[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，方法包括：提供基底；在基底上形成层间介质层；在层间介质层中形成露出基底的开口；在开口底部和侧壁上形成栅介质层；通过原子层沉积工艺进行至少1次膜层形成工艺，在栅介质层上形成含铝功函数层，当膜层形成工艺次数为1次时，膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数至少为2次，当膜层形成工艺次数大于1次时，至少第1次膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数至少为2次；在形成有功函数层的开口中形成金属栅极。通过增加含铝前驱体的脉冲次数，特别是第1次膜层形成工艺中的脉冲次数，以增加开口中的铝原子含量，提高铝原子在开口中的沉积能力，从而增加功函数层的铝原子含量，进而改善晶体管的阈值电压翻转问题。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，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。

然而，引入了高k金属栅的半导体结构中，仍有许多问题亟待解决，其中一个就是功函数的匹配问题，因为功函数将直接影响器件的阈值电压(Vt)和性能。因此功函数必须调整到半导体器件的合适工作范围内。

现有技术中，通过在晶体管栅极结构中形成功函数层以实现所述晶体管阈值电压的调节，但是引入功函数层的晶体管依旧存在电学性能不良的问题，从而导致所形成半导体结构性能不良。

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，改善所形成半导体结构的性能。

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；在所述基底上形成层间介质层；在所述层间介质层中形成露出所述基底的开口；在所述开口的底部和侧壁上形成栅介质层；通过原子层沉积工艺进行至少1次膜层形成工艺，在所述栅介质层上形成含铝功函数层，当所述膜层形成工艺的次数为1次时，所述膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数至少为2次，当所述膜层形成工艺的次数大于1次时，至少第1次膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数至少为2次；在形成有所述功函数层的开口中形成金属栅极。

可选的，所述功函数层的材料包括TiAl、TaAl和TiAlC中的一种或多种。

可选的，所述功函数层的厚度为至

可选的，在所述功函数层中，铝的原子百分比含量为55％至75％。

可选的，所述功函数层的材料包括TiAl，所述膜层形成工艺的参数包括：所采用的含钛前驱体为TiCl₄，所述含铝前驱体为(C₂H₅)₃Al或AlCH₃，所述含钛前驱体的载气为Ar，所述含铝前驱体的载气为Ar，所述含钛前驱体的载气的气体流量为50sccm至200sccm，所述含铝前驱体的载气的气体流量为300sccm至800sccm，工艺温度为350摄氏度至450摄氏度，工艺压强为2托至6托。

可选的，当所述膜层形成工艺的次数为1次时，所述膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数为2次至5次；当所述膜层形成工艺的次数大于1次时，第1次膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数为2次至5次。

可选的，所述膜层形成工艺的次数大于1次，所述膜层形成工艺中含铝前驱体的脉冲次数均相等。