(57)【要約】  炭素が意図的に添加されたシリコンウエハ（１）の表面に素子分離絶縁膜（２）を選択的に形成する。素子分離絶縁膜（２）により区画された素子活性領域内にウェル（３）を形成する。素子分離絶縁膜２の形成及びウェル（３）の形成に際して、シリコンウエハ１を適宜加熱することにより、ウェル（３）が形成された後の状態で、ウェル（３）の表面に酸素析出物が存在せず、ウェル（３）よりも深い位置に酸素析出物が存在するようにする。ウェル（３）上にゲート絶縁膜（４）として窒化シリコン膜を形成する。ゲート絶縁膜（４）上にシリコン膜を形成し、これらをパターニングすることにより、ゲート電極（６）を形成する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素析出物が存在するバルク部と、この基部上に位置し酸素析出物が実質的に存在しない表層部とを備えたシリコン基板と、
前記シリコン基板と接する窒化シリコン膜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電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜は、前記窒化シリコン膜と前記ゲート電極との間に形成された１又は２以上の高誘電率膜を有することを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記高誘電率膜は、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、ハフニウム・オキシナイトライド膜、ジルコニウム・オキシナイトライド膜、ハフニウム・シリケート膜、ジルコニウム・シリケート膜、窒化ハフニウム・シリケート膜及び窒化ジルコニウム・シリケート膜からなる群から選択された１種であることを特徴とする請求項２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
前記シリコン基板の表面は、結晶学的に（１００）面、（１１０）面及び（１１３）面からなる群から選択された１種であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項５】
チャンネル方向は、結晶学的に＜００１＞方向であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記シリコン基板は、エピタキシャルウエハから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】
前記シリコン基板は、ＳＩＭＯＸウエハから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記シリコン基板は、ＳＯＩウエハから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記表層部は、前記シリコン基板の表面から１０μｍの深さまでの領域であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
炭素原子が５×１０１５ｃｍ−３以上固溶したシリコン基板に対して熱処理を施すことにより、前記シリコン基板の内部に、酸素析出物が存在するバルク部と、この基部上に位置し酸素析出物が実質的に存在しない表層部とを生成する工程と、
前記シリコン基板と接する窒化シリコン膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁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電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記窒化シリコン膜上に１又は２以上の高誘電率膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記高誘電率膜として、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、ハフニウム・オキシナイトライド膜、ジルコニウム・オキシナイトライド膜、ハフニウム・シリケート膜、ジルコニウム・シリケート膜、窒化ハフニウム・シリケート膜及び窒化ジルコニウム・シリケート膜からなる群から選択された１種を形成することを特徴とする請求項１１に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記シリコン基板として、表面が結晶学的に（１００）面、（１１０）面及び（１１３）面からなる群から選択された１種であるものを用いることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記ゲート電極を形成するに当たり、チャンネル方向を結晶学的に＜００１＞方向とすることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記シリコン基板として、エピタキシャルウエハから構成されたものを用いることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記シリコン基板として、ＳＩＭＯＸウエハから構成されたものを用いることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン基板として、ＳＯＩウエハから構成されたものを用いることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記表層部は、前記シリコン基板の表面から１０μｍの深さまでの領域であることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記熱処理を１１００℃以上の不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記熱処理により、前記表層部内の酸素原子の濃度を５×１０１６ｃｍ−３とすることを特徴とする請求項１０に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、性能の向上を図った電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタは半導体装置の重要な素子であり、その性能の向上が半導体デバイスを備えた電子機器の性能の向上に直結する。【０００３】
多くのトランジスタは、シリコンウエハ上に形成されている。シリコンウエハの９０％以上は、チョクラルスキー法によって製造されたシリコン単結晶インゴットを加工することによって生産されている。そして、このようなシリコンウエハを用いた半導体装置の製造に当たっては、熱処理装置の高温部材から、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の重金属が飛散し、これらがウエハの表面に吸着されたり、内部に拡散したりすることがある。このような現象が生じると、不必要なシリサイド（重金属とシリコンとの化合物）が生成されやすくなる。このようなシリサイドの多くは電気的に活性なので、シリサイドがトランジスタの動作領域（チャンネル又はＰＮ接合部等）に生成されると、リーク電流が発生し、トランジスタが動作不良を起こすことがある。【０００４】
従って、ウエハの深いバルク部（例えば表面から１０μｍよりも深い位置）に、重金属元素を捕獲する手段を配置するゲッタリング技術が用いられると共に、半導体装置の製造に当たって重金属元素の飛散をできる限り低減する技術（クリーン化技術）についての研究が進められている。なお、重金属元素はトランジスタ性能を劣化させるので、汚染金属元素とよばれることもある。【０００５】
ところで、チョクラルスキー法を用いて生産されたシリコンウエハには、炭素不純物及び酸素不純物が、故意にこれらを添加していない場合には、夫々１０１３〜１０１５ｃｍ−３、１０１７〜１０１８ｃｍ−３程度含まれている。この濃度の酸素は半導体装置の製造工程の熱処理において過飽和状態にある。このため、その後の熱処理によって炭素を核として酸素が凝集し、酸素析出物とよばれる結晶欠陥の一種が発生する。この酸素析出物は、熱処理装置からウエハの表面に飛来するＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒ等の重金属元素を捕獲する特性を具えていることが知られている。そして、この特性はゲッタリング技術として広く工業的に応用されている。【０００６】
この応用のために、例えば、酸素析出物の存在に伴うリーク電流の影響が大きい表層部（表面から１０μｍ程度の深さまでの領域）に酸素析出物が発生せず、それよりも深い領域（バルク部）に例えば１０７ｃｍ−３以上の酸素析出物が発生するように、投入ウエハの酸素濃度や各工程の熱処理条件等が決定されている。これらの処理は、シリコン結晶における炭素の拡散定数が、例えば１０００℃では酸素の１／１０程度とかなり小さく（非特許文献２）、表層部から酸素のみが外方拡散しやすいという性質を用いている。【０００７】
このような処理を行うことにより、万一重金属元素が飛来してきても、重金属元素は酸素析出物に捕獲され、表層部に位置するトランジスタの動作領域が重金属元素の汚染から保護されるのである。【０００８】
また、汚染元素の捕獲能力は、酸素析出物の密度が高いほど大きなものとなる。このため、従来、故意にウエハに炭素を添加して酸素析出物の密度を増大させる方法が提案されている（特許文献１〜７）。炭素を添加することによって析出核の密度が高くなるので、酸素析出物の密度が増大するのである。但し、析出物の大きさは小さくなる。【０００９】
例えば、非特許文献１には、酸素原子の濃度が０．９×１０１８〜１．０×１０１８ｃｍ−３、炭素原子の濃度が０．８×１０１７〜１．２×１０１７ｃｍ−３のウエハに対して、８００℃、２０時間の熱処理を行った後、更に１１００℃、４時間の熱処理を行うことにより、直径が５〜５０ｎｍの酸素析出物が３×１０１２ｃｍ−３の密度で形成されることが記載されている。一方、炭素を故意に添加していないウエハに対して同様な熱処理を行った場合は、直径が数１００〜数１０００ｎｍの酸素析出物が１０７〜１０９ｃｍ−３程度形成される。このように、炭素の添加が酸素析出物の生成促進に与える影響は非常に大きい。表１は、これらの結果を表している。【００１０】
【表１】
2006137146.tif 000002
【００１１】
一方で、直径が数１０ｎｍの微小な酸素析出物が転位の移動を阻止する効果（析出硬化、solution hardening）を有することも確認されている（非特許文献１）。一般に、ウエハの熱処理時には、その裏面を支持するボート部分と接触した部位に転位が発生する。また、熱処理時にはウエハの各所に熱応力や曲げ応力が作用しているので、発生した転位はこれらの応力の作用を受けて移動しようとする。転位は重金属を捕獲して電気的に活性となる性質を有するので、ウエハの裏面から表面まで転位が移動すると、ウエハの表面にトランジスタのリーク源が発生することになる。また、多数の転位が表面に到達すると、ウエハの表裏の歪のバランスが崩れてウエハが反ることにもなる。ウエハが反ると、リソグラフィー工程においてデフォーカスによるパターン不良が引き起こされたり、オーバーレイ不良が引き起こされたりすることはよく知られている。【００１２】
このように、転位の移動は種々の不都合を招くが、炭素を添加して多数の微小析出物を存在させたウエハでは、析出物によって転位の移動が抑止される。そして、このような転位の移動を抑止するという作用は、直径が３００ｍｍ以上の大口径ウエハ、並びに高温熱処理を避けられないアニールウエハ（例：１２００℃、１時間）及びＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）ウエハ（例：１３５０℃、５時間）にとって非常に望ましい。ＳＩＭＯＸウエハは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの一種であり、シリコン基板に酸素をイオン注入した後に熱処理を行うことにより、表面に単結晶シリコン層が残ると共に、埋め込み酸化膜が形成されたウエハである。【００１３】
なお、ウエハに炭素を添加するには、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶インゴットを製造する際に、例えば所定の流量の一酸化炭素（ＣＯ）ガスを製造炉のパージング・ガス（通常はアルゴン（Ａｒ））に混ぜるだけでよい。このため、炭素の添加に伴うウエハのコストの増加はほとんど生じない。【００１４】
しかしながら、炭素が添加されたウエハは上記のように非常に望ましい特性を有するにも拘らず、その実用性は低く、実際に量産される半導体装置には使用されていない。これは、このようなウエハを用いてＭＯＳトランジスタを作製した場合、ゲート絶縁膜に設計どおりの電気的絶縁性が得られないためである。【００１５】
【特許文献１】特開平１０−３０３１３８号公報
【特許文献２】特開２０００−３４４５９８号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４１６５号公報
【特許文献４】特開２００１−２７４１６６号公報
【特許文献５】特開平０４−２７６６２５１号公報
【特許文献６】特開２００２−５７１５９号公報
【特許文献７】特開昭６０−０９４７２２号公報
【非特許文献１】K. Yasutake, M. Umeno, and H. Kawabe,Appl. Phys. Lett. 37, 789 (1980)
【非特許文献２】H. F. Wolf, Silicon Semiconductor Data (Pergamon Press), pp. 141
【非特許文献３】R. C. Newman and J. B. Willis, Phys. Chem. Solids 26, 373 (1965)
【発明の開示】
【００１６】
本発明の目的は、炭素が添加されたシリコン基板を用いた場合であってもゲート絶縁膜に良好な絶縁性を確保することができる電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
【００１７】
本願発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ゲート絶縁膜を構成する酸素及びウエハに添加された炭素がゲート絶縁膜の絶縁性の低下を招いていることを見出した。従来、ゲート絶縁膜としては、ウエハ表面を熱酸化することによって形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、又はシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）が主に用いられている。シリコン酸化膜は、酸素又は水蒸気がシリコンと反応して（ＳｉＯ４）４―が生成され、この反応がウエハ内部へと進行することによって形成される。このため、炭素を含有するウエハにおいてその表面を熱酸化すると、シリコン酸化膜中にも炭素が取り込まれることとなる。
【００１８】
そして、シリコン酸化膜中で、酸素と炭素とが結合して酸素析出物が発生し、導電性を帯びることとなる。この結果、ゲート絶縁膜の電気的絶縁性が劣化してしまうのである。
【００１９】
このような現象について、添付の図面を参照しながら説明する。図１Ａ乃至図１Ｃは、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図２Ａ及び図２Ｂは、夫々図１Ａ及び図１Ｂに示す状態における酸素及び炭素の濃度プロファイルを示す図である。
【００２０】
図１Ａに示すように、炭素が添加されたシリコン単結晶インゴットから切り出されたウエハ１００では、炭素１０１及び酸素１０２が全体に一様に分布している。このため、図２Ａに示すように、それらの濃度はどの深さにおいてもほとんど均一である。即ち、工業的に制御されたウエハでは、深さ方向の不純物濃度は一定である。ウエハ１００中の酸素濃度は１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。一方、炭素の飽和濃度は最も高いシリコンの融点付近でさえも１０１７ｃｍ−３程度であるので、添加された炭素の濃度が酸素濃度を上回ることはない。
【００２１】
その後、熱処理が施されると、炭素の拡散定数は酸素の１／１０程度なので（非特許文献２）、図１Ｂ及び図２Ｂに示すように、ウエハ１００の表面近傍において、外方拡散により酸素の濃度が大きく減少するのに対し、炭素の濃度の減少は僅かである。そして、ウエハ１００内に留まる酸素１０２は炭素１０１と反応し、酸素析出物１０３が発生する。この酸素析出物１０３はゲッタリング効果を有すると共に、転位の移動を妨げるという効果を有する。なお、図１Ｂでは、酸素析出物１０３が１個の炭素原子（核）及びこれに結合した４個の酸素原子から構成されているように描かれているが、これは炭素を核として析出することをわかり易く説明するためであって、実際の酸素析出物の構造を示しているわけではない。
【００２２】
そして、図１Ｃに示すように、熱酸化によりゲート酸化膜１０４が形成される際には、ゲート酸化膜１０４が形成される前のウエハ１００の表面１０５から深さｔまでの領域にある炭素１０１がゲート酸化膜１０４中に取り込まれる。深さｔは、ゲート酸化膜１０４の厚さの４５％程度である。このため、ゲート酸化膜１０４内にも酸素析出物１０３が発生する。このような現象は、シリコン酸窒化膜を熱酸化により形成する場合にも同様に生じている。
【００２３】
本願発明者は、これらの新たに見出した原因に基づいて、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００２４】
本発明に係る電界効果トランジスタには、酸素析出物が存在するバルク部と、この基部上に位置し酸素析出物が実質的に存在しない表層部とを備えたシリコン基板が設けられている。更に、前記シリコン基板と接する窒化シリコン膜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、が設けられている。
【００２５】
本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法では、炭素原子が５×１０１５ｃｍ−３以上固溶したシリコン基板に対して熱処理を施すことにより、前記シリコン基板の内部に、酸素析出物が存在するバルク部と、この基部上に位置し酸素析出物が実質的に存在しない表層部とを生成した後、前記シリコン基板と接する窒化シリコン膜を含むゲート絶縁膜を形成する。そして、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】図１Ａは、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ｂに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａに示す状態における酸素及び炭素の濃度プロファイルを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す状態における酸素及び炭素の濃度プロファイルを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の基本的原理を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａと同様に、本発明の基本的原理を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｃに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図４Ｄに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（本発明の基本的原理）
先ず、本発明の基本的原理について説明する。上述のように、従来の製造方法では、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜を熱酸化により形成しているために、ゲート絶縁膜中に酸素析出物が発生している。これに対し、本願発明では、ゲート絶縁膜として、図３Ａに示すように、炭素が添加されたシリコンウエハ（シリコン基板）１００上に窒化シリコン膜１１１を形成するか、又は、図３Ｂに示すように、窒化シリコン膜１１１及び高誘電率膜（窒化シリコン膜を除く）１１２を順次形成する。【００２８】
ＣＶＤ法等の堆積法により窒化シリコン膜１１１を形成する場合には、シリコンウエハ１００の表層部が窒化シリコン膜１１１に取り込まれることがない。一方、熱窒化により窒化シリコン膜１１１を形成する場合には、シリコンウエハ１００の表層部が窒化シリコン膜１１１に取り込まれるが、ウエハ１００の表層部からは、図１Ｂ又は図２Ｂに示すように、酸素が外方拡散しているので窒化シリコン膜１１１は酸素をほとんど含まない。従って、窒化シリコン膜１１１の形成方法に拘わらず、ゲート絶縁膜中に酸素析出物が発生することが防止される。なお、シリコンウエハ１００中の炭素単体は、電気的に中性であり、導電性を示さない（非特許文献３）。【００２９】
（本発明の実施形態）
次に、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、半導体装置の断面構造については、その製造方法と共に説明する。図４Ａ乃至図４Ｅは、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。【００３０】
本実施形態では、先ず、図１Ａに示すように、炭素が意図的に添加されたシリコンウエハ（シリコン基板）１の表面に素子分離絶縁膜２を選択的に形成する。次に、素子分離絶縁膜２により区画された素子活性領域内にウェル３を形成する。なお、素子分離絶縁膜２の形成及びウェル３の形成に際して、シリコンウエハ１を適宜加熱することにより、図１Ｂ及び図２Ｂに示すような炭素及び酸素のプロファイルが得られるようにする。即ち、ウェル３が形成された後の状態で、シリコンウエハ１の表面から１０μｍ程度の深さまでの表層部に酸素析出物が存在せず、それよりも深いバルク部に酸素析出物が存在するようにする。本願発明者らの研究によると、半導体装置を製造する際の熱処理の温度が１０００℃以下であれば、酸素原子の濃度が５×１０１６ｃｍ−３以下の領域では、炭素原子の濃度が１０１５ｃｍ−３以上であっても酸素析出物は生じないといえる。従って、シリコンウエハ１の表面から１０μｍ程度の深さまでの表層部では、酸素原子の濃度を５×１０１６ｃｍ−３以下とすることが好ましい。このようなプロファイルを得るための温度及び時間等の調整は、従来の方法と同様に行えばよい。【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、ウェル３上にゲート絶縁膜４を形成する。ゲート絶縁膜４としては、例えば窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を形成する。ゲート絶縁膜４として、窒化シリコン膜と窒化シリコン膜以外の１又は２以上の高誘電体膜との積層体を形成してもよい。窒化シリコン膜以外の高誘電体膜としては、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２膜）、酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ２膜）、ハフニウム・オキシナイトライド膜（ＨｆＯＮ膜）、ジルコニウム・オキシナイトライド膜（ＺｒＯＮ膜）、ハフニウム・シリケート膜（ＨｆＳｉＯ膜）、ジルコニウム・シリケート膜（ＺｒＳｉＯ膜）、窒化ハフニウム・シリケート膜（ＨｆＳｉＯＮ膜）、窒化ジルコニウム・シリケート膜（ＺｒＳｉＯＮ膜）等が挙げられる。【００３２】
窒化シリコン膜の形成方法は特に限定されない。例えばシリコンウエハ１（ウェル３）の表面をプラズマ又は熱で直接窒化して窒化シリコン膜を形成してもよく、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）等の堆積法で窒化シリコン膜を形成してもよい。【００３３】
前者の方法では、シリコンウエハ１（ウェル３）を表面から消費しつつ窒化シリコン膜が形成されるため、窒化シリコン膜中にシリコンウエハ１（ウェル３）中の炭素が取り込まれる。但し、窒化シリコン膜には酸素が全く含まれないので、酸素析出物が生じることはなく、また、炭素が導電性を帯びることもない。【００３４】
また、後者の方法では、Ｓｉ及びＮ２を夫々原料ガスから供給し、シリコンウエハ１（ウェル３）の表面で反応させて窒化シリコン膜を堆積させるため、シリコンウエハ１（ウェル３）の表面は全く消費されない。従って、窒化シリコン膜が炭素を取り込むことはない。なお、ＣＶＤ法で形成された窒化シリコン膜内には水酸基（−ＯＨ）が多少含まれているので、仮に窒化シリコン膜中に炭素が取り込まれると、水酸基を構成する酸素と炭素とが反応して、酸素析出物が発生することが考えられる。しかし、本実施形態では、炭素が取り込まれることは皆無であるため、このような不都合は生じない。【００３５】
ゲート絶縁膜４を形成した後には、図４Ｂに示すように、ゲート絶縁膜４上に多結晶シリコン膜５を形成する。【００３６】
次に、多結晶シリコン膜５及びゲート絶縁膜４をパターニングすることにより、図４Ｃに示すように、ゲート電極６を形成する。【００３７】
その後、図４Ｄに示すように、エクステンション層７、サイドウォール絶縁膜８及びソース・ドレイン拡散層９を形成する。【００３８】
続いて、図４Ｅに示すように、全面に層間絶縁膜１０を形成し、これにコンタクトホール１１を形成する。次に、コンタクトホール１１内にコンタクトプラグ１２を埋め込む。次いで、層間絶縁膜１０上に、コンタクトプラグ１２に接続される配線１３を形成する。【００３９】
その後、多層配線及びカバー膜等を形成して半導体装置を完成させる。【００４０】
このような実施形態によれば、ゲート絶縁膜４内での酸素析出物の発生が防止されるので、所望の絶縁性を得ることができる。即ち、炭素が意図的に添加されたシリコンウエハ１が用いられていても、炭素が意図的には添加されていないシリコンウエハが用いられた場合と同等の絶縁性をゲート絶縁膜４に確保することができる。【００４１】
従って、所望の絶縁性を確保しながら、金属汚染元素に対する高いゲッタリング性能を得ると共に、転位の移動を抑制することができる。【００４２】
なお、チャンネル領域（ウェル３）及びソース・ドレイン拡散層９にも炭素が存在するが、これらの領域内の酸素濃度は極めて低いため炭素は電気的に中性を保持し、キャリアをクーロン散乱することはなく、また、リーク電流の発生源になることもない。【００４３】
なお、酸素を外方拡散させる前のウエハ内の炭素原子及び酸素原子の濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３である。また、酸素を外方拡散させた後では、炭素原子の濃度を５×１０１５ｃｍ−３以上固溶限界以下とすることが好ましい。これは、バルク部において、十分なゲッタリング性能を確保すると共に、転位の移動を効果的に抑制するためである。また、酸素を外方拡散させた後では、酸素原子の濃度を、表面から１０μｍ程度の表層部において、５×１０１６ｃｍ−３以下とすることが好ましい。これは、１０００℃以下の熱処理において、表層部に酸素析出物を生じさせないためである。【００４４】
また、上述の実施形態では、素子分離絶縁膜２の形成及びウェル３の形成において、表層部の酸素を外方拡散させているが、これらの処理の前に、例えば１２００℃のアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気中で１時間程度の熱処理を行うことにより、表層部の酸素を外方拡散させてもよい。このようなウエハはアニールウエハとよばれる。【００４５】
また、シリコンウエハの表面は、例えば（１００）面、（１１０）面又は（１１３）面とする。表面が（１１０）面の場合、特にｐチャネルＭＯＳトランジスタにおいて高いホール（正孔）の移動度を得ることができる。また、表面が（１１３）面の場合、特に表面のダングリングボンドを低減することができる。【００４６】
また、チャンネルの方位は、例えば［０１１］方向若しくはこれと結晶学的に等価な方向（＜０１１＞方向）とするか、又は［００１］方向若しくはこれと結晶学的に等価な方向（＜００１＞方向）とする。特にチャンネルの方位が＜００１＞方向の場合、高い電荷の移動度を得ることができる。【００４７】
また、ウエハとしては、例えばシリコン単結晶インゴットから切り出した通常のウエハの他、エピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエハ、ＳＯＩウエハ又はＳＩＭＯＸウエハを用いることができる。ＳＩＭＯＸウエハは、例えば次のようにして作製することができる。先ず、表面の面方位が（１００）であるシリコンウエハに、酸素イオンを１．２×１０１８ｃｍ−２程度のドーズ量、１８０ｋｅＶのエネルギーで注入する。次いで、アルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ２）の混合雰囲気中で、１３５０℃、５時間の熱処理を行う。この熱処理によって、注入された酸素イオンが存在していた領域にシリコン酸化膜が形成されると共に、表層部から酸素が外方拡散する。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上詳述したように、本発明によれば、シリコン基板に多くの炭素が固溶している場合であっても、ゲート絶縁膜のシリコン基板と接する部位に窒化シリコン膜を用いているので、ゲート絶縁膜内での酸素析出物の発生を防止することができる。このため、炭素が意図的に添加されたシリコン基板を用いた場合であってもゲート絶縁膜に良好な絶縁性を確保することができる。
【図１Ａ】
2006137146.tif 000003
【図１Ｂ】
2006137146.tif 000004
【図１Ｃ】
2006137146.tif 000005
【図２Ａ】
2006137146.tif 000006
【図２Ｂ】
2006137146.tif 000007
【図３Ａ】
2006137146.tif 000008
【図３Ｂ】
2006137146.tif 000009
【図４Ａ】
2006137146.tif 000010
【図４Ｂ】
2006137146.tif 000011
【図４Ｃ】
2006137146.tif 000012
【図４Ｄ】
2006137146.tif 000013
【図４Ｅ】
2006137146.tif 000014
【国際調査報告】
2006137146.tif 000015
2006137146.tif 000016
2006137146.tif 000017
2006137146.tif 000018