[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

通过参考将包括说明书、附图和摘要的2010年3月30日提交的日本专利申请No.2010-77975的全部公开内容结合于此。

技术领域

本发明涉及一种制造具有场效应晶体管的半导体器件的方法以及该半导体器件。

背景技术

在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中，有一种使用介电常数高于SiO₂或SiON的绝缘层(高-k材料)作为栅绝缘膜且使用金属或金属氮化物作为栅电极的技术。该技术能够提高电流驱动性能。

由H.Y.Yu撰写的在IEEE Electron Device Letters，vol.25，No.5，2004，pp 337-339(非专利文献1)描述了Si/金属氮化物膜的使用，其中Si被堆叠在金属氮化物膜上作为栅电极。

M.Kadoshima等人撰写的在2008 Symposium on VLST Technology Digest of Technical Papers，pp 48-49(非专利文献2)描述了可以通过调整用于栅电极的金属氮化物膜厚度来控制栅电极的表观功函数。具体地，非专利文献2描述了栅电极的表观功函数随着用于栅电极的金属氮化物膜厚度进一步增加而增加。当栅电极的表观功函数增加时，pMOSFET的阈值电压Vt随着栅电极的表观功函数增加以及nMOSFET的阈值电压Vt增加(正Vt值的绝对值进一步增加)而降低(负Vt值的绝对值减少)。非专利文献2描述了一种CMOSFET，其中通过根据金属氮化物膜厚度来控制阈值电压Vt，pMOSFET和nMOSFET这两者具有较低阈值电压(对于Vt值的小绝对值)。

发明内容

本发明人意识到如下内容。当通过使用非专利文献1中描述的用于栅电极的结构来形成栅电极，然后通过高温热处理来电激活引入到源-漏区中的杂质时，出现栅电极的表观功函数变化的问题。当通过采用非专利文献2中描述的技术来考虑功函数的波动时，认为可以通过控制膜厚度来解决上述问题。但是，这种情况下，形成栅电极的金属氮化物膜厚度在晶片平面中变化，且因此，栅电极的阈值电压Vt在晶片平面中变化。当阈值电压Vt在晶片平面中变化时，难以通过使用大直径半导体晶片来大量生产半导体集成电路器件。因此，需要通过其他方法来抑制阈值电压Vt的波动。

根据本发明的一方面，一种制造半导体器件的方法包括：

在衬底中设置的第一器件形成区的上方形成第一栅绝缘膜，

在第一栅绝缘膜的上方形成包括金属氮化物膜的下栅电极膜，

对下栅电极膜执行热处理，以及

在下栅电极膜的上方形成上栅电极膜。

在nMOSFET中，通过在打开状态下对包括金属氮化物膜的栅电极膜执行热处理来降低栅电极的阈值电压。根据本发明，在形成上栅电极膜之前，对包括金属氮化物膜的下栅电极膜执行热处理。因此，在其中栅电极包括金属氮化物膜的MOSFET中，可以抑制栅电极的功函数变化。

根据本发明的另一方面，一种半导体器件包括：衬底；第一栅绝缘膜，其形成在衬底中设置的第一器件形成区的上方；第二栅绝缘膜，其形成在衬底中设置的第二器件形成区的上方；下栅电极膜，其形成在第一绝缘膜和第二栅绝缘膜的上方且具有金属氮化物膜；掩模膜，其形成在位于第二栅绝缘膜的上方的下栅电极膜的上方；以及上栅电极膜，其形成在下栅电极膜和掩模膜的上方。

根据本发明，能够改善其中栅电极包括金属氮化物膜的MOSFET中的电流驱动性能。

附图说明

图1A至图1D是示出根据第一实施例的半导体器件的制造方法的横截面图；

图2是示出通过图1中所示的制造方法所形成的半导体器件的横截面图；

图3是示出在图2中所示的半导体器件的制造方法中的、在热处理温度和栅电极的阈值电压之间的相关性的图；

图4A至图4E是示出根据第二实施例的半导体器件的制造方法的横截面图；

图5是示出通过图4中所示的制造方法形成的半导体器件的横截面图；以及

图6是示出根据第三实施例的半导体器件的横截面图。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的优选实施例。贯穿附图，相同的构成元件采用相同附图标记，任选地省略其描述。