一种半导体结构及其制作方法
一种半导体结构及其制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种半导体结构及其制作方法，所述半导体结构包括包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层和金属栅层，所述半导体结构还包括：位于所述金属栅层之上的氧吸除层；以及位于所述氧吸除层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构，本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
【专利说明】一种半导体结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，具体设计一种半导体结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着MOS器件特征尺寸越来越小，传统的采用SiO2栅介质和多晶硅栅电极来制作MOS器件的技术会产生越来越大的问题。在65nm及以下节点工艺中，采用SiO2栅介质会导致MOS器件的漏电流和功耗急剧增加；同时，由多晶硅栅电极所引起的多晶硅耗尽效应及过高的栅电阻等问题也变得越来越严重。
[0003]为了解决上述问题，通常采用高k材料和金属来替代传统的SiO2和多晶硅。据报道，采用高k材料栅介质后，MOS器件的漏电流可以降低为采用SiO2栅介质时的十分之一，但是，采用高k材料栅介质时MOS器件的阈值电压控制问题不容忽视。为了实现大的饱和电流，必须降低阈值电压。
[0004]MOS器件的阈值电压受多种因素影响，其中一个重要因素即为金属栅电极材料的功函数。对于PMOS结构来说，降低器件的阈值电压需要功函数较高的金属栅。为解决这一问题，通常可以在金属栅层之上制作一层功函数较大的高功函数层，该高功函数层与金属栅层一起构成半导体结构的金属栅电极，由于高功函数层的加入使金属栅电极的功函数增力口。日前，制作高功函数层的方法通常是向功函数不太高的材料中掺杂氧，掺杂的氧会向底部的高k材料层和介质层中扩散，这无疑会导致半导体结构的等效氧化层厚度(EOT)增大，EOT的增大会对栅极电容、栅绝缘层中的电场和缺陷密度以及栅极隧穿电流产生很大影响。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构及其制作方法。
[0006]本发明实施例提供一种半导体结构，包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层和金属栅层，所述半导体结构还包括:
[0007]位于所述金属栅层之上的氧吸除层；
[0008]以及位于所述氧吸除层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0009]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
[0010]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0011]优选地，所述氧吸除层包括两层结构:
[0012]位于所述金属栅层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0013]位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
[0014]优选地,所述金属栅层的厚度为I至5nm。[0015]优选地，所述高功函数层的厚度为2至15nm。
[0016]优选地,所述氧吸除层的厚度为0.5至5nm。
[0017]相应地，本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层和金属栅层，所述方法还包括:
[0018]在所述金属栅层之上形成氧吸除层；
[0019]在所述氧吸除层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0020]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
[0021]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0022]优选地，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括:
[0023]在所述金属栅层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层；
[0024]在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
[0025]优选地，所述金属栅层的厚度为I至5nm。
[0026]优选地,所述高功函数层的厚度为2至15nm。
[0027]优选地，所述氧吸除层的厚度为0.5至5nm。
[0028]另外，本发明实施例还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，所述半导体结构还包括:
[0029]位于所述高k材料层之上的氧吸除层；
[0030]位于所述氧吸除层之上的金属栅层；
[0031]以及位于所述金属栅层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0032]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
[0033]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0034]优选地，所述氧吸除层包括两层结构:
[0035]位于所述高k材料层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0036]位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
[0037]相应地，本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，所述方法还包括:
[0038]在所述高k材料层之上形成氧吸除层；
[0039]在所述氧吸除层之上形成金属栅层；
[0040]在所述金属栅层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0041]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。[0042]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0043]优选地，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括:
[0044]在所述高k材料层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层；
[0045]在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
[0046]此外，本发明实施例还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，所述半导体结构还包括:
[0047]位于所述高k材料层之上的氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0048]位于所述氧吸除层之上的金属栅层；
[0049]位于所述金属栅层之上的氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ；
[0050]以及位于所述氧阻挡层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
[0051]本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，所述方法还包括:
[0052]在所述高k材料层之上形成氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0053]在所述氧吸除层之上形成金属栅层；
[0054]在所述金属栅层之上形成氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ；
[0055]在所述氧阻挡层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
[0056]本发明实施例提供的半导体结构，在金属栅层与高功函数层之间制作采用容易与氧结合的材料的氧吸除层，该氧吸除层能够吸除所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中多余的氧，从而能够降低所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中的氧含量，同时能够防止高功函数层中的氧向底部扩散至高k材料层和/或介质层，进而能够降低整个高k材料层和介质层的EOT。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0057]通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0058]图1是本发明实施例一的半导体结构的结构示意图；
[0059]图2是图1所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0060]图3是本发明实施例一的半导体结构的结构示意图；
[0061]图4是图3所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0062]图5是本发明实施例三的半导体结构的结构示意图；
[0063]图6是图5所示的半导体结构的制作方法的流程图；[0064]图7是本发明实施例四的半导体结构的结构示意图；
[0065]图8是图7所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0066]图9是本发明实施例五的半导体结构的结构示意图；
[0067]图10是图9所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0068]附图标记:
[0069]10-衬底，11-介质层，12-闻k材料层，13-金属栅层，14-氧吸除层，14-1-第一氧吸除层，14-2-第二氧吸除层，15-高功函数层，16-氧阻挡层。
【具体实施方式】
[0070]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0071]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0072]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0073]为解决增大金属栅电极的功函数会导致半导体结构的EOT增大的问题，本申请的发明人通过反复研究和实验提出一种既能增大金属栅电极的功函数又能防止半导体结构的EOT增大的半导体结构及其制`作方法，为此，发明人提供以下方案。
[0074]实施例一
[0075]本发明实施例提供一种半导体结构，图1示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、金属栅层13、氧吸除层14以及高功函数层15 ;其中，高功函数层15所用的材料的功函数大于金属栅层13所用的材料的功函数；氧吸除层14用于吸除介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧，避免高k材料层和介质层的EOT增大。本发明实施例一中“之上”的含义可以是直接接触地位于上方，也可以是不直接接触地位于上方。
[0076]本发明实施例中的衬底10可以是任何的半导体材料，例如单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、硅锗、碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其他化合物半导体材料，其中，衬底10为P型衬底；
[0077]本发明实施例中的介质层11可以采用Si02、Si3N4、N20等，厚度可以在0.5~2nm之间，例如，当采用SiO2时，介质层11的厚度可以为0.7nm ;当采用HfO2时，介质层11的厚度可以为2~4nm。
[0078]本发明实施例中的高k材料层12采用高k电介质材料(即高介电常数材料)，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的取值可以依设计要求而定，本发明实施例对X的取值不作限定。
[0079]本发明实施例中的金属栅层13可以采用TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni等中的一种或者几种的组合；金属栅层13的厚度可以在I?5nm之间，例如可以为lnm、3nm或者5nm等；
[0080]本发明实施例中的氧吸除层14的厚度可以为0.5飞nm，氧吸除层14可以采用T1、AUTiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO，Hf容易与氧结合生成HfO2等)，从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体的EOT ;另外，氧吸除层14也可以为一层TiN或者TaN等结构比较致密的材料，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。
[0081]本发明实施例中的高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN, MoN, HfN, TaAlN,MoAlN, HfAlN, TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo,或者采用掺杂 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，高功函数层15所用材料的功函数可以大于或者等于4.67，更具体地可以大于或者等于5，例如可以为5.15 ;本发明实施例中的高功函数层15所用材料的功函数可以大于或者等于金属栅层13所用材料的功函数。
[0082]需要说明的是，本发明实施例中的高功函数层15可以仅仅为一层，也可以为包含多层的叠层结构，当为包含多层的叠层结构时，各层所采用的材料可以相同也可以不相同，但叠层结构中至少有一层结构所采用材料的功函数不小于金属栅层13所用材料的功函数。
[0083]本发明实施例提供的半导体结构，在金属栅层与高功函数层之间制作采用容易与氧结合的材料的氧吸除层，该氧吸除层能够吸除所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中多余的氧，从而能够降低所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中的氧含量，同时能够防止高功函数层中的氧向底部扩散至高k材料层和/或介质层，进而能够降低整个高k材料层和介质层的EOT。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
[0084]相应地，本发明实施例一还提供一种图1所示的半导体结构的制作方法，图2示出了该方法的流程图，该方法包括:
[0085]步骤S201:提供衬底10;衬底10可以是任何的半导体材料，例如单晶硅、多晶硅、非晶娃、锗、娃锗、碳化娃、铺化铟、締化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或铺化镓、合金半导体或其他化合物半导体材料，其中，衬底10为P型衬底。
[0086]步骤S202:在衬底10上形成介质层11 ;介质层11可以采用Si02、Si3N4、N20等，厚度可以在0.5?2nm之间，例如，当采用SiO2时，介质层11的厚度可以为0.7nm ；
[0087]具体地，可以采用自然氧化生长、热氧化生长制作该介质层11，例如可以采用分子束外延(MBE)或者原子层淀积(ALD)等方法形成介质层11 ;也可以将衬底10置于去离子水中一段时间在衬底10之上形成介质层11。
[0088]步骤S203:在介质层11之上淀积高k材料层12，其中高k材料层可以采用常用的 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或者溅射等方法制作该高k材料层12。[0089]步骤S204:在高k材料层12之上制作金属栅层13 ;金属栅层13可以采用TiN、TaN、MoN、HfN, TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni 等中的一种或者几种的组合；金属栅层13的厚度可以在f5nm之间，例如可以为lnm、5nm或者3nm等;
[0090]金属栅层13可以采用物理气相沉积(PVD)、ALD或者溅射等方法制作，在一个具体不例中，金属栅层13可以米用ALD制作,金属栅层13的厚度可以为3nm。
[0091]步骤S205:在金属栅层13之上制作氧吸除层14 ;本发明实施例中的氧吸除层14的厚度可以在0.5飞nm，氧吸除层14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO, Hf容易与氧结合生成HfO2等),从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体5的EOT。另外，氧吸除层14也可以采用TiN或者TaN等结构比较致密的材料制作而成，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。具体地，该氧吸除层14可以采用溅射、PVD等常用的成膜方法制作，制作过程可以在常温下进行也可以在较高温度下执行，例如 100?200。。。
[0092]需要说明的是，本发明实施例中的氧吸除层14可以仅包括一层结构，也可以包括多层结构，当包括多层结构时，各层结构可以均采用极易与氧结合的材料，另外各层所采用的材料可以相同也可以不相同，各层所采用的制作方法可以相同也可以不相同。
[0093]步骤S206:在氧吸除层14之上形成高功函数层15 ;高功函数层15的厚度可以为2?15nm，其中高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo，本发明实施例中，材料中氧含量的具体数值本领域可以依具体设计要求而定。
[0094]具体地，高功函数层15可以采用PVD、CVD或者ALD等方法制作，该步骤可以包括首先在氧吸除层14上淀积一伪高功函数层然后对该伪高功函数层掺杂一定量的氧使该材料层转变为高功函数层15，具体可以采用在氧气环境中对形成伪高功函数层之后的结构进行退火处理或者直接在伪高功函数层中注入氧离子等方式向伪高功函数层中掺杂一定量的氧。
[0095]本发明实施例提供的半导体结构，在金属栅层与高功函数层之间制作采用容易与氧结合的材料的氧吸除层，该氧吸除层能够吸除所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中多余的氧，从而能够降低所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中的氧含量，同时能够防止高功函数层中的氧向底部扩散至高k材料层和/或介质层，进而能够降低整个高k材料层和介质层的EOT。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
[0096]需要说明的是，本发明实施例中的氧吸除层14可以为一层结构，也可以为一层以上的结构，可以采用一种材料，也可以采用多种材料，本领域普通技术人员可以按照实际需求做相应改进和变形，需要理解的是，这些改进和变形均在本发明的保护范围内。
[0097]实施例二[0098]本发明实施例二提供一种半导体结构，图3示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、金属栅层
13、第一氧吸除层14-1、第二氧吸除层14-2以及高功函数层15，其中，第一氧吸除层14_1和第二氧吸除层14-2构成氧吸除层14，且第一氧吸除层14-1和第二氧吸除层14-2中至少有一层采用极易与氧结合的材料(T1、Al、TiAl或者Hf等)，且高功函数层15所用材料的功函数大于金属栅层13所用材料的功函数。
[0099]本发明实施例中的第一氧吸除层14-1的厚度可以在0.2~2nm，第二氧吸除层14-2的厚度可以在0.3~3nm ;当然第一氧吸除层14-1的厚度也可以在0.3~3nm，第二氧吸除层14-2的厚度也可以在0.2~2nm，本发明实施例对此没有限制。
[0100]本发明实施例中，第一氧吸除层14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一种，可以在常温下采用溅射方法制作，厚度可以为Inm;第二氧吸除层14-2采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一种，可以在常温下采用溅射方法制作，厚度为0.5nm ;此时，第一氧吸除层14-1和第二氧吸除层14-2均采用极易与氧结合的材料，第一氧吸除层14-1可以用于吸除高k材料层12和介质层11中多余的氧，而第二氧吸除层14-2可以用于吸除高功函数层15中多余的氧，这种结构有利于吸除半导体结构中多余的氧，从而能够降低高k材料层12和介质层11的EOT。
[0101]另外，本发明实施例中，第一氧吸除层14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一种，第二氧吸除层14-2可以采用TiN或者TaN中的一种；此时，第一氧吸除层14_1可以用于吸除高k材料层12和介质层11中多余的氧，第二氧吸除层14-2为一层致密的保护膜，可以防止高功函数层14-2中多余的氧向下扩散至高k材料层12和介质层11，从而能够降低高k材料层12和介质层11的EOT。
[0102]在本发明实施例中，高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo。
[0103]需要说明的是，本发明实施例中的高功函数层15可以为一层结构，也可以为多层结构，本发明对此没有限制。
[0104]相应地，本发明实施例二还提供一种上述半导体结构(即图3所示的结构)的制作方法，图4示出了该制作方法的流程图，一并参见图3和图4，该方法包括以下步骤:
[0105]步骤S401~步骤S404与实施例一中的步骤S201~步骤S204——对应，步骤S401~步骤S404可以参考步骤S20f步骤S204获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例二中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0106]步骤S405:在金属栅层13之上形成第一氧吸除层14_1 ；
[0107]本发明实施例中的第一氧吸除层14-1的厚度可以在0.2^2nm ;第一氧吸除层14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料。
[0108]步骤S406:在第一氧吸除层14-1之上形成第二氧吸除层14_2 ；
[0109]第二氧吸除层14-2的厚度可以在0.3~3nm，第二氧吸除层14-2可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料；另外，本发明实施例中第二氧吸除层14-2也可以采用TiN或者TaN等，TiN或者TaN在第一氧吸除层14_1之上形成一层致密的保护膜，可以防止高功函数层15中的氧向下扩散至高k材料层12和/或介质层11。
[0110]步骤S407:在第二氧吸除层14-2之上形成高功函数层15 ；[0111]具体可以采用溅射、CVD、MOCVD, PVD等方法制作该高功函数层15:采用CVD、MOCVD, PVD 等方法时可以选用 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo等中的一种或者几种，只要在制作过程中选择性掺杂一定量的氧即可；
[0112]本发明实施例二的氧吸除层包括第一氧吸除层和第二氧吸除层，一方面高功函数层的存在增加了整个金属栅电极(金属栅电极包括金属栅层和高功函数层)的功函数；另一方面，第一氧吸除层能够吸除高k材料层和/或介质层中多余的氧，第二氧吸除层能够吸除高功函数层中多余的氧，同时能够阻止高功函数层中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层，从而避免高k材料层和介质层的EOT增大。
[0113]需要说明的是，本发明实施例二仅介绍了氧吸除层包括第一氧吸除层和第二氧吸除层的双层结构，实际上，氧吸除层还可以包括三层或者多层结构，例如，氧吸除层也可以采用Ti/TiN/Al的三层结构，即氧吸除层从下至上依次为T1、TiN、Al ;此时，下层的Ti能够吸除高k材料层和/或介质层多余的氧，上层的Al能够吸除高功函数层中多余的氧，同时中间的TiN又能阻挡高功函数层中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层。其中，氧吸除层采用多层结构是，这些多层结构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，只要保证氧吸除层整体能够吸除高k材料层、介质层和/或高功函数层中多余的氧即可。本领域技术人员可以依具体要求适当改变氧吸除层的具体结构，这些都应该包含在本发明的技术方案内。
[0114]实施例三
[0115]本发明实施例三提供一种半导体结构，该半导体结构与本发明实施例一中的半导体结构类似，为简化起见，本发明实施例一仅介绍该半导体结构与本发明实施例一中的半导体结构的不同之处，与本发明实施例一中的半导体结构的相同之处可以参见本发明实施例一得到。
[0116]图5示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、氧吸除层14、金属栅层13以及高功函数层15 ;其中，高功函数层15所用的材料的功函数大于金属栅层13所用的材料的功函数；氧吸除层14用于吸除介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧，避免半导体结构的EOT增大。
[0117]本发明实施例三中“之上”的含义可以是直接接触地位于上方，也可以是不直接接触地位于上方
[0118]氧吸除层14的厚度可以在0.5?5nm，氧吸除层14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO, Hf容易与氧结合生成HfO2等),从而能够降低介质层
11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体的EOT ;另外，氧吸除层14也可以为一层TiN或者TaN等结构比较致密的材料，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。
[0119]本发明实施例中的氧吸除层14位于高k材料层12和金属栅层13之间，能够吸除高k材料层12和/或介质层11中多余的氧，同时也能吸除高功函数层15中的氧，能够起到降低高k材料层12和介质层11的EOT的作用。
[0120]本发明实施例三中的其他参数可以参见本发明实施例一中的描述得到，在此不再赘述。
[0121]相应地，本发明实施例三还提供一种半导体结构的制作方法，一并参见图5和图6，该制作方法包括以下步骤:
[0122]步骤S601?步骤S603与实施例一中的步骤S201?步骤S203——对应，步骤S601?步骤S603可以参考步骤S20f步骤S203获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例三中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0123]步骤S603:在高k材料层12之上制作氧吸除层14 ；
[0124]本发明实施例中的氧吸除层14的厚度可以在0.5飞nm，氧吸除层14可以采用T1、AUTiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO，Hf容易与氧结合生成HfO2等)，从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体5的EOT。另外，氧吸除层14也可以采用TiN或者TaN等结构比较致密的材料制作而成，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。具体地，该氧吸除层14可以采用溅射、PVD等常用的成膜方法制作，制作过程可以在常温下进行也可以在较高温度下执行，例如10(T2(KrC。
[0125]步骤S604:在氧吸除层14之上形成金属栅层13 ；
[0126]金属栅层13 可以采用 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni等中的一种或者几种的组合；金属栅层13的厚度可以在I?5nm之间，例如可以为lnm、5nm或者3nm等；
[0127]金属栅层13可以采用物理气相沉积(PVD)、ALD或者溅射等方法制作，在一个具体不例中，金属栅层13可以米用ALD制作,金属栅层13的厚度可以为3nm。
[0128]步骤S606:在金属栅层13之上形成高功函数层15。
[0129]高功函数层15的厚度可以为2?15nm，其中高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo，本发明实施例中，材料中氧含量的具体数值本领域可以依具体设计要求而定。
[0130]需要说明的是，本发明实施例中的氧吸除层14可以仅包括一层结构，也可以包括多层结构，当包括多层结构时，各层结构可以均采用极易与氧结合的材料，另外各层所采用的材料可以相同也可以不相同，各层所采用的制作方法可以相同也可以不相同。
[0131]实施例四
[0132]本发明实施例四提供一种半导体结构，图7示出了该半导体结构的结构示意图，与图5不同的是，该半导体结构的氧吸除层14包括两层，即位于高k材料层12之上的第一氧吸除层14-2和位于第一氧吸除层14-1和金属栅层之间的第二氧吸除层14-2。
[0133]其中，第一氧吸除层14-1和第二氧吸除层14-2中至少有一层采用极易与氧结合的材料(T1、Al、TiAl或者Hf等)，且高功函数层15所用材料的功函数大于金属栅层13所用材料的功函数。[0134]本发明实施例四中的半导体结构的其他参数可以参见本发明实施例一至三中的描述，在此不再赘述。
[0135]相应地，本发明实施例四还提供一种半导体结构的制作方法，图8示出了该制作方法的流程图，一并参见图7和图8，该方法包括以下步骤:
[0136]步骤S801?步骤S803与实施例一中的步骤S601?步骤S603——对应，步骤S801?步骤S803可以参考步骤S60f步骤S603获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例二中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0137]步骤S804:在高k材料层12之上制作第一氧吸除层14_1 ；
[0138]步骤S805:在第一氧吸除层14-1之上制作第二氧吸除层14_2 ；
[0139]步骤S806:在第二氧吸除层14-2之上制作金属栅层13 ；
[0140]步骤S807:在金属栅层13之上制作高功函数层15。
[0141 ] 本发明实施例四中的其他参数可以参见本发明实施例一?三中的描述，在此不再赘述。
[0142]为降低功函数较高的半导体结构的Ε0Τ，本发明实施例五还提供一种半导体结构。
[0143]实施例五
[0144]本发明是实施例五提供一种半导体结构，图9示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、氧吸除层14、金属栅层13、氧阻挡层16以及高功函数层15 ;其中，高功函数层15所用的材料的功函数大于金属栅层13所用的材料的功函数；氧吸除层14用于吸除介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧，氧阻挡层16可以采用TiN或者TaN等比较致密的材料，用于阻挡高功函数层15中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层，避免高k材料层和介质层的EOT增大。本发明实施例一中“之上”的含义可以是直接接触地位于上方，也可以是不直接接触地位于上方。
[0145]本发明实施例五中的半导体结构的其他参数可以参见本发明实施例一?四中的描述得到。
[0146]相应地，本发明实施例五还提供一种半导体结构的制作方法，图10示出了该制作方法的流程图，一并参见图9和图10，该方法包括:
[0147]步骤S1001?步骤S1003与实施例一中的步骤S801?步骤S803——对应，步骤Sioor步骤S1003可以参考步骤S801?步骤S803获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例二中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0148]步骤S1004:在高k材料层之上制作氧吸除层14，氧吸除层14的厚度可以为
0.5、nm,氧吸除层14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiA10，Hf容易与氧结合生成HfO2等)，从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体的EOT。
[0149]步骤S1005:在氧吸除层14之上形成金属栅层13 ；
[0150]步骤S1006:在金属栅层13之上制作氧阻挡层16 ;氧阻挡层16可以为一层TiN或者TaN等结构比较致密的材料，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。具体地，氧阻挡层16可以采用ALD、PVD、CVD等方法制作，氧阻挡层16的厚度可以为
0.5?5nm。
[0151]步骤S1007:在氧阻挡层16之上形成高功函数层15。
[0152]本发明实施例五中的半导体结构的制作方法的其他参数可以参见本发明实施例一?四中的描述得到，在此不再赘述。
[0153]本发明实施例五中的半导体结构中的氧吸除层能够吸除高k材料层和介质层中多余的氧，氧阻挡层能够阻挡高功函数层中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层，因此，本发明实施例五提供的半导体结构相对于仅有高功函数层的半导体结构的EOT能够明显降低。
[0154]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行合理的组合和变形以得到其他技术方案。
[0155]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层和金属栅层，其特征在于，所述半导体结构还包括: 位于所述金属栅层之上的氧吸除层； 以及位于所述氧吸除层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
3.根据权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构: 位于所述金属栅层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述金属栅层的厚度为I至5nm。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述高功函数层的厚度为2至15nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层的厚度为0.5 至 5nm。
7.一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层和金属栅层，其特征在于，所述方法还包括: 在所述金属栅层之上形成氧吸除层； 在所述氧吸除层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
9.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括: 在所述金属栅层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层； 在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述金属栅层的厚度为I至5nm。
11.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述高功函数层的厚度为2至15nm。
12.根据权利要求7-11任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层的厚度为 0.5 至 5nm。
13.一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，其特征在于，所述半导体结构还包括: 位于所述高k材料层之上的氧吸除层； 位于所述氧吸除层之上的金属栅层； 以及位于所述金属栅层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
14.根据权利要求13所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
15.根据权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构: 位于所述高k材料层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
16.—种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，其特征在于，所述方法还包括: 在所述高k材料层之上形成氧吸除层； 在所述氧吸除层之上形成金属栅层； 在所述金属栅层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
17.根据权利要求16所述的制作方法，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
18.根据权利要求17所述的制作方法，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括: 在所述高k材料层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层； 在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
19.一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，其特征在于，所述半导体结构还包括: 位于所述高k材料层之上的氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 位于所述氧吸除层之上的金属栅层； 位于所述金属栅层之上的氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ； 以及位于所述氧阻挡层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
20.一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，其特征在于，所述方法还包括: 在所述高k材料层之上形成氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 在所述氧吸除层之上形成金属栅层； 在所述金属栅层之上形成氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ； 在所述氧阻挡层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
【文档编号】H01L29/423GK103681801SQ201210348093
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】韩锴, 王晓磊, 王文武, 杨红, 马雪丽 申请人:中国科学院微电子研究所
【专利摘要】本发明实施例提供一种半导体结构及其制作方法，所述半导体结构包括包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层和金属栅层，所述半导体结构还包括：位于所述金属栅层之上的氧吸除层；以及位于所述氧吸除层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构，本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
【专利说明】一种半导体结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，具体设计一种半导体结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着MOS器件特征尺寸越来越小，传统的采用SiO2栅介质和多晶硅栅电极来制作MOS器件的技术会产生越来越大的问题。在65nm及以下节点工艺中，采用SiO2栅介质会导致MOS器件的漏电流和功耗急剧增加；同时，由多晶硅栅电极所引起的多晶硅耗尽效应及过高的栅电阻等问题也变得越来越严重。
[0003]为了解决上述问题，通常采用高k材料和金属来替代传统的SiO2和多晶硅。据报道，采用高k材料栅介质后，MOS器件的漏电流可以降低为采用SiO2栅介质时的十分之一，但是，采用高k材料栅介质时MOS器件的阈值电压控制问题不容忽视。为了实现大的饱和电流，必须降低阈值电压。
[0004]MOS器件的阈值电压受多种因素影响，其中一个重要因素即为金属栅电极材料的功函数。对于PMOS结构来说，降低器件的阈值电压需要功函数较高的金属栅。为解决这一问题，通常可以在金属栅层之上制作一层功函数较大的高功函数层，该高功函数层与金属栅层一起构成半导体结构的金属栅电极，由于高功函数层的加入使金属栅电极的功函数增力口。日前，制作高功函数层的方法通常是向功函数不太高的材料中掺杂氧，掺杂的氧会向底部的高k材料层和介质层中扩散，这无疑会导致半导体结构的等效氧化层厚度(EOT)增大，EOT的增大会对栅极电容、栅绝缘层中的电场和缺陷密度以及栅极隧穿电流产生很大影响。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构及其制作方法。
[0006]本发明实施例提供一种半导体结构，包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层和金属栅层，所述半导体结构还包括:
[0007]位于所述金属栅层之上的氧吸除层；
[0008]以及位于所述氧吸除层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0009]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
[0010]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0011]优选地，所述氧吸除层包括两层结构:
[0012]位于所述金属栅层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0013]位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
[0014]优选地,所述金属栅层的厚度为I至5nm。[0015]优选地，所述高功函数层的厚度为2至15nm。
[0016]优选地,所述氧吸除层的厚度为0.5至5nm。
[0017]相应地，本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层和金属栅层，所述方法还包括:
[0018]在所述金属栅层之上形成氧吸除层；
[0019]在所述氧吸除层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0020]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
[0021]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0022]优选地，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括:
[0023]在所述金属栅层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层；
[0024]在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
[0025]优选地，所述金属栅层的厚度为I至5nm。
[0026]优选地,所述高功函数层的厚度为2至15nm。
[0027]优选地，所述氧吸除层的厚度为0.5至5nm。
[0028]另外，本发明实施例还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，所述半导体结构还包括:
[0029]位于所述高k材料层之上的氧吸除层；
[0030]位于所述氧吸除层之上的金属栅层；
[0031]以及位于所述金属栅层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0032]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
[0033]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0034]优选地，所述氧吸除层包括两层结构:
[0035]位于所述高k材料层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0036]位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
[0037]相应地，本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，所述方法还包括:
[0038]在所述高k材料层之上形成氧吸除层；
[0039]在所述氧吸除层之上形成金属栅层；
[0040]在所述金属栅层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数；
[0041]所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。[0042]优选地，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
[0043]优选地，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括:
[0044]在所述高k材料层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层；
[0045]在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
[0046]此外，本发明实施例还提供一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，所述半导体结构还包括:
[0047]位于所述高k材料层之上的氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0048]位于所述氧吸除层之上的金属栅层；
[0049]位于所述金属栅层之上的氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ；
[0050]以及位于所述氧阻挡层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
[0051]本发明实施例还提供一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，所述方法还包括:
[0052]在所述高k材料层之上形成氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种；
[0053]在所述氧吸除层之上形成金属栅层；
[0054]在所述金属栅层之上形成氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ；
[0055]在所述氧阻挡层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
[0056]本发明实施例提供的半导体结构，在金属栅层与高功函数层之间制作采用容易与氧结合的材料的氧吸除层，该氧吸除层能够吸除所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中多余的氧，从而能够降低所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中的氧含量，同时能够防止高功函数层中的氧向底部扩散至高k材料层和/或介质层，进而能够降低整个高k材料层和介质层的EOT。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0057]通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0058]图1是本发明实施例一的半导体结构的结构示意图；
[0059]图2是图1所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0060]图3是本发明实施例一的半导体结构的结构示意图；
[0061]图4是图3所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0062]图5是本发明实施例三的半导体结构的结构示意图；
[0063]图6是图5所示的半导体结构的制作方法的流程图；[0064]图7是本发明实施例四的半导体结构的结构示意图；
[0065]图8是图7所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0066]图9是本发明实施例五的半导体结构的结构示意图；
[0067]图10是图9所示的半导体结构的制作方法的流程图；
[0068]附图标记:
[0069]10-衬底，11-介质层，12-闻k材料层，13-金属栅层，14-氧吸除层，14-1-第一氧吸除层，14-2-第二氧吸除层，15-高功函数层，16-氧阻挡层。
【具体实施方式】
[0070]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0071]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0072]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0073]为解决增大金属栅电极的功函数会导致半导体结构的EOT增大的问题，本申请的发明人通过反复研究和实验提出一种既能增大金属栅电极的功函数又能防止半导体结构的EOT增大的半导体结构及其制`作方法，为此，发明人提供以下方案。
[0074]实施例一
[0075]本发明实施例提供一种半导体结构，图1示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、金属栅层13、氧吸除层14以及高功函数层15 ;其中，高功函数层15所用的材料的功函数大于金属栅层13所用的材料的功函数；氧吸除层14用于吸除介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧，避免高k材料层和介质层的EOT增大。本发明实施例一中“之上”的含义可以是直接接触地位于上方，也可以是不直接接触地位于上方。
[0076]本发明实施例中的衬底10可以是任何的半导体材料，例如单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、硅锗、碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓、合金半导体或其他化合物半导体材料，其中，衬底10为P型衬底；
[0077]本发明实施例中的介质层11可以采用Si02、Si3N4、N20等，厚度可以在0.5~2nm之间，例如，当采用SiO2时，介质层11的厚度可以为0.7nm ;当采用HfO2时，介质层11的厚度可以为2~4nm。
[0078]本发明实施例中的高k材料层12采用高k电介质材料(即高介电常数材料)，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的取值可以依设计要求而定，本发明实施例对X的取值不作限定。
[0079]本发明实施例中的金属栅层13可以采用TiN、TaN、MoN、HfN、TaAlN、MoAlN、HfAlN、TaC、HfC、TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni等中的一种或者几种的组合；金属栅层13的厚度可以在I?5nm之间，例如可以为lnm、3nm或者5nm等；
[0080]本发明实施例中的氧吸除层14的厚度可以为0.5飞nm，氧吸除层14可以采用T1、AUTiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO，Hf容易与氧结合生成HfO2等)，从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体的EOT ;另外，氧吸除层14也可以为一层TiN或者TaN等结构比较致密的材料，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。
[0081]本发明实施例中的高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN, MoN, HfN, TaAlN,MoAlN, HfAlN, TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo,或者采用掺杂 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，高功函数层15所用材料的功函数可以大于或者等于4.67，更具体地可以大于或者等于5，例如可以为5.15 ;本发明实施例中的高功函数层15所用材料的功函数可以大于或者等于金属栅层13所用材料的功函数。
[0082]需要说明的是，本发明实施例中的高功函数层15可以仅仅为一层，也可以为包含多层的叠层结构，当为包含多层的叠层结构时，各层所采用的材料可以相同也可以不相同，但叠层结构中至少有一层结构所采用材料的功函数不小于金属栅层13所用材料的功函数。
[0083]本发明实施例提供的半导体结构，在金属栅层与高功函数层之间制作采用容易与氧结合的材料的氧吸除层，该氧吸除层能够吸除所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中多余的氧，从而能够降低所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中的氧含量，同时能够防止高功函数层中的氧向底部扩散至高k材料层和/或介质层，进而能够降低整个高k材料层和介质层的EOT。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
[0084]相应地，本发明实施例一还提供一种图1所示的半导体结构的制作方法，图2示出了该方法的流程图，该方法包括:
[0085]步骤S201:提供衬底10;衬底10可以是任何的半导体材料，例如单晶硅、多晶硅、非晶娃、锗、娃锗、碳化娃、铺化铟、締化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或铺化镓、合金半导体或其他化合物半导体材料，其中，衬底10为P型衬底。
[0086]步骤S202:在衬底10上形成介质层11 ;介质层11可以采用Si02、Si3N4、N20等，厚度可以在0.5?2nm之间，例如，当采用SiO2时，介质层11的厚度可以为0.7nm ；
[0087]具体地，可以采用自然氧化生长、热氧化生长制作该介质层11，例如可以采用分子束外延(MBE)或者原子层淀积(ALD)等方法形成介质层11 ;也可以将衬底10置于去离子水中一段时间在衬底10之上形成介质层11。
[0088]步骤S203:在介质层11之上淀积高k材料层12，其中高k材料层可以采用常用的 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或者溅射等方法制作该高k材料层12。[0089]步骤S204:在高k材料层12之上制作金属栅层13 ;金属栅层13可以采用TiN、TaN、MoN、HfN, TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni 等中的一种或者几种的组合；金属栅层13的厚度可以在f5nm之间，例如可以为lnm、5nm或者3nm等;
[0090]金属栅层13可以采用物理气相沉积(PVD)、ALD或者溅射等方法制作，在一个具体不例中，金属栅层13可以米用ALD制作,金属栅层13的厚度可以为3nm。
[0091]步骤S205:在金属栅层13之上制作氧吸除层14 ;本发明实施例中的氧吸除层14的厚度可以在0.5飞nm，氧吸除层14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO, Hf容易与氧结合生成HfO2等),从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体5的EOT。另外，氧吸除层14也可以采用TiN或者TaN等结构比较致密的材料制作而成，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。具体地，该氧吸除层14可以采用溅射、PVD等常用的成膜方法制作，制作过程可以在常温下进行也可以在较高温度下执行，例如 100?200。。。
[0092]需要说明的是，本发明实施例中的氧吸除层14可以仅包括一层结构，也可以包括多层结构，当包括多层结构时，各层结构可以均采用极易与氧结合的材料，另外各层所采用的材料可以相同也可以不相同，各层所采用的制作方法可以相同也可以不相同。
[0093]步骤S206:在氧吸除层14之上形成高功函数层15 ;高功函数层15的厚度可以为2?15nm，其中高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo，本发明实施例中，材料中氧含量的具体数值本领域可以依具体设计要求而定。
[0094]具体地，高功函数层15可以采用PVD、CVD或者ALD等方法制作，该步骤可以包括首先在氧吸除层14上淀积一伪高功函数层然后对该伪高功函数层掺杂一定量的氧使该材料层转变为高功函数层15，具体可以采用在氧气环境中对形成伪高功函数层之后的结构进行退火处理或者直接在伪高功函数层中注入氧离子等方式向伪高功函数层中掺杂一定量的氧。
[0095]本发明实施例提供的半导体结构，在金属栅层与高功函数层之间制作采用容易与氧结合的材料的氧吸除层，该氧吸除层能够吸除所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中多余的氧，从而能够降低所述介质层、高k材料层和/或高功函数层中的氧含量，同时能够防止高功函数层中的氧向底部扩散至高k材料层和/或介质层，进而能够降低整个高k材料层和介质层的EOT。相对于仅采用高功函数层而未采用氧吸除层的半导体结构本发明实施例提供的半导体结构的EOT有明显降低。
[0096]需要说明的是，本发明实施例中的氧吸除层14可以为一层结构，也可以为一层以上的结构，可以采用一种材料，也可以采用多种材料，本领域普通技术人员可以按照实际需求做相应改进和变形，需要理解的是，这些改进和变形均在本发明的保护范围内。
[0097]实施例二[0098]本发明实施例二提供一种半导体结构，图3示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、金属栅层
13、第一氧吸除层14-1、第二氧吸除层14-2以及高功函数层15，其中，第一氧吸除层14_1和第二氧吸除层14-2构成氧吸除层14，且第一氧吸除层14-1和第二氧吸除层14-2中至少有一层采用极易与氧结合的材料(T1、Al、TiAl或者Hf等)，且高功函数层15所用材料的功函数大于金属栅层13所用材料的功函数。
[0099]本发明实施例中的第一氧吸除层14-1的厚度可以在0.2~2nm，第二氧吸除层14-2的厚度可以在0.3~3nm ;当然第一氧吸除层14-1的厚度也可以在0.3~3nm，第二氧吸除层14-2的厚度也可以在0.2~2nm，本发明实施例对此没有限制。
[0100]本发明实施例中，第一氧吸除层14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一种，可以在常温下采用溅射方法制作，厚度可以为Inm;第二氧吸除层14-2采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一种，可以在常温下采用溅射方法制作，厚度为0.5nm ;此时，第一氧吸除层14-1和第二氧吸除层14-2均采用极易与氧结合的材料，第一氧吸除层14-1可以用于吸除高k材料层12和介质层11中多余的氧，而第二氧吸除层14-2可以用于吸除高功函数层15中多余的氧，这种结构有利于吸除半导体结构中多余的氧，从而能够降低高k材料层12和介质层11的EOT。
[0101]另外，本发明实施例中，第一氧吸除层14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf中的任意一种，第二氧吸除层14-2可以采用TiN或者TaN中的一种；此时，第一氧吸除层14_1可以用于吸除高k材料层12和介质层11中多余的氧，第二氧吸除层14-2为一层致密的保护膜，可以防止高功函数层14-2中多余的氧向下扩散至高k材料层12和介质层11，从而能够降低高k材料层12和介质层11的EOT。
[0102]在本发明实施例中，高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo。
[0103]需要说明的是，本发明实施例中的高功函数层15可以为一层结构，也可以为多层结构，本发明对此没有限制。
[0104]相应地，本发明实施例二还提供一种上述半导体结构(即图3所示的结构)的制作方法，图4示出了该制作方法的流程图，一并参见图3和图4，该方法包括以下步骤:
[0105]步骤S401~步骤S404与实施例一中的步骤S201~步骤S204——对应，步骤S401~步骤S404可以参考步骤S20f步骤S204获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例二中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0106]步骤S405:在金属栅层13之上形成第一氧吸除层14_1 ；
[0107]本发明实施例中的第一氧吸除层14-1的厚度可以在0.2^2nm ;第一氧吸除层14-1可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料。
[0108]步骤S406:在第一氧吸除层14-1之上形成第二氧吸除层14_2 ；
[0109]第二氧吸除层14-2的厚度可以在0.3~3nm，第二氧吸除层14-2可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料；另外，本发明实施例中第二氧吸除层14-2也可以采用TiN或者TaN等，TiN或者TaN在第一氧吸除层14_1之上形成一层致密的保护膜，可以防止高功函数层15中的氧向下扩散至高k材料层12和/或介质层11。
[0110]步骤S407:在第二氧吸除层14-2之上形成高功函数层15 ；[0111]具体可以采用溅射、CVD、MOCVD, PVD等方法制作该高功函数层15:采用CVD、MOCVD, PVD 等方法时可以选用 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo等中的一种或者几种，只要在制作过程中选择性掺杂一定量的氧即可；
[0112]本发明实施例二的氧吸除层包括第一氧吸除层和第二氧吸除层，一方面高功函数层的存在增加了整个金属栅电极(金属栅电极包括金属栅层和高功函数层)的功函数；另一方面，第一氧吸除层能够吸除高k材料层和/或介质层中多余的氧，第二氧吸除层能够吸除高功函数层中多余的氧，同时能够阻止高功函数层中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层，从而避免高k材料层和介质层的EOT增大。
[0113]需要说明的是，本发明实施例二仅介绍了氧吸除层包括第一氧吸除层和第二氧吸除层的双层结构，实际上，氧吸除层还可以包括三层或者多层结构，例如，氧吸除层也可以采用Ti/TiN/Al的三层结构，即氧吸除层从下至上依次为T1、TiN、Al ;此时，下层的Ti能够吸除高k材料层和/或介质层多余的氧，上层的Al能够吸除高功函数层中多余的氧，同时中间的TiN又能阻挡高功函数层中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层。其中，氧吸除层采用多层结构是，这些多层结构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，只要保证氧吸除层整体能够吸除高k材料层、介质层和/或高功函数层中多余的氧即可。本领域技术人员可以依具体要求适当改变氧吸除层的具体结构，这些都应该包含在本发明的技术方案内。
[0114]实施例三
[0115]本发明实施例三提供一种半导体结构，该半导体结构与本发明实施例一中的半导体结构类似，为简化起见，本发明实施例一仅介绍该半导体结构与本发明实施例一中的半导体结构的不同之处，与本发明实施例一中的半导体结构的相同之处可以参见本发明实施例一得到。
[0116]图5示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、氧吸除层14、金属栅层13以及高功函数层15 ;其中，高功函数层15所用的材料的功函数大于金属栅层13所用的材料的功函数；氧吸除层14用于吸除介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧，避免半导体结构的EOT增大。
[0117]本发明实施例三中“之上”的含义可以是直接接触地位于上方，也可以是不直接接触地位于上方
[0118]氧吸除层14的厚度可以在0.5?5nm，氧吸除层14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO, Hf容易与氧结合生成HfO2等),从而能够降低介质层
11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体的EOT ;另外，氧吸除层14也可以为一层TiN或者TaN等结构比较致密的材料，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。
[0119]本发明实施例中的氧吸除层14位于高k材料层12和金属栅层13之间，能够吸除高k材料层12和/或介质层11中多余的氧，同时也能吸除高功函数层15中的氧，能够起到降低高k材料层12和介质层11的EOT的作用。
[0120]本发明实施例三中的其他参数可以参见本发明实施例一中的描述得到，在此不再赘述。
[0121]相应地，本发明实施例三还提供一种半导体结构的制作方法，一并参见图5和图6，该制作方法包括以下步骤:
[0122]步骤S601?步骤S603与实施例一中的步骤S201?步骤S203——对应，步骤S601?步骤S603可以参考步骤S20f步骤S203获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例三中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0123]步骤S603:在高k材料层12之上制作氧吸除层14 ；
[0124]本发明实施例中的氧吸除层14的厚度可以在0.5飞nm，氧吸除层14可以采用T1、AUTiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiAlO，Hf容易与氧结合生成HfO2等)，从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体5的EOT。另外，氧吸除层14也可以采用TiN或者TaN等结构比较致密的材料制作而成，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。具体地，该氧吸除层14可以采用溅射、PVD等常用的成膜方法制作，制作过程可以在常温下进行也可以在较高温度下执行，例如10(T2(KrC。
[0125]步骤S604:在氧吸除层14之上形成金属栅层13 ；
[0126]金属栅层13 可以采用 TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Pt、Ru、Tr、W、Mo、Ni等中的一种或者几种的组合；金属栅层13的厚度可以在I?5nm之间，例如可以为lnm、5nm或者3nm等；
[0127]金属栅层13可以采用物理气相沉积(PVD)、ALD或者溅射等方法制作，在一个具体不例中，金属栅层13可以米用ALD制作,金属栅层13的厚度可以为3nm。
[0128]步骤S606:在金属栅层13之上形成高功函数层15。
[0129]高功函数层15的厚度可以为2?15nm，其中高功函数层15可以采用掺杂O的TiN、TaN、MoN、HfN、TaAIN、MoAIN、HfAIN、TaC、HfC, TaSiC、HfSiC、Ru、Tr、W、Mo，本发明实施例中，材料中氧含量的具体数值本领域可以依具体设计要求而定。
[0130]需要说明的是，本发明实施例中的氧吸除层14可以仅包括一层结构，也可以包括多层结构，当包括多层结构时，各层结构可以均采用极易与氧结合的材料，另外各层所采用的材料可以相同也可以不相同，各层所采用的制作方法可以相同也可以不相同。
[0131]实施例四
[0132]本发明实施例四提供一种半导体结构，图7示出了该半导体结构的结构示意图，与图5不同的是，该半导体结构的氧吸除层14包括两层，即位于高k材料层12之上的第一氧吸除层14-2和位于第一氧吸除层14-1和金属栅层之间的第二氧吸除层14-2。
[0133]其中，第一氧吸除层14-1和第二氧吸除层14-2中至少有一层采用极易与氧结合的材料(T1、Al、TiAl或者Hf等)，且高功函数层15所用材料的功函数大于金属栅层13所用材料的功函数。[0134]本发明实施例四中的半导体结构的其他参数可以参见本发明实施例一至三中的描述，在此不再赘述。
[0135]相应地，本发明实施例四还提供一种半导体结构的制作方法，图8示出了该制作方法的流程图，一并参见图7和图8，该方法包括以下步骤:
[0136]步骤S801?步骤S803与实施例一中的步骤S601?步骤S603——对应，步骤S801?步骤S803可以参考步骤S60f步骤S603获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例二中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0137]步骤S804:在高k材料层12之上制作第一氧吸除层14_1 ；
[0138]步骤S805:在第一氧吸除层14-1之上制作第二氧吸除层14_2 ；
[0139]步骤S806:在第二氧吸除层14-2之上制作金属栅层13 ；
[0140]步骤S807:在金属栅层13之上制作高功函数层15。
[0141 ] 本发明实施例四中的其他参数可以参见本发明实施例一?三中的描述，在此不再赘述。
[0142]为降低功函数较高的半导体结构的Ε0Τ，本发明实施例五还提供一种半导体结构。
[0143]实施例五
[0144]本发明是实施例五提供一种半导体结构，图9示出了该半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括:衬底10，依次位于衬底10之上的介质层11、高k材料层12、氧吸除层14、金属栅层13、氧阻挡层16以及高功函数层15 ;其中，高功函数层15所用的材料的功函数大于金属栅层13所用的材料的功函数；氧吸除层14用于吸除介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧，氧阻挡层16可以采用TiN或者TaN等比较致密的材料，用于阻挡高功函数层15中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层，避免高k材料层和介质层的EOT增大。本发明实施例一中“之上”的含义可以是直接接触地位于上方，也可以是不直接接触地位于上方。
[0145]本发明实施例五中的半导体结构的其他参数可以参见本发明实施例一?四中的描述得到。
[0146]相应地，本发明实施例五还提供一种半导体结构的制作方法，图10示出了该制作方法的流程图，一并参见图9和图10，该方法包括:
[0147]步骤S1001?步骤S1003与实施例一中的步骤S801?步骤S803——对应，步骤Sioor步骤S1003可以参考步骤S801?步骤S803获知，在此不再赘述，以下仅介绍本发明实施例二中的制作方法与实施例一中的制作方法的不同之处:
[0148]步骤S1004:在高k材料层之上制作氧吸除层14，氧吸除层14的厚度可以为
0.5、nm,氧吸除层14可以采用T1、Al、TiAl或者Hf等容易与氧结合的材料，由这些材料制作的氧吸除层14可以与介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中多余的氧结合(例如Ti容易与氧结合生成TiO2, Al容易与氧结合生成Al2O3, TiAl容易与氧结合生成TiA10，Hf容易与氧结合生成HfO2等)，从而能够降低介质层11、高k材料层12和/或高功函数层15中的氧含量，故能够降低高k材料层12和介质层11的整体的EOT。
[0149]步骤S1005:在氧吸除层14之上形成金属栅层13 ；
[0150]步骤S1006:在金属栅层13之上制作氧阻挡层16 ;氧阻挡层16可以为一层TiN或者TaN等结构比较致密的材料，这层致密材料的存在能够阻挡高功函数层15中的氧向底部扩散至高k材料层12或者介质层11从而导致高k材料层12和介质层11的整体的EOT增大。具体地，氧阻挡层16可以采用ALD、PVD、CVD等方法制作，氧阻挡层16的厚度可以为
0.5?5nm。
[0151]步骤S1007:在氧阻挡层16之上形成高功函数层15。
[0152]本发明实施例五中的半导体结构的制作方法的其他参数可以参见本发明实施例一?四中的描述得到，在此不再赘述。
[0153]本发明实施例五中的半导体结构中的氧吸除层能够吸除高k材料层和介质层中多余的氧，氧阻挡层能够阻挡高功函数层中的氧向下扩散至高k材料层和/或介质层，因此，本发明实施例五提供的半导体结构相对于仅有高功函数层的半导体结构的EOT能够明显降低。
[0154]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行合理的组合和变形以得到其他技术方案。
[0155]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层和金属栅层，其特征在于，所述半导体结构还包括: 位于所述金属栅层之上的氧吸除层； 以及位于所述氧吸除层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
3.根据权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构: 位于所述金属栅层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述金属栅层的厚度为I至5nm。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述高功函数层的厚度为2至15nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层的厚度为0.5 至 5nm。
7.一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层和金属栅层，其特征在于，所述方法还包括: 在所述金属栅层之上形成氧吸除层； 在所述氧吸除层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
9.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括: 在所述金属栅层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层； 在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述金属栅层的厚度为I至5nm。
11.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述高功函数层的厚度为2至15nm。
12.根据权利要求7-11任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层的厚度为 0.5 至 5nm。
13.一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，其特征在于，所述半导体结构还包括: 位于所述高k材料层之上的氧吸除层； 位于所述氧吸除层之上的金属栅层； 以及位于所述金属栅层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
14.根据权利要求13所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
15.根据权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构: 位于所述高k材料层之上的第一氧吸除层，所述第一氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 位于所述第一氧吸除层之上的第二氧吸除层，所述第二氧吸除层采用TiN或者TaN。
16.—种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，其特征在于，所述方法还包括: 在所述高k材料层之上形成氧吸除层； 在所述氧吸除层之上形成金属栅层； 在所述金属栅层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数； 所述氧吸除层用于吸除所述介质层、高k材料层和/或所述高功函数层中部分的氧。
17.根据权利要求16所述的制作方法，其特征在于，所述氧吸除层包括一层或者一层以上结构。
18.根据权利要求17所述的制作方法，其特征在于，所述氧吸除层包括两层结构，所述在所述金属栅层之上形成氧吸除层包括: 在所述高k材料层之上采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种形成第一氧吸除层； 在所述第一氧吸除层之上采用TiN或者TaN形成第二氧吸除层。
19.一种半导体结构，所述半导体结构包括P型衬底、依次位于所述衬底之上的介质层、高k材料层，其特征在于，所述半导体结构还包括: 位于所述高k材料层之上的氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 位于所述氧吸除层之上的金属栅层； 位于所述金属栅层之上的氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ； 以及位于所述氧阻挡层之上的高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
20.一种半导体结构的制作方法，所述方法包括提供P型衬底、在所述衬底之上依次形成介质层、高k材料层，其特征在于，所述方法还包括: 在所述高k材料层之上形成氧吸除层，所述氧吸除层采用T1、Al、Hf或者TiAl中的任意一种； 在所述氧吸除层之上形成金属栅层； 在所述金属栅层之上形成氧阻挡层，所述氧阻挡层采用TiN或者TaN ； 在所述氧阻挡层之上形成高功函数层，其中所述高功函数层所用材料的功函数大于所述金属栅层所用材料的功函数。
【文档编号】H01L29/423GK103681801SQ201210348093
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】韩锴, 王晓磊, 王文武, 杨红, 马雪丽 申请人:中国科学院微电子研究所
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