(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４族半導体物質の基板上に形成され、金属酸化物、及び第１温度で熱処理を行って前記基板から前記金属酸化物に充分に拡散させた前記４族半導体物質を含み、前記第１温度より高い第２温度でも非結晶状態を安定に維持する薄膜を含み、
前記第１温度は、該第１温度より低い第３温度から毎秒０．１〜１０℃で上昇させて組成し、該第１温度は、２００〜５５０℃であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第４族半導体物質は、シリコン、ゲルマニウム、又はこれらの化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属酸化物は、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、ＭｇＯ、ＳｒＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、及びＣａＯからなる群から選択されるいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記薄膜は、窒化物を更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記薄膜は、ゲート絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板上に形成され、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、又はこれらの複合膜を更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
４族半導体物質の基板上に金属酸化物を含む非結晶状態の薄膜を形成する段階と、
第１温度で熱処理を行って、前記基板から前記金属酸化物に前記４族半導体物質を充分に拡散させて、前記第１温度より高い第２温度でも前記薄膜が非結晶状態を維持するように、前記薄膜を安定化させる段階と、を含み、
前記第１温度は、該第１温度より低い第３温度から毎秒０．１〜１０℃で上昇させて組成し、該第１温度は、２００〜５５０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記４族半導体物質は、シリコン、ゲルマニウム、又はこれらの化合物を含むことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記金属酸化物は、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、ＭｇＯ、ＳｒＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、及びＣａＯからなる群から選択されるいずれか一つを含むことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記薄膜は、窒化物を更に含むことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板上に、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、又はこれらの複合膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
シリコン基板上に金属酸化物を含む非結晶状態の薄膜を形成する段階と、
第１温度で熱処理を行って、前記シリコン基板から前記金属酸化物にシリコンを充分に拡散させて、前記第１温度より高い第２温度でも前記薄膜が非結晶状態を維持するように、前記薄膜を安定化させる段階と、
前記金属酸化物の薄膜上に導電性物質の薄膜を形成する段階と、
前記導電性物質の薄膜と前記金属酸化物の薄膜をパターニングして、ゲート導電膜とゲート酸化膜を含むゲートパターンを形成する段階と、を含み、
前記第１温度は、該第１温度より低い第３温度から毎秒０．１〜１０℃で上昇させて組成し、該第１温度は、２００〜５５０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記金属酸化物は、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、ＭｇＯ、ＳｒＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、及びＣａＯからなる群から選択されるいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性物質は、ポリシリコン、金属、金属窒化物、及び金属シリサイドからなる群から選択されるいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１２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、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、ゲート絶縁膜等に適用する金属酸化物の薄膜を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜等の薄膜は、高誘電率を有する金属酸化物で形成している趨勢である。その理由は、前記金属酸化物の薄膜が、薄い等価酸化膜の厚さ（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｏｘｉｄｅ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ、ＥＯＴ）を維持するにもかかわらず、ゲート導電膜とチャンネル領域との間で頻繁に発生する漏洩電流を充分に減少させることができるためである。前記金属酸化物の例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３等が挙げられる。
【０００３】
しかし、前記金属酸化物の薄膜は、高温で容易に結晶化されるので、前記金属酸化物の薄膜をゲート絶縁膜等に適用するのには多少限界がある。その理由は、前記金属酸化物のゲート絶縁膜を形成した後、後続工程中、高温で工程を行う時、前記金属酸化物が容易に結晶化されるためである。
【０００４】
このように、前記ゲート絶縁膜等に適用する金属酸化物が結晶化されると、結晶粒界の生成によって、前記金属酸化物の絶縁機能が多少低下するので、電気的な信頼度が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高温でも非結晶状態を安定的に維持する金属酸化物の薄膜を含む半導体装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、前記金属酸化物の薄膜を含む半導体装置を容易に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明の好ましい実施例による半導体装置は、４族半導体物質の基板上に形成され、金属酸化物、及び第１温度で熱処理を行って前記基板から前記金属酸化物に充分に拡散させた前記４族半導体物質で形成される薄膜を含む。
【０００８】
前記他の目的を達成するための本発明の実施例による半導体装置の製造方法は、４族半導体物質の基板上に、金属酸化物を含む非結晶状態の薄膜を形成する。そして、第１温度で熱処理を行って、前記基板から前記金属酸化物に前記４族半導体物質を充分に拡散させて、前記薄膜を安定化させる。
【０００９】
前記他の目的を達成するための本発明の好ましい実施例による半導体装置の製造方法は、シリコン基板上に金属酸化物を含む非結晶状態の薄膜を形成する。そして、第１温度で熱処理を行って、前記シリコン基板から前記金属酸化物にシリコンを充分に拡散させて、前記金属酸化物の薄膜を安定化させる。その後、前記金属酸化物の薄膜上に導電性物質の薄膜を形成した後、前記導電性物質の薄膜と前記金属酸化物の薄膜をパターニングして、ゲート導電膜とゲート酸化膜を含むゲートパターンを形成する。
【００１０】
このように、前記薄膜は、前記金属酸化物と前記４族半導体物質を含むので、前記第１温度より高い第２温度でも非結晶状態を安定的に維持することができる。特に、前記薄膜をゲートパターンのゲート絶縁膜に適用する場合、後続工程中、高温で工程を行っても、非結晶状態を安定的に維持することができる。
【００１１】
従って、本発明は、前記金属酸化物の薄膜を半導体装置により積極的に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例による金属酸化物の薄膜をゲート絶縁膜に含む半導体装置を示す概略的な断面図である。
【００１４】
図１を参照すると、前記半導体装置は、素子分離膜１２を有する半導体基板１０、前記半導体基板１０上に形成されたゲートパターン１８、及び前記ゲートパターン１８と隣接する前記半導体基板１０の表面から下に形成されたソース／ドレイン２２ａ、２２ｂを含む。又、前記半導体装置は、前記ゲートパターン１８の両側壁に形成されたスペーサ１８を更に含んでも良い。
【００１５】
具体的に、前記半導体基板１０は、４族半導体物質の基板として、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコン−ゲルマニウム基板等が例として挙げられる。従って、前記４族半導体物質は、シリコン、ゲルマニウム、又はこれらの化合物を含む。そして、前記素子分離膜１２は、集積度の観点で選択するトレンチ素子分離膜であって、アクティブ領域とフィールド領域を限定する。
【００１６】
前記ゲートパターン１８は、ゲート絶縁膜１４とゲート導電膜１６を含む。
【００１７】
特に、前記ゲート絶縁膜１８は、金属酸化物及び４族半導体物質を含む。前記金属酸化物の例としては、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、ＭｇＯ、ＳｒＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、及びＣａＯ等が挙げられ、これらは単独で使用するか、二つ以上を混合して使用することもできる。そして、前記ゲート絶縁膜１４に含まれる４族半導体物質は、熱処理を行って前記半導体基板１０から前記金属酸化物に充分に拡散させて得る。従って、前記ゲート絶縁膜１４に含まれる４族半導体物質は、前記半導体基板１０に依存する。
【００１８】
そして、前記熱処理のための温度を約０．１℃未満に上昇させると、前記温度の上昇に所要される時間が長くかかるので、好ましくなく、約１０℃以上で上昇させると、前記半導体基板１０から前記ゲート絶縁膜１４の金属酸化物に４族半導体物質が充分に拡散されないので、好ましくない。従って、前記熱処理のための温度は、毎秒約０．１〜１０℃で上昇させて組成することが好ましい。特に、前記熱処理のための温度は、秒当り０．５〜５℃に上昇させて組成することがより好ましく、秒当り０．５〜３℃に上昇させて組成することがより好ましい。
【００１９】
又、前記熱処理のための温度が約２００℃未満であれば、前記４族半導体物質の充分な拡散が行われないので、好ましくなく、約５５０℃を超過すると、前記金属酸化物が速く結晶化されるので、好ましくない。従って、前記熱処理のための温度は、約２００〜５５０℃に調節することが好ましい。特に、前記熱処理のための温度を約３００〜５５０℃に調節することがより好ましく、約４００〜５００℃に調節することがより好ましい。
【００２０】
従って、本実施例では前記熱処理を約２００〜５５０℃の温度まで毎秒約０．１〜１０℃で上昇させる条件で行う。
【００２１】
これ以外にも、前記熱処理は、前述した温度範囲内の一定温度を維持した状態で行うことも充分に可能である。但し、前記５５０℃を超過する温度を維持した状態で前記熱処理を行う場合には、結晶化されるので、好ましくない。従って、前記熱処理を一定温度を維持した状態で行う場合には、前記一定温度を約２００〜５５０℃の間で調節することが好ましい。
【００２２】
そして、本実施例では、前記金属酸化物の代わりに、金属酸窒化物を使用しても良い。従って、前記ゲート絶縁膜１４は、窒化物を更に含むことと理解できる。従って、金属酸窒化物を使用して前記ゲート絶縁膜１４を形成するか、又は、金属酸化物の薄膜を形成した後、前記金属酸化物が薄膜に窒化物をドーピングさせて得る金属酸窒化物を含むゲート絶縁膜１４を形成することができる。
【００２３】
又、前記ゲート導電膜１６は、ポリシリコン、金属窒化物、金属シリサイド等を含むことが好ましい。そして、前記ゲート導電膜１６は、単一薄膜又は多層薄膜で形成することができる。前記ゲート導電膜１６が単一薄膜である場合には、前述した物質のうち、いずれか一つを選択して使用し、前記ゲート導電膜１６が多層薄膜である場合には、前述した物質のうち、二つ以上を選択して使用する。
【００２４】
前述したように、本実施例では、前記金属酸化物及び前記半導体基板１０から前記金属酸化物に充分に拡散させた４族半導体物質を含む薄膜をゲート絶縁膜１４として選択する。従って、前記ゲート絶縁膜１４が高温でも非結晶状態を安定に維持することができ、その結果、高温の後続工程を容易に行うことができる。
【００２５】
以下、前述した本実施例の半導体装置の製造方法について詳細に説明する。
【００２６】
図２乃至図５は、図１の半導体装置を製造する方法を示す概略的な断面図である。
【００２７】
図２を参照すると、本実施例では、前記４族半導体物質の基板１０としてシリコン基板を選択する。従って、以下では前記４族半導体物質の基板１０をシリコン基板といい、４族半導体物質をシリコンという。
【００２８】
まず、素子分離工程を行って、シリコン基板１０に素子分離膜１２を形成する。ここで、前記素子分離膜１２の場合には、フィールド酸化膜と比較して集積度の観点で有利なトレンチ素子分離膜を選択する。
【００２９】
具体的に、前記シリコン基板１０上にパッド酸化膜とパッド窒化膜を形成した後、パターニングを行って前記シリコン基板１０の表面を部分的に露出させるパッド酸化膜パターンとパッド窒化膜パターンを形成する。その後、前記パッド酸化膜パターンとパッド窒化膜パターンをマスクとして使用するエッチングを行って、前記シリコン基板１０にトレンチを形成する。その後、前記トレンチを形成する時、前記シリコン基板１０に加えられる損傷等を補償するための工程を行う。その後、前記トレンチが形成された結果物上に埋立特性に優れた酸化物の薄膜を形成する。その結果、前記トレンチ内にも前記薄膜が充分に埋め立てられる。ここで、前記酸化物の薄膜は、主にプラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）を行って形成する。その後、前記パッド窒化膜パターンの表面が露出されるまで、前記酸化物の薄膜を除去する。前記酸化物の薄膜は、主に化学機械的研磨を行って除去する。その後、前記パッド窒化膜パターンとパッド酸化膜パターンを除去する。前記パッド窒化膜パターンとパッド酸化膜パターンは、主に燐酸を使用するエッチング工程を行って除去する。その結果、前記シリコン基板１０のトレンチにのみ前記酸化物の薄膜が埋め立てられたトレンチ素子分離膜１２が形成される。
【００３０】
このように、前記トレンチ素子分離膜１２を形成することによって、前記シリコン基板１０は、アクティブ領域とフィールド領域に限定される。
【００３１】
そして、前記トレンチ素子分離膜１２を有するシリコン基板１０上に金属酸化物を含む非結晶状態の薄膜１４ａを形成する。本実施例では、前記金属酸化物としてアルミニウム酸化物を選択する。特に、本実施例では、前記金属酸化物の薄膜１４ａを集積度の観点で化学気相蒸着工程と比較して有利な原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）を行って形成する。
【００３２】
以下、原子層積層を行って前記金属酸化物の薄膜１４ａを形成する方法について、具体的に説明する。
【００３３】
図６乃至図１０は、図２の金属酸化物の薄膜を形成する方法を示す概略的な断面図である。
【００３４】
図６を参照すると、チャンバー１００内に前記シリコン基板１０を位置させる。この際、前記チャンバー１００の内部の温度が約２００℃未満であれば、前記チャンバー１００の内部に提供される反応物質の反応性が良くないので、好ましくなく、前記チャンバー１００の内部の温度が約６００℃を超えると、前記基板１０上に形成する薄膜１４ａの金属酸化物であるアルミニウム酸化物が結晶化されるので、好ましくない。従って、本実施例では、前記チャンバー１００の内部の温度を約２００〜６００℃に調節する。
【００３５】
又、前記チャンバー１００の内部の圧力が約０．１ｔｏｒｒ未満であれば、前記チャンバー１００の内部に提供される反応物質の反応性が良くないので、好ましくなく、前記チャンバー１００の内部の圧力が約３．０ｔｏｒｒを超過すると、工程条件の制御が容易ではないので、好ましくない。従って、本実施例では、前記チャンバー１００の内部の圧力を約０．１〜約３．０ｔｏｒｒに調節することが好ましい。
【００３６】
前述したように、前記チャンバー１００の内部の温度と圧力を調節した状態で、前記チャンバー１００の内部に位置させたシリコン基板１０の上部に反応物質を提供する。特に、本実施例では、前記金属酸化物としてアルミニウム酸化物を選択するので、前記反応物質としてＴＭＡ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ、Ａｌ（ＣＨ３）３）等を使用する。この際、前記反応物質は、約０．５〜３秒間、前記シリコン基板１０の上部に提供する。
【００３７】
このように、前記シリコン基板１０の上部に前記反応物質を提供することによって、前記反応物質の第１部分１２０が前記シリコン基板１０上に化学吸着する。そして、前記反応物質の第１部分１２０を除いた第２部分１３０は、前記シリコン基板１０上に化学吸着された第１部分１２０に物理吸着されるか、前記チャンバー１００の内部に漂流する。
【００３８】
図７を参照すると、前記チャンバー１００の内部にパージガスを提供する。前記パージガスの例としては、アルゴンガスが挙げられる。この際、前記パージガスは、約０．５〜２０秒間提供する。
【００３９】
このように、前記チャンバー１００の内部に前記パージガスを提供することによって、前記チャンバー１００の内に漂流するか、前記反応物質の第１部分１２０に物理吸着された第２部分１３０は除去される。その結果、前記シリコン基板１０上には、前記化学吸着された反応物質の第１部分１２０であるアルミニウム前駆体分子１２０ａが残る。
【００４０】
本実施例では、前記パージガスを提供して、前記反応物質の第２部分１３０を除去するが、前記チャンバー１００の内部を約２〜１０秒間真空状態に維持させても、前記反応物質の第２部分１３０の除去が可能である。
【００４１】
図８を参照すると、前記チャンバー１００の内部に酸化剤１４０を提供する。前記酸化剤１４０の例としては、Ｏ３、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、プラズマＯ２、リモートプラズマＯ２等が挙げられる。これらは単独で使用することが好ましく、場合によっては、二つ以上を混合して使用しても良い。そして、本実施例では、前記酸化剤１４０を約１〜７秒間提供する。
【００４２】
このように、前記シリコン基板１００の上部に前記酸化剤１４０を提供することによって、前記シリコン基板１００上に化学吸着された反応物質の第１部分１２０であるアルミニウム前駆体分子１２０ａと前記酸化剤１４０が化学的に反応して、前記アルミニウム前駆体分子１２０ａを酸化させる。
【００４３】
図９を参照すると、前記チャンバー１００の内部にパージガスを提供する。前記パージガスの種類及び導入時間は、図７で説明したものと同じである。
【００４４】
このように、前記チャンバー１００の内部にパージガスを提供することによって、化学的に反応しない前記酸化剤１４０が除去される。その結果、前記シリコン基板１０上には、金属酸化物としてアルミニウム酸化物を含む固体物質１６０が形成される。
【００４５】
図１０を参照すると、前述した図６乃至図９での工程を少なくとも１回反復して行う。その結果、前記シリコン基板１０上には、前記アルミニウム酸化物を含む固体物質１６０で形成される薄膜１４ａが形成される。
【００４６】
そして、本実施例では、前記金属酸化物の薄膜１４ａを形成する方法について説明しているが、他の実施例として、前記金属酸化物の薄膜１４ａに窒化物が更に含まれることもできる。従って、金属酸窒化物を使用して、前記金属酸窒化物の薄膜を形成するか、又は、前記金属酸化物の薄膜１４ａを形成した後、前記金属酸化物が薄膜１４ａに窒化物をドーピングさせて、前記金属酸窒化物の薄膜を形成する。
【００４７】
図３を参照すると、前記シリコン基板１０上に金属酸化物の薄膜１４ａを形成した後、熱処理を行う。
【００４８】
具体的に、本実施例において、前記熱処理は、前記シリコン基板１０から前記薄膜１４ａの金属酸化物にシリコンが充分に拡散される温度で行う。従って、前記熱処理は、約２００〜５５０℃の温度まで、毎秒約０．１〜１０℃で上昇させる条件で行う。
【００４９】
図１１は、図３の熱処理を行う方法を示す概略的な工程の流れ図である。
【００５０】
図１１を参照すると、常温から秒当り約１℃に温度を上昇させる（Ｓ１）。この際、前記温度が約２００〜５５０℃である時、前記シリコン基板１０から前記薄膜１４ａの金属酸化物にシリコンが充分に拡散される。しかし、約５５０℃を超えると、前記シリコンの拡散が殆ど起こらない。
【００５１】
しかし、本実施例では、前記熱処理のための温度を約９００℃まで上昇させる。そして、前記温度を約９００℃まで上昇させた後、約９００℃を約３０秒間維持させる（Ｓ２）。その後、前記温度を更に常温に下降させる（Ｓ３）。
【００５２】
ここで、前記熱処理温度を約９００℃まで上昇させる理由は、前記９００℃の温度でも前記薄膜１４ａが非結晶状態を安定的に維持するかを確認するためのもので、前記温度を約９００℃まで上昇させても、前記薄膜１４ａが非結晶状態を安定的に維持する。その理由は、前記薄膜１４ａが金属酸化物及び前記シリコン基板１０から充分に拡散させたシリコンを含むためである。
【００５３】
従って、前記薄膜１４ａは金属酸化物を単独で含む場合には、前記温度が約５５０℃を超過する時に結晶化されるが、前記薄膜１４ａが金属酸化物と前記シリコン基板１０から拡散させたシリコンを含む場合には、前記温度が約５５０℃を超過しても結晶化が行われず、非結晶状態を安定的に維持することを確認することができる。
【００５４】
そして、本実施例では、前記温度を常温から上昇させる条件について説明しているが、場合によっては、前記熱処理を前記シリコン基板１０から前記薄膜１４ａの金属酸化物にシリコンが充分に拡散される温度を維持した状態で行っても良い。
【００５５】
又、前記熱処理は、圧力条件、ガス条件等に制限されない。従って、前記熱処理は、加圧状態、大気圧状態、減圧状態等に制限されることなく、行うことができる。又、前記熱処理では、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等を使用しても良い。
【００５６】
図４を参照すると、前記熱処理が行われた金属酸化物の薄膜１４ａ上に導電性物質の薄膜１６ａを形成する。前記導電性物質の例としては、ポリシリコン、金属、金属窒化物、金属シリサイド等が挙げられる。これらは単独で使用するか、二つ以上を混合して使用する。特に、二つ以上を混合して使用する場合には、前記導電性物質の薄膜１６ａは、多層構造を有する。
【００５７】
前記導電性物質の薄膜１６ａとして、ポリシリコンを選択する場合には、前記導電性物質の薄膜１６ａは、主にシランガスの熱分解を利用する化学気相蒸着工程を行って形成する。又、前記シランガスの熱分解は、主に６００〜６５０℃の高温で行われる。又、前記ポリシリコンからなる導電性物質の薄膜１６ａの場合には、約８００〜１０００℃の高温で燐、ボロン等の不純物をドーピングさせる工程を行うこともできる。
【００５８】
従って、熱処理を行って前記金属酸化物の薄膜１４ａにシリコンを拡散させない場合には、前記導電性物質としてポリシリコンを含む薄膜１６ａを形成する時、前記金属酸化物が結晶化される。しかし、本実施例では、前記金属酸化物の薄膜１６ａにシリコンが充分に拡散されているので、高温で前記ポリシリコンの薄膜１６ａを形成しても、前記金属酸化物の結晶化が行われない。
【００５９】
又、前記導電性物質の薄膜１６ａとして金属シリサイドを選択する場合にも、約６００〜１０００℃の高温で工程を行う。同様に、本実施例では、前記金属酸化物の薄膜１４ａにシリコンが充分に拡散されているので、高温で前記導電性物質の薄膜１６ａを形成しても、前記金属酸化物の結晶化が行われない。
【００６０】
このように、本実施例では、金属酸化物の薄膜１４ａにシリコンが充分に拡散されているので、高温で導電性物質の薄膜１６ａを形成する工程を安定的に行うことができる。
【００６１】
図５を参照すると、前記導電性物質の薄膜１６ａと前記金属酸化物の薄膜１４ｂをパターニングして、ゲート導電膜１６とゲート絶縁膜１４を含むゲートパターン１８を形成する。
【００６２】
具体的に、前記導電性物質の薄膜１６ａ上にフォトレジスト膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程を行って、前記フォトレジスト膜をフォトレジストパターンに形成する。その後、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用したエッチングを行って、前記導電性物質の薄膜１６ａと、前記金属酸化物の薄膜１４ａを順次に除去する。その後、ストリップ工程又はアッシング工程を行って、前記フォトレジストパターンを除去する。そうすると、前記シリコン基板１０上には、ゲート絶縁膜１４とゲート導電膜１６を含むゲートパターン１８が形成される。
【００６３】
そして、前記ゲートパターン１８を形成する時に加えられる損傷を補償するための工程を行う。この際、前記補償工程は、約８００℃の高温で行う。しかし、前記補償工程を高温で行っても、前記ゲート絶縁膜１４の金属酸化物の結晶化が起きない。その理由は、前記ゲート絶縁膜１４に形成するための金属酸化物の薄膜１４ａにシリコンが充分に拡散されているためである。
【００６４】
前述したように、本実施例では、ゲート絶縁膜１４にシリコンが充分に拡散されているので、前記補償工程を高温でも安定に行うことができる。
【００６５】
その後、前記ゲートパターン１８を形成した後、前記ゲートパターン１８をマスクとして使用するイオン注入を行って、前記ゲートパターン１８と隣接するシリコン基板１０の表面から下に浅い接合領域を形成する。その後、前記ゲートパターン１８の両側壁にスペーサを形成する。具体的に、前記ゲートパターン１８を含む結果物上に、窒化物の薄膜を形成する。そして、全面エッチングを行って、前記ゲートパターン１８の上部表面とシリコン基板１０の表面が露出されるまで、前記窒化膜の薄膜を除去する。そうすると、前記ゲートパターン１８の両側壁にのみ前記窒化物の薄膜が残留して、スペーサを形成する。そして、前記スペーサを形成した後、前記スペーサをマスクとして使用するイオン注入を行って、前記スペーサと隣接するシリコン基板１０の表面から下に深い接合領域を形成する。
【００６６】
これによって、図１に示すように、前記シリコン基板１０上には、ゲート絶縁膜１４とゲート導電膜１６を含むゲートパターン１８が形成され、前記ゲートパターン１８の両側壁にはスペーサ２０が形成され、前記シリコン基板１０には、浅い接合領域と深い接合領域を含むＬＤＤ構造のソース／ドレイン２２ａ、２２ｂが形成される。
【００６７】
そして、前記スペーサ２０と前記ソース／ドレイン２２ａ、２２ｂを形成した後、後続工程を行う。特に、前記後続工程中には、高温で行う工程も含まれる。しかし、前記ゲート絶縁膜１４の金属酸化物にシリコンが充分に拡散されているので、前記金属酸化物の結晶化は心配しなくても良い。
【００６８】
従って、本実施例では、金属酸化物を含むゲート絶縁膜１４を形成しても、高温での工程を安定に行うことができる。従って、本実施例は、金属酸化物を含むゲート絶縁膜１４を半導体装置に容易に適用することができる。
【００６９】
そして、前述した本実施例では、４族半導体物質の基板１０から前記ゲート絶縁膜１４に形成するための薄膜１４ａの金属酸化物に４族半導体物質を拡散させる方法について説明しているが、他の実施例として、図１２に図示されたように、前記４族半導体物質の基板１０と金属酸化物の薄膜１４ａとの間に４族半導体物質を含む薄膜５０を介在させることもできる。
【００７０】
具体的に、前記４族半導体物質の薄膜５０の例としては、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜等が挙げられる。これらは単一薄膜で形成するか、二つ以上の複合膜である多層薄膜で形成することができる。従って、前記４族半導体物質の基板１０上に前記４族半導体物質の薄膜５０を形成した後、前記４族半導体物質の薄膜５０上に、前記金属酸化物の薄膜１４ａを形成し、熱処理を行う。そうすると、前記４族半導体物質の薄膜５０から前記金属酸化物の薄膜１４ａにシリコン等の４族半導体物質が拡散される。
【００７１】
これによって、前記金属酸化物の薄膜１４ａ上に導電性物質の薄膜１６ａを高温で形成しても、前記金属酸化物が結晶化されることを充分に阻止することができる。
【００７２】
このように、前述する実施例の場合には、４族半導体物質の基板１０に依存することなく、前記金属酸化物の薄膜１４ａに４族半導体物質を充分に拡散させるための熱処理を容易に行うことができる。従って、半導体装置の製造に、前述する実施例をより積極的に活用することができる。
【００７３】
熱処理に対する評価１
まず、シリコン基板上に前述した実施例と同じ方法で、原子層積層を行って形成したアルミニウム酸化物の薄膜を試料として準備した。そして、前記試料を対象としてそれぞれ異なる熱処理を行った。
【００７４】
図１３において、曲線Ｉは、前記試料を毎秒１℃で９００℃まで上昇させる熱処理を行った結果を示し、曲線ＩＩは、前記試料を毎秒１℃で８００℃まで上昇させる熱処理を行った結果を示し、曲線ＩＩＩは、前記試料を毎秒３０℃で８００℃まで上昇させる熱処理を行った結果を示す。
【００７５】
図１３を参照すると、前記熱処理を行った試料のそれぞれに対して、Ｘ線回折を測定した結果、曲線Ｉ及び曲線ＩＩでは、アルミニウム酸化物の薄膜が非結晶状態を維持することを確認することができ、曲線ＩＩＩでは、回折角２０°と回折角４０°付近で回折ピークが発生することによって、前記アルミニウム酸化物の薄膜が結晶化されたことが確認できる。
【００７６】
従って、前記評価から分かるように、前記熱処理のための温度の上昇を多少遅く行うことが好ましい。
【００７７】
熱処理に対する評価２
まず、シリコン基板上に前述した実施例と同じ方法で原子層積層を行って形成したアルミニウム酸化物の薄膜を試料として準備した。そして、前記試料を対象としてそれぞれ異なる熱処理を行った。
【００７８】
図１４において、曲線ＩＶは、前記試料を毎秒１℃で５５０℃まで上昇させる熱処理を行った結果を示し、曲線Ｖは、毎秒１℃で５５０℃まで上昇させて約１０分間維持した後、５５０℃の温度から毎秒３０℃で８００℃まで上昇させる熱処理を行った結果を示し、曲線ＶＩは、毎秒３０℃で５５０まで上昇させて約１０分間維持した後、５５０℃の温度から毎秒３０℃で８００℃まで上昇させる熱処理を行った結果を示す。
【００７９】
図１４を参照すると、前記熱処理を行った試料のそれぞれに対して、光電子分光を測定した結果、曲線ＩＶ及び曲線Ｖでは、アルミニウム酸化物の薄膜にシリコンが充分に拡散されていることが確認できる。しかし、曲線ＶＩでは、ピークが発生しなく、前記アルミニウム酸化物の薄膜にシリコンが充分に拡散されないことが確認できる。
【００８０】
従って、前記評価から分かるように、前記熱処理のための温度の上昇を多少遅く行い、約５５０℃までのみ行うことが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
前述したように、熱処理を行って金属酸化物の薄膜に下部から４族半導体物質を拡散させることによって、後続工程中、高温で工程を行っても、金属酸化物の薄膜が結晶化されることを充分に阻止することができる。
【００８２】
従って、本発明は、後続工程に別の影響を受けない金属酸化物の薄膜を半導体装置の製造に容易に適用することができる。又、金属酸化物の非結晶状態を安定的に維持することによって、絶縁機能の低下を減少させることができる。
【００８３】
従って、本発明は、半導体装置の電気的信頼度を向上させる利点を期待することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を逸脱することなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例による金属酸化物の薄膜をゲート絶縁膜に含む半導体装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１の半導体装置を製造する方法を示す概略的な断面図である。
【図３】図１の半導体装置を製造する方法を示す概略的な断面図である。
【図４】図１の半導体装置を製造する方法を示す概略的な断面図である。
【図５】図１の半導体装置を製造する方法を示す概略的な断面図である。
【図６】図２の金属酸化物の薄膜を形成する方法を示す概略的な断面図である。
【図７】図２の金属酸化物の薄膜を形成する方法を示す概略的な断面図である。
【図８】図２の金属酸化物の薄膜を形成する方法を示す概略的な断面図である。
【図９】図２の金属酸化物の薄膜を形成する方法を示す概略的な断面図である。
【図１０】図２の金属酸化物の薄膜を形成する方法を示す概略的な断面図である。
【図１１】図３の熱処理を行う方法を示す概略的な工程の流れ図である。
【図１２】本発明の他の実施例による半導体装置を製造する方法を示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の熱処理が金属酸化物の薄膜の結晶化に及ぼす影響を評価した結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の熱処理が４族半導体物質の拡散に及ぼす影響を評価した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１０    半導体基板
１２    素子分離膜
１４    ゲート絶縁膜
１６    ゲート導電膜
１８    ゲートパターン
２０    スペーサ
２２ａ、２２ｂ    ソース／ドレイン
【図１】
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【図２】
0005152736.tif 000003
【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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