專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。特別涉及一種具有不同閾值電壓的多個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS :Metal Insulator-Semiconductor)晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)半導(dǎo)體器件的細(xì)微化要求而進(jìn)行柵極絕緣膜的薄膜化，引發(fā)了柵極絕緣膜出現(xiàn)漏電流的問題。為了克服柵極絕緣膜的漏電流問題，曾研究探討過導(dǎo)入高介電常數(shù)膜(高k膜)作為柵極絕緣膜的構(gòu)成材料。但是在導(dǎo)入時(shí)也有可能面臨金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的釘扎(pinning)現(xiàn)象的問題。例如，為解決此問題日本公開特許公報(bào)特開2007-329237號(hào)(專利文獻(xiàn)1)記述了在鉿系高介電常數(shù)膜和柵電極之間的界面插入鋁系絕緣膜的內(nèi)容。 例如，根據(jù)日本公開特許公報(bào)特開2006-13092號(hào)(專利文獻(xiàn)2)，為控制具有高介電常數(shù)膜的金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓，而調(diào)節(jié)金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
《專利文獻(xiàn)1》 日本公開特許公報(bào)特開2007-329237號(hào)
《專利文獻(xiàn)2》 日本公開特許公報(bào)特開2006-13092號(hào) 根據(jù)半導(dǎo)體器件的用途，有時(shí)候需要在同一半導(dǎo)體襯底上混裝多個(gè)閾值電壓的絕對(duì)值互異的金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管。為通過調(diào)節(jié)雜質(zhì)濃度而提高閾值電壓的絕對(duì)值，就需要提高溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度。但是，如果溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度提高，遷移率就會(huì)由于雜質(zhì)散射而下降。因此，存在著多個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管中閾值電壓的絕對(duì)值大的金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動(dòng)電流下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，進(jìn)行了本案研究。目的在于提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，在使用閾值電壓的絕對(duì)值互異的多個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的情況下，可抑制閾值電壓的絕對(duì)值較大的金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動(dòng)電流的下降。 本發(fā)明一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件包括具有第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管和具有第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管。第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域、第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜以及第一 n型金屬絕緣體半
導(dǎo)體金屬電極。第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域設(shè)在半導(dǎo)體襯底上。第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜設(shè)在第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且至少含有鑭與鎂中的一種金屬。第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極設(shè)在第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上。第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域、第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜以及第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極。第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域設(shè)在半導(dǎo)體襯底上。第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜設(shè)在第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上。第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極設(shè)在第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上。第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值，第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。 本發(fā)明另一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件包括具有第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管和具有第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管。其中，第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域、第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜以及第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極。第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域設(shè)在半導(dǎo)體襯底上。第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜設(shè)在第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且含有鋁。第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極設(shè)在第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上。第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域、第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜以及第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極。第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域設(shè)在半導(dǎo)體襯底上。第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜設(shè)在第二
P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上。第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極設(shè)在第二 P型金
屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上。第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于第一
P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值，第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的
鋁原子濃度小于第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鋁原子濃度。 本發(fā)明一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下工序通過將p型雜質(zhì)
注入半導(dǎo)體襯底上來形成具有P型導(dǎo)電型的第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域的
工序；在第一與第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上形成高介電常數(shù)膜的工序；為覆蓋
高介電常數(shù)膜中第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分且使高介電常數(shù)膜中第二 n
型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分露出，而形成含有鑭與鎂中的至少一種金屬的n型
金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜的工序；在第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著高介電常數(shù)
膜及n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜而形成第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，且在第二 n
型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著高介電常數(shù)膜形成第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬
電極的工序；使n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜所含有的鑭與鎂中的至少一種金屬擴(kuò)散到高介
電常數(shù)膜的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分的工序。 本發(fā)明另一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下工序 通過將n型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底上來形成具有n型導(dǎo)電型的第一與第二 p型金屬
絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域的工序； 在第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上形成高介電常數(shù)膜的工序；為覆蓋高介電常數(shù)膜中第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分且使高介電常數(shù)膜中第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分露出而形成含有鋁的P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜的工序。
在第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著高介電常數(shù)膜及p型金屬絕緣體半
導(dǎo)體蓋膜而形成第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，且在第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝
道區(qū)域上隔著高介電常數(shù)膜形成第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極的工序； 使p型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜所含有的鋁擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜的第一p型金屬絕
緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分的工序。 根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中，第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。因此，即使不提高溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度，也可使具有第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值大于具有第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值。結(jié)果，既可使第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值大于第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值，又可抑制第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動(dòng)電流的下降。 根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中，第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鋁原子濃度小于第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜
中的鋁原子濃度。因此，即使不提高溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度，也可使具有第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜的第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值大于具有第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜的第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值。結(jié)果，既可使第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值大于第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的閾值電壓的絕對(duì)值，又可抑制第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的驅(qū)動(dòng)電流的下降。


下面，參考

本發(fā)明的實(shí)施方式。
概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的制造方
概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的制造方
概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的制造方
概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的制造方
概略地示出了實(shí)施方式1的比較例中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的制造方
概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的制造方法中的第二工序。
8 圖1為-
圖2為-
法中的第一工序。
圖3為-法中的第二工序。
圖4為-法中的第三工序。
圖5為-
法中的第四工序。
圖6為一
圖7為-
圖8為-法中的第一工序。
圖9為-
-個(gè)部分剖面圖，-個(gè)部分剖面圖，
-個(gè)部分剖面圖，
-個(gè)部分剖面圖，
-個(gè)部分剖面圖，
個(gè)部分剖面圖，-個(gè)部分剖面圖，-個(gè)部分剖面圖，
-個(gè)部分剖面圖，
圖10為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的制造方法中的第三工序。 圖11為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的制造方法中的第四工序。 圖12為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式3中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。 圖13為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式4中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。 圖14為一框圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式5中的作為半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)。 圖15為一等效電路圖，概略地示出了圖14中的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)。 符號(hào)的說明 CPnn型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜 CPpp型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜 Cnl第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域 Cn2第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域 Cpl 第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域 Cp2第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域 HK，HK1高介電常數(shù)膜 Hln 第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜 H2n第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜 Hlp第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜 H2p第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜 Mln 第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 M2n第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 Mlp 第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 M2p 第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 Ql， Q2， Q3， Q4， Q5， Q6晶體管 SB 半導(dǎo)體襯底 Tin 第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體 T2n 第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體 Tip 第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體 T2p 第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體 100c， 100cV， 100n， 100p半導(dǎo)體器件 100s 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式1) 圖1為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
如圖l所示，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件100n具有第一與第二n型金屬絕緣體半
管管管管
9導(dǎo)體晶體管Tln、T2n。在半導(dǎo)體襯底SB上，第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tln、T2n被用于隔離元件的氧化硅膜51相互隔開。其中，第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tln、T2n各自具有第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓。所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值。
第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin具有第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln、第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mln、柵多晶硅層GPS、一對(duì)n型源極/漏極區(qū)域SDn、n型源極前延和漏極前延EXn、硅化鎳層SCg、 SCs、偏置隔離膜0S、氧化硅膜S0以及氮化物膜SN。 第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n具有第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cn2、第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n、第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極M2n、柵多晶硅層GPS、一對(duì)n型源極/漏極區(qū)域SDn、n型源極前延和漏極前延EXn、硅化鎳層SCg、 SCs、偏置隔離膜0S、氧化硅膜S0以及氮化物膜SN。 第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、Cn2是為了形成n溝道而添加了P型雜質(zhì)的區(qū)域，設(shè)在半導(dǎo)體襯底SB上。最好是第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、Cn2中各溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度相同。 第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln、H2n是分別設(shè)在第一與第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、 Cn2上的鉿系絕緣膜。其中，鉿系絕緣膜例如以二氧化鉿或者氧氮化鉿硅(HfSiON)為主要成分。第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln含有鑭和鎂中的至少一種金屬。第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。最好是第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n中既不含鑭，也不含鎂。 第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mln、M2n分別設(shè)在第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln、 H2n上。第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mln、M2n最好由同一材料形成，例如由TiN(氮化鈦)形成。 接下來，對(duì)半導(dǎo)體器件100n的制造方法進(jìn)行說明。圖2至圖5均為部分剖面圖，
概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式1中半導(dǎo)體器件的制造方法中的第一到第四工序。 如圖2所示，通過將p型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底SB上來形成具有p型導(dǎo)電型的第一
與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、Cn2。最好同時(shí)形成第一與第二 n型金屬絕緣
體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、 Cn2。如上所述，同時(shí)形成第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道
區(qū)域Cnl、Cn2時(shí)的結(jié)果為第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、Cn2的雜質(zhì)濃
度相同。 如圖3所示，在第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、 Cn2上形成高介電常數(shù)膜HK。所述高介電常數(shù)膜HK為介電常數(shù)比氧化硅膜高的鉿系絕緣膜。
如圖4所示，為覆蓋高介電常數(shù)膜HK中第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl上的部分且使高介電常數(shù)膜HK中第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cn2上的部分露出，而形成n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn。 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn是至少含有鑭和鎂中的一種金屬的膜。例如為氧化鑭膜或者氧化鎂膜。接下來，再依次沉積金屬層和多晶硅層。沉積所述金屬層，以使所述金屬層在第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cn2上，分別和n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn及高介電常數(shù)膜HK接觸。金屬層的材料例如為TiN(氮化鈦)。 如圖5所示，對(duì)所述多晶硅層和金屬層、n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn以及高介電常數(shù)膜HK進(jìn)行圖案化。 如上所述，在第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl上形成以下各膜的疊層體，分別是高介電常數(shù)膜HK被圖案化后形成的高介電常數(shù)膜HKl、n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn、所述金屬層被圖案化后形成的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mln以及所述多晶硅層被圖案化后形成的柵多晶硅層GPS。而且，同時(shí)在第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cn2上形成以下各膜的疊層體，分別是高介電常數(shù)膜HK被圖案化后形成的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n、所述金屬層被圖案化后形成的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極M2n以及所述多晶硅層被圖案化后形成的柵多晶硅層GPS。
接下來，形成n型源極前延和漏極前延EXn以及偏置隔離膜0S。
接著如圖1所示，形成氧化硅膜S0和氮化硅膜SN。接下來，形成n型源極/漏極區(qū)域SDn。再接著形成硅化鎳層SCg、 SCs。由于伴隨著所述硅化鎳層SCg、 SCs的形成而進(jìn)行的熱處理或者另外進(jìn)行的熱處理，n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn(圖5)將被擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜HK1中，由此而形成第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln。也就是說，n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn所含的鑭與鎂中的至少一種金屬擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜HK1 (圖5)，亦即擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜HK(圖4)的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl上的部分。 如上所述制造出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件100n。圖6為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了實(shí)施方式1的比較例中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，在比較例所涉及的半導(dǎo)體器件100nZ中，n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管TLnZ和THnZ都具有高介電常數(shù)膜HCn。為了使n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管THnZ的閾值電壓大于n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管TLnZ的閾值電壓，n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管THnZ的溝道區(qū)域CHn的雜質(zhì)濃度就高于n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管TLnZ的溝道區(qū)域的雜質(zhì)濃度CLn。因此，在溝道區(qū)域CHn中，遷移率伴隨著雜質(zhì)散射的增大而下降。從而導(dǎo)致n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管THnZ的驅(qū)動(dòng)電流的下降。 根據(jù)本實(shí)施方式，鑭與鎂中的至少一種金屬的原子從n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn擴(kuò)散到第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln中。其結(jié)果，第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tln中的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mln的功函數(shù)減小。具體而言，功函數(shù)從上述的無擴(kuò)散狀態(tài)的值即4. 50eV左右減小到接近4. 05eV。其結(jié)果，造成了第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin的閾值電壓的絕對(duì)值下降。 另一方面，與第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln不同，鑭與鎂中的任何一種金屬的原子都不擴(kuò)散到第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n中。因此，第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hln中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。結(jié)果使第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極M2n的功函數(shù)大于第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mln的功函數(shù)。第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n的閾值電壓的絕對(duì)值也因此大于第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin的閾值電壓的絕對(duì)值。
也就是說，即使不提高第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cn2的雜質(zhì)濃度，也可使第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n的閾值電壓的絕對(duì)值增大。這樣，既可避免遷移率隨著雜質(zhì)散射的增大而下降，又可使第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n的閾值電壓的絕對(duì)值增大。結(jié)果，既可使第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n的閾值電壓的絕對(duì)值大于第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin的閾值電壓的絕對(duì)值，又可抑制第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n的驅(qū)動(dòng)電流的下降。 如本實(shí)施方式所述，既可使第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tln、 T2n的閾值電壓互異，又可同時(shí)形成第一與第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、 Cn2。結(jié)果可簡(jiǎn)化第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cnl、 Cn2的形成工序。
(實(shí)施方式2) 圖7為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
如圖7所示，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件100p具有第一與第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp、T2p。在半導(dǎo)體襯底SB上，第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp、T2p被用于隔離元件的氧化硅膜51相互隔離開。其中，第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp、T2p各自具有第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓。所述第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體的閾值電壓的絕對(duì)值大于第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值。
第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tip具有第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp、第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mlp、柵多晶硅層GPS、一對(duì)p型源極/漏極區(qū)域SDp、p型源極前延和漏極前延EXp、硅化鎳層SCg、 SCs、偏置隔離膜0S、氧化硅膜SO以及氮化物膜SN。 第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p具有第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cp2、第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2p、第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極M2p、柵多晶硅層GPS、一對(duì)p型源極/漏極區(qū)域SDp、p型源極前延和漏極前延EXp、硅化鎳層SCg、 SCs、偏置隔離膜0S、氧化硅膜S0以及氮化物膜SN。 第一與第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、Cp2是為了形成p溝道而添加了n型雜質(zhì)的區(qū)域，設(shè)在半導(dǎo)體襯底SB上。最好是第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、Cp2的雜質(zhì)濃度相同。 第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp、H2p是分別設(shè)在第一與第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、 Cp2上的鉿系絕緣膜。其中，第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp中含有鋁。第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2p中的鋁原子濃度小于第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp中的鋁原子濃度。最好是第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2p中不含鋁。 第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mlp、M2p分別設(shè)在第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp、 H2p上。其中，第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mlp、M2p最好由同一材料形成，例如由TiN(氮化鈦)形成。 接下來，對(duì)半導(dǎo)體器件100p的制造方法進(jìn)行說明。圖8至圖11均為部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件的制造方法中的第一到第四工序。
如圖8所示，通過將n型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底SB上來形成具有n型導(dǎo)電型的第一與第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、Cp2。最好同時(shí)形成第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、 Cp2。如上所述，同時(shí)形成第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、Cp2時(shí)的結(jié)果為第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、Cp2的雜質(zhì)濃度相同。 如圖9所示，在第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、 Cp2上形成高介電常數(shù)膜HK。所述高介電常數(shù)膜HK為介電常數(shù)比氧化硅膜高的鉿系絕緣膜。
如圖10所示，為覆蓋所述高介電常數(shù)膜HK中第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl上的部分且使高介電常數(shù)膜HK中第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cp2上的部分露出，而形成P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp 。 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp是含有鋁的膜。例如為氧化鋁膜。接下來，再依次沉積金屬層和多晶硅層。沉積所述金屬層，以使所述金屬層在第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cp2上，分別和p型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp及高介電常數(shù)膜HK接觸。金屬層的材料例如為TiN(氮化鈦)。 如圖11所示，對(duì)所述多晶硅層和金屬層、p型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp以及高介電常數(shù)膜HK進(jìn)行圖案化。 如上所述，可在第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl上形成以下各膜的疊層體，分別是高介電常數(shù)膜HK被圖案化后形成的高介電常數(shù)膜HK1、 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp、所述金屬層被圖案化后形成的第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mlp以及所述多晶硅層被圖案化后形成的柵多晶硅層GPS。而且，同時(shí)在第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cp2上形成以下各膜的疊層體，分別是高介電常數(shù)膜HK被圖案化后形成的第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2p、所述金屬層被圖案化后形成的第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極M2p以及所述多晶硅層被圖案化后形成的柵多晶硅層GPS。
接下來，形成p型源極前延和漏極前延EXp和偏置隔離膜0S。
接著如圖7所示，形成氧化硅膜S0和氮化硅膜SN。接下來形成p型源極/漏極區(qū)域SDp。再接著形成氮化鎳層SCg、SCs。由于伴隨著所述氮化鎳層SCg、SCs的形成而進(jìn)行的熱處理或者另外進(jìn)行的熱處理，P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp(圖11)將被擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜HK1中，由此而形成第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp。也就是說，P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp中所含的鋁擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜HKl(圖11)中，亦即擴(kuò)散到高介電常數(shù)膜HK(圖10)中的第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl上的部分。
如上所述制造出了本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件100p。此外，由于上述之外的構(gòu)成要素與上述實(shí)施方式1中的構(gòu)成要素大致相同，所以用同一個(gè)符號(hào)表示相同或者相對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素，不進(jìn)行重復(fù)說明。 根據(jù)本實(shí)施方式，鋁原子從p型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPp擴(kuò)散到第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp中。其結(jié)果，第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp中的第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mlp的功函數(shù)增大。具體而言，功函數(shù)從上述的無擴(kuò)散狀態(tài)的值即4. 50eV左右增大到接近5. 17eV。其結(jié)果，造成了第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tip的閾值電壓的絕對(duì)值下降。 另一方面，與第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp不同，鋁原子不會(huì)擴(kuò)散到第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2p中。第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2p中的鋁原子濃度小于第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜Hlp中的鋁原子濃
13度。結(jié)果使第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極M2p的功函數(shù)比第一p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極Mlp的功函數(shù)小。第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p的閾值電壓的絕對(duì)值也因此大于第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tip的閾值電壓的絕對(duì)值。
就是說，即使不提高第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cp2的雜質(zhì)濃度，也可使第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p的閾值電壓的絕對(duì)值增大。這樣，既可避免遷移率伴隨著雜質(zhì)散射的增大而下降，又可使第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p的閾值電壓的絕對(duì)值增大。結(jié)果，既可使第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p的閾值電壓的絕對(duì)值大于第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tip的閾值電壓的絕對(duì)值，又可抑制第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p的驅(qū)動(dòng)電流的下降。 如本實(shí)施方式所述，既可使第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp、 T2p的閾值電壓互異，又可同時(shí)形成第一與第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、 Cp2。結(jié)果可簡(jiǎn)化第一與第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域Cpl、 Cp2的形成工序。
(實(shí)施方式3) 圖12為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式3中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
如圖12所示，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件100c不僅具有實(shí)施方式2中半導(dǎo)體器件100p的
結(jié)構(gòu)，還具有實(shí)施方式1中的第一與第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tln、T2n。 此外，由于上述之外的構(gòu)成要素與上述實(shí)施方式1或者實(shí)施方式2中的構(gòu)成要素
大致相同，所以用同一符號(hào)表示相同或者相對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素，不再進(jìn)行重復(fù)說明。 如本實(shí)施方式所述，可獲得和實(shí)施方式1、實(shí)施方式2—樣的效果。而且，還可形成
同時(shí)具有n型金屬絕緣體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與p型金屬絕緣體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)金屬絕緣體半導(dǎo)
體(CMIS)結(jié)構(gòu)。(實(shí)施方式4) 圖13為一個(gè)部分剖面圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式4中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。如圖13所示，本實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件100cV不僅具有實(shí)施方式2中的半導(dǎo)體器件100p的結(jié)構(gòu)，還具有實(shí)施方式1中第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin以及第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2nV。第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2nV的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1中第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin的結(jié)構(gòu)相同。 此外，由于上述之外的構(gòu)成要素與上述實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?中的構(gòu)成要素大
致相同，所以用同一符號(hào)表示相同或者相對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素，不再進(jìn)行重復(fù)說明。 如本實(shí)施方式所述，可獲得與實(shí)施方式2—樣的效果。而且能夠形成同時(shí)具有n
型金屬絕緣體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與P型金屬絕緣體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的CMIS結(jié)構(gòu)。但是，與實(shí)施方式3
不同，所述實(shí)施方式不需要形成n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜CPn(圖4)的工序。(實(shí)施方式5) 圖14是一個(gè)框圖，概略地示出了本發(fā)明實(shí)施方式5中的作為半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)。 如圖14所示，本實(shí)施方式5中作為半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，即SRAM裝置(Static Random Access Memory,靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)100s具有存儲(chǔ)陣列MR和外圍電路部。外圍電路部包括控制電路70、字驅(qū)動(dòng)器60以及列選擇電路/輸入和輸出控制電路65。
存儲(chǔ)陣列MR具有集成布置為矩陣狀的多個(gè)存儲(chǔ)單元MC(單元部)、沿行方向(X
14方向)延伸的多條字線WL和沿列方向(Y方向)延伸的多條位線BL。存儲(chǔ)單元MC是用以存儲(chǔ)信息的單元結(jié)構(gòu)。 控制電路70根據(jù)地址ADD和控制信號(hào)CT的輸入對(duì)整個(gè)SRAM裝置100s進(jìn)行控制，并向字驅(qū)動(dòng)器60與列選擇電路/輸入和輸出控制電路65發(fā)出必要的指令或者對(duì)字驅(qū)動(dòng)器60與列選擇電路/輸入和輸出控制電路65進(jìn)行控制。字驅(qū)動(dòng)器60對(duì)驅(qū)動(dòng)字線WL而選出的行存儲(chǔ)單元MC進(jìn)行存取。列選擇電路/輸入和輸出控制電路65響應(yīng)來自控制電路70的指令并選擇存儲(chǔ)陣列MR的列和進(jìn)行選擇位線BL的列選擇操作。例如在寫入數(shù)據(jù)時(shí)，基于輸入數(shù)據(jù)DIN以規(guī)定的邏輯電平將位線BL進(jìn)行驅(qū)動(dòng)到，并進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入；在讀出數(shù)據(jù)時(shí)，基于在經(jīng)由位線BL選擇出的存儲(chǔ)單元MC中流動(dòng)的讀出電流選出的存儲(chǔ)單元MC，生成并輸出所述存儲(chǔ)單元MC所保持的輸出數(shù)據(jù)DOUT。 圖15是等效電路圖，概略地示出了圖14的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)。 如圖15所示，某個(gè)存儲(chǔ)單元MC布置在多條位線BL(圖14)中所包括的互補(bǔ)型數(shù)
據(jù)線107、 108與多條字線WL(圖14)中所包括的字線WL 109的交叉部。存儲(chǔ)單元MC由觸
發(fā)電路和一對(duì)存取晶體管Q3、Q4構(gòu)成。其中觸發(fā)電路由一對(duì)反相電路構(gòu)成。 觸發(fā)電路構(gòu)成交叉耦合的兩個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N1、N2。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N1、N2具有一方為高電
平、另一方為低電平的雙穩(wěn)定狀態(tài)?？赏ㄟ^向存儲(chǔ)單元MC提供規(guī)定的電源電壓，持續(xù)地保
持所述雙穩(wěn)定狀態(tài)。 —對(duì)存取晶體管Q3、Q4都為M0S(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管。存取晶體管Q3的源極/漏極區(qū)域中之一區(qū)域連接在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Nl上，源極/漏極區(qū)域中之另一區(qū)域連接在位線107上；存取晶體管Q4的源極/漏極區(qū)域中之一區(qū)域連接在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N2上，源極/漏極區(qū)域中之另一區(qū)域連接在位線108上。存取晶體管Q3、 Q4各自的柵極連接在字線109上。這樣一來，便能夠由字線109控制存取晶體管Q3、Q4的導(dǎo)通與非導(dǎo)通狀態(tài)。
反相電路由一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管Q1(或Q2)與一個(gè)負(fù)載晶體管Q5(或Q6)構(gòu)成。 一對(duì)驅(qū)動(dòng)晶體管Q1、Q2都為MOS晶體管。 一對(duì)驅(qū)動(dòng)晶體管Q1、Q2的源極區(qū)域各自連接在GND (接地電位)112與113上。驅(qū)動(dòng)晶體管Ql的漏極區(qū)域連接在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Nl上，驅(qū)動(dòng)晶體管Q2的漏極區(qū)域連接在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N2上。驅(qū)動(dòng)晶體管Ql的柵極連接存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N2上，驅(qū)動(dòng)晶體管Q2的柵極連接在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Nl上。 負(fù)載晶體管Q5、 Q6都為MOS晶體管。負(fù)載晶體管Q5、 Q6各自的源極區(qū)域連接在Vcc電源110、 111上。負(fù)載晶體管Q5、 Q6各自的漏極區(qū)域分別連接在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Nl、 N2上。負(fù)載晶體管Q5的柵極連接在驅(qū)動(dòng)晶體管Q1的柵極和驅(qū)動(dòng)晶體管Q2的漏極區(qū)域上；負(fù)載晶體管Q6的柵極連接在驅(qū)動(dòng)晶體管Q2的柵極和驅(qū)動(dòng)晶體管Ql的漏極區(qū)域上。
這樣，通過使一對(duì)反相電路交叉耦合，便形成了觸發(fā)電路。 向存儲(chǔ)單元MC寫入數(shù)據(jù)時(shí)，選擇字線109并使存取晶體管Q3、 Q4導(dǎo)通，根據(jù)所希望的邏輯值將電壓強(qiáng)制地施加給位線對(duì)107、108。由此將觸發(fā)電路的雙穩(wěn)定狀態(tài)設(shè)定為導(dǎo)通狀態(tài)或非導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)從存儲(chǔ)單元MC讀出數(shù)據(jù)時(shí)，讓存取晶體管Q3、 Q4導(dǎo)通，將存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)N1、N2的電位傳達(dá)給位線107、108。 晶體管Ql到Q6中的每個(gè)晶體管，都具有與在實(shí)施方式1或?qū)嵤┓绞?中說明的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n及第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2p中的晶體管之一相同的結(jié)構(gòu)。外圍電路部(圖14中存儲(chǔ)陣列MR以外的部分)所具有的晶體管，包
15括在實(shí)施方式1與實(shí)施方式2中說明的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tin與第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp中的最少一個(gè)。 如本實(shí)施方式所述，既可使晶體管Ql到Q6的閾值電壓的絕對(duì)值成為存儲(chǔ)陣列MR工作時(shí)充分大的值，又可抑制外圍電路部的閾值電壓的絕對(duì)值。因此可使半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置高速運(yùn)行。 在特別要求細(xì)微化的區(qū)域，即存儲(chǔ)陣列MR區(qū)域中，既無需分開形成第一與第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tln、 T2n，也無需分開形成第一與第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管Tlp、 T2p。因此，既可抑制伴隨因分開形成而導(dǎo)致的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的集成度的下降，又可獲得上述效果。 本發(fā)明的申請(qǐng)范圍并不僅限于上述的內(nèi)容，而是等同于權(quán)利要求書中所述的內(nèi)容。所以，除了上述說明的內(nèi)容以外，還包括在權(quán)利要求書中所述的范圍內(nèi)對(duì)上述的說明進(jìn)行的各種變更。 本發(fā)明尤其是適用于具有閾值電壓互為不同的多個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件，其包括具有第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管；和具有第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管，其中，所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且含有鑭和鎂中的至少一種金屬的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，其中，所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值，所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜和所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介 電常數(shù)膜是鉿系絕緣膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中既不含鑭也不含鎂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極和所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 由同一種材料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一 n型溝道區(qū)域和所述第二 n型溝道區(qū)域的各n型溝道區(qū)域中的雜質(zhì)濃度相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件是具有用于存儲(chǔ)信息的多個(gè)單元部、以及外圍電路部的靜態(tài)隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器裝置，其中，所述外圍電路部分別與所述多個(gè)單元部電連接且對(duì)所述多個(gè)單元部進(jìn) 行信息的讀寫；所述外圍電路部包括所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管，所述單元部包括所述第 二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管。
7. —種半導(dǎo)體器件，其包括具有第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第一 P型金 屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管；和具有第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第二 P型金屬絕緣 體半導(dǎo)體晶體管，其中，所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第一 P型金屬絕緣 體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且含有鋁的第一 p型 金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜 上的第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第二 P型金屬絕緣 體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的第二 p型金屬絕緣 體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，其中，所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于所述第一 P型金屬絕緣 體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值，所述第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鋁原子濃度小于所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鋁原子濃度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜和所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介 電常數(shù)膜是鉿系絕緣膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中不含有鋁。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極和所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 由同一種材料制成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一 P型溝道區(qū)域和所述第二 P型溝道區(qū)域的各P型溝道區(qū)域中的雜質(zhì)濃度相同。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7至11中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件是具有用于存儲(chǔ)信息的多個(gè)單元部、以及外圍電路部的靜態(tài)隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器裝置，其中，所述外圍電路部分別與所述多個(gè)單元部電連接且對(duì)所述多個(gè)單元部進(jìn) 行信息的讀寫，所述外圍電路部包括所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管，所述單元部包括所述第 二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中還包括具有第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體 管；和具有第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管，其 中，所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第一 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且含有鑭和鎂中的至 少一種金屬的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第一 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第二 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的第二 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，其中，所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于所述第一 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值，所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中還包括具有第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體 管；和具有第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管，其 中，所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第一 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且含有鑭和鎂中的至 少一種金屬的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第一 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管具有設(shè)在半導(dǎo)體襯底上的第二 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體溝道區(qū)域；設(shè)在所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上且含有鑭和鎂中的至 少一種金屬的第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜；以及設(shè)在所述第二 n型金屬絕緣 體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜上的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體閾值電壓的絕對(duì)值大于所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo) 體閾值電壓的絕對(duì)值。
15. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括通過將P型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底上來形成具有P型導(dǎo)電型的第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo) 體溝道區(qū)域和第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域的工序；在所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域和所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū) 域上形成高介電常數(shù)膜的工序；為覆蓋所述高介電常數(shù)膜中的所述第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分且 使所述高介電常數(shù)膜中的所述第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分露出，而形成 含有鑭和鎂中的至少一種金屬的n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜的工序；在所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著所述高介電常數(shù)膜和所述n型金屬 絕緣體半導(dǎo)體蓋膜來形成第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，且在所述第二 n型金屬絕 緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著所述高介電常數(shù)膜來形成第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電 極的工序；以及使所述n型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜所含有的鑭和鎂中的至少一種金屬擴(kuò)散到所述高 介電常數(shù)膜的所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分的工序。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極和所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 由同一種材料制成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中形成所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域和所述第二 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道 區(qū)域的工序是通過同時(shí)形成所述第一 n型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域和所述第二 n型金屬 絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域來進(jìn)行的。
18. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括通過將n型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底上來形成具有n型導(dǎo)電型的第一 p型金屬絕緣體半導(dǎo) 體溝道區(qū)域和第二 p型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域的工序；在所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域和所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū) 域上形成高介電常數(shù)膜的工序；為覆蓋所述高介電常數(shù)膜中的所述第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分且 使所述高介電常數(shù)膜中的所述第二P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分露出，而形成 含有鋁的P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜的工序；在所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著所述高介電常數(shù)膜和所述P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜來形成第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極，且在所述第二 P型金屬絕 緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上隔著所述高介電常數(shù)膜來形成第二p型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極的工序；以及使所述P型金屬絕緣體半導(dǎo)體蓋膜所含有的鋁擴(kuò)散到所述高介電常數(shù)膜的所述第一 P 型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域上的部分的工序。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極和所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體金屬電極 由同一種材料制成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中形成所述第一 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域和所述第二 P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道 區(qū)域的工序是通過同時(shí)形成所述第一P型金屬絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域和所述第二P型金屬 絕緣體半導(dǎo)體溝道區(qū)域來進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。目的在于在使用閾值電壓的絕對(duì)值互異的多個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管的情況下，可抑制閾值電壓的絕對(duì)值較大的金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管驅(qū)動(dòng)電流的下降。第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n的閾值電壓比第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T1n的閾值電壓大，第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T2n所具有的第二n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H2n中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和小于第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體晶體管T1n所具有的第一n型金屬絕緣體半導(dǎo)體高介電常數(shù)膜H1n中的鑭原子濃度與鎂原子濃度之和。
文檔編號(hào)H01L21/8244GK101771048SQ20091026527
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者塚本和宏, 大西和博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技