[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，形成方法包括：在所述第一功函数层上形成牺牲层后，氧化所述第一功函数层，在所述第一功函数层与所述牺牲层之间形成扩散阻挡层；在所述扩散阻挡层上形成金属栅极，所述金属栅极与所述扩散阻挡层和第一功函数层用于构成栅极结构。一方面本发明方案中所形成的扩散阻挡层有效的避免了金属栅极中的杂质离子扩散到第一功函数层中，从而提高了第一功函数层的性能；另一方面，在形成牺牲层之后再氧化所述第一功函数层形成扩散阻挡层，所述牺牲层可以有效控制氧化所述第一功函数层时通入反应物的流量，从而有效可以控制所形成的扩散阻挡层的厚度，进而改善了半导体结构的电学特性。

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(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)。传统的MOS晶体管是采用氮氧化合物作为栅介质层，多晶硅作为栅极。

随着半导体技术的发展，氮氧化合物作为栅介质层，多晶硅作为栅极的层叠栅极结构由于漏电流和功耗过大等问题，难以满足小尺寸半导体工艺的需要。因此，现有技术发展了以金属材料作为金属栅的金属栅极，以高介电常数的介质材料(High k)作为栅介质层的半导体器件。

然而，尽管金属栅极和高介电常数栅介质层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及其形成方法，提高半导体器件的电学性能。

本发明提供的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N型晶体管的第一区域；在所述第一区域的基底上形成第一功函数层，所述第一功函数层的材料是N型功函数材料；在所述第一功函数层上形成牺牲层；氧化所述第一功函数层，在所述第一功函数层与所述牺牲层之间形成扩散阻挡层；去除所述牺牲层；在所述扩散阻挡层上形成第一金属栅极，所述第一金属栅极与所述扩散阻挡层和第一功函数层用于构成所述N型晶体管的栅极结构。

可选的，氧化所述第一功函数层的步骤包括：通过退火处理氧化所述第一功函数层。

可选的，通过退火处理氧化所述第一功函数层的步骤包括：退火过程中通入含氧气体的方式进行所述退火处理。

可选的，所述含氧气体包括氧气或臭氧。

可选的，在退火过程中通入含氧气体的方式进行所述退火处理的步骤中，所述含氧气体流量在0.01L/min～5L/min的范围内。

可选的，进行退火处理的步骤中，所述退火时间在2S～30S的范围内，所述退火温度在800℃～1050℃的范围内。

可选的，所述牺牲层的材料包括非晶硅。

可选的，所述牺牲层的厚度在15A～100A的范围内。

可选的，所述扩散阻挡层的厚度在3A～20A的范围内。

可选的，所述第一功函数层的材料包括TiAl或TiCAl，所述扩散阻挡层的材料是TiAlO。

可选的，所述金属栅极的材料是钨。

可选的，提供基底的步骤中，所述基底还包括用于形成P型晶体管的第二区域；形成第一功函数层的步骤中，所述第一功函数层还覆盖所述第二区域；在所述第一功函数层上形成牺牲层的步骤中，所述牺牲层还覆盖第二区域的第一功函数层；在氧化所述第一功函数层的步骤中，所述扩散阻挡层还形成于第二区域内的第一功函数层与牺牲层之间；所述形成方法还包括，在形成金属栅极之前，去除第二区域的牺牲层、扩散阻挡层和第一功函数层；在第二区域形成第二功函数层；形成所述第一金属栅极的步骤还包括：在第二区域的第二功函数层上形成第二金属栅极。