(57)【要約】【課題】  窒素を含むゲート絶縁膜上に硼素を含むゲート電極を備えており、信頼性が高くかつ安定した特性を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体装置１００は、半導体基板１０と、半導体基板上に設けられた絶縁膜２０と、絶縁膜上に設けられ、硼素および半導体材料を含む電極３０と、５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せが前記絶縁膜と前記電極との界面部分４０に導入されている。【選択図】  図１
2006351626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられ、硼素および半導体材料を含む電極と、
５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せが前記絶縁膜と前記電極との界面部分に導入されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
５属の元素または炭素のいずれかは、前記絶縁膜と前記電極との界面部分に１０１８ｃｍ−３以上の濃度で導入されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、窒素原子、酸素原子、遷移元素または希土類元素のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁膜はゲート絶縁膜として機能し、
前記電極はゲート電極として機能することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記絶縁膜はシリコン酸窒化膜であり、
前記電極は硼素を含むドープトポリシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上に絶縁膜を形成し、
５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せを前記絶縁膜上に堆積または注入し、
前記絶縁膜上に硼素および半導体材料を含む電極を形成することを具備した半導体装置の製造方法。
【請求項７】
５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せは、前記絶縁膜と前記電極との界面部分に１０１８ｃｍ−３以上の濃度で堆積または注入されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜は、窒素原子、酸素原子、遷移元素または希土類元素のいずれかを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁膜はゲート絶縁膜であり、
前記電極はゲート電極であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記絶縁膜はシリコン酸窒化膜であり、
前記電極は硼素を含むドープトポリシリコンであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記電極は、硼素を含む半導体材料を前記絶縁膜上に堆積することによって形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記電極は、半導体材料を堆積した後、該半導体材料へ硼素を注入することによって形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種半導体装置において半導体酸化膜はゲート絶縁膜として重要な役割を有する。近年、半導体素子の微細化に伴い、熱酸化膜はゲート絶縁膜としてますます薄膜化されている。しかし、熱酸化膜の膜厚が２ナノメートル以下になると、この熱酸化膜をトンネルする電流が増大する。トンネル電流の増加は、ゲート電極に含まれている硼素などの不純物が熱酸化膜中を通過して拡散する現象を引き起こす。よって、ゲート絶縁膜を２ナノメートル以下に薄膜化すると、半導体素子の性能を向上させることが困難であった。
【０００３】
そこで、この酸化膜に窒素または金属等を混入させた高誘電率のゲート絶縁膜が考えられている。窒素原子や金属原子を酸化膜中に導入すると、ゲート絶縁膜の誘電率が増大する。このため、ゲート絶縁膜の物理膜厚が厚くとも、そのゲート絶縁膜のＥＯＴ（Equivalent Oxide Thickness）を薄くすることができる。即ち、このような高誘電率のゲート絶縁膜を用いれば、酸化膜と同じ容量のゲート絶縁膜を酸化膜よりも厚い膜厚で形成することができる。これによって、ゲート絶縁膜をリークする電流が低減し、不純物の拡散を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００２−６３１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、酸化膜よりも誘電率の高いこのようなゲート絶縁膜上に、硼素を含むＰ型のポリシリコン電極を形成した場合、ゲート絶縁膜中に含まれる窒素等の量に応じてフラットバンド電圧Ｖｆｂおよびしきい値電圧Ｖｔｈがシフトするという問題があった。また、ゲート絶縁膜直下のチャネル領域を流れる電流が散乱し、それによって、半導体素子の電流駆動能力の低下を招致していた。さらに、ゲート絶縁膜をトンネルするリーク電流が増大するという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、信頼性が高くかつ安定した特性を有する半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る実施形態に従った半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられ、硼素および半導体材料を含む電極と、５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せが前記絶縁膜と前記電極との界面部分に導入されている。
【０００７】
本発明に係る実施形態に従った半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せを前記絶縁膜上に堆積または注入し、前記絶縁膜上に硼素および半導体材料を含む電極を形成することを具備している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による半導体装置およびその製造方法によれば、信頼性が高くかつ安定した特性を有する半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の発明者は、鋭意検討の結果、フラットバンド電圧Ｖｆｂおよびしきい値電圧Ｖｔｈのシフト等の上記問題の原因を発見した。この原因を以下に説明する。
【００１０】
Ｐ型ＭＯＳＦＥＴにおいて、ＳｉＯＮ膜からなるゲート絶縁膜上に硼素を含むＰ型ポリシリコン電極を形成した場合、ポリシリコン電極中に存在する硼素が熱工程によりゲート絶縁膜中に侵入する。硼素は、ゲート絶縁膜中においてシリコンと窒素との結合を破壊し、窒素と結合してしまう。これにより、ゲート絶縁膜中のシリコンにダングリングボンドが生じる。このダングリングボンドが固定電荷となり、ゲート絶縁膜中に欠陥準位が形成されてしまう。その結果、フラットバンド電圧Ｖｆｂおよびしきい値電圧Ｖｔｈがシフトするという問題を引き起こしていた。また、ゲート絶縁膜中の欠陥準位は、ゲート絶縁膜直下のチャネル領域を流れる電流を散乱させる要因になるので、半導体素子の電流駆動能力の低下を招致していた。さらに、ゲート絶縁膜中の欠陥準位によって、ゲート絶縁膜をトンネルするリーク電流が増大していた。
【００１１】
このように、上記諸問題の原因は、ポリシリコン電極中に侵入した硼素がシリコンと窒素との結合を破壊してダングリングボンドを発生させ、その結果、このダングリングボンドが欠陥準位を形成しているためであることが分かった。
【００１２】
そこで、本発明の発明者は、電極中の硼素が絶縁膜中へ侵入することを防止することが上記問題の解決になることを見出した。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態に従ったＰ型ＭＯＳトランジスタ１００（以下、単に、トランジスタ１００という）の部分的な断面図である。トランジスタ１００は、半導体基板１０と、ゲート絶縁膜２０と、ゲート電極３０とを備えている。
【００１５】
半導体基板１０は、例えば、シリコン基板である。半導体基板１０は、ガリウム、砒素またはゲルマニウムを含む半導体基板であってもよい。ゲート絶縁膜２０は、半導体基板１０上に設けられている。ゲート絶縁膜２０は、窒素原子、酸素原子、遷移元素または希土類元素のいずれかを含む絶縁膜でよい。例えば、ゲート絶縁膜２０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、遷移元素（例えば、ハフニウム）を含むシリコン酸化膜、希土類元素（例えば、ランタン）を含むシリコン酸化膜、遷移元素を含むシリコン酸窒化膜、希土類元素を含むシリコン酸窒化膜、
シリケート、アルミネート等のいずれでもよい。図１には、シリコン酸化膜２１、シリコン窒化膜２２およびシリコン酸化膜２３から成るシリコン酸窒化膜２０を図示している。本実施形態において、シリコン酸窒化膜２０は、シリコン酸化膜２１、シリコン窒化膜２２およびシリコン酸化膜２３の３層から成るＯＮＯ膜である。しかし、シリコン酸窒化膜２０は、単層のＳｉＯＮ層であってもよい。
【００１６】
ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜２０上に設けられている。ゲート電極３０は、硼素および半導体材料を含む材料である。例えば、ゲート電極３０は、硼素を含むドープトポリシリコン等のいずれかでよい。
【００１７】
さらに、５属の元素（燐、砒素、アンチモンまたはビスマス等）または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せが、ゲート絶縁膜２０とゲート電極３０との界面部分４０に導入されている。５属の元素または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せは、１０１８ｃｍ−３以上（面密度で１０１２ｃｍ−２以上の濃度）で界面部分４０に導入されている。これにより、本実施形態の効果は適切に発揮され得る。５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せは、例えば、炭素と燐との組合せである。ここで、界面部分４０は、ゲート絶縁膜２０とゲート電極３０との界面に導入された燐等が存在する領域を示している。
【００１８】
次に、トランジスタ１００の製造方法を説明する。本実施形態では、半導体基板１０としてシリコン基板１０を採用し、ゲート絶縁膜２０としてシリコン酸窒化膜２０を採用し、ゲート電極３０としてドープトポリシリコン３０を採用している。また、本実施形態においては、燐が界面部分４０に導入される。
【００１９】
図２は、トランジスタ１００の製造方法の流れを示すフロー図である。図３および図４は、この製造方法の流れを示す断面図である。
【００２０】
まず、（１００）面を主面とするシリコン基板１０を希フッ酸処理する（Ｓ１０）。これにより、シリコン基板１０の主面を水素により終端する。
【００２１】
次に、シリコン基板１０を酸窒化膜形成装置（図示せず）のチャンバ内に配置する（Ｓ２０）。酸窒化膜形成装置は、複数の半導体基板を搭載するサセプタと、加熱炉を有するチャンバとを備えている。このチャンバは、Ｎ２ガス供給源、ＮＨ３ガス供給源、Ｎ２Ｏガス供給源、ＰＨ３ガス供給源、ＳｉＨ４ガス供給源、ガス導入口、ガス排出口とを備えている。Ｎ２ガス供給源、ＮＨ３ガス供給源、Ｎ２Ｏガス供給源、ＰＨ３ガス供給源およびＳｉＨ４ガス供給源には、それぞれバルブが取り付けられており、それにより、チャンバ内のガス分圧を制御することができる。加熱炉の周囲にはヒータが配置され、それにより、チャンバ内の温度を制御することができる。
【００２２】
シリコン基板１０はサセプタ上に搭載される。次に、室温においてチャンバ内にＮ２ガスを導入する。次に、加熱炉のヒータを用いて、チャンバ内の温度を約６００℃に上昇させ、シリコン基板１０から水素を脱離させる（Ｓ３０）。
【００２３】
次に、チャンバ内にＮＨ３ガスを導入し、約７４０Ｔｏｒｒ以下のＮＨ３ガス雰囲気中において、シリコン基板１０を約７５０ ℃で約１００秒間熱処理する（Ｓ４０）。これにより、図３に示すように、シリコン基板１０の主面上にシリコン窒化膜２２が形成される。
【００２４】
続いて、チャンバ内にＮ２Ｏガスを導入し、約３５ＴｏｒｒのＮ２Ｏガス雰囲気中において、シリコン基板１０を８００℃〜１０００ ℃で約３０秒間熱処理する（Ｓ５０）。これにより、図４に示すようにシリコン窒化膜２２とシリコン基板１０との間にシリコン酸化膜２１が形成されるとともに、シリコン窒化膜２２の表面にシリコン酸化膜２３が形成される。
【００２５】
次に、チャンバ内にＰＨ３ガスを導入し、約３８０ＴｏｒｒのＰＨ３ガス雰囲気中において、シリコン基板１０を９５０℃以下の温度で約６００秒間熱処理する（Ｓ６０）。これにより、燐がシリコン酸化膜２３の表面上に堆積される。
【００２６】
さらに、例えば、約１５０ｎｍの膜厚のポリシリコン膜３０をシリコン酸化膜２３上に堆積する（Ｓ７０）。これにより、図１に示すように、シリコン酸化膜２３とポリシリコン膜３０との間の界面部分４０に燐が堆積される。燐は、シリコン酸窒化膜よりもポリシリコンに偏析しやすい性質を有する。従って、図１の界面部分４０に示すように、燐は、シリコン酸窒化膜２０よりもポリシリコン膜３０に多く存在する。
【００２７】
チャンバからシリコン基板１０を取り出す。次に、イオン注入工程において、約４×１０１５ｃｍ−２のドーズ量の硼素を約４ｋeＶの加速電圧でポリシリコン膜３０へイオン注入する（Ｓ８０）。さらに、約１０５０℃の温度でスパイクアニール等の熱処理を行うことによって、ポリシリコン膜３０中の硼素の活性化を行う（Ｓ９０）。
【００２８】
硼素の活性化のための熱処理は、ポリシリコン膜３０中で硼素を活性化するとともに、活性化されずに浮遊している硼素を格子間原子としてゲート絶縁膜２０の方へ拡散してしまう。しかし、ゲート絶縁膜２０へ向かって拡散しようとする硼素は、界面部分４０に含まれている燐と結合し、それによって安定な不活性構造を形成する。このため、ゲート絶縁膜２０への硼素の拡散が抑制される。その結果、フラットバンド電圧Ｖｆｂおよびしきい値電圧Ｖｔｈの変動を抑制することができる。
【００２９】
以下、本実施形態におけるポリシリコン膜３０中の硼素および燐の挙動および本実施形態の効果を説明する。
【００３０】
図５（Ａ）は、燐を含むポリシリコン３０の結晶構造の図である。図５（Ａ）に示すように、１つの燐原子は、４つのシリコン原子と結合する。そのため、シリコン原子にダングリングボンドが発生していない。よって、燐は、シリコン酸窒化膜２０中においてよりも、ポリシリコン膜３０中において比較的安定して存在する。これにより、燐は、図１に示すように、ポリシリコン膜３０へ偏析する。
【００３１】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す結晶構造に硼素が侵入した場合の結晶構造の図である。硼素が図５（Ａ）に示す結晶構造に侵入すると、硼素は、燐原子と２つのシリコン原子との間に結合する。シミュレーションによると、この硼素と燐原子との結合は強く、エネルギー利得は約３．８８ｅＶであった。このエネルギー利得は、硼素がシリコン結晶中で得る最大エネルギー利得（約２．６１ｅＶ）よりも大きい。従って、硼素は、図１のシリコン酸窒化膜２０へ拡散しようとすると、ポリシリコン膜３０とシリコン酸窒化膜２０との間の界面部分４０において、燐と強く結合する。これにより、硼素が界面部分４０で捕捉され、硼素のシリコン酸窒化膜２０への拡散が抑制される。
【００３２】
図６は、シリコン酸窒化膜２０近傍における硼素濃度を示すグラフである。横軸は、シリコン基板１０の主面に対して垂直方向の深さを示す。縦軸は、硼素濃度を示す。このグラフはＳＩＭＳ分析を用いた結果である。
【００３３】
曲線Ｌ１は、従来のシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ２は、窒素を堆積することによって、表面に高濃度窒素領域を有するシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ３は、燐を堆積することによって、燐を含む界面部分４０を有するシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ１〜Ｌ３の各シリコン酸窒化膜の物理膜厚は、いずれも１．６ｎｍとした。曲線Ｌ３が本実施形態によるトランジスタ１００の特性を示している。
【００３４】
曲線Ｌ１を参照すると、硼素は、シリコン酸窒化膜２０中に拡散するだけでなく、シリコン酸窒化膜２０を突き抜けてシリコン基板１０にまで達していることが分かる。その結果、フラットバンド電圧Ｖｆｂおよび閾値電圧Ｖｔｈは大きく変動する。
【００３５】
曲線Ｌ２を参照すると、硼素は、シリコン酸窒化膜２０中に留まり、シリコン基板１０には達していないことが分かる。しかし、硼素のシリコン酸窒化膜２０中への拡散を抑制することができない。
【００３６】
曲線Ｌ３を参照すると、硼素のシリコン酸窒化膜２０中への拡散を抑制していることが分かる。即ち、本実施形態によるトランジスタ１００によれば、物理膜厚１．６ｎｍという薄いシリコン酸窒化膜を用いた場合であっても、シリコン酸窒化膜２０とポリシリコン膜３０との間の界面部分４０に燐を導入することにより、硼素がシリコン酸窒化膜２０中へ拡散することを抑制することができる。
【００３７】
図７は、シリコン酸窒化膜２０の窒素濃度とフラットバンド電圧変動ΔＶｆｂとの関係を示すグラフである。曲線Ｌ１０は、従来のシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ３０は、燐を含む界面部分４０を有するシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ１０、Ｌ３０の各シリコン酸窒化膜の物理膜厚は、いずれも１．６ｎｍとした。曲線Ｌ３０が本実施形態によるトランジスタ１００の特性を示している。
【００３８】
曲線Ｌ１０を参照すると、シリコン酸窒化膜２０内の窒素濃度を増加させるに従って、フラットバンド電圧Ｖｆｂが大きく変動することが分かる。
【００３９】
曲線Ｌ３０を参照すると、シリコン酸窒化膜２０内の窒素濃度を増加させても、フラットバンド電圧Ｖｆｂは、比較的安定していることが分かる。これは、界面部分４０に含まれている燐に硼素が結合するので、シリコン窒化膜２０への硼素の拡散が抑制されたためである。これにより、シリコン酸窒化膜２０中の窒素濃度をより高くすることが可能となる。
【００４０】
第１の実施形態では、ステップＳ６０において、燐をシリコン酸窒化膜２０の表面上に堆積した。しかし、燐は、ステップＳ７０においてポリシリコン膜３０を形成した後に、イオン注入によって導入してもよい。また、ステップＳ７０の後、燐をポリシリコン膜３０へイオン注入し、さらにその後、ステップＳ８０にて硼素をポリシリコン膜３０へイオン注入してもよい。
【００４１】
第１の実施形態において、硼素は、ポリシリコン膜３０へイオン注入されている（ステップＳ８０参照）。しかし、硼素は、ステップＳ７０においてポリシリコンの堆積ガスに含有させることによって、ポリシリコン膜３０と同時に気相成長させてもよい。
【００４２】
第１の実施形態において、シリコン酸窒化膜２０とポリシリコン膜３０との界面部分４０に燐を導入した。しかし、燐に代えて、５属の元素（砒素、アンチモンまたはビスマス）または炭素のいずれか、もしくは、５属の元素または炭素のうち２種以上の元素の組合せを界面部分４０に導入してもよい。砒素を導入する場合、ステップＳ６０において、アルシンガスを用いればよい。アンチモンを導入する場合、ステップＳ６０において、スチビンガスを用いればよい。ビスマスを導入する場合、ステップＳ６０において、水素化ビスマスガスを用いればよい。炭素を導入する場合、ステップＳ６０において、メタンガスを用いればよい。
【００４３】
第１の実施形態によれば、ゲート絶縁膜２０とゲート電極３０との界面部分４０に導入された燐により、ゲート電極３０からゲート絶縁膜２０への硼素の拡散が抑制される。これにより、フラットバンド電圧Ｖｆｂの変動およびしきい値電圧Ｖｔｈの変動が抑制される。その結果、トランジスタ１００は、信頼性が高くかつ安定した特性を有することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、ゲート絶縁膜２０とゲート電極３０との界面部分４０に炭素を導入する。第２の実施形態は、その他の点で第１の実施形態と同様である。従って、第２の実施形態に従ったトランジスタの断面構造は、図１と同様となるので省略する。
【００４５】
図８は、第２の実施形態に従ったトランジスタの製造方法の流れを示すフロー図である。図１〜図４、図９を参照して、第２の実施形態に従ったトランジスタの製造方法を説明する。まず、図２に示すステップＳ１０〜Ｓ５０を実行することによって、図４に示す構造を得る。
【００４６】
その後、ポリシリコンの堆積ガスをチャンバへ導入するとともに、同時に炭素プラズマ（Ｃ＊）をチャンバへ導入する（Ｓ６２）。これにより、約１０２０ｃｍ３の濃度の炭素を含む約１ｎｍの膜厚のポリシリコンを形成する。さらに、炭素プラズマ（Ｃ＊）の導入を停止し、ポリシリコンの堆積ガスの導入を続ける（Ｓ６４）。これにより、炭素を含まない約１５０nmの膜厚のポリシリコン膜を形成する。
【００４７】
次に、図２に示すステップＳ８０およびＳ９０が実行される。
【００４８】
以下、本実施形態におけるポリシリコン膜３０中の硼素および炭素の挙動および本実施形態の効果を説明する。
【００４９】
図９（Ａ）は、炭素を含むポリシリコン３０の結晶構造の図である。図９（Ａ）に示すように、１つの炭素原子は、４つのシリコン原子と結合する。そのため、シリコン原子にダングリングボンドが発生していない。よって、炭素は、シリコン酸窒化膜２０中においてよりも、ポリシリコン膜３０中において比較的安定して存在する。これにより、炭素は、図１の界面部分４０に示すように、ポリシリコン膜３０へ偏析する。
【００５０】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示す結晶構造に硼素が侵入した場合の結晶構造の図である。硼素が図９（Ａ）に示す結晶構造に侵入すると、硼素は、炭素原子と２つのシリコン原子との間に結合する。シミュレーションによると、この硼素と炭素原子との結合は強く、エネルギー利得は約４．６７ｅＶであった。このエネルギー利得は、硼素がシリコン結晶中で得る最大エネルギー利得（約２．６１ｅＶ）よりも大きい。従って、硼素は、図１のシリコン酸窒化膜２０へ拡散しようとすると、ポリシリコン膜３０とシリコン酸窒化膜２０との間の界面部分４０において、炭素と強く結合する。これにより、硼素のシリコン酸窒化膜２０への拡散が抑制される。
【００５１】
図１０は、シリコン酸窒化膜２０近傍における硼素濃度を示すグラフである。横軸は、シリコン基板１０の主面に対して垂直方向の深さを示す。縦軸は、硼素濃度を示す。このグラフはＳＩＭＳ分析を用いた結果である。
【００５２】
曲線Ｌ１およびＬ２は、図６で示したものと同様である。曲線Ｌ４は、炭素を堆積することによって、炭素を含む界面部分４０を有するシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３の各シリコン酸窒化膜の物理膜厚は、いずれも１．６ｎｍとした。曲線Ｌ４が第２の実施形態によるトランジスタの特性を示している。
【００５３】
曲線Ｌ１およびＬ２は、第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５４】
曲線Ｌ４を参照すると、硼素のシリコン酸窒化膜２０中への拡散を抑制していることが分かる。即ち、本実施形態によるトランジスタによれば、物理膜厚１．６ｎｍという薄いシリコン酸窒化膜を用いた場合であっても、シリコン酸窒化膜２０とポリシリコン膜３０との間の界面部分４０に炭素を導入することにより、硼素がシリコン酸窒化膜２０中へ拡散することを抑制することができる。
【００５５】
図１１は、シリコン酸窒化膜２０の窒素濃度とフラットバンド電圧変動ΔＶｆｂとの関係を示すグラフである。曲線Ｌ１０は、従来のシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ４０は、炭素を含む界面部分４０を有するシリコン酸窒化膜を用いたときの硼素濃度を示す。曲線Ｌ１０、Ｌ４０の各シリコン酸窒化膜の物理膜厚は、いずれも１．６ｎｍとした。曲線Ｌ４０が第２の実施形態によるトランジスタの特性を示している。
【００５６】
曲線Ｌ４０を参照すると、シリコン酸窒化膜２０内の窒素濃度を増加させても、フラットバンド電圧Ｖｆｂは、比較的安定していることが分かる。これは、界面部分４０に含まれている炭素に硼素が結合するので、シリコン窒化膜２０への硼素の拡散が抑制されたためである。これにより、シリコン酸窒化膜２０中の窒素濃度をより高くすることが可能となる。
【００５７】
第１の実施形態では、ステップＳ６２において、炭素をポリシリコンとともにシリコン酸窒化膜２０の表面上に堆積した。しかし、炭素は、ステップＳ６２においてポリシリコン膜３０を形成した後に、イオン注入によって導入してもよい。また、ステップＳ６４の後、炭素をポリシリコン膜３０へイオン注入し、さらにその後、ステップＳ８０にて硼素をポリシリコン膜３０へイオン注入してもよい。
【００５８】
第１の実施形態において、硼素は、ポリシリコン膜３０へイオン注入されている（ステップＳ８０参照）。しかし、硼素は、ステップＳ６４においてポリシリコンの堆積ガスに含有させることによって、ポリシリコン膜３０と同時に気相成長させてもよい。
【００５９】
第２の実施形態によれば、炭素および硼素が結合すると、この結合（Ｂ−Ｃ結合）は、アクセプタとして機能する。このため、電気的な不活性化を起こすことがない。これは、ゲート絶縁膜２０とゲート電極３０との界面において硼素が減少し、ゲート電極３０への空乏層の拡大を抑制することができる。
【００６０】
従来、ゲート絶縁膜２０が薄膜化されると、硼素がゲート絶縁膜中へ拡散した。これにより、ゲート電極３０が空乏化し、ゲート絶縁膜２０のＥＯＴの増大を招致していた。
【００６１】
第２の実施形態では、炭素が硼素の拡散を抑制しつつ、Ｂ−Ｃ結合がゲート電極３０内の電気的不活性化を抑制する。これにより、第２の実施形態は、信頼性の向上およびＥＯＴの極薄化を両立することができる。
【００６２】
また、硼素と燐との結合エネルギーは約１．２７ｅＶ（３．８８ｅＶ−２．６１ｅＶ＝１．２７ｅＶ）であるのに対し、硼素と炭素との結合エネルギーは約２．０６ｅＶ（４．６７ｅＶ−２．６１ｅＶ＝２．０６ｅＶ）である。よって、硼素と炭素との結合力の方が、硼素と燐とのそれよりも強い。これは、第２の実施形態は、より効果的に硼素の拡散を抑制できることを意味する。
【００６３】
さらに、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。即ち、ゲート絶縁膜２０とゲート電極３０との界面部分４０に導入された炭素により、ゲート電極３０からゲート絶縁膜２０への硼素の拡散が抑制される。これにより、フラットバンド電圧Ｖｆｂの変動およびしきい値電圧Ｖｔｈの変動が抑制される。その結果、トランジスタは、信頼性が高くかつ安定した特性を有することができる。
【００６４】
上記実施形態において、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴを一例として挙げた。しかし、本発明は、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴだけでなく、Ｐ型電極を有するあらゆる素子にも適用することができる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態に従ったトランジスタ１００の部分的な断面図。
【図２】トランジスタ１００の製造方法の流れを示すフロー図。
【図３】トランジスタ１００の製造方法を示す断面図。
【図４】図３に続くトランジスタ１００の製造方法を示す断面図。
【図５】図５（Ａ）は燐を含むポリシリコン３０の結晶構造の図。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示す結晶構造に硼素が侵入した場合の結晶構造の図。
【図６】シリコン酸窒化膜２０近傍における硼素濃度を示すグラフ。
【図７】シリコン酸窒化膜２０の窒素濃度とフラットバンド電圧変動ΔＶｆｂとの関係を示すグラフ。
【図８】第２の実施形態に従ったトランジスタの製造方法の流れを示すフロー図。
【図９】図９（Ａ）は炭素を含むポリシリコン３０の結晶構造の図。図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示す結晶構造に硼素が侵入した場合の結晶構造の図。
【図１０】シリコン酸窒化膜２０近傍における硼素濃度を示すグラフ。
【図１１】シリコン酸窒化膜２０の窒素濃度とフラットバンド電圧変動ΔＶｆｂとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６７】
１００  トランジスタ
１０  半導体基板
２０  ゲート絶縁膜
３０  ゲート電極
４０  界面部分
【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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