[发明专利]控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构及其制造方法

权利要求书

1.一种利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，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界面层上沉积的第一层高k栅介质层；

在高k栅介质层上沉积的极薄帽层；

在高k栅介质层/极薄帽层结构上沉积的第二层高k栅介质层；

在高k栅介质层/极薄帽层/高k栅介质叠层上沉积的金属栅电极层。

2.根据权利要求1所述的利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，其特征在于，所述SiO₂界面层的厚度为0.3nm～1nm。

3.根据权利要求1所述的利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，其特征在于，所述极薄帽层是极薄多晶硅层或者非晶硅层或者SiO₂层，该极薄帽层被沉积于两层或者多层不同种类的高k栅介质层之间，厚度在0.1nm～5nm之间。

4.根据权利要求1所述的利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，其特征在于，所述高k栅介质层包含两层高k栅介质结构及多层高k栅介质结构。

5.根据权利要求1所述的利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，其特征在于，所述金属栅电极包含一层栅电极结构及多层栅电极结构。

6.根据权利要求1所述的利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，其特征在于，所述高k栅介质层包含以下材料中的至少一种：

HfO₂、HfSiO_x、HfON、HfSiON、HfAlO_x、Al₂O₃、ZrO₂、ZrSiO_x、Ta₂O₅、La₂O₃、HfLaO_x、LaAlO_x、LaSiO_x、Y₂O₃、AlN、以上所述材料的氮化物、以上所述材料的氮氧化物、其他稀土元素氧化物、其他稀土元素氮化物、SiN_x、SiON、以及它们的组合。

7.根据权利要求1所述的利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构，其特征在于，所述金属栅电极材料层包含以下材料中的至少一种：

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，及其它们的组合。

8.一种制造利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构的方法，其特征在于，该方法包括：

在硅衬底上生长SiO₂界面层；

在SiO₂界面层上沉积第一层高k栅介质层；

在高k栅介质层上沉积极薄帽层；

在高k栅介质层/极薄帽层结构上沉积第二层高k栅介质层；

在高k栅介质层/极薄帽层/高k栅介质叠层上沉积金属栅电极层。

9.根据权利要求8所述的制造利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构的方法，其特征在于，所述SiO₂界面层的厚度为0.3nm～1nm。

10.根据权利要求8所述的制造利用界面偶极子控制阈值电压特性的CMOSFETs器件结构的方法，其特征在于，该方法在CMOS器件中引入的高k栅介质层为两层或者多层结构，在第一层高k栅介质层上沉积极薄帽层，通过该极薄帽层的引入，在极薄帽层与上下高k栅介质层的界面处形成大小不同的界面偶极子，通过界面偶极子的极性及大小调节能够有效地控制器件的阈值电压。