[go: up one dir, main page]

JP2002289844A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

Info

Publication number
JP2002289844A
JP2002289844A JP2001091170A JP2001091170A JP2002289844A JP 2002289844 A JP2002289844 A JP 2002289844A JP 2001091170 A JP2001091170 A JP 2001091170A JP 2001091170 A JP2001091170 A JP 2001091170A JP 2002289844 A JP2002289844 A JP 2002289844A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
conductive oxide
film
gate
gate insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001091170A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3779556B2 (en
Inventor
Shin Fukushima
伸 福島
Yukie Nishikawa
幸江 西川
Takeshi Yamaguchi
豪 山口
Kenya Sano
賢也 佐野
Naoko Yanase
直子 梁瀬
Hideki Satake
秀喜 佐竹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001091170A priority Critical patent/JP3779556B2/en
Publication of JP2002289844A publication Critical patent/JP2002289844A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3779556B2 publication Critical patent/JP3779556B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高誘電率であるとともに界面特性が良好なゲ
ートスタックを有するMOSトランジスタを提供する。 【解決手段】 Si半導体基板1を用いたチャネル上に
導電性酸化物をゲート電極4に、SiO2、シリケー
ト、金属酸化物あるいは導電性酸化物とSiとの界面反
応層、SiO2との界面反応層から選ばれた一種をゲー
ト絶縁層3に用いることを特徴とする電界効果トランジ
スタ。望ましくは導電性酸化物がSrRuO3などのア
ルカリ土類あるいは希土類から選ばれた少なくとも一種
を含有するか、またペロブスカイト構造を有する。
(57) Abstract: Provided is a MOS transistor having a gate stack having a high dielectric constant and good interface characteristics. SOLUTION: A conductive oxide is formed on a channel using a Si semiconductor substrate 1 as a gate electrode 4, an interface reaction layer between SiO2, silicate, metal oxide or conductive oxide and Si, an interface reaction layer with SiO2. A field effect transistor, wherein one kind selected from the group consisting of: is used for the gate insulating layer 3. Desirably, the conductive oxide contains at least one selected from alkaline earths or rare earths such as SrRuO3, and has a perovskite structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子特に絶縁
ゲート型の電界効果トランジスタの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a semiconductor device, particularly an insulated gate field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの高速化・高集積化はスケーリン
グ則によるMOSデバイスの微細化によって進められて
きた。これは絶縁膜、ゲート長等のMOSデバイスの各
部分を高さ方向と横方向の寸法を同時に縮小することで
微細化時に素子の特性を正常に保ち、また性能を上げる
ことを可能にしてきた。スケーリング則によると、MO
Sトランジスタは微細化の一途をたどっており、西暦2
000年以降の次世代MOSトランジスタには、SiO
2ゲート絶縁膜として2nm以下の膜厚が要求されてい
る。しかし、この膜厚領域は直接トンネル電流が流れ始
める厚さであり、リーク電流の抑制ができず、消費電力
の増加等の問題を回避できない。よって、SiO2より
も誘電率が高い材料を用いて、シリコン酸化膜換算実効
膜厚を2nm以下に抑えつつ、物理膜厚を稼いでリーク
電流を抑えることが必要である。また、MOSトランジ
スタではリーク電流の抑制とともに、電界効果トランジ
スタ(FET:Field-Effective-Transistor)であるた
めに、Si界面特性が特に重要である。よって、高誘電
率であり、かつ界面特性を良好に保持できる絶縁膜ゲー
トが必要となる。
2. Description of the Related Art Higher speed and higher integration of LSI have been promoted by miniaturization of MOS devices according to a scaling law. This has made it possible to simultaneously maintain the characteristics of the element at the time of miniaturization and improve the performance by simultaneously reducing the dimensions of the MOS device such as the insulating film and the gate length in the height direction and the lateral direction. . According to the scaling law, MO
S-transistors are steadily miniaturizing.
The next-generation MOS transistors from 2000 onward include SiO
A thickness of 2 nm or less is required for the two-gate insulating film. However, this film thickness region is a thickness at which the tunnel current starts to flow directly, so that the leakage current cannot be suppressed, and problems such as an increase in power consumption cannot be avoided. Therefore, it is necessary to use a material having a dielectric constant higher than that of SiO 2 and increase the physical film thickness to suppress the leak current while suppressing the equivalent silicon oxide film thickness to 2 nm or less. In addition, since the MOS transistor is a field-effect transistor (FET) while suppressing the leakage current, the Si interface characteristics are particularly important. Therefore, an insulating film gate having a high dielectric constant and capable of maintaining good interface characteristics is required.

【0003】近年ゲート絶縁膜としてSiO2やシリコ
ン窒化膜に代わり、誘電率がより大きい金属酸化物をゲ
ート絶縁膜として用いる、所謂高誘電体(High−
K)ゲート絶縁膜の研究が盛んに行なわれている。発明
者らは既にSi上にZrO2などの酸化物を堆積し、S
iとこの酸化物の間に生成する界面反応層をゲート絶縁
膜として用いる新しいゲート絶縁膜を提案しているが、
この場合上記界面反応層をゲート絶縁膜として用いる際
には、上部に堆積したZrO2などの酸化物層を除去し
た後、ゲート電極を堆積する必要が有り、LSIプロセ
ス構成の上で複雑なものになるという問題点があった。
さらにこの界面反応層上に金属あるいは半導体からなる
ゲート電極を堆積する際も、場合によっては界面に低誘
電率層が形成され、ゲートスタックの特性が低下すると
いう問題が生じることもある。この問題は、界面反応層
を用いた高誘電体ゲート絶縁膜だけではなく、他の所謂
High−kゲート絶縁膜一般に懸念される問題であ
る。
In recent years, a so-called high-dielectric (high-dielectric) material has been used in place of a SiO2 or silicon nitride film as a gate insulating film and a metal oxide having a higher dielectric constant is used as the gate insulating film.
K) Research on gate insulating films has been actively conducted. The inventors have already deposited oxides such as ZrO2 on Si,
A new gate insulating film using an interface reaction layer generated between i and this oxide as a gate insulating film has been proposed.
In this case, when the interface reaction layer is used as a gate insulating film, it is necessary to remove an oxide layer such as ZrO2 deposited on the upper portion and then deposit a gate electrode, which is complicated in terms of the LSI process configuration. There was a problem of becoming.
Further, when depositing a gate electrode made of a metal or a semiconductor on the interface reaction layer, a low dielectric constant layer may be formed at the interface in some cases, which may cause a problem that the characteristics of the gate stack deteriorate. This problem is a concern not only for the high dielectric gate insulating film using the interface reaction layer but also for other so-called High-k gate insulating films in general.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、LSI
の高集積化を目指し、性能を維持、向上させながら微細
化を進めるには、高誘電率であり、かつ界面特性を良好
に保持できる絶縁膜ならびに絶縁膜との間に低誘電率層
を形成しないゲート電極が必要となる。さらにこの絶縁
膜およびゲート電極からなるゲートスタックを容易に作
成できるゲートスタック構成ならびにプロセスが必要と
なる.本発明はかかる要請に鑑みなされたものであっ
て、優れた特性のゲートスタックを容易に達成できる電
界効果トランジスを提供するものである。
As described above, the LSI
In order to advance the miniaturization while maintaining and improving the performance with the aim of high integration of the semiconductor, forming an insulating film that has a high dielectric constant and good interface characteristics and a low dielectric constant layer between it and the insulating film A gate electrode is not required. Furthermore, a gate stack configuration and a process that can easily form a gate stack composed of the insulating film and the gate electrode are required. The present invention has been made in view of such a demand, and has as its object to provide a field effect transistor capable of easily achieving a gate stack having excellent characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ゲート電極として、SrRuO3や
(La,Sr)CoO3等のようにアルカリ土類金属あ
るいは希土類金属を含む導電性酸化物を用いる。また、
ゲート絶縁膜としてはSiあるいはSi上に設けた薄い
SiO2と上記導電性酸化物との反応性層を用いる事が
望ましい。さらに、発明者らはこれらの酸化物をSiあ
るいは薄いSiO2膜を設けたSi上に堆積することに
より、アルカリ土類ないしは希土類イオンを含む絶縁性
の高い反応層が形成され、この反応層の誘電率がSiO
2に比べて非常に多いことから良好なゲートスタックが
容易に形成されることを見出している。
According to the present invention, a conductive oxide containing an alkaline earth metal or a rare earth metal such as SrRuO3 or (La, Sr) CoO3 is used as a gate electrode. Is used. Also,
As the gate insulating film, it is desirable to use a reactive layer of Si or a thin SiO2 provided on Si and the above conductive oxide. Further, the inventors deposit these oxides on Si or Si provided with a thin SiO2 film, thereby forming a highly insulating reaction layer containing alkaline earth or rare earth ions, and forming a dielectric layer of the reaction layer. Rate is SiO
It has been found that a good gate stack can be easily formed because the number is much larger than that of the gate stack No. 2.

【0006】このように上部に堆積した導電性酸化物の
構成元素が界面反応層に取り込まれ、シリケートとなる
ために高い誘電率と良好な絶縁特性が得られていること
がわかる。したがってゲート電極としてRuO2等、シ
リケートを形成しにくい元素のみから構成された導電性
酸化物を用いた場合には、ゲート絶縁膜とゲート電極間
の良好な界面により、通常の金属ゲートより高いドライ
ブ力を得ることが出来るものの、シリケート形成による
絶縁膜の高誘電率化の効果は期待できない。
[0006] It can be seen that the constituent elements of the conductive oxide deposited on the upper portion are taken into the interface reaction layer and become silicate, so that a high dielectric constant and good insulating properties are obtained. Therefore, when a conductive oxide composed only of an element that is difficult to form a silicate, such as RuO2, is used as the gate electrode, a good interface between the gate insulating film and the gate electrode causes a higher driving force than a normal metal gate. However, the effect of increasing the dielectric constant of the insulating film by silicate formation cannot be expected.

【0007】ところで、一般に誘電体/電極界面では電
極側への電界の侵入が生じると考えられ、LSIメモリ
キャパシタやゲート絶縁膜のような極薄誘電体体膜で
は、その実効的な誘電特性を低下させることが知られて
いる(C.T.J.Welser Transaction on Electron De
vices, 44, (4) 1999)。そこで、導電性酸化物を薄
膜誘電体の電極として用いることで、上記論文のような
電極への電界進入を低減し、実効的な誘電体膜厚を低減
することが出来る(M. Izuha et al, Jpn.J. App
l. Phys., 36 5866, 1997. M. Izuha et al,
Jpn. J.Appl.Phys. Lett., 70, 1405,1997)。
In general, it is considered that an electric field penetrates to the electrode side at the dielectric / electrode interface, and an effective dielectric characteristic of an ultra-thin dielectric film such as an LSI memory capacitor or a gate insulating film is not considered. (CTJ. Welser Transaction on Electron De)
vices, 44, (4) 1999). Therefore, by using a conductive oxide as an electrode of a thin-film dielectric, the penetration of an electric field into the electrode as described in the above paper can be reduced, and the effective dielectric film thickness can be reduced (M. Izuha et al.) , Jpn.J. App
l. Phys., 36 5866, 1997. M. Izuha et al,
Jpn. J. Appl. Phys. Lett., 70, 1405, 1997).

【0008】本発明によるゲートスタックでは、上記電
極材料とSiあるいはSiO2や他の誘電体膜との反応
による高誘電率の界面反応層の生成と、この電極への電
界侵入の低減の効果、また誘電体と電極界面の低誘電率
層発生がない良好な界面という諸効果のうち少なくとも
ひとつを得ることにより良好な特性を有するゲートスタ
ックを作成することが出来る。
In the gate stack according to the present invention, an interface reaction layer having a high dielectric constant is formed by the reaction between the electrode material and Si or SiO2 or another dielectric film, and the effect of reducing the penetration of an electric field into this electrode is obtained. A gate stack having good characteristics can be produced by obtaining at least one of various effects such as a good interface without generation of a low dielectric constant layer at the interface between the dielectric and the electrode.

【0009】さらにある種の導電性酸化物においては、
その組成を変化させることにより電子状態が変化してフ
ェルミ準位のシフトが起こり、ここから真空準位までの
エネルギ、すなわち仕事関数を制御することが可能であ
る。この性質を利用することによりゲートスタックの閾
値電圧を制御し、デバイス動作に適した値とすることも
可能となる。このような閾値電圧制御を行なう場合はS
rRu(1−x)Ti ,La(1−x)Sr
oOなどの材料をゲート電極として用い、xの値を適
宜選定することによって所望の閾値電圧を得ることが出
来る。
Further, in certain conductive oxides,
By changing the composition, the electronic state changes and the
A shift in the Ermi level occurs, and from this point the vacuum level
Energy, i.e. work function
You. By utilizing this property, the gate stack threshold
Control the voltage value to a value suitable for device operation.
It becomes possible. When such threshold voltage control is performed, S
rRu(1-x)Ti xO3, La(1-x)SrxC
oO3Use a material such as
It is not possible to obtain the desired threshold voltage by selecting
come.

【0010】本発明になるゲートスタックを有する電界
効果トランジスタでは、ゲート電極として上記希土類或
いはアルカリ土類を含む導電性酸化物だけを用いること
も可能であるが、導電性酸化物ゲート上にさらにTiN
などのキャップ層を積層する事も可能である。このよう
なキャップ層を用いることにより、水素を含有するフォ
ーミングガス等で熱処理を行なう際、SrRuO3など
の分解、蒸発を抑制することが可能となる。さらにここ
で用いる導電性酸化物の膜厚は1nmから100nm程
度の範囲から適宜選択することが可能であり、キャップ
層に用いる材料も、上記TiNのほかTiAlN,Ta
Nなどの窒化物やW,Moなどの高融点金属、あるいは
Tiなどの遷移金属を用いることも可能である。
In the field effect transistor having the gate stack according to the present invention, it is possible to use only the above-mentioned conductive oxide containing rare earth or alkaline earth as the gate electrode.
It is also possible to laminate such a cap layer. By using such a cap layer, it is possible to suppress decomposition and evaporation of SrRuO3 and the like when heat treatment is performed with a forming gas containing hydrogen or the like. Further, the thickness of the conductive oxide used here can be appropriately selected from the range of about 1 nm to 100 nm, and the material used for the cap layer is not only TiN but also TiAlN and Ta.
It is also possible to use a nitride such as N, a high melting point metal such as W or Mo, or a transition metal such as Ti.

【0011】本発明によればSiと絶縁体、及び絶縁体
とゲート電極の界面特性がすぐれたゲートスタックを容
易に得ることができる。
According to the present invention, a gate stack having excellent interface characteristics between Si and an insulator and between an insulator and a gate electrode can be easily obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明の基本的な実施形態に係わる
nチャネルMOSトランジスタの断面構成を示した図で
ある。1はp型シリコン基板、2は素子分離領域、3は
ゲート絶縁膜、4は導電性酸化物のゲート電極である。
ゲート電極ならびにゲート絶縁膜の構造及び製造方法は
後述する。5はn型不純物が導入された拡散層(ソース
及びドレイン領域)である。6は、ゲート電極4の側壁
に形成された絶縁膜(例えばCVDシリコン窒化膜な
ど)、7は層間絶縁膜(例えばCVDシリコン酸化膜な
ど)であり、この層間絶縁膜7に設けられたコンタクト
孔を介して、ゲート電極4およびソース及びドレイン領
域5にAl配線8が接続されている。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of an n-channel MOS transistor according to a basic embodiment of the present invention. 1 is a p-type silicon substrate, 2 is an element isolation region, 3 is a gate insulating film, and 4 is a gate electrode of a conductive oxide.
The structure and manufacturing method of the gate electrode and the gate insulating film will be described later. Reference numeral 5 denotes a diffusion layer (source and drain regions) into which an n-type impurity has been introduced. Reference numeral 6 denotes an insulating film (for example, a CVD silicon nitride film) formed on the side wall of the gate electrode 4, and 7 denotes an interlayer insulating film (for example, a CVD silicon oxide film), and a contact hole provided in the interlayer insulating film 7. , An Al wiring 8 is connected to the gate electrode 4 and the source and drain regions 5.

【0014】以下、上記実施形態を実施例に基ついて、
詳細に説明する。 (実施例1)図1に示したような構造を有するMOSト
ランジスタに適用可能な本発明の導電性酸化物ゲート電
極ならびにゲート絶縁膜及びその製造方法の第1の実施
例について図2を参照にして説明する。
Hereinafter, the above embodiment will be described based on an example.
This will be described in detail. (Embodiment 1) A first embodiment of a conductive oxide gate electrode and a gate insulating film of the present invention applicable to a MOS transistor having the structure shown in FIG. Will be explained.

【0015】まず、面方位(100)、比抵抗4〜6
(cmのp型シリコン基板11上に、反応性イオンエッ
チングにより、素子分離のための溝を形成する。続い
て、例えばLP−TEOS膜を埋め込むことにより素子
分離領域12を形成する(図2(a))。一例として、
ゲート絶縁膜にZrO2、ゲート電極として導電性酸化
物であるSrRuO3を用いてゲートスタックを形成す
る場合について説明する。Si基板表面をまず、希フッ
酸でウエット処理を行い、表面を水素でターミネイトす
る。次に、この基板をCVD装置に導入する。基板温度
を400℃とし、CVD法を用いてZrO2膜13を8
nm堆積する。引き続いて基板をスパッタ装置に導入
し、SrRuO3をターゲットとして用いてSrRuO
3膜14を20nm堆積する(図2(b))。このよう
にして作成したゲート電極はゲート絶縁体ときわめて正
常な界面を有し、界面に低誘電率層が存在しないことか
ら実効的に低い換算膜厚を有し、ドライブ力が大きなト
ランジスタを得ることができる。
First, plane orientation (100), specific resistance 4-6
(A groove for element isolation is formed by reactive ion etching on a p-type silicon substrate 11 of cm. Subsequently, an element isolation region 12 is formed by embedding an LP-TEOS film, for example (FIG. 2 ( a)) As an example,
A case where a gate stack is formed using ZrO2 as a gate insulating film and SrRuO3 which is a conductive oxide as a gate electrode will be described. First, the surface of the Si substrate is wet-treated with dilute hydrofluoric acid, and the surface is terminated with hydrogen. Next, this substrate is introduced into a CVD apparatus. The substrate temperature is set to 400 ° C., and the ZrO 2 film 13 is
nm. Subsequently, the substrate is introduced into a sputtering apparatus, and SrRuO3 is used as a target with SrRuO3.
The three films 14 are deposited to a thickness of 20 nm (FIG. 2B). The gate electrode formed in this manner has a very normal interface with the gate insulator, and has an effectively low equivalent film thickness due to the absence of a low dielectric constant layer at the interface, thereby obtaining a transistor having a large driving force. be able to.

【0016】比較例としてSrRuO3ゲート電極にか
わりTiNをゲート電極に用いたトランジスタを作成し
た。この場合の換算膜厚は3nmとなりTiNとZrO
2の界面に低誘電率層が形成されていた。
As a comparative example, a transistor using TiN for the gate electrode instead of the SrRuO3 gate electrode was prepared. The converted film thickness in this case is 3 nm, and TiN and ZrO
A low dielectric constant layer was formed at the interface of No. 2.

【0017】上述のような製造方法を用いることによ
り、ゲート電極およびゲート絶縁膜を作製することが可
能となった。本実施例で作製したゲート絶縁膜のシリコ
ン酸化膜換算実効膜厚は1nmを達成することができ
た。
By using the above-described manufacturing method, a gate electrode and a gate insulating film can be manufactured. The silicon oxide film equivalent effective thickness of the gate insulating film manufactured in this example was 1 nm.

【0018】図1に示したようなMOSデバイスを作製
するためには、図2で示したようなゲート絶縁膜作製工
程に次いで、CMPによってゲートスタック部以外のS
rRuO3/ZrO2層を除去し、続いて、例えば45
0℃、圧力10mTorr〜1気圧において、窒素ガス
で希釈したSiHガスとNHガスの混合ガスを用い
て、例えば5〜200nmのCVDシリコン窒化膜6を
堆積する。以後の工程は、通常のMOSトランジスタの
製造工程と同様である。すなわち、例えば加速電圧20
keV、ドーズ量1×1015cm−2で砒素のイオン
注入を行い、ソース領域・ドレイン領域5を形成する。
続いて、化学気相成長法によって全面に層間絶縁膜37
となるCVDシリコン酸化膜を堆積し、この層間絶縁膜
にコンタクト孔を開口する。続いて、スパッタ法によっ
て全面にAl膜を堆積し、このAl膜を反応性イオンエ
ッチングによってパターニングすることにより、図1に
示したようなゲート絶縁膜を有するMOSトランジスタ
が完成する。
In order to fabricate the MOS device as shown in FIG. 1, following the step of fabricating the gate insulating film as shown in FIG.
The rRuO3 / ZrO2 layer is removed, followed by, for example, 45
At 0 ° C. and a pressure of 10 mTorr to 1 atm, a CVD silicon nitride film 6 having a thickness of, for example, 5 to 200 nm is deposited using a mixed gas of a SiH 4 gas and an NH 3 gas diluted with a nitrogen gas. Subsequent steps are the same as those of a normal MOS transistor. That is, for example, the acceleration voltage 20
Arsenic ions are implanted at a keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 to form source / drain regions 5.
Subsequently, the interlayer insulating film 37 is formed on the entire surface by a chemical vapor deposition method.
Is deposited, and a contact hole is opened in this interlayer insulating film. Subsequently, an Al film is deposited on the entire surface by a sputtering method, and the Al film is patterned by reactive ion etching, whereby a MOS transistor having a gate insulating film as shown in FIG. 1 is completed.

【0019】このようにして作製したMOSトランジス
タは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高
いことから、良好な特性が得られていることが確かめら
れた。 (実施例2)図1に示したような構造を有するMOSト
ランジスタに適用可能な本発明のゲート電極ならびにゲ
ート絶縁膜及びその製造方法の第2の実施例について、
図3を参照にして説明する。まず、面方位(100)、
比抵抗4〜6(cmのp型シリコン基板21上に、反応
性イオンエッチングにより、素子分離のための溝を形成
する。続いて、例えばLP−TEOS膜を埋め込むこと
により素子分離領域22を形成する。(図3(a))。
Since the MOS transistor thus manufactured has a low interface state and a high mobility of the inversion layer, it was confirmed that good characteristics were obtained. (Embodiment 2) A second embodiment of a gate electrode, a gate insulating film and a method of manufacturing the same according to the present invention applicable to a MOS transistor having a structure as shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. First, plane orientation (100),
A groove for element isolation is formed by reactive ion etching on a p-type silicon substrate 21 having a specific resistance of 4 to 6 (cm). Subsequently, for example, an element isolation region 22 is formed by embedding an LP-TEOS film. (FIG. 3A).

【0020】一例として、スパッタ法を用いて導電性酸
化物ゲート電極ならびにゲート絶縁膜を形成する場合に
ついて説明する。Si基板21表面をまず、希フッ酸で
ウエット処理を行い、表面を水素でターミネイトする。
次に、この基板をスパッタ装置に導入する。基板温度を
500℃とし、SrRuO3をターゲットとして用いて
Si基板21上にSrRuO3膜24を20nm堆積す
る。このときSrRuO3とSiとの間に厚さ3nmの
界面反応層23が形成される(図3(b))。
As an example, a case where a conductive oxide gate electrode and a gate insulating film are formed by using a sputtering method will be described. First, the surface of the Si substrate 21 is wet-treated with dilute hydrofluoric acid, and the surface is terminated with hydrogen.
Next, this substrate is introduced into a sputtering apparatus. The substrate temperature is set to 500 ° C., and a SrRuO 3 film 24 is deposited to a thickness of 20 nm on the Si substrate 21 using SrRuO 3 as a target. At this time, an interface reaction layer 23 having a thickness of 3 nm is formed between SrRuO3 and Si (FIG. 3B).

【0021】この界面反応層は良好な絶縁特性を示し、
Siとの界面、また上部のSrRuO3との界面も良好
であることから、これをゲート絶縁膜に用いて界面準位
が少なく移動度が大きく、ゲートリークが少ないといっ
た特性の優れた微細トランジスタを作成することができ
る。
This interface reaction layer shows good insulating properties,
Since the interface with Si and the upper interface with SrRuO3 are also good, a fine transistor having excellent characteristics such as a low interface level, a high mobility, and a small gate leak is manufactured by using this as a gate insulating film. can do.

【0022】上述のような製造方法を用いることによ
り、ゲート電極およびゲート絶縁膜を作製することが可
能となった。本実施例で作製したゲート絶縁膜のシリコ
ン酸化膜換算実効膜厚は1nmを達成することができ
た。
By using the above-described manufacturing method, a gate electrode and a gate insulating film can be manufactured. The silicon oxide film equivalent effective thickness of the gate insulating film manufactured in this example was 1 nm.

【0023】図1に示したようなMOSデバイスを作製
するためには、図3で示したようなゲート絶縁膜作製工
程に次いで、CMPによってゲートスタック部以外のS
rRuO3層を除去し、続いて、例えば450℃、圧力
10mTorr〜1気圧において、窒素ガスで希釈した
SiHガスとNHガスの混合ガスを用いて、例えば
5〜200nmのCVDシリコン窒化膜6を堆積する。
以後の工程は、通常のMOSトランジスタの製造工程と
同様である。すなわち、例えば加速電圧20keV、ド
ーズ量1×1015cm−2で砒素のイオン注入を行
い、ソース領域・ドレイン領域5を形成する。続いて、
化学気相成長法によって全面に層間絶縁膜37となるC
VDシリコン酸化膜を堆積し、この層間絶縁膜にコンタ
クト孔を開口する。続いて、スパッタ法によって全面に
Al膜を堆積し、このAl膜を反応性イオンエッチング
によってパターニングすることにより、図1に示したよ
うなゲート絶縁膜を有するMOSトランジスタが完成す
る。
In order to fabricate the MOS device as shown in FIG. 1, following the step of fabricating the gate insulating film as shown in FIG.
The rRuO 3 layer is removed, and subsequently, for example, at 450 ° C. and a pressure of 10 mTorr to 1 atm, a CVD silicon nitride film 6 of, for example, 5 to 200 nm is formed using a mixed gas of SiH 4 gas and NH 3 gas diluted with nitrogen gas. accumulate.
Subsequent steps are the same as those of a normal MOS transistor. That is, for example, arsenic ions are implanted at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 to form the source region / drain region 5. continue,
C to be an interlayer insulating film 37 over the entire surface by chemical vapor deposition
A VD silicon oxide film is deposited, and a contact hole is opened in this interlayer insulating film. Subsequently, an Al film is deposited on the entire surface by a sputtering method, and the Al film is patterned by reactive ion etching, whereby a MOS transistor having a gate insulating film as shown in FIG. 1 is completed.

【0024】このようにして作製したMOSトランジス
タは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高
いことから、良好な特性が得られていることが確かめら
れた。 (実施例3)図1に示したような構造を有するMOSト
ランジスタに適用可能な本発明のゲート電極ならびにゲ
ート絶縁膜及びその製造方法の第3の実施例について、
図4を参照にして説明する。まず、面方位(100)、
比抵抗4〜6(cmのp型シリコン基板31上に、反応
性イオンエッチングにより、素子分離のための溝を形成
する。続いて、例えばLP−TEOS膜を埋め込むこと
により素子分離領域32を形成する(図4(a))。
Since the MOS transistor thus manufactured has a low interface state and a high mobility of the inversion layer, it was confirmed that good characteristics were obtained. (Embodiment 3) A third embodiment of a gate electrode, a gate insulating film and a method of manufacturing the same according to the present invention applicable to a MOS transistor having a structure as shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. First, plane orientation (100),
A groove for element isolation is formed by reactive ion etching on a p-type silicon substrate 31 having a specific resistance of 4 to 6 (cm). Subsequently, an element isolation region 32 is formed by embedding, for example, an LP-TEOS film. (FIG. 4A).

【0025】一例として、スパッタ法を用いて導電性酸
化物ゲート電極ならびに界面反応層を含むゲート絶縁膜
を形成する場合について説明する。Si基板31表面を
まず、希フッ酸でウエット処理を行い、表面を水素でタ
ーミネイトしたのち、3.5nmのSiO2熱酸化膜3
3を設けた。次に、この基板をスパッタ装置に導入し、
基板温度を500℃でSrRuO3をターゲットとして
用いて、Si基板31上にSrRuO3膜35を20n
m堆積する。このときSrRuO3とSiO2との間に
界面反応層34が形成され、SiO2の上部はSrが拡
散した層を形成する(図4(b))。
As an example, a case where a gate insulating film including a conductive oxide gate electrode and an interface reaction layer is formed by a sputtering method will be described. First, the surface of the Si substrate 31 is wet-processed with dilute hydrofluoric acid, and the surface is terminated with hydrogen.
3 were provided. Next, this substrate is introduced into a sputtering apparatus,
At a substrate temperature of 500 ° C., an SrRuO3 film 35 is formed on the Si substrate 31 by using SrRuO3 as a target.
m. At this time, an interface reaction layer 34 is formed between SrRuO3 and SiO2, and a layer in which Sr is diffused is formed on the upper portion of SiO2 (FIG. 4B).

【0026】この界面反応層は良好な絶縁特性を示し、
Siとの界面、また上部のSrRuO3との界面も良好
であることから、これをゲート絶縁膜に用いて界面準位
がすくなく移動度が大きく、ゲートリークが少ないとい
った特性の優れた微細トランジスタを作成することがで
きる。
This interface reaction layer shows good insulating properties,
Since the interface with Si and the upper interface with SrRuO3 are also good, a fine transistor having excellent characteristics such as a small interface level, a high mobility, and a small gate leak is manufactured by using this as a gate insulating film. can do.

【0027】上述のような製造方法を用いることによ
り、ゲート電極およびゲート絶縁膜を作製することが可
能となった。本実施例で作製したゲート絶縁膜のシリコ
ン酸化膜換算実効膜厚は1.5nmを達成することがで
きた。同様にしてSi上に作成したキャパシタの誘電特
性ならびにリーク電流特性を図5、図6に示す。
By using the above-described manufacturing method, a gate electrode and a gate insulating film can be manufactured. The silicon oxide film equivalent effective thickness of the gate insulating film manufactured in this example was 1.5 nm. FIGS. 5 and 6 show the dielectric characteristics and the leakage current characteristics of the capacitor similarly formed on Si.

【0028】図1に示したようなMOSデバイスを作製
するためには、図4で示したようなゲート絶縁膜作製工
程に次いで、CMPによってゲートスタック部以外のS
rRuO3膜を除去し、続いて、例えば450℃、圧力
10mTorr〜1気圧において、窒素ガスで希釈した
SiHガスとNHガスの混合ガスを用いて、例えば
5〜200nmのCVDシリコン窒化膜6を堆積する。
以後の工程は、通常のMOSトランジスタの製造工程と
同様である。すなわち、例えば加速電圧20keV、ド
ーズ量1×1015cm−2で砒素のイオン注入を行
い、ソース領域・ドレイン領域5を形成する。続いて、
化学気相成長法によって全面に層間絶縁膜7となるCV
Dシリコン酸化膜を堆積し、この層間絶縁膜にコンタク
ト孔を開口する。続いて、スパッタ法によって全面にA
l膜を堆積し、このAl膜を反応性イオンエッチングに
よってパターニングすることにより、図1に示したよう
なゲート絶縁膜を有するMOSトランジスタが完成す
る。
In order to fabricate the MOS device as shown in FIG. 1, following the step of fabricating the gate insulating film as shown in FIG.
The rRuO 3 film is removed, and subsequently, for example, at 450 ° C. and a pressure of 10 mTorr to 1 atm, a CVD silicon nitride film 6 of, for example, 5 to 200 nm is formed using a mixed gas of SiH 4 gas and NH 3 gas diluted with nitrogen gas. accumulate.
Subsequent steps are the same as those of a normal MOS transistor. That is, for example, arsenic ions are implanted at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 to form the source region / drain region 5. continue,
CV which becomes interlayer insulating film 7 on the entire surface by chemical vapor deposition
A D silicon oxide film is deposited, and a contact hole is opened in this interlayer insulating film. Subsequently, A is applied to the entire surface by sputtering.
By depositing an l film and patterning the Al film by reactive ion etching, a MOS transistor having a gate insulating film as shown in FIG. 1 is completed.

【0029】このようにして作製したMOSトランジス
タは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高
いことから、良好な特性が得られていることが確かめら
れた。 (実施例4)図1に示したような構造を有するMOSト
ランジスタに適用可能な本発明のゲート電極ならびにゲ
ート絶縁膜及びその製造方法の第4の実施例について、
図7を参照にして説明する。まず、面方位(100)、
比抵抗4〜6(cmのp型シリコン基板41上に、反応
性イオンエッチングにより、素子分離のための溝を形成
する。続いて、例えばLP−TEOS膜を埋め込むこと
により素子分離領域42を形成する(図7(a))。
The MOS transistor thus manufactured has a low interface state and a high mobility of the inversion layer, and thus it has been confirmed that good characteristics are obtained. (Embodiment 4) A fourth embodiment of a gate electrode, a gate insulating film and a method of manufacturing the same according to the present invention applicable to a MOS transistor having the structure shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. First, plane orientation (100),
A groove for element isolation is formed by reactive ion etching on a p-type silicon substrate 41 having a specific resistance of 4 to 6 cm. Subsequently, for example, an element isolation region 42 is formed by embedding an LP-TEOS film. (FIG. 7A).

【0030】一例として、スパッタ法を用いてゲート電
極ならびにゲート絶縁膜を形成する場合について説明す
る。Si基板41表面を、まず、希フッ酸でウエット処
理を行い、表面を水素でターミネイトしたのち、3.5
nmのSiO2熱酸化膜43を設けた。次に、この基板
をスパッタ装置に導入し、基板温度を500℃でLa
0.8Sr0.2CoO3をターゲットとして用いてS
i基板41上にLa0.8−Sr0.2−CoO3膜4
5を20nm堆積する。このときLa0.8−Sr0.
2−CoO3とSiO2との間に界面反応層44が形成
され、SiO2膜43の上部はSrが拡散した層を形成
する(図7(b))。
As an example, a case where a gate electrode and a gate insulating film are formed by using a sputtering method will be described. First, the surface of the Si substrate 41 is wet-treated with dilute hydrofluoric acid, and the surface is terminated with hydrogen.
An SiO2 thermal oxide film 43 having a thickness of nm was provided. Next, this substrate was introduced into a sputtering apparatus, and the substrate temperature was changed to La at 500 ° C.
Using 0.8Sr0.2CoO3 as a target, S
La0.8-Sr0.2-CoO3 film 4 on i-substrate 41
5 is deposited to a thickness of 20 nm. At this time, La0.8-Sr0.
An interface reaction layer 44 is formed between 2-CoO3 and SiO2, and a layer in which Sr is diffused is formed above the SiO2 film 43 (FIG. 7B).

【0031】この界面反応層は良好な絶縁特性を示し、
Siとの界面、また上部のSrRuO3との界面も良好
であることから、これをゲート絶縁膜に用いて界面準位
が少なく移動度が大きく、ゲートリークが少ないといっ
た特性の優れた微細トランジスタを作成することができ
る。また同様にしてゲート電極としてLa0.5Sr
0.5CoO3を用いた素子を作成しその特性を比較し
た。
This interface reaction layer shows good insulating properties,
Since the interface with Si and the upper interface with SrRuO3 are also good, a fine transistor having excellent characteristics such as a low interface level, a high mobility, and a small gate leak is manufactured by using this as a gate insulating film. can do. Similarly, La0.5Sr is used as a gate electrode.
Devices using 0.5CoO3 were prepared and their characteristics were compared.

【0032】上述のような製造方法を用いることによ
り、ゲート電極およびゲート絶縁膜を作製することが可
能となった。本実施例で作製したゲート絶縁膜のシリコ
ン酸化膜換算実効膜厚は1nmを達成することができ
た。同様にしてSi上に作成したキャパシタの誘電特性
を図8に示す。両者のC−V特性はフラットバンドが異
なりこの特性を用いてMISFETの閾値電圧を制御す
ることが可能となる。
By using the above-described manufacturing method, a gate electrode and a gate insulating film can be manufactured. The silicon oxide film equivalent effective thickness of the gate insulating film manufactured in this example was 1 nm. FIG. 8 shows the dielectric characteristics of the capacitor formed on Si in the same manner. The CV characteristics of the two have different flat bands, and the threshold voltage of the MISFET can be controlled using this characteristic.

【0033】この違いは、ここで用いた2種の導電性酸
化物における電子状態の相違に起因しているが、この違
いを示したのが図9である。一般に導電性ペロブスカイ
トでは、其の導電性は母材料と呼ばれる絶縁性の物質に
組成制御を行い、キャリアを注入することで母材料のバ
ンドギャップ中に状態が形成され、これがバンドを形成
してフェルミ面をもつことから金属導電性が得られる。
母材料の価電子帯から計った新しく生じる導電バンドお
よびフェルミ面のエネルギーは組成の変化すなわちキャ
リア注入の度合いによって変化する。一方通常の金属に
比べてこれらの物質では其のキャリア濃度が低いため、
伝導電子のスクリーニング効果が弱いため、これらの物
質の真空準位はもともとの母材料の価電子帯から同一の
エネルギー差を保っており、言い換えれば真空準位とフ
ェルミ面のエネルギー差、すなわち仕事関数を組成の変
更によって制御することが可能になる。このLa−Sr
−Co−O系ではSr量が少ない場合には仕事関数が大
きく、Sr量を増すにつれて仕事が低下し、これにとも
なって図9に示すフラットバンド電位が変化している。
This difference is caused by a difference in electronic state between the two kinds of conductive oxides used here. FIG. 9 shows this difference. In general, in a conductive perovskite, its conductivity is controlled by the composition of an insulating substance called a base material, and a state is formed in the band gap of the base material by injecting carriers, and this forms a band to form a ferrite. Having the surface provides metal conductivity.
The energy of the newly generated conductive band and Fermi surface measured from the valence band of the base material changes depending on the composition change, that is, the degree of carrier injection. On the other hand, these substances have a lower carrier concentration than ordinary metals,
Since the screening effect of conduction electrons is weak, the vacuum level of these substances keeps the same energy difference from the valence band of the original base material, in other words, the energy difference between the vacuum level and the Fermi surface, that is, the work function Can be controlled by changing the composition. This La-Sr
In the -Co-O system, when the amount of Sr is small, the work function is large, and the work decreases as the amount of Sr increases, and the flat band potential shown in FIG. 9 changes accordingly.

【0034】図1に示したようなMOSデバイスを作製
するためには、図7で示したようなゲート絶縁膜作製工
程に次いで、CMPによってゲートスタック部以外のL
a0.8−Sr0.2−CoO3層を除去し、続いて、
例えば450℃、圧力10mTorr〜1気圧におい
て、窒素ガスで希釈したSiHガスとNHガスの混
合ガスを用いて、例えば5〜200nmのCVDシリコ
ン窒化膜6を堆積する。以後の工程は、通常のMOSト
ランジスタの製造工程と同様である。すなわち、例えば
加速電圧20keV、ドーズ量1×1015cm−2
砒素のイオン注入を行い、ソース領域・ドレイン領域5
を形成する。続いて、化学気相成長法によって全面に層
間絶縁膜7となるCVDシリコン酸化膜を堆積し、この
層間絶縁膜にコンタクト孔を開口する。続いて、スパッ
タ法によって全面にAl膜を堆積し、このAl膜を反応
性イオンエッチングによってパターニングすることによ
り、図1に示したようなゲート絶縁膜を有するMOSト
ランジスタが完成する。
In order to fabricate the MOS device as shown in FIG. 1, following the step of fabricating the gate insulating film as shown in FIG.
removing the a0.8-Sr0.2-CoO3 layer,
For example, at 450 ° C. and a pressure of 10 mTorr to 1 atm, a CVD silicon nitride film 6 having a thickness of, for example, 5 to 200 nm is deposited using a mixed gas of SiH 4 gas and NH 3 gas diluted with nitrogen gas. Subsequent steps are the same as those of a normal MOS transistor. That is, for example, arsenic ions are implanted at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 , and the source region / drain region 5
To form Subsequently, a CVD silicon oxide film serving as an interlayer insulating film 7 is deposited on the entire surface by a chemical vapor deposition method, and a contact hole is opened in the interlayer insulating film. Subsequently, an Al film is deposited on the entire surface by a sputtering method, and the Al film is patterned by reactive ion etching, whereby a MOS transistor having a gate insulating film as shown in FIG. 1 is completed.

【0035】このようにして作製したMOSトランジス
タは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高
いことから、良好な特性が得られていることが確かめら
れた。
The MOS transistor thus manufactured has a low interface state and a high mobility of the inversion layer, and thus it has been confirmed that good characteristics have been obtained.

【0036】このようにゲート電極として導電性ペロブ
スカイトを用いることによりゲートにポリシリコンを用
いた場合と同様フラットバンドシフトやトランジスタの
閾値電圧を制御することが可能となる。ここではゲート
絶縁膜にSiO2ならびにSiO2と導電性酸化物の反
応層を用いた例を示したが、この作用はゲート絶縁膜に
高誘電体薄膜を用いた場合にも同様に用いることが可能
である。 (実施例5)図1に示したような構造を有するMOSト
ランジスタに適用可能な本発明のゲート電極ならびにゲ
ート絶縁膜及びその製造方法の第5の実施例について説
明する。まず、面方位(100)、比抵抗4〜6(cm
のp型シリコン基板11上に、反応性イオンエッチング
により、素子分離のための溝を形成する。続いて、例え
ばLP−TEOS膜を埋め込むことにより素子分離領域
を形成する。一例として、スパッタ法を用いて導電性酸
化物ゲート電極ならびにゲート絶縁膜を形成する場合に
ついて説明する。Si基板表面はまず、希フッ酸でウエ
ット処理を行い、表面を水素でターミネイトしたのち
3.5nmのSiO2熱酸化膜を設けた。次に、この基
板をスパッタ装置に導入し、基板温度を500℃でSr
RuO3をターゲットとして用いて、Si基板上にSr
RuO3を30nm堆積する。
As described above, by using a conductive perovskite as the gate electrode, it becomes possible to control the flat band shift and the threshold voltage of the transistor as in the case of using polysilicon for the gate. Here, an example in which SiO2 or a reaction layer of SiO2 and a conductive oxide is used for the gate insulating film has been described. However, this function can be similarly used when a high dielectric thin film is used for the gate insulating film. is there. (Embodiment 5) A description will be given of a fifth embodiment of the gate electrode, the gate insulating film and the method for manufacturing the same according to the present invention which are applicable to the MOS transistor having the structure shown in FIG. First, plane orientation (100), specific resistance 4-6 (cm)
A groove for element isolation is formed on the p-type silicon substrate 11 by reactive ion etching. Subsequently, for example, an element isolation region is formed by embedding an LP-TEOS film. As an example, a case where a conductive oxide gate electrode and a gate insulating film are formed by a sputtering method will be described. First, the surface of the Si substrate was wet-treated with dilute hydrofluoric acid, and after terminating the surface with hydrogen, a 3.5-nm SiO2 thermal oxide film was provided. Next, this substrate was introduced into a sputtering apparatus, and the substrate temperature was set to 500 ° C. and Sr
Using RuO3 as a target, Sr
RuO3 is deposited to a thickness of 30 nm.

【0037】このときSrRuO3とSiO2との間に
界面反応層が形成され、SiO2の上部はSrが拡散し
た層を形成する。この界面反応層は良好な絶縁特性を示
し、Siとの界面、また上部のSrRuO3との界面も
良好であることから、これをゲート絶縁膜に用いて界面
準位がすくなく移動度が大きく、ゲートリークが少ない
といった特性の優れた微細トランジスタを作成すること
ができる。
At this time, an interface reaction layer is formed between SrRuO3 and SiO2, and a layer in which Sr is diffused is formed on the upper portion of SiO2. Since this interface reaction layer has good insulating properties and also has a good interface with Si and an upper interface with SrRuO3, the interface reaction layer is used as a gate insulating film to have a small interface state and a high mobility. A fine transistor having excellent characteristics such as low leakage can be manufactured.

【0038】このように絶縁膜上に堆積したSrRuO
3などの導電性酸化物が極めて薄い場合には絶縁膜との
反応により高誘電層の形成が行なわれるが、さらにこの
上部にゲート電極を設ける必要がある。ここで用いる電
極はTiNやTaNなどの窒化物あるいはW,Moなど
の金属、また通常のポリシリコン電極を用いても良い。
The SrRuO thus deposited on the insulating film
When the conductive oxide such as 3 is extremely thin, a high dielectric layer is formed by a reaction with an insulating film, and a gate electrode needs to be further provided thereon. The electrode used here may be a nitride such as TiN or TaN, a metal such as W or Mo, or an ordinary polysilicon electrode.

【0039】このような絶縁膜上部の改質を行なうには
必ずしもSROのような導電性を有する酸化物を用いる
必要はなく、SrTiO3などを極薄く積層し、必要に
応じてエッチングなどで反応層以外の部分を除去してゲ
ート電極を堆積することも可能である。またさらにSr
やLaなどの元素をイオン注入などの方法でSiO2に
添加してこれをゲート絶縁膜として用いても良い。
It is not always necessary to use a conductive oxide such as SRO to modify the upper portion of the insulating film. SrTiO 3 or the like is laminated very thinly and the reaction layer is etched by etching if necessary. It is also possible to remove the other parts and deposit the gate electrode. Also Sr
Alternatively, an element such as La or La may be added to SiO2 by a method such as ion implantation and used as a gate insulating film.

【0040】上述のような製造方法を用いることによ
り、ゲート電極およびゲート絶縁膜を作製することが可
能となった。本実施例で作製したゲート絶縁膜のシリコ
ン酸化膜換算実効膜厚は1nmを達成することができ
た。同様にしてSi上に作成したキャパシタの誘電特性
ならびにリーク電流特性を図5、図6に示す。図1に示
したようなMOSデバイスを作製するためには、上記の
ようなゲート絶縁膜作製工程に次いで、CMPによって
ゲートスタック部以外のSrRuO3層を除去し、続い
て、例えば450℃、圧力10mTorr〜1気圧にお
いて、窒素ガスで希釈したSiHガスとNHガスの
混合ガスを用いて、例えば5〜200nmのCVDシリ
コン窒化膜6を堆積する。以後の工程は、通常のMOS
トランジスタの製造工程と同様である。すなわち、例え
ば加速電圧20keV、ドーズ量1×1015cm−2
で砒素のイオン注入を行い、ソース領域・ドレイン領域
5を形成する。続いて、化学気相成長法によって全面に
層間絶縁膜37となるCVDシリコン酸化膜を堆積し、
この層間絶縁膜にコンタクト孔を開口する。続いて、ス
パッタ法によって全面にAl膜を堆積し、このAl膜を
反応性イオンエッチングによってパターニングすること
により、図1に示したようなゲート絶縁膜を有するMO
Sトランジスタが完成する。
By using the above-described manufacturing method, a gate electrode and a gate insulating film can be manufactured. The silicon oxide film equivalent effective thickness of the gate insulating film manufactured in this example was 1 nm. FIGS. 5 and 6 show the dielectric characteristics and the leakage current characteristics of the capacitor similarly formed on Si. In order to fabricate the MOS device shown in FIG. 1, the SrRuO3 layer other than the gate stack portion is removed by CMP after the above-described gate insulating film fabrication process, and subsequently, for example, at 450 ° C. and a pressure of 10 mTorr. At a pressure of 61 atm, a CVD silicon nitride film 6 having a thickness of, for example, 5 to 200 nm is deposited using a mixed gas of a SiH 4 gas and an NH 3 gas diluted with a nitrogen gas. Subsequent steps are performed using a normal MOS
This is the same as the transistor manufacturing process. That is, for example, an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2
Then, ion implantation of arsenic is performed to form source / drain regions 5. Subsequently, a CVD silicon oxide film serving as an interlayer insulating film 37 is deposited on the entire surface by a chemical vapor deposition method,
A contact hole is opened in this interlayer insulating film. Subsequently, an Al film is deposited on the entire surface by a sputtering method, and the Al film is patterned by reactive ion etching, whereby an MO having a gate insulating film as shown in FIG.
The S transistor is completed.

【0041】このようにして作製したMOSトランジス
タは界面準位が少なく、かつ、反転層のモビリティが高
いことから、良好な特性が得られていることが確かめら
れた。
Since the MOS transistor thus manufactured has a small interface state and a high mobility of the inversion layer, it was confirmed that good characteristics were obtained.

【0042】本発明に用いるアルカリ土類あるいは希土
類を含む導電性酸化物としては以下のような物資を用い
ることができる。
The following materials can be used as the conductive oxide containing an alkaline earth or a rare earth used in the present invention.

【0043】ARuO3,AIrO3,ARhO3,A
CoO3,AMnO3,AVO3,ANiO3,ARu
1−xTiO3 (Aは希土類あるいはアルカリ土類
から選ばれた少なくとも一種)。
ARuO3, AirO3, ARhO3, A
CoO3, AMnO3, AVO3, ANiO3, ARu
1-x Ti x O 3 (A is at least one selected from rare earths or alkaline earths).

【0044】具体的には、SrRuO3, BaRuO
3, SrIrO3, SrRhO3, La0.5S
r0.5CoO3などを用いることが望ましい。
Specifically, SrRuO3, BaRuO
3, SrIrO3, SrRhO3, La0.5S
It is desirable to use r0.5CoO3 or the like.

【0045】またゲート電極材料の電子状態を変化させ
て仕事関数、ひいてはバリアハイトやトランジスタの閾
値を変化させる場合には、SrRu1−xTiO3や
La1−xSrCoO3におけるxの値を制御してこ
れを行うことができる。
When the work function, that is, the barrier height or the threshold value of the transistor is changed by changing the electronic state of the gate electrode material, the value of x in SrRu 1-x Ti x O 3 or La 1-x Sr x CoO 3 is changed. This can be controlled and done.

【0046】ここで酸素量はこれらの物質が持つ代表的
な値を示しているが酸素欠損を有していてもよい。
Here, the amount of oxygen is a typical value of these substances, but may have oxygen deficiency.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば誘電
率が高くかつリーク電流が低く、また良好な界面特性を
備えさらに閾値電圧を容易に制御可能なゲートスタック
を有するMOSトランジスタが提供される。本発明を用
いることによりLSIのさらなる微細化高速化が可能と
なり其の工業的価値は絶大である。
As described in detail above, according to the present invention, there is provided a MOS transistor having a high dielectric constant, a low leakage current, a good interface characteristic, and a gate stack capable of easily controlling the threshold voltage. Is done. By using the present invention, further miniaturization and high-speed LSI can be realized, and its industrial value is enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のMOSトランジスタの一例を説明す
るための模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a MOS transistor according to the present invention.

【図2】 本発明のMOSトランジスタの製造方法(第
1の実施例)を説明するための工程断面図。
FIG. 2 is a process cross-sectional view for explaining the MOS transistor manufacturing method (first embodiment) of the present invention.

【図3】 本発明のMOSトランジスタの製造方法(第
2の実施例)を説明するための工程断面図。
FIG. 3 is a process cross-sectional view for explaining the MOS transistor manufacturing method (second embodiment) of the present invention.

【図4】 本発明のMOSトランジスタの製造方法(第
3の実施例)を説明するための工程断面図。
FIG. 4 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing a MOS transistor according to the present invention (third embodiment).

【図5】 本発明の第3の実施例におけるMISキャパ
シタの誘電特性を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing dielectric characteristics of a MIS capacitor according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第3の実施例におけるMISキャパ
シタのリーク特性を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a leakage characteristic of a MIS capacitor according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明のMOSトランジスタの製造方法(第
4の実施例)を説明するための工程断面図。
FIG. 7 is a process cross-sectional view for explaining the MOS transistor manufacturing method (fourth embodiment) of the present invention.

【図8】 本発明の第4の実施例におけるMISキャパ
シタの誘電特性を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing dielectric characteristics of a MIS capacitor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第4の実施例におけるフラットバン
ド電位が変化を示した図。
FIG. 9 is a diagram showing a change in flat band potential according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 … シリコン半導体基板 2 … 素子分離領域 3 … ゲート絶縁膜 4 … 導電性酸化物ゲート電極 5 … 拡散層(ソース・ドレイン領域) 6 … CVDシリコン窒化膜 7 … 層間絶縁膜 8 … Al配線 11 … シリコン基板 12 … 素子分離領域 13 …ゲート絶縁膜 14 …導電性酸化物ゲート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon semiconductor substrate 2 ... Element isolation region 3 ... Gate insulating film 4 ... Conductive oxide gate electrode 5 ... Diffusion layer (source / drain region) 6 ... CVD silicon nitride film 7 ... Interlayer insulating film 8 ... Al wiring 11 ... Silicon substrate 12 Element isolation region 13 Gate insulating film 14 Conductive oxide gate electrode

フロントページの続き (72)発明者 山口 豪 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 佐野 賢也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 梁瀬 直子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐竹 秀喜 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB36 BB37 CC05 DD37 EE03 EE16 5F058 BA20 BB04 BD01 BD04 BD05 BD10 BF12 BF23 BF30 BJ01 5F140 AA00 AA24 AA39 BA01 BD01 BD11 BD13 BE01 BE03 BE06 BE10 BF01 BF10 BG08 BG14 BG30 BK13 BK29 CA03 CC03 CC12 Continued on the front page (72) Inventor Go Go Yamaguchi 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Kenya Sano 1st Kogashi-Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Co., Ltd. Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Naoko Yanase 1, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Hideki Satake 1, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Address F-term in Toshiba R & D Center (Reference) 4M104 AA01 BB36 BB37 CC05 DD37 EE03 EE16 5F058 BA20 BB04 BD01 BD04 BD05 BD10 BF12 BF23 BF30 BJ01 5F140 AA00 AA24 AA39 BA01 BD01 BD11 BD13 BE01 BG10 BE10 BE10 BK13 BK29 CA03 CC03 CC12

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si基板にソース及びドレイン領域を設
け、そのソース、ドレイン領域間上にゲート絶縁膜を介
してゲート電極を設けてなる電界効果トランジスタにお
いて、前記ゲート電極に導電性酸化物を用い、その導電
性酸化物にアルカリ土類あるいは希土類から選ばれた少
なくとも一種を含有することを特徴とする電界効果トラ
ンジスタ。
1. A field effect transistor in which a source and drain regions are provided on a Si substrate, and a gate electrode is provided between the source and drain regions via a gate insulating film, wherein a conductive oxide is used for the gate electrode. A field-effect transistor, wherein the conductive oxide contains at least one selected from the group consisting of alkaline earths and rare earths.
【請求項2】 前記導電性酸化物がペロブスカイト構造
を有することを特徴とする請求項1記載の電界効果トラ
ンジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein said conductive oxide has a perovskite structure.
【請求項3】 前記ゲート絶縁膜として、前記基板のS
iと前記導電性酸化物との界面反応で生ずる絶縁膜、或
いは前記Si基板上に設けたSiO2膜と前記導電性酸
化物との界面反応で生ずる絶縁膜、を用いたことを特徴
とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。
3. The method according to claim 1, wherein the gate insulating film is formed of S
An insulating film formed by an interface reaction between i and the conductive oxide or an insulating film formed by an interface reaction between a SiO2 film provided on the Si substrate and the conductive oxide is used. Item 2. The field effect transistor according to Item 1.
【請求項4】 前記導電性酸化物がARuO3, AI
rO3, ARhO3, ACoO3, AMnO3,
AVO3, ANiO3, ARu1−xTiO3
(Aは希土類あるいはアルカリ土類から選ばれた少な
くとも一種)。から選ばれた少なくとも一種を含有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電
界効果トランジスタ。
4. The method according to claim 1, wherein the conductive oxide is ARuO3, AI.
rO3, ARhO3, ACoO3, AMnO3
AVO3, ANiO3, ARu 1-x Ti x O3
(A is at least one selected from rare earth or alkaline earth). The field-effect transistor according to any one of claims 1 to 3, further comprising at least one selected from the group consisting of:
【請求項5】 前記導電性酸化物がSrRuO3, B
aRuO3, SrIrO3, SrRhO3, La
0.5Sr0.5CoO3から選ばれた少なくとも一種
を含有することを特徴とする請求項4記載の電界効果ト
ランジスタ。
5. The method according to claim 1, wherein the conductive oxide is SrRuO3, B
aRuO3, SrIrO3, SrRhO3, La
The field effect transistor according to claim 4, wherein the field effect transistor contains at least one selected from 0.5Sr0.5CoO3.
JP2001091170A 2001-03-27 2001-03-27 Field effect transistor Expired - Fee Related JP3779556B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001091170A JP3779556B2 (en) 2001-03-27 2001-03-27 Field effect transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001091170A JP3779556B2 (en) 2001-03-27 2001-03-27 Field effect transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002289844A true JP2002289844A (en) 2002-10-04
JP3779556B2 JP3779556B2 (en) 2006-05-31

Family

ID=18945842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001091170A Expired - Fee Related JP3779556B2 (en) 2001-03-27 2001-03-27 Field effect transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3779556B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7405451B2 (en) 2003-12-26 2008-07-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device including MIS transistors
JP2008529274A (en) * 2005-01-26 2008-07-31 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Metal gate transistor for CMOS process and manufacturing method thereof
JP2008535246A (en) * 2005-03-28 2008-08-28 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Conductive metal oxides with additives as PMOS device electrodes

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7405451B2 (en) 2003-12-26 2008-07-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device including MIS transistors
JP2008529274A (en) * 2005-01-26 2008-07-31 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Metal gate transistor for CMOS process and manufacturing method thereof
JP2008535246A (en) * 2005-03-28 2008-08-28 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Conductive metal oxides with additives as PMOS device electrodes
KR101246640B1 (en) 2005-03-28 2013-03-25 프리스케일 세미컨덕터, 인크. Conducting metal oxide with additive as P-MOS device electrode
TWI416596B (en) * 2005-03-28 2013-11-21 飛思卡爾半導體公司 Conductive metal oxide having an additive of a P-MOS device electrode

Also Published As

Publication number Publication date
JP3779556B2 (en) 2006-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6784101B1 (en) Formation of high-k gate dielectric layers for MOS devices fabricated on strained lattice semiconductor substrates with minimized stress relaxation
JP4002868B2 (en) Dual gate structure and method of manufacturing integrated circuit having dual gate structure
CN100517601C (en) Method for forming high dielectric constant dielectric layer, semiconductor device and manufacturing method thereof
US9166004B2 (en) Semiconductor device contacts
US7170110B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
TWI453820B (en) Semiconductor device and method thereof
JP2007513498A (en) CVD Tantalum Compound for FET Gate Electrode (Chemical Vapor Deposition Method of Compounds Containing Ta and N and Semiconductor Field Effect Device)
US9281390B2 (en) Structure and method for forming programmable high-K/metal gate memory device
US8203176B2 (en) Dielectric, capacitor using dielectric, semiconductor device using dielectric, and manufacturing method of dielectric
JP2007208260A (en) CMOS semiconductor device with dual work function metal gate stack
KR20060098361A (en) Structure and method of metal replacement gate in high performance device
CN109037046B (en) Metal gate, semiconductor device and method of making the same
KR20030076266A (en) Mis semiconductor device and manufacturing method thereof
US20070152273A1 (en) High performance circuit with metal and polygate electrodes
JP2006344836A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7074657B2 (en) Low-power multiple-channel fully depleted quantum well CMOSFETs
US8928051B2 (en) Metal oxide semiconductor (MOS) device with locally thickened gate oxide
US20070166931A1 (en) Methods of Manufacturing A Semiconductor Device for Improving the Electrical Characteristics of A Dielectric Film
JP2009054609A (en) P-channel MOS transistor, N-channel MOS transistor, and nonvolatile semiconductor memory device
JP3779556B2 (en) Field effect transistor
CN114695097B (en) Semiconductor structure manufacturing method and semiconductor structure
US20080023765A1 (en) Semiconductor Devices and Methods of Fabricating the Same
TWI413170B (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR100764341B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN110034190A (en) Negative capacitance field effect transistor and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050802

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050928

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20051109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051129

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060228

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060302

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100310

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100310

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110310

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120310

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130310

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130310

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140310

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees