[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年6月18日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-139847的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及半导体装置及其制造方法，具体地涉及具有n沟道场效应晶体管和p沟道场效应晶体管的半导体装置以及该半导体装置的制造方法。

背景技术

金属-绝缘(氧化物)半导体场效应晶体管(MISFET或MOSFET)是半导体装置中的基本元件。随着半导体装置的小型化和高集成度的发展，MISFET的小型化程度越来越高。

通常将n沟道MISFET(下文也称作NTr)和p沟道MISFET(下文也称作PTr)包含在同一基板上的结构称为CMOS电路。

由于CMOS电路功耗低，且小型化和高集成度的CMOS电路容易实现器件的高速操作，所以CMOS电路广泛地用作各种大规模集成电路(LSI)中的器件。

在现有技术中，将硅的热氧化物膜(氧化硅：SiO₂)或者将通过对氧化硅进行热氮化或在等离子中进行处理而形成的膜(氮氧化硅：SiON)广泛地用作栅极绝缘膜。

掺杂有磷(P)或砷(As)的n型多晶硅层和掺杂有硼(B)的p型多晶硅层已广泛用作NTr和PTr的栅电极。

然而，当根据缩放原则使栅极绝缘膜变薄或减小栅极长度变小时，由于使氧化硅膜和氮氧化硅膜变薄的原因，增加了栅极漏电流，从而降低了可靠性。

此外，由于在栅电极中形成耗尽层的原因，减小了栅极电容，因此，提出了使用具有高介电常数的绝缘材料(高介电膜)作为栅极绝缘膜的方法和使用金属作为栅电极的方法。

例如，可以将铪的化合物等用作高介电膜的材料。尤其是，氧化铪(HfO₂)由于能够在保持高介电常数的同时抑制电子/空穴迁移率的降低而成为最有应用前景的材料。

然而，如在“High Performance nMOSFET with Hfsix/Hf02 Gate Stack by Low Temperature Process”，T，Hirano et al.，Tech.Dig.IEDM，第911页，(2005)”(非专利文献1)中所披露，由于进行高温处理(例如，对源极/漏极(S/D)进行活化退火处理)，所以会出现特性降低(例如，载流子迁移率降低)的问题。

其功函数(WF)具有理想值的金属材料作为形成栅电极的材料可以提供良好的晶体管特性。

为了增强LSI的性能，MISFET需要在获得较低阈值的同时抑制短沟道效应等，于是NTr的栅电极的金属材料需要具有接近4.1eV的WF，PTr的栅电极的金属材料需要具有接近5.2eV的WF。

已知的满足上述条件的金属材料并不多，下述文献披露了在NTr中使用铪硅化物(HfSix)，并在PTr中使用钌(Ru)和氮化钛(TiN)的情况：“High Performance nMOSFET with HfSix/Hf02 Gate Stack by Low Temperature Process”，K.Tai et al.，ISTC，p 330(2006)；“High Performance Dual Metal Gate CMOS with High Mobility and Low Threshold Voltage Applicable to Bulk CMOS Technology”，S.Yamaguchi et al.，Symp.VLSI Tech.，p.192(2006)；“Sub-1nm EOT HfSix/Hf02 Gate Stack Using Novel Si Extrusion Process for High Performance Application”，T.Ando et al.，Symp.VLSI Tech.，p.208(2006)；以及“High Performance pMOSFET with ALD-TiN/Hf02 Gate Stack on(110)Substrate by Low Temperature Process”，K.Tai et al.，ESSDERC.，p.121(2006)等(非专利文献2～5)。

然而，由于进行高温处理步骤，上述材料的WF值也会发生变化，所以这就会出现诸如载流子迁移率降低之类的特性降低的问题。