本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流的方法。

背景技術(shù)：

集成電路尤其超大規(guī)模集成電路的主要半導(dǎo)體器件是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOS晶體管)。隨著集成電路制作技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷減小，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的幾何尺寸遵循摩爾定律不斷縮小。當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸減小到一定程度時(shí)，各種因?yàn)榘雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)的物理極限所帶來的二級(jí)效應(yīng)相繼出現(xiàn)，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的特征尺寸按比例縮小變得越來越困難。其中，在半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，最具挑戰(zhàn)性的是如何解決半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流大的問題。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漏電流大，主要是由傳統(tǒng)柵介質(zhì)層厚度不斷減小所引起的。

當(dāng)前提出的解決方法是，采用高k柵介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)材料，并使用金屬作為柵電極，以避免高k材料與傳統(tǒng)柵電極材料發(fā)生費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)以及硼滲透效應(yīng)。高k金屬柵的引入，減小了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漏電流。

盡管高k金屬柵極的引入能夠在一定程度上改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，但是現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流的方法，提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流的方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成第一高k柵介質(zhì)層；在所述第一高k柵介質(zhì)層表面形成第二高k柵介質(zhì)層，且所述第二高k柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜有結(jié)晶抑制離子；對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理，在所述退火處理過程中，所述結(jié)晶抑制離子向所述第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散；在所述第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層。

可選的，所述結(jié)晶抑制離子適于抑制或減緩第一高k柵介質(zhì)層結(jié)晶化；所述結(jié)晶抑制離子適于抑制或減緩第二高k柵介質(zhì)層結(jié)晶化。

可選的，所述退火處理適于提高第一高k柵介質(zhì)層的致密度；所述退火處理適于提高第二高k柵介質(zhì)層的致密度。

可選的，所述退火處理適于減小第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷含量；所述退火處理適于減小第二高k柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷含量。

可選的，所述結(jié)晶抑制離子包括鉬、鉭或鉍。

可選的，所述結(jié)晶抑制離子包括鉬，在進(jìn)行所述退火處理之前，所述第二高k柵介質(zhì)層中結(jié)晶抑制離子的濃度為1E16atom/cm³至1E22atom/cm³。

可選的，在形成所述第二高k柵介質(zhì)層的過程中，原位自摻雜所述結(jié)晶抑制離子。

可選的，所述結(jié)晶抑制離子向所述第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散的深度為第一高k柵介質(zhì)層厚度的0至1/3。

可選的，所述第一高k柵介質(zhì)層的厚度為5?！?5埃；所述第二高k柵介質(zhì)層的厚度為5?！?0埃。

可選的，所述第一高k柵介質(zhì)層的材料為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO₂或Al₂O₃；所述第二高k柵介質(zhì)層的材料為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO₂或Al₂O₃。

可選的，所述退火處理為激光退火或尖峰退火，退火處理的退火溫度為750攝氏度至900攝氏度。

可選的，在形成所述第一高k柵介質(zhì)層之前，在所述基底表面形成界面層，所述第一高k柵介質(zhì)層位于界面層表面。

可選的，所述界面層包括熱氧化層以及位于熱氧化層表面的化學(xué)氧化層。

可選的，形成所述界面層的工藝步驟包括：采用化學(xué)浸潤法，在所述基底表面形成化學(xué)氧化層；對(duì)所述基底以及化學(xué)氧化層進(jìn)行退火工藝，在所述化學(xué)氧化層與基底之間形成熱氧化層。

可選的，所述退火工藝的退火氛圍包含O₂，且O₂體積濃度為1ppm～10ppm。

可選的，所述界面層位于基底部分表面，在形成所述界面層之前，還包括步驟：在所述基底部分表面形成偽柵；在所述偽柵兩側(cè)的基底內(nèi)形成源漏區(qū)；在所述偽柵兩側(cè)的基底表面形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋偽柵側(cè)壁；刻蝕去除所述偽柵，暴露出基底表面。

可選的，所述界面層位于基底整個(gè)表面，在所述第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層之前，在所述第二高k柵電極層表面形成偽柵膜；圖形化所述偽柵膜、第二高k柵介質(zhì)層以及第一高k柵介質(zhì)層，從而在圖形化后的第二高k柵介質(zhì)層表面形成偽柵；在所述偽柵兩側(cè)的基底內(nèi)形成源漏區(qū)；在所述偽柵兩側(cè)的基底表面形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋偽柵側(cè)壁；去除所述偽柵；在所述第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層。

可選的，在形成所述偽柵膜之前，對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行所述退火處理；或者，在去除所述偽柵之后，對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行所述退火處理。

可選的，所述界面層位于基底整個(gè)表面，在進(jìn)行所述退火處理之后，在第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層；圖形化所述柵電極層、第二高k柵介質(zhì)層以及第一高k柵介質(zhì)層，形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底內(nèi)形成源漏區(qū)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底表面形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁。

可選的，所述基底包括：襯底；位于襯底表面的分立的鰭部；位于襯底表面的隔離層，所述隔離層覆蓋鰭部部分側(cè)壁表面，且所述隔離層頂部低于鰭部頂部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流的方法的技術(shù)方案中，在基底表面形成第一高k柵介質(zhì)層，在第一高k柵介質(zhì)層表面形成第二高k柵介質(zhì)層，且所述第二高k柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜有結(jié)晶抑制離子；接著，對(duì)第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理。在所述退火處理過程中，位于第二高k 柵介質(zhì)層內(nèi)的結(jié)晶抑制離子能夠減緩或抑制第二高k柵介質(zhì)層結(jié)晶化，防止第二高k柵介質(zhì)層由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為多晶態(tài)，使得第二高k柵介質(zhì)層保持較高的相對(duì)介電常數(shù)，減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流；并且，在退火過程中，所述結(jié)晶抑制離子還向第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散，位于第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)的結(jié)晶抑制離子減緩或阻止第一高k柵介質(zhì)層結(jié)晶化，使得第一高k柵介質(zhì)層保持較高的相對(duì)介電常數(shù)，減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流；同時(shí)，由于第二高k柵介質(zhì)層與基底之間形成有第一高k柵介質(zhì)層，所述第一高k柵介質(zhì)層能夠阻止結(jié)晶抑制離子向基底內(nèi)擴(kuò)散或向第一高k柵介質(zhì)層與基底之間的界面層內(nèi)擴(kuò)散，從而避免對(duì)基底或界面層造成不必要的摻雜。因此，本發(fā)明形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的電學(xué)性能。

進(jìn)一步，所述結(jié)晶抑制離子向所述第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散的深度為第一高k柵介質(zhì)層厚度的0至1/3，使得第一高k柵介質(zhì)層在退火過程中保持良好的性能，且有效的避免結(jié)晶抑制離子對(duì)基底或界面層造成不必要的擴(kuò)散。

更一步，在所述基底與第一高k柵介質(zhì)層之間還形成有界面層，所述界面層包括熱氧化層以及位于熱氧化層表面的化學(xué)氧化層，其中，所述熱氧化層與基底之間以及與化學(xué)氧化層之間均具有良好的界面性能，所述熱氧化層與基底以及化學(xué)氧化層接觸緊密，并且后續(xù)在所述化學(xué)氧化層表面形成第一高k柵介質(zhì)層時(shí)，化學(xué)氧化層與第一高k柵介質(zhì)層之間易形成Hf-Si-O的緩和結(jié)構(gòu)，從而使得化學(xué)氧化層與第一高k柵介質(zhì)層之間的界面狀態(tài)好，且形成的第一高k柵介質(zhì)層具有較高的質(zhì)量。

附圖說明

圖1至圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能有待提高。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，為了提高高k柵介質(zhì)層和界面層的致密度，減少高k柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷含量，通常需要對(duì)高k柵介質(zhì)層和界面層(interfacial layer)進(jìn)行退火處理。然而，高k柵介質(zhì)層材料的結(jié)晶溫度較低，在所述退火處理過 程中容易結(jié)晶化(crystallization)，高k柵介質(zhì)層的材料在退火處理過程中由非晶態(tài)(amorphous)朝多晶態(tài)(crystal)轉(zhuǎn)化，造成電學(xué)性質(zhì)的退化，使得高k柵介質(zhì)層的相對(duì)介電常數(shù)減小，且柵極結(jié)構(gòu)中的漏電流(leakage current)增加。嚴(yán)重的，當(dāng)高k柵介質(zhì)層材料的結(jié)晶化程度較大時(shí)，高k柵介質(zhì)層中的雜質(zhì)和載流子沿著晶粒間的孔隙移動(dòng)，最后導(dǎo)致高k柵介質(zhì)層發(fā)生穿通，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的漏電流大。

并且，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成工藝過程中，所述高k柵介質(zhì)層還經(jīng)歷一次或多次退火工藝，在所述退火工藝環(huán)境中，高k柵介質(zhì)層的材料也易發(fā)生結(jié)晶化。

為此，提出一種解決高k柵介質(zhì)層在退火處理過程中發(fā)生結(jié)晶化問題的方法，在形成的高k柵介質(zhì)層內(nèi)摻雜結(jié)晶抑制離子，所述結(jié)晶抑制離子為金屬離子，例如為鉬、鉭或鉍，在對(duì)高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理時(shí)，位于高k柵介質(zhì)層內(nèi)的結(jié)晶抑制離子有利于減緩高k柵介質(zhì)層結(jié)晶化的速率，從而達(dá)到抑制高k柵介質(zhì)層由非晶態(tài)向多晶態(tài)轉(zhuǎn)變。然而，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，盡管高k柵介質(zhì)層的結(jié)晶化問題得到了改善，但是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能仍較差，例如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漏電流較大。

經(jīng)分析，在對(duì)高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理過程中，位于高k柵介質(zhì)層內(nèi)的結(jié)晶抑制離子具有擴(kuò)散速度，所述結(jié)晶抑制離子易擴(kuò)散至界面層內(nèi)，造成界面層的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，所述界面層獲得導(dǎo)電性，進(jìn)而導(dǎo)致半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能仍較差。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)漏電流的方法，提供基底；在所述基底表面形成第一高k柵介質(zhì)層；在所述第一高k柵介質(zhì)層表面形成第二高k柵介質(zhì)層，且所述第二高k柵介質(zhì)層內(nèi)含有結(jié)晶抑制離子；對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理，在所述退火處理過程中，所述結(jié)晶抑制離子向所述第一高k柵介質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散；在所述第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層。本發(fā)明通過摻雜結(jié)晶抑制離子，抑制或減緩第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層結(jié)晶化，使得第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層保持較高的相對(duì)介電常數(shù)，改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漏電流問題，提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

圖1至圖10為本發(fā)明一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供基底；在所述基底表面形成偽柵104。

本實(shí)施例中，以形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為鰭式場效應(yīng)管為例，所述基底包括：襯底101；位于襯底101表面的鰭部102；位于襯底101表面的隔離層103，所述隔離層103覆蓋鰭部102部分側(cè)壁表面，且所述隔離層103頂部低于鰭部102頂部。所述偽柵104橫跨所述鰭部102，且覆蓋鰭部102部分頂部表面和側(cè)壁表面。

在另一實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件為平面晶體管，所述基底為平面基底，所述平面基底為硅襯底、鍺襯底、硅鍺襯底或碳化硅襯底、絕緣體上硅襯底或絕緣體上鍺襯底、玻璃襯底或III-V族化合物襯底(例如氮化鎵襯底或砷化鎵襯底等)，柵極結(jié)構(gòu)形成于所述平面基底表面。

所述襯底101的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦，所述襯底101還能夠?yàn)榻^緣體上的硅襯底或者絕緣體上的鍺襯底；所述鰭部102的材料包括硅、鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦；所述隔離層103作為半導(dǎo)體器件的隔離結(jié)構(gòu)，起到電隔離相鄰鰭部102的作用，所述隔離層103的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。本實(shí)施例中，所述襯底101為硅襯底，所述鰭部102的材料為硅，所述隔離層103的材料為氧化硅。

所述偽柵104替后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)占據(jù)空間位置。所述偽柵104的材料為氧化硅、多晶硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅或非晶碳。本實(shí)施例中，所述偽柵104的材料為多晶硅，為了避免后續(xù)刻蝕去除偽柵104的工藝對(duì)基底造成過刻蝕，所述偽柵104與基底之間還能夠形成氧化層。

在一個(gè)實(shí)施例中，形成所述偽柵104的工藝步驟包括：在所述基底表面形成偽柵膜；在所述偽柵膜表面形成圖形化層，所述圖形化層定義出待形成的偽柵104的位置和形貌；以所述圖形層為掩膜，圖形化所述偽柵膜，去除 位于部分基底表面的偽柵膜，形成所述偽柵104。本實(shí)施例中，所述偽柵104側(cè)壁表面還形成有側(cè)墻(未標(biāo)示)，所述側(cè)墻的材料為氮化硅。

在形成所述偽柵104之后，在所述偽柵104兩側(cè)的基底內(nèi)形成源漏區(qū)，本實(shí)施例中，所述源漏區(qū)位于偽柵104兩側(cè)的鰭部102內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為PMOS器件，所述源漏區(qū)的摻雜離子為P型離子，例如為B、Ga或In。在另一實(shí)施例中，形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為NMOS器件，所述源漏區(qū)的摻雜離子為N型離子，例如為P、As或Sb。

參考圖2，在所述偽柵104兩側(cè)的基底表面形成層間介質(zhì)層105，所述層間介質(zhì)層105覆蓋偽柵104側(cè)壁。

本實(shí)施例中，所述層間介質(zhì)層105位于隔離層103表面；所述層間介質(zhì)層105頂部與偽柵104頂部齊平。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，形成所述層間介質(zhì)層105的工藝步驟包括：在所述偽柵104兩側(cè)的隔離層103表面形成層間介質(zhì)膜，所述層間介質(zhì)膜覆蓋偽柵104的頂部表面和側(cè)壁表面，且所述層間介質(zhì)膜頂部高于偽柵104頂部；去除高于偽柵104頂部的層間介質(zhì)膜，形成所述層間介質(zhì)層105。

所述層間介質(zhì)層105的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳氮氧化硅。本實(shí)施例中，所述層間介質(zhì)層105的材料與偽柵104的材料不同，所述層間介質(zhì)層105的材料為氧化硅。

參考圖3，刻蝕去除所述偽柵104(參考圖2)，暴露出基底表面。

本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝，刻蝕去除所述偽柵104，暴露出鰭部102的頂部表面和側(cè)壁表面。所述干法刻蝕工藝對(duì)偽柵104的刻蝕速率大于對(duì)層間介質(zhì)層105的刻蝕速率。

在本實(shí)施例中，所述偽柵104與基底之間還形成有氧化層，所述氧化層起到刻蝕緩沖的作用，干法刻蝕工藝對(duì)偽柵104的刻蝕速率大于對(duì)氧化層的刻蝕速率，從而避免干法刻蝕工藝對(duì)鰭部102造成刻蝕速率。

參考圖4，在所述鰭部102頂部表面和側(cè)壁表面形成化學(xué)氧化層(chemical oxide layer)106。

本實(shí)施例中，所述化學(xué)氧化層106位于基底部分表面，后續(xù)在所述化學(xué)氧化層106的基礎(chǔ)上形成界面層(IL，Interfacial Layer)。一方面，所述界面層作為柵極結(jié)構(gòu)的一部分，與后續(xù)形成的高k柵介質(zhì)層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)作為柵介質(zhì)層；另一方面，所述界面層為后續(xù)形成高k柵介質(zhì)層提供良好的界面基礎(chǔ)，從而提高形成的高k柵介質(zhì)層的質(zhì)量，減小高k柵介質(zhì)層與基底之間的界面態(tài)密度，且避免高k柵介質(zhì)層與基底直接接觸造成的不良影響。

并且，本實(shí)施例中，采用化學(xué)浸潤(chemical dip)的方法在基底表面形成所述化學(xué)氧化層106，采用化學(xué)浸潤氧化生長的氧化硅容易與后續(xù)形成的第一高k柵介質(zhì)層材料之間形成Hf-Si-O的混合結(jié)構(gòu)，從而改善界面層與第一高k柵介質(zhì)層之間的界面狀態(tài)，并且能夠提高后續(xù)生長的第一高k柵介質(zhì)層的性質(zhì)。

本實(shí)施例中，所述化學(xué)氧化層106的材料為氧化硅，所述化學(xué)氧化層106的厚度為2埃至20埃。

在一個(gè)實(shí)施例中，形成所述化學(xué)氧化層106的方法包括：采用硫酸和雙氧水的混合溶液對(duì)所述鰭部102進(jìn)行浸潤處理，浸潤處理的反應(yīng)溫度為120攝氏度至180攝氏度，硫酸和雙氧水的體積比為1:1至5:1。

在另一實(shí)施例中，形成所述化學(xué)氧化層106的方法包括：采用氨水和雙氧水的混合溶液對(duì)所述鰭部102進(jìn)行浸潤處理，浸潤處理的反應(yīng)溫度為25攝氏度至45攝氏度，氨水和雙氧水的體積比為1:4至1:25。

參考圖5，對(duì)所述化學(xué)氧化層106和鰭部102進(jìn)行退火工藝，在所述鰭部102與化學(xué)氧化層106之間形成熱氧化層(thermal oxide)107。

所述熱氧化層107與鰭部102之間接觸緊密，使得熱氧化層107與鰭部102之間的界面性能優(yōu)良；并且，所述熱氧化層107還與化學(xué)氧化層106之間接觸緊密，使得熱氧化層107與化學(xué)氧化層106之間的界面性能優(yōu)良。因此，形成的所述熱氧化層107有利于提高鰭部102與化學(xué)氧化層106之間的界面性能。并且，由前述分析可知，后續(xù)形成的第一高k柵介質(zhì)層位于化學(xué)氧化層106表面，所述化學(xué)氧化層106有利于提高形成的第一高k柵介質(zhì)層的性質(zhì)，提高化學(xué)氧化層106與第一高k柵介質(zhì)層之間的界面狀態(tài)。

因此，本實(shí)施例中，所述熱氧化層107以及位于熱氧化層107表面的化學(xué)氧化層106共同作為界面層，既提高了基底與界面層之間的界面性能，又能夠提高界面層與后續(xù)形成的第一高k柵介質(zhì)層之間的界面性能，提高后續(xù)形成的第一高k柵介質(zhì)層的性能。

所述熱氧化層106的材料為氧化硅。所述熱氧化層106的厚度不宜過薄，否則熱氧化層106不足以改善鰭部102與化學(xué)氧化層107之間的界面性能；所述熱氧化層106的厚度也不宜過厚，否則界面層占柵介質(zhì)層的比重過大，且鰭部102被氧化的厚度過厚。綜合上述因素考慮，本實(shí)施例中，所述熱氧化層106的厚度為1埃至10埃。

所述退火工藝為激光退火(laser anneal)或flash anneal，所述退火工藝的退火溫度為650攝氏度至900攝氏度。

所述退火工藝的退火氛圍包含O₂，還包括N₂、Ar或He中的一種或多種。且為了避免形成的熱氧化層106的厚度過厚，所述退火范圍中O₂濃度較低。本實(shí)施例中，所述退火工藝的O₂體積濃度為1ppm～10ppm。

參考圖6，在所述界面層表面形成第一高k柵介質(zhì)層108。

本實(shí)施例中，所述第一高k柵介質(zhì)層108橫跨鰭部102，所述第一高k柵介質(zhì)層108位于化學(xué)氧化層106表面，所述第一高k柵介質(zhì)層108還位于層間介質(zhì)層105的頂部表面和側(cè)壁表面、以及隔離層103表面。

所述第一高k柵介質(zhì)層108的材料為高k柵介質(zhì)材料，其中，高k柵介質(zhì)材料指的是，相對(duì)介電常數(shù)大于氧化硅相對(duì)介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料，所述第一高k柵介質(zhì)層108的材料為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO₂或Al₂O₃。

采用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或原子層沉積工藝形成所述第一高k柵介質(zhì)層108。本實(shí)施例中，所述第一高k柵介質(zhì)層108的材料為HfO₂，所述第一高k柵介質(zhì)層108的厚度為5埃至15埃，采用原子層沉積工藝形成所述第一高k柵介質(zhì)層108。

由于所述第一高k柵介質(zhì)層108位于化學(xué)氧化層106表面，使得化學(xué)氧化層106與第一高k柵介質(zhì)層108之間容易形成Hf-Si-O的混合結(jié)構(gòu)，從而改 善第一高k柵介質(zhì)層108與界面層之間的界面狀態(tài)，并且使得形成的第一高k柵介質(zhì)層108具有較高的質(zhì)量。

參考圖7，在所述第一高k柵介質(zhì)層108表面形成第二高k柵介質(zhì)層109，且所述第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)摻雜有結(jié)晶抑制離子。

所述第二高k柵介質(zhì)層109的材料為高k柵介質(zhì)材料，其中，高k柵介質(zhì)材料指的是，相對(duì)介電常數(shù)大于氧化硅相對(duì)介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料，所述第二高k柵介質(zhì)層109的材料為HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO₂或Al₂O₃。

所述結(jié)晶抑制離子包括鉬、鉭或鉍。所述結(jié)晶抑制離子適于抑制或減緩第二高k柵介質(zhì)層109結(jié)晶化，并且后續(xù)退火過程中所述結(jié)晶抑制離子還會(huì)擴(kuò)散至第一高k柵介質(zhì)層108中，所述結(jié)晶抑制離子還適于抑制或減緩第一高k柵介質(zhì)層108結(jié)晶化。作為一種解釋，在所述第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)摻雜結(jié)晶抑制離子之后，所述第二高k柵介質(zhì)層109的結(jié)晶溫度升高，從而使得在后續(xù)的退火處理過程中，所述第二高k柵介質(zhì)層109的結(jié)晶化速率減小甚至不會(huì)發(fā)生結(jié)晶化線性。

所述第二高k柵介質(zhì)層109中的結(jié)晶抑制離子濃度不宜過低，否則第二高k柵介質(zhì)層109和第一高k柵介質(zhì)層108的結(jié)晶溫度仍較低，所述第二高k柵介質(zhì)層109和第一高k柵介質(zhì)層108仍較易發(fā)生結(jié)晶化；所述第二高k柵介質(zhì)層109中的結(jié)晶抑制離子濃度也不宜過高，否者所述結(jié)晶抑制離子會(huì)對(duì)所述第二高k柵介質(zhì)層109的性質(zhì)造成不良影響，并且后續(xù)的退火處理過程中所述結(jié)晶抑制離子易擴(kuò)散至界面層內(nèi)。本實(shí)施例中，所述結(jié)晶抑制離子包括鉬，所述第二高k柵介質(zhì)層109中的結(jié)晶抑制離子濃度為1E16atom/cm³至1E22atom/cm³。

采用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或原子層沉積工藝形成所述第二高k柵介質(zhì)層109。本實(shí)施例中，在形成所述第二高k柵介質(zhì)層109的工藝過程中，原位自摻雜所述結(jié)晶抑制離子。

本實(shí)施例中，采用原子層沉積工藝形成所述第二高k柵介質(zhì)層109，提高形成的第二高k柵介質(zhì)層109的厚度均勻性；所述第二高k柵介質(zhì)層109的 材料為HfO₂，所述第二高k柵介質(zhì)層109的厚度為5埃至20埃。

參考圖8，對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層108和第二高k柵介質(zhì)層109進(jìn)行退火處理110，在所述退火處理110過程中，所述結(jié)晶抑制離子向所述第一高k柵介質(zhì)層108內(nèi)擴(kuò)散。

所述退火處理110適于提高第一高k柵介質(zhì)層108和第二高k柵介質(zhì)層109的致密度，所述退火處理110還適于提高前述形成的界面層的致密度。并且，前述形成的第一高k柵介質(zhì)層108和第二高k柵介質(zhì)層109中具有缺陷，所述缺陷為氧空位、懸掛鍵或未成鍵離子中的一種或多種，所述退火處理110還適于減小第一高k柵介質(zhì)層108和第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)的缺陷含量，從而進(jìn)一步改善第一高k柵介質(zhì)層108和第二高k柵介質(zhì)層109的質(zhì)量。

由于第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)摻雜有結(jié)晶抑制離子，所述結(jié)晶抑制離子有利于提高第二高k柵介質(zhì)層109的結(jié)晶溫度，因此在退火處理110過程中，所述第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)的結(jié)晶化速率減小甚至為零，從而使得第二高k柵介質(zhì)層109保持非晶態(tài)狀態(tài)，第二高k柵介質(zhì)層109保持較高的相對(duì)介電常數(shù)，進(jìn)而有利于降低漏電流。并且，在退火處理110過程中，所述結(jié)晶抑制離子還向第一高k柵介質(zhì)層108內(nèi)擴(kuò)散，位于第一高k柵介質(zhì)層108內(nèi)的結(jié)晶抑制離子有利于提高第一高k柵介質(zhì)層108的結(jié)晶溫度，因此在退火處理110過程中，所述第一高k柵介質(zhì)層108內(nèi)的結(jié)晶化速率減小甚至為零，避免第一高k柵介質(zhì)層108結(jié)晶化造成的不良影響，進(jìn)而有利于降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漏電流。

并且，在所述退火處理110過程中，位于第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)的結(jié)晶抑制離子向第一高k柵介質(zhì)層108內(nèi)擴(kuò)散，且由于第一高k柵介質(zhì)層108起到的擴(kuò)散緩沖作用，從而防止結(jié)晶抑制離子向界面層內(nèi)擴(kuò)散，避免對(duì)界面層的性能造成不良影響。本實(shí)施例中，所述結(jié)晶抑制離子擴(kuò)散至第一高k柵介質(zhì)層108的深度為第一高k柵介質(zhì)層108厚度的0至1/3，從而有效的避免結(jié)晶抑制離子擴(kuò)散至界面層內(nèi)。

所述退火處理110為激光退火或尖峰退火(spike anneal)，退火溫度為750攝氏度至900攝氏度，在含有H₂、N₂、Ar或He氛圍下進(jìn)行所述退火處理110。

還包括步驟，在所述第二高k柵介質(zhì)層109表面形成蓋帽層(未圖示)，所述蓋帽層有利于阻擋后續(xù)形成的柵電極層中的金屬離子向第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)擴(kuò)散，所述蓋帽層的材料為TiN或TaN。

參考圖9，在所述第二高k柵介質(zhì)層109表面形成柵電極層111，所述柵電極層111頂部高于層間介質(zhì)層105頂部。

所述柵電極層111為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述柵電極層111包括：位于第二高k柵介質(zhì)層109表面的功函數(shù)層以及位于功函數(shù)層表面的電極層，其中，所述電極層的材料包括Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti或W。

形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為NMOS器件時(shí)，所述功函數(shù)層的材料為N型功函數(shù)材料，包括TiAl、TaAlN、TiAlN、MoN、TaCN或AlN中的一種或幾種；形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為PMOS器件時(shí)，所述功函數(shù)層的材料為P型功函數(shù)材料，包括Ta、TiN、TaN、TaSiN或TiSiN中的一種或幾種。

在其他實(shí)施例中，所述柵電極層還能夠?yàn)閱螌咏Y(jié)構(gòu)，柵電極層的材料包括Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti或W。

參考圖10，去除高于層間介質(zhì)層105頂部的柵電極層111。

本實(shí)施例中，所述柵電極層111頂部與層間介質(zhì)層105頂部齊平；還去除高于層間介質(zhì)層105頂部的第一高k柵介質(zhì)層108和第二高k柵介質(zhì)層109。

采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝，研磨去除高于層間介質(zhì)層105頂部的柵電極層111、第二高k柵介質(zhì)層109以及第一高k柵介質(zhì)層108。

本實(shí)施例中，由于在第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)摻雜有結(jié)晶抑制離子，在退火處理過程中，位于第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)的結(jié)晶抑制離子有利于減緩或抑制第二高k柵介質(zhì)層109結(jié)晶化，使得第二高k柵介質(zhì)層109保持較高的相對(duì)介電常數(shù)，避免第二高k柵介質(zhì)層109由非晶態(tài)向多晶態(tài)轉(zhuǎn)化。

并且，由于第二高k柵介質(zhì)層109與界面層之間還形成有第一高k柵介質(zhì)層108，所述第一高k柵介質(zhì)層108不僅作為柵介質(zhì)層的一部分，還能夠起到阻止結(jié)晶抑制離子向界面層內(nèi)擴(kuò)散的作用，避免界面層的性質(zhì)變差。

同時(shí)，位于第二高k柵介質(zhì)層109內(nèi)的結(jié)晶抑制離子會(huì)向第一高k柵介 質(zhì)層108內(nèi)擴(kuò)散，同樣的，位于第一高k柵介質(zhì)層108內(nèi)的結(jié)晶抑制離子有利于減緩或抑制第一高k柵介質(zhì)層108結(jié)晶化，使得第一高k柵介質(zhì)層108保持較高的相對(duì)介電常數(shù)，避免第一高k柵介質(zhì)層108由非晶態(tài)向多晶態(tài)轉(zhuǎn)化。因此，本實(shí)施例中形成的柵介質(zhì)層具有較高的相對(duì)介電常數(shù)，改善半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的漏電流問題。

本實(shí)施例中，以后形成高k柵介質(zhì)層后形成金屬柵極(high k last metal gate last)的工藝為例。在其他實(shí)施例中，還能夠采用先形成高k柵介質(zhì)層后形成金屬柵極(high k first metal gate last)的工藝，具體的，所述界面層位于基底整個(gè)表面，有關(guān)界面層的形成工藝可參考前述實(shí)施例的說明，在所述第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層之前，在所述第二高k柵電極層表面形成偽柵膜；圖形化所述偽柵膜、第二高k柵介質(zhì)層以及第一高k柵介質(zhì)層，從而在圖形化后的第二高k柵介質(zhì)層表面形成偽柵；在所述偽柵兩側(cè)的基底內(nèi)形成源漏區(qū)；在所述偽柵兩側(cè)的基底表面形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋偽柵側(cè)壁；去除所述偽柵；在所述第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層。在一個(gè)具體實(shí)施例中，在形成所述偽柵膜之前，對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，在去除所述偽柵之后，對(duì)所述第一高k柵介質(zhì)層和第二高k柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理。

在另一實(shí)施例中，還能夠采用先形成高k柵介質(zhì)層先形成金屬柵極(high k first metal gate first)的工藝。具體的，所述界面層位于基底整個(gè)表面，在進(jìn)行所述退火處理之后，在第二高k柵介質(zhì)層表面形成柵電極層；圖形化所述柵電極層、第二高k柵介質(zhì)層以及第一高k柵介質(zhì)層，形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底內(nèi)形成源漏區(qū)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底表面形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層覆蓋柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁。

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