(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン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、ポリシリコン膜と前記ポリシリコン膜上に形成された金属膜とを有するゲート電極を形成する工程と、
窒素原子を含み、酸化作用及び還元作用を有するガス雰囲気中で熱処理を行い、前記ポリシリコン膜の側壁部分に選択的に絶縁膜を形成するとともに、前記ゲート電極の端部の下方の前記シリコン基板と前記ゲート絶縁膜との界面に、窒素を導入する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記窒素を導入する工程では、前記ポリシリコン膜と前記絶縁膜との界面にも、窒素を導入する
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特にポリシリコン膜と金属膜とを堆積したポリメタル構造のゲート電極を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時では、ＣＭＯＳトランジスタの高集積化、高速化に伴い、ゲート電極の低抵抗化が求められている。
【０００３】
ゲート電極を低抵抗化する技術として、高融点金属とポリシリコンとを積層した、いわゆるポリメタル構造の半導体装置が提案されている。かかるポリメタル構造の半導体装置は、例えば、Low-resistivity poly-metal gate electrode durable for high-temperature processing, Y.Akasaka et al., IEEE Trans. On electron Dev. 43, 1864 (1996)に開示されている。
【０００４】
提案されているポリメタル構造の半導体装置を図２３を用いて説明する。図２３は、提案されているポリメタル構造の半導体装置を示す断面図である。
【０００５】
図２３に示すように、シリコン基板１１０上には、シリコン窒化酸化膜より成るゲート絶縁膜１１２が形成されている。ゲート絶縁膜１１２上には、ポリシリコン膜１１４と、ポリシリコン膜１１４上に形成されたＷＳｉＮより成るバッファ膜１１６と、バッファ膜１１６上に形成されたＷ（タングステン）より成る金属膜１１８との積層構造によって構成されたゲート電極１２０が形成されている。バッファ膜１１６は、ポリシリコン膜１１４と金属膜１１８とが反応して抵抗の高いタングステンシリサイドが形成されるのを防止するためのものである。ゲート電極１２０上には、シリコン窒化膜より成るキャップ膜１２２が形成されている。
【０００６】
ポリシリコン膜１１４の側壁部分には、シリコン酸化膜１２３が形成されている。シリコン酸化膜１２３は、ゲート電極１２０をパターニングした際に導入されたダメージを除去するとともに、電界集中の緩和を図るためのものである。
【０００７】
ゲート電極１２０及びシリコン酸化膜１２３の側壁には、サイドウォール絶縁膜１２６が形成されている。ゲート電極１２０の両側のシリコン基板１１０内には、不純物拡散領域１２８ａと不純物拡散領域１２８ｂとにより構成されたエクステンションソースドレイン構造のソース／ドレイン拡散層１２８が形成されている。
【０００８】
ゲート絶縁膜１１２は、図中、陰影を付すことにより表した領域１３０で、窒素濃度が高くなっている。ゲート絶縁膜１１２中に窒素濃度の高い領域１３０が形成されているため、ポリシリコン膜１１４中に導入されたボロン等の不純物がシリコン基板１１０側に抜けるのが抑制され、また、エクステンションソースドレインを構成する不純物拡散領域１２８ａに導入された不純物がゲート絶縁膜１１２やサイドウォール絶縁膜１２６等に吸われるのが抑制される。かかる原理は、例えば、High Performance & Highly Reliable Deep Submicron CMOSFET using Nitrided-Oxide, K.Irino et al., 1999 Symp. on VLSI Technology, 9A-2に開示されている。
【０００９】
また、金属膜１１８に用いられているタングステンは、酸化されやすい材料である。タングステンが酸化されてＷＯ3になると抵抗が高くなってしまい、ゲート電極１２０の低抵抗化というポリメタル構造の半導体装置の本来の目的を達成し得ない。このため、シリコン酸化膜１２３を形成する際には、金属膜１１８等を酸化することなく、ポリシリコン膜１１４の側壁部分にのみ選択的にシリコン酸化膜１２３を形成することが必要となる。そこで、提案されているポリメタル構造の半導体装置では、ゲート電極１２０をパターニングした後に、酸化作用を有するＨ2Ｏと還元作用を有するＨ2とを含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、金属膜１１８を酸化することなく、ポリシリコン膜１１４の側壁部分にのみシリコン酸化膜１２３を選択的に形成している。
【００１０】
このようなポリメタル構造の半導体装置では、ゲート電極に金属膜が用いられているので、ゲート電極を低抵抗化することができ、ひいては高速化、高集積化に寄与することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されている半導体装置では、ポリシリコン膜１１４の側面にシリコン酸化膜１２３を形成する際に、シリコン基板１１０とゲート絶縁膜１１２との界面においても酸化が進行するため、窒素濃度の高い領域１３０がシリコン基板１１０とゲート絶縁膜１１２との界面から離間してしまうこともあった。ゲート電極１２０の端部の下方のシリコン基板１１０とゲート絶縁膜１１２との界面に窒素濃度が高い領域１３０が存在しなくなると、ホットキャリア耐性が劣化してしまうことがあり、また、ポリシリコン膜１１３に導入されたボロン等の不純物がシリコン基板１１０側に抜けてしまうことがあった。
【００１２】
また、提案されている半導体装置では、高温の熱処理プロセスにより、ポリシリコン膜１１４に導入されたボロン等の不純物が、シリコン酸化膜１２３中に抜けてしまうことがあり、ポリシリコン膜１１４の空乏化が生じてしまうことがあった。このため、良好なＢＴストレス耐性を得ることができず、また、ゲート抵抗を十分に低減することができないことがあった。
【００１３】
本発明の目的は、ポリメタル構造を有する半導体装置において、ゲート電極の空乏化を抑制するとともに、ホットキャリア耐性を確保しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、シリコン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、ポリシリコン膜と前記ポリシリコン膜上に形成された金属膜とを有するゲート電極を形成する工程と、窒素原子を含み、酸化作用及び還元作用を有するガス雰囲気中で熱処理を行い、前記ポリシリコン膜の側壁部分に選択的に絶縁膜を形成するとともに、前記ゲート電極の端部の下方の前記シリコン基板と前記ゲート絶縁膜との界面に、窒素を導入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により達成される。これにより、シリコン基板とゲート絶縁膜との界面に窒素が高濃度に導入されているので、ホットキャリア耐性の良好な半導体装置を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置及びその製造方法を図１乃至図８を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図２は、ゲート電極の端部の下方のゲート絶縁膜とシリコン基板との界面近傍領域における窒素濃度分布を示すグラフである。図３乃至図６は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図７は、本実施形態によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。図８は、シリコンとタングステンの酸化の有無を示すグラフである。
【００１６】
図１に示すように、シリコン基板１０上には、シリコン窒化酸化膜より成るゲート絶縁膜１２を介してゲート電極２０が形成されている。
【００１７】
ゲート電極２０は、ゲート絶縁膜１２上に形成されたポリシリコン膜１４と、ポリシリコン膜１４上に形成されたＷＳｉＮより成るバッファ膜１６と、バッファ膜１６上に形成されたＷより成る金属膜１８との積層構造によって構成されている。なお、バッファ膜１６は、ポリシリコン膜１４と金属膜１８とが反応して抵抗の高いタングステンシリサイドが形成されるのを防止するためのものである。
【００１８】
ゲート電極２０上には、シリコン窒化膜より成るキャップ膜２２が形成されている。
【００１９】
ポリシリコン膜１４の側壁部分には、シリコン窒化酸化膜２４が形成されている。シリコン窒化酸化膜２４は、ゲート電極２０をパターニングした際に導入されたダメージを除去するとともに、電界集中の緩和を図るためのものである。
【００２０】
ゲート電極２０及びシリコン窒化酸化膜２４の側壁には、サイドウォール絶縁膜２６が形成されている。ゲート電極２０の両側のシリコン基板１０内には、不純物拡散領域２８ａと不純物拡散領域２８ｂとにより構成されたエクステンションソースドレイン構造のソース／ドレイン拡散層２８が形成されている。
【００２１】
本実施形態による半導体装置は、ゲート電極２０の端部の下方のゲート絶縁膜１２とシリコン基板１０との界面に窒素濃度の高い領域３０が形成されている点に主な特徴の一つがある。
【００２２】
即ち、ゲート電極２０の端部の下方におけるゲート絶縁膜１２とシリコン基板１０との界面の窒素濃度が、ゲート電極２０の直下、即ちゲート電極２０の端部を除く領域の下方のゲート絶縁膜１２における窒素濃度より高くなっている。
【００２３】
窒素濃度が高くなっている領域３０、３２は、図中、陰影を付すことにより表されている。本明細書中では、このような窒素濃度が高くなっている領域を窒素高濃度領域という。
【００２４】
なお、本実施形態で、ゲート電極２０の端部の下方におけるゲート絶縁膜１２とシリコン基板１０との界面の窒素濃度が、ゲート電極２０の直下のゲート絶縁膜１２における窒素濃度より高くなっているのは、後述するように、ゲート電極２０をパターニングした後に、窒素高濃度領域３０を形成するためである。
【００２５】
図２は、ゲート電極の端部の下方のゲート絶縁膜とシリコン基板との界面近傍領域における窒素濃度分布を示すグラフである。横軸は深さを表しており、縦軸は窒素濃度を表している。図中、シリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面は、破線で表されている。
【００２６】
図２から分かるように、シリコン基板１０とゲート絶縁膜１２と界面近傍領域において窒素濃度が高くなっている。
【００２７】
図２３に示す提案されている半導体装置では、ポリシリコン膜の側壁部分に選択的に酸化膜を形成する際に、シリコン基板とシリコン窒化膜との界面から酸化が進行し、窒素高濃度領域がシリコン基板とゲート絶縁膜との界面から離間してしまっていた。このため、ホットキャリア耐性が劣化したり、ソース／ドレイン拡散層からボロン等の不純物が抜けてしまうこともあった。これに対し、本実施形態では、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成されているので、良好なホットキャリア耐性を得ることができ、また、ソース／ドレイン拡散層からボロン等の不純物が抜けてしまうのを防止することができる。
【００２８】
また、本実施形態による半導体装置は、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素濃度の高い領域３２が形成されている点にも主な特徴の一つがある。本実施形態では、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成されているので、ポリシリコン膜１４に導入されたボロン等の不純物がシリコン窒化酸化膜２４に抜けてしまうのを抑制することができる。従って、本実施形態によれば、ポリシリコン膜１４の空乏化を防止することができ、電気的特性の良好な半導体装置を提供することができる。
【００２９】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図３乃至図８を用いて説明する。図３乃至図６は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１０上に、膜厚４．５ｎｍのシリコン窒化酸化膜より成るゲート絶縁膜１２を形成する。かかるゲート絶縁膜１２は、例えば、シリコン基板１０表面をウェット酸化し、この後、ＮＯガス雰囲気中で熱処理を行うことにより形成することができる。
【００３１】
次に、ゲート絶縁膜１２を形成したシリコン基板１０上に、例えば、ＣＶＤ法により、膜厚７０ｎｍのポリシリコン膜１４を形成する。
【００３２】
次に、イオン注入により、ポリシリコン膜１４に不純物を導入する。ｐ形のポリシリコン膜を形成する際には、例えば、加速エネルギー５ｋｅＶ、ドーズ量２×１０15ｃｍ-2で、Ｂ（ボロン）イオンを注入する。また、ｎ形のポリシリコン膜を形成する際には、例えば、加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量４×１０15ｃｍ-2で、Ｐ（リン）イオンを注入する。
【００３３】
次に、ポリシリコン膜１４上に、例えばスパッタ法により、膜厚５ｎｍのＷＮより成るバッファ膜１６を形成する。
【００３４】
次に、バッファ膜１６上に、例えばスパッタ法により、膜厚４０ｎｍのＷより成る金属膜１８を形成する。
【００３５】
次に、金属膜１８上に、例えば、ＣＶＤ法により、膜厚２００ｎｍのＳｉＮより成るキャップ膜２２を形成する（図３（ｂ）参照）。
【００３６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャップ膜２２、金属膜１８、バッファ膜１６、及びポリシリコン膜１４をパターニングし、上面がキャップ膜２２に覆われた、ポリシリコン膜１４、バッファ膜１６、及び金属膜１８より成るポリメタル構造のゲート電極２０を形成する（図４（ａ）参照）。
【００３７】
次に、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなくポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４を形成し、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０を形成し、更に、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２を形成する。
【００３８】
このようなシリコン窒化酸化膜２４や窒素高濃度領域３０、３２は、図７に示すようなプロセスにより形成することができる。図７は、シリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。図７（ａ）は成膜室内の温度を示しており、図７（ｂ）は成膜室に導入するガスの流量を示しており、図７（ｃ）は成膜室内の圧力を示している。
【００３９】
即ち、まず、図７に示すように、成膜室内の圧力が大気圧、即ち約１０１．３ｋＰａの状態で、成膜室内の温度を３５０℃とし、成膜室内に１０ＳＬＭの流量でＮ2ガスを導入する。この後、Ｎ2ガスの流量を２０ＳＬＭとする。なお、成膜室内の温度を３５０℃と低く設定しておくのは、成膜室内に酸素が残存している段階で成膜室内を高温にすると、金属膜１８等の側壁部分が酸化されてしまう虞があるからである。
【００４０】
次に、Ｎ2ガスの導入を中止し、成膜室内を真空にする。
【００４１】
次に、５ＳＬＭの流量で成膜室内にＮ2ガスを導入し、成膜室内の圧力を４ｋＰａ程度とする。この後、成膜室内の温度を８００℃まで上昇させていく。成膜室内の温度が８００℃まで上昇したら、Ｎ2ガスの導入を中止する。
【００４２】
次に、成膜室内に、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガス、ＮＯガスを順次導入していく。まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始する。この後、０．５ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始する。
【００４３】
成膜室内に導入されたＮＯガスは窒素供給源として機能し、Ｈ2Ｏガスは酸化性ガスとして機能し、Ｈ2ガスは還元性ガスとして機能する。
【００４４】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分が選択的に酸窒化され、ポリシリコン膜１４の側壁部分に膜厚１０ｎｍのシリコン窒化膜２４が形成される。また、この酸窒化により、シリコン基板１０上に露出したゲート絶縁膜１２上にも、酸窒化膜が２．７ｎｍ程度成長することとなる。また、この酸窒化により、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される。
【００４５】
図８は、シリコンとタングステンの酸化の有無を示すグラフである。横軸は成膜温度を示しており、縦軸はＨ2ガスとＨ2Ｏガスとの分圧比を示している。なお、このグラフは、N.Yamamoto et al., In Proc. 15th SSDM, 94 (1983)から引用したものである。
【００４６】
図８から分かるように、Ｈ2ガスとＨ2Ｏガスとの分圧比をハッチングを付した範囲内で設定すれば、Ｗを酸化することなく、Ｓｉのみが酸化される。
【００４７】
従って、Ｈ2ガスとＨ2Ｏガスとの分圧比を図８でハッチングを付した範囲内に設定して成膜を行えば、金属膜１８を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分を選択的に酸窒化することができると考えられる。
【００４８】
例えば、成膜室内の温度を８００℃とした場合には、Ｈ2に対するＨ2Ｏの分圧比を１×１０-8〜４×１０-1の範囲内で設定すればよいと考えられる。
【００４９】
選択的な酸化は、シリコン酸化膜を生成するギブスの自由エネルギー（Gibbs Free Energy）が、金属酸化物を生成するギブスの自由エネルギーより大きいことを利用している。本実施形態で用いられているＷは、酸化されやすい金属であり、例えば８００℃におけるギブスの自由エネルギーは９９ｋｃａｌである。
【００５０】
ここで、他の金属材料について、８００℃におけるギブスの自由エネルギーを検討したところ、Ｎｉは３４ｋｃａｌ、Ｃｏは７６ｋｃａｌ、Ｃｒは１０１ｋｃａｌ、Ｍｏは９５ｋｃａｌであった。これらの金属材料のギブスの自由エネルギーは、Ｗのギブスの自由エネルギーとほぼ同等、又はＷの場合より小さい。
【００５１】
従って、これらの金属を金属膜１８の材料として用いた場合であっても、本実施形態と同様の条件で選択的な酸化を行うことが可能と考えられる。
【００５２】
また、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の貴金属も、８００℃では酸化されないと考えられる。従って、これらの貴金属を金属膜１８の材料として用いた場合であっても、選択的な酸化を行うことが可能と考えられる。
【００５３】
また、上記では、ＮＯガスの流量を０．５ＳＬＭとしたが、ＮＯガスの流量は０．５ＳＬＭに限定されるものではない。例えば、ＮＯガスの流量は、１ＳＬＭ以下の範囲で適宜設定することができる。
【００５４】
次に、図７に示すように、ＮＯガス、Ｈ2Ｏガス、Ｈ2ガスの導入を順次中止する。
【００５５】
次に、５ＳＬＭの流量で、成膜室内にＮ2ガスを導入する。この後、成膜室内の温度を３００℃まで低下させる。
【００５６】
次に、成膜室内の温度が３００℃まで低下したら、成膜室内へのＮ2ガスの導入を中止する。Ｎ2ガスの導入を中止すると、成膜室内が真空状態となる。
【００５７】
次に、２０ＳＬＭの流量で、成膜室内にＮ2ガスを導入する。これにより、成膜室内の圧力が、大気圧まで上昇していく。この後、成膜室内へのＮ2ガスの導入量を１０ＳＬＭにする。
【００５８】
こうして、ポリシリコン膜１４の側壁部分にシリコン窒化膜２４が選択的に形成され、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、更には、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される（図４（ｂ）参照）。
【００５９】
次に、ゲート電極２０をマスクとして、イオン注入を行い、これによりゲート電極２０の両側のシリコン基板１０に、エクステンションソースドレインの浅い領域を構成する不純物拡散領域２８ａを形成する（図５（ａ）参照）。ｐ形ＭＯＳトランジスタの不純物拡散領域を形成する場合には、例えば、加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14ｃｍ-2で、ＢＦ2イオンを注入する。また、ｎＭＯＳトランジスタの不純物拡散領域を形成する場合には、例えば、加速エネルギー１５ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14ｃｍ-2で、Ａｓイオンを注入する。
【００６０】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、膜厚２０ｎｍのシリコン窒化膜を形成する。この後、シリコン窒化膜を異方性エッチングし、ゲート電極２０及びシリコン窒化酸化膜２４の側壁に、シリコン窒化膜より成るサイドウォール絶縁膜２６を形成する（図５（ｂ）参照）。
【００６１】
次に、ゲート電極２０及びサイドウォール絶縁膜２６をマスクとして、イオン注入を行い、これによりエクステンションソースドレインの深い領域を構成する不純物拡散領域２８ｂを形成する。ｐＭＯＳトランジスタの不純物拡散領域を形成する場合には、例えば、加速エネルギー４５ｋｅＶ、ドーズ量３×１０15ｃｍ-2で、ＢＦ2イオンを注入する。また、ｎＭＯＳトランジスタの不純物拡散領域を形成する場合には、例えば、加速エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量３×１０15ｃｍ-2で、Ａｓイオンを注入する。
【００６２】
次に、窒素雰囲気中で、例えば９５０℃、１０秒の熱処理を行い、不純物拡散領域２８ａ、２８ｂに導入されたイオンを活性化し、ソース／ドレイン拡散層２８を形成する。
【００６３】
こうして、ポリメタル構造のゲート電極２０を有するＭＯＳトランジスタが形成される。
【００６４】
このように本実施形態によれば、ゲート電極をパターニングした後に、窒素原子を含み、酸化作用と還元作用とを有するガス雰囲気中で熱処理を行うので、ポリシリコン膜の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜を形成するとともに、ポリシリコン膜とシリコン窒化酸化膜との界面に窒素高濃度領域を形成することができる。ポリシリコン膜とシリコン窒化酸化膜との界面に窒素高濃度領域が形成されるので、本実施形態によれば、ポリシリコン膜の空乏化を抑制することができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、ゲート電極をパターニングした後に、窒素原子を含み、酸化作用と還元作用とを有するガス雰囲気中で熱処理を行うので、ゲート電極の端部の下方のシリコン基板とゲート絶縁膜との界面に窒素高濃度領域を形成することができる。シリコン基板とゲート絶縁膜との界面に窒素高濃度領域が形成されるので、本実施形態によれば、ホットキャリア耐性の良好な半導体装置を提供することができる。
【００６６】
（変形例（その１））
本実施形態の変形例（その１）による半導体装置の製造方法を図９を用いて説明する。図９は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【００６７】
本変形例による半導体装置の製造方法は、シリコン窒化酸化膜２６及び窒素高濃度領域３０、３２を形成する際に、窒素供給源としてＮ2Ｏガスを用いることに主な特徴がある。
【００６８】
まず、成膜室内の温度を８００℃まで上昇し、Ｎ2ガスの導入を中止するまでのプロセスは、図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
次に、図９に示すように、成膜室内に、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガス、Ｎ2Ｏガスを順次導入していく。まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始する。この後、５ＳＬＭの流量でＮ2Ｏガスの導入を開始する。Ｎ2Ｏガスは、熱分解してＮＯガスとなり、窒素供給源として機能する。
【００７０】
なお、Ｎ2Ｏガスの流量は５ＳＬＭに限定されるものではなく、例えば５ＳＬＭ以下の範囲で適宜設定すればよい。また、Ｈ2ＯガスとＨ2ガスとの分圧比も、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分にシリコン窒化酸化膜２４を形成できる条件で適宜設定すればよい。
【００７１】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４が形成され、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、更には、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される。
【００７２】
次に、Ｎ2Ｏガス、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガスの成膜室内への導入を順次中止する。
【００７３】
この後のプロセスは図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
このように窒素供給源としてＮ2Ｏガスを用いた場合であっても、図１に示す第１実施形態と同様の半導体装置を製造することができる。
【００７５】
（変形例（その２））
本実施形態の変形例（その２）による半導体装置の製造方法を図１０を用いて説明する。図１０は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【００７６】
本変形例による半導体装置の製造方法は、シリコン窒化酸化膜２４及び窒素高濃度領域３０、３２を形成する際に、窒素供給源としてＮＨ3ガスを導入することに主な特徴がある。
【００７７】
まず、成膜室内の温度を８００℃まで上昇し、Ｎ2ガスの導入を中止するまでのプロセスは、図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００７８】
次に、図１０に示すように、成膜室内に、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガス、ＮＨ3ガスを順次導入していく。まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始する。この後、０．１ＳＬＭの流量でＮＨ3ガスの導入を開始する。
【００７９】
なお、ＮＨ3ガスの流量は０．１ＳＬＭに限定されるものではなく、例えば０．５ＳＬＭ以下の範囲で適宜設定すればよい。また、Ｈ2ＯガスとＨ2ガスとの分圧比も、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分にシリコン窒化酸化膜２４を形成できる条件で適宜設定すればよい。
【００８０】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４が形成され、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、更には、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される。
【００８１】
次に、Ｎ2Ｏガス、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガスの成膜室内への導入を順次中止する。
【００８２】
この後のプロセスは図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
このように窒素供給源としてＮＨ3ガスを用いた場合であっても、図１に示す第１実施形態と同様の半導体装置を製造することができる。
【００８４】
（変形例（その３））
本実施形態の変形例（その３）による半導体装置の製造方法を図１１を用いて説明する。図１１は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【００８５】
本変形例による半導体装置の製造方法は、シリコン窒化酸化膜２４及び窒素高濃度領域３０、３２を形成する際に、Ｈ2ガスを導入しないことに主な特徴がある。
【００８６】
まず、成膜室内の温度を８００℃まで上昇し、Ｎ2ガスの導入を中止するまでのプロセスは、図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
次に、成膜室内に、ＮＨ3ガス、Ｈ2Ｏガスを順次導入していく。まず、０．１ＳＬＭの流量でＮＨ3ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始する。ＮＨ3ガスに含まれる窒素はシリコン窒化酸化膜２４や窒素高濃度領域３０、３２を形成する際の窒素供給源として機能し、ＮＨ3ガスに含まれる水素は金属膜１８やバッファ膜１６の酸化を防止する還元性ガスとして機能する。
【００８８】
なお、ＮＨ3ガスの流量は０．１ＳＬＭに限定されるものではなく、例えば０．０５〜０．２ＳＬＭの範囲で適宜設定することができる。また、ＮＨ3ガスとＨ2Ｏガスとの分圧比は、例えば、１：４〜１：１の範囲で適宜設定することができる。
【００８９】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４が形成され、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、更には、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される。
【００９０】
次に、Ｈ2Ｏガス、ＮＨ3ガスの成膜室内への導入を順次中止する。
【００９１】
この後のプロセスは図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００９２】
本変形例によれば、ＮＨ3に含まれる水素が、金属膜１８及びバッファ膜１６の酸化を防止する還元性ガスとして機能するため、Ｈ2ガスを導入しない場合であっても、図１に示す第１実施形態と同様の半導体装置を製造することができる。
【００９３】
（変形例（その４））
本実施形態の変形例（その４）による半導体装置の製造方法を図１２を用いて説明する。図１２は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【００９４】
本変形例による半導体装置の製造方法は、シリコン窒化酸化膜２４及び窒素高濃度領域３０、３２を形成する際に、Ｎ2ガスで希釈した雰囲気を用いることに主な特徴がある。
【００９５】
まず、Ｎ2ガスの導入を中止し、成膜室内を真空にするまでのプロセスは、図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００９６】
次に、成膜室内に、５ＳＬＭの流量でＮ2ガスの導入を開始する。Ｎ2ガスは、希釈ガスとして機能するものである。
【００９７】
次に、Ｎ2ガスの導入を中止することなく、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガス、ＮＯガスを順次導入していく。まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始する。次に、０．５ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始し、成膜室内の圧力を例えば２６．７ｋＰａ程度とする。
【００９８】
なお、ＮＯガスの流量は１ＳＬＭに限定されるものではなく、例えば１ＳＬＭ以下の範囲で適宜設定すればよい。また、Ｈ2ＯガスとＨ2ガスとの分圧比も、Ｗ膜及びバッファ膜を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分にシリコン窒化酸化膜２４を選択的に形成できる条件で適宜設定すればよい。また、Ｈ2ＯガスとＨ2ガスとＮＯガスの分圧比は、例えば、２：１〜５：１の範囲で適宜設定することができる。
【００９９】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４が形成され、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、更には、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される。
【０１００】
次に、ＮＯガス、Ｈ2Ｏガス、Ｈ2ガスの成膜室内への導入を順次中止する。
【０１０１】
この後のプロセスは図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１０２】
本変形例にようにＮ2ガスで希釈した雰囲気を用いる場合であっても、図１に示す第１実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１０３】
（変形例（その５））
本実施形態の変形例（その５）による半導体装置の製造方法を図１３を用いて説明する。図１３は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１０４】
本変形例による半導体装置の製造方法は、シリコン窒化酸化膜２４及び窒素高濃度領域３０、３２を形成する際に、Ａｒガスで希釈した雰囲気を用いることに主な特徴がある。
【０１０５】
まず、Ｎ2ガスの導入を中止し、成膜室内を真空にするまでのプロセスは、図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１０６】
次に、成膜室内に、５ＳＬＭの流量でＡｒガスの導入を開始する。Ａｒガスは、希釈ガスとして機能するものである。
【０１０７】
次に、Ｎ2ガスの導入を中止することなく、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガス、ＮＯガスを順次導入していく。具体的には、まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始する。次に、０．５ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始し、成膜室内の圧力を例えば２６．７ｋＰａ程度とする。
【０１０８】
なお、ＮＯガスの流量は１ＳＬＭに限定されるものではなく、例えば１ＳＬＭ以下の範囲で適宜設定すればよい。また、Ｈ2ＯとＨ2との分圧比も、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４を形成できる条件で適宜設定すればよい。また、Ｈ2ＯガスとＨ2ガスとＮＯガスの分圧比は、例えば、４：１０：１〜４：１０：５の範囲で適宜設定することができる。
【０１０９】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４が形成され、また、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に窒素高濃度領域３０が形成され、更には、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４との界面に窒素高濃度領域３２が形成される。
【０１１０】
次に、ＮＯガス、Ｈ2Ｏガス、Ｈ2ガスの成膜室内への導入を順次中止する。
【０１１１】
次に、Ａｒガスの成膜室内への導入を中止する。
【０１１２】
この後のプロセスは図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１１３】
本変形例にようにＡｒガスで希釈した雰囲気を用いる場合であっても、図１に示す第１実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１１４】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置及びその製造方法を図１４乃至図１６を用いて説明する。図１４は、本実施形態による半導体装置を示す断面図である。図１５は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図１６は、本実施形態によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。図１乃至図１３に示す第１実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１１５】
まず、本実施形態による半導体装置について図１４を用いて説明する。
【０１１６】
図１４に示すように、ポリシリコン膜１４の側壁部分には、シリコン窒化酸化膜２４ａが形成されている。かかるシリコン窒化酸化膜２４ａは、第１実施形態による半導体装置のシリコン窒化酸化膜２４とほぼ同様のものであり、後述する方法により形成することができる。
【０１１７】
他の構成要素については、図１に示す第１実施形態による半導体装置と同様であるので説明を省略する。
【０１１８】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図１５及び図１６を用いて説明する。
【０１１９】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、ポリシリコン膜の側壁部分にシリコン酸化膜を選択的に形成した後、窒素高濃度領域を形成することに主な特徴がある。
【０１２０】
まず、ゲート電極２０を形成するまでの工程は、図３（ａ）乃至図４（ａ）に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１２１】
次に、図１５（ａ）に示すように、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３を形成する。このようなシリコン酸化膜２３は、図１６に示すようなプロセスで形成することができる。
【０１２２】
まず、Ｎ2ガスの導入を中止し、成膜室内を真空にするまでのプロセスは、図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１２３】
次に、図１６に示すように、成膜室内に、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガスを順次導入していく。まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始し、成膜室内の圧力を例えば４ｋＰａとする。
【０１２４】
なお、Ｈ2ＯとＨ2との分圧比は、金属膜１８及びバッファ膜１６を酸化することなく、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜２４を形成できる条件で適宜設定すればよい。
【０１２５】
そして、成膜室内の温度を８００℃まで上昇していく。このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３が形成される。
【０１２６】
次に、Ｈ2Ｏガスの成膜室内への導入を終了する。
【０１２７】
次に、Ｈ2ガスの成膜室内への導入を終了することなく、１ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始する。このような雰囲気中で８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａになり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される（図１５（ｂ）参照）。
【０１２８】
なお、ＮＯガスとＨ2ガスとの分圧比は、例えば、１：１〜０．２：１の範囲で適宜設定することができる。
【０１２９】
この後の本実施形態による半導体装置の製造方法は、図５（ａ）乃至図６に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１３０】
このようにポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３を形成した後、窒素高濃度領域３０、３２を形成する場合であっても、図１に示す第１実施形態と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１３１】
（変形例（その１））
本実施形態の変形例（その１）による半導体装置の製造方法を図１７を用いて説明する。図１７は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１３２】
本変形例による半導体装置の製造方法は、ＮＨ3ガスより成る雰囲気を用いて、シリコン酸化膜２３に窒素を導入するとともに、窒素高濃度領域３０、３２を形成することに主な特徴がある。
【０１３３】
まず、成膜室内に、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを導入して、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３を形成するプロセスまでは、図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【０１３４】
次に、図１７に示すように、Ｈ2Ｏガスの導入を終了し、更に、Ｈ2ガスの導入を終了する。
【０１３５】
次に、０．１ＳＬＭの流量でＮＨ3ガスの導入を開始する。このような雰囲気中で８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａになり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される
次に、成膜室内へのＮＨ3ガスの導入を終了する。
【０１３６】
この後のプロセスは図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１３７】
このようにＮＨ3ガスより成る雰囲気を用いる場合であっても、シリコン酸化膜２３に窒素を導入してシリコン窒化酸化膜２４ａを形成することができ、また、窒素高濃度領域３０、３２を形成することができる。従って、本変形例によっても、図１４に示す第２実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１３８】
（変形例（その２））
本実施形態の変形例（その２）による半導体装置の製造方法を図１８を用いて説明する。図１８は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１３９】
本変形例による半導体装置の製造方法は、ＮＯガスとＮＨ3ガスとより成る雰囲気を用いてシリコン酸化膜２３に窒素を導入するとともに、窒素高濃度領域３０、３２を形成することに主な特徴がある。
【０１４０】
まず、成膜室内に、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを導入してポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３を形成するプロセスまでは、図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【０１４１】
次に、図１８に示すように、Ｈ2Ｏガスの導入を終了し、この後、Ｈ2ガスの導入を終了する。
【０１４２】
次に、０．１ＳＬＭの流量でＮＨ3ガスの導入を開始する。この後、０．５ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始する。このような雰囲気中で８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａとなり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される。
【０１４３】
なお、ＮＯガスとＮＨ3ガスとの分圧比は、例えば、１：１〜５：１の範囲で適宜設定することができる。
【０１４４】
次に、ＮＯガスの導入を終了し、この後、ＮＨ3ガスの導入を終了する。
【０１４５】
この後のプロセスは図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１４６】
このようにＮＯガスとＮＨ3ガスとより成る雰囲気を用いる場合であっても、シリコン酸化膜２３に窒素を導入してシリコン窒化酸化膜２４ａを形成することができ、また、窒素高濃度領域３０、３２を形成することができる。従って、本変形例によっても、図１４に示す第２実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１４７】
（変形例（その３））
本実施形態の変形例（その３）による半導体装置の製造方法を図１９を用いて説明する。図１９は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１４８】
本変形例による半導体装置の製造方法は、Ｎ2ＯガスとＨ2ガスとより成る雰囲気を用いてシリコン酸化膜２３に窒素を導入するとともに、窒素高濃度領域３０、３２を形成することに主な特徴がある。
【０１４９】
まず、成膜室内に、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを導入してポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３を形成する工程までは、図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【０１５０】
次に、図１９に示すように、成膜室内へのＨ2ガスの導入を終了することなく、Ｈ2Ｏガスの成膜室内への導入を終了する。
【０１５１】
次に、５ＳＬＭの流量でＮ2Ｏガスの導入を開始する。このような雰囲気中で８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａとなり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される。
【０１５２】
なお、Ｈ2ガスとＮ2Ｏガスとの分圧比は、例えば、１：１〜１：５の範囲で適宜設定することができる。
【０１５３】
次に、Ｎ2Ｏガスの導入を終了し、この後、Ｈ2ガスの導入を終了する。
【０１５４】
この後のプロセスは図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１５５】
このようにＮ2ＯガスとＨ2ガスとより成る雰囲気を用いる場合であっても、シリコン酸化膜２３に窒素を導入してシリコン窒化酸化膜２４ａを形成することができ、また、窒素高濃度領域３０、３２を形成することができる。従って、本変形例によっても、図１４に示す第２実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１５６】
（変形例（その４））
本実施形態の変形例（その４）による半導体装置の製造方法を図２０を用いて説明する。図２０は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１５７】
本変形例による半導体装置の製造方法は、Ｎ2ＯガスとＮＨ3ガスとより成る雰囲気を用いてシリコン酸化膜２３に窒素を導入するとともに、窒素高濃度領域３０、３２を形成することに主な特徴がある。
【０１５８】
まず、成膜室内に、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガスを導入してポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３を形成する工程までは、図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
【０１５９】
次に、図２０に示すように、Ｈ2Ｏガスの導入を終了し、この後、Ｈ2ガスの導入を終了する。
【０１６０】
次に、０．１ＳＬＭの流量でＮＨ3ガスの導入を開始する。この後、５ＳＬＭの流量でＮ2Ｏガスの導入を開始する。このような雰囲気中で８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａとなり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される。
【０１６１】
なお、ＮＨ3ガスとＮ2Ｏガスとの分圧比は、例えば、１：１０〜１：５０の範囲で適宜設定することができる。
【０１６２】
次に、Ｎ2Ｏガスの導入を終了し、この後、ＮＨ3ガスの導入を終了する。
【０１６３】
この後のプロセスは図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１６４】
このようにＮ2ＯガスとＮＨ3ガスとより成る雰囲気を用いる場合であっても、シリコン酸化膜２３に窒素を導入してシリコン窒化酸化膜２４ａを形成することができ、また、窒素高濃度領域３０、３２を形成することができる。従って、本変形例によっても、図１４に示す第２実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１６５】
（変形例（その５））
本実施形態の変形例（その５）による半導体装置の製造方法を図２１を用いて説明する。図２１は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１６６】
本変形例による半導体装置の製造方法は、Ｎ2ガスで希釈された雰囲気を用いてシリコン酸化膜２３に窒素を導入するとともに、窒素高濃度領域３０、３２を形成することに主な特徴がある。
【０１６７】
まず、Ｎ2ガスの導入を中止し、成膜室内を真空にするまでのプロセスは、図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１６８】
次に、図２１に示すように、成膜室内に、５ＳＬＭの流量でＮ2ガスの導入を開始する。Ｎ2ガスは、希釈ガスとして機能するものである。
【０１６９】
次に、Ｎ2ガスの導入を中止することなく、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガスを順次導入する。具体的には、まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始し、成膜室内の圧力を例えば２６．７ｋＰａ程度とする。
【０１７０】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３が形成される。
【０１７１】
次に、Ｈ2ガスとＮ2ガスの導入を終了することなく、Ｈ2Ｏガスの導入を終了する。
【０１７２】
次に、１ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始する。このような雰囲気中で、例えば８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａとなり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される。
【０１７３】
なお、ＮＯガスとＨ2ガスとＮ2ガスとの分圧比は、例えば、０．２：１：５〜１：１：５の範囲で適宜設定することができる。
【０１７４】
次に、ＮＯガスの導入を終了し、この後、Ｈ2ガスの導入を終了する。更に、Ｎ2ガスの導入を終了する。
【０１７５】
この後のプロセスは図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１７６】
本変形例にようにＮ2ガスで希釈した雰囲気を用いる場合であっても、シリコン酸化膜２３に窒素を導入してシリコン窒化酸化膜２４ａを形成することができ、また、窒素高濃度領域３０、３２を形成することができる。従って、本変形例によっても、図１４に示す第２実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１７７】
（変形例（その６））
本実施形態の変形例（その６）による半導体装置の製造方法を図２２を用いて説明する。図２２は、本変形例によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【０１７８】
本変形例による半導体装置の製造方法は、Ａｒガスで希釈された雰囲気中を用いてシリコン酸化膜２３に窒素を導入するとともに、窒素高濃度領域３０、３２を形成することに主な特徴がある。
【０１７９】
まず、Ｎ2ガスの導入を中止し、成膜室内を真空にするまでのプロセスは、図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１８０】
次に、成膜室内に、５ＳＬＭの流量でＡｒガスの導入を開始する。Ａｒガスは、希釈ガスとして機能するものである。
【０１８１】
次に、Ａｒガスの導入を中止することなく、Ｈ2ガス、Ｈ2Ｏガスを順次導入していく。具体的には、まず、１ＳＬＭの流量でＨ2ガスの導入を開始する。次に、０．４ＳＬＭの流量でＨ2Ｏガスの導入を開始し、成膜室内の圧力を例えば２６．７ｋＰａ程度とする。
【０１８２】
このような雰囲気中で、例えば８００℃、６０分の熱処理を行うと、ポリシリコン膜１４の側壁部分に選択的にシリコン酸化膜２３が形成される。
【０１８３】
次に、Ｈ2ガスとＮ2ガスの導入を終了することなく、Ｈ2Ｏガスの導入を終了する。
【０１８４】
次に、１ＳＬＭの流量でＮＯガスの導入を開始する。このような雰囲気中で、例えば８００℃、３０分の熱処理を行うと、シリコン酸化膜２３内に窒素が導入されてシリコン窒化酸化膜２４ａとなり、また、ポリシリコン膜１４とシリコン窒化酸化膜２４ａとの界面に窒素高濃度領域３２が形成され、更には、ゲート電極２０の端部の下方のシリコン基板１０とゲート絶縁膜１２との界面に、窒素高濃度領域３０が形成される。
【０１８５】
なお、ＮＯガスとＨ2ガスとＡｒガスとの分圧比は、例えば、０．２：１：５〜１：１：５の範囲で適宜設定することができる。
【０１８６】
次に、ＮＯガスの導入を終了し、この後、Ｈ2ガスの導入を終了する。更に、Ａｒガスの導入を終了する。
【０１８７】
この後のプロセスは図１６に示す第２実施形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【０１８８】
本変形例にようにＡｒガスで希釈した雰囲気を用いる場合であっても、シリコン酸化膜２３に窒素を導入してシリコン窒化酸化膜２４ａを形成することができ、また、窒素高濃度領域３０、３２を形成することができる。従って、本変形例によっても、図１４に示す第２実施形態による半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
【０１８９】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１９０】
例えば、第１又は第２実施形態では、成膜室内の温度を８００℃としてシリコン窒化酸化膜や窒素高濃度領域を形成したが、成膜室内の温度は８００℃に限定されるものではない。例えば、成膜室内の温度を７００℃〜１０５０℃の範囲、好ましくは７５０℃〜８５０℃の範囲で適宜設定してもよい。
【０１９１】
また、第１実施形態の変形例（その１）乃至変形例（その３）において、Ｎ2ガスやＡｒガスを用いて希釈してもよい。
【０１９２】
また、第２実施形態の変形例（その１）乃至変形例（その４）において、Ｎ2ガスやＡｒガスを用いて希釈してもよい。
【０１９３】
また、第１及び第２実施形態では、Ｎ2ガスやＡｒガスを用いて希釈したが、希釈ガスはＮ2ガスやＡｒガスに限定されるものではなく、例えばＸｅガス、Ｋｒガス等の希ガスを用いて希釈してもよい。
【０１９４】
また、ガス流量は、第１及び第２実施形態で示したガス流量に限定されるものではなく、所望のシリコン窒化酸化膜や所望の窒素高濃度領域を形成すべく、適宜ガス流量を設定してもよい。
【０１９５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、ゲート電極をパターニングした後に、窒素原子を含み、酸化作用と還元作用とを有するガス雰囲気中で熱処理を行うので、ポリシリコン膜の側壁部分に選択的にシリコン窒化酸化膜を形成するとともに、ポリシリコン膜とシリコン窒化酸化膜との界面に窒素高濃度領域を形成することができる。ポリシリコン膜とシリコン窒化酸化膜との界面に窒素高濃度領域が形成されるので、本発明によれば、ポリシリコン膜の空乏化を抑制することができる。
【０１９６】
また、本発明によれば、ゲート電極をパターニングした後に、窒素原子を含み、酸化作用と還元作用とを有するガス雰囲気中で熱処理を行うので、ゲート電極の端部の下方のシリコン基板とゲート絶縁膜との界面に窒素高濃度領域を形成することができる。シリコン基板とゲート絶縁膜との界面に窒素高濃度領域が形成されるので、本発明によれば、ホットキャリア耐性の良好な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】本発明の第１実施形態による半導体装置を示す断面図である。
【図２】ゲート電極の端部の下方のゲート絶縁膜とシリコン基板との界面近傍領域における窒素濃度分布を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図６】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図７】本発明の第１実施形態によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図８】シリコンとタングステンの酸化の有無を示すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態の変形例（その１）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態の変形例（その２）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形例（その３）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の第１実施形態の変形例（その４）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１３】本発明の第１実施形態の変形例（その５）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態による半導体装置を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１７】本発明の第２実施形態の変形例（その１）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の第２実施形態の変形例（その２）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図１９】本発明の第２実施形態の変形例（その３）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図２０】本発明の第２実施形態の変形例（その４）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図２１】本発明の第２実施形態の変形例（その５）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図２２】本発明の第２実施形態の変形例（その６）によるシリコン窒化酸化膜及び窒素高濃度領域の形成プロセスを示すタイムチャートである。
【図２３】提案されている半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１２…ゲート絶縁膜
１４…ポリシリコン膜
１６…バッファ膜
１８…金属膜
２０…ゲート電極
２２…キャップ膜
２３…シリコン酸化膜
２４…シリコン窒化酸化膜
２４ａ…シリコン窒化酸化膜
２６…サイドウォール絶縁膜
２８…ソース／ドレイン拡散層
２８ａ、２８ｂ…不純物拡散領域
３０…窒素高濃度領域
３２…窒素高濃度領域
１１０…シリコン基板
１１２…ゲート絶縁膜
１１４…ポリシリコン膜
１１６…バッファ膜
１１８…金属膜
１２０…ゲート電極
１２２…キャップ膜
１２３…シリコン酸化膜
１２６…サイドウォール絶縁膜
１２８…ソース／ドレイン拡散層
１２８ａ、１２８ｂ…不純物拡散領域
１３０…窒素高濃度領域
【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】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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