高kゲート誘電体のための、不純物酸素を捕捉する半導体構造および該構造を形成する方法(高kゲート誘電体のための捕捉金属スタック)

発明者： , , ,
出願人/特許権者：
代理人 (3件)：上野剛史 , 太佐種一 , 市位嘉宏
公報種別：公開公報
出願番号（国際出願番号）：特願2010-136861
公開番号（公開出願番号）：特開2011-003899
出願日： 2010年06月16日
公開日（公表日）： 2011年01月06日
要約：

【課題】CMOS集積過程での高温処理の後であっても一定の閾値電圧を維持する高kゲート誘電体の提供。【解決手段】高kゲート誘電体30と、下部金属層40、捕捉金属層50、および上部金属層60を含む金属ゲート構造とのスタックを提供する。該捕捉金属層は、次の2つの基準、1)Si+2/yMxOy→2x/yM+SiO2の反応によるギブス自由エネルギの変化が正である金属(M)であること、2)酸化物形成に対する酸素原子あたりのギブス自由エネルギが、下部金属層の金属および上部金属層の金属より大きな負である金属であること、を満たす。これらの基準を満たす捕捉金属層は、酸素原子がゲート電極を通って高kゲート誘電体に向け拡散するときに該酸素原子を捕捉する。さらに、該捕捉金属層は、高kゲート誘電体の下の酸化ケイ素界面層の厚さを遠隔から低減する。この結果、ゲート誘電体全体の等価酸化膜厚(EOT)の変動が抑制される。【選択図】図4

請求項（抜粋）：

半導体材料を包含する半導体基板と 7.5より大きい誘電率を有し前記半導体基板上に配置された高誘電率(高k)誘電体層、を包含するゲート誘電体と、前記ゲート誘電体に隣接する下部金属層と、前記下部金属層に隣接する捕捉金属層と、前記捕捉金属層に隣接する上部金属層とを含む、前記ゲート誘電体に隣接するゲート電極と、を含む半導体構造であって、前記捕捉金属層は、Si + 2/y MxOy→2x/y M + SiO2の反応のギブス自由エネルギの変化が正である金属(前式のM)を含み、前記金属との酸化物形成に対する酸素原子あたりのギブス自由エネルギは、前記下部金属層中の第一金属化合物内の第一元素金属の酸化物形成に対する酸素原子あたりのギブス自由エネルギと等しいかまたはそれより大きな負であり、前記上部金属層中の第二金属化合物内の第二元素金属の酸化物形成に対する酸素原子あたりのギブス自由エネルギと等しいかまたはそれより大きな負である、前記半導体構造。

IPC (5件)：

H01L 29/78 , H01L 29/786 , H01L 29/49 , H01L 29/423 , H01L 21/28

FI (7件)：

H01L29/78 301G , H01L29/78 617U , H01L29/78 617T , H01L29/78 617L , H01L29/78 617M , H01L29/58 G , H01L21/28 301R

Fターム (138件)：

4M104AA01 , 4M104AA02 , 4M104AA03 , 4M104AA04 , 4M104AA05 , 4M104AA06 , 4M104AA09 , 4M104BB20 , 4M104BB21 , 4M104BB22 , 4M104BB23 , 4M104BB30 , 4M104BB32 , 4M104BB36 , 4M104BB40 , 4M104CC01 , 4M104CC05 , 4M104DD02 , 4M104DD19 , 4M104DD20 , 4M104DD33 , 4M104DD43 , 4M104DD64 , 4M104DD66 , 4M104DD79 , 4M104DD80 , 4M104DD84 , 4M104EE03 , 4M104EE14 , 4M104EE16 , 4M104FF17 , 4M104FF18 , 4M104GG09 , 4M104GG10 , 4M104HH05 , 4M104HH20 , 5F110AA30 , 5F110CC02 , 5F110DD05 , 5F110DD13 , 5F110EE01 , 5F110EE04 , 5F110EE05 , 5F110EE09 , 5F110EE11 , 5F110EE15 , 5F110EE42 , 5F110EE45 , 5F110FF01 , 5F110FF02 , 5F110FF09 , 5F110FF27 , 5F110FF29 , 5F110GG01 , 5F110GG02 , 5F110GG03 , 5F110GG12 , 5F110HK05 , 5F110HK32 , 5F110HK34 , 5F110HK40 , 5F110NN02 , 5F110NN22 , 5F110NN23 , 5F110NN24 , 5F110NN25 , 5F110NN26 , 5F110NN35 , 5F140AA00 , 5F140AA06 , 5F140AB03 , 5F140AC36 , 5F140BA01 , 5F140BA02 , 5F140BA03 , 5F140BA05 , 5F140BA06 , 5F140BA07 , 5F140BA08 , 5F140BA10 , 5F140BA18 , 5F140BD01 , 5F140BD04 , 5F140BD05 , 5F140BD11 , 5F140BD13 , 5F140BE02 , 5F140BE09 , 5F140BE10 , 5F140BF03 , 5F140BF10 , 5F140BF13 , 5F140BF15 , 5F140BF17 , 5F140BF21 , 5F140BF22 , 5F140BF23 , 5F140BF24 , 5F140BF28 , 5F140BF30 , 5F140BF60 , 5F140BG08 , 5F140BG14 , 5F140BG27 , 5F140BG28 , 5F140BG30 , 5F140BG32 , 5F140BG35 , 5F140BG37 , 5F140BG40 , 5F140BG44 , 5F140BG45 , 5F140BG51 , 5F140BG53 , 5F140BH14 , 5F140BH49 , 5F140BJ08 , 5F140BJ11 , 5F140BJ27 , 5F140BK02 , 5F140BK13 , 5F140BK21 , 5F140BK29 , 5F140BK30 , 5F140BK35 , 5F140BK38 , 5F140BK39 , 5F140CC03 , 5F140CC05 , 5F140CC06 , 5F140CC07 , 5F140CC08 , 5F140CC09 , 5F140CC10 , 5F140CC12 , 5F140CC16 , 5F140CE10 , 5F140CF04

引用特許：

審査官引用 (11件)

半導体装置及びその製造方法
公報種別：公開公報出願番号：特願2006-088137 出願人：株式会社東芝
半導体装置の製造方法及び半導体装置
公報種別：公開公報出願番号：特願2002-131069 出願人：株式会社日立製作所
二重仕事関数金属ゲートスタックを備えるCMOS半導体装置
公報種別：公開公報出願番号：特願2007-016502 出願人：三星電子株式会社

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