半导体结构及其形成方法技术

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。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前驱体的流量逐次减小。可选的，通入含Al前驱体的步骤中，通入含Al前驱体的流量在200sccm到600sccm范围内。可选的，所述半导体结构为鳍式场效应晶体管，提供基底的步骤中，所述基底包括衬底和位于所述衬底上的鳍部；形成开口的步骤中，所述开口底部露出所述鳍部部分顶部和部分侧壁的表面；在所述开口底部依次形成所述栅介质层、所述含Al功函数层以及所述金属层的步骤包括：在所述开口底部露出的所述鳍部上以及所述开口侧壁上依次形成所述栅介质层、所述含Al功函数层以及所述金属层。相应的，本专利技术还提供一种半导体结构，包括：基底；介质层，位于所述基底上；栅极结构，包括位于所述介质层内的金属层、位于所述介质层和所述金属层之间以及所述介质层和所述基底之间的含Al功函数层和栅介质层，所述含Al功函数层位于所述金属层和所述栅介质层之间，且沿栅介质层指向金属层的方向上，按原子数百分比，所述含Al功函数层中Al原子含量减小。可选的，沿栅介质层指向金属层的方向上，按原子数百分比，所述含Al功函数层中Al原子含量的范围在40％到75％内。可选的，按原子数百分比，所述含Al功函数层中Al原子含量的平均值在60％到70％范围内。可选的，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，所述含Al功函数层的厚度在到范围内。可选的，所述半导体结构为鳍式场效应晶体管，所述基底包括衬底和位于所述衬底上的鳍部；所述栅极结构横跨所述鳍部且覆盖所述鳍部顶部和侧壁的部分表面。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案在开口底部和侧壁上形成栅介质层之后，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，所述Al功函数层中Al原子含量减小。所述含Al功函数层不仅位于所述开口底部还位于所述开口的侧壁上，因此形成所述含Al功函数层的初期，所述开口侧壁上所形成含Al功函数层的厚度较小，所述开口的开口尺寸较大，Al原子的沉积负载效应较弱，Al原子的沉积能力较强；随着所述开口侧壁上所形成含Al功函数层的厚度的增加，所述开口的开口尺寸随之减小，Al原子的沉积负载效应增强，Al原子的沉积能力变差；由于沿所述栅介质层指向所述开口的方向上，所述Al功函数层中Al原子含量减小，所以在所述开口的开口尺寸较大时所述Al功函数层中Al原子含量较大，在所述开口的开口尺寸减小较小时所述Al功函数层中Al原子含量较小，从而使所形成含Al功函数层的平均Al原子含量达到设计需要的目标值，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。附图说明图1是一种具有功函数层晶体管的结构示意图；图2是栅极结构尺寸和晶体管阈值电压之间的关系示意图；图3至图9是本专利技术半导体结构形成方法一实施例各个步骤的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中引入功函数层的晶体管存在电学性能不良的问题。现结合一种具有功函数层晶体管的结构示意图分析其电学性能不良问题的原因：参考图1，示出了一种具有功函数层晶体管的结构示意图。所述晶体管包括：基底10；位于所述基底10上的介质层11，所述介质层11内具有底部露出所述基底10的开口(图中未标示)；以及位于所述开口内的栅极结构，所述栅极结构包括位于所述开口底部和侧壁的栅介质层12，位于所述栅介质层12上的功函数层13以及位于所述功函数层13上填充所述开口的金属层14。所述功函数层13为含Al功函数层，也就是说，所述功函数层13的材料为含Al金属材料，例如TiAl、TaAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN和AlN中的一种和多种。随着集成电路制作技术的不断发展，集成电路特征尺寸持续减小。为了适应特征尺寸的减小，晶体管的沟道长度也相应不断缩短，晶体管栅极结构的尺寸也随之相应减小。所以如图1所示，形成所述晶体管的过程中，开口的尺寸LgG也随之减小，开口的深宽比随之增大。形成栅极结构的过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，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。3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，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。4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，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。5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，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。6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，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。7.如权利要求1或6所述的形成方法，其特征在于，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。8.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，通入含Al前驱体的步骤中，所述含Al前驱体为(C2H5)3Al或AlCH3。9.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，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。10.如权利要求9所述的形成方法，其特征在于，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。11.如权利要求7所述的形成方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31