[发明专利]半导体器件的形成方法

说明书

一种半导体器件的形成方法，包括：提供包括NMOS区域的基底，所述基底上形成有层间介质层，且所述NMOS区域的层间介质层内形成有贯穿所述层间介质层的第一开口；在所述第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成N型功函数层，所述N型功函数层内含有Al离子；对所述N型功函数层进行退火处理，使所述Al离子向所述第一阻挡层内扩散；在进行所述退火处理后，在所述N型功函数层上形成填充满所述第一开口的金属栅极。本发明降低NMOS区域的等效功函数值，进而改善形成的半导体器件的电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件的形成方法。

背景技术

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结构的电学性能，但是现有技术形成的半导体结构的电学性能仍有待提高。

发明内容

本发明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，本发明提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供包括NMOS区域的基底，所述基底上形成有层间介质层，且所述NMOS区域的层间介质层内形成有贯穿所述层间介质层的第一开口；在所述第一开口底部和侧壁上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成N型功函数层，所述N型功函数层内含有Al离子；对所述N型功函数层以及第一阻挡层进行退火处理，使所述Al离子向所述第一阻挡层内扩散；在进行所述退火处理后，在所述N型功函数层上形成填充满所述第一开口的金属栅极。

可选的，所述退火处理的工艺参数包括：退火温度为350℃～450℃，退火时长为1.5h～2.5h，在N₂、He或Ar氛围下进行。

可选的，所述退火处理适于降低所述第一阻挡层的材料功函数值；在进行所述退火处理之后，部分厚度或全部厚度的第一阻挡层转化为含Al的第一阻挡层。

可选的，在进行所述退火处理之前，还包括步骤，在所述N型功函数层上形成第二阻挡层；在进行退火处理过程中，所述Al离子向所述第二阻挡层内扩散。

可选的，所述第一阻挡层的材料为TiN或TaN；所述第二阻挡层的材料为TiN或TaN。

可选的，所述第一阻挡层的厚度为15埃～70埃；所述第二阻挡层的厚度为20埃～40埃。

可选的，所述N型功函数层的材料为TiAl、TiAlN、TiAlC或AlN。

可选的，所述N型功函数层中Al离子的摩尔百分比为30％～80％。

可选的，所述N型功函数层的厚度为10埃～50埃。

可选的，在形成所述高k栅介质层之前，在所述第一开口底部上形成界面层。