[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

一种半导体结构及其形成方法，所述形成方法包括：提供基底；形成介质层；形成开口；形成栅介质层；形成含Al功函数层，沿所述栅介质层指向所述开口的方向上，按原子数百分比，所述含Al功函数层中Al原子含量减小；形成金属层。本发明技术方案有利于降低形成所述含Al功函数层的工艺难度，有利于改善晶体管的阈值电压翻转问题，有利于提高所形成半导体结构的性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

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，半导体器件的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体器件尺寸减小到一定程度时，各种因为半导体器件的物理极限所带来的二级效应相继出现，半导体器件的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在半导体制造领域，最具挑战性的是如何解决半导体器件漏电流大的问题。半导体器件的漏电流大，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，减小了半导体器件的漏电流。

然而，引入高K金属栅的半导体结构中，仍有许多问题亟待解决，其中一个就是功函数的匹配问题，因为功函数将直接影响器件的阈值电压(Vt)和晶体管的性能。因此功函数必须调整到半导体器件的合适工作范围内。

现有技术中，通过在晶体管栅极结构中形成功函数层以实现所述晶体管阈值电压的调节，但是现有技术引入功函数层的晶体管依旧存在电学性能不良的问题，从而导致所形成半导体结构性能不良。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，以改善所形成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：

提供基底；在所述基底上形成介质层；在所述介质层内形成开口；在所述开口底部和侧壁上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成含Al功函数层，沿所述栅介质层指向所述开口的方向上，按原子数百分比，所述含Al功函数层中Al原子含量减小；在所述含Al功函数层上形成金属层，所述金属层填充所述开口；所述金属层、所述含Al功函数层以及所述栅介质层用于形成栅极结构。

可选的，形成所述含Al功函数层的步骤中，按原子数百分比，Al原子的含量在40％到75％范围内。

可选的，按原子数百分比，所述含Al功函数层中Al原子的平均含量在60％到70％范围内。

可选的，形成所述含Al功函数层的步骤中，所述含Al功函数层的材料为TiAl、TaAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN和AlN中的一种或多种。

可选的，形成含Al功函数层的步骤中，所述含Al功函数层的厚度在到范围内。

可选的，形成所述含Al功函数层的步骤包括：通过原子层沉积的方式形成所述含Al功函数层。

可选的，形成所述含Al功函数层的步骤包括：进行至少一次含Al材料沉积，以形成所述含Al功函数层；所述含Al材料沉积的步骤包括：通入含Al前驱体；清除所述含Al前驱体。

可选的，通入含Al前驱体的步骤中，所述含Al前驱体为(C₂H₅)₃Al或AlCH₃。

可选的，形成所述含Al功函数层的步骤包括：进行多次含Al材料沉积；进行多次含Al材料沉积的步骤中，通入含Al前驱体的脉冲时间逐次减小。

可选的，通入含Al前驱体的步骤中，通入含Al前驱体的脉冲时间在8秒到25秒范围内。