[發明專利]半導體結構及其形成方法

有效

• 申請號: 201710596191.6
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN109285879B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 鄧浩;徐建華
• 申請（專利權）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: H01L29/49
• 分類號: H01L29/49;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 吳敏

一種半導體結構及其形成方法，方法包括：提供基底；在基底上形成層間介質層；在層間介質層中形成露出基底的開口；在開口底部和側壁上形成柵介質層；通過原子層沉積工藝進行至少1次膜層形成工藝，在柵介質層上形成含鋁功函數層，當膜層形成工藝次數為1次時，膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數至少為2次，當膜層形成工藝次數大于1次時，至少第1次膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數至少為2次；在形成有功函數層的開口中形成金屬柵極。通過增加含鋁前驅體的脈沖次數，特別是第1次膜層形成工藝中的脈沖次數，以增加開口中的鋁原子含量，提高鋁原子在開口中的沉積能力，從而增加功函數層的鋁原子含量，進而改善晶體管的閾值電壓翻轉問題。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種半導體結構及其形成方法。

背景技術

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

當前提出的解決方法是，采用高k柵介質材料代替傳統的二氧化硅柵介質材料，并使用金屬作為柵電極，以避免高k材料與傳統柵電極材料發生費米能級釘扎效應以及硼滲透效應。高k金屬柵的引入，減小了半導體器件的漏電流。

然而，引入了高k金屬柵的半導體結構中，仍有許多問題亟待解決，其中一個就是功函數的匹配問題，因為功函數將直接影響器件的閾值電壓(Vt)和性能。因此功函數必須調整到半導體器件的合適工作范圍內。

現有技術中，通過在晶體管柵極結構中形成功函數層以實現所述晶體管閾值電壓的調節，但是引入功函數層的晶體管依舊存在電學性能不良的問題，從而導致所形成半導體結構性能不良。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種半導體結構及其形成方法，改善所形成半導體結構的性能。

為解決上述問題，本發明提供一種半導體結構的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成層間介質層；在所述層間介質層中形成露出所述基底的開口；在所述開口的底部和側壁上形成柵介質層；通過原子層沉積工藝進行至少1次膜層形成工藝，在所述柵介質層上形成含鋁功函數層，當所述膜層形成工藝的次數為1次時，所述膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數至少為2次，當所述膜層形成工藝的次數大于1次時，至少第1次膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數至少為2次；在形成有所述功函數層的開口中形成金屬柵極。

可選的，所述功函數層的材料包括TiAl、TaAl和TiAlC中的一種或多種。

可選的，所述功函數層的厚度為至

可選的，在所述功函數層中，鋁的原子百分比含量為55％至75％。

可選的，所述功函數層的材料包括TiAl，所述膜層形成工藝的參數包括：所采用的含鈦前驅體為TiCl₄，所述含鋁前驅體為(C₂H₅)₃Al或AlCH₃，所述含鈦前驅體的載氣為Ar，所述含鋁前驅體的載氣為Ar，所述含鈦前驅體的載氣的氣體流量為50sccm至200sccm，所述含鋁前驅體的載氣的氣體流量為300sccm至800sccm，工藝溫度為350攝氏度至450攝氏度，工藝壓強為2托至6托。

可選的，當所述膜層形成工藝的次數為1次時，所述膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數為2次至5次；當所述膜層形成工藝的次數大于1次時，第1次膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數為2次至5次。

可選的，所述膜層形成工藝的次數大于1次，所述膜層形成工藝中含鋁前驅體的脈沖次數均相等。