(57)【要約】【課題】high-k膜とメタルゲート電極とを有する同一導電型の２つ以上のトランジスタが同一基板内に形成された半導体装置において、閾値電圧の差をチャネル領域における不純物濃度の差に由来する閾値電圧の差よりも大きくすることは難しかった。【解決手段】半導体装置は、第１のトランジスタと、第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタとを備えている。第１のトランジスタは、高誘電体材料と第１の金属とを含有する第１のゲート絶縁膜８ａと、第１のゲート電極１１ａとを備えている。第２のトランジスタは、高誘電体材料と第１の金属と閾値電圧調整用不純物とを含有する第２のゲート絶縁膜８ｂと、第２のゲート電極１１ｂとを備えている。第１のゲート絶縁膜８ａは、第２のゲート絶縁膜８ｂに比べて閾値電圧調整用不純物の濃度が低い、又は閾値電圧調整用不純物を含有していない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体領域における第１の活性領域上に設けられた第１のトランジスタと、前記半導体領域における第２の活性領域上に設けられ且つ前記第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタとを備えた半導体装置であって、
前記第１のトランジスタは、
前記第１の活性領域上に形成され、高誘電体材料と第１の金属とを含有する第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜の上に形成された第１の導電膜と、前記第１の導電膜の上に形成された第１のシリコン膜とを有する第１のゲート電極とを備え、
前記第２のトランジスタは、
前記第２の活性領域上に形成され、前記高誘電体材料と前記第１の金属と閾値電圧調整用不純物とを含有する第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜の上に形成され且つ前記第１の導電膜と同一の材料からなる第２の導電膜と、前記第２の導電膜の上に形成された第２のシリコン膜とを有する第２のゲート電極とを備え、
前記第１のゲート絶縁膜は、前記第２のゲート絶縁膜に比べて前記閾値電圧調整用不純物の濃度が低い、又は前記閾値電圧調整用不純物を含有していないことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第１のトランジスタの閾値電圧は、前記第２のトランジスタの閾値電圧よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記閾値電圧調整用不純物は、窒素であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つに記載の半導体装置において、
前記第１のゲート絶縁膜における前記第１の金属の濃度は、前記第２のゲート絶縁膜における前記第１の金属の濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記高誘電体材料は、第２の金属を含有する金属酸化物、金属酸窒化物または金属シリケートであり、
前記閾値電圧調整用不純物は、前記第２の金属であり、
前記第１のゲート絶縁膜における前記第２の金属の濃度は、前記第２のゲート絶縁膜における前記第２の金属の濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記第２の金属は、ハフニウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記閾値電圧調整用不純物は、第３の金属であり、
前記第２のゲート絶縁膜は前記第３の金属を含有している一方、前記第１のゲート絶縁膜は前記第３の金属を含有していないことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置において、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、それぞれ、Ｎ型ＭＩＳトランジスタであり、
前記第３の金属は、アルミニウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体装置において、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、それぞれ、Ｐ型ＭＩＳトランジスタであり、
前記第３の金属は、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウム及びマグネシウムの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１から８の何れか一つに記載の半導体装置において、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、それぞれ、Ｎ型ＭＩＳトランジスタであり、
前記第１の金属は、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウム及びマグネシウムの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１から７および９の何れか一つに記載の半導体装置において、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、それぞれ、Ｐ型ＭＩＳトランジスタであり、
前記第１の金属は、アルミニウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
半導体領域における第１の活性領域上に設けられた第１のトランジスタと、前記半導体領域における第２の活性領域上に設けられ且つ前記第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタとを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体領域上に、高誘電体材料からなる高誘電体膜を形成する工程（ａ）と、
前記高誘電体膜のうち前記第２の活性領域上に設けられた部分に閾値電圧調整用不純物を導入する一方、前記高誘電体膜のうち前記第１の活性領域上に設けられた部分には前記閾値電圧調整用不純物を導入しない工程（ｂ）と、
前記高誘電体膜上に第１の金属を含有する第１の閾値電圧制御膜を形成する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の後に、前記第１の閾値電圧制御膜における前記第１の金属を前記高誘電体膜に拡散させる工程（ｄ）と、
前記高誘電体膜の上に、導電膜及びシリコン膜を順次形成する工程（ｅ）と、
前記シリコン膜、前記導電膜及び前記高誘電体膜をパターニングして、前記第１の活性領域上には前記高誘電体材料と前記第１の金属とを含有する第１のゲート絶縁膜と、第１のシリコン膜及び第１の導電膜を有する第１のゲート電極とを形成する一方、前記第２の活性領域上には前記高誘電体材料と前記第１の金属と前記閾値電圧調整用不純物とを含有する第２のゲート絶縁膜と、第２のシリコン膜及び第２の導電膜を有する第２のゲート電極とを形成する工程（ｆ）とを備え、
前記第１のゲート絶縁膜は、前記第２のゲート絶縁膜に比べて前記閾値電圧調整用不純物の濃度が低い、又は前記閾値電圧調整用不純物を含有していないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のトランジスタの閾値電圧は、前記第２のトランジスタの閾値電圧よりも低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）では、前記閾値電圧調整用不純物として窒素を導入し、
前記第１のゲート絶縁膜は、前記第２のゲート絶縁膜に比べて前記窒素の濃度が低い、又は前記窒素を含有していないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記高誘電体材料は、第２の金属を含有する金属酸化物、金属酸窒化物または金属シリケートであり、
前記工程（ｂ）では、前記閾値電圧調整用不純物として前記第２の金属を導入し、
前記第１のゲート絶縁膜における前記第２の金属の濃度は、前記第２のゲート絶縁膜における前記第２の金属の濃度よりも低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）では、前記閾値電圧調整用不純物として第３の金属を導入し、
前記第２のゲート絶縁膜は前記第３の金属を含有している一方、前記第１のゲート絶縁膜は前記第３の金属を含有していないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、high-k膜（高誘電体材料を含有するゲート絶縁膜）とメタルゲート電極（導電膜及びポリシリコン膜からなるゲート電極）とを有する同一導電型の２つ以上のトランジスタが同一基板内に形成された半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタの高性能化のために、high-k膜とメタルゲート電極とを用いたトランジスタが開発されている。high-k膜とメタルゲート電極とを用いたトランジスタでは、フェルミレベルピニングと呼ばれる高閾値化現象が課題である。しかし、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor）とＰ型ＭＩＳＦＥＴとを備えた半導体装置では、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴにはランタン（Ｌａ）を含むhigh-k膜を用い、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴにはアルミニウム（Ａｌ）を含むhigh-k膜を用いれば、閾値電圧を低減できることが知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、導電型は同一であるが閾値電圧が互いに異なる２つ以上のトランジスタが同一基板に設けられた半導体装置も知られている。図９を用いてこのような半導体装置の構造を記す。
【０００４】
図９は、従来における半導体装置の断面図である。なお、図９において、左側に示す「ＬＮＴｒ」とは閾値電圧が相対的に低い第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴが形成される第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＬＮＴｒを示し、右側に示す「ＨＮＴｒ」とは閾値電圧が相対的に高い第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴが形成される第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＨＮＴｒを示している。
【０００５】
図９に示す半導体装置では、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の上部に埋め込み素子分離（shallow trench isolation ）２が形成されており、これにより、半導体基板１には、第１の活性領域１ａと第２の活性領域１ｂとが埋め込み素子分離領域２を介して形成されている。第１の活性領域１ａを含む半導体基板１には第１のｐ型ウェル領域３ａが形成されており、第２の活性領域１ｂを含む半導体基板１には第２のｐ型ウェル領域３ｂが形成されている。第１の活性領域１ａ上には第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴが設けられており、第２の活性領域１ｂ上には第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴが設けられている。
【０００６】
第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴは、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のゲート絶縁膜９８ａと、第１のゲート絶縁膜９８ａの上に順次形成された第１の導電膜９ａ及び第１のシリコン膜１０ａで構成された第１のゲート電極１１ａと、第１のゲート電極１１ａの側面上に第１のオフセットスペーサ１２ａを介して形成された第１のサイドウォール１４ａと、第１の活性領域１ａにおける第１のゲート電極１１ａの側方下の領域に形成された接合深さの比較的浅い第１のｎ型エクステンション領域１３ａと、第１の活性領域１ａにおける第１のサイドウォール１４ａの外側方下の領域に形成された接合深さの比較的深い第１のｎ型ソースドレイン領域１５ａと、第１のｎ型ソースドレイン領域１５ａ上及び第１のゲート電極１１ａの第１のシリコン膜１０ａの上に形成された第１のシリサイド層１６ａと、第１の活性領域１ａにおける第１のゲート電極１１ａの直下の領域に形成された第１のｐ型チャネル領域Ｒａとを備えている。
【０００７】
第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴは、第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のゲート絶縁膜９８ｂと、第２のゲート絶縁膜９８ｂの上に順次形成された第２の導電膜９ｂ及び第２のシリコン膜１０ｂで構成された第２のゲート電極１１ｂと、第２のゲート電極１１ｂの側面上に第２のオフセットスペーサ１２ｂを介して形成された第２のサイドウォール１４ｂと、第２の活性領域１ｂにおける第２のゲート電極１１ｂの側方下の領域に形成された接合深さの比較的浅い第２のｎ型エクステンション領域１３ｂと、第２の活性領域１ｂにおける第２のサイドウォール１４ｂの外側方下の領域に形成された接合深さの比較的深い第２のｎ型ソースドレイン領域１５ｂと、第２のｎ型ソースドレイン領域１５ｂ上及び第２のゲート電極１１ｂの第２のシリコン膜１０ｂの上に形成された第２のシリサイド層１６ｂと、第２の活性領域１ｂにおける第２のゲート電極１１ｂの直下の領域に形成された第２のｐ型チャネル領域Ｒｂとを備えている。
【０００８】
第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの構成は、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの構成と比べて、第２のチャネル領域Ｒｂにおけるｐ型不純物の濃度が第１のチャネル領域Ｒａにおけるｐ型不純物の濃度よりも高い点で相違しており、それ以外の構成は実質的に同一である。
【０００９】
このように、従来の半導体装置では、第２のチャネル領域Ｒｂにおけるｐ型不純物の濃度を第１のチャネル領域Ｒａにおけるｐ型不純物の濃度よりも高くすることにより、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧よりも高い閾値電圧を有する第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴを形成している。
【特許文献１】US 2007/0138563 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図９に示す半導体装置では、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタの閾値電圧よりも１００ｍＶ程度小さくすることができるにすぎない。昨今では、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタの閾値電圧よりも０．２Ｖ程度小さくする（例えば第１のトランジスタの閾値電圧を０．３Ｖにし、第２のトランジスタの閾値電圧を０．５Ｖにする）ことが要求されつつあるが、図９に示す半導体装置では、そのような要求にこたえることは難しい。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、high-k膜とメタルゲート電極とを有する同一導電型の２つ以上のトランジスタが同一基板内に形成された半導体装置及びその製造方法において、そのトランジスタの閾値電圧の差をチャネル領域における不純物濃度の差に由来する閾値電圧の差よりも大きくするということである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明は、high-k膜とメタルゲート電極とを有する同一導電型の２つ以上のトランジスタが同一基板内に形成された半導体装置及びその製造方法において、トランジスタの閾値電圧を変更する物質のhigh-k膜における濃度またはその物質の種類をトランジスタごとに変えることにより、そのトランジスタの閾値電圧の差をチャネル領域における不純物濃度の差に由来する閾値電圧の差よりも大きくすることができるという発明である。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体領域における第１の活性領域上に設けられた第１のトランジスタと、半導体領域における第２の活性領域上に設けられ且つ第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタとを備えた半導体装置の製造方法である。具体的には、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体領域上に、高誘電体材料からなる高誘電体膜を形成する工程（ａ）と、高誘電体膜のうち第２の活性領域上に設けられた部分に閾値電圧調整用不純物を導入する一方、高誘電体膜のうち第１の活性領域上に設けられた部分には閾値電圧調整用不純物を導入しない工程（ｂ）と、高誘電体膜上に第１の金属を含有する第１の閾値電圧制御膜を形成する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、第１の閾値電圧制御膜における第１の金属を高誘電体膜に拡散させる工程（ｄ）と、高誘電体膜の上に、導電膜及びシリコン膜を順次形成する工程（ｅ）と、シリコン膜、導電膜及び高誘電体膜をパターニングして、第１の活性領域上には高誘電体材料と第１の金属とを含有する第１のゲート絶縁膜と、第１のシリコン膜及び第１の導電膜を有する第１のゲート電極とを形成する一方、第２の活性領域上には高誘電体材料と第１の金属と閾値電圧調整用不純物とを含有する第２のゲート絶縁膜と、第２のシリコン膜及び第２の導電膜を有する第２のゲート電極とを形成する工程（ｆ）とを備えている。そして、第１のゲート絶縁膜は、第２のゲート絶縁膜に比べて閾値電圧調整用不純物の濃度が低い、又は閾値電圧調整用不純物を含有していない。
【００１４】
後述の好ましい実施形態では、工程（ｂ）では、閾値電圧調整用不純物として窒素を導入する。窒素は、高誘電体膜への第１の金属の導入を抑制する。よって、工程（ｄ）では、第１の金属は、高誘電体膜のうち第１の活性領域上に設けられた部分へは拡散するが、高誘電体膜のうち第２の活性領域上に設けられた部分へは拡散しにくい。ここで、第１の金属は、トランジスタの閾値電圧を低下させるように作用する。これにより、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタの閾値電圧よりも低くすることができる。
【００１５】
このように後述の好ましい実施形態では、高誘電体膜のうち第１の活性領域上に設けられた部分における窒素の濃度を高誘電体膜のうち第２の活性領域上に設けられた部分における窒素の濃度よりも低くすれば、高誘電体膜のうち第１の活性領域上に設けられた部分における第１の金属の濃度を高誘電体膜のうち第２の活性領域上に設けられた部分における第１の金属の濃度よりも高くすることができ、よって、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタ閾値電圧よりも低くすることができる。従って、第１のトランジスタの閾値電圧と第２のトランジスタの閾値電圧との差をチャネル領域における不純物濃度の差に由来する閾値電圧の差よりも大きくすることができる。
【００１６】
後述の好ましい別の実施形態では、高誘電体材料は、第２の金属を含有する金属酸化物、金属酸窒化物または金属シリケートであり、工程（ｂ）では、閾値電圧調整用不純物として第２の金属を導入する。第２の金属は、高誘電体膜への第１の金属の導入を抑制する。よって、工程（ｄ）では、第１の金属は、高誘電体膜のうち第１の活性領域上に設けられた部分へは拡散するが、高誘電体膜のうち第２の活性領域上に設けられた部分へは拡散しにくい。これにより、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタの閾値電圧よりも低くすることができる。
【００１７】
後述の好ましいまた別の実施形態では、工程（ｂ）では、閾値電圧調整用不純物として第３の金属を導入する。第３の金属は、閾値電圧を低下させる作用を有する第１の金属とは正反対に閾値電圧を上昇させるように作用する。よって、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタ閾値電圧よりも低くすることができる。
【００１８】
このようにして製造された半導体装置は、以下に示す構造上の特徴を有している。
【００１９】
本発明にかかる半導体装置は、半導体領域における第１の活性領域上に設けられた第１のトランジスタと、半導体領域における第２の活性領域上に設けられ且つ第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタとを備えている。第１のトランジスタは、第１の活性領域上に形成され、高誘電体材料と第１の金属とを含有する第１のゲート絶縁膜と、第１のゲート絶縁膜の上に形成された第１の導電膜と、第１の導電膜の上に形成された第１のシリコン膜とを有する第１のゲート電極とを備えている。第２のトランジスタは、第２の活性領域上に形成され、高誘電体材料と第１の金属と閾値電圧調整用不純物とを含有する第２のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜の上に形成され且つ第１の導電膜と同一の材料からなる第２の導電膜と、第２の導電膜の上に形成された第２のシリコン膜とを有する第２のゲート電極とを備えている。第１のゲート絶縁膜は、第２のゲート絶縁膜に比べて閾値電圧調整用不純物の濃度が低い、又は閾値電圧調整用不純物を含有していない。
【００２０】
本発明の半導体装置では、第１のトランジスタの閾値電圧は、第２のトランジスタの閾値電圧よりも低い。
【００２１】
本発明の半導体装置では、第１のゲート絶縁膜における第１の金属の濃度は、第２のゲート絶縁膜における第１の金属の濃度よりも高いことが好ましい。これにより、第１のトランジスタの閾値電圧を第２のトランジスタの閾値電圧よりも低くすることができる。
【００２２】
後述の好ましい実施形態では、閾値電圧調整用不純物は窒素である。
【００２３】
後述の好ましい別の実施形態では、高誘電体材料は、第２の金属を含有する金属酸化物、金属酸窒化物または金属シリケートであり、閾値電圧調整用不純物は、第２の金属であり、第１のゲート絶縁膜における第２の金属の濃度は、第２のゲート絶縁膜における第２の金属の濃度よりも低い。ここで、第２の金属は、ハフニウムである。
【００２４】
後述の好ましいまた別の実施形態では、閾値電圧調整用不純物は第３の金属であり、第２のゲート絶縁膜は第３の金属を含有している一方、第１のゲート絶縁膜は第３の金属を含有していない。このとき、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタがそれぞれＮ型ＭＩＳトランジスタであるとき、第３の金属はアルミニウムであることが好ましい。また、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタがそれぞれＰ型ＭＩＳトランジスタであるとき、第３の金属は、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウム及びマグネシウムの少なくとも一つであることが好ましい。
【００２５】
本発明の半導体装置では、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタがそれぞれＮ型ＭＩＳトランジスタであるときには、第１の金属は、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウム及びマグネシウムの少なくとも一つであることが好ましい。また、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタがそれぞれＰ型ＭＩＳトランジスタであるときには、第１の金属はアルミニウムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、トランジスタの閾値電圧を変更する物質のhigh-k膜における濃度またはその物質の種類をトランジスタごとに変えることにより、そのトランジスタの閾値電圧の差をチャネル領域における不純物濃度の差に由来する閾値電圧の差よりも大きくすることができる。よって、導電型は同一であるが閾値電圧が互いに異なる２つ以上のトランジスタを同一基板内に形成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。例えば、膜厚などは以下に示す数値に限定されず、また、成膜方法及びエッチング方法などは以下に示す方法に限定されない。また、以下では、同一の部材に対して同一の符号を付け、説明を省略する場合がある。
【００２８】
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）〜図１（ｅ）及び図２（ａ）〜図２（ｃ）は本実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図１（ａ）及び図２（ａ）において、左側に示す「ＬＮＴｒ」とは閾値電圧が相対的に低い第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴ（第１のトランジスタ）が形成される第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＬＮＴｒを示し、右側に示す「ＨＮＴｒ」とは閾値電圧が相対的に高い第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴ（第２のトランジスタ）が形成される第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＨＮＴｒを示している。
【００２９】
まず、図１（ａ）に示す工程では、埋め込み素子分離（Shallow Trench Isolation :ＳＴＩ）法により、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の上部に、トレンチ内に絶縁膜が埋め込まれた素子分離領域２を選択的に形成する。これにより、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＬＮＴｒには、素子分離領域２によって囲まれた半導体基板１からなる第１の活性領域１ａが形成され、第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＨＮＴｒには、素子分離領域２によって囲まれた半導体基板１からなる第２の活性領域１ｂが形成される。その後、半導体基板１にｐ型不純物を注入し、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＬＮＴｒに第１のｐ型ウェル領域３ａを形成するとともに第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＨＮＴｒに第２のｐ型ウェル領域３ｂを形成する。このとき、不図示であるが、第１のチャネル領域となる領域におけるｐ型不純物濃度と第２のチャネル領域となる領域におけるｐ型不純物濃度とは互いに同一である。なお、本実施形態では、第１のｐ型ウェル領域３ａと第２のｐ型ウェル領域３ｂに分離して説明しているが、実質的に同一の不純物濃度を有するウェル領域からなる。
【００３０】
その後、半導体基板１の上面全体に、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）からなり膜厚が１．６ｎｍの下地膜（図示せず）を形成する。その後、例えば有機金属気相堆積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition : ＭＯＣＶＤ）法により、下地膜の上に窒化ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯＮ）からなり膜厚が２ｎｍの高誘電体膜４を形成する（工程（ａ））。高誘電体膜４としては、比誘電率がシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜よりも大きな絶縁膜を用い、比誘電率が８以上の金属酸化物、金属酸窒化物、シリケートまたは窒素含有シリケートを含む高誘電体材料からなる絶縁膜を用いる。高誘電体材料としては、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはイットリウム（Ｙ）などの金属の酸化物、酸窒化物、シリケートまたは窒素含有シリケートを挙げることができ、上述のＨｆＳｉＯＮはその一例である。その後、例えば物理蒸着（ＰＶＤ：physical vapor deposition）法により、高誘電体膜４の上に例えば窒化チタン（ＴｉＮ）からなり膜厚が３０ｎｍの保護膜５を形成する。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示す工程では、フォトリソグラフィ法により、保護膜５のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分を覆う一方、保護膜５のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分を露出するようにレジスト６を形成する。その後、レジスト６をマスクとして、ＡＰＭ（ammonia hydrogen peroxide mixture）溶液またはＳＰＭ（sulfuric acid hydrogen peroxide mixture）溶液を用いて保護膜５をエッチングする。これにより、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分の上に保護膜５の一部分である保護マスク５Ａが形成される一方、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分は保護マスク５Ａから露出される。その後、レジスト６を取り除く。
【００３２】
続いて、図１（ｃ）に示す工程では、高誘電体膜４に対して表面処理を行う。具体的には、例えばプラズマ窒化などにより高誘電体膜４の表面を窒化させる。このとき、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分の上には、保護マスク５Ａが形成されている。よって、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分には窒素が導入されないが、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分には窒素が導入される（工程（ｂ））。これにより、第１の活性領域１ａ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜（高誘電体膜４の一部分）４Ａが形成される一方、第２の活性領域１ｂ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂが形成される。
【００３３】
このとき、上述のように高誘電体膜４として窒素を含有する高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは高誘電体膜４に由来する窒素を含有しており、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは高誘電体膜４に由来する窒素だけでなく図１（ｃ）における窒化処理により導入された窒素も含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有しており、窒素濃度は閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａの方が閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂよりも低い。
【００３４】
また、高誘電体膜４として窒素を含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＯ２膜）を用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有しておらず、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは図１（ｃ）における窒化処理により導入された窒素を含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは窒素を含有しているが、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有していない。
【００３５】
その後、ＡＰＭ溶液またはＳＰＭ溶液を用いて保護マスク５Ａを取り除く。このように保護マスク５Ａは、高誘電体膜４のうち保護マスク５Ａの直下に位置する部分（高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分）が窒化されることを防止するためのマスクであり、別の言い方をすると、高誘電体膜４のうち保護マスク５Ａの直下に位置する部分に窒素が導入されることを防止するためのマスクである。また、保護マスク５Ａは、この窒化工程が終了したら除去されるので、高誘電体膜４を除去することなく保護マスク５Ａのみを除去するためには高誘電体膜４に対して高い選択性を有する材料からなることが好ましい。以上より、保護マスク５Ａは、窒化チタン膜に限定されず、窒化タンタル（ＴａＮ）膜であっても良い。
【００３６】
続いて、図１（ｄ）に示す工程では、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａの上と、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂの上とに、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により、Ｌａ２Ｏ３からなり膜厚が数Å（例えば０．５ｎｍ）の第１の閾値電圧制御膜７を形成する（工程（ｃ））。第１の閾値電圧制御膜７は、Ｌａ２Ｏ３膜に限定されず、第１の金属を含有する膜であれば良い。本実施形態における第１の金属は、高誘電体膜へ導入されるとＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を低下させる金属であり、本実施形態における第１の金属としては、ランタン（Ｌａ）などのランタノイド系金属、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などを挙げることができる。よって、第１の閾値電圧制御膜７は、ランタノイド系金属、スカンジウム、ストロンチウム及びマグネシウムの少なくとも一つを含有していればよく、例えばＬａ膜であっても良い。
【００３７】
続いて、図１（ｅ）に示す工程では、半導体基板１に対して例えば８００℃１０分の熱処理を施す（工程（ｄ））。これにより、第１の活性領域１ａ上には第１の高誘電体膜８Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には第２の高誘電体膜８Ｂが形成される。
【００３８】
このとき、図１（ｃ）に示す窒化処理により、第１の金属（本実施形態ではランタン）は、第１の閾値電圧制御膜７から、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａへは拡散されるが、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂへは拡散されにくい。別の言い方をすると、第１の金属がこの図１（ｅ）に示す工程において第１の閾値電圧制御膜７から高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分へ拡散することを抑制するために、図１（ｃ）に示す工程において高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分の表面を窒化している。これにより、第１の高誘電体膜８Ａにおける第１の金属の濃度は、第２の高誘電体膜８Ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くなる。
【００３９】
また、第１の高誘電体膜８Ａは閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａに第１の金属が導入されたものであり、第２の高誘電体膜８Ｂは閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂに第１の金属が導入されたものである。よって、高誘電体膜４として窒素を含有する高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いた場合には、第１の高誘電体膜８Ａは窒素を含有しており、その窒素濃度は第１の高誘電体膜８Ａの方が第２の高誘電体膜８Ｂよりも低い。一方、高誘電体膜４として窒素を含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＯ２膜）を用いた場合には、第１の高誘電体膜８Ａは窒素を含有しておらず、第２の高誘電体膜８Ｂは窒素を含有している。
【００４０】
この熱処理工程における熱処理の条件によっては、第１の金属は、第１の高誘電体膜８Ａ内において、高誘電体膜４を構成する高誘電体材料と均一に混ざり合って存在する場合もあれば、層状に存在する場合もあれば、その上部に多く存在する場合もあれば、その下部に沈降する場合もある。第２の高誘電体膜８Ｂ内における第１の金属の拡散についても同様のことが言える。
【００４１】
また、この熱処理工程における熱処理の条件によっては、熱処理工程が終了すると、図１（ｅ）で示すように第１の閾値電圧制御膜７が消失する場合もあれば、不図示であるが第１の閾値電圧制御膜７が残存して閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａ及び閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂと一体化する場合もある。
【００４２】
続いて、図２（ａ）に示す工程では、第１の高誘電体膜８Ａの上と第２の高誘電体膜８Ｂの上とに、例えば物理蒸着法によりＴａＮからなり膜厚が２０ｎｍの導電膜９を形成する。その後、導電膜９の上に膜厚が９０ｎｍのシリコン膜１０を形成する（工程（ｅ））。その後、ゲートパターン形状を有するレジスト（図示せず）を用いて、ドライエッチング法により、シリコン膜１０、導電膜９、第１の高誘電体膜８Ａ及び第２の高誘電体膜８Ｂをパターニングする。これにより、第１の活性領域１ａ上には、順に、第１の下地膜と第１の高誘電体膜８Ａとからなる第１のゲート絶縁膜８ａと、第１の導電膜９ａと第１のシリコン膜１０ａとからなる第１のゲート電極１１ａとが形成される。一方、第２の活性領域１ｂ上には、順に、第２の下地膜と第２の高誘電体膜８Ｂとからなる第２のゲート絶縁膜８ｂと、第２の導電膜９ｂと第２のシリコン膜１０ｂとからなる第２のゲート電極１１ｂとが形成される（工程（ｆ））。
【００４３】
続いて、図２（ｂ）に示す工程では、半導体基板１の上面全体にシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜に対して異方性エッチングを行う。これにより、第１及び第２のゲート電極１１ａ，１１ｂの側面上にはそれぞれ第１及び第２のオフセットスペーサ１２ａ，１２ｂが形成される。その後、第１の活性領域１ａにおける第１のゲート電極１１ａの側方下の領域にｎ型不純物を注入して第１のｎ型エクステンション領域１３ａを形成する一方、第２の活性領域１ｂにおける第２のゲート電極１１ｂの側方下の領域にｎ型不純物を注入して第２のｎ型エクステンション領域１３ｂを形成する。
【００４４】
続いて、図２（ｃ）に示す工程では、半導体基板１の上面全体にシリコン窒化膜を形成した後、そのシリコン窒化膜に対して異方性エッチングを行う。これにより、第１のゲート電極１１ａの側面上に第１のオフセットスペーサ１２ａを介して第１のサイドウォール１４ａが形成される一方、第２のゲート電極１１ｂの側面上に第２のオフセットスペーサ１２ｂを介して第２のサイドウォール１４ｂが形成される。その後、第１の活性領域１ａにおける第１のサイドウォール１４ａの外側方下の領域にｎ型不純物を注入して第１のｎ型ソースドレイン領域１５ａを形成する一方、第２の活性領域１ｂにおける第２のサイドウォール１４ｂの外側方下の領域にｎ型不純物を注入して第２のｎ型ソースドレイン領域１５ｂを形成する。その後、第１のゲート電極１１ａの第１のシリコン膜１０ａの上部及び第１のｎ型ソースドレイン領域１５ａの上部に、ニッケルシリサイド等からなる第１のシリサイド層１６ａを形成し、第２のゲート電極１１ｂの第２のシリコン膜１０ｂの上部及び第２のｎ型ソースドレイン領域１５ｂの上部に、ニッケルシリサイド等からなる第２のシリサイド層１６ｂを形成する。このようにして、第１の活性領域１ａ上に第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴが形成され、第２の活性領域１ｂ上に第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴが形成された半導体装置が得られる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図１（ｃ）に示す工程において、第１の活性領域１ａ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂが形成される。本実施形態における閾値電圧調整用不純物は、高誘電体膜への第１の金属の導入を抑制する。よって、第１の金属は、図１（ｅ）に示す工程において、第１の閾値電圧制御膜７から閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａへ拡散する一方、第１の閾値電圧制御膜７から閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂへ拡散しにくい。従って、第１の高誘電体膜８Ａにおける第１の金属の濃度は、第２の高誘電体膜８Ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くなる。その後、図２（ａ）に示す工程において第１の高誘電体膜８Ａが第１のゲート絶縁膜８ａの一部分となり第２の高誘電体膜８Ｂが第２のゲート絶縁膜８ｂの一部分となるので、第１のゲート絶縁膜８ａにおける第１の金属の濃度が第２のゲート絶縁膜８ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くなる。本実施形態における第１の金属は、高誘電体膜へ拡散されるとＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を低下させる。以上より、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧よりも低くすることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの第１のゲート絶縁膜８ａにおける第１の金属の濃度を第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの第２のゲート絶縁膜８ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くすることができる。よって、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの第１のチャネル領域におけるｐ型不純物の濃度を第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの第２のチャネル領域におけるｐ型不純物の濃度よりも低くするという方法（従来の方法）に比べて、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧と第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧との差を大きくすることができる。例えば、上記従来の方法ではその差を１００ｍＶ程度にすることができるに過ぎないが、本実施形態ではその差を０．２Ｖ程度にまで拡げることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧よりも低下させる方法として、第１の閾値電圧制御膜７を形成する前に、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分の表面を窒化するという方法を挙げている。よって、この窒化工程とこの窒化工程に伴うレジスト形成工程などとを実施すれば、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧と第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧との差を従来よりも大きくすることができる。従って、半導体装置の製造工程の複雑化を伴うことなく、閾値電圧の差が従来よりも大きな２つの同一導電型トランジスタを同一基板内に形成することができる。
【００４８】
図３は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。上記製造方法に従って半導体装置を製造すると、得られた半導体装置は以下に示す構成を有している。
【００４９】
図３に示すように、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の上部には、第１の活性領域１ａと第２の活性領域１ｂとを区画するように、トレンチ内に絶縁膜が埋め込まれた素子分離領域２が形成されている。第１の活性領域１ａを含む半導体基板１には第１のｐ型ウェル領域３ａが素子分離領域２よりも深い位置まで形成されており、第２の活性領域１ｂを含む半導体基板１には第２のｐ型ウェル領域３ｂが素子分離領域２よりも深い位置まで形成されている。本実施形態に係る半導体装置は、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＬＮＴｒの第１の活性領域１ａ上に設けられた第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴと、第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＨＮＴｒの第２の活性領域１ｂ上に設けられた第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴとを備えている。
【００５０】
第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴは、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のゲート絶縁膜８ａと、第１のゲート絶縁膜８ａの上に形成された第１の導電膜９ａ（窒化タンタル膜，膜厚が２０ｎｍ）と第１の導電膜９ａの上に形成された第１のシリコン膜１０ａ（ポリシリコン膜，膜厚が９０ｎｍ）とで構成された第１のゲート電極１１ａと、第１のゲート電極１１ａの側面上に第１のオフセットスペーサ１２ａを介して形成された第１のサイドウォール１４ａと、第１の活性領域１ａにおける第１のゲート電極１１ａの側方下の領域に形成された接合深さの比較的浅い第１のｎ型エクステンション領域１３ａと、第１の活性領域１ａにおける第１のサイドウォール１４ａの外側方下の領域に形成された接合深さの比較的深い第１のｎ型ソースドレイン領域１５ａと、第１のｎ型ソースドレイン領域１５ａ上と第１のゲート電極１１ａの第１のシリコン膜１０ａの上とに形成された第１のシリサイド層１６ａとを備えている。
【００５１】
第１のゲート絶縁膜８ａは、下側（第１の活性領域１ａ側）から順次形成された，酸窒化シリコンからなる第１の下地膜（図示せず）と、第１の金属を含有する窒化ハフニウムシリケートからなる第１の高誘電体膜とで構成されている。
【００５２】
第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴは、第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のゲート絶縁膜８ｂと、第２のゲート絶縁膜８ｂの上に形成された第２の導電膜９ｂ（窒化タンタル膜，膜厚が２０ｎｍ）と第２の導電膜９ｂの上に形成された第２のシリコン膜１０ｂ（ポリシリコン膜，膜厚が９０ｎｍ）とで構成された第２のゲート電極１１ｂと、第２のゲート電極１１ｂの側面上に第２のオフセットスペーサ１２ｂを介して形成された第２のサイドウォール１４ｂと、第２の活性領域１ｂにおける第２のゲート電極１１ｂの側方下の領域に形成された接合深さの比較的浅い第２のｎ型エクステンション領域１３ｂと、第２の活性領域１ｂにおける第２のサイドウォール１４ｂの外側方下の領域に形成された接合深さの比較的深い第２のｎ型ソースドレイン領域１５ｂと、第２のｎ型ソースドレイン領域１５ｂ上と第２のゲート電極１１ｂの第２のシリコン膜１０ｂの上とに形成された第２のシリサイド層１６ｂとを備えている。
【００５３】
第２のゲート絶縁膜８ｂは、下側（第２の活性領域１ｂ側）から順次形成された，酸窒化シリコンからなる第２の下地膜（図示せず）と、第１の金属と窒素（閾値電圧調整用不純物）とを含有する窒化ハフニウムシリケートからなる第２の高誘電体膜とで構成されている。
【００５４】
第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴと第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴとでは、チャネル領域におけるｐ型不純物濃度は同一であるが、ゲート絶縁膜における窒素濃度及び第１の金属の濃度は互いに異なる。具体的には、高誘電体材料として窒素を含む材料を用いた場合には、第１のゲート絶縁膜８ａは窒素を含有しており、窒素濃度は第１のゲート絶縁膜８ａの方が第２のゲート絶縁膜８ｂよりも低い。高誘電体材料として窒素を含まない材料を用いた場合には、第１のゲート絶縁膜８ａは窒素を含有しておらず、第２のゲート絶縁膜８ｂは窒素を含有している。また、第１のゲート絶縁膜８ａにおける第１の金属の濃度は、第２のゲート絶縁膜８ｂにおける第１の金属の濃度よりも高い。本実施形態における第１の金属としては、ランタン（Ｌａ）などのランタノイド系金属、スカンジウム（Ｓｃ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などを挙げることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置では、第１のゲート絶縁膜８ａにおける第１の金属の濃度は第２のゲート絶縁膜８ｂにおける第１の金属の濃度よりも高い。ここで、第１の金属は、高誘電体膜に導入されるとＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を低下させるように作用する。よって、本実施形態に係る半導体装置では、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧よりも低くすることができる。
【００５６】
また、本実施形態に係る半導体装置では、第１の活性領域１ａ上に形成された第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧と第２の活性領域１ｂ上に形成された第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧との差を、第１のチャネル領域におけるｐ型不純物濃度が第２のチャネル領域におけるｐ型不純物濃度よりも低い従来の半導体装置におけるその差よりも大きくすることができる。
【００５７】
なお、本実施形態は、以下に示す構成を有していても良い。
【００５８】
ＭＩＳＦＥＴの個数は、２つ以上であればよく２つに限定されない。このことは、後述の第１〜第５の変形例においても言える。
【００５９】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、高誘電体膜を形成する前に第１の閾値電圧制御膜を形成しても良い。このことは後述の第１の変形例においても言える。
【００６０】
本実施形態では、閾値電圧調整用不純物として窒素を例に挙げて説明したが、閾値電圧調整用不純物は窒素に限定されない。閾値電圧調整用不純物の別の例を以下の第１の変形例、後述の第２の変形例及び後述の第３の変形例で示す。
【００６１】
（第１の変形例）
図４（ａ）〜図４（ｅ）は第１の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明する断面図であり、図４（ａ）における「ＬＮＴｒ」及び「ＰＮＴｒ」は上記第１の実施形態において説明した通りである。本変形例における閾値電圧調整用不純物は、高誘電体材料を構成する金属（第２の金属）であり、例えばハフニウムである。以下では、上記第１の実施形態とは異なる箇所を重点的に説明する。
【００６２】
まず、図４（ａ）に示す工程では、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す工程に倣って、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分を保護マスク５Ａから露出させる。
【００６３】
次に、図４（ｂ）に示す工程では、レジスト６を除去した後、例えばスパッタ法により高誘電体膜４に閾値電圧調整用不純物となるハフニウムを導入する（工程（ｂ））。このとき、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分の上には保護マスク５Ａが形成されている。よって、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分にはハフニウムが導入されないが、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分にはハフニウムが導入される。これにより、第１の活性領域１ａ上には閾値電圧調整用不純物（ハフニウム）の濃度が低い高誘電体膜（高誘電体膜４の一部分）２４Ａが形成される一方、第２の活性領域１ｂ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂが形成される。
【００６４】
このとき、高誘電体膜４としてハフニウムを含有する高誘電体膜を用い、閾値電圧調整用不純物としてハフニウムを用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａは高誘電体膜４に由来するハフニウムを含有しており、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂは高誘電体膜４に由来するハフニウムだけでなく図４（ｂ）におけるスパッタにより導入されたハフニウムも含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａはハフニウムを含有しており、ハフニウム濃度は閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａの方が閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂよりも低い。
【００６５】
また、高誘電体膜４としてハフニウムではなく例えばジルコニウムまたはイットリウムを含有する高誘電体膜を用い、閾値電圧調整用不純物としてハフニウムを用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａはハフニウムを含有しておらず、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂは図４（ｂ）におけるスパッタにより導入されたハフニウムを含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂはハフニウムを含有しているが、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａはハフニウムを含有していない。
【００６６】
続いて、図４（ｃ）に示す工程では、保護マスク５Ａを除去した後、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａの上と閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂの上とに、例えば化学気相堆積法により、Ｌａ２Ｏ３からなり膜厚が０．５ｎｍの第１の閾値電圧制御膜７を形成する（工程（ｃ））。
【００６７】
続いて、図４（ｄ）に示す工程では、半導体基板１に対して例えば８００℃１０分の熱処理を施す（工程（ｄ））。これにより、第１の活性領域１ａ上には第１の高誘電体膜２８Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には第２の高誘電体膜２８Ｂが形成される。
【００６８】
このとき、図４（ｂ）に示す工程でハフニウムを導入したことにより、第１の金属（本変形例ではランタン）は、第１の閾値電圧制御膜７から、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａへは拡散されるが、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂへは拡散されにくい。別の言い方をすると、第１の金属がこの図４（ｄ）に示す工程において第１の閾値電圧制御膜７から高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分へ拡散することを抑制するために、図４（ｂ）に示す工程において高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分にハフニウムを導入している。これにより、第１の高誘電体膜２８Ａにおける第１の金属の濃度は第２の高誘電体膜２８Ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くなる。
【００６９】
また、第１の高誘電体膜２８Ａは閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａに第１の金属が導入されたものであり、第２の高誘電体膜２８Ｂは閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂに第１の金属が導入されたものである。よって、高誘電体膜４としてハフニウムを含有する高誘電体膜を用い、閾値電圧調整用不純物としてハフニウムを用いた場合には、第１の高誘電体膜２８Ａはハフニウムを含有しており、ハフニウム濃度は第１の高誘電体膜２８Ａの方が第２の高誘電体膜２８Ｂよりも低い。一方、高誘電体膜４としてハフニウムではなくジルコニウムまたはイットリウムを含有する高誘電体膜を用い、閾値電圧調整用不純物としてハフニウムを用いた場合には、第１の高誘電体膜２８Ａはハフニウムを含有しておらず、第２の高誘電体膜２８Ｂはハフニウムを含有している。
【００７０】
この熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第１の高誘電体膜２８Ａ及び第２の高誘電体膜２８Ｂにおける第１の金属の拡散の度合いが変わること、また、熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第１の閾値電圧制御膜７の存否が変わることは、上記第１の実施形態に記載した通りである。
【００７１】
その後は、上記第１の実施形態における図２（ａ）に示す工程を実施する。これにより、第１の高誘電体膜２８Ａが第１のゲート絶縁膜２８ａとなり、第２の高誘電体膜２８Ｂが第２のゲート絶縁膜２８ｂとなる。それから、上記第１の実施形態における図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す工程を順次実施すれば、図４（ｅ）に示す半導体装置を作製することができる。
【００７２】
図４（ｅ）に示す半導体装置では、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴと第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴとにおいて、チャネル領域におけるｐ型不純物濃度は同一であるが、ゲート絶縁膜におけるハフニウムの濃度及び第１の金属の濃度は互いに異なる。高誘電体材料がハフニウムを含有する場合には、第１のゲート絶縁膜２８ａはハフニウムを含有し、ハフニウム濃度は第１のゲート絶縁膜２８ａの方が第２のゲート絶縁膜２８ｂよりも低い。一方、高誘電体材料がハフニウムではなくジルコニウムまたはイットリウムを含有する場合には、第１のゲート絶縁膜２８ａはハフニウムを含有しておらず、第２のゲート絶縁膜２８ｂはハフニウムを含有している。また、第１のゲート絶縁膜２８ａにおける第１の金属の濃度は、第２のゲート絶縁膜２８ｂにおける第１の金属の濃度よりも高い。
【００７３】
以上説明したように、本変形例に係る半導体装置の製造方法では、図４（ｂ）に示す工程において、第１の活性領域１ａ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂが形成される。本変形例における閾値電圧調整用不純物（具体的にはハフニウム）は、上記第１の実施形態と同じく、高誘電体膜への第１の金属の導入を抑制する。よって、第１の金属は、図４（ｄ）に示す工程において、第１の閾値電圧制御膜７から閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜２４Ａへは拡散する一方、第１の閾値電圧制御膜７から閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜２４Ｂへは拡散しにくい。従って、本変形例に係る半導体装置では、上記第１の実施形態に係る半導体装置と同じく、第１のゲート絶縁膜２８ａにおける第１の金属の濃度を第２のゲート絶縁膜２８ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くすることができる。これにより、本変形例では、上記第１の実施形態で記載した効果と同一の効果を得ることができる。
【００７４】
（第２の変形例）
図５（ａ）〜図５（ｅ）は第２の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明する断面図であり、図５（ａ）における「ＬＮＴｒ」及び「ＨＮＴｒ」は上記第１の実施形態において説明した通りである。本変形例における閾値電圧調整用不純物は、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴにおいて、閾値電圧を低下させる作用を有する第１の金属とは正反対に閾値電圧を上昇させる作用を有する金属（第３の金属）であり、例えばアルミニウムである。以下では、上記第１の実施形態とは異なる箇所を重点的に説明する。
【００７５】
まず、図５（ａ）に示す工程では、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す工程に倣って、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分を保護マスク５Ａから露出させる。
【００７６】
次に、図５（ｂ）に示す工程では、レジスト６を除去した後、例えばスパッタ法により半導体基板１に閾値電圧調整用不純物となるアルミニウムを導入する（工程（ｂ））。このとき、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分の上には保護マスク５Ａが形成されている。よって、高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分にはアルミニウムが導入されないが、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分にはアルミニウムが導入される。これにより、本変形例では、第１の活性領域１ａ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜（高誘電体膜４の一部分）３４Ａが形成される一方、第２の活性領域１ｂ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂが形成される。
【００７７】
このとき、高誘電体膜４としてアルミニウムを含有する高誘電体膜（例えばＨｆＡｌＯ２膜）を用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａは高誘電体膜４に由来するアルミニウムを含有しており、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂは高誘電体膜４に由来するアルミニウムだけでなく図５（ｂ）におけるスパッタにより導入されたアルミニウムも含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａはアルミニウムを含有しており、そのアルミニウム濃度は閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａの方が閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂよりも低い。
【００７８】
また、高誘電体膜４としてアルミニウムを含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａはアルミニウムを含有しておらず、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂは図５（ｂ）におけるスパッタにより導入されたアルミニウムを含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂはアルミニウムを含有しているが、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａはアルミニウムを含有していない。
【００７９】
続いて、図５（ｃ）に示す工程では、保護マスク５Ａを除去した後、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａの上と、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂの上とに、例えば化学気相堆積法により、Ｌａ２Ｏ３からなり膜厚が０．５ｎｍの第１の閾値電圧制御膜７を形成する（工程（ｃ））。
【００８０】
続いて、図５（ｄ）に示す工程では、半導体基板１に対して例えば８００℃１０分の熱処理を施す（工程（ｄ））。これにより、第１の活性領域１ａ上には第１の高誘電体膜３８Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には第２の高誘電体膜３８Ｂが形成される。
【００８１】
このとき、本変形例では、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分には、上記第１の実施形態における窒化処理が施されておらず、また、上記第１の変形例におけるハフニウムの導入も実施されていない。よって、第１の金属（本実施形態ではランタン）は、第１の閾値電圧制御膜７から閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａへ拡散されるだけでなく、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂへも拡散される。従って、第１の高誘電体膜３８Ａにおける第１の金属の濃度は、第２の高誘電体膜３８Ｂにおける第１の金属の濃度と略同一である。
【００８２】
また、第１の高誘電体膜３８Ａは閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａへ第１の金属が拡散されて形成されたものであり、第２の高誘電体膜３８Ｂは、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂへ第１の金属が拡散されて形成されたものである。よって、高誘電体膜４としてアルミニウムを含有する高誘電体膜（例えばＨｆＡｌＯ２膜）を用いた場合には、第１の高誘電体膜３８Ａはアルミニウムを含有しており、そのアルミニウム濃度は第１の高誘電体膜３８Ａの方が第２の高誘電体膜３８Ｂよりも低い。一方、高誘電体膜４としてアルミニウムを含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いた場合には、第１の高誘電体膜３８Ａはアルミニウムを含有していないが、第２の高誘電体膜３８Ｂはアルミニウムを含有している。
【００８３】
この熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第１の高誘電体膜３８Ａ及び第２の高誘電体膜３８Ｂにおける第１の金属の拡散の度合いが変わること、また、熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第１の閾値電圧制御膜７の存否が変わることは、上記第１の実施形態に記載した通りである。
【００８４】
また、この熱処理工程における熱処理の条件によっては、アルミニウムは、第２の高誘電体膜３８Ｂ内では、高誘電体膜４を構成する高誘電体材料と均一に混ざり合って存在する場合もあれば、層状に存在する場合もあれば、その上部に多く存在する場合もあれば、その下部に沈降する場合もある。
【００８５】
その後は、上記第１の実施形態における図２（ａ）に示す工程を実施する。これにより、第１の高誘電体膜３８Ａが第１のゲート絶縁膜３８ａとなり、第２の高誘電体膜３８Ｂが第２のゲート絶縁膜３８ｂとなる。その後、上記第１の実施形態における図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す工程を順次実施すれば、図５（ｅ）に示す半導体装置を作製することができる。
【００８６】
図５（ｅ）に示す半導体装置では、第１のＮ型ＭＩＳＦＥＴと第２のＮ型ＭＩＳＦＥＴとにおいて、チャネル領域におけるｐ型不純物濃度及びゲート絶縁膜における第１の金属の濃度は同一であるが、ゲート絶縁膜におけるアルミニウムの濃度は互いに異なる。具体的には、高誘電体材料がアルミニウムを含有する場合には、第１のゲート絶縁膜３８ａはアルミニウムを含有し、アルミニウム濃度は第１のゲート絶縁膜３８ａの方が第２のゲート絶縁膜３８ｂよりも低い。一方、高誘電体材料がアルミニウムを含有しない場合には、第１のゲート絶縁膜３８ａはアルミニウムを含有しておらず、第２のゲート絶縁膜３８ｂはアルミニウムを含有している。
【００８７】
以上説明したように、本変形例に係る半導体装置の製造方法では、図５（ｂ）に示す工程におけるアルミニウム（閾値電圧調整用不純物）の導入により、第１の活性領域１ａ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂが形成される。本変形例における閾値電圧調整用不純物は、高誘電体膜へ導入されたときにＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を上昇させる作用するのであって、高誘電体膜への第１の金属の導入を抑制するのではない。よって、図５（ｃ）に示す工程において、第１の金属は、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜３４Ａだけでなく、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜３４Ｂへも拡散する。従って、本変形例に係る半導体装置では、第１のゲート絶縁膜３８ａにおける第１の金属の濃度は第２のゲート絶縁膜３８ｂにおける第１の金属の濃度と同じである。しかし、第１のゲート絶縁膜３８ａはアルミニウムを含有していないか、または、アルミニウム濃度は第１のゲート絶縁膜３８ａの方が第２のゲート絶縁膜３８ｂよりも低い。アルミニウムは高誘電体膜へ導入されたときにＮ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を上昇させる作用するので、第１の金属が導入されることによる閾値電圧の低下が抑制され、本変形例においても上記第１の実施形態に記載の効果を得ることができる。すなわち、アルミニウムの導入により第１の金属による閾値電圧の低下という作用が相殺されるので、閾値電圧の低下が抑制される。
【００８８】
なお、本変形例に係る半導体装置は、以下の第３の変形例において示す製造方法に従って製造しても良い。
【００８９】
（第３の変形例）
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第３の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図６（ａ）における「ＬＮＴｒ」及び「ＨＮＴｒ」は上記第１の実施形態で説明した通りである。
【００９０】
まず、図６（ａ）に示す工程では、図１（ａ）に示す工程に倣って、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の上部に、トレンチ内に絶縁膜が埋め込まれた素子分離領域２を選択的に形成し、第１の活性領域１ａを含む半導体基板１に第１のｐ型ウェル領域３ａを形成するとともに第２の活性領域１ｂを含む半導体基板１に第２のｐ型ウェル領域３ｂを形成する。その後、半導体基板１の上面全体に、第３の金属を含有する膜（不図示，膜厚が０．５ｎｍ）を形成する。第３の金属を含有する膜としては、Ａｌ２Ｏ３膜であっても良く、Ａｌ膜であっても良い。
【００９１】
その後、フォトリソグラフィー法により、第３の金属を含有する膜のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分を覆う一方、第３の金属を含有する膜のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分を露出するように、レジスト（不図示）を形成する。そして、このレジストをマスクとして、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）を主成分とする薬液を用いたウエットエッチングにより、第３の金属を含有する膜のうちレジストから露出する部分を除去する。これにより、第３の金属を含有する膜のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分のみが残存し、第３の金属を含有する膜の一部分である第２の閾値電圧制御膜１７Ｂが第２の活性領域１ｂ上に形成される。
【００９２】
次に、図６（ｂ）に示す工程では、半導体基板１の上面全体に、シリコン酸窒化からなり膜厚が１．６ｎｍの下地膜（図示せず）を形成した後、例えば有機金属気相堆積法によりＨｆＳｉＯＮからなり膜厚が２ｎｍの高誘電体膜４を下地膜の上に形成し（工程（ａ））、その後、例えば化学気相堆積法により、Ｌａ２Ｏ３からなり膜厚が０．５ｎｍの第１の閾値電圧制御膜７を形成する（工程（ｃ））。これにより、第１の活性領域１ａ上には、下地膜と高誘電体膜４と第１の閾値電圧制御膜７とが順に積層される一方、第２の活性領域１ｂ上には、第２の閾値電圧制御膜１７Ｂと下地膜と高誘電体膜４と第１の閾値電圧制御膜７とが順に積層される。
【００９３】
続いて、図６（ｃ）に示す工程では、半導体基板１に対して例えば８００℃１０分の熱処理を施す（工程（ｂ）及び工程（ｄ））。これにより、第１の活性領域１ａ上には第１の高誘電体膜３８Ａが形成され、第２の活性領域１ｂ上には第２の高誘電体膜３８Ｂが形成される。
【００９４】
このとき、第１の金属（本変形例ではランタン）は、第１の閾値電圧制御膜７から高誘電体膜４のうち第１の活性領域１ａ上に形成された部分へ拡散されるだけでなく、高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分へも拡散される。従って、第１の高誘電体膜３８Ａにおける第１の金属の濃度は、第２の高誘電体膜３８Ｂにおける第１の金属の濃度と略同一である。
【００９５】
一方、第２の閾値電圧制御膜１７Ｂは第２の活性領域１ｂ上にのみ形成されているので、アルミニウムは第２の閾値電圧制御膜１７Ｂから高誘電体膜４のうち第２の活性領域１ｂ上に形成された部分へのみ拡散される。
【００９６】
高誘電体膜４としてアルミニウムを含有する高誘電体膜（例えばＨｆＡｌＯ２膜）を用いた場合、第１の高誘電体膜３８Ａは高誘電体膜４に由来するアルミニウムを含有しており、第２の高誘電体膜３８Ｂは高誘電体膜４に由来するアルミニウムだけでなく第２の閾値電圧制御膜１７Ｂから導入されたアルミニウムも含有している。つまり、この場合には、第１の高誘電体膜３８Ａはアルミニウムを含有しており、そのアルミニウム濃度は第１の高誘電体膜３８Ａの方が第２の高誘電体膜３８Ｂよりも低い。
【００９７】
高誘電体膜４としてアルミニウムを含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いた場合、第１の高誘電体膜３８Ａはアルミニウムを含有しておらず、第２の高誘電体膜３８Ｂは第２の閾値電圧制御膜１７Ｂから導入されたアルミニウムを含有している。つまり、この場合には、第１の高誘電体膜３８Ａはアルミニウムを含有していないが、第２の高誘電体膜３８Ｂはアルミニウムを含有している。
【００９８】
ここで、この熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第１の高誘電体膜３８Ａ内及び第２の高誘電体膜３８Ｂ内における第１の金属の拡散度合いがそれぞれ変わること、また、熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第１の閾値電圧制御膜の存否が変わることは、上記第１の実施形態に記載した通りである。
【００９９】
また、この熱処理工程における熱処理の条件が異なれば第２の高誘電体膜３８Ｂにおけるアルミニウムの拡散度合いが変わることは、上記第２の変形例に記載した通りである。
【０１００】
また、熱処理工程における熱処理の条件によっては、熱処理工程が終了すると、図６（ｃ）で示すように第２の閾値電圧制御膜１７Ｂが消失する場合もあれば、不図示であるが第２の閾値電圧制御膜が残存して第１の高誘電体膜と一体化する場合もある。
【０１０１】
その後は、上記第１の実施形態における図２（ａ）に示す工程を実施する。これにより、第１の高誘電体膜３８Ａが第１のゲート絶縁膜３８ａとなり、第２の高誘電体膜３８Ｂが第２のゲート絶縁膜３８ｂとなる。それから、上記第１の実施形態における図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す工程を順次実施すれば、図６（ｄ）に示す半導体装置を作製することができる。このようにして形成された半導体装置は上記第２の変形例に係る半導体装置と略同一の構成を有しており、よって、本変形例では上記第２の変形例において得られる効果と同一の効果を得ることができる。
【０１０２】
（第４の変形例）
上記第１の実施形態及び上記第１の変形例では、２つのＮ型ＭＩＳＦＥＴを備えた半導体装置及びその製造方法を説明している。しかし、トランジスタの導電型はＰ型であっても良い。第４の変形例では、上記第１の実施形態に係る半導体装置の導電型がＰ型である場合の製造方法を説明する。
【０１０３】
一般に、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴでは、半導体基板はｎ型シリコンからなり、ウェル領域の導電型はｎ型であり、エクステンション領域及びソースドレイン領域の導電型はそれぞれｐ型であり、メタルゲート電極を構成する導電膜の代表例はＴｉＮ膜である。第１の金属、つまり、高誘電体膜に導入されたときにＰ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を低下させるように作用する金属としては、アルミニウムを例に挙げることができる。よって、上記第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、半導体基板、ウェル領域、エクステンション領域及びソースドレイン領域の導電型を反転させ、導電膜の材料を変更し、第１の閾値電圧制御膜の材料を変更すれば良い。以下では、上記第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法とは異なる点を重点的に説明する。
【０１０４】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、本変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図７（ａ）〜図７（ｄ）において、左側に示す「ＬＰＴｒ」とは閾値電圧が相対的に低い第１のＰ型ＭＩＳＦＥＴが形成される第１のＰ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＬＰＴｒを示し、右側に示す「ＨＰＴｒ」とは閾値電圧が相対的に高い第２のＰ型ＭＩＳＦＥＴが形成される第２のＰ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域ＨＰＴｒを示している。
【０１０５】
まず、図７（ａ）に示す工程では、ｐ型シリコンからなる半導体基板１ではなくｎ型シリコンからなる半導体基板５１を準備することと、第１のｐ型ウェル領域３ａ及び第２のｐ型ウェル領域３ｂではなく第１のｎ型ウェル領域５３ａ及び第２のｎ型ウェル領域５３ｂを形成することとを除いては、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す工程を順次実施する。よって、第１の活性領域５１ａ上には、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａが形成され、第２の活性領域５１ｂ上には、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂが形成される（工程（ｂ））。
【０１０６】
このとき、高誘電体膜４として窒素を含有する高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは高誘電体膜４に由来する窒素を含有しており、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは高誘電体膜４に由来する窒素だけでなく窒化処理により導入された窒素も含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有しており、その窒素濃度は閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂにおける窒素濃度よりも低い。
【０１０７】
また、高誘電体膜４として窒素を含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＯ２膜）を用いた場合、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有しておらず、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは窒化処理により導入された窒素を含有している。つまり、この場合には、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは窒素を含有しているが、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有していない。
【０１０８】
続いて、図７（ｂ）に示す工程では、Ｌａ２Ｏ３からなる第１の閾値電圧制御膜７ではなくＡｌ２Ｏ３からなる第１の閾値電圧制御膜５７を形成することを除いては図１（ｄ）に示す工程を実施する（工程（ｃ））。ここで、第１の閾値電圧制御膜５７は、第１の金属（本変形例ではアルミニウム）を含有する膜であれば良いので、Ａｌ２Ｏ３膜に限定されずＡｌ膜であっても良い。
【０１０９】
続いて、図７（ｃ）に示す工程では、図１（ｅ）に示す工程に倣って、半導体基板５１に対して例えば８００℃１０分の熱処理を施す（工程（ｄ））。これにより、第１の活性領域５１ａ上には第１の高誘電体膜５８Ａが形成され、第２の活性領域５１ｂ上には第２の高誘電体膜５８Ｂが形成される。
【０１１０】
このとき、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａは窒素を含有していないが、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂは窒素を含有している。または、閾値電圧調整用不純物の濃度が低い高誘電体膜４Ａにおける窒素濃度は、閾値電圧調整用不純物の濃度が高い高誘電体膜４Ｂにおける窒素濃度よりも低い。よって、第１の金属（本変形例ではアルミニウム）は、第１の閾値電圧制御膜５７から、高誘電体膜４Ａへは拡散されるが、表面処理された高誘電体膜４Ｂへは拡散されにくい。従って、第１の高誘電体膜５８Ａにおける第１の金属の濃度は、第２の高誘電体膜５８Ｂにおける第１の金属の濃度よりも高くなる。
【０１１１】
その後は、第１の高誘電体膜５８Ａ及び第２の高誘電体膜５８Ｂをそれぞれ第１のゲート絶縁膜５８ａ及び第２のゲート絶縁膜５８ｂとすること、ＴｉＮからなる第１の導電膜５９ａ及び第２の導電膜５９ｂをそれぞれ形成して第１のゲート電極６１ａ及び第２のゲート電極６１ｂをそれぞれ形成すること、ｐ型不純物を注入して第１のｐ型エクステンション領域６３ａ及び第２のｐ型エクステンション領域６３ｂを形成すること、ならびに、ｐ型不純物を注入して第１のｐ型ソースドレイン領域６５ａ及び第２のｐ型ソースドレイン領域６５ｂを形成することを除いては、上記第１の実施形態における図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す工程を順次実施する。これにより、本変形例に係る半導体装置を製造することができる。
【０１１２】
なお、本変形例では、閾値電圧調整用不純物として窒素を用いたが、上記第１の変形例に示すように高誘電体材料を構成する金属（例えばハフニウム）を用いても良い。
【０１１３】
（第５の変形例）
上記第２及び上記第３の変形例では、２つのＮ型ＭＩＳＦＥＴを備えた半導体装置及びその製造方法を説明している。しかし、トランジスタの導電型はＰ型であっても良い。第５の変形例では、上記第３の変形例に係る半導体装置の導電型がＰ型である場合の製造方法を説明する。
【０１１４】
上記第４の変形例で記したように、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴでは、半導体基板はｎ型シリコンからなり、ウェル領域の導電型はｎ型であり、エクステンション領域及びソースドレイン領域の導電型はそれぞれｐ型であり、メタルゲート電極を構成する導電膜の代表例はＴｉＮ膜であり、第１の金属としてはアルミニウムを例に挙げることができる。さらに、第３の金属、つまり、高誘電体膜に導入されたときにＰ型ＭＩＳＦＥＴの閾値電圧を低下させないようにする金属としては、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウムまたはマグネシウムを例に挙げることができる。よって、上記第３の変形例に係る半導体装置の製造方法において、半導体基板、エクステンション領域及びソースドレイン領域の導電型を反転させ、導電膜の材料を変更し、第１及び第２の閾値電圧制御膜の材料を変更すれば良い。以下では、上記第３の変形例に係る半導体装置の製造方法とは異なる点を重点的に説明する。
【０１１５】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、本変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図８（ａ）における「ＬＰＴｒ」及び「ＨＰＴｒ」は上記第４の変形例において記載した通りである。
【０１１６】
まず、図８（ａ）に示す工程では、ｐ型シリコンからなる半導体基板１ではなくｎ型シリコンからなる半導体基板５１を用いることと、第１のｐ型ウェル領域３ａ及び第２のｐ型ウェル領域３ｂではなく第１のｎ型ウェル領域５３ａ及び第２のｎ型ウェル領域５３ｂを形成することと、第３の金属を含有する膜としてアルミニウムを含有する膜ではなく例えばランタンを含有する膜（Ｌａ膜またはＬａ２Ｏ３膜）を用いることとを除いては、図６（ａ）に示す工程を実施する。これにより、第２の活性領域５１ｂ上には、例えばランタンを含有する第２の閾値電圧制御膜６７Ｂが形成される。
【０１１７】
次に、図８（ｂ）に示す工程では、Ｌａ２Ｏ３からなる第１の閾値電圧制御膜７ではなくＡｌ２Ｏ３からなる第１の閾値電圧制御膜５７を形成することを除いては図６（ｂ）に示す工程を実施する。
【０１１８】
続いて、図８（ｃ）に示す工程では、半導体基板５１に対して例えば８００℃１０分の熱処理を施す。すると、第１の金属（本変形例ではアルミニウム）が第１の閾値電圧制御膜５７から高誘電体膜４へ拡散する。また、ランタン（第３の金属）が第２の閾値電圧制御膜６７Ｂから高誘電体膜４のうち第２の活性領域５１ｂ上に形成された部分へ拡散する。これにより、第１の活性領域５１ａ上には第１の高誘電体膜６８Ａが形成され、第２の活性領域５１ｂ上には第２の高誘電体膜６８Ｂが形成される。
【０１１９】
このとき、第１の金属（本変形例ではアルミニウム）は、第１の閾値電圧制御膜５７から、高誘電体膜４のうち第１の活性領域５１ａ上に形成された部分だけでなく高誘電体膜４のうち第２の活性領域５１ｂ上に形成された部分へも拡散する。従って、第１の高誘電体膜６８Ａにおける第１の金属の濃度は、第２の高誘電体膜６８Ｂにおける第１の金属の濃度と略同一である。また、第２の閾値電圧制御膜６７Ｂは第２の活性領域１ｂ上にのみ形成されているので、ランタンは第２の閾値電圧制御膜６７Ｂから高誘電体膜４のうち第２の活性領域５１ｂ上に形成された部分のみへ拡散する。
【０１２０】
高誘電体膜４としてランタンを含有しない高誘電体膜（例えばＨｆＳｉＯＮ膜）を用いる場合が多いが、その場合、第１の高誘電体膜６８Ａはランタンを含有しておらず、第２の高誘電体膜６８Ｂはランタンを含有している。つまり、この場合には、第１の高誘電体膜６８Ａはランタンを含有していないが、第２の高誘電体膜６８Ｂはアルミニウムを含有している。
【０１２１】
その後は、第１の高誘電体膜６８Ａ及び第２の高誘電体膜６８Ｂをそれぞれ第１のゲート絶縁膜６８ａ及び第２のゲート絶縁膜６８ｂとすること、ＴｉＮからなる第１の導電膜５９ａ及び第２の導電膜５９ｂをそれぞれ形成して第１のゲート電極６１ａ及び第２のゲート電極６１ｂをそれぞれ形成すること、ｐ型不純物を注入して第１のｐ型エクステンション領域６３ａ及び第２のｐ型エクステンション領域６３ｂを形成すること、ならびに、ｐ型不純物を注入して第１のｐ型ソースドレイン領域６５ａ及び第２のｐ型ソースドレイン領域６５ｂを形成することを除いては、上記第１の実施形態における図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す工程を順次実施する。これにより、図８（ｄ）に示す半導体装置を製造することができる。
【０１２２】
なお、本変形例に係る半導体装置の製造方法おいては、第２の閾値電圧制御膜を形成する代わりに、上記第２の変形例で示すように高誘電体膜のうち第２の活性領域上に形成された部分に第３の金属（ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウムまたはマグネシウム）を導入しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上説明したように、本発明は、high-k膜とメタルゲート電極とを有する同一導電型の２つ以上のトランジスタが同一基板内に形成された半導体装置において、そのトランジスタの閾値電圧を相違させる際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、第１の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、第２の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、第３の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、第４の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、第５の変形例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図９】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１，５１                                半導体基板 
１ａ，５１ａ                            第１の活性領域 
１ｂ，５１ｂ                            第２の活性領域 
４                                      高誘電体膜 
７，５７                                第１の閾値電圧制御膜 
８Ａ，２８Ａ，３８Ａ，５８Ａ，６８Ａ    第１の高誘電体膜 
８Ｂ，２８Ｂ，３８Ｂ，５８Ｂ，６８Ｂ    第２の高誘電体膜 
８ａ，２８ａ，３８ａ，５８ａ，６８ａ    第１のゲート絶縁膜 
８ｂ，２８ｂ，３８ｂ，５８ｂ，６８ｂ    第２のゲート絶縁膜 
９                                      導電膜 
９ａ，５９ａ                            第１の導電膜 
９ｂ，５９ｂ                            第２の導電膜 
１０                                    シリコン膜 
１０ａ                                  第１のシリコン膜 
１０ｂ                                  第２のシリコン膜 
１１ａ，６１ａ                          第１のゲート電極 
１１ｂ，６１ｂ                          第２のゲート電極 
１７Ｂ，６７Ｂ                          第２の閾値電圧制御膜 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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