半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；采用氧化处理在所述基底表面形成界面材料层；对所述界面材料层进行含氧氛围下的退火处理形成界面层，所述退火处理的温度高于所述氧化工艺的温度；在所述界面层表面形成介质层。采用上述方法可以提高形成的半导体结构中界面层的质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的不断提高，技术节点的降低，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，现有技术提供一种将金属栅极替代多晶硅栅极的解决方案。高K金属栅工艺的引入使得器件的尺寸继续下降，使得摩尔定律得以继续。在对晶体管的有效功函数、栅极漏电流、栅极尺寸进行严格控制的同时，如何获得超薄的栅电学厚度是目前主要的挑战。高K金属栅晶体管采用的栅氧层材料为高K介质材料，具有较高的击穿电压，从而可以使得栅氧层的厚度下降。但是由于高K介质材料与半导体衬底之间的晶格常数差距较大，直接在半导体衬底表面形成高K介质材料，容易使得形成的高K介质层的质量较差，从而影响形成的晶体管的性能。请参考图1至图2，为现有技术在半导体衬底上形成高K介质层的示意图。请参考图1，在半导体衬底10表面采用氧化工艺形成界面层20。请参考图2，在界面层20表面形成高K介质层。所述界面层20可以作为缓冲层，避免高K介质层与半导体衬底10之间产生晶格适配问题，从而提高形成的高K介质层的性能。但是，现有技术形成的界面层20的质量较差，影响形成的晶体管的性能，所述界面层的质量还有待进一步的提高。
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的形成方法，提高半导体结构中界面层的质量。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；采用氧化处理在所述基底表面形成界面材料层；对所述界面材料层进行含氧氛围下的退火处理形成界面层，所述退火处理的温度高于所述氧化工艺的温度；在所述界面层表面形成介质层。可选的，所述含氧氛围下的退火处理温度为900℃～1200℃。可选的，所述含氧氛围下的退火处理采用均温退火、尖峰退火、炉管退火或快速退火工艺。可选的，所述含氧氛围包括O2、N2O或NO中的一种或几种。可选的，含氧氛围还包括稀释气体，所述稀释气体包括N2、Ar、He或Ne中的一种或几种。可选的，所述含氧氛围内的含氧气体浓度为10ppm～1000ppm。可选的，所述氧化处理采用炉管氧化、均温快速热氧化、尖峰退火快速热氧化、化学氧化或紫外氧化工艺。可选的，所述氧化处理的温度为500℃～800℃。可选的，所述界面材料层材料为氧化硅。可选的，所述界面材料层的厚度为可选的，所述介质层的介电系数大于或等于4。可选的，所述介质层材料为氧化铪、氧化锆、氧化铝、硅氧化铪或硅氧化锆。可选的，采用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺形成所述介质层。可选的，所述基底包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的层间介质层；位于所述层间介质层内的凹槽，所述凹槽暴露出部分半导体衬底的表面；位于所述凹槽两侧的半导体衬底内的源漏极；在所述凹槽底部表面的半导体衬底表面形成所述界面材料层。可选的，在所述界面层表面形成介质层之后，在所述介质层表面形成栅极层。可选的，还包括：形成所述介质层之后，在所述介质层表面形成栅极材
料层；对所述栅极材料层、介质层和界面层进行刻蚀，形成覆盖部分基底表面的栅极结构；在所述栅极结构的侧壁表面形成侧墙；在所述栅极结构两侧的基底内形成源漏极。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的半导体结构的形成方法中，采用氧化工艺在基底表面形成所述界面材料层之后，在含氧氛围下对所述界面材料层进行退火处理形成界面层，所述退火处理温度高于形成界面材料层的氧化工艺温度，从而可以提高含氧氛围内的氧原子的反应活性，修复所述界面层内的不饱和键，从而提高界面层的质量，从而进一步提高在所述界面层表面形成的介质层的质量。进一步，所述退火处理的温度可以为900℃～1200℃，在高温退火处理下，使得含氧气氛中的氧原子能够进一步与界面层内的硅反应，形成饱和的Si-O，修复所述界面材料层内的不饱和键。并且，高温作用下，还可以修复所述界面材料层内的晶格缺陷。最终退火后的界面层内不存在不饱和键，并且材质的致密度提高。并且，所述退火处理的温度小于1200℃，可以避免对基底上的其他材料层性能影响。进一步，为了避免在含氧气氛的退火处理下，所述含氧气氛内的含氧气体进一步与基底大量反应，使退火后界面层的厚度增加，需要对所述含氧气氛内的含氧气体浓度进行调整，使所述含氧气体浓度保持较低的水平。所述含氧气体浓度可以为10ppm～1000ppm，含氧气体与基底反应形成SiO2的速率与基底、界面材料层反应消耗SiO2的速率达到平衡，使得所述界面层的厚度不发生变化，并且，能够修复所述基底、界面材料层由于反应形成易挥发的SiO而造成的损伤，从而提高所述界面层与基底的界面质量，提高最终形成的半导体结构的性能。附图说明图1至图2是本专利技术的现有技术在半导体衬底上形成高K介质层的示意图；图3至图6是本专利技术的一个实施例的半导体结构的形成过程的结构示意
图；图7至图11是本专利技术的另一个实施例的半导体结构的形成过程的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
中所述，现有技术形成的界面层的质量有待进一步的提高。研究发现，为了形成较为致密的界面层，通常采用氧化工艺对半导体衬底表面进行氧化形成氧化层作为界面层。由于所述界面层的厚度通常较薄，为了有效控制界面层的生长速率，通常采用的氧化工艺温度较低，避免形成的氧化层厚度过大。而温度较低的氧化工艺，容易造成形成的界面层材质较为疏松，具有较多的不饱和键，影响所述界面层的质量，最终影响形成的晶体管的性能。研究发现，可以在形成界面层之后，通过高温N2退火工艺，修复界面层内的缺陷，并且提高界面层的致密性，以提高界面层的质量。但是，由于高温N2退火工艺环境下，半导体衬底表面的Si容易与界面层内的SiO2反应形成易挥发的SiO，导致界面层与半导体衬底的界面受到损坏。本专利技术的实施例中，在形成所述界面材料层之后，在含氧氛围下对所述界面材料层进行退火处理形成界面层，所述退火处理温度高于形成界面材料层的氧化温度，提高氧原子的反应活性，修复所述界面层内的不饱和键，从而提高界面层的质量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。请参考图3，提供基底100。所述基底100可以是半导体衬底，所述基底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述基底100可以是体材料也可以是复合结构如绝缘体上硅。本领域的技术人员可以根据基底100上形成的半导体器件选择所述基底100的类型，因此所述基底100的类型不应限制本专利技术的保护范围。本实施例中，所述基底100为单晶硅衬底。请参考图4，采用氧化处理在所述基底100表面形成界面材料层101。所述氧化处理可以采用炉管氧化、均温快速热氧化、尖峰退火快速热氧化、化学氧化或紫外氧化工艺，使所述基底100的表面发生氧化，形成所述界面材料层101。采用氧化处理在所述基底100表面形成界面材料层101，可以修复所述基底100表面的损伤。由于所述界面材料层101的厚度较薄，为了准确控制形成的所述界面材料层101的厚度，所以需要使界面材料层101的生长速率较慢，相应的采用的氧化工艺温度也较低，一般为500℃～800℃。本实施例中，所述基底100的材料为单晶硅，形成的所述界面材料层10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；采用氧化处理在所述基底表面形成界面材料层；对所述界面材料层进行含氧氛围下的退火处理形成界面层，所述退火处理的温度高于所述氧化工艺的温度；在所述界面层表面形成介质层。

【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；采用氧化处理在所述基底表面形成界面材料层；对所述界面材料层进行含氧氛围下的退火处理形成界面层，所述退火处理的温度高于所述氧化工艺的温度；在所述界面层表面形成介质层。2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含氧氛围下的退火处理温度为900℃～1200℃。3.根据权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含氧氛围下的退火处理采用均温退火、尖峰退火、炉管退火或快速退火工艺。4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含氧氛围包括O2、N2O或NO中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，含氧氛围还包括稀释气体，所述稀释气体包括N2、Ar、He或Ne中的一种或几种。6.根据权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含氧氛围内的含氧气体浓度为10ppm～1000ppm。7.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氧化处理采用炉管氧化、均温快速热氧化、尖峰退火快速热氧化、化学氧化或紫外氧化工艺。8.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氧化处理的温度为500℃～800℃。9.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在...

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