一種半導體結構及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種半導體結構及其制作方法，所述半導體結構包括包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層和金屬柵層，所述半導體結構還包括：位于所述金屬柵層之上的氧吸除層；以及位于所述氧吸除層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)；所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。相對于僅采用高功函數(shù)層而未采用氧吸除層的半導體結構，本發(fā)明實施例提供的半導體結構的EOT有明顯降低。
【專利說明】一種半導體結構及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造【技術領域】，具體設計一種半導體結構及其制作方法。
【背景技術】
[0002]隨著MOS器件特征尺寸越來越小，傳統(tǒng)的采用SiO2柵介質和多晶硅柵電極來制作MOS器件的技術會產生越來越大的問題。在65nm及以下節(jié)點工藝中，采用SiO2柵介質會導致MOS器件的漏電流和功耗急劇增加；同時，由多晶硅柵電極所引起的多晶硅耗盡效應及過高的柵電阻等問題也變得越來越嚴重。
[0003]為了解決上述問題，通常采用高k材料和金屬來替代傳統(tǒng)的SiO2和多晶硅。據(jù)報道，采用高k材料柵介質后，MOS器件的漏電流可以降低為采用SiO2柵介質時的十分之一，但是，采用高k材料柵介質時MOS器件的閾值電壓控制問題不容忽視。為了實現(xiàn)大的飽和電流，必須降低閾值電壓。
[0004]MOS器件的閾值電壓受多種因素影響，其中一個重要因素即為金屬柵電極材料的功函數(shù)。對于PMOS結構來說，降低器件的閾值電壓需要功函數(shù)較高的金屬柵。為解決這一問題，通?？梢栽诮饘贃艑又现谱饕粚庸瘮?shù)較大的高功函數(shù)層，該高功函數(shù)層與金屬柵層一起構成半導體結構的金屬柵電極，由于高功函數(shù)層的加入使金屬柵電極的功函數(shù)增力口。日前，制作高功函數(shù)層的方法通常是向功函數(shù)不太高的材料中摻雜氧，摻雜的氧會向底部的高k材料層和介質層中擴散，這無疑會導致半導體結構的等效氧化層厚度(EOT)增大，EOT的增大會對柵極電容、柵絕緣層中的電場和缺陷密度以及柵極隧穿電流產生很大影響。
【發(fā)明內容】
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供一種半導體結構及其制作方法。
[0006]本發(fā)明實施例提供一種半導體結構，包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層和金屬柵層，所述半導體結構還包括:
[0007]位于所述金屬柵層之上的氧吸除層；
[0008]以及位于所述氧吸除層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)；
[0009]所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
[0010]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
[0011]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括兩層結構:
[0012]位于所述金屬柵層之上的第一氧吸除層，所述第一氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種；
[0013]位于所述第一氧吸除層之上的第二氧吸除層，所述第二氧吸除層采用TiN或者TaN。
[0014]優(yōu)選地,所述金屬柵層的厚度為I至5nm。[0015]優(yōu)選地，所述高功函數(shù)層的厚度為2至15nm。
[0016]優(yōu)選地,所述氧吸除層的厚度為0.5至5nm。
[0017]相應地，本發(fā)明實施例還提供一種半導體結構的制作方法，所述方法包括提供P型襯底、在所述襯底之上依次形成介質層、高k材料層和金屬柵層，所述方法還包括:
[0018]在所述金屬柵層之上形成氧吸除層；
[0019]在所述氧吸除層之上形成高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)；
[0020]所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
[0021]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
[0022]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括兩層結構，所述在所述金屬柵層之上形成氧吸除層包括:
[0023]在所述金屬柵層之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種形成第一氧吸除層；
[0024]在所述第一氧吸除層之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除層。
[0025]優(yōu)選地，所述金屬柵層的厚度為I至5nm。
[0026]優(yōu)選地,所述高功函數(shù)層的厚度為2至15nm。
[0027]優(yōu)選地，所述氧吸除層的厚度為0.5至5nm。
[0028]另外，本發(fā)明實施例還提供一種半導體結構，所述半導體結構包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層，所述半導體結構還包括:
[0029]位于所述高k材料層之上的氧吸除層；
[0030]位于所述氧吸除層之上的金屬柵層；
[0031]以及位于所述金屬柵層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)；
[0032]所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
[0033]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
[0034]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括兩層結構:
[0035]位于所述高k材料層之上的第一氧吸除層，所述第一氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種；
[0036]位于所述第一氧吸除層之上的第二氧吸除層，所述第二氧吸除層采用TiN或者TaN。
[0037]相應地，本發(fā)明實施例還提供一種半導體結構的制作方法，所述方法包括提供P型襯底、在所述襯底之上依次形成介質層、高k材料層，所述方法還包括:
[0038]在所述高k材料層之上形成氧吸除層；
[0039]在所述氧吸除層之上形成金屬柵層；
[0040]在所述金屬柵層之上形成高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)；
[0041]所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。[0042]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
[0043]優(yōu)選地，所述氧吸除層包括兩層結構，所述在所述金屬柵層之上形成氧吸除層包括:
[0044]在所述高k材料層之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種形成第一氧吸除層；
[0045]在所述第一氧吸除層之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除層。
[0046]此外，本發(fā)明實施例還提供一種半導體結構，所述半導體結構包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層，所述半導體結構還包括:
[0047]位于所述高k材料層之上的氧吸除層，所述氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種；
[0048]位于所述氧吸除層之上的金屬柵層；
[0049]位于所述金屬柵層之上的氧阻擋層，所述氧阻擋層采用TiN或者TaN ；
[0050]以及位于所述氧阻擋層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)。
[0051]本發(fā)明實施例還提供一種半導體結構的制作方法，所述方法包括提供P型襯底、在所述襯底之上依次形成介質層、高k材料層，所述方法還包括:
[0052]在所述高k材料層之上形成氧吸除層，所述氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種；
[0053]在所述氧吸除層之上形成金屬柵層；
[0054]在所述金屬柵層之上形成氧阻擋層，所述氧阻擋層采用TiN或者TaN ；
[0055]在所述氧阻擋層之上形成高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)。
[0056]本發(fā)明實施例提供的半導體結構，在金屬柵層與高功函數(shù)層之間制作采用容易與氧結合的材料的氧吸除層，該氧吸除層能夠吸除所述介質層、高k材料層和/或高功函數(shù)層中多余的氧，從而能夠降低所述介質層、高k材料層和/或高功函數(shù)層中的氧含量，同時能夠防止高功函數(shù)層中的氧向底部擴散至高k材料層和/或介質層，進而能夠降低整個高k材料層和介質層的EOT。相對于僅采用高功函數(shù)層而未采用氧吸除層的半導體結構本發(fā)明實施例提供的半導體結構的EOT有明顯降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0057]通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0058]圖1是本發(fā)明實施例一的半導體結構的結構示意圖；
[0059]圖2是圖1所示的半導體結構的制作方法的流程圖；
[0060]圖3是本發(fā)明實施例一的半導體結構的結構示意圖；
[0061]圖4是圖3所示的半導體結構的制作方法的流程圖；
[0062]圖5是本發(fā)明實施例三的半導體結構的結構示意圖；
[0063]圖6是圖5所示的半導體結構的制作方法的流程圖；[0064]圖7是本發(fā)明實施例四的半導體結構的結構示意圖；
[0065]圖8是圖7所示的半導體結構的制作方法的流程圖；
[0066]圖9是本發(fā)明實施例五的半導體結構的結構示意圖；
[0067]圖10是圖9所示的半導體結構的制作方法的流程圖；
[0068]附圖標記:
[0069]10-襯底，11-介質層，12-聞k材料層，13-金屬柵層，14-氧吸除層，14-1-第一氧吸除層，14-2-第二氧吸除層，15-高功函數(shù)層，16-氧阻擋層。
【具體實施方式】
[0070]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0071]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0072]其次，本發(fā)明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0073]為解決增大金屬柵電極的功函數(shù)會導致半導體結構的EOT增大的問題，本申請的發(fā)明人通過反復研究和實驗提出一種既能增大金屬柵電極的功函數(shù)又能防止半導體結構的EOT增大的半導體結構及其制`作方法，為此，發(fā)明人提供以下方案。
[0074]實施例一
[0075]本發(fā)明實施例提供一種半導體結構，圖1示出了該半導體結構的結構示意圖，該半導體結構包括:襯底10，依次位于襯底10之上的介質層11、高k材料層12、金屬柵層13、氧吸除層14以及高功函數(shù)層15 ;其中，高功函數(shù)層15所用的材料的功函數(shù)大于金屬柵層13所用的材料的功函數(shù)；氧吸除層14用于吸除介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧，避免高k材料層和介質層的EOT增大。本發(fā)明實施例一中“之上”的含義可以是直接接觸地位于上方，也可以是不直接接觸地位于上方。
[0076]本發(fā)明實施例中的襯底10可以是任何的半導體材料，例如單晶硅、多晶硅、非晶硅、鍺、硅鍺、碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵、合金半導體或其他化合物半導體材料，其中，襯底10為P型襯底；
[0077]本發(fā)明實施例中的介質層11可以采用Si02、Si3N4、N20等，厚度可以在0.5~2nm之間，例如，當采用SiO2時，介質層11的厚度可以為0.7nm ;當采用HfO2時，介質層11的厚度可以為2~4nm。
[0078]本發(fā)明實施例中的高k材料層12采用高k電介質材料(即高介電常數(shù)材料)，例如可以是常用的 HfO2、Al2O3，也可以是 HfSiOx、HfON,HfAlOx、ZrO2、ZrSiOx、Ta2O5、La2O3、HfLaOx、LaAlOx^LaSiOx以及上述材料的氮化物或氮氧化物等；在此，x的取值可以依設計要求而定，本發(fā)明實施例對X的取值不作限定。
[0079]本發(fā)明實施例中的金屬柵層13可以采用TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni等中的一種或者幾種的組合；金屬柵層13的厚度可以在I?5nm之間，例如可以為lnm、3nm或者5nm等；
[0080]本發(fā)明實施例中的氧吸除層14的厚度可以為0.5飛nm，氧吸除層14可以采用T1、AUTiAl或者Hf等容易與氧結合的材料，由這些材料制作的氧吸除層14可以與介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧結合(例如Ti容易與氧結合生成TiO2, Al容易與氧結合生成Al2O3, TiAl容易與氧結合生成TiAlO，Hf容易與氧結合生成HfO2等)，從而能夠降低介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中的氧含量，故能夠降低高k材料層12和介質層11的整體的EOT ;另外，氧吸除層14也可以為一層TiN或者TaN等結構比較致密的材料，這層致密材料的存在能夠阻擋高功函數(shù)層15中的氧向底部擴散至高k材料層12或者介質層11從而導致高k材料層12和介質層11的整體的EOT增大。
[0081]本發(fā)明實施例中的高功函數(shù)層15可以采用摻雜O的TiN、TaN, MoN, HfN, TaAlN,MoAlN, HfAlN, TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo,或者采用摻雜 N 的 TiN、TaN、MoN、HfN,TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo、Ni，或者采用 Pt, Au, Be 等；其中，高功函數(shù)層15所用材料的功函數(shù)可以大于或者等于4.67，更具體地可以大于或者等于5，例如可以為5.15 ;本發(fā)明實施例中的高功函數(shù)層15所用材料的功函數(shù)可以大于或者等于金屬柵層13所用材料的功函數(shù)。
[0082]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的高功函數(shù)層15可以僅僅為一層，也可以為包含多層的疊層結構，當為包含多層的疊層結構時，各層所采用的材料可以相同也可以不相同，但疊層結構中至少有一層結構所采用材料的功函數(shù)不小于金屬柵層13所用材料的功函數(shù)。
[0083]本發(fā)明實施例提供的半導體結構，在金屬柵層與高功函數(shù)層之間制作采用容易與氧結合的材料的氧吸除層，該氧吸除層能夠吸除所述介質層、高k材料層和/或高功函數(shù)層中多余的氧，從而能夠降低所述介質層、高k材料層和/或高功函數(shù)層中的氧含量，同時能夠防止高功函數(shù)層中的氧向底部擴散至高k材料層和/或介質層，進而能夠降低整個高k材料層和介質層的EOT。相對于僅采用高功函數(shù)層而未采用氧吸除層的半導體結構本發(fā)明實施例提供的半導體結構的EOT有明顯降低。
[0084]相應地，本發(fā)明實施例一還提供一種圖1所示的半導體結構的制作方法，圖2示出了該方法的流程圖，該方法包括:
[0085]步驟S201:提供襯底10;襯底10可以是任何的半導體材料，例如單晶硅、多晶硅、非晶娃、鍺、娃鍺、碳化娃、鋪化銦、締化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或鋪化鎵、合金半導體或其他化合物半導體材料，其中，襯底10為P型襯底。
[0086]步驟S202:在襯底10上形成介質層11 ;介質層11可以采用Si02、Si3N4、N20等，厚度可以在0.5?2nm之間，例如，當采用SiO2時，介質層11的厚度可以為0.7nm ；
[0087]具體地，可以采用自然氧化生長、熱氧化生長制作該介質層11，例如可以采用分子束外延(MBE)或者原子層淀積(ALD)等方法形成介質層11 ;也可以將襯底10置于去離子水中一段時間在襯底10之上形成介質層11。
[0088]步驟S203:在介質層11之上淀積高k材料層12，其中高k材料層可以采用常用的 Hf02、Al2O3,也可以采用 HfSiOx、HfON, HfAlOx, ZrO2, ZrSiOx, Ta2O5, La203、HfLaOx, LaAlOx,LaSiOx以及上述材料的氮化物或氮氧化物等；其中可以采用MBE、ALD或者濺射等方法制作該高k材料層12。[0089]步驟S204:在高k材料層12之上制作金屬柵層13 ;金屬柵層13可以采用TiN、TaN、MoN、HfN, TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni 等中的一種或者幾種的組合；金屬柵層13的厚度可以在f5nm之間，例如可以為lnm、5nm或者3nm等;
[0090]金屬柵層13可以采用物理氣相沉積(PVD)、ALD或者濺射等方法制作，在一個具體不例中，金屬柵層13可以米用ALD制作,金屬柵層13的厚度可以為3nm。
[0091]步驟S205:在金屬柵層13之上制作氧吸除層14 ;本發(fā)明實施例中的氧吸除層14的厚度可以在0.5飛nm，氧吸除層14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易與氧結合的材料，由這些材料制作的氧吸除層14可以與介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧結合(例如Ti容易與氧結合生成TiO2, Al容易與氧結合生成Al2O3, TiAl容易與氧結合生成TiAlO, Hf容易與氧結合生成HfO2等),從而能夠降低介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中的氧含量，故能夠降低高k材料層12和介質層11的整體5的EOT。另外，氧吸除層14也可以采用TiN或者TaN等結構比較致密的材料制作而成，這層致密材料的存在能夠阻擋高功函數(shù)層15中的氧向底部擴散至高k材料層12或者介質層11從而導致高k材料層12和介質層11的整體的EOT增大。具體地，該氧吸除層14可以采用濺射、PVD等常用的成膜方法制作，制作過程可以在常溫下進行也可以在較高溫度下執(zhí)行，例如 100?200。。。
[0092]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的氧吸除層14可以僅包括一層結構，也可以包括多層結構，當包括多層結構時，各層結構可以均采用極易與氧結合的材料，另外各層所采用的材料可以相同也可以不相同，各層所采用的制作方法可以相同也可以不相同。
[0093]步驟S206:在氧吸除層14之上形成高功函數(shù)層15 ;高功函數(shù)層15的厚度可以為2?15nm，其中高功函數(shù)層15可以采用摻雜O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo，本發(fā)明實施例中，材料中氧含量的具體數(shù)值本領域可以依具體設計要求而定。
[0094]具體地，高功函數(shù)層15可以采用PVD、CVD或者ALD等方法制作，該步驟可以包括首先在氧吸除層14上淀積一偽高功函數(shù)層然后對該偽高功函數(shù)層摻雜一定量的氧使該材料層轉變?yōu)楦吖瘮?shù)層15，具體可以采用在氧氣環(huán)境中對形成偽高功函數(shù)層之后的結構進行退火處理或者直接在偽高功函數(shù)層中注入氧離子等方式向偽高功函數(shù)層中摻雜一定量的氧。
[0095]本發(fā)明實施例提供的半導體結構，在金屬柵層與高功函數(shù)層之間制作采用容易與氧結合的材料的氧吸除層，該氧吸除層能夠吸除所述介質層、高k材料層和/或高功函數(shù)層中多余的氧，從而能夠降低所述介質層、高k材料層和/或高功函數(shù)層中的氧含量，同時能夠防止高功函數(shù)層中的氧向底部擴散至高k材料層和/或介質層，進而能夠降低整個高k材料層和介質層的EOT。相對于僅采用高功函數(shù)層而未采用氧吸除層的半導體結構本發(fā)明實施例提供的半導體結構的EOT有明顯降低。
[0096]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的氧吸除層14可以為一層結構，也可以為一層以上的結構，可以采用一種材料，也可以采用多種材料，本領域普通技術人員可以按照實際需求做相應改進和變形，需要理解的是，這些改進和變形均在本發(fā)明的保護范圍內。
[0097]實施例二[0098]本發(fā)明實施例二提供一種半導體結構，圖3示出了該半導體結構的結構示意圖，該半導體結構包括:襯底10，依次位于襯底10之上的介質層11、高k材料層12、金屬柵層
13、第一氧吸除層14-1、第二氧吸除層14-2以及高功函數(shù)層15，其中，第一氧吸除層14_1和第二氧吸除層14-2構成氧吸除層14，且第一氧吸除層14-1和第二氧吸除層14-2中至少有一層采用極易與氧結合的材料(T1、Al、TiAl或者Hf等)，且高功函數(shù)層15所用材料的功函數(shù)大于金屬柵層13所用材料的功函數(shù)。
[0099]本發(fā)明實施例中的第一氧吸除層14-1的厚度可以在0.2~2nm，第二氧吸除層14-2的厚度可以在0.3~3nm ;當然第一氧吸除層14-1的厚度也可以在0.3~3nm，第二氧吸除層14-2的厚度也可以在0.2~2nm，本發(fā)明實施例對此沒有限制。
[0100]本發(fā)明實施例中，第一氧吸除層14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一種，可以在常溫下采用濺射方法制作，厚度可以為Inm;第二氧吸除層14-2采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一種，可以在常溫下采用濺射方法制作，厚度為0.5nm ;此時，第一氧吸除層14-1和第二氧吸除層14-2均采用極易與氧結合的材料，第一氧吸除層14-1可以用于吸除高k材料層12和介質層11中多余的氧，而第二氧吸除層14-2可以用于吸除高功函數(shù)層15中多余的氧，這種結構有利于吸除半導體結構中多余的氧，從而能夠降低高k材料層12和介質層11的EOT。
[0101]另外，本發(fā)明實施例中，第一氧吸除層14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一種，第二氧吸除層14-2可以采用TiN或者TaN中的一種；此時，第一氧吸除層14_1可以用于吸除高k材料層12和介質層11中多余的氧，第二氧吸除層14-2為一層致密的保護膜，可以防止高功函數(shù)層14-2中多余的氧向下擴散至高k材料層12和介質層11，從而能夠降低高k材料層12和介質層11的EOT。
[0102]在本發(fā)明實施例中，高功函數(shù)層15可以采用摻雜O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo。
[0103]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的高功函數(shù)層15可以為一層結構，也可以為多層結構，本發(fā)明對此沒有限制。
[0104]相應地，本發(fā)明實施例二還提供一種上述半導體結構(即圖3所示的結構)的制作方法，圖4示出了該制作方法的流程圖，一并參見圖3和圖4，該方法包括以下步驟:
[0105]步驟S401~步驟S404與實施例一中的步驟S201~步驟S204——對應，步驟S401~步驟S404可以參考步驟S20f步驟S204獲知，在此不再贅述，以下僅介紹本發(fā)明實施例二中的制作方法與實施例一中的制作方法的不同之處:
[0106]步驟S405:在金屬柵層13之上形成第一氧吸除層14_1 ；
[0107]本發(fā)明實施例中的第一氧吸除層14-1的厚度可以在0.2^2nm ;第一氧吸除層14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易與氧結合的材料。
[0108]步驟S406:在第一氧吸除層14-1之上形成第二氧吸除層14_2 ；
[0109]第二氧吸除層14-2的厚度可以在0.3~3nm，第二氧吸除層14-2可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易與氧結合的材料；另外，本發(fā)明實施例中第二氧吸除層14-2也可以采用TiN或者TaN等，TiN或者TaN在第一氧吸除層14_1之上形成一層致密的保護膜，可以防止高功函數(shù)層15中的氧向下擴散至高k材料層12和/或介質層11。
[0110]步驟S407:在第二氧吸除層14-2之上形成高功函數(shù)層15 ；[0111]具體可以采用濺射、CVD、MOCVD, PVD等方法制作該高功函數(shù)層15:采用CVD、MOCVD, PVD 等方法時可以選用 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo等中的一種或者幾種，只要在制作過程中選擇性摻雜一定量的氧即可；
[0112]本發(fā)明實施例二的氧吸除層包括第一氧吸除層和第二氧吸除層，一方面高功函數(shù)層的存在增加了整個金屬柵電極(金屬柵電極包括金屬柵層和高功函數(shù)層)的功函數(shù)；另一方面，第一氧吸除層能夠吸除高k材料層和/或介質層中多余的氧，第二氧吸除層能夠吸除高功函數(shù)層中多余的氧，同時能夠阻止高功函數(shù)層中的氧向下擴散至高k材料層和/或介質層，從而避免高k材料層和介質層的EOT增大。
[0113]需要說明的是，本發(fā)明實施例二僅介紹了氧吸除層包括第一氧吸除層和第二氧吸除層的雙層結構，實際上，氧吸除層還可以包括三層或者多層結構，例如，氧吸除層也可以采用Ti/TiN/Al的三層結構，即氧吸除層從下至上依次為T1、TiN、Al ;此時，下層的Ti能夠吸除高k材料層和/或介質層多余的氧，上層的Al能夠吸除高功函數(shù)層中多余的氧，同時中間的TiN又能阻擋高功函數(shù)層中的氧向下擴散至高k材料層和/或介質層。其中，氧吸除層采用多層結構是，這些多層結構所采用的材料可以相同也可以不相同，其厚度可以相同也可以不相同，只要保證氧吸除層整體能夠吸除高k材料層、介質層和/或高功函數(shù)層中多余的氧即可。本領域技術人員可以依具體要求適當改變氧吸除層的具體結構，這些都應該包含在本發(fā)明的技術方案內。
[0114]實施例三
[0115]本發(fā)明實施例三提供一種半導體結構，該半導體結構與本發(fā)明實施例一中的半導體結構類似，為簡化起見，本發(fā)明實施例一僅介紹該半導體結構與本發(fā)明實施例一中的半導體結構的不同之處，與本發(fā)明實施例一中的半導體結構的相同之處可以參見本發(fā)明實施例一得到。
[0116]圖5示出了該半導體結構的結構示意圖，該半導體結構包括:襯底10，依次位于襯底10之上的介質層11、高k材料層12、氧吸除層14、金屬柵層13以及高功函數(shù)層15 ;其中，高功函數(shù)層15所用的材料的功函數(shù)大于金屬柵層13所用的材料的功函數(shù)；氧吸除層14用于吸除介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧，避免半導體結構的EOT增大。
[0117]本發(fā)明實施例三中“之上”的含義可以是直接接觸地位于上方，也可以是不直接接觸地位于上方
[0118]氧吸除層14的厚度可以在0.5?5nm，氧吸除層14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易與氧結合的材料，由這些材料制作的氧吸除層14可以與介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧結合(例如Ti容易與氧結合生成TiO2, Al容易與氧結合生成Al2O3, TiAl容易與氧結合生成TiAlO, Hf容易與氧結合生成HfO2等),從而能夠降低介質層
11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中的氧含量，故能夠降低高k材料層12和介質層11的整體的EOT ;另外，氧吸除層14也可以為一層TiN或者TaN等結構比較致密的材料，這層致密材料的存在能夠阻擋高功函數(shù)層15中的氧向底部擴散至高k材料層12或者介質層11從而導致高k材料層12和介質層11的整體的EOT增大。
[0119]本發(fā)明實施例中的氧吸除層14位于高k材料層12和金屬柵層13之間，能夠吸除高k材料層12和/或介質層11中多余的氧，同時也能吸除高功函數(shù)層15中的氧，能夠起到降低高k材料層12和介質層11的EOT的作用。
[0120]本發(fā)明實施例三中的其他參數(shù)可以參見本發(fā)明實施例一中的描述得到，在此不再贅述。
[0121]相應地，本發(fā)明實施例三還提供一種半導體結構的制作方法，一并參見圖5和圖6，該制作方法包括以下步驟:
[0122]步驟S601?步驟S603與實施例一中的步驟S201?步驟S203——對應，步驟S601?步驟S603可以參考步驟S20f步驟S203獲知，在此不再贅述，以下僅介紹本發(fā)明實施例三中的制作方法與實施例一中的制作方法的不同之處:
[0123]步驟S603:在高k材料層12之上制作氧吸除層14 ；
[0124]本發(fā)明實施例中的氧吸除層14的厚度可以在0.5飛nm，氧吸除層14可以采用T1、AUTiAl或者Hf等容易與氧結合的材料，由這些材料制作的氧吸除層14可以與介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧結合(例如Ti容易與氧結合生成TiO2, Al容易與氧結合生成Al2O3, TiAl容易與氧結合生成TiAlO，Hf容易與氧結合生成HfO2等)，從而能夠降低介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中的氧含量，故能夠降低高k材料層12和介質層11的整體5的EOT。另外，氧吸除層14也可以采用TiN或者TaN等結構比較致密的材料制作而成，這層致密材料的存在能夠阻擋高功函數(shù)層15中的氧向底部擴散至高k材料層12或者介質層11從而導致高k材料層12和介質層11的整體的EOT增大。具體地，該氧吸除層14可以采用濺射、PVD等常用的成膜方法制作，制作過程可以在常溫下進行也可以在較高溫度下執(zhí)行，例如10(T2(KrC。
[0125]步驟S604:在氧吸除層14之上形成金屬柵層13 ；
[0126]金屬柵層13 可以采用 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni等中的一種或者幾種的組合；金屬柵層13的厚度可以在I?5nm之間，例如可以為lnm、5nm或者3nm等；
[0127]金屬柵層13可以采用物理氣相沉積(PVD)、ALD或者濺射等方法制作，在一個具體不例中，金屬柵層13可以米用ALD制作,金屬柵層13的厚度可以為3nm。
[0128]步驟S606:在金屬柵層13之上形成高功函數(shù)層15。
[0129]高功函數(shù)層15的厚度可以為2?15nm，其中高功函數(shù)層15可以采用摻雜O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo，本發(fā)明實施例中，材料中氧含量的具體數(shù)值本領域可以依具體設計要求而定。
[0130]需要說明的是，本發(fā)明實施例中的氧吸除層14可以僅包括一層結構，也可以包括多層結構，當包括多層結構時，各層結構可以均采用極易與氧結合的材料，另外各層所采用的材料可以相同也可以不相同，各層所采用的制作方法可以相同也可以不相同。
[0131]實施例四
[0132]本發(fā)明實施例四提供一種半導體結構，圖7示出了該半導體結構的結構示意圖，與圖5不同的是，該半導體結構的氧吸除層14包括兩層，即位于高k材料層12之上的第一氧吸除層14-2和位于第一氧吸除層14-1和金屬柵層之間的第二氧吸除層14-2。
[0133]其中，第一氧吸除層14-1和第二氧吸除層14-2中至少有一層采用極易與氧結合的材料(T1、Al、TiAl或者Hf等)，且高功函數(shù)層15所用材料的功函數(shù)大于金屬柵層13所用材料的功函數(shù)。[0134]本發(fā)明實施例四中的半導體結構的其他參數(shù)可以參見本發(fā)明實施例一至三中的描述，在此不再贅述。
[0135]相應地，本發(fā)明實施例四還提供一種半導體結構的制作方法，圖8示出了該制作方法的流程圖，一并參見圖7和圖8，該方法包括以下步驟:
[0136]步驟S801?步驟S803與實施例一中的步驟S601?步驟S603——對應，步驟S801?步驟S803可以參考步驟S60f步驟S603獲知，在此不再贅述，以下僅介紹本發(fā)明實施例二中的制作方法與實施例一中的制作方法的不同之處:
[0137]步驟S804:在高k材料層12之上制作第一氧吸除層14_1 ；
[0138]步驟S805:在第一氧吸除層14-1之上制作第二氧吸除層14_2 ；
[0139]步驟S806:在第二氧吸除層14-2之上制作金屬柵層13 ；
[0140]步驟S807:在金屬柵層13之上制作高功函數(shù)層15。
[0141 ] 本發(fā)明實施例四中的其他參數(shù)可以參見本發(fā)明實施例一?三中的描述，在此不再贅述。
[0142]為降低功函數(shù)較高的半導體結構的Ε0Τ，本發(fā)明實施例五還提供一種半導體結構。
[0143]實施例五
[0144]本發(fā)明是實施例五提供一種半導體結構，圖9示出了該半導體結構的結構示意圖，該半導體結構包括:襯底10，依次位于襯底10之上的介質層11、高k材料層12、氧吸除層14、金屬柵層13、氧阻擋層16以及高功函數(shù)層15 ;其中，高功函數(shù)層15所用的材料的功函數(shù)大于金屬柵層13所用的材料的功函數(shù)；氧吸除層14用于吸除介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧，氧阻擋層16可以采用TiN或者TaN等比較致密的材料，用于阻擋高功函數(shù)層15中的氧向下擴散至高k材料層和/或介質層，避免高k材料層和介質層的EOT增大。本發(fā)明實施例一中“之上”的含義可以是直接接觸地位于上方，也可以是不直接接觸地位于上方。
[0145]本發(fā)明實施例五中的半導體結構的其他參數(shù)可以參見本發(fā)明實施例一?四中的描述得到。
[0146]相應地，本發(fā)明實施例五還提供一種半導體結構的制作方法，圖10示出了該制作方法的流程圖，一并參見圖9和圖10，該方法包括:
[0147]步驟S1001?步驟S1003與實施例一中的步驟S801?步驟S803——對應，步驟Sioor步驟S1003可以參考步驟S801?步驟S803獲知，在此不再贅述，以下僅介紹本發(fā)明實施例二中的制作方法與實施例一中的制作方法的不同之處:
[0148]步驟S1004:在高k材料層之上制作氧吸除層14，氧吸除層14的厚度可以為
0.5、nm,氧吸除層14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易與氧結合的材料，由這些材料制作的氧吸除層14可以與介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中多余的氧結合(例如Ti容易與氧結合生成TiO2, Al容易與氧結合生成Al2O3, TiAl容易與氧結合生成TiA10，Hf容易與氧結合生成HfO2等)，從而能夠降低介質層11、高k材料層12和/或高功函數(shù)層15中的氧含量，故能夠降低高k材料層12和介質層11的整體的EOT。
[0149]步驟S1005:在氧吸除層14之上形成金屬柵層13 ；
[0150]步驟S1006:在金屬柵層13之上制作氧阻擋層16 ;氧阻擋層16可以為一層TiN或者TaN等結構比較致密的材料，這層致密材料的存在能夠阻擋高功函數(shù)層15中的氧向底部擴散至高k材料層12或者介質層11從而導致高k材料層12和介質層11的整體的EOT增大。具體地，氧阻擋層16可以采用ALD、PVD、CVD等方法制作，氧阻擋層16的厚度可以為
0.5?5nm。
[0151]步驟S1007:在氧阻擋層16之上形成高功函數(shù)層15。
[0152]本發(fā)明實施例五中的半導體結構的制作方法的其他參數(shù)可以參見本發(fā)明實施例一?四中的描述得到，在此不再贅述。
[0153]本發(fā)明實施例五中的半導體結構中的氧吸除層能夠吸除高k材料層和介質層中多余的氧，氧阻擋層能夠阻擋高功函數(shù)層中的氧向下擴散至高k材料層和/或介質層，因此，本發(fā)明實施例五提供的半導體結構相對于僅有高功函數(shù)層的半導體結構的EOT能夠明顯降低。
[0154]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領域技術人員可以對上述實施例進行合理的組合和變形以得到其他技術方案。
[0155]雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種半導體結構，所述半導體結構包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層和金屬柵層，其特征在于，所述半導體結構還包括: 位于所述金屬柵層之上的氧吸除層； 以及位于所述氧吸除層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)； 所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層包括兩層結構: 位于所述金屬柵層之上的第一氧吸除層，所述第一氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種； 位于所述第一氧吸除層之上的第二氧吸除層，所述第二氧吸除層采用TiN或者TaN。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其特征在于，所述金屬柵層的厚度為I至5nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其特征在于，所述高功函數(shù)層的厚度為2至15nm。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層的厚度為0.5 至 5nm。
7.一種半導體結構的制作方法，所述方法包括提供P型襯底、在所述襯底之上依次形成介質層、高k材料層和金屬柵層，其特征在于，所述方法還包括: 在所述金屬柵層之上形成氧吸除層； 在所述氧吸除層之上形成高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)； 所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
9.根據(jù)權利要求8所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層包括兩層結構，所述在所述金屬柵層之上形成氧吸除層包括: 在所述金屬柵層之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種形成第一氧吸除層； 在所述第一氧吸除層之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除層。
10.根據(jù)權利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述金屬柵層的厚度為I至5nm。
11.根據(jù)權利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述高功函數(shù)層的厚度為2至15nm。
12.根據(jù)權利要求7-11任一項所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層的厚度為 0.5 至 5nm。
13.一種半導體結構，所述半導體結構包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層，其特征在于，所述半導體結構還包括: 位于所述高k材料層之上的氧吸除層； 位于所述氧吸除層之上的金屬柵層； 以及位于所述金屬柵層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)； 所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
14.根據(jù)權利要求13所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
15.根據(jù)權利要求14所述的半導體結構，其特征在于，所述氧吸除層包括兩層結構: 位于所述高k材料層之上的第一氧吸除層，所述第一氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種； 位于所述第一氧吸除層之上的第二氧吸除層，所述第二氧吸除層采用TiN或者TaN。
16.—種半導體結構的制作方法，所述方法包括提供P型襯底、在所述襯底之上依次形成介質層、高k材料層，其特征在于，所述方法還包括: 在所述高k材料層之上形成氧吸除層； 在所述氧吸除層之上形成金屬柵層； 在所述金屬柵層之上形成高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)； 所述氧吸除層用于吸除所述介質層、高k材料層和/或所述高功函數(shù)層中部分的氧。
17.根據(jù)權利要求16所述的制作方法，其特征在于，所述氧吸除層包括一層或者一層以上結構。
18.根據(jù)權利要求17所述的制作方法，其特征在于，所述氧吸除層包括兩層結構，所述在所述金屬柵層之上形成氧吸除層包括: 在所述高k材料層之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種形成第一氧吸除層； 在所述第一氧吸除層之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除層。
19.一種半導體結構，所述半導體結構包括P型襯底、依次位于所述襯底之上的介質層、高k材料層，其特征在于，所述半導體結構還包括: 位于所述高k材料層之上的氧吸除層，所述氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種； 位于所述氧吸除層之上的金屬柵層； 位于所述金屬柵層之上的氧阻擋層，所述氧阻擋層采用TiN或者TaN ； 以及位于所述氧阻擋層之上的高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)。
20.一種半導體結構的制作方法，所述方法包括提供P型襯底、在所述襯底之上依次形成介質層、高k材料層，其特征在于，所述方法還包括: 在所述高k材料層之上形成氧吸除層，所述氧吸除層采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一種； 在所述氧吸除層之上形成金屬柵層； 在所述金屬柵層之上形成氧阻擋層，所述氧阻擋層采用TiN或者TaN ； 在所述氧阻擋層之上形成高功函數(shù)層，其中所述高功函數(shù)層所用材料的功函數(shù)大于所述金屬柵層所用材料的功函數(shù)。
【文檔編號】H01L29/423GK103681801SQ201210348093
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月18日 優(yōu)先權日:2012年9月18日
【發(fā)明者】韓鍇, 王曉磊, 王文武, 楊紅, 馬雪麗 申請人:中國科學院微電子研究所