[发明专利]半导体结构的形成方法

说明书

一种半导体结构的形成方法，包括：提供包括NMOS区域的基底，所述基底上形成有层间介质层，且所述NMOS区域的层间介质层内形成有贯穿层间介质层厚度的第一开口；在所述第一开口的底部和侧壁上形成高k栅介质层；在高k栅介质层上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成N型功函数层；对N型功函数层进行退火处理，所述退火处理适于降低所述N型功函数层材料的功函数值，其中，所述退火处理在含氢氛围下进行；在进行所述退火处理后，形成填充满所述第一开口的金属栅极。本发明中所需的N型功函数层的厚度减小，从而增加了在第一开口内形成金属栅极的工艺窗口，使得形成的金属栅极的质量得到改善，进而提高形成的半导体结构的电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体结构的形成方法。

背景技术

集成电路尤其超大规模集成电路的主要半导体器件是金属-氧化物-半导体场效应管(MOS晶体管)。随着集成电路制作技术的不断发展，半导体器件技术节点不断减小，半导体结构的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体结构尺寸减小到一定程度时，各种因为半导体结构的物理极限所带来的二级效应相继出现，半导体结构的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在半导体制作领域，最具挑战性的是如何解决半导体结构漏电流大的问题。半导体结构的漏电流大，主要是由传统栅介质层厚度不断减小所引起的。

当前提出的解决方法是，采用高k栅介质材料代替传统的二氧化硅栅介质材料，并使用金属作为栅电极，以避免高k材料与传统栅电极材料发生费米能级钉扎效应以及硼渗透效应。高k金属栅的引入，减小了半导体结构的漏电流。

尽管高k金属栅极的引入能够在一定程度上改善半导体结构的电学性能，但是现有技术形成的半导体结构的电学性能仍有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构的形成方法，改善形成的半导体结构的电学性能。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供包括NMOS区域的基底，所述基底上形成有层间介质层，且所述NMOS区域的层间介质层内形成有贯穿层间介质层厚度的第一开口；在所述第一开口的底部和侧壁上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成N型功函数层；对所述N型功函数层进行退火处理，所述退火处理适于降低所述N型功函数层材料的功函数值，其中，所述退火处理在含氢氛围下进行；在进行所述退火处理后，形成填充满所述第一开口的金属栅极。

可选的，所述退火处理的工艺参数包括：向退火反应腔室内通入H₂，退火温度为300℃～450℃，退火时长为1h～2h。

可选的，与进行所述退火处理之前的N型功函数层的材料功函数值相比，退火处理后的N型功函数层的材料功函数值降低了0.08ev～0.12ev。

可选的，与进行所述退火处理之前的N型功函数层的材料功函数值相比，退火处理后的N型功函数层的材料功函数值降低了0.1ev。

可选的，所述N型功函数层的材料为TiAl、TiAlC、TiAlN或AlN。

可选的，所述N型功函数层的厚度为10埃～60埃。

可选的，所述第一阻挡层的材料为TiN或TaN。

可选的，所述第一阻挡层的厚度为10埃～30埃。

可选的，在进行所述退火处理后，形成所述金属栅极之前，还包括：在所述N型功函数层上形成第二阻挡层。

可选的，所述第二阻挡层的材料为TiN或TaN。

可选的，在形成所述高k栅介质层之前，还在所述开口底部形成界面层。