[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

一种半导体结构及其形成方法，所述方法包括：提供基底，包括用于形成第一晶体管的第一区域以及用于形成第二晶体管的第二区域，第一晶体管的沟道长度小于第二晶体管的沟道长度；在基底上形成层间介质层；在层间介质层中形成第一开口和第二开口；在第一开口底部和侧壁上以及第二开口底部和侧壁上形成栅介质层；在第二区域栅介质层上形成第一含氮层；在第一区域栅介质层以及第一含氮层上形成材料含铝的功函数层。本发明通过形成第一含氮层，降低铝原子在第二开口内的沉积能力，以弥补由开口纵宽比不一致带来的铝原子沉积能力不一致的问题，使第一晶体管和第二晶体管的功函数层厚度相当且铝含量相当。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

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，半导体器件的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体器件尺寸减小到一定程度时，各种因为半导体器件的物理极限所带来的二级效应相继出现，半导体器件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器件漏电流大的问题。半导体器件的漏电流大，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，减小了半导体器件的漏电流。

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。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，优化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结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括用于形成第一晶体管的第一区域以及用于形成第二晶体管的第二区域，所述第一晶体管的沟道区长度小于所述第二晶体管的沟道区长度；在所述基底上形成层间介质层；在所述层间介质层中形成露出所述第一区域基底的第一开口以及露出所述第二区域基底的第二开口；在所述第一开口的底部和侧壁上以及第二开口的底部和侧壁上形成栅介质层；在所述第二区域栅介质层上形成第一含氮层；在所述第一区域栅介质层上以及所述第一含氮层上形成材料含铝的功函数层；在所述功函数层上形成填充满所述第一开口和第二开口的金属层。

可选的，所述第一含氮层的材料为TiN。

可选的，所述第一含氮层的厚度为至

可选的，在所述第二区域栅介质层上形成第一含氮层的步骤中，在所述第一区域栅介质层上形成第二含氮层，其中所述第二含氮层中氮原子的质量百分比含量小于所述第一含氮层中氮原子的质量百分含量。

可选的，所述第二含氮层的厚度为至

可选的，所述第一含氮层和第二含氮层的材料为TiN；形成所述第一含氮层和第二含氮层的步骤包括：在所述栅介质层上形成Ti层；对所述Ti层进行掺氮工艺，将部分厚度的Ti层转化成TiN层。

可选的，所述Ti层的厚度为至

可选的，形成所述Ti层的工艺为化学气相沉积工艺。

可选的，所述化学气相沉积工艺的参数包括：反应气体为TiCl₄和H₂，TiCl₄的气体流量为10sccm至100sccm，H₂的气体流量为2000sccm至4000scm，反应温度为400℃至600，功率为600W至1000W，压强为2Torr至6Torr。

可选的，所述掺氮工艺为等离子体氮化工艺。