[发明专利]改善器件性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种改善器件性能的方法。

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器件的电学性能，但是现有技术形成的器件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改善器件性能的方法，改善了器件阈值电压失配问题。

为解决上述问题，本发明提供一种改善器件性能的方法，包括：提供基底；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成功函数层；对所述功函数层进行退火处理，所述退火处理在含有晶化促进离子的氛围下进行，所述退火处理适于减小所述功函数层的晶粒尺寸；在进行所述退火处理之后，在所述功函数层上形成金属层。

可选的，在形成所述功函数层之前，还包括：在所述高k栅介质层上形成阻挡层，形成的所述功函数层位于所述阻挡层上。

可选的，在所述退火处理过程中，所述阻挡层适于阻挡所述晶化促进离子。

可选的，所述阻挡层的材料为含有扩散抑制离子的TiN或TaN。

可选的，所述扩散抑制离子包括Ge离子、Si离子或C离子。

可选的，所述扩散抑制离子为Ge离子，所述阻挡层中Ge离子的原子百分比含量为15％～25％；或者，所述扩散抑制离子为Si离子，所述阻挡层中Si离子的原子百分比含量为15％～25％；或者，所述扩散抑制离子为C离子，所述阻挡层中C离子的原子百分比含量为25％～35％。

可选的，形成所述阻挡层的工艺步骤包括：在所述高k栅介质层上形成本征层；在形成所述本征层之后，向所述本征层内掺杂扩散抑制离子；或者，在形成所述本征层的工艺过程中原位掺杂扩散抑制离子。

可选的，所述功函数层的材料为P型功函数材料；所述晶化促进离子包括N离子、H离子、O离子或F离子。

可选的，所述退火处理的工艺参数包括：退火温度为350℃～500℃，向退火处理腔室内通入NO气体、H₂气体、HF气体或O₂。

可选的，所述功函数层的材料包括TiN或TaN。

可选的，所述功函数层的材料为N型功函数材料；所述晶化促进离子包括N离子或H离子。

可选的，所述退火处理的工艺参数包括：退火温度为350℃～500℃，向退火处理腔室内通入NH₃、NO或H₂。

可选的，所述功函数层的材料包括TiAl、TaAl、TiAlC或TaAlC。

可选的，所述基底包括PMOS区域和NMOS区域；所述功函数层包括：位于PMOS区域基底上方的第一功函数层、以及位于NMOS区域基底上方的第二功函数层；所述退火处理包括：对所述第一功函数层进行第一退火处理、以及对所述第二功函数层进行第二退火处理，其中，所述第一退火处理在含有第一晶化促进离子的氛围下进行，所述第二退火处理在含有第二晶化促进离子的氛围下进行。

可选的，所述第一功函数层的材料为P型功函数材料，所述第一晶化促进离子包括N离子、H离子、O离子或F离子；所述第二功函数层的材料为N型功函数材料，所述第二晶化促进离子包括N离子或H离子。

可选的，形成所述阻挡层、第一功函数层、第二功函数层、以及进行退火处理的工艺步骤包括：在所述PMOS区域和NMOS区域的阻挡层上形成第一功函数层；对所述第一功函数层进行所述第一退火处理；在进行所述第一退火处理后，去除所述NMOS区域的第一功函数层；在所述NMOS区域的阻挡层上形成第二功函数层；对所述第二功函数层进行所述第二退火处理。

可选的，在形成所述高k栅介质层之前，还在所述基底上形成界面层。