(57)【要約】【課題】ＰＭＯＳを用いた半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、得にホットキャリア耐性および負バイアス温度不安定性を解消するものである【解決手段】半導体基板１上にゲート絶縁膜２を介して形成された不純物が注入されて成るゲート電極３と、ゲート電極３の側壁に形成されたサイドウォール５とを備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜２とゲート電極３との間にゲート絶縁膜２の誘電率より高い誘電率を有する第１の窒素含有層２０と、半導体基板１とサイドウォール５との間のゲート絶縁膜２の高さ位置より低い高さ位置にサイドウォール５の誘電率より高い誘電率を有する第２の窒素含有層６とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された不純物が注入されて成るゲート電極と、上記ゲート電極および上記ゲート絶縁膜の側壁に形成されたサイドウォールとを備えた半導体装置において、上記ゲート絶縁膜と上記ゲート電極との間に上記ゲート絶縁膜の誘電率より高い誘電率を有する第１の絶縁層と、上記半導体基板と上記サイドウォールとの間の上記ゲート絶縁膜の高さ位置より低い高さ位置に上記サイドウォールの誘電率より高い誘電率を有する第２の絶縁層とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記不純物はボロンにて成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】
上記ゲート絶縁膜と上記サイドウォールとはシリコン酸化膜にて成り、上記第１の絶縁層と上記第２の絶縁層とは窒素含有層にて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート絶縁膜上面に上記ゲート絶縁膜の誘電率より高い誘電率を有する第１の絶縁層を形成する工程と、上記第１の絶縁層上に不純物が注入されて成るゲート電極を形成する工程と、上記半導体基板の露出部に第２の絶縁層を形成する工程と、上記ゲート電極および上記ゲート絶縁膜の側壁に上記第２の絶縁層の誘電率より低い誘電率を有するサイドウォールを形成するとともに上記第２の絶縁層の内、上記半導体基板と上記サイドウォールとの間に介在する部分以外の部分を除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記第２の絶縁層を形成する工程を、上記半導体基板の露出部を熱酸窒化処理することにより形成することを特徴とする請求項４に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】
この発明は、ＰＭＯＳを用いた半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特にホットキャリア耐性および負バイアス温度不安定性を解消するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置は、ボロンの突抜を防止するために、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜上にシリコン窒化酸化膜を形成している（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
また、他の従来の半導体装置は、サイドウォールおよびゲート絶縁膜と半導体基板との間に高い比誘電率を有する第２絶縁膜を形成している（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２２９４１号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−２７４３７８号公報（図４）
【特許文献３】
特開平０５−１３７５６号公報（図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置のＰＭＯＳは、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する。そしてこのゲート絶縁膜上に、Ｐｏｌｙ・Ｓｉ等のゲート電極を作る。そしてゲート電極はＢやＢＦ２等を用いたボロン注入をすることで形成されている。現在は制御のしやすさなどからゲート絶縁膜の材料にはシリコン酸化膜が多く用いられている。一般的に、ＬＳＩの高集積化・高性能化を考えたとき、ゲート酸化膜を薄膜化する方法が考えられる。
【０００６】
しかしここで問題となるのが、ゲート絶縁膜が薄くなるためにゲート電極に注入したボロンがゲート絶縁膜を突き抜けてしまい、リークの原因となることである。この対策として考えられているのが、ゲート絶縁膜としての酸化膜を窒化したシリコン酸化窒化膜を形成する方法、あるいは、高誘電率材料を使用することである。どちらも、実膜厚を厚く保ったまま、電気的な膜厚（容量膜厚）を減少させる方法である。
【０００７】
シリコン窒化酸化膜では窒素がゲート絶縁膜−ゲート電極界面に多く存在する。この結果、ゲート絶縁膜における窒素の分布に起因した準位によるＮＢＴＩ（ＮｅｇａｔｉｖｅＢｉａｓＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ：負バイアス温度不安定性。ゲート電極に負バイアスを印加した際のＰＭＯＳのＢｉａｓ−Ｔｅｍｐ．（ＢＴ）特性）耐性の劣化が発生しにくい。しかし逆にホットキャリアの進入に対し耐性は有しないこととなる。また、第２絶縁膜の形成方法では、ＮＢＴＩ耐性が劣化が発生しやすくなり、ホットキャリアの侵入に対し耐性を有することとなる。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、電極からのボロンの突き抜けを防止することはもちろん、ＮＢＴＩ耐性劣化を防ぐとともに、ホットキャリア耐性を有する半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された不純物が注入されて成るゲート電極と、ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールとを備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜とゲート電極との間にゲート絶縁膜の誘電率より高い誘電率を有する第１の絶縁層と、半導体基板とサイドウォールとの間のゲート絶縁膜の高さ位置より低い高さ位置にサイドウォールの誘電率より高い誘電率を有する第２の絶縁層とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の半導体装置の構成を示す断面図、図２および図３は図１に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１において、半導体基板１と、半導体基板１上に形成されたゲート絶縁膜２（なお、各図においてはゲート絶縁膜を理解しやすくするために、ゲート電極に対して厚く示している）である。
【００１１】
そして、ゲート絶縁膜２上に第１の絶縁層としての第１の窒素含有層２０を介して形成されたゲート電極３と、半導体基板１のゲート電極３の両側に形成されたソース／ドレイン領域４と、ゲート電極３の側壁に形成されたサイドウォール５と、サイドウォール５と半導体基板１との間に形成された第２の絶縁層としての第２の窒素含有層６とにて成る。そして、第１の窒素含有層２０はゲート絶縁膜２の誘電率より高い誘電率を有するものである。また、第２の窒素含有層６はサイドウォール５の誘電率より高い誘電率を有するものである。
【００１２】
次に、上記のように構成された実施の形態１の半導体装置の製造方法について図２および図３を交えて説明する。まず、第１の導電型としてのｎ型の半導体基板１上に例えばＳｉＯ２にて成る酸化膜２ａを積層する（図２（ａ））。この酸化膜２ａの形成方法としては、例えばＨ２Ｏを用いるＷｅｔ酸化、Ｏ２／Ｈ２を用いる熱酸化、Ｏ２のみを用いたＤｒｙ酸化の方法が考えられ、何れの方法を用いてもよい。
【００１３】
次に、酸化膜２ａの表面を窒化し窒化酸化膜にて成り窒素濃度の高い第１の窒素含有層２０ａを形成する。この窒化の方法の例としては、窒素のラジカル種を利用した方法を用いることでき、この方法のように窒素イオンを酸化膜２ａの表面に多く分布させる方法であれば何れの方法を用いてもよい。一般的に窒化法を用いた場合に形成される膜の窒素の濃度は、表面近傍が一番高濃度となるピークを有し、半導体基板１方向に行くにしたがって減少する（尚、図面上では簡略化し、表面にのみ窒素が分布しているが、他の箇所にも若干の窒素が存在することと成る）。
【００１４】
次に、例えばＰｏｌｙ・Ｓｉ膜、またはアモルファスシリコン膜、またはシリコンゲルマニウム膜を積層してパターニングを行い導電膜３ａ、第１の窒素含有層２０、およびゲート絶縁膜２を形成する（図２（ｃ））。次に、ボロンを注入し、半導体基板１上にソース／ドレイン領域４および導電膜３ａにボロンが注入されたゲート電極３を形成する（図３（ａ））。次に、ＮＯ／Ｏ２混合ガスなどで熱酸窒化膜６０を形成する。このよう形成された熱酸窒化膜６０は半導体基板１−熱酸窒化膜６０界面に多くの窒素が分布し、第２の窒素含有層６を形成する。このように熱酸窒化膜を形成すると窒素の濃度は、半導体基板１表面上が一番高濃度となるピークを有し、半導体基板１表面から離反するにしたがって減少する。
【００１５】
また、熱酸窒化膜６０は熱酸窒化により形成されているため、その下面位置が、半導体基板１の上面位置より低い位置にて形成されている。すなわち、ゲート絶縁膜２の高さ位置より低い高さ位置に第２の窒素含有層６が形成されることとなる。そして、ゲート絶縁膜２はゲート電極３がマスクとなるため、第１の窒素含有層２０の分布はほとんど変化しない（図３（ｂ））。
【００１６】
次に、ゲート電極３を覆うように第２の窒素含有層６の誘電率より誘電率が低い酸化膜を積層し、エッチングすることによりゲート電極３の側壁にサイドウォール５を形成する。このとき、他の箇所に存在する熱酸窒化膜６０はエッチングされ、半導体基板１とサイドウォール５との間のみに第２の窒素含有層６が残存することと成る。また、熱酸化窒化膜６０の一部はサイドウォールの一部として残存する。但し、この残存する熱酸化窒化膜６０の誘電率は窒素の濃度が低いため、酸化膜とほぼ同様となる（図１）。
【００１７】
上記のように構成された実施の形態１の半導体装置は、酸化膜を窒化することで容量膜厚を小さくしたまま実膜厚を増加させているため、ゲート電極からのボロンの突き抜けに対して耐性を有する。また、窒素を多く分布する第１の窒素含有層２０がゲート絶縁膜２−ゲート電極３界面に偏在しているため、窒素に起因する準位の形成によるＮＢＴＩ耐性の劣化も起こりにくい。
【００１８】
また、サイドウォール５下の部分について言えば、半導体基板１−サイドウォール５界面に窒素を多く分布している第２の窒素含有層６を有するので、ホットキャリアヘの耐性を有する。尚、上記実施の形態１においては、第１および第２の窒素層を備える例を示したが、Ｈｉｇｈ・ｋ材料（高誘電率材料）を用いてもよく同様の効果を奏することは言うまでもない。ゲート電極については、Ｐｏｌｙ・Ｓｉ膜などにボロンを注入する方法を示したが、これに限られることは無く、最初からボロンがドープされた（ｌｎ−Ｓｉｔｕ  Ｄｏｐｅｄ）Ｐｏｌｙ・Ｓｉ膜を用いても同様の効果を奏する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された不純物が注入されて成るゲート電極と、ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールとを備えた半導体装置において、ゲート絶縁膜とゲート電極との間にゲート絶縁膜の誘電率より高い誘電率を有する第１の絶縁層と、半導体基板とサイドウォールとの間のゲート絶縁膜の高さ位置より低い高さ位置にサイドウォールの誘電率より高い誘電率を有する第２の絶縁層とを備えので、ホットキャリア耐性および負バイアス温度不安定性を解消する半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図１に示した半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  ゲート絶縁膜、３  ゲート電極、
４  ソース／ドレイン領域、５  サイドウォール、６  第２の窒素含有層、
２０  第１の窒素含有層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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