(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ゲート電極を備える半導体装置において、
半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加されている、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いて形成された金属ゲート電極を有し、
前記元素は、前記金属ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制しかつ前記金属ゲート電極が本来有する仕事関数を変化させない量だけ前記金属ゲート電極に添加されており、
前記金属ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に前記元素を含んだターゲットを用いてスパッタリング法により堆積された前記元素を含む金属膜、または、前記元素の原料を用いてＣＶＤ法により堆積された前記元素を含む金属膜であり、
前記ゲート絶縁膜は、ＨｆＡｌxＯy，ＨｆＡｌxＯyＮz，ＨｆＯ2またはＨｆＯxＮyを用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
金属ゲート電極を備える半導体装置の製造方法において、
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加された、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いた金属ゲート電極を形成する工程と、
を有し、
前記元素は、前記金属ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制しかつ前記金属ゲート電極が本来有する仕事関数を変化させない量だけ前記金属ゲート電極に添加されており、
前記金属ゲート電極を形成する工程は、前記ゲート絶縁膜上に前記元素を含んだターゲットを用いてスパッタリング法により前記元素を含む金属膜を堆積する工程、または、前記元素の原料を用いてＣＶＤ法により前記元素を含む金属膜を堆積する工程であり、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程においては、ＨｆＡｌxＯy，ＨｆＡｌxＯyＮz，ＨｆＯ2またはＨｆＯxＮyを用いて前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする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し、特に窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属を用いた金属ゲート電極を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の分野では、ＴｉＮ等を用いた金属ゲート電極が、ゲート電極の空乏化を抑制する手段として注目されている。
従来広く利用されているＰｏｌｙ−Ｓｉゲート電極を用いたＣＭＯＳＦＥＴ（Complementally Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）では、閾値電圧を制御するためにｐ型，ｎ型のＰｏｌｙ−Ｓｉが用いられるが、金属ゲート電極を用いた場合には、金属の仕事関数によって閾値電圧が制御される。
【０００３】
ＴｉＮは、化学的・熱的安定性に優れた金属材料で、次世代のゲート電極材料として注目されている。特に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）に替わる高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）ゲート絶縁膜と組み合わせた場合、その仕事関数がｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴに要求される特性に良く合致するため、高性能ＣＭＯＳ集積回路への応用が期待されている（非特許文献１参照）。また、ＴｉＮをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法で制御性良く堆積する技術も開発されてきている（非特許文献２参照）。
【非特許文献１】「エクステンデッド・アブストラクツ・オブ・ザ・２００４・インターナショナル・コンフェレンス・オン・ソリッド・ステート・デバイス・アンド・マテリアルズ（Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials）」、東京、２００４年、ｐ．２２−２３
【非特許文献２】「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ（Journal of Vacuum Science and Technology）」、２００４年、Ｂ２１、ｐ．２２３１−２２６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属ゲート電極を用いたＭＯＳＦＥＴを形成する場合には、次のような問題点もあった。
すなわち、金属ゲート電極の下に設けられるゲート絶縁膜には、通常、ＳｉＯ2のほか、ハフニア（ＨｆＯ2）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の各種金属酸化物が用いられる。そのため、金属ゲート電極とゲート絶縁膜の界面が酸化される場合があった。このような酸化は、金属ゲート電極を形成するときのスパッタリングやＣＶＤの際に行われる加熱や、金属ゲート電極形成後にソース／ドレイン領域等を形成するときの活性化アニールの際に行われる加熱によって引き起こされやすい。
【０００５】
金属ゲート電極がゲート絶縁膜との界面において酸化されると、ゲート絶縁膜の実効膜厚が増加し、トランジスタの性能や信頼性が劣化してしまう場合がある。また、成膜温度やアニール温度等のプロセス温度を、そのような界面での酸化反応が起こりにくい温度範囲に制限する必要が生じてくる場合もある。その結果、界面の酸化は抑えられるが、その代わりに、成膜した膜の質が低下してしまったり、イオン注入した不純物の活性化が不十分になってしまったり、あるいは所望の不純物プロファイルが得られなかったりする等の問題が発生し得る。
【０００６】
特にチタン（Ｔｉ）は、酸化に対して脆弱な金属である。ゲート絶縁膜との界面でＴｉＮゲート電極が酸化された場合、チタニア（ＴｉＯ2）が生成されることにより、上記のように、ゲート絶縁膜の実効膜厚が増加してトランジスタ性能が劣化してしまう場合がある。また、ＴｉＮゲート電極の場合、酸化に伴ってＴｉＮから窒素（Ｎ）が遊離する場合がある。この遊離したＮがゲート絶縁膜とシリコン（Ｓｉ）基板との界面にまで到達すると、Ｓｉ基板内のチャネル領域の界面準位が設定値を超えて増加してしまったり、キャリアのトラップ領域が生成されてしまったりするといったことも考えられ、それによってトランジスタ性能が劣化してしまう場合もある。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、金属ゲート電極を備えた高性能でかつ信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、金属ゲート電極を備える半導体装置において、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてジルコニウム（Ｚｒ）またはハフニウム（Ｈｆ）が微量添加されている、ＴｉＮ，チタンアルミニウム（ＴｉＡｌ）または窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌxＮy）を用いて形成された金属ゲート電極を有し、前記元素は、前記金属ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制しかつ前記金属ゲート電極が本来有する仕事関数を変化させない量だけ前記金属ゲート電極に添加されており、前記金属ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に前記元素を含んだターゲットを用いてスパッタリング法により堆積された前記元素を含む金属膜、または、前記元素の原料を用いてＣＶＤ法により堆積された前記元素を含む金属膜であり、前記ゲート絶縁膜は、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌxＯy），窒化ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌxＯyＮz），ＨｆＯ2または酸化窒化ハフニウム（ＨｆＯxＮy）を用いて形成されている半導体装置が提供される。
【０００９】
このような半導体装置によれば、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いて形成された金属ゲート電極に、ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加されているので、金属ゲート電極の耐酸化性が向上するようになる。それにより、例えば成膜時やアニール時の高い温度環境下でも、金属ゲート電極の酸化が抑制される。
【００１０】
また、本発明の一観点によれば、金属ゲート電極を備える半導体装置の製造方法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加された、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いた金属ゲート電極を形成する工程と、を有し、前記元素は、前記金属ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制しかつ前記金属ゲート電極が本来有する仕事関数を変化させない量だけ前記金属ゲート電極に添加されており、前記金属ゲート電極を形成する工程は、前記ゲート絶縁膜上に前記元素を含んだターゲットを用いてスパッタリング法により前記元素を含む金属膜を堆積する工程、または、前記元素の原料を用いてＣＶＤ法により前記元素を含む金属膜を堆積する工程であり、前記ゲート絶縁膜を形成する工程においては、ＨｆＡｌxＯy，ＨｆＡｌxＯyＮz，ＨｆＯ2またはＨｆＯxＮyを用いて前記ゲート絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
このような半導体装置の製造方法によれば、ゲート絶縁膜上に、そのゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加された、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いた金属ゲート電極を形成するので、金属ゲート電極の耐酸化性を向上させることができ、性能や信頼性の劣化を抑えて歩留まり良く半導体装置を形成することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、ＴｉＮ等を用いた金属ゲート電極に、ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆを微量添加するようにした。これにより、金属ゲート電極の耐酸化性が向上するようになるので、高性能で高信頼性の半導体装置が実現可能になる。また、金属ゲート電極の耐酸化性が向上することで、そのような半導体装置を歩留まり良く製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、ゲート絶縁膜として高誘電率であるＨｆＡｌxＯy膜を想定した場合、Ｔｉ，Ｎ，アルミニウム（Ａｌ），Ｈｆ，酸素（Ｏ）が含まれる系での酸化反応を考える必要がある。そこで、ＴｉとＡｌに第３の金属を含ませた場合の耐酸化性についてこれまでに得られている知見を基に考える。
【００１４】
ＴｉとＡｌの系にクロム（Ｃｒ），マンガン（Ｍｎ），バナジウム（Ｖ）といった金属を添加したものは、酸化に対して脆弱になる。また、ＴｉとＡｌの系にニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）といった金属を添加したものは、酸化に対して耐性を有するものの、ＴｉＯ2を主体とした薄い皮膜が表面に形成される。一方、ＴｉとＡｌの系にＺｒやＨｆを添加したものは、ＴｉＯ2の生成が効果的に抑制され、酸化物は生成したとしてもＡｌ2Ｏ3を主体としたものになる。
【００１５】
従来のように、ＴｉＮゲート電極／ＨｆＡｌxＯyゲート絶縁膜構造を形成してＣＶＤや活性化アニールのような高温の熱処理を行った場合、平衡熱力学的には、ＨｆＯ2，Ａｌ2Ｏ3の方が安定であるにもかかわらず、界面においては、次の式（１）のような反応が進行する。
【００１６】
ＴｉＮ＋２Ｏ→ＴｉＯ2＋Ｎ    ……（１）
つまり、ＨｆＡｌxＯyゲート絶縁膜は、それに含まれている一定割合のＯをＴｉＮゲート電極側に供給する。
【００１７】
しかし、ＴｉＮゲート電極／ＨｆＡｌxＯyゲート絶縁膜構造において、そのＴｉＮゲート電極にあらかじめＺｒやＨｆを添加しておけば、高温の熱処理を行った場合にもＴｉＯ2の成長速度は遅くなり、ＨｆＡｌxＯyゲート絶縁膜との界面におけるＴｉＯ2の生成や遊離Ｎの発生を抑制することが可能になる。
【００１８】
ただし、ＺｒやＨｆのＴｉＮゲート電極への添加量は、耐酸化性向上効果と共に、ＴｉＮの仕事関数を考慮して設定する必要がある。すなわち、ＴｉＮゲート電極へのＺｒやＨｆの添加量が一定値を下回ると、耐酸化性向上効果が期待できなくなり、また、ＺｒやＨｆの添加量が一定値を上回ると、ＴｉＮが本来有している仕事関数の値が変化してしまい、トランジスタ性能に影響を及ぼしてしまうためである。
【００１９】
ＺｒやＨｆの添加による耐酸化性向上効果は、１原子％以下の低濃度でも十分に得ることができる。したがって、ＺｒやＨｆの添加量は、概ね、原子数パーセントで約０．０５原子％〜約５原子％の範囲とすればよい。このようにＺｒやＨｆの添加による耐酸化性向上効果は、非常に低濃度で得ることができるので、トランジスタプロセスへの適用性が非常に高い。
【００２０】
また、ここではＴｉＮゲート電極／ＨｆＡｌxＯyゲート絶縁膜構造を例にして述べたが、ＺｒやＨｆの添加による耐酸化性向上効果は、ゲート電極に用いる金属として、ＴｉＡｌやＴｉＡｌxＮy等を用いた場合にも、同様に得ることが可能である。
【００２１】
さらに、ＺｒやＨｆの添加による耐酸化性向上効果は、ゲート絶縁膜として、ＨｆＡｌxＯyに化学的性質の近い、ＨｆＡｌxＯyＮz，ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉxＯy），窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉxＯyＮz），ＨｆＯ2，ＨｆＯxＮy等を用いた場合にも、同様に得ることが可能である。また、ＳｉＯ2を用いた場合にも、同様の効果を得ることは可能である。
【００２２】
以下、ＺｒやＨｆを添加した金属ゲート電極形成の流れを具体例を挙げて詳細に説明する。
ここでは、ＨｆＡｌxＯyのゲート絶縁膜上にＴｉＮを用いた金属ゲート電極が形成された構造を有するｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの形成方法について述べる。
【００２３】
図１は第１の形成工程の要部断面模式図、図２は第２の形成工程の要部断面模式図、図３は第３の形成工程の要部断面模式図、図４は第４の形成工程の要部断面模式図、図５は第５の形成工程の要部断面模式図、図６は第６の形成工程の要部断面模式図である。
【００２４】
ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの形成に当たっては、まず、素子分離のため、図１に示すように、ｐ型Ｓｉ基板１にＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法等で所定の位置に素子分離絶縁膜２を形成する。そして、この素子分離絶縁膜２によって画定された素子領域にｎ型不純物をイオン注入等で導入し、ｐ型Ｓｉ基板１内にｎ型ウエル３を形成する。このｎ型ウエル３の形成後、全面に、ゲート絶縁膜４として、膜厚約２ｎｍ〜約５ｎｍのＨｆＡｌxＯy膜をＣＶＤ法により堆積する。
【００２５】
続いて、図２に示すように、ゲート絶縁膜４上に、金属電極膜５としてＨｆまたはＺｒを約０．０５原子％〜約５原子％含有させた膜厚約１０ｎｍのＴｉＮ膜を堆積する。このＴｉＮの金属電極膜５は、トランジスタのチャネルに対する仕事関数を決定する膜になる。ＨｆやＺｒを含有させたＴｉＮの金属電極膜５は、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【００２６】
ＨｆやＺｒを含有するＴｉＮの金属電極膜５をスパッタリング法によって堆積する場合には、約０．０５原子％〜約５原子％のＨｆまたはＺｒを含ませたＴｉターゲットを用い、Ｎ2雰囲気でスパッタリングを行う。
【００２７】
また、ＨｆやＺｒを含有するＴｉＮの金属電極膜５をＣＶＤ法によって堆積する場合には、Ｈｆ原料として四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ4）を、Ｚｒ原料として四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4）を、Ｔｉ原料として四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）を、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ3）を、それぞれ用い、図７に示すような構成のＣＶＤ装置２０で成膜を行う。
【００２８】
図７はＣＶＤ装置の構成例を示す図である。
この図７に示すＣＶＤ装置２０は、固体原料、液体原料あるいは気体原料がいずれもガス状態でウエハ３０がセットされたチャンバ２１内に導入されるようになっている。チャンバ２１内には、処理するウエハ３０を成膜温度に加熱するためのヒータ２２およびシャワーヘッド２３が設けられており、ガス状態の原料はこのシャワーヘッド２３を通ってウエハ３０表面に供給される。
【００２９】
ＣＶＤ法で成膜する際の原料のうち、ＨｆＣｌ4およびＺｒＣｌ4は、常温で固体であるため、原料ボトル２４ａ、チャンバ２１に通じる配管部分およびシャワーヘッド２３を約１５０℃〜約２００℃に加熱し、Ｎ2を用いて原料ボトル２４ａ内をバブリングし、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）で流量調節してチャンバ２１内にガス状態で供給する。また、ＴｉＣｌ4は、常温で液体であるため、原料ボトル２４ｂからＮ2を用いてチャンバ２１側に送り、途中、液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）で流量を調節し、シャワーヘッド２３手前の気化器２５で加熱蒸発させてチャンバ２１内にガス状態で供給する。また、ＮＨ3は、常温で気体であるため、ＭＦＣで流量調節してチャンバ２１内に供給する。
【００３０】
ウエハ３０のサイズが３００ｍｍである場合、典型的な成膜圧力は約５Ｔｏｒｒ（約６６７Ｐａ）程度、ウエハ３０の温度は約６００℃、チャンバ２１に導入する原料ガス、キャリアガス、希釈ガスの流量はそれぞれ数百ｓｃｃｍ（ｍｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ））程度、総ガス流量は２．５ｓｌｍ（ｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ））程度である。
【００３１】
このようにしてスパッタリング法やＣＶＤ装置２０を用いてＨｆやＺｒを含有するＴｉＮの金属電極膜５を形成した後は、図３に示すように、ワイヤリング金属電極膜６としてＷ膜を堆積する。ＴｉＮの金属電極膜５が仕事関数を決定する膜であったのに対し、このＷのワイヤリング金属電極膜６は金属ゲート電極の低抵抗化のために堆積される膜である。その典型的な膜厚は、約１００ｎｍである。このＷのワイヤリング金属電極膜６は、スパッタリング法、あるいは六フッ化タングステン（ＷＦ6）を原料に用いたＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【００３２】
さらに、このようにして形成されるＷのワイヤリング金属電極膜６上には、図３に示したように、酸化防止と上層膜との密着性向上のため、キャップ金属膜７として膜厚約１０ｎｍのＴｉＮ膜を堆積する。
【００３３】
ＴｉＮのキャップ金属膜７の形成後は、図４に示すように、キャップ金属膜７、ワイヤリング金属電極膜６、金属電極膜５およびゲート絶縁膜４に対し反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching，ＲＩＥ）によってエッチング加工する。これにより、ｐ型Ｓｉ基板１上にゲート絶縁膜４を介して形成された金属ゲート電極８が得られる。
【００３４】
その後は、図４に示したように、形成した金属ゲート電極８をマスクにしてｐ型不純物を所定の条件でイオン注入し、金属ゲート電極８両側のｎ型ウエル３内に比較的低不純物濃度のソース・ドレイン・エクステンション領域９を形成する。
【００３５】
ソース・ドレイン・エクステンション領域９の形成後は、全面にＳｉＯ2や窒化シリコン（ＳｉＮx）等の絶縁膜を形成してエッチングを行うことで、図５に示すように、金属ゲート電極８側壁に側壁絶縁膜１０を形成する。そして、金属ゲート電極８および側壁絶縁膜１０をマスクにして、ソース・ドレイン・エクステンション領域９より高不純物濃度でより深い領域に形成されるようにｐ型不純物を所定の条件でイオン注入し、ソース・ドレイン・エクステンション領域９外側のｎ型ウエル３内にソース・ドレイン領域１１を形成する。
【００３６】
ソース・ドレイン領域１１の形成後は、所定条件の活性化アニールを行い、ソース・ドレイン・エクステンション領域９およびソース・ドレイン領域１１に含まれる不純物を活性化する。
【００３７】
活性化アニール後は、全面にコバルト（Ｃｏ）膜やニッケル（Ｎｉ）膜を堆積した後、所定条件の熱処理を行って未反応物をフッ酸（ＨＦ）等で溶解除去することにより、図６に示すように、ソース・ドレイン領域１１の表面にＣｏシリサイドあるいはＮｉシリサイドのシリサイド電極１２を形成し、トランジスタの基本構造を完成する。以後は、常法に従って、層間絶縁膜や配線構造を形成していけばよい。
【００３８】
このような方法で形成されるｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴは、ＨｆＡｌxＯyのゲート絶縁膜４上に形成するＴｉＮの金属電極膜５にＨｆやＺｒを添加している。そのため、その後のＷのワイヤリング金属電極膜６やＴｉＮのキャップ金属膜７の成膜時、ソース・ドレイン・エクステンション領域９やソース・ドレイン領域１１の活性化アニール時、シリサイド電極１２の形成時等、種々の高い温度環境下においても、ゲート絶縁膜４上の金属電極膜５、すなわちＨｆＡｌxＯy膜上のＴｉＮ膜の酸化が抑制されるようになる。
【００３９】
したがって、酸化によってゲート絶縁膜の実効膜厚が増加してトランジスタの性能や信頼性が劣化してしまうのを回避することが可能になる。さらに、ＴｉＮの金属電極膜５からの遊離Ｎの発生も抑制することができるので、遊離Ｎに起因したチャネル領域の界面準位の増加やキャリアのトラップ領域の生成を回避することも可能になる。また、成膜温度や活性化アニール温度を界面での酸化反応が起こりにくい温度範囲に制限する必要がなくなるので、良質な膜の形成や所望の不純物プロファイルの取得が可能になる。これにより、高性能でかつ高信頼性のｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを歩留まり良く形成することが可能になる。
【００４０】
なお、ここではＴｉＮの金属電極膜５を形成するようにしたが、このほか、金属電極膜５をＴｉＡｌ，ＴｉＡｌxＮy等で形成した場合にも、同様の手順でｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの形成が可能であり、また、同様の効果を得ることが可能である。
【００４１】
また、ここではＨｆＡｌxＯyのゲート絶縁膜４を形成するようにしたが、このほか、ゲート絶縁膜４をＨｆＡｌxＯyＮz，ＨｆＳｉxＯy，ＨｆＳｉxＯyＮz，ＨｆＯ2，ＨｆＯxＮy等のＨｉｇｈ−ｋ材料を用いて形成した場合、あるいはＳｉＯ2で形成した場合にも、同様の手順でｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの形成が可能であり、また、同様の効果を得ることが可能である。
【００４２】
さらに、上記のようなＨｉｇｈ−ｋ材料を用いてゲート絶縁膜４を形成する際には、その形成前に、まずｐ型Ｓｉ基板１上に極薄いＳｉＮx膜，酸化窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）膜，ＳｉＯ2膜を形成し、その上にＨｆＡｌxＯy膜等のＨｉｇｈ−ｋ膜を形成するようにしてもよい。これは、ＨｆＡｌxＯy膜等のＨｉｇｈ−ｋ膜が、ｐ型Ｓｉ基板１上よりも、ＳｉＮx膜等の絶縁膜上により成膜性良く形成されるためである。それにより、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの性能および信頼性の向上を図ることが可能になる。このようなｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの性能および信頼性の向上を図る上で必要なプロセス上の改良や変更に対しても、ＨｆやＺｒを含有する金属ゲート電極８は幅広く適用することが可能である。
【００４３】
以上の説明では、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの場合を例にして述べたが、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴやＣＭＯＳＦＥＴの場合にも、同様にして形成することが可能である。また、以上の説明で述べた各部の材質やその形成条件等は一例であって、トランジスタの要求特性に応じて変更可能である。
【００４４】
（付記１）  金属ゲート電極を備える半導体装置において、
半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加されている、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いて形成された金属ゲート電極を有することを特徴とする半導体装置。
【００４５】
（付記２）  前記元素は、前記金属ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制しかつ前記金属ゲート電極が本来有する仕事関数を変化させない量だけ前記金属ゲート電極に添加されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
【００４６】
（付記３）  前記元素は、前記金属ゲート電極に０．０５原子％〜５原子％の範囲で添加されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記４）  前記ゲート絶縁膜は、ＨｆＡｌxＯy，ＨｆＡｌxＯyＮz，ＨｆＳｉxＯy，ＨｆＳｉxＯyＮz，ＨｆＯ2またはＨｆＯxＮyを用いて形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
【００４７】
（付記５）  金属ゲート電極を備える半導体装置の製造方法において、
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制する元素としてＺｒまたはＨｆが微量添加された、ＴｉＮ，ＴｉＡｌまたはＴｉＡｌxＮyを用いた金属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。
【００４８】
（付記６）  前記金属ゲート電極を形成する工程においては、
前記ゲート絶縁膜上に前記元素を含んだターゲットを用いたスパッタリング法によって前記元素を含む金属膜を形成し、
形成された前記金属膜をエッチング加工して前記金属ゲート電極を形成することを特徴とする付記５記載の半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記７）  前記金属ゲート電極を形成する工程においては、
前記ゲート絶縁膜上に前記金属ゲート電極の金属原料と前記元素の原料を用いたＣＶＤ法によって前記元素を含む金属膜を形成し、
形成された前記金属膜をエッチング加工して前記金属ゲート電極を形成することを特徴とする付記５記載の半導体装置の製造方法。
【００５０】
（付記８）  前記金属ゲート電極を形成する工程においては、
前記元素が前記金属ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との界面における酸化を抑制しかつ前記金属ゲート電極が本来有する仕事関数を変化させない量だけ添加された前記金属ゲート電極を形成することを特徴とする付記５記載の半導体装置の製造方法。
【００５１】
（付記９）  前記金属ゲート電極を形成する工程においては、
前記元素が０．０５原子％〜５原子％の範囲で添加された前記金属ゲート電極を形成することを特徴とする付記５記載の半導体装置の製造方法。
【００５２】
（付記１０）  前記ゲート絶縁膜を形成する工程においては、
ＨｆＡｌxＯy，ＨｆＡｌxＯyＮz，ＨｆＳｉxＯy，ＨｆＳｉxＯyＮz，ＨｆＯ2またはＨｆＯxＮyを用いて前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする付記５記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の形成工程の要部断面模式図である。
【図２】第２の形成工程の要部断面模式図である。
【図３】第３の形成工程の要部断面模式図である。
【図４】第４の形成工程の要部断面模式図である。
【図５】第５の形成工程の要部断面模式図である。
【図６】第６の形成工程の要部断面模式図である。
【図７】ＣＶＤ装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  ｐ型Ｓｉ基板
２  素子分離絶縁膜
３  ｎ型ウエル
４  ゲート絶縁膜
５  金属電極膜
６  ワイヤリング金属電極膜
７  キャップ金属膜
８  金属ゲート電極
９  ソース・ドレイン・エクステンション領域
１０  側壁絶縁膜
１１  ソース・ドレイン領域
１２  シリサイド電極
２０  ＣＶＤ装置
２１  チャンバ
２２  ヒータ
２３  シャワーヘッド
２４ａ，２４ｂ  原料ボトル
２５  気化器
３０  ウエハ
【図１】
0004602214.tif 000002
【図２】
0004602214.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004602214.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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