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公開番号2025134312
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-17
出願番号2024032142
出願日2024-03-04
発明の名称半導体装置及び半導体記憶装置
出願人キオクシア株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10D 84/85 20250101AFI20250909BHJP()
要約【課題】nチャネル型MOSFETの閾値電圧とpチャネル型MOSFETの閾値電圧を、それぞれ所望の閾値電圧に制御する半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置は、第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート電極と、を含み、第1のゲート電極は、Ti及びAlを含む第1の領域と、第1のゲート絶縁膜と第1の領域との間に設けられ、第1のゲート絶縁膜に接し、第1の金属元素及び窒素(N)を含む第2の領域と、を含む、nチャネル型MOSFETと、第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート電極と、を含み、第2のゲート電極は、Ti及びAlを含む第3の領域と、第2のゲート絶縁膜と第3の領域との間に設けられ、第2のゲート絶縁膜に接し、第1の金属元素及び窒素(N)を含む第4の領域と、第3の領域と第4の領域との間に設けられ、Hf又はZrの第2の金属元素及び窒素(N)を含む第5の領域と、を含む、pチャネル型MOSFETと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のゲート絶縁膜と、第１のゲート電極と、を含むｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであって、
前記第１のゲート電極は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む第１の領域と、
前記第１のゲート絶縁膜と前記第１の領域との間に設けられ、前記第１のゲート絶縁膜に接し、第１の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第２の領域と、を含む、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴと、
第２のゲート絶縁膜と、第２のゲート電極と、を含むｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであって、
前記第２のゲート電極は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む第３の領域と、
前記第２のゲート絶縁膜と前記第３の領域との間に設けられ、前記第２のゲート絶縁膜に接し、前記第１の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第４の領域と、
前記第３の領域と前記第４の領域との間に設けられ、ハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）の少なくともいずれか一方の第２の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第５の領域と、を含む、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴと、
を備える半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第１の金属元素と、前記少なくともいずれか一方の第２の金属元素は異なる、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のゲート電極は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられ、第３の金属元素及び窒素（Ｎ）を含み、前記第３の金属元素は前記第１の金属元素及び前記少なくともいずれか一方の第２の金属元素と異なる、第６の領域を、更に含み、
前記第２のゲート電極は、前記第４の領域と前記第５の領域との間に設けられ、前記第３の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第７の領域を、更に含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の金属元素は遷移金属元素である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の金属元素は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びタングステン（Ｗ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素である、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第３の金属元素は遷移金属元素である、請求項３記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３の金属元素は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びタングステン（Ｗ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素である、請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜は、二酸化シリコンよりも誘電率の高い物質を含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜は、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）、及びチタン（Ｔｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素と、酸素（Ｏ）を含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴは半導体基板の第１部分を更に備え、前記第１のゲート絶縁膜は、前記第１部分の上に設けられ、
前記ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴは前記半導体基板の第２部分を更に備え、前記第２のゲート絶縁膜は、前記第２部分の上に設けられる、請求項１記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及び半導体記憶装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを備える半導体装置では、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧、及び、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧を、それぞれ所望の閾値電圧に制御することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－２０８２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧、及び、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧を、それぞれ所望の閾値電圧に制御する半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の半導体装置は、第１のゲート絶縁膜と、第１のゲート電極と、を含むｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであって、前記第１のゲート電極は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む第１の領域と、前記第１のゲート絶縁膜と前記第１の領域との間に設けられ、前記第１のゲート絶縁膜に接し、第１の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第２の領域と、を含む、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴと、第２のゲート絶縁膜と、第２のゲート電極と、を含むｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであって、前記第２のゲート電極は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む第３の領域と、前記第２のゲート絶縁膜と前記第３の領域との間に設けられ、前記第２のゲート絶縁膜に接し、前記第１の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第４の領域と、前記第３の領域と前記第４の領域との間に設けられ、ハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）の少なくともいずれか一方の第２の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第５の領域と、を含む、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。
第１の比較形態の半導体装置の模式断面図。
第２の比較形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
第１の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第３の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第４の実施形態の半導体記憶装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。
【０００８】
また、本明細書中、便宜上「上」、又は、「下」という用語を用いる場合がある。「上」、又は、「下」とはあくまで図面内での相対的位置関係を示す用語であり、重力に対する位置関係を規定する用語ではない。
【０００９】
本明細書中の半導体装置及び半導体記憶装置を構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）、ラザフォード後方散乱分析法（ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋ－ＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＢＳ）により行うことが可能である。また、半導体装置及び半導体記憶装置を構成する部材の厚さ、部材間の距離、結晶粒径等の測定には、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）を用いることが可能である。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体装置は、第１のゲート絶縁膜と第１のゲート電極を含むｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴと、第２のゲート絶縁膜と第２のゲート電極を含むｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴと、を備える。第１のゲート電極は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む第１の領域と、第１のゲート絶縁膜と第１の領域との間に設けられ、第１のゲート絶縁膜に接し、第１の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第２の領域と、を含む。第２のゲート電極は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む第３の領域と、第２のゲート絶縁膜と第３の領域との間に設けられ、第２のゲート絶縁膜に接し、第１の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第４の領域と、第３の領域と第４の領域との間に設けられ、ハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）の少なくともいずれか一方の第２の金属元素及び窒素（Ｎ）を含む第５の領域と、を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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