TOP > 国内特許検索 > 半導体装置の製造方法および半導体装置

半導体装置の製造方法および半導体装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P04P001367
整理番号 Y2002-P484
掲載日 2004年12月7日
出願番号 特願2003-083571
公開番号 特開2004-296528
登録番号 特許第4176523号
出願日 平成15年3月25日(2003.3.25)
公開日 平成16年10月21日(2004.10.21)
登録日 平成20年8月29日(2008.8.29)
発明者
  • 小林 光
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 半導体装置の製造方法および半導体装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】ゲート電極へのドーピングや他種類のゲート電極材料を用いることなしに、また、半導体へのイオン注入を用いることなく、簡便かつ確実に闘値電圧を低下、または制御することができる半導体装置の製造方法、および半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板1表面に絶縁膜6を有する半導体装置の製造方法において、上記半導体基板1表面に、絶縁膜の母体基板4を形成する絶縁膜母体基板形成工程と、上記絶縁膜母体基板形成工程によって得られる絶縁膜の母体基板4上に、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物を吸着させるCs吸着工程と、上記Cs吸着工程によって得られる、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物が吸着した絶縁膜の母体基板8を加熱処理して、セシウムを含有する絶縁膜を形成させる加熱処理工程とを有する半導体装置の製造方法によれば、閾値電圧を十分低下させた半導体装置を提供できる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


近年、モバイルコンピューティングが急激に普及しており、これに伴い、数多くの携帯電子機器が登場している。これらの携帯電子機器は、どのような場所へも持ち運び可能であり、使用可能であることが最も大きな利点であるため、高機能化とともに、小型化、省電力化が強く要請されている。



かかる携帯電子機器の消費電力を抑えるための手段として、携帯電子機器に搭載されている大規模集積回路(LSI)、薄膜トランジスター(TFT)等の消費電力を抑制するという方法が挙げられる。これらLSIやTFTには半導体装置が用いられているため、この半導体装置の低消費電力化が必要となる。



半導体装置の消費電力は動作電圧の2乗に比例するため、まず求められるのは、動作電圧を下げることである。さらに動作電圧の低下のためには、まず閾値(しきい値)電圧の低下が要求されることになる。



また、半導体装置における閾値電圧の制御は、半導体の微細化、すなわち、超微細半導体素子の開発のためにも欠かせない技術の一つである。



半導体装置、例えば、金属-酸化物-半導体(MOS:Metal Oxide Semiconductor)デバイスにおける閾値電圧は、金属・半導体間の接触電位差、表面や絶縁膜中の固定電荷等の影響を受けることが知られている。



このため、MOSデバイスにおける閾値電圧を制御する方法として、これまで、ホウ素やリンを含有させることによって多結晶シリコンゲート電極の仕事関数を変化させる方法(レトログレードウェル技術)、例えば、半導体基板内部の不純物濃度を、半導体基板の表面付近において半導体基板の深い部分よりも低くなるように構成することによって、閾値電圧のばらつきを小さくする方法が知られている(特許文献1参照)。また、半導体基板にホウ素やリン等をイオン注入することによって、デバイスの閾値電圧を制御する方法が知られている(特許文献2参照)。



さらに、MOSデバイスの酸化膜厚が約50nm以上と厚い場合には、セシウムイオンをゲート酸化膜中にイオン注入することにより、MOSデバイスの閾値電圧を制御する試みが行われている(例えば、非特許文献1参照)。さらに、仕事関数の異なる二種類の金属材料を用いてゲート電極を作製する方法(デューアルゲート技術)も検討されている。



【特許文献1】
特開平11-40764号公報(公開日:平成11年2月12日)



【特許文献2】
特開2002-280461号公報(公開日:平成14年9月27日)



【非特許文献1】
L. Krusin-Elbaum著、「Dependence of the Flatband Voltage of Si-MOS on Distribution of Cesium in SiO2」、J. Electrochem. Soc. Vol. 133, No. 8, page 1712-1715, Aug. 1986年

産業上の利用分野


本発明は、低閾値電圧を実現する半導体装置の製造方法、および低閾値電圧を実現する半導体装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
半導体基板表面に絶縁膜を有する半導体装置の製造方法において、
上記半導体基板表面に、絶縁膜の母体基板を形成する絶縁膜母体基板形成工程と、
上記絶縁膜母体基板形成工程によって得られる絶縁膜の母体基板上に、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物を吸着させるCs吸着工程と、
上記Cs吸着工程によって得られる、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物が吸着した絶縁膜の母体基板を加熱処理して、セシウムを含有する絶縁膜を形成させる加熱処理工程とを有しており、
上記Cs吸着工程における母体絶縁膜上へのセシウムの単体またはセシウムを含む化合物の吸着は、スピンコート法、真空蒸着、スパッター蒸着、電子ビーム蒸着、レーザーアブレーション、およびCVDから選ばれる少なくとも1つの方法で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項2】
半導体基板表面に絶縁膜を有する半導体装置の製造方法において、
上記半導体基板表面に、絶縁膜の母体基板を形成する絶縁膜母体基板形成工程と、
上記絶縁膜母体基板形成工程によって得られる絶縁膜の母体基板上に、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物を吸着させるCs吸着工程と、
上記Cs吸着工程によって得られる、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物が吸着した絶縁膜の母体基板を加熱処理して、セシウムを含有する絶縁膜を形成させる加熱処理工程とを有しており、
上記Cs吸着工程は、上記絶縁膜母体基板形成工程によって得られる絶縁膜の母体基板上に、セシウムの単体またはセシウムの化合物を含む溶液を塗布する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項3】
上記セシウムを含有する絶縁膜の膜厚は、10nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】
上記セシウムの単体またはセシウムの化合物を含む溶液における、セシウムの単体またはセシウムを含む化合物の濃度が102M以下、かつ106M以上であ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】
上記セシウム化合物が、酸化セシウム(Cs2O)、塩化セシウム(CsCl)、硫酸セシウム(Cs2SO4)、硝酸セシウム(CsNO3)、炭酸セシウム(Cs2CO3)、水酸化セシウム(CsOH)、臭化セシウム(CsBr)、フッ化セシウム(CsF)、よう化セシウム(CsI)、およびアジ化セシウム(CsN3)から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】
上記加熱処理工程は、800℃以下で行われることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】
上記加熱処理工程は、400℃~800℃の範囲内で行われることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】
上記加熱処理工程は、窒素、アルゴン、ネオン、酸素、水蒸気、水素、およびそれらの混合気体から選ばれる少なくとも1つの気体の雰囲気下行われることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】
上記半導体基板上に、上記セシウムを含有する絶縁膜を形成した後に、電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】
上記絶縁膜は、二酸化シリコン(SiO2)、シリコンオキシナイトライド、四窒化三シリコン(Si3N4)、二酸化チタン(TiO2)、三酸化二アルミニウム(Al2O3)、五酸化二タンタル(Ta2O5)、二酸化ハフニウム(HfO2)、および二酸化ジルコニウム(ZrO2)から選ばれる少なくとも1つの化合物を含んでいることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】
上記半導体基板は、単結晶シリコン(Si)、多結晶シリコン、非晶質シリコン、シリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンオンインシュレータ(SOI)、ヒ化リウム(GaAs)、リン化インジウム(InP)、炭化シリコン(SiC)、および窒化ガリウム(GaN)から選ばれる少なくとも1つの物質からなることを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】
請求項1~11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されることを特徴とする半導体装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2003083571thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close