[发明专利]高K栅介电层的形成方法及半导体器件

权利要求书

1.一种高K栅介电层的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有介质层，所述介质层中形成有栅极开口；

沉积高K材料层，所述高K材料层覆盖所述栅极开口的底部和侧壁，所述高K材料层的材料为HfO₂和ZrO₂的混合物。

2.根据权利要求1所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述HfO₂和ZrO₂的混合物中，Hf：Zr>1:1。

3.根据权利要求1所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，沉积所述高K材料层之后还包括：沉积帽层，所述帽层覆盖所述高K材料层。

4.根据权利要求3所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，沉积所述高K材料层之后，沉积所述帽层之前还包括：

进行第一步沉积后退火，以去除所述高K材料层内的污染物；

进行第二步沉积后退火，以减少所述高K材料层内以及所述高K材料层和半导体衬底接触界面上的电荷。

5.根据权利要求4所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述第一步沉积后退火是在含氧气的气氛中进行的。

6.根据权利要求4所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述第一步沉积后退火的温度为550～600℃，时间为20～30秒，气氛为O₂和N₂的混合气体，其中O₂的体积比为2％～4％。

7.根据权利要求4所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述第二步沉积后退火是在含氢气的气氛中进行的。

8.根据权利要求4所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述第二步沉积后退火的温度为350～400℃，压强为10～20Atm，时间为30～60分钟，气氛为H₂和N₂的混合气体，其中H₂的体积比为5％～10％。

9.根据权利要求3所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述帽层包括：依次堆叠的第一帽层、吸收层和第二帽层，所述第一帽层的材料为TiN，所述吸收层的材料为Ti，所述第二帽层的材料TiN。

10.根据权利要求3所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述帽层包括：依次堆叠的第一帽层和吸收层，所述第一帽层的材料为TiN，所述吸收层的材料为富钛TiN。

11.根据权利要求3或9或10所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，沉积帽层之后还包括：对所述半导体衬底进行高压退火。

12.根据权利要求10所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，所述高压退火的温度为400～450℃，压强为10～20Atm，时间为0.8～1.2分钟，气氛为O₂和Ar的混合气体，其中O₂的体积比为5％～10％。

13.根据权利要求1所述的高K栅介电层的形成方法，其特征在于，采用原子层沉积法沉积所述高K材料层。

14.一种半导体器件，其特征在于，包括：

半导体衬底；

形成在所述半导体衬底上的介质层，该介质层中具有栅极开口；

高K材料层，覆盖所述栅极开口的底部和侧壁，所述高K材料层的材料为HfO₂和ZrO₂的混合物。

15.根据权利要求14所述的半导体器件，其特征在于，所述HfO₂和ZrO₂的混合物中，Hf：Zr>1:1。

16.根据权利要求14所述的半导体器件，其特征在于，还包括：帽层，覆盖所述高K材料层。

17.根据权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述帽层包括依次堆叠的第一帽层、吸收层和第二帽层，所述述第一帽层的材料为TiN，所述吸收层的材料为Ti，所述第二帽层的材料TiN。

18.根据权利要求16所述的半导体器件，其特征在于，所述帽层包括依次堆叠的第一帽层和吸收层，所述第一帽层的材料为TiN，所述吸收层的材料为富钛TiN。