[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，尤其涉及适用于包括具有高介电常数栅绝缘膜和金属栅电极的MISFET的半导体器件及其制造技术的有效技术。

背景技术

通过在半导体衬底上形成栅绝缘膜、在栅绝缘膜上形成栅电极，利用离子注入等形成源区、漏区，可以形成MISFET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)。作为栅电极，一般用多晶硅膜。

但是，近年来随着MISFET元件的微型化，栅绝缘膜变薄。在将多晶硅膜用于栅电极时，栅电极的耗尽造成的影响变得不能忽略。因此，提出了作为栅电极使用金属栅电极以抑制栅电极的耗尽现象的技术。

另外，随着MISFET元件的微型化，栅绝缘膜变薄，如果使用薄的氧化硅膜作为栅绝缘膜，则流过MISFET的沟道的电子可以隧穿由氧化硅膜形成的势垒，产生流过栅电极的所谓隧道电流。因此，提出了通过使用由介电常数比氧化硅膜的高的材料(高介电常数材料)作为栅绝缘膜，即使电容相同，物理厚度也增加，由此减小泄漏电流的技术。

在日本特开2005-191341号公报(专利文献1)中记载了把AlO膜/HfAlO膜/AlO膜层叠而形成层叠结构的高介电常数绝缘膜的技术。另外，在日本特开2005-191341号公报(专利文献1)中还记载了由AlO膜、LaO膜和AlO膜层叠而成的高介电常数绝缘膜。在日本特开2005-191341号公报(专利文献1)中，高介电常数绝缘膜以Al和氧为主要成分，由于作为针对32～22nm节点的高介电常数栅绝缘膜，泄漏电流太多，所以应用时有问题。

在日本特开2003-8005号公报(专利文献2)中记载了在高k膜(高介电常数膜)与硅衬底的界面存在氮化硅膜，在高k膜与TiN/Al金属栅膜的界面存在含氮的CVD-HfO₂膜的技术。

<专利文献1>日本特开2005-191341号公报

<专利文献2>日本特开2003-8005号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

通过本发明人进行的研究，已经明白了以下情况。

使用金属栅电极时可以解决栅电极的耗尽问题，但是与使用多晶硅栅电极时相比，MISFET的阈值电压(阈值)的绝对值会变大；如果是CMISFET(互补金属绝缘体半导体场效应晶体管)，则n沟道型MISFET和p沟道型MISFET这二者的阈值电压的绝对值都会增大。因此，希望在使用金属栅电极时降低阈值(减小阈值电压的绝对值)。

作为栅绝缘膜用的高介电常数膜(高k膜)，优选作为含Hf的高介电常数膜的Hf系栅绝缘膜，但如果将稀土类元素(特别优选为镧)导入n沟道型MISFET中的Hf系栅绝缘膜中，则可以降低n沟道型MISFET的阈值。另外，如果将铝导入p沟道型MISFET中的Hf系栅绝缘膜中，则可以降低p沟道型MISFET的阈值。

但是，向Hf系栅绝缘膜导入稀土类元素时，由于该稀土类元素容易扩散到金属栅电极和半导体衬底侧，所以可能会产生种种问题。例如，如果稀土类元素扩散到金属栅电极中，则金属栅电极的有效功函会变化，所以n沟道型MISFET的阈值会偏离设计值(目标值)，导致阈值波动(变化)，会导致具有MISFET的半导体器件的性能降低。另外，由于稀土类元素的反应性高，且容易结晶，所以如果在Hf系栅绝缘膜与金属栅电极的界面存在高浓度的稀土类元素，则氧、水分或OH基等的氧化剂容易从栅电极的侧面一侧通过Hf系栅绝缘膜与金属栅电极的界面浸入，会导致金属栅电极的氧化。如果金属栅电极氧化，则金属栅电极的有效功函会变化，所以n沟道型MISFET的阈值会偏离设计值(目标值)，导致阈值波动(变化)，会导致具有MISFET的半导体器件的性能降低。另一方面，如果稀土类元素会扩散到半导体衬底中，则会降低沟道的移动度等等，导致MISFET的特性降低，会导致具有MISFET的半导体器件的性能降低。因此，为了实现包括具有高介电常数栅绝缘膜和金属栅电极的MISFET的半导体器件的性能进一步提高，希望能抑制这样的因稀土类元素向金属栅电极和半导体衬底侧扩散而造成的问题。

本发明的目的在于提供可以在包括具有高介电常数栅绝缘膜和金属栅电极的MISFET的半导体器件中实现性能提高的技术。

本发明的上述和其它的目的和新颖特征，从本说明书的描述和附图可以清楚地看出。

(用来解决问题的手段)

如果简要地说明本申请中公开的发明中的代表性方案的概要，则如下所述。