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。本发明专利技术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。

Semiconductor Structure and Its Formation Method

A semiconductor structure and its forming method include: providing a substrate with a dielectric layer on the substrate, having a first opening through the thickness of the dielectric layer in the dielectric layer, having a source-drain doping zone in the base on both sides of the first opening, forming a high-k gate dielectric layer on the bottom and side walls of the first opening, and forming a filling first layer on the high-k gate dielectric layer. The sacrificial layer of the opening is formed; a groove penetrating the thickness of the dielectric layer is formed, and the surface of the source-leakage doping zone is exposed at the bottom of the groove; a metal film is formed at the bottom of the groove; a siliconized metal layer is formed by annealing the metal film; a conductive layer filled with grooves is formed on the siliconized metal layer; after that, the sacrificial layer is removed, and a second opening is formed in the bottom of the second opening. A N-type work function layer is formed on the side wall and a metal gate filled with the second opening is formed on the N-type work function layer. The invention can avoid threshold voltage mismatch of semiconductor structure and improve the performance of semiconductor structure.

【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
，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
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，HighKMetalGate)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。
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，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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术的技术方案具有以下优点：在本专利技术的技术方案中，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。本专利技术将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是本专利技术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
技术介绍
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的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【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，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...

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