[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610980028.5
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN108074801B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐建華;劉海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 高靜;吳敏

一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底；在基底上形成界面層；對基底進(jìn)行至少一次膜層形成工藝，在界面層上形成高k柵介質(zhì)層；其中，膜層形成工藝的步驟包括：通過含氯的前驅(qū)體在界面層上形成中間高k柵介質(zhì)層；采用含氫氣體對中間高k柵介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理；在高k柵介質(zhì)層上形成柵電極層。本發(fā)明形成中間高k柵介質(zhì)層后，在等離子體處理下，帶高能的H原子能夠吸附中間高k柵介質(zhì)層中的Cl雜質(zhì)原子且使Cl雜質(zhì)原子遠(yuǎn)離中間高k柵介質(zhì)層表面，使最終所形成高K柵介質(zhì)層中的Cl雜質(zhì)原子含量下降或為零，且未引入其他雜質(zhì)元素，從而改善了高K柵介質(zhì)層和界面層之間的界面性能，降低了高K柵介質(zhì)層的等效柵氧厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)

集成電路尤其超大規(guī)模集成電路的主要半導(dǎo)體器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOS晶體管)。隨著集成電路制作技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件技術(shù)節(jié)點不斷減小，半導(dǎo)體器件的幾何尺寸遵循摩爾定律不斷縮小。當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸減小到一定程度時，各種因為半導(dǎo)體器件的物理極限所帶來的二級效應(yīng)相繼出現(xiàn)，半導(dǎo)體器件的特征尺寸按比例縮小變得越來越困難。其中，在半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，最具挑戰(zhàn)性的是如何解決半導(dǎo)體器件漏電流大的問題。半導(dǎo)體器件的漏電流大，主要是由傳統(tǒng)柵介質(zhì)層厚度不斷減小所引起的。

當(dāng)前提出的解決方法是，采用高k柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)材料，并使用金屬作為柵電極，以避免高k材料與傳統(tǒng)柵電極材料發(fā)生費米能級釘扎效應(yīng)以及硼滲透效應(yīng)。高k金屬柵的引入，減小了半導(dǎo)體器件的漏電流。

盡管高k金屬柵極的引入能夠在一定程度上改善半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，但是現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能仍有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，優(yōu)化半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成界面層；對所述基底進(jìn)行至少一次膜層形成工藝，在所述界面層上形成高k柵介質(zhì)層；其中，所述膜層形成工藝的步驟包括：通過含氯的前驅(qū)體在所述界面層上形成中間高k柵介質(zhì)層；采用含氫氣體對所述中間高k柵介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理；在所述高k柵介質(zhì)層上形成柵電極層。

可選的，所述高k柵介質(zhì)層的材料為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO和HfZrO中的一種或多種。

可選的，采用原子層沉積工藝形成所述中間高k柵介質(zhì)層。

可選的，所述膜層形成工藝中，所述原子層沉積工藝所采用的前驅(qū)體包括HfCl₄。

可選的，所述柵介質(zhì)層的材料為HfO₂；所述原子層沉積工藝參數(shù)包括：向原子層沉積室內(nèi)通入的前驅(qū)體包括HfCl₄和H₂O，HfCl₄的氣體流量為100sccm至500sccm，H₂O的氣體流量為100sccm至500sccm，工藝溫度為250攝氏度至400攝氏度，壓強為2托至6托，沉積次數(shù)為3次至7次。

可選的，所述界面層的材料為氧化硅或碳氮氧化硅。

可選的，采用含氫氣體對所述中間高k柵介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理的步驟中，所述等離子體處理為遠(yuǎn)程等離子體處理工藝。

可選的，所述遠(yuǎn)程等離子體處理工藝的步驟包括：將所述基底置于等離子體處理腔室中；將所述含氫氣體等離子體化，形成氫的高能等離子體；將所述氫的高能等離子體通入所述等離子體處理腔室中；采用所述氫的高能等離子體對所述中間高k柵介質(zhì)層進(jìn)行轟擊，高能H原子吸附所述中間高K柵介質(zhì)層中的Cl原子形成H-Cl鍵，且使Cl原子遠(yuǎn)離所述中間高k柵介質(zhì)層表面。