[发明专利]控制器件阈值电压的CMOSFETs结构及其制造方法

权利要求书

1.一种利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，该结构包括：

硅衬底；

在硅衬底上生长的SiO₂界面层；

在SiO₂界面层上沉积的高k栅介质层；

在高k栅介质层上沉积的极薄金属层；

在极薄金属层结构上沉积的高k栅介质层；

在高k栅介质叠层结构上沉积的金属栅层。

2.根据权利要求1所述的利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，所述SiO₂界面层的厚度为0.3～1nm。

3.根据权利要求1所述的利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，所述极薄金属层是被沉积于两层或多层同类或不同类的高k栅介质中间，所使用的沉积方法包括，物理沉积、化学气相沉积或原子层沉积。

4.根据权利要求1所述的利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，对NMOS器件和PMOS器件，极薄金属层的材料不同，对于NMOS器件，极薄金属层的材料包括稀土金属Y、La、Dy、和Gd中的任一种；对PMOS器件，极薄金属层的材料包括金属Al、Mg和Hf中的任一种。

5.根据权利要求1所述的利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，所述高k栅介质层包含一层高k栅介质结构或多层高k栅介质结构。

6.根据权利要求1所述的利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，所述金属栅层包含一层栅电极结构或多层栅电极结构，是TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、TiAlN、MoAlN、HfAlN、TaYbN、TaErN、TaTbN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Ir、W、Mo、Re、RuO_x、RuTa_x、HfRu_x、多晶硅和金属硅化物中的至少一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构，其特征在于，所述高k栅介质层是HfO₂、HfSiO_x、HfON、HfSiON、HfAlO_x、Al₂O₃、ZrO₂、ZrSiO_x、Ta₂O₅、La₂O₃、HfLaO_x、LaAlO_x和LaSiO_x中的至少一种，或者是HfO₂、HfSiO_x、HfON、HfSiON、HfAlO_x、Al₂O₃、ZrO₂、ZrSiO_x、Ta₂O₅、La₂O₃、HfLaO_x、LaAlO_x和LaSiO_x中至少一种的氮化物、氮氧化物、其他稀土元素氧化物、其他稀土元素氮化物、SiN_x和SiON中的至少一种或多种的组合。

8.一种利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：

在硅衬底上生长SiO₂界面层；

在SiO₂界面层上沉积高k栅介质层；

在高k栅介质层上沉积极薄金属层，形成高k栅介质层/极薄金属层结构；

在高k栅介质层/极薄金属层结构上沉积高k栅介质层，形成高k栅介质层/极薄金属层/高k栅介质叠层结构；

在高k栅介质层/极薄金属层/高k栅介质叠层结构上沉积金属栅层；

涂胶和刻蚀，形成利用栅叠层结构控制器件阈值电压的CMOSFETs结构。