(57)【要約】【課題】Ｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜をゲート絶縁膜として用いた場合に、ゲート電極に添加したドーパント不純物のチャネル領域への拡散を抑制し、トランジスタの性能の劣化を抑制しうる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法によりシリコン基板１０上に形成された窒素含有高誘電率膜１４を含むゲート絶縁膜１５と、ゲート絶縁膜１５上に形成されたゲート電極１６とを有する。【選択図】      図２
2004247474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜と、窒素が添加されていない高誘電率膜よりなる窒素非含有高誘電率膜とを含むゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、前記窒素非含有高誘電率膜の上下に、前記窒素含有高誘電率膜をそれぞれ有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板との界面に、シリコン酸化膜系の絶縁膜を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成する工程と、
前記窒素含有高誘電率膜上に、ゲート電極を形成する工程と
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５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板上又は前記窒素含有高誘電率膜上に、窒素が添加されていない高誘電率膜よりなる窒素非含有高誘電率膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素含有高誘電率膜と前記窒素非含有高誘電率膜とを同一の反応室内において連続的に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート電極を形成する工程では、ボロンが添加された前記ゲート電極を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素源材料は、ＢＴＢＡＳである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素含有高誘電率膜は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、又はハフニウムアルミネート膜に窒素が添加されたものである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜を成膜する
ことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高誘電率膜をゲート絶縁膜に用いた半導体装置及びその製造方法に係り、ゲート電極に添加されたドーパント不純物の拡散を抑制しうる高誘電率膜をゲート絶縁膜に用いた半導体装置及びその製造方法並びにこのような高誘電率膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタのゲート絶縁膜には、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜等のシリコン酸化膜系の絶縁膜が用いられている。しかしながら、近年、ＬＳＩの微細化、高性能化が進行し、ゲート絶縁膜の膜厚も極めて薄くなってきている。このため、シリコン酸化膜系の絶縁膜では、トンネル効果に起因するゲートリーク電流により十分な絶縁耐圧を確保できなくなりつつある。このような背景から、ゲート絶縁膜として、所望のトランジスタ特性を確保するとともに十分な絶縁耐圧が得られ、ゲートリーク電流を十分に抑制しうる構造や材料について種々の検討がなされている。
【０００３】
近年、ゲートリーク電流を抑制し、十分な絶縁耐圧を確保しうるゲート絶縁膜として、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２等の高誘電率材料からなる絶縁膜（以下、Ｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜という）が注目されている（例えば、特許文献１等を参照）。シリコン酸化膜系の絶縁膜よりも誘電率の高い絶縁膜を用いることにより、同等のＭＩＳ容量を確保するためのゲート絶縁膜の膜厚を厚くすることができる。したがって、このような高誘電率材料を用いることにより、同等のトランジスタ特性を実現しつつ絶縁耐圧を向上することが期待できる。
【０００４】
ところが、ゲート絶縁膜として，単にＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜を用いた場合、次のような難点が知られている。すなわち、半導体装置の製造工程等における熱処理において、従来のＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜では、ポリシリコンよりなるゲート電極にドーパント不純物として添加されたボロンが半導体基板内に拡散するのを抑制することができない。この結果、ゲート電極に添加されたボロンが半導体基板内のチャネル領域にまで拡散し、トランジスタの性能が劣化する。
【０００５】
ボロンのチャネル領域への拡散を防止する方法としては、ゲート絶縁膜として、窒素を添加したＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜を用いる方法が知られている。
【０００６】
例えば、ＣＶＤ法において、高誘電率材料の金属源となる有機金属材料とともに、窒素源として一酸化窒素（ＮＯ）やアンモニア（ＮＨ３）を添加することにより、窒素が添加されたＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜を形成する方法が知られている。
【０００７】
また、スパッタリング法によりＺｒＮ膜を形成し、ＺｒＮ膜を熱酸化することにより、窒素が添加されたＺｒＯ２（ＺｒＯＮ）膜をゲート絶縁膜として形成する方法が提案されている（非特許文献１を参照）。或いは、スパッタリング法によりＨｆＮ膜を形成し、ＨｆＮ膜を熱酸化することにより、窒素が添加されたＨｆＯ２（ＨｆＯｘＮｙ）膜をゲート絶縁膜として形成する方法が提案されている（非特許文献２を参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特解２００１−２３０２４７号公報
【非特許文献１】
Ｍ．  Ｋｏｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  Ｓｔａｂｌｅ  Ｕｌｔｒａ−Ｔｈｉｎ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ＺｒＯ２  Ｇａｔｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＺｒＮ”  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  （２００１），  ｐ．  ４５９  −  ４６２
【非特許文献２】
Ｃ．Ｓ．  Ｋａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａ−ｔｈｉｎ  （ＥＯＴ＜１０  ａｎｇｓｔｒｏｍ）  Ｇａｔｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＭＯＳＦＥＴｓ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  Ｈａｆｎｉｕｍ  Ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ  （ＨｆＯｘＮｙ）”  ２００２  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ  （２００１），  ｐ．  １４６  −  １４７
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、まず、ＣＶＤ法において窒素源としてＮＯやＮＨ３を添加することによりＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜に窒素を添加する方法では、効率的に必要量の窒素をＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜に添加することが困難であった。
【００１０】
また、上記従来のスパッタリング法を用いてＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜に窒素を添加する方法では、まず、スパッタリング法により窒化膜を形成し、その後に窒化膜を酸化する必要がある。このため、効率的に窒化膜が添加されたＨｉｇｈ−ｋ絶縁膜を形成することは困難であった。また、成膜にスパッタリング法を用いているため、被覆性が良好なゲート絶縁膜を形成することは困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、Ｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜をゲート絶縁膜として用いた場合に、ゲート電極に添加したドーパント不純物のチャネル領域への拡散を抑制し、トランジスタの性能の劣化を抑制しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、半導体基板上に形成され、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜と、窒素が添加されていない高誘電率膜よりなる窒素非含有高誘電率膜とを含むゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有することを特徴とする半導体装置により達成される。
【００１３】
また、上記目的は、半導体基板上に、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成する工程と、前記窒素含有高誘電率膜上に、ゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【００１４】
また、上記目的は、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜を成膜することを特徴とする成膜方法により達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による成膜方法について図１を用いて説明する。図１は本実施形態による成膜方法に用いる成膜装置の構造を示す概略図である。本実施形態による成膜方法は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相成長）法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜を成膜するものである。
【００１６】
まず、本実施形態による成膜方法に用いる成膜装置について図１を用いて説明する。
【００１７】
図示するように、成膜が行われる反応室２６内には、ヒータ機能を備えたサセプタ２８上に、窒素含有高誘電率膜を成膜すべきシリコン基板１０が載置される。サセプタ２８上方には、原料ガスが噴出されるシャワーヘッド３０が設けられている。反応室２６には、ターボ分子ポンプ３２及びドライポンプ３４が接続され、反応室２６内の圧力が制御することができるようになっている。
【００１８】
また、反応室２６のシャワーヘッド３０上方側には、反応室２６内に原料ガス等を導入するための配管３６が接続されている。配管３６は、窒素ガス、酸素ガスを導入するための配管３６ａと、Ａｌ源として用いる有機金属材料が貯蔵されたシリンダ３８ａに接続された配管３６ｂと、窒素源として用いるシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物が貯蔵されたシリンダ３８ｂに接続された配管３６ｃとに分岐している。シリンダ３８ａ、３８ｂには、それぞれバブリング法によりシリンダ３８ａ、３８ｂ内の原料を反応室２６内に供給するための窒素ガスが導入される配管４０ａ、４０ｂが設けられている。配管３６、４０ａ、４０ｂには、それぞれ反応室内への原料ガス等の流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４２ａ、４２ｂ、４２ｃが設けられている。
【００１９】
ＭＯＣＶＤ法の原料には、Ａｌ源としてＴＴＢＡｌ（ｔｒｉ（ｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｙｌ）ａｌｕｍｉｎｕｍ、Ａｌ［（ｔ−Ｃ４Ｈ９）３］）を用い、窒素源としてＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ（ｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｙｌａｍｉｎｏ）ｓｉｌａｎｅ、（ｔ−Ｃ４Ｈ９ＮＨ）２ＳｉＨ２）を用いる。
【００２０】
次に、本実施形態による成膜方法について図３を用いて説明する。
【００２１】
まず、シリンダ３８ａ、３８ｂにそれぞれ貯蔵されたＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳを、配管４０ａ、４０ｂから窒素ガスをそれぞれシリンダ３８ａ、３８ｂ内に導入することにより、窒素ガスをキャリアとしたバブリング法により反応室２６内へ導入する。また、バブリング法によりＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳを反応室２６に導入するとともに、配管３６ａより酸素ガスを反応室２６内へ導入する。
【００２２】
成膜条件は、例えば、シリンダ３８ａから反応室２６内へＴＴＢＡｌを供給するためのバブリングに用いる窒素ガスの流量を１００〜３００ｃｃ／ｍｉｎ、シリンダ３８ｂから反応室２６内へＢＴＢＡＳを供給するためバブリングに用いる窒素ガスの流量を５０〜２００ｃｃ／ｍｉｎとする。また、成膜時のシリンダ３８ａ、３８ｂの温度をそれぞれ２０〜６０℃、配管３６ａ、３６ｂの温度をそれぞれ２５〜７０℃とし、配管３６ａ、３６ｂ内壁への原料の固着を防止する。また、反応室２６内の圧力を６５Ｐａ、成膜温度を５００℃、成膜速度を１．７ｎｍ／ｍｉｎとする。
【００２３】
反応室２６内に導入され、シャワーヘッド３０を介してシリコン基板１０側へ噴出したＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳは分解反応を起こす。これにより、シリコン基板１０上に、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜が堆積されていく。
【００２４】
こうして、シリコン基板１０上に、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜が成膜される。
【００２５】
上述のように、本実施形態による成膜方法は、窒素源としてシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物であるＢＴＢＡＳを用いたＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成することに主たる特徴がある。
【００２６】
前述の通り、従来、ＺｒＯＮ膜、ＨｆＯＮ膜等の窒素が添加された高誘電率膜は、スパッタ法による窒化膜の形成及び窒化膜の酸化という２段階の工程を用いて形成する必要があった。このため、高誘電率膜に効率よく必要量の窒素を添加することは困難であった。また、スパッタ法によって成膜されていたため、被覆性の良好な高誘電率膜を形成することが困難であった。さらには、数ｎｍオーダーの薄膜を均一に形成することも困難であった。
【００２７】
一方、ＣＶＤ法により高誘電率膜を成膜する際に、窒素源として単にＮＯやＮＨ３を添加しただけでは、窒素が十分に添加された高誘電率膜を形成することは困難であった。これは、高誘電率膜を構成する金属と酸素との親和性が強い等の理由によるものと考えられる。
【００２８】
これに対し、本実施形態による成膜方法では、Ａｌ源として有機金属材料を用い、窒素源としてＢＴＢＡＳを用いたＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成している。本願発明者は、ＢＴＢＡＳを窒素源として用いることにより、高い効率で十分に窒素を酸化アルミニウム膜に添加することができることを確認している。
【００２９】
なお、本実施形態による成膜方法では、窒素源としてシリコンを構成元素として含む化合物を用いているため、成膜される窒素含有高誘電率膜には、微量のシリコンが含まれる。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、窒素源としてシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物であるＢＴＢＡＳを用いたＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成するので、効率的に窒素が十分に添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、Ａｌ源のＴＴＢＡｌとともに、ＢＴＢＡＳを反応室２６内に供給したが、ＢＴＢＡＳを反応室２６内に供給するタイミングを適宜設定してもよい。例えば、ＢＴＢＡＳを供給せずにＴＴＢＡｌのみを供給した状態で成膜を行い、続いて、ＴＴＢＡｌとともにＢＴＢＡＳを供給した状態で成膜を行う。続いて、再度ＢＴＢＡＳを供給せずにＴＴＢＡｌのみを供給した状態で成膜を行う。このように、所望のタイミングでＢＴＢＡＳを反応室２６内に供給することにより、最終的に成膜される酸化アルミニウム膜の所定の深さの位置に窒素を添加することもできる。つまり、窒素が添加されていない酸化アルミニウム膜と、窒素が添加された酸化アルミニウム膜との積層膜を形成することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、窒素が添加された酸化アルミニウム膜を形成する場合を例に説明したが、上述したように、ＢＴＢＡＳを窒素源として用いることにより、窒素が添加された種々の高誘電率膜を成膜することができる。例えば、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯ）膜、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜、酸化チタン（ＴｉＯ２）膜、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜等の高誘電率膜をＭＯＣＶＤ法により成膜する場合にも、ＢＴＢＡＳを窒素源として添加することにより、窒素が添加されたこれらの高誘電率膜を成膜することができる。また、ＩＩＩＡ族元素、すなわちＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等の酸化物よりなる高誘電率膜をＭＯＣＶＤ法により成膜する場合にも、ＢＴＢＡＳを窒素源として添加することにより、窒素が添加されたこれらの高誘電率膜を成膜することができる。
【００３３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置及びその製造方法について図２乃至図４を用いて説明する。図２は本実施形態による半導体装置の構造を示す断面図、図３及び図４は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３４】
まず、本実施形態による半導体装置の構造について図２を用いて説明する。
【００３５】
シリコン基板上１０に、シリコン酸化膜１２と、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４とが順次積層されてなるゲート絶縁膜１５が形成されている。ゲート絶縁膜１５上には、ポリシリコン膜よりなるゲート電極１６が形成されている。ゲート電極１６の側壁には、サイドウォール絶縁膜１８が形成されている。
【００３６】
シリコン基板１０内には、ゲート電極１６に自己整合で、ドーパント不純物が低濃度に導入され、これにより低濃度拡散層２０ａが形成されている。さらに、シリコン基板１０内には、サイドウォール絶縁膜１８及びゲート電極１６に自己整合で、ドーパント不純物が高濃度に導入され、これにより高濃度拡散層２０ｂが形成されている。これら低濃度拡散層２０ａ及び高濃度拡散層２０ｂにより、ソース／ドレイン拡散層２２が構成されている。
【００３７】
こうして、シリコン基板１０に、ゲート電極１６と、ソース／ドレイン拡散層２２とを有するＭＯＳトランジスタが形成されている。
【００３８】
本実施形態による半導体装置は、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４を含むゲート絶縁膜１５を有することに主たる特徴がある。窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４は、第１実施形態による成膜方法、すなわち窒素源としてシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物を用いてＭＯＣＶＤ法により形成されるものであり、膜中に十分に窒素が添加されている。このような窒素含有高誘電率膜１４により、ドーパント不純物としてゲート電極１６に添加されたボロンが熱処理によりシリコン基板１０内のチャネル領域へ拡散するのを十分に抑制することができ、トランジスタの性能の劣化を抑制することができる。
【００３９】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図３及び図４を用いて説明する。
【００４０】
まず、シリコン基板１０に、例えば通常のＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法により、素子領域（図示せず）を画定する。
【００４１】
次いで、ＳＣ−２洗浄液（ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２混合液）を用いてシリコン基板１０表面を洗浄することにより、シリコン基板１０表面に、膜厚１ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成する（図３（ａ）を参照）。
【００４２】
次いで、第１実施形態による成膜方法により、シリコン酸化膜１２上に、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる膜厚０．５〜３ｎｍの窒素含有高誘電率膜１４を形成する（図３（ｂ）を参照）。
【００４３】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、第１実施形態による成膜方法、すなわち、窒素源としてシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物であるＢＴＢＡＳを用いたＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４を形成することに主たる特徴がある。十分に窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４を形成することができるので、ドーパント不純物としてポリシリコン膜よりなるゲート電極１６に添加されるボロンが、熱処理によってシリコン基板１０内のチャネル領域へ拡散するのを十分に抑制し、トランジスタの性能が劣化するのを抑制することができる。
【００４４】
窒素含有高誘電率膜１４を形成した後、窒素含有高誘電率膜１４上に、例えばＣＶＤ法により、ポリシリコン膜４４を形成する。
【００４５】
次いで、ポリシリコン膜４４上にレジスト膜４６を形成し、フォトリソグラフィにより、ゲート電極形成予定領域上にレジスト膜４６を残存させる（図３（ｃ）を参照）。
【００４６】
次に、レジスト膜４６をマスクとして、エッチングによりポリシリコン膜４４をパターニングし、ポリシリコン膜４４よりなるゲート電極１６を形成する（図３（ｄ）を参照）。
【００４７】
次いで、ゲート電極１６をマスクとして、ボロンイオン（Ｂ＋）をイオン注入し、シリコン基板１０内に、ゲート電極１６に自己整合で、ＬＤＤ構造の低濃度拡散層２０ａとなる不純物ドープ領域４８ａを形成する（図４（ａ）を参照）。なお、ボロンイオンの代わりに、フッ化ボロンイオン（ＢＦ２＋）をイオン注入してもよい。
【００４８】
次いで、ゲート電極１６のパターニングの際にマスクとして用いたレジスト膜４６を剥離する。
【００４９】
次いで、例えばＲＴＡ法による熱処理を行い、不純物ドープ領域４８ａに注入したドーパント不純物を活性化する。こうして、不純物ドープ領域４８ａ中のドーパント不純物を活性化することにより、低濃度拡散層２０ａが形成される。
【００５０】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、シリコン酸化膜５０を形成する（図４（ｂ）を参照）。
【００５１】
この後、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）法によりシリコン酸化膜５０を異方性エッチングし、ゲート電極１６の側壁にサイドウォール絶縁膜１８を形成する（図４（ｃ）を参照）。
【００５２】
次いで、ゲート電極１６及びサイドウォール絶縁膜１８をマスクとして、ボロンイオンをイオン注入し、ＬＤＤ構造の高濃度拡散層２０ｂとなる不純物ドープ領域４８ｂを形成する（図４（ｄ）を参照）。このとき、ゲート電極１６にもドーパント不純物としてボロンが添加される。
【００５３】
次いで、例えばＲＴＡ法による熱処理を行い、ゲート電極１６及び不純物ドープ領域４８ｂ中のボロンを活性化する。こうして、不純物ドープ領域４８ｂ中のドーパント不純物としてのボロンを活性化することにより高濃度拡散層２０ｂが形成され、低濃度拡散層２０ａ及び高濃度拡散層２０ｂから構成されるＬＤＤ構造のソース／ドレイン拡散層２２が形成される。
【００５４】
こうして、図２に示す本実施形態による半導体装置が製造される。
【００５５】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、窒素源にＢＴＢＡＳを用いたＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４がゲート絶縁膜１５としてシリコン基板１０とゲート電極１６との間に形成されている。このため、ドーパント不純物を活性化するための熱処理等の製造工程における高温処理の際に、ゲート電極１６に添加されたボロンが、シリコン基板１０内に形成されるチャネル領域に拡散するのを抑制することができる。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、Ａｌ源として有機金属材料を用い、窒素源としてＢＴＢＡＳを用いたＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４を形成するので、効率よく十分に窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４を形成することができる。これにより、ポリシリコン膜よりなるゲート電極１６にドーパント不純物として添加したボロンがシリコン基板１０内のチャネル領域へ拡散するのを抑制し、トランジスタの性能の劣化を抑制することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による半導体装置及びその製造方法について図５及び図６を用いて説明する。図５は本実施形態による半導体装置の構造を示す断面図、図６は本実施形態による半導体装置におけるゲート絶縁膜の材料組成のデプスプロファイルを示すグラフである。なお、第２実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００５８】
本実施形態による半導体装置の基本的な構造は、第２実施形態による半導体装置とほぼ同様であり、第２実施形態による半導体装置とは、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４に代えて、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯ）膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２を有する点で異なっている。すなわち、図５に示すように、シリコン基板１０上に、シリコン酸化膜１２と、窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２とが順次積層されてなるゲート絶縁膜５３が形成されている。
【００５９】
本実施形態による半導体装置は、窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２を含むゲート絶縁膜５３を有することに主たる特徴がある。窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２は、第２実施形態における窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４と同様に、窒素源にシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物を用いてＭＯＣＶＤ法により形成されるので、膜中に十分に窒素が添加されたものである。このような窒素含有高誘電率膜５２により、ドーパント不純物としてゲート電極１６に添加されたボロンがシリコン基板１０内のチャネル領域へ拡散するのを十分に抑制することができ、トランジスタの性能の劣化を抑制することができる。
【００６０】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
【００６１】
本実施形態による半導体装置は、窒素含有高誘電率膜５２の成膜を除いて、第２実施形態による場合とほぼ同様にして製造することができる。以下、本実施形態による半導体装置における窒素含有高誘電率膜５２の成膜方法について説明する。
【００６２】
窒素含有高誘電率膜５２を成膜するための原料ガスには、第２実施形態による半導体装置の製造方法において用いた第１実施形態による成膜方法と同様に、Ａｌ源としてＴＴＢＡｌを用い、窒素源としてＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ（ｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｙｌａｍｉｎｏ）ｓｉｌａｎｅ、（ｔ−Ｃ４Ｈ９ＮＨ）２ＳｉＨ２）を用いる。さらに、Ｈｆ源として、ＴＴＢＨｆ（ｔｒｉ（ｔｅｒｔｉａｒｙｂｕｔｙｌ）ｈａｆｎｉｕｍ、Ｈｆ［（ｔ−Ｃ４Ｈ９）３］）を用いる。
【００６３】
成膜の際には、第１実施形態による成膜方法の場合と同様にしてＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳをバブリング法により反応室２６内へ供給するとともに、窒素ガスをキャリアとするバブリング法によりＴＴＢＨｆを反応室２６内へ供給する。また、バブリング法によりＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳ、及びＴＴＢＨｆを反応室２６に導入するとともに、配管３６ａより酸素ガスを反応室２６内へ導入する。
【００６４】
成膜条件は、例えば、ＴＴＢＡｌを反応室内へ供給するためのバブリングに用いる窒素ガスの流量を３０〜３００ｃｃ／ｍｉｎ、ＢＴＢＡＳを反応室内へ供給するためのバブリングに用いる窒素ガスの流量を５０〜２００ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＴＢＨｆを反応室内へ供給するためのバブリングに用いる窒素ガスの流量を５０〜５００ｃｃ／ｍｉｎ、成膜室内の圧力を６５Ｐａ、成膜温度を５００℃、成膜速度を１．７ｎｍ／ｍｉｎとする。
【００６５】
上述のように、本実施形態による半導体装置の製造方法は、窒素源としてシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物であるＢＴＢＡＳを用いたＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２を形成することに主たる特徴がある。
【００６６】
本願発明者は、ＢＴＢＡＳを窒素源として用いることにより、高い効率で十分に窒素をハフニウムアルミネート膜に添加することができることを確認している。図６はＲＢＳ（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ラザフォード後方散乱分光法）により測定した本実施形態による半導体装置における窒素含有高誘電率膜５２の材料組成のデプスプロファイルを示すグラフである。
【００６７】
図６に示すグラフの横軸の深さおよそ０〜３．５ｎｍまでの範囲が窒素含有高誘電率膜５２である。深さおよそ３．５〜４．７５ｎｍまでの範囲がシリコン酸化膜１２である。深さおよそ４．７４ｎｍ以上がシリコン基板１０である。グラフから明らかなように、ハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２の厚さ方向に、最大窒素濃度が４ａｔ％（原子百分率）でほぼ均一に窒素が添加されていることが分かる。
【００６８】
こうして、十分に窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２を形成することにより、ドーパント不純物としてポリシリコン膜よりなるゲートゲート電極に添加されるボロンが、熱処理によってシリコン基板１０内のチャネル領域へ拡散するのを十分に抑制することが可能となる。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、Ａｌ源、Ｈｆ源として有機金属材料を用い、窒素源としてＢＴＢＡＳを用いたＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜よりなる窒素含有高誘電率膜５２を形成するので、効率よく十分に窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４を形成することができる。これにより、ポリシリコン膜よりなるゲート電極１６にドーパント不純物として添加したボロンがシリコン基板１０内のチャネル領域へ拡散するのを抑制し、トランジスタの性能の劣化を抑制することができる。
【００７０】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による半導体装置及びその製造方法について図７を用いて説明する。図７は本実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。なお、第２実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００７１】
本実施形態による半導体装置の基本的構造は、図２に示す第２実施形態による半導体装置とほぼ同様である。本実施形態による半導体装置の主たる特徴は、図７に示すように、シリコン酸化膜１２と、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４と、さらに、窒素が添加されていない通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５６とが順次積層されてなるゲート絶縁膜５７を有する点にある。なお、本願明細書にいう「窒素が添加されていない」とは、意図的に窒素を膜中に添加していないことを意味する。例えば、ＭＯＣＶＤ法による成膜の際に、ＢＴＢＡＳ等の窒素源となる原料が添加されずに成膜された膜は、窒素が添加されていない膜である。
【００７２】
第２実施形態による半導体装置においては、シリコン酸化膜１２と、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４とを有するゲート絶縁膜１５を形成していた。この場合、窒素含有高誘電率膜１４に窒素を添加することによって、窒素含有高誘電率膜１４との界面に固定電荷が発生する等の不具合が生じ、高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いた利点が十分に活かされない事態も想定される。
【００７３】
これに対して、本実施形態による半導体装置は、窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４上に、窒素が添加されていない通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５６を有している。このような積層構造により、まず、第２実施形態による場合と同様に、ゲート電極１６に添加されたボロンのチャネル領域への拡散を、窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４により抑制することができる。さらに、別途形成した窒素が添加されていない通常の高誘電率膜５６により、高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いた利点を十分に活かすことができる。
【００７４】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
【００７５】
本実施形態による半導体装置は、第２実施形態による場合とほぼ同様にして製造することができる。ここで、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４と、通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５６との積層構造は、以下のようにして形成することができる。
【００７６】
まず、第２実施形態による場合と同様にして、第１実施形態による成膜方法を用いて、ＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳを原料とするＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４を成膜する。
【００７７】
窒素含有高誘電率膜１４の成膜に続いて、成膜装置の反応室２６へのＢＴＢＡＳの供給のみを停止して窒素源の供給を遮断した状態で、ＴＴＢＡｌを原料とするＭＯＣＶＤ法により、酸化アルミニウム膜を形成する。こうして、窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４を成膜したものと同一の成膜装置の反応室２６内で、窒素が添加されていない通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５６が連続的に成膜される。
【００７８】
以上のようにして、同一の成膜装置の反応室２６において、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４と、通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５６との積層構造が形成される。
【００７９】
このように、本実施形態によれば、Ａｌ源として有機金属材料を用い、窒素源としてＢＴＢＡＳを用いたＭＯＣＶＤ法により形成され、効率よく十分に窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４上に、窒素が添加されていない高誘電率膜５６を形成するので、ポリシリコン膜よりなるゲート電極１６にドーパント不純物として添加されたボロンのチャネル領域への拡散を窒素含有高誘電率膜１４により抑制する一方、窒素が添加されていない通常の高誘電率膜５６により、高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いた利点を十分に活かすことができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４と、通常の高誘電率膜５６とを同一の成膜装置の反応室２６内で連続的に形成したが、必ずしも両者を連続的に形成する必要はない。すなわち、別個の成膜装置を用いて、窒素含有高誘電率膜１４と高誘電率膜２６とをそれぞれ成膜してもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４上に、窒素が添加されていない酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５６を成膜したが、高誘電率膜５６は酸化アルミニウム膜に限定されるものではなく、窒素が添加されていない他の高誘電率膜を成膜してもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、窒素含有高誘電率膜１４上に、窒素が添加されていない通常の高誘電率膜５６を形成したが、窒素含有高誘電率膜１４と、窒素が添加されていない通常の高誘電率膜５６との上下を入れ替えてもよい。すなわち、図８に示すように、シリコン酸化膜１２上に、窒素が添加されていない通常の高誘電率膜５６を形成し、通常の高誘電率膜５６上に、窒素含有高誘電率膜１４を形成してもよい。
【００８３】
また、本実施形態では、第２実施形態による半導体装置において、窒素が添加された酸化アルミニウム膜と、窒素が添加されていない酸化アルミニウム膜との積層構造を形成したが、第３実施形態による半導体装置においても、本実施形態による場合と同様の積層構造を形成してもよい。すなわち、窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜と、窒素が添加されていないハフニウムアルミネート膜との積層構造を形成してもよい。
【００８４】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による半導体装置及びその製造方法について図９を用いて説明する。図９は本実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。なお、第２実施形態による半導体装置及びその構造と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００８５】
本実施形態による半導体装置の基本的構造は、図２に示す第２実施形態による半導体装置とほぼ同様である。本実施形態による半導体装置の主たる特徴は、図９に示すように、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂが、窒素が添加されていない通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５８の上下に形成されている点にある。すなわち、本実施形態による半導体装置は、シリコン酸化膜１２と、窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４ａと、窒素が添加されていない通常の高誘電率膜５８と、窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４ｂとが順次積層されてなるゲート絶縁膜５９を有している。窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂは、第１実施形態による成膜方法、すなわち窒素源としてシリコンと窒素とを構成元素として含む化合物を用いてＭＯＣＶＤ法により形成されるものであり、膜中に十分に窒素が添加されている。
【００８６】
本実施形態による半導体装置は、第２実施形態による場合と同様にゲート電極１６に添加されたボロンのチャネル領域への拡散を、高誘電率膜５８の上下に形成され、窒素が添加された窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂにより更に効果的に抑制する一方、窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂとの間に形成された通常の高誘電率膜５８により、高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いた利点を十分に生かすことができる。
【００８７】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
【００８８】
本実施形態による半導体装置は、第２実施形態による場合とほぼ同様にして製造することができる。ここで、通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５８と、その上下に形成された窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂと積層構造は、第４実施形態による場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法において、窒素源としてのＢＴＢＡＳの添加の有無を適宜切り替えることにより、以下のようにして形成することができる。
【００８９】
まず、第２実施形態による場合と同様にして、第１実施形態による成膜方法を用いて、ＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳを原料とするＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ａを成膜する。
【００９０】
窒素含有高誘電率膜１４ａの成膜に続いて、成膜装置の反応室２６へのＢＴＢＡＳの供給のみを停止して窒素源の供給を遮断した状態で、ＴＴＡｌを原料とするＭＯＣＶＤ法により、酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５８を形成する。
【００９１】
次いで、再度、第２実施形態による場合と同様にして、ＴＴＢＡｌ、ＢＴＢＡＳを原料とするＭＯＣＶＤ法により、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ｂを成膜する。
【００９２】
以上のようにして、同一の成膜装置の反応室２６において、通常の酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５８と、その上下に形成された窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂとの積層構造が連続的に形成される。
【００９３】
なお、本実施形態では、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂと、通常の高誘電率膜５６とを同一の成膜装置の反応室２６内で連続的に形成したが、必ずしもこれらを連続的に形成する必要はない。すなわち、別個の成膜装置を用いて、窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂと、高誘電率膜２６とをそれぞれ成膜してもよい。
【００９４】
また、本実施形態では、窒素が添加された酸化アルミニウム膜よりなる窒素含有高誘電率膜１４ａ、１４ｂとの間に、窒素が添加されていない酸化アルミニウム膜よりなる高誘電率膜５８を成膜したが、高誘電率膜５８は酸化アルミニウム膜に限定されるものではなく、窒素が添加されていない他の高誘電率膜を成膜してもよい。
【００９５】
また、本実施形態では、第２実施形態による半導体装置において、窒素が添加されていない酸化アルミニウム膜と、その上下に形成された窒素が添加されていない酸化アルミニウム膜との積層構造を形成したが、第３実施形態による半導体装置においても、本実施形態による場合と同様の積層構造を形成してもよい。すなわち、窒素が添加されていないハフニウムアルミネート膜と、その上下に形成された窒素が添加されたハフニウムアルミネート膜との積層構造を形成してもよい。
【００９６】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００９７】
例えば、上記実施形態では、酸化アルミニウム膜又はハフニウムアルミネート膜に窒素を添加する場合を例に説明したが、本発明を適用することにより窒素を添加しうる高誘電率膜はこれらに限定されるものではない。例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）よりなる高誘電率膜に本発明を適用して窒素を添加してもよい。また、ＩＩＩＡ族元素、すなわちＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等の酸化物よりなる高誘電率膜に本発明を適用して窒素を添加してもよい。または、これらの金属を含むアルミネートよりなる高誘電率膜に本発明により窒素を添加してもよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、窒素添加高誘電率膜をＭＯＣＶＤ法により形成するための窒素源として、ＢＴＢＡＳを用いる場合を例に説明したが、窒素源材料はＢＴＢＡＳに限定されるものではない。シリコンと窒素とを構成元素として含む化合物であれば、窒素添加高誘電率膜を形成するための窒素源材料として用いることができる。例えば、ＴＤＭＡＳｉ（テトラジメチルアミノシラン）等を窒素源材料として用いることができる。
【００９９】
また、窒素添加高誘電率膜をＭＯＣＶＤ法により形成するためのＡｌ等の金属源についても、上記実施形態において示したＴＴＢＡｌ、ＴＴＢＨｆに限定されるものではない。例えば、ＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）、ＴＤＭＡＨｆ（テトラジメチルアミノハフニウム）等の有機金属材料を金属源として用いることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、ポリシリコン膜をゲート電極１６にパターニングした後に、ドーパント不純物としてボロンをゲート電極１６にイオン注入する場合について説明したが、ゲート電極１６となるポリシリコン膜の成膜時に同時にボロンを添加してもよい。すなわち、ＣＶＤ法によるポリシリコン膜の成膜の際に、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等を添加することにより、ゲート電極１６にドーパント不純物としてボロンを添加することとしてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、ポリシリコン膜よりなるゲート電極１６を形成したが、ゲート電極１６の材料及び構造はこれに限定されるものではない。例えば、ポリシリコン膜上に、金属シリサイドを積層し、ゲート電極１６をポリサイド構造としてもよい。また、ポリシリコン膜上に金属膜を積層し、ゲート電極１６をポリメタル構造としてもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、シリコン基板１０と、窒素含有高誘電率膜１４、１４ｂ又は高誘電率膜５６との界面に、シリコン酸化膜１２を形成する場合について説明したが、必ずしもシリコン酸化膜１２を形成する必要はない。或いは、シリコン酸化膜１２に代えて、シリコン窒化酸化膜等のシリコン酸化膜系の絶縁膜を形成してもよい。
【０１０３】
（付記１）  半導体基板上に形成され、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜と、窒素が添加されていない高誘電率膜よりなる窒素非含有高誘電率膜とを含むゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有することを特徴とする半導体装置。
【０１０４】
（付記２）  付記１記載の半導体装置において、前記ゲート絶縁膜は、前記窒素非含有高誘電率膜の上下に、前記窒素含有高誘電率膜をそれぞれ有することを特徴とする半導体装置。
【０１０５】
（付記３）  付記１又は２記載の半導体装置において、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板との界面に、シリコン酸化膜系の絶縁膜を更に有することを特徴とする半導体装置。
【０１０６】
（付記４）  付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置において、前記窒素含有高誘電率膜は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、又はハフニウムアルミネート膜に窒素が添加されたものであることを特徴とする半導体装置。
【０１０７】
（付記５）  付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、前記ゲート電極に、ボロンが添加されていることを特徴とする半導体装置。
【０１０８】
（付記６）  半導体基板上に、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成する工程と、前記窒素含有高誘電率膜上に、ゲート電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１０９】
（付記７）  付記６記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板上又は前記窒素含有高誘電率膜上に、窒素が添加されていない高誘電率膜よりなる窒素非含有高誘電率膜を形成する工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１０】
（付記８）  付記７記載の半導体装置の製造方法において、前記窒素含有高誘電率膜と前記窒素非含有高誘電率膜とを同一の反応室内において連続的に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１１】
（付記９）  付記６乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記ゲート電極を形成する工程では、ボロンが添加された前記ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１２】
（付記１０）  付記６乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記窒素源材料は、ＢＴＢＡＳであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１３】
（付記１１）  付記６乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記窒素含有高誘電率膜は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、又はハフニウムアルミネート膜に窒素が添加されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１１４】
（付記１２）  有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【０１１５】
（付記１３）  付記１２記載の成膜方法において、前記窒素源材料は、ＢＴＢＡＳであることを特徴とする成膜方法。
【０１１６】
（付記１４）  付記１２又は１３記載の成膜方法において、前記高誘電率膜は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、又はハフニウムアルミネート膜であることを特徴とする成膜方法。
【０１１７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜を成膜するので、効率よく十分に窒素が添加された高誘電率膜を形成することができる。
【０１１８】
また、本発明によれば、半導体基板上に、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により、窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜を形成し、窒素含有高誘電率膜上に、ゲート電極を形成するので、ドーパント不純物としてゲート電極に添加されるボロンが半導体基板内のチャネル領域に拡散するのを抑制し、トランジスタの性能の劣化を抑制することができる。
【０１１９】
また、本発明によれば、半導体基板上に、有機金属材料と、シリコンと窒素とを構成元素として含む窒素源材料とを原料とする化学気相成長法により形成された窒素が添加された高誘電率膜よりなる窒素含有高誘電率膜と、窒素が添加されていない窒素非含有高誘電率膜とを有するゲート絶縁膜を形成するので、ドーパント不純物としてゲート電極に添加されたボロンのチャネル領域への拡散を窒素含有高誘電率膜により抑制する一方、窒素非含有高誘電率膜により、高誘電率材料をゲート絶縁膜に用いた利点を十分に生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による成膜方法に用いる成膜装置の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】本発明の第３実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による半導体装置における高誘電率膜のＲＢＳによる材料組成のデプスプロファイルを示すグラフである。
【図７】本発明の第４実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の変形例による半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１２…シリコン酸化膜
１４、１４ａ、１４ｂ…窒素含有高誘電率膜
１５…ゲート絶縁膜
１６…ゲート電極
１８…サイドウォール絶縁膜
２０ａ…低濃度拡散層
２０ｂ…高濃度拡散層
２２…ソース／ドレイン拡散層
２６…反応室
２８…サセプタ
３０…シャワーヘッド
３２…ターボ分子ポンプ
３４…ドライポンプ
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…配管
３８ａ、３８ｂ…シリンダ
４０ａ、４０ｂ…配管
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…マスフローコントローラ
４４…ポリシリコン膜
４６…レジスト膜
４８ａ…不純物ドープ領域
４８ｂ…不純物ドープ領域
５０…シリコン酸化膜
５２…窒素含有高誘電率膜
５３…ゲート絶縁膜
５６…高誘電率膜
５７…ゲート絶縁膜
５８…高誘電率膜
５９…ゲート絶縁膜
【図１】
2004247474.tif 000003
【図２】
2004247474.tif 000004
【図３】
2004247474.tif 000005
【図４】
2004247474.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004247474.tif 000008
【図７】
2004247474.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004247474.tif 000011