[发明专利]半导体结构的形成方法

说明书

一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层表面形成牺牲层；对所述高k栅介质层进行缺陷钝化退火处理，所述缺陷钝化退火处理在含有缺陷钝化离子的氛围下进行，且所述缺陷钝化退火处理过程中，所述缺陷钝化离子经由牺牲层进入高k栅介质层内；去除所述牺牲层；在所述高k栅介质层表面形成栅电极层。本发明改善高k栅介质层的介电弛豫问题，且提高高k栅介质层和界面层的致密度，从而提高形成的半导体结构的电学性能。

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结构的形成方法。

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结构的形成方法，改善半导体结构的电学性能。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成高k栅介质层，所述高k栅介质层内具有缺陷；在所述高k栅介质层表面形成牺牲层；对所述高k栅介质层进行缺陷钝化退火处理，所述缺陷钝化退火处理在含有缺陷钝化离子的氛围下进行，且所述缺陷钝化退火处理过程中，所述缺陷钝化离子经由牺牲层进入高k栅介质层内；去除所述牺牲层；在所述高k栅介质层表面形成栅电极层。

可选的，所述缺陷钝化退火处理适于减少高k栅介质层内的缺陷含量。

可选的，所述高k栅介质层内的缺陷包括氧空位、悬挂键或未成键离子中的一种或多种。

可选的，所述牺牲层的材料为氧化硅或氮氧化硅。

可选的，所述牺牲层的厚度为5埃至30埃。

可选的，采用原子层沉积工艺形成所述牺牲层。

可选的，去除所述牺牲层的工艺步骤包括：采用氨水溶液和氢氟酸溶液的混合溶液，去除所述牺牲层；接着，采用氢氟酸溶液或SiCoNi刻蚀系统，去除残留的牺牲层。

可选的，所述缺陷钝化离子包括氢离子、氧离子、氮离子或氟离子中的一种或多种。

可选的，所述缺陷钝化退火处理为原位水汽生成退火处理，在含有H₂和O₂的氛围下进行。

可选的，所述缺陷钝化退火处理在含有NH₃、N₂O、NO、H₂、O₂或NF₃中的一种或多种氛围下进行。

可选的，所述缺陷钝化退火处理的工艺参数包括：退火温度为600摄氏度至950摄氏度，腔室压强为1托至10托。

可选的，在形成所述高k栅介质层之前，在所述基底表面形成界面层，所述高k栅介质层位于界面层表面。