CN109671673A - 半导体结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体结构及其形成方法,所述半导体结构的形成方法包括:提供基底,基底上具有介质层,介质层内具有贯穿介质层厚度的第一开口,位于第一开口两侧的基底内具有源漏掺杂区;在第一开口底部及侧壁上形成高k栅介质层;在高k栅介质层上形成填充满第一开口的牺牲层;形成贯穿所述介质层厚度的凹槽,凹槽底部露出源漏掺杂区表面;在凹槽底部形成金属膜;对金属膜进行退火处理,形成硅化金属层;在硅化金属层上形成填充满凹槽的导电层;之后,去除所述牺牲层,在介质层内形成第二开口;在第二开口的底部和侧壁上形成N型功函数层;在N型功函数层上形成填充满第二开口的金属栅。本发明能够避免半导体结构的阈值电压失配,改善半导体结构的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
背景技术
晶体管尺寸小型化是半导体器件发展的趋势,然而晶体管的尺寸的持续缩小也引起一些负面效应,例如晶体管容易产生漏电流,多晶硅栅极的电阻增加明显等。
研究者发现,以高k栅介质层替代氧化硅或氮氧化硅材料形成栅介质层,并以金属栅替代传统的多晶硅栅极材料制作的晶体管,即高k金属栅(HKMG,High K Metal Gate)晶体管可有效的解决上述问题。其中,所述高k栅介质层能够有效减少栅极与沟道之间的直接遂穿电流,而金属栅的电阻率极小,能够防止栅极电阻的增加。
然而,尽管引入高k金属栅极晶体管,半导体结构的性能仍有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法,可避免半导体结构的阈值电压失配,从而改善半导体结构的性能。
为解决上述问题,本发明提供一种半导体结构形成方法,包括:提供基底,所述基底上具有介质层,所述介质层内具有贯穿所述介质层厚度的第一开口,位于所述第一开口两侧的所述基底内具有源漏掺杂区;在所述第一开口底部及侧壁上形成高k栅介质层;在所述高k栅介质层上形成填充满所述第一开口的牺牲层;形成贯穿所述介质层厚度的凹槽,所述凹槽底部露出所述源漏掺杂区表面;在所述凹槽底部形成金属膜;对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层;在所述硅化金属层上形成填充满所述凹槽的导电层;在形成所述导电层之后,去除所述牺牲层,在所述介质层内形成第二开口;在所述第二开口的底部和侧壁上形成N型功函数层;在所述N型功函数层上形成填充满所述第二开口的金属栅。
可选的,在形成所述高k栅介质层前,所述半导体结构的形成方法还包括:在所述第一开口底部形成界面层。
可选的,在形成所述高k栅介质层后,且在形成所述牺牲层前,所述半导体结构的形成方法还包括:采用退火工艺对所述界面层进行致密化处理。
可选的,所述退火工艺的退火温度为800~1000℃。
可选的,所述N型功函数层中含有铝离子。
可选的,所述N型功函数层的材料为TiAl、TaAl、TiAlC、AlN、TiAlN或TaAlN。
可选的,所述基底包括NMOS区域和PMOS区域,所述NMOS区域上具有一个或多个所述第一开口,所述PMOS区域上具有一个或多个所述第一开口;其中,在所述NMOS区域以及PMOS区域的第一开口内形成所述高k栅介质层。
可选的,在形成所述牺牲层前,所述半导体结构的形成方法还包括:在所述NMOS区域以及PMOS区域的高k栅介质层上形成P型功函数层。
可选的,所述P型功函数层的材料为TiN、TaN、TiSiN或TaSiN。
可选的,采用激光退火工艺对所述金属膜进行退火处理。
可选的,所述退火处理的温度为850~1000℃。
可选的,所述金属膜的材料为Ti、Ni或Co。
可选的,形成所述第一开口、源漏掺杂区以及介质层的工艺步骤包括:在所述基底部分表面上形成伪栅;在所述伪栅两侧的所述基底内形成源漏掺杂区;在所述基底上形成介质层,所述介质层覆盖所述伪栅的侧壁;去除所述伪栅,形成所述第一开口。
可选的,形成所述高k栅介质层与所述牺牲层的工艺步骤包括:在所述介质层顶部、所述第一开口底部及所述第一开口侧壁上形成高k栅介质膜;在所述高k栅介质膜上形成填充满所述第一开口的牺牲膜,且所述牺牲膜顶部高于所述介质层顶部;对所述牺牲膜顶部进行平坦化处理,去除高于所述介质层顶部的所述牺牲膜,形成所述牺牲层,并且去除所述介质层顶部的高k栅介质膜,形成所述高k栅介质层。
可选的,形成所述N型功函数层与所述金属栅的工艺步骤包括:在所述介质层顶部、所述导电层顶部、所述第二开口底部及所述第二开口侧壁上形成N型功函数膜;在所述N型功函数膜上形成填充满所述第二开口的初始金属栅,且所述初始金属栅顶部高于所述介质层顶部;对所述初始金属栅顶部进行平坦化处理,去除高于所述介质层顶部的所述初始金属栅,形成所述金属栅,并且去除所述介质层顶部以及所述导电层顶部的N型功函数膜,形成所述N型功函数层。
可选的,所述牺牲层的材料为非晶硅或非晶锗。
可选的,所述导电层的材料为Cu、W、Al或Ag;所述金属栅的材料为Cu、W、Al或Ag。
可选的,所述基底包括:衬底、凸出于所述衬底的鳍部以及位于所述衬底上的隔离层,所述隔离层覆盖所述鳍部的部分侧壁表面。
相应的,本发明还提供一种半导体结构,包括:基底,所述基底上具有介质层,所述介质层上具有贯穿所述介质层厚度的开口;位于所述开口底部及侧壁上的高k栅介质层;位于所述高k栅介质层上且填充满所述开口的牺牲层;位于所述开口两侧的所述基底内的源漏掺杂区;位于所述介质层内且贯穿所述介质层厚度的凹槽,且所述凹槽底部露出所述源漏掺杂区表面。
可选的,所述基底包括NMOS区域和PMOS区域;所述NMOS区域具有一个或多个所述开口,所述PMOS区域具有一个或多个所述开口;在所述NMOS区域以及PMOS区域的所述开口内,所述牺牲层与所述高k栅介质层之间还具有P型功函数层。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
在本发明的技术方案中,对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层时,在所述第一开口内不存在N型功函数层。在所述硅化金属层上形成填充满所述凹槽的导电层后,去除所述牺牲层,在所述介质层内形成第二开口;在所述第二开口的底部和侧壁上形成N型功函数层。本发明将N型功函数层的形成步骤安排在硅化金属层的形成步骤之后进行,可避免N型功函数层经历所述退火处理的过程,从而防止N型功函数层内的离子扩散,进而保证N型功函数层的功函数值以及半导体结构的阈值电压符合要求,以改善半导体结构的性能。
可选方案中,在形成所述高k栅介质层后,且在形成所述牺牲层前,所述半导体结构的形成方法还包括:采用退火工艺对所述界面层进行致密化处理。所述致密化处理能够减少所述界面层以及高k栅介质层内的陷阱电荷浓度,有助于提高半导体结构的电子迁移率。
可选方案中,采用退火工艺对所述界面层进行致密化处理步骤中,所述退火工艺的退火温度高。先采用退火工艺对所述界面层进行致密化处理,后形成硅化金属层,可避免所述硅化金属层经历所述致密化处理过程,从而防止所述硅化金属层在高温环境下出现电阻增加的问题。
附图说明
图1至图5是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图;
图6至图12是本发明半导体结构形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,现有半导体结构的性能仍有待提高。
现结合一种半导体结构的形成方法进行分析,图1至图5是一种半导体结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图,形成半导体结构的工艺步骤主要包括:
参考图1,提供基底10,所述基底10上具有介质层11,所述介质层11内具有贯穿所述介质层11厚度的开口20,位于所述开口20两侧的所述基底10内具有源漏掺杂区12,在所述开口20底部及侧壁上具有高k栅介质层13。
参考图2,在所述高k栅介质层13上形成N型功函数层17。
参考图3,在所述N型功函数层17上形成填充满所述开口20(参考图2)的金属栅18。
参考图4,在形成所述金属栅18后,形成贯穿所述介质层11厚度的凹槽21,所述凹槽21底部露出源漏掺杂区12表面。
参考图5,在所述凹槽21(参考图4)底部形成硅化金属层15,在所述硅化金属层15上形成填充满所述凹槽21的导电层16。
上述方法形成的半导体结构的性能差,分析其原因在于:
形成所述硅化金属层15的工艺包括退火工艺。所述N型功函数层17内含有易扩散离子,例如为铝离子,所述易扩散离子在所述退火工艺的高温环境下,容易向所述高k栅介质层13内扩散,使得N型功函数层17的功函数值发生变化,因而造成半导体结构的阈值电压失配,致使半导体结构的性能下降。
为了解决上述问题,本发明提供一种半导体结构及其形成方法。所述半导体结构的形成方法包括:提供基底,所述基底上具有介质层,所述介质层内具有贯穿所述介质层厚度的第一开口,位于所述第一开口两侧的所述基底内具有源漏掺杂区;在所述第一开口底部及侧壁上形成高k栅介质层;在所述高k栅介质层上形成填充满所述第一开口的牺牲层;形成贯穿所述介质层厚度的凹槽,所述凹槽底部露出源漏掺杂区表面;在所述凹槽底部形成金属膜;对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层;在所述硅化金属层上形成填充满所述凹槽的导电层;在形成所述导电层之后,去除所述牺牲层,在所述介质层内形成第二开口;在所述第二开口的底部和侧壁上形成N型功函数层;在所述N型功函数层上形成填充满所述第二开口的金属栅。
其中,对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层时,在所述第一开口内不存在N型功函数层。在所述硅化金属层上形成填充满所述凹槽的导电层后,去除所述牺牲层,在所述介质层内形成第二开口;在所述第二开口的底部和侧壁上形成N型功函数层。将N型功函数层的形成步骤安排在硅化金属层的形成步骤之后进行,可避免N型功函数层经历所述退火处理过程,从而防止N型功函数层中的离子发生扩散,进而保证N型功函数层的功函数值以及半导体结构的阈值电压符合要求,以改善半导体结构的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图6至图12为本发明一实施例提供的半导体结构形成过程的结构示意图。
参考图6,提供基底100,所述基底100上具有介质层110,所述介质层110内具有贯穿所述介质层110厚度的第一开口200,位于所述第一开口200两侧的所述基底100内具有源漏掺杂区。
本实施例中,所述基底100包括NMOS区域Ⅰ和PMOS区域Ⅱ,所述NMOS区域Ⅰ上具有一个或多个第一开口200,所述PMOS区域Ⅱ上具有一个或多个第一开口200。
所述源漏掺杂区包括第一源漏掺杂区121和第二源漏掺杂区122;其中,所述第一源漏掺杂区121位于所述NMOS区域I上的第一开口200两侧基底100内,所述第二源漏掺杂区122位于所述PMOS区域Ⅱ上的第一开口200两侧基底100内。所述第一源漏掺杂区121内掺杂有N型离子,例如为P、As或Sb;所述第二源漏掺杂区122内掺杂有P型离子,例如为B、Ga或In。
本实施例中,所述基底100包括:衬底101、凸出于所述衬底101的鳍部103以及位于所述衬底101上的隔离层102,所述隔离层102覆盖所述鳍部103的部分侧壁表面。
所述衬底101的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟,所述衬底101还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底;所述鳍部103的材料包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。本实施例中,所述衬底101的材料为硅,所述鳍部103的材料也为硅。
本实施例中,所述鳍部103的顶部尺寸小于底部尺寸。在其他实施例中,所述鳍部103的侧壁还能够与衬底101表面相垂直,即鳍部103的顶部尺寸等于底部尺寸。
所述隔离层102的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。本实施例中,所述隔离层102的材料为氮氧化硅。
形成所述第一开口200、源漏掺杂区以及介质层110的工艺步骤包括:在所述基底100上形成伪栅(未示出),在所述伪栅两侧的所述基底100内形成源漏掺杂区;在所述基底100上形成介质层110,所述介质层110覆盖所述伪栅的侧壁;去除所述伪栅,形成所述第一开口200。
所述介质层110的材料为绝缘材料。本实施例中,所述介质层110的材料为氧化硅。在其他实施例中,所述介质层的材料还可以为氮化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮氧化硅、氮化硼或碳氮化硼。
本实施例中,所述第一开口200的侧壁上还形成有侧墙104,所述侧墙104的材料为氮化硅。
参考图7,在所述第一开口200(参考图6)底部及侧壁上形成高k栅介质层131;在所述高k栅介质层131上形成填充满所述第一开口200的牺牲层140。
本实施例中,在所述NMOS区域Ⅰ以及PMOS区域Ⅱ的第一开口200内形成所述高k栅介质层131。
所述高k栅介质层131的材料为高k介质材料(介电常数大于3.9)。本实施例中,所述高k栅介质层131的材料为HfO2;在其他实施例中,所述高k栅介质层的材料还可以为HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO或ZrO2。
本实施例中,所述高k栅介质层131的形成工艺为原子层沉积工艺。采用原子层沉积工艺形成的所述高k栅介质层131厚度均匀,且在第一开口200底部拐角处具有良好的台阶覆盖性。
后续在源漏掺杂区表面形成贯穿所述介质层厚度的凹槽,并在所述凹槽底部形成金属膜,进而形成硅化金属层。由于所述牺牲层140填充满所述第一开口200(参考图6),因而后续在形成硅化金属层步骤中,所述牺牲层140能够保护所述高k栅介质层131,避免所述高k栅介质层131受到污染或损伤。
所述牺牲层140的材料为易于去除的材料,使得后续去除第一开口200内的牺牲层140的工艺不会对其它材料造成损伤。本实施例中,所述牺牲层140的材料为非晶硅。在其他实施例中,所述牺牲层的材料还可以为非晶锗。
形成所述高k栅介质层131与所述牺牲层140的工艺步骤包括:在所述介质层110顶部、所述第一开口200底部及所述第一开口200侧壁上形成高k栅介质膜(未示出);在所述高k栅介质膜上形成填充满所述第一开口200的牺牲膜(未示出),且所述牺牲膜顶部高于所述介质层110顶部;对所述牺牲膜顶部进行平坦化处理,去除高于所述介质层110顶部的所述牺牲膜,形成所述牺牲层140,并且去除所述介质层110顶部的高k栅介质膜,形成所述高k栅介质层131。
在形成所述高k栅介质层131之前,所述半导体结构的形成方法还可以包括:在所述第一开口200底部形成界面层132。相应的,在所述界面层132表面形成所述高k栅介质层131,有利于提高所述高k栅介质层131与所述鳍部103的结合能力,改善形成的高k栅介质层131的质量。
在形成所述高k栅介质层131后,所述半导体结构的形成方法还包括:采用退火工艺对所述界面层132进行致密化处理。所述致密化处理能够减少所述界面层132以及高k栅介质层131内的缺陷,有助于提高半导体结构的电子迁移率。
采用退火工艺对所述界面层132进行致密化处理时,若所述退火工艺的退火温度过高,所述高k栅介质层131性质不稳定,容易分解;若所述退火工艺的退火温度过低,则所述界面层132的致密化处理不充分。因而本实施例中,所述退火工艺的退火温度为800~1000℃。
本实施例中,在形成所述牺牲层140之前,所述半导体结构的形成方法还包括:在所述NMOS区域Ⅰ以及PMOS区域Ⅱ的高k栅介质层131上形成P型功函数层172。
所述P型功函数层172位于NMOS区域I以及PMOS区域Ⅱ的第一开口200(参考图6)内。一方面,所述P型功函数层172可调节半导体结构的NMOS区域I以及PMOS区域Ⅱ的阈值电压;另一方面,后续去除所述牺牲层140时,所述P型功函数层172能够保护所述高k栅介质层131,避免对所述高k栅介质层131造成损伤。
本实施例中,所述P型功函数层172的材料为TiN。在其他实施例中,所述P型功函数层的材料还可以为TaN、TiSiN或TaSiN。
在其他实施例中,还可以在后续去除所述牺牲层140之后,在所述高k栅介质层131上形成P型功函数层。
参考图8,形成贯穿所述介质层110厚度的凹槽210,所述凹槽210底部露出源漏掺杂区表面。
在NMOS区域I内,所述凹槽210底部露出所述第一源漏掺杂区121表面;在PMOS区域Ⅱ内,所述凹槽210底部露出所述第二源漏掺杂区122表面。
形成所述凹槽210的工艺包括光刻和刻蚀工艺,具体为:在所述介质层110顶部、所述高k栅介质层131顶部以及所述牺牲层140顶部形成图形化的光刻胶层(未示出);以所述光刻胶层为掩膜,刻蚀所述介质层110,直至露出所述源漏掺杂区表面,形成贯穿所述介质层110厚度的凹槽210;去除所述光刻胶层。
参考图9,在所述凹槽210底部形成金属膜;对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层150。
本实施例中,所述金属膜的材料为Ti。在其他实施例中,所述金属膜的材料还可以为Ni或Co。
本实施例中,采用激光退火工艺对所述金属膜进行退火处理。在其他实施例中,所述退火处理的工艺还可以为脉冲电子束退火工艺、离子束退火工艺或宽带非相干光源退火工艺。
对所述金属膜进行退火处理时,若所述退火处理的温度过高,容易破坏所述高k栅介质层的稳定性;若所述退火处理的温度过低,则无法触发所述金属膜的硅化反应,导致无法形成硅化金属层。因而本实施例中,所述退火处理的温度为850~1000℃。
由于对所述金属膜进行退火处理时,在所述第一开口200(参考图6)内不存在N型功函数层,因而可避免在所述退火处理的高温影响下,所述N型功函数层内的铝离子发生扩散。
另外,之所以先形成所述高k栅介质层131,后对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层150,原因有以下两方面:
一方面,前述对所述界面层132进行致密化处理采用的退火温度高,先形成所述高k栅介质层131,后形成所述硅化金属层150,避免所述硅化金属层150经历前述的致密化处理过程,从而避免所述硅化金属层150在高温环境下出现电阻增加的问题,保证所述硅化金属层150的电阻满足电学性能需求。若所述硅化金属层经历前述的致密化处理过程,在致密化处理的高温环境下,硅化金属层材料发生相变,将导致硅化金属层的电阻增加。
另一方面,先形成所述高k栅介质层131,后形成所述硅化金属层150,以避免在高k栅介质层131和所述界面层132的形成过程中有金属杂质掺入,从而提高所述高k栅介质层131以及界面层132的形成质量。若先形成所述硅化金属层,后形成所述高k栅介质层,则在所述界面层和高k栅介质层的形成过程中,残留在所述基底表面的金属杂质容易掺入界面层材料和高k栅介质层材料中,导致形成的界面层及高k栅介质层内含有大量的缺陷,影响界面层和高k栅介质层的形成质量。
参考图10,在所述硅化金属层150上形成填充满所述凹槽210(参考图9)的导电层160。
本实施例中,所述导电层160的材料为W。在其他实施例中,所述导电层的材料还可以为Cu、Al或Ag。
形成所述导电层160的工艺步骤包括:在所述凹槽210内形成导电膜(未示出),所述导电膜还覆盖所述介质层110顶部、所述高k栅介质层131顶部以及所述牺牲层140顶部,对所述导电膜顶部表面进行平坦化处理,去除高于所述介质层110顶部表面的导电膜,形成所述导电层160。
参考图11,在形成所述导电层160之后,去除所述牺牲层140(参考图11),在所述介质层110内形成第二开口220。
本实施例中,由于所述牺牲层140的材料与导电层160、高k栅介质层131以及介质层110的材料的化学性质差别大,因而采用无掩膜刻蚀工艺去除所述牺牲层140。
参考图12,在所述第二开口220的底部和侧壁上形成N型功函数层171;在所述N型功函数层171上形成填充满所述第二开口220的金属栅180。
所述N型功函数层171中含有铝离子。本实施例中,所述N型功函数层171的材料为TiAl;在其他实施例中,所述N型功函数层的材料还可以为TaAl、TiAlC、AlN、TiAlN或TaAlN。
所述金属栅180的材料为Cu、W、Al或Ag。本实施例中,所述金属栅180的材料为Cu。
形成所述N型功函数层171与所述金属栅180的工艺步骤包括:在所述介质层110顶部、所述导电层160顶部、所述第二开口220底部及所述第二开口220侧壁上形成N型功函数膜(未示出);在所述N型功函数膜上形成填充满所述第二开口220的初始金属栅,且所述初始金属栅顶部高于所述介质层110顶部;对所述初始金属栅顶部进行平坦化处理,去除高于所述介质层110顶部的初始金属栅,形成所述金属栅180,并且去除所述介质层110顶部以及所述导电层160顶部的N型功函数膜,形成所述N型功函数层171。
前述对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层150(参考图9),所述N型功函数层171的形成步骤在硅化金属层150的形成步骤之后进行,其原因在于,对金属膜进行的所述退火处理的温度高,而所述N型功函数层171内含有铝离子,所述铝离子在所述退火处理的高温环境下,容易扩散。先形成硅化金属层150,后形成N型功函数层171,能够避免成N型功函数层171内的铝离子扩散,进而避免N型功函数层171的功函数值发生变化,有助于防止半导体结构的阈值电压失配,因而能够改善半导体结构的性能。
需要说明的是,在其他实施例中,前述在形成牺牲层之前未在所述高k栅介质层上形成P型功函数层,则在形成所述第二开口之后、形成所述N型功函数层之前,还包括:在所述NMOS区域Ⅰ以及PMOS区域Ⅱ的高k栅介质层上形成P型功函数层。
综上,在本发明的技术方案中,对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层150时,在所述第一开口200内不存在N型功函数层171。在所述硅化金属层150上形成填充满所述凹槽210的导电层160后,去除所述牺牲层140,在所述介质层110内形成第二开口220;在所述第二开口220的底部和侧壁上形成N型功函数层171。本发明将N型功函数层171的形成步骤安排在硅化金属层150的形成步骤之后进行,可避免N型功函数层171经历所述退火处理的过程,从而防止N型功函数层171内的离子扩散,进而保证N型功函数层171的功函数值以及半导体结构的阈值电压符合要求,以改善半导体结构的性能。
参照图8,本发明还提供一种采用上述形成方法获得的半导体结构,所述半导体结构包括:基底100,所述基底上具有介质层110,所述介质层110上具有贯穿所述介质层110厚度的开口;位于所述开口底部及侧壁上的高k栅介质层131;位于所述高k栅介质层131上且填充满所述开口的牺牲层140;位于所述开口两侧的所述基底100内的源漏掺杂区;位于所述介质层110内且贯穿所述介质层110厚度的凹槽210,且所述凹槽210底部露出所述源漏掺杂区表面。
本实施例中,所述基底包括NMOS区域Ⅰ和PMOS区域Ⅱ;所述NMOS区域Ⅰ具有一个或多个所述开口,所述PMOS区域Ⅱ具有一个或多个所述开口;其中,所述第一源漏掺杂区121位于所述NMOS区域I的开口两侧基底100内,所述第二源漏掺杂区122位于所述PMOS区域Ⅱ的开口两侧基底100内。所述第一源漏掺杂区121内掺杂有N型离子,例如为P、As或Sb;所述第二源漏掺杂区122内掺杂有P型离子,例如为B、Ga或In。
所述牺牲层140的材料为易于去除的材料,本实施例中,所述牺牲层140的材料为非晶硅。在其他实施例中,所述牺牲层的材料还可以为非晶锗。
本实施例中,在所述NMOS区域Ⅰ以及PMOS区域Ⅱ的所述开口内,所述牺牲层140与所述高k栅介质层131之间还具有P型功函数层172。
一方面,后续对所述半导体结构进行工艺操作:在所述凹槽210底部形成金属膜;对金属膜进行退火处理,形成硅化金属层;在所述硅化金属层上形成填充满所述凹槽210的导电层后,去除所述牺牲层140;在所述开口的底部和侧壁上形成N型功函数层。由于N型功函数层未经历对金属膜进行的所述退火处理的过程,因而避免了所述N型功函数层内的离子扩散,从而保证N型功函数层的功函数值以及半导体结构的阈值电压符合要求,以改善半导体结构的性能。
另一方面,由于所述牺牲层140填充满所述开口,因而后续在所述凹槽210底部形成金属膜;对金属膜进行退火处理,形成硅化金属层时,所述牺牲层140能够对高k栅介质层131起到保护作用,从而避免所述开口内的高k栅介质层131被污染。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:
提供基底,所述基底上具有介质层,所述介质层内具有贯穿所述介质层厚度的第一开口,位于所述第一开口两侧的所述基底内具有源漏掺杂区;
在所述第一开口底部及侧壁上形成高k栅介质层;
在所述高k栅介质层上形成填充满所述第一开口的牺牲层;
形成贯穿所述介质层厚度的凹槽,所述凹槽底部露出所述源漏掺杂区表面;
在所述凹槽底部形成金属膜;
对所述金属膜进行退火处理,形成硅化金属层;
在所述硅化金属层上形成填充满所述凹槽的导电层;
在形成所述导电层之后,去除所述牺牲层,在所述介质层内形成第二开口;
在所述第二开口的底部和侧壁上形成N型功函数层;
在所述N型功函数层上形成填充满所述第二开口的金属栅。
2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,在形成所述高k栅介质层前,所述半导体结构的形成方法还包括:在所述第一开口底部形成界面层。
3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,在形成所述高k栅介质层后,且在形成所述牺牲层前,所述半导体结构的形成方法还包括:采用退火工艺对所述界面层进行致密化处理。
4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述退火工艺的退火温度为800~1000℃。
5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述N型功函数层中含有铝离子。
6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述N型功函数层的材料为TiAl、TaAl、TiAlC、AlN、TiAlN或TaAlN。
7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述基底包括NMOS区域和PMOS区域,所述NMOS区域上具有一个或多个所述第一开口,所述PMOS区域上具有一个或多个所述第一开口;其中,在所述NMOS区域以及PMOS区域的第一开口内形成所述高k栅介质层。
8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,在形成所述牺牲层前,所述半导体结构的形成方法还包括:在所述NMOS区域以及PMOS区域的高k栅介质层上形成P型功函数层。
9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述P型功函数层的材料为TiN、TaN、TiSiN或TaSiN。
10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,采用激光退火工艺对所述金属膜进行退火处理。
11.如权利要求10所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述退火处理的温度为850~1000℃。
12.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述金属膜的材料为Ti、Ni或Co。
13.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述第一开口、源漏掺杂区以及介质层的工艺步骤包括:在所述基底部分表面上形成伪栅;在所述伪栅两侧的所述基底内形成源漏掺杂区;在所述基底上形成介质层,所述介质层覆盖所述伪栅的侧壁;去除所述伪栅,形成所述第一开口。
14.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述高k栅介质层与所述牺牲层的工艺步骤包括:在所述介质层顶部、所述第一开口底部及所述第一开口侧壁上形成高k栅介质膜;在所述高k栅介质膜上形成填充满所述第一开口的牺牲膜,且所述牺牲膜顶部高于所述介质层顶部;对所述牺牲膜顶部进行平坦化处理,去除高于所述介质层顶部的所述牺牲膜,形成所述牺牲层,并且去除所述介质层顶部的高k栅介质膜,形成所述高k栅介质层。
15.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,形成所述N型功函数层与所述金属栅的工艺步骤包括:在所述介质层顶部、所述导电层顶部、所述第二开口底部及所述第二开口侧壁上形成N型功函数膜;在所述N型功函数膜上形成填充满所述第二开口的初始金属栅,且所述初始金属栅顶部高于所述介质层顶部;对所述初始金属栅顶部进行平坦化处理,去除高于所述介质层顶部的所述初始金属栅,形成所述金属栅,并且去除所述介质层顶部以及所述导电层顶部的N型功函数膜,形成所述N型功函数层。
16.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述牺牲层的材料为非晶硅或非晶锗。
17.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述导电层的材料为Cu、W、Al或Ag;所述金属栅的材料为Cu、W、Al或Ag。
18.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述基底包括:衬底、凸出于所述衬底的鳍部以及位于所述衬底上的隔离层,所述隔离层覆盖所述鳍部的部分侧壁表面。
19.一种半导体结构,其特征在于,包括:
基底,所述基底上具有介质层,所述介质层上具有贯穿所述介质层厚度的开口;
位于所述开口底部及侧壁上的高k栅介质层;
位于所述高k栅介质层上且填充满所述开口的牺牲层;
位于所述开口两侧的所述基底内的源漏掺杂区;
位于所述介质层内且贯穿所述介质层厚度的凹槽,且所述凹槽底部露出所述源漏掺杂区表面。
20.如权利要求19所述的半导体结构,其特征在于,所述基底包括NMOS区域和PMOS区域;所述NMOS区域具有一个或多个所述开口,所述PMOS区域具有一个或多个所述开口;在所述NMOS区域以及PMOS区域的所述开口内,所述牺牲层与所述高k栅介质层之间还具有P型功函数层。
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