(57)【要約】 【課題】ゲート絶縁膜の誘電率が異なるトランジスタを低コストに製造する。【解決手段】本実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板１０１上にランタン含有シリコン酸化膜１０３を形成し、ランタン含有シリコン酸化膜１０３上に電極層１０４を形成し、所定領域において、電極層１０４及びランタン含有シリコン酸化膜１０３を所定形状に加工して、ランタン含有シリコン酸化膜１０３の側壁を露出させ、ランタン含有シリコン酸化膜１０３の側壁に酸化性薬液を接触させる。ランタン含有シリコン酸化膜１０３は、酸化性薬液と接触することで、少なくとも一部がシリコン酸化膜１１０に変化する。【選択図】図５
2013191818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にアルミニウムが添加されたランタン含有シリコン酸化膜を形成し、
前記ランタン含有シリコン酸化膜上に電極層を形成し、
第１所定領域において、前記電極層及び前記ランタン含有シリコン酸化膜を所定形状に加工して、前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁を露出させ、
前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁に酸化性薬液を接触させて、前記ランタン含有シリコン酸化膜をシリコン酸化膜に変化させるとともに、前記シリコン酸化膜中に空洞を形成し、
前記ランタン含有シリコン酸化膜をシリコン酸化膜に変化させた後、前記第１所定領域とは異なる第２所定領域において、前記電極層及び前記ランタン含有シリコン酸化膜を所定形状に加工して、前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁を露出させ、
前記第２所定領域の前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁に酸化性薬液を接触させて、このランタン含有シリコン酸化膜の両端部をシリコン酸化膜に変化させる
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上にランタン含有シリコン酸化膜を形成し、
前記ランタン含有シリコン酸化膜上に電極層を形成し、
所定領域において、前記電極層及び前記ランタン含有シリコン酸化膜を所定形状に加工して、前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁を露出させ、
前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁に酸化性薬液を接触させて、前記ランタン含有シリコン酸化膜の少なくとも一部をシリコン酸化膜に変化させる
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ランタン含有シリコン酸化膜の両端部をシリコン酸化膜に変化させることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁に酸化性薬液を接触させて、前記ランタン含有シリコン酸化膜の少なくとも一部をシリコン酸化膜に変化させるとともに、前記シリコン酸化膜中に空洞を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ランタン含有シリコン酸化膜はアルミニウムが添加されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記所定領域において、前記ランタン含有シリコン酸化膜の少なくとも一部をシリコン酸化膜に変化させた後、前記所定領域とは異なる領域において、前記電極層及び前記ランタン含有シリコン酸化膜を所定形状に加工することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
基板上の第１領域に形成され、空洞を含むシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜上に形成された第１ゲート電極と、
前記基板上の第２領域に形成されたランタン含有シリコン酸化膜と、
前記ランタン含有シリコン酸化膜上に形成された第２ゲート電極と、
を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＬＳＩの高速化及び大規模化に伴い、静電容量（ゲート容量）を増大させるためにゲート絶縁膜が薄膜化されたり、ゲート絶縁膜に高誘電率膜（high-K膜）が用いられたりしている。ＵＬＳＩは、高速化及び大規模化により消費電力が増大するため、動作オフ時にソース・ドレイン間に流れるサブスレッショルド電流や、ゲートから基板方向に垂直に突き抜けるゲートリーク電流を抑制して、消費電力を低減することが求められている。
【０００３】
例えば、領域毎にトランジスタのゲート酸化膜の膜厚を変え、ゲート酸化膜を厚膜化した領域でゲートリークを下げる手法が知られている。しかし、このような従来の手法では、製造過程が複雑になり、工程数が増え、製造コストが増加するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ゲート絶縁膜の誘電率が異なるトランジスタを低コストに製造できる半導体装置の製造方法、及びこのような方法で製造された半導体装置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】
【０００６】
本実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板上にランタン含有シリコン酸化膜を形成し、前記ランタン含有シリコン酸化膜上に電極層を形成し、所定領域において、前記電極層及び前記ランタン含有シリコン酸化膜を所定形状に加工して、前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁を露出させ、前記ランタン含有シリコン酸化膜の側壁に酸化性薬液を接触させる。前記ランタン含有シリコン酸化膜は、酸化性薬液と接触することで、少なくとも一部がシリコン酸化膜に変化する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図２】図１に続く工程断面図である。
【図３】図２に続く工程断面図である。
【図４】図３に続く工程断面図である。
【図５】図４に続く工程断面図である。
【図６】図５に続く工程断面図である。
【図７】図６に続く工程断面図である。
【図８】図７に続く工程断面図である。
【図９】図８に続く工程断面図である。
【図１０】シリコン酸化膜のＥＤＳ分析結果を示す図である。
【図１１】第２の実施形態による半導体装置の断面図である。
【図１２】第３の実施形態による半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）図１〜図９は、第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【００１０】
まず、図１に示すように、基板１０１の表面部にソース・ドレイン領域（図示せず）を形成する。例えば、基板１０１はｐ型半導体基板であり、ｐ型半導体基板にリン又はヒ素をイオン注入することでソース・ドレイン領域を形成することができる。
【００１１】
そして、基板１０１上にゲート絶縁膜の材料となるランタンアルミシリコン酸化膜１０３、電極層の材料となるポリシリコン膜１０４、マスク材となるシリコン窒化膜１０５を順に形成する。ランタンアルミシリコン酸化膜１０３は非晶質であり、膜厚は３〜３０ｎｍである。ポリシリコン膜１０４は例えばｎ型ポリシリコン膜である。
【００１２】
次に、図２に示すように、シリコン窒化膜１０５上にレジスト１０６を形成する。そして、リソグラフィ処理により、速度性能を必要としない領域Ａ１のレジスト１０６をパターニングする。速度性能を必要とする領域Ａ２のレジスト１０６はパターニングしない。ここで、速度性能を必要としない領域Ａ１は例えば周辺回路領域である。また、領域Ａ２は例えばトランジスタの高速スイッチング動作が要求される回路領域である。
【００１３】
次に、図３に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いてレジスト１０６をマスクにしてシリコン窒化膜１０５を加工する。これにより、レジスト１０６のパターンがシリコン窒化膜１０５に転写される。その後、レジスト１０６を除去する。
【００１４】
次に、図４に示すように、シリコン窒化膜１０５をマスクとして、ＲＩＥ法を用いてポリシリコン膜１０４及びランタンアルミシリコン酸化膜１０３を加工する。これにより、領域Ａ１においてポリシリコン膜１０４がゲート電極形状に加工される。また、領域Ａ１では、ゲート電極（ポリシリコン膜１０４）下のランタンアルミシリコン酸化膜１０３の側面が露出される。
【００１５】
次に、図５に示すように、領域Ａ１に硫酸・過酸化水素水混合水溶液を供給し、側面が露出しているランタンアルミシリコン酸化膜１０３をシリコン酸化膜１１０に変化させる。ランタンアルミシリコン酸化膜１０３は、露出した側面から硫酸・過酸化水素水混合水溶液が浸入すると、ランタン及びアルミニウムが溶け出し、シリコン酸化膜１１０となる。図１０に、シリコン酸化膜１１０の構成元素をＥＤＳ（Energy dispersive X-ray spectrometry）により検出した結果を示す。図１０からシリコン酸化膜１１０にはランタン及びアルミニウムが含まれていないことがわかる。
【００１６】
次に、図６に示すように、領域Ａ１において、ポリシリコン膜１０４及びシリコン酸化膜１１０の側面と、基板１０１の表面とを覆うシリコン窒化膜１２０を形成する。シリコン窒化膜１２０によりゲート電極の側壁が保護される。そして、シリコン窒化膜１２０上にシリコン酸化膜１２１を形成し、シリコン窒化膜１０５をストッパとしてＣＭＰ（chemical mechanical polishing）により平坦化する。シリコン酸化膜１２１は、隣接するゲート電極間を電気的に分離する素子分離絶縁膜である。
【００１７】
次に、図７に示すように、シリコン窒化膜１０５及びシリコン酸化膜１２１上にレジスト１３０を形成する。そして、リソグラフィ処理により、領域Ａ２のレジスト１３０をパターニングする。領域Ａ１のレジスト１３０はパターニングしない。
【００１８】
次に、図８に示すように、ＲＩＥ法を用いてレジスト１３０をマスクにしてシリコン窒化膜１０５を加工する。これにより、レジスト１３０のパターンがシリコン窒化膜１０５に転写される。その後、レジスト１３０を除去する。
【００１９】
次に、図９に示すように、シリコン窒化膜１０５をマスクとして、ＲＩＥ法を用いて領域Ａ２のポリシリコン膜１０４及びランタンアルミシリコン酸化膜１０３を加工する。これにより、領域Ａ２においてポリシリコン膜１０４がゲート電極形状に加工される。その後、図６に示す工程と同様の方法により、領域Ａ２に、ゲート電極の側壁を保護するシリコン窒化膜１４０及び素子分離絶縁膜となるシリコン酸化膜１４１を形成する。
【００２０】
このようにして、領域Ａ１にゲート絶縁膜がシリコン酸化膜１１０となっているトランジスタを形成し、領域Ａ２にゲート絶縁膜がランタンアルミシリコン酸化膜１０３となっているトランジスタを形成することができる。シリコン酸化膜１１０はランタンアルミシリコン酸化膜１０３からランタン及びアルミニウムが溶け出すことで得られるものであるため、シリコン酸化膜１１０とランタンアルミシリコン酸化膜１０３の膜厚はほぼ同じである。
【００２１】
このように、本実施形態によれば、ゲート絶縁膜の誘電率が異なるトランジスタを簡易な方法で低コストに製造することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）上記第１の実施形態において、領域Ａ２のゲート絶縁膜（ランタンアルミシリコン酸化膜１０３）の一部をシリコン酸化膜に変化させてもよい。例えば、図９に示す工程において、ゲート電極を加工した後、シリコン窒化膜１４０を形成する前に、領域Ａ２に硫酸・過酸化水素水混合水溶液を供給する。そして、側面が露出しているランタンアルミシリコン酸化膜１０３を硫酸・過酸化水素水混合水溶液に所定時間接触させる。ここでランタンアルミシリコン酸化膜１０３を硫酸・過酸化水素水混合水溶液に接触させる時間は、図５に示す工程においてランタンアルミシリコン酸化膜１０３を硫酸・過酸化水素水混合水溶液に接触させる時間より短くする。
【００２３】
このような処理により、図１１に示すように、ランタンアルミシリコン酸化膜１０３の両端部がシリコン酸化膜２１０に変化する。
【００２４】
本実施形態によれば、ゲート絶縁膜の膜厚を維持したまま、両端部の誘電率を下げ、リーク電流が流れやすいゲート端部を用いることなく、安定した中央部を用いてトランジスタの閾値電圧を制御することが可能となる。
【００２５】
（第３の実施形態）上記第１の実施形態の図５に示す工程において、ランタンアルミシリコン酸化膜１０３を硫酸・過酸化水素水混合水溶液に曝す時間を長くして過処理状態にしてもよい。例えば、ランタンアルミシリコン酸化膜１０３を硫酸・過酸化水素水混合水溶液に４０分接触させる。これにより、ランタンアルミシリコン酸化膜１０３から溶出する元素の量が増え、図１２に示すように、シリコン酸化膜１１０の一部（例えば中央部）に空洞３０１が形成される。ゲート絶縁膜に空洞が形成されたゲート電極は電気破壊が容易であるため、この半導体装置は、ヒューズトランジスタのヒューズとしての機能を有することができる。
【００２６】
上記第１〜第３の実施形態では、電極層の材料としてｎ型ポリシリコン膜を用いる例について説明したが、電極層材料に、ｐ型ポリシリコン、ポリシリコン／金属（タングステン、モリブテン、チタン、タンタル等）の積層膜、金属炭化物（タンタル、チタン、タングステン等）、金属窒化物（タンタル、チタン、タングステン、モリブデン等）、金属（タンタル、チタン、タングステン、モリブデン等）およびこれらのうち少なくとも１つからなる物質を含む積層膜を用いても良い。
【００２７】
また、上記第１〜第３の実施形態では、領域Ａ１のトランジスタのゲート絶縁膜をランタンアルミシリコン酸化膜１０３からシリコン酸化膜１１０へ変化させるにあたり、硫酸・過酸化水素水混合水溶液を供給していたが、硫酸・オゾン混合水など他の酸化性薬液を用いてもよい。
【００２８】
また、上記第１〜第３の実施形態では、ゲート絶縁膜の材料としてランタンアルミシリコン酸化膜１０３を形成していたが、ランタンシリコン酸化膜を形成してもよい。ランタンシリコン酸化膜は酸化性薬液と接触することでランタンが溶出し、シリコン酸化膜に変化する。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０１  基板
１０３  ランタンアルミシリコン酸化膜
１０４  ポリシリコン膜
１０５  シリコン窒化膜
１１０、２１０  シリコン酸化膜
３０１  空洞
【図１】
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【図２】
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【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】
2013191818.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013191818.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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