水素ターミネーション）する。これにより、Ｓｉ基板が再酸化されることを防ぐことができる。この水素終端されたＳｉ基板を加熱すると、５６０℃以上では表面の水素原子が蒸発し、Ｓｉ−Ｈ結合を含まない窒化珪素膜が形成される。
【００２９】
図２の窒化処理装置に示したＲＨＥＥＤ(Reflection of High Energy Electron Diffraction)観察用電子銃１０からシリコン基板１３の表面に当てた電子線の回折像をスクリーン１５で観察することにより、上記の窒化プロセスでの基板表面の原子配列構造を観察した。
【００３０】
始めに超高真空容器内に基板結晶を導入した時には、表面は水素ターミネーションに対応する１×１のＲＨＥＥＤパターンが現れており、表面に自然酸化膜が存在しないことが分かる。次に、基板温度を図２に示した真空容器内に設置した基板ヒータ１４により上昇させ、５６０℃以上にするとＲＨＥＥＤパターンは２倍周期の２×１に変化し、表面の水素が蒸発してシリコン表面原子が再配列したことが分かる。
【００３１】
この後、窒素ラジカルを照射すると、ＲＨＥＥＤパターンはアモルファス層の形成を示すｈａｌｏパターンに変化し、窒化珪素膜が形成されたことを示す。以上のプロセスにより、窒化に関与する成分は、殆どが電気的に中性の窒素ラジカルであり、水素やイオンが窒化珪素膜に取り込まれる可能性は殆どないことがわかる。
【００３２】
なお、図５に示したＲＨＥＥＤ観察は、微細に加工したパターンを有する基板結晶表面では困難なため、同一基板に設けたパターンの無い拡散層領域にて行ったが、トランジスターの能動領域と実質的に同一の状態にあることは言うまでも無い。
【００３３】
このようにゲート絶縁膜となる窒化珪素膜をトランジスターの能動領域上に作りつけ、その後、通常のＭＯＳトランジスター作製と同じ要領でソース及びドレイン領域を形成し、その後、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極等を形成して、図１に示すような電界効果トランジスターを作製する。
【００３４】
（実施例２）
図６に、本発明の第２の実施例を示す。実施例１と同じようにトランジスターの能動領域を形成後、実施例１と同じ要領で膜厚約１.８ｎｍの窒化珪素膜を能動領域上に形成する。その後、シリコン基板を酸素雰囲気中で酸化熱処理することで、形成した窒化珪素膜を酸化し、酸化窒化珪素膜とする。図中、２７は、このようにしてラジカル窒化珪素膜を酸化して作製した酸化窒化珪素膜からなるゲート絶縁膜を示す。
【００３５】
図７に、窒素ラジカルで形成した窒化珪素膜の酸化特性を示す。図中、縦軸は酸化された結果得られる酸化窒化珪素膜の膜厚である。従来の方法で作製した窒化珪素膜と異なり、９００℃、１００分程度の酸化でも窒化珪素膜が厚く酸化されることは無く、十分に薄い酸化窒化珪素膜の形成が可能である。この後、実施例１と同じ工程で電界効果トランジスターを作製する。
【００３６】
（実施例３）
図８に、本発明の第３の実施例を示す。実施例１と同じようにトランジスターの能動領域を形成後、実施例１と同じ要領で膜厚約０.８ｎｍの窒化珪素膜を能動領域上に形成する。その後、真空蒸着法でＡｌを３ｎｍ形成し、これを酸素雰囲気中で６５０℃、３０分酸化熱処理することで、アモルファスのＡｌ2Ｏ3薄膜２９と酸化窒化珪素膜２８の多層構造膜とする。この後、実施例１と同じ工程で電界効果トランジスターを作製する。
【００３７】
（実施例４）
図９に、本発明の第４の実施例を示す。実施例１と同じようにトランジスターの能動領域を形成後、実施例１と同じ要領で膜厚約１.８ｎｍの窒化珪素膜を能動領域上に形成する。その後、真空蒸着法でＴｉを５ｎｍ形成し、これを酸素雰囲気中で６５０℃、３０分酸化熱処理することで、酸化チタン（ＴｉＯ2）薄膜３０と酸化窒化珪素膜２８の多層構造膜とする。この後、実施例１と同じ工程で電界効果トランジスターを作製する。
【００３８】
（実施例５）
図１０に、本発明の第５の実施例を示す。実施例１と同じようにトランジスターの能動領域を形成後、実施例１と同じ要領で膜厚約１.８ｎｍの窒化珪素膜を能動領域上に形成する。その後、ゾルゲル法で多結晶のＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9強誘電体酸化膜を１２０ｎｍ形成し、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9強誘電体薄膜３２と酸化窒化珪素膜３１の多層構造膜とする。この後、実施例１と同じ工程で電界効果トランジスターを作製する。なお、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9強誘電体薄膜３２を結晶化させるために、酸素雰囲気中で７５０℃、３０分間の酸加熱処理を行った。
【００３９】
図１１に、ｐ型シリコン半導体上に上記方法にて作製した窒化珪素膜を、ゲート絶縁膜として作製したＭＩＳ型電界効果トランジスターのゲート電極―ドレイン電極間で測定した容量対電圧特性を示す。また、図１２には、同じトランジスターで測定した電流対電圧特性を示す。
【００４０】
窒化珪素膜は、水素ターミネーションを乖離させた後基板温度を３０℃に戻し、１５分窒化した後、純窒素中で９００℃、６０分のアニールを行い形成した。図１１の容量特性からＴｅｒｍａｎ法にて計算したシリコン基板結晶と窒化珪素膜界面の準位密度は、３.５×１０11ｃｍ-2ｅＶ-1であり、９００℃という高温の後熱処理を行っているにも関わらず、きわめて良好な特性が得られた。これは、上記に示した本発明による方法で作製した窒化珪素膜が水素及び欠陥を含まない構造であり、膜中に５５０℃以上の温度で乖離するはずの水素と珪素の化学結合が存在しないことを示すものであり、後熱処理により水素と珪素の化学結合で不活性化されていたトラップが再活性化するような現象が起こらないために、高温熱処理にも関わらす良好な特性が保持されるといえる。
【００４１】
このため、本発明による電界効果トランジスターでは、ＬＳＩの如何なる高温の後工程にも特性が変化せず、高誘電率のキャパシターを高温酸素雰囲気中で作製する工程なども自由に取り入れることが可能である。
【００４２】
また、窒化珪素は酸化珪素よりも比誘電率は大きいが、バンドギャップが小さく、薄膜化したときの漏れ電流は、酸化珪素膜と組み合わせることにより低減できる。従って、ゲート絶縁膜の薄い極限では、実施例２に示したようにゲート絶縁膜として、酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層構造が有利となる。本発明を用いれば、酸化雰囲気中での熱処理に高い耐性を有するため、実施例２に示すような高品質の多層構造膜を容易に実現できる。
【００４３】
また、この高い耐酸化性を生かして、例えば、実施例３および実施例４で示した高誘電率酸化物薄膜と酸化窒化珪素膜の多層構造や、実施例５で示した強誘電率酸化物多結晶薄膜と酸化窒化珪素の多層構造をゲート絶縁膜に作りつけることが可能となる。
【００４４】
図１３に、実施例３で作製したＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ3Ｎ4積層絶縁膜をゲート絶縁膜とするＭＩＳ型電界効果トランジスターのゲート電極―ドレイン電極間で測定した容量対電圧特性を示す。また、図１４に同じＭＩＳ型電界効果トランジスターのゲート電極―ドレイン電極間で測定した電流対電圧特性示す。図１３の蓄積側の最大容量値から求めた酸化膜換算膜厚（ＭＩＳ構造で同じ容量密度を実現するために必要なＳｉＯ2膜の厚さ）は２.６６ｎｍであった。
【００４５】
図１５には、比較のためにほぼ同じ酸化膜換算膜厚（２.６７ｎｍ）を持つＳｉ3Ｎ4単層膜をゲート絶縁膜としたＭＩＳ型電界効果トランジスターのゲート電極―ドレイン電極間で測定した電流対電圧特性示す。
【００４６】
図１４および図１５の比較から明らかなように、Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ3Ｎ4多層膜構造の素子は、Ｓｉ3Ｎ4単層膜の素子に比べ良好な絶縁特性を示している。これはＡｌ2Ｏ3がＳｉ3Ｎ4に比べ大きな禁制帯幅を持ち、高い絶縁性を有するためであり積層構造の有効性が示されている。
【００４７】
一方、従来の窒化珪素膜とＡｌ2Ｏ3の積層構造では、Ａｌ2Ｏ3を形成する熱処理で窒化珪素膜が劣化し、図１３に示したような良好な容量特性を示すことはない。また、Ａｌ2Ｏ3単層構造では、基板のシリコン単結晶がＡｌ2Ｏ3形成時に酸化され、低誘電率層を形成するため、実施例３に示した構造の素子に比べ高い容量密度を実現することが困難である。実施例３の構造を用いることで、基板シリコン単結晶上に良好な界面特性を維持しつつ、従来に無い高い容量密度と絶縁性を実現できる。
【００４８】
本実施例では、高誘電率酸化物薄膜としてＡｌ2Ｏ3を用いたが、他の酸化チタン等の高誘電率酸化物薄膜を用いても、本発明は同様の効果がある。また、強誘電体薄膜としてＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9を用いたが、他の強誘電体薄膜を用いた場合でも、本発明は同様の効果があることは言うまでも無い。
【００４９】
本実施例では、ｐ型シリコン単結晶に設けたｎチャンネル電界効果トランジスターの例を示したが、ｐチャンネルトランジスターに関しても同様の効果があることは言うまでも無い。また、能動層としてもシリコン単結晶である必要は無く、多結晶シリコンに作製した電界効果トランジスターに対しても、本発明は同様の効果がある。
【００５０】
また、本発明の実施例では、シリコン基板結晶に接して窒化珪素膜を用いる例を示したが、熱的に安定である性質を考えると、多層構造のゲート絶縁膜のひとつとして必ずしも能動領域に接して設ける必要は無く、例えば、能動領域に接して酸化ケイ素膜を設け、その上に窒化珪素膜を設ける構造なども有効である。
【００５１】
また、本発明は、上記実施例に用いたような電界効果トランジスターに限らず、ゲート電極と半導体能動領域の間に少なくとも一つのフローティングゲートを有するフラッシュメモリ型電界効果トランジスター等に対しても有効である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、後プロセスで熱的に安定で、また、各種高誘電率酸化物との積層構造ゲート絶縁膜作製に適した半導体装置およびその製造方法を実現するものであり、半導体製造分野にもたらす効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における電界効果トランジスターの断面構造を示す図。
【図２】ラジカル窒化処理装置の模式図。
【図３】窒素ラジカルガンの模式図。
【図４】窒素ラジカルガンからのラジカル発光スペクトルを示す図。
【図５】窒化プロセス中の基板表面の原子配列の変化を示す図。
【図６】本発明の第２の実施例における電界効果トランジスターの断面構造を示す図。
【図７】ラジカル窒化珪素膜の耐酸化特性を示す図。
【図８】本発明の第３の実施例における電界効果トランジスターの断面構造を示す図。
【図９】本発明の第４の実施例における電界効果トランジスターの断面構造を示す図。
【図１０】本発明の第５の実施例における電界効果トランジスターの断面構造を示す図。
【図１１】第１の実施例における電界効果トランジスターのゲート容量特性を示す図。
【図１２】第１の実施例における電界効果トランジスターのゲート電流特性を示す図。
【図１３】第３の実施例における電界効果トランジスターのゲート容量特性を示す図。
【図１４】第３の実施例における電界効果トランジスターのゲート電流特性を示す図。
【図１５】第１の実施例と同じ窒化珪素膜をゲート絶縁膜とした電界効果トランジスターのゲート電流特性を示す図。
【符号の説明】
１…シリコン基板上素子分離用フィールド酸化膜、３…ｐ型シリコン単結晶基板、３…ソース電極接続用ｎ型不純物拡散層、４…ドレイン電極接続用ｎ型不純物拡散層、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７…ゲート電極、８…ラジカル窒化珪素からなるゲート絶縁膜、９…超高真空容器、１０…ＲＨＥＥＤ用電子銃、１１…ラジカルガン、１２…窒素ラジカル発生用高純度窒素ボンベ、１３…窒化を行う基板、１４…基板ヒータ、１５…ＲＨＥＥＤ観察用スクリ−ン、１６…窒素ラジカルフラックス、１７…基板回転機構、１８…基板サセプター、１９…ラジカルガン台座を兼ねたステンレス製フランジ、２０…窒素ガス供給パイプ、２１…プラズマ室の保持機構、２２…ＲＦ誘導コイル、２３…プラズマ室、２４…イオン偏向電極、２５…プラズマ室に設けたアパーチャー、２６…窒素ラジカルフラックス、２７…酸化窒化珪素膜からなるゲート絶縁膜、２８…酸化窒化珪素膜、２９…Ａｌ2Ｏ3薄膜、３０…酸化チタン薄膜、３１…酸化窒化珪素膜、３２…ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9強誘電体薄膜。
【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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