[发明专利]一种半导体结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体结构及其制作方法。

背景技术

随着MOS器件特征尺寸越来越小，传统的采用SiO₂栅介质和多晶硅栅电极来制作MOS器件的技术会造成越来越大的问题。在65nm及以下节点工艺中，采用SiO₂栅介质会导致MOS器件的漏电流和功耗急剧增加；同时，由多晶硅栅电极所引起的多晶硅耗尽效应及过高的栅电阻等问题也变得越来越严重。

为了解决上述问题，通常采用高k材料和金属来替代传统的SiO₂和多晶硅。据报道，采用高k材料栅介质后，MOS器件的漏电流可以降低为采用SiO₂栅介质时的十分之一，但是，采用高k材料栅介质时MOS器件的阈值电压控制问题不容忽视。为了实现大的饱和电流，必须降低阈值电压。

发明内容

为降低器件的阈值电压，本发明实施例提供一种阈值电压较低的PMOS半导体结构及其制作方法。

为此，本发明实施例提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：

P型衬底；

位于所述P型衬底之上的介质层；

位于所述介质层之上的高k材料层；

位于所述高k材料层之上的金属栅层；

以及位于所述金属栅层之上的高功函数层，其中，所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。

优选地，所述高功函数层包括一层或一层以上结构，至少一层所述结构所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。

优选地，所述金属栅层的厚度为1至5nm。

优选地，所述高功函数层的厚度为2至15nm。

优选地，所述高功函数层采用铂，金，铍，铱，镍，钌或者掺杂氮或氧的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSC、W、Mo中的一种或者几种的组合。

优选地，所述金属栅层采用TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、铱、镍、钌、钨、钼等中的一种或者几种的组合。

相应地，本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括：

提供P型衬底；

在所述P型衬底上形成介质层；

在所述介质层之上沉积高k材料层；

在所述高k材料层之上制作金属栅层；

在所述金属栅层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。

优选地，所述金属栅层的厚度为1至5nm。

优选地，所述高功函数层的厚度为2至15nm。

优选地，所述高功函数层采用铂，金，铍，铱，镍，钌或者掺杂氮或氧的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、W、Mo中的一种或者几种的组合。

优选地，所述在所述金属栅层之上形成高功函数层，包括：

在所述金属栅层之上形成第一高功函数层；

在所述第一高功函数层之上形成第二高功函数层；其中，所述第一高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数，和/或，所述第二高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。

优选地，所述在所述金属栅层之上形成高功函数层包括：

在所述金属栅层之上形成伪高功函数层，在氮气或氧气气氛中对所述伪高功函数层进行退火处理或者采用离子注入方法向所述伪高功函数层内注入氮或氧，或者采用氮或氧等离子体轰击所述伪高功函数层，以使所述伪高功函数层转变为高功函数层。

优选地，所述金属栅层采用TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、铱、镍、钌、钨、钼等中的一种或者几种的组合。

另外，本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括：

提供P型衬底；

在所述P型衬底之上形成介质层；

在所述介质层之上沉积高k材料层；

在所述高k材料层之上制作金属栅层；

对所述金属栅层的上层部分掺杂氮或氧，以使所述金属栅层的上层部分的材料的功函数大于所述金属栅层的下层部分的材料的功函数。

优选地，所述金属栅层的厚度为3至20nm。