半导体器件的形成方法技术

一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成盖帽层，所述盖帽层中含有氧离子；在所述盖帽层上形成含有铝离子的吸附层；对所述吸附层、盖帽层以及高k栅介质层进行退火处理，所述退火处理适于使所述盖帽层中氧离子向所述高k栅介质层内扩散，且在所述退火处理过程中所述吸附层吸附所述氧离子；在进行所述退火处理之后，去除所述吸附层；在所述高k栅介质层上形成金属层。本发明专利技术不仅提高了高k栅介质层的性能，还提高了界面层的致密度，且还避免基底被过度氧化，提高了形成的半导体器件的电学性能。

The forming method of semiconductor devices

Including the method of forming a semiconductor device: providing a substrate; forming high k gate dielectric layer on the substrate; forming a capping layer on the high k gate dielectric layer on the capping layer containing oxygen ions in formation; adsorption layer containing aluminum ions in the cap layer; on the the adsorption layer, a capping layer and high k dielectric layer annealing, the annealing treatment for the capping layer in oxygen ion diffusion to the high k gate dielectric layer, and the adsorption layer adsorption of the oxygen ion in the annealing process; after the annealing treatment and the adsorption layer is removed; forming a metal layer on the high k gate dielectric layer. The invention not only improves the performance of the high k gate dielectric layer, but also improves the density of the interface layer, and avoids the excessive oxidation of the substrate, thereby improving the electrical performance of the semiconductor device formed.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件的形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种半导体器件的形成方法。
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，半导体结构的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体结构尺寸减小到一定程度时，各种因为半导体结构的物理极限所带来的二级效应相继出现，半导体结构的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在半导体制作领域，最具挑战性的是如何解决半导体结构漏电流大的问题。半导体结构的漏电流大，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，减小了半导体结构的漏电流。尽管高k金属栅极的引入能够在一定程度上改善半导体器件的电学性能，但是现有技术形成的半导体器件的电学性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件的形成方法，改善形成的半导体器件的电学性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成盖帽层，所述盖帽层中含有氧离子；在所述盖帽层上形成含有铝离子的吸附层；对所述吸附层、盖帽层以及高k栅介质层进行退火处理，所述退火处理适于使所述盖帽层中氧离子向所述高k栅介质层内扩散，且在所述退火处理过程中所述吸附层吸附所述氧离子；在进行所述退火处理之后，去除所述吸附层；在所述高k栅介质层上形成金属层。可选的，所述高k栅介质层内含有氧空位；所述退火处理适于使所述高k栅介质层内的氧空位含量减少。可选的，所述吸附层的厚度为10埃～50埃；所述盖帽层的厚度为30埃～60埃。可选的，所述盖帽层的材料为含有氧离子的TiN或者含有氧离子的TaN。可选的，所述吸附层中的铝离子原子百分比含量为10％～60％。可选的，所述吸附层的材料包括TiAl、TaAl或AlN。可选的，所述吸附层中还具有铝离子扩散抑制离子。可选的，所述吸附层的材料包括TiAlC、TaAlC或AlCN。可选的，采用低温炉内退火工艺进行所述退火处理，其中，退火温度为450摄氏度～600摄氏度，退火时长为1.5小时～2.5小时。可选的，采用尖峰退火工艺进行所述退火处理，其中，退火温度为800摄氏度～950摄氏度。可选的，在去除所述吸附层之后、形成所述金属层之前，还去除所述盖帽层。可选的，在形成所述金属层之前、去除所述盖帽层之后，还包括步骤：在所述高k栅介质层上形成保护层。可选的，在形成所述金属层之前，还包括步骤，在所述高k栅介质层上形成功函数层。可选的，采用湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述吸附层。可选的，在形成所述高k栅介质层之前，还在所述基底上形成界面层。可选的，所述界面层包括化学氧化层以及位于所述化学氧化层与基底之间的热氧化层。可选的，所述基底包括衬底、位于衬底上分立的鳍部、以及位于衬底上且覆盖鳍部部分侧壁的隔离层，所述隔离层顶部低于鳍部顶部。可选的，所述基底上还形成有层间介质层，且所述层间介质层内形成有贯穿所述层间介质层的开口；其中，所述高k栅介质层位于所述开口露出的基底上。可选的，在形成所述金属层之后，还包括步骤：图形化所述金属层以及高k栅介质层，形成栅极结构。可选的，所述基底包括PMOS区域和NMOS区域。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体器件的形成方法的技术方案中，在高k栅介质层上形成盖帽层，且所述盖帽层中含有氧离子；在所述盖帽层上形成含有铝离子的吸附层；接着，对吸附层、盖帽层以及高k栅介质层进行退火处理，所述退火处理适于使盖帽层中氧离子向所述高k栅介质层内扩散，因此本专利技术中高k栅介质层内的氧空位含量减少，从而减小了半导体器件中的弛豫电流。此外，在退火处理过程中，所述吸附层吸附所述氧离子，使得向高k栅介质层内扩散的氧离子含量减少，防止氧离子扩散进入高k栅介质层下方的基底内，避免对基底造成不必要的氧化，进而提高形成的半导体器件的电学性能。可选方案中，所述吸附层中的铝离子原子百分比含量为10％～60％，使得吸附层吸附氧离子的能力适中，避免防止由于铝离子含量过大而导致铝离子向高k栅介质层内扩散。附图说明图1至图8为本专利技术实施例提供的半导体器件形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式根据
技术介绍
，现有形成的半导体器件的电学性能有待提高。经研究发现，尽管采用高k栅介质材料作为栅介质层的材料，在一定程度上能够改善半导体结构的电学性能，例如，半导体结构中的漏电流(leakagecurrent)减小，然而，半导体结构中的弛豫电流(DRCurrent，DielectricRelaxationCurrent)仍然较大，造成半导体结构的电学性能差，例如，半导体结构的正偏压-温度不稳定特性(PBTI，PositiveBiaseTemperatureInstability)和负偏压-温度不稳定特性(NBTI，NegativeBiaseTemperatureInstability)显著。进一步研究发现，导致半导体结构中弛豫电流大的原因包括：高k栅介质材料中具有缺陷(defect)，进而导致在高k栅介质材料中产生电子陷阱(electrontraps)，导致高k栅介质材料的介电弛豫效应显著，造成高k栅介质材料具有较大损耗角。高k栅介质材料中的缺陷包括氧空位(OxygenVacancy)、悬挂键和未成键离子中的一种或多种，若能够减少高k栅介质材料中缺陷含量，则能显著改善半导体结构的电学性能。为此，在形成高k栅介质层之后，在高k栅介质层上形成盖帽层，接着对盖帽层和高k栅介质层进行退火处理，使盖帽层中的氧离子扩散进入高k栅介质层内，所述氧离子占据氧空位，从而减少高k栅介质层中氧空位含量。进一步分析发现，向高k栅介质层内扩散的氧离子含量难以控制，容易造成扩散进入高k栅介质层内的氧离子含量过高，所述氧离子对基底表面进行进一步氧化，造成高k栅介质层与基底之间的界面层的厚度变厚。并且，对于形成的半导体器件为鳍式场效应管而言，由于鳍部侧壁表面晶面为(110)，相较于晶面(100)而言，晶面(110)的鳍部侧壁表面具有更多的悬挂键(danglingbonds)，因此鳍部侧壁表面更易吸收氧离子，上述界面层厚度变厚的问题更为显著。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成高k栅介质层，所述高k栅介质层内具有缺陷；在所述高k栅介质层上形成盖帽层，所述盖帽层中含有氧离子；在所述盖帽层上形成含有铝离子的吸附层；对所述吸附层、盖帽层以及高k栅介质层进行退火处理，所述退火处理适于使所述盖帽层中氧离子向所述高k栅介质层内扩散，且在所述退火处理过程中所述吸附层吸附所述氧离子；在进行所述退火处理之后，去除所述吸附层；在所述高k栅介质层上形成金属层。本专利技术避免通过吸附层吸附氧离子，使得扩散至高k栅介质层内的氧离子量适中，防止过量的氧离子扩散至高k栅介质层内后经由高k栅介质层对基底造成氧化。因此，本专利技术在改善高k栅介质层性能的同时，还避免了基底受到不必要的氧化，从而改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成盖帽层，所述盖帽层中含有氧离子；在所述盖帽层上形成含有铝离子的吸附层；对所述吸附层、盖帽层以及高k栅介质层进行退火处理，所述退火处理适于使所述盖帽层中氧离子向所述高k栅介质层内扩散，且在所述退火处理过程中所述吸附层吸附所述氧离子；在进行所述退火处理之后，去除所述吸附层；在所述高k栅介质层上形成金属层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成盖帽层，所述盖帽层中含有氧离子；在所述盖帽层上形成含有铝离子的吸附层；对所述吸附层、盖帽层以及高k栅介质层进行退火处理，所述退火处理适于使所述盖帽层中氧离子向所述高k栅介质层内扩散，且在所述退火处理过程中所述吸附层吸附所述氧离子；在进行所述退火处理之后，去除所述吸附层；在所述高k栅介质层上形成金属层。2.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述高k栅介质层内含有氧空位；所述退火处理适于使所述高k栅介质层内的氧空位含量减少。3.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述吸附层的厚度为10埃～50埃；所述盖帽层的厚度为30埃～60埃。4.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述盖帽层的材料为含有氧离子的TiN或者含有氧离子的TaN。5.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述吸附层中的铝离子原子百分比含量为10％～60％。6.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述吸附层的材料包括TiAl、TaAl或AlN。7.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述吸附层中还具有铝离子扩散抑制离子。8.如权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述吸附层的材料包括TiAlC、TaAlC或AlCN。9.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用低温炉内退火工艺进行所述退火处理，其中，退火温度为450摄氏度～600摄氏度，退火时长为1.5小时～2.5小时。10.如权利要求1所述的半导体器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
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