一种半导体器件及其制造方法
阅读：434发布：2024-02-21
专利汇可以提供一种半导体器件及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 半导体 器件及其制造方法，该方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上预定形成栅极结构的区域形成 功函数 层，所述功函数层包括TiAl；在 真空 环境下，对所述功函数层进行 退火 ，将所述功函数层转变为包括位于不同层的富 铝 的TiAl 合金 和富 钛 的TiAl合金，以使所述功函数层在 晶圆 内的Ti和Al的比例分布更加均匀；对所述功函数层进行 氧 化，以在所述功函数层的表面形成氧化层。本发明的方法降低了Vt和IDsat在晶圆内的差异，进而提高了器件的性能和良率。，下面是一种半导体器件及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上预定形成栅极结构的区域形成功函数层，所述功函数层包括TiAl；
在真空环境下，对所述功函数层进行退火，将所述功函数层转变为包括位于不同层的富铝的TiAl合金和富钛的TiAl合金，以使所述功函数层在晶圆内的Ti和Al的比例分布更加均匀；
对所述功函数层进行氧化，以在所述功函数层的表面形成氧化层。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，进行所述退火后，所述功函数层包括位于下层的富钛的TiAl合金和位于上层的富铝的TiAl合金。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在不存在O、N、H2O和有机挥发物的环境下，进行所述退火。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述退火的温度范围为350℃～450℃；
和/或，
所述退火过程中的压力范围为2mtorr～60mtorr。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，对所述功函数层进行氧化的步骤具体包括：将形成有所述功函数层的所述半导体衬底置于空气中，由空气中的氧对所述功函数层氧化以形成所述氧化层。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述栅极结构形成在所述半导体衬底上预定形成NMOS器件的区域。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述栅极结构为金属栅极结构，在形成所述金属栅极结构之前在所述半导体衬底上形成有栅极沟槽，所述金属栅极结构形成在所述栅极沟槽中，其中，形成所述金属栅极结构的方法包括：
在形成所述功函数层之前，在所述栅极沟槽的底部和侧壁上依次形成高K介电层和覆盖层；
在形成所述氧化层之后，在所述氧化层上形成导电层以填充满所述栅极沟槽。
8.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
半导体衬底；
栅极结构，设置在所述半导体衬底上，其中，所述栅极结构包括功函数层以及形成在所述功函数层表面的氧化层，所述功函数层包括位于不同层的富铝的TiAl合金和富钛的TiAl合金。
9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述功函数层包括位于下层的富钛的TiAl合金和位于上层的富铝的TiAl合金。
10.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述栅极结构为金属栅极结构，所述栅极结构设置在形成在所述半导体衬底上的栅极沟槽中，所述栅极结构还包括：
位于在所述功函数层下方、自下而上设置在所述栅极沟槽的底部和侧壁上的高k介电层和覆盖层；以及
位于所述氧化层上并填充满所述栅极沟槽的导电层。
一种半导体器件及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法。
背景技术
[0002] 在集成电路制造领域，随着MOS晶体管尺寸的不断缩小，器件的物理极限对器件制备带来的影响也越来越大，器件的特征尺寸按比例缩小也变得更加困难，其中MOS晶体管及其电路制造领域容易出现从栅极向衬底的漏电问题。
[0003] 当前解决上述问题的方法是在半导体器件中采用高K金属栅极来代替常规的多晶硅栅极结构。所述金属栅极通常包括功函数层，在NMOS器件中通常选用TiAl作为功函数层，然而，在高K金属栅极的工艺发展过程中晶圆内(WIW)的阈值电压(Vt)和源漏饱和电流(IDsat)的均匀性(uniformity)变的越来越差。其中，下拉(pull down，PD)电压和闸门(pass gate，PG)电压表现为清晰的中心和边缘图案以及中心和边缘很大的电压差，例如，图1A和图1B示出了不同情况下Vtsat的中间值在半径范围内的二元变量，其中，如图1A所示的饱和阈值电压(Vtsat)中间值的基线(base line，BL)的晶圆内波动范围为20mV，而经过破真空(Air break)工艺之后，如图1B所示，NMOS的金属栅极的饱和阈值电压(Vtsat)中间值的波动范围则达到45mV，从晶圆中心到边缘阈值电压的差异越来越大，从而影响器件的性能。
[0004] 因此，有必要提出一种新的半导体器件及其制造方法，以解决上述技术问题。
发明内容
[0005] 在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0006] 针对目前存在的问题，本发明一方面提供一种半导体器件的制造方法，包括：
[0007] 提供半导体衬底，在所述半导体衬底上预定形成栅极结构的区域形成功函数层，所述功函数层包括TiAl；
[0010] 示例性地，进行所述退火后，所述功函数层包括位于下层的富钛的TiAl合金和位于上层的富铝的TiAl合金。
[0011] 示例性地，在不存在O、N、H2O和有机挥发物的环境下，进行所述退火。
[0013] 示例性地，对所述功函数层进行氧化的步骤具体包括：将形成有所述功函数层的所述半导体衬底置于空气中，由空气中的氧对所述功函数层氧化以形成所述氧化层。
[0014] 示例性地，所述栅极结构形成在所述半导体衬底上预定形成NMOS器件的区域。
[0015] 示例性地，所述栅极结构为金属栅极结构，在形成所述金属栅极结构之前在所述半导体衬底上形成有栅极沟槽，所述金属栅极结构形成在所述栅极沟槽中，其中，形成所述金属栅极结构的方法包括：
[0017] 在形成所述氧化层之后，在所述氧化层上形成导电层以填充满所述栅极沟槽。
[0018] 本发明再一方面提供一种半导体器件，所述半导体器件包括：
[0019] 半导体衬底；
[0020] 栅极结构，设置在所述半导体衬底上，其中，所述栅极结构包括功函数层以及形成在所述功函数层表面的氧化层，所述功函数层包括位于不同层的富铝的TiAl合金和富钛的TiAl合金。
[0021] 示例性地，所述功函数层包括位于下层的富钛的TiAl合金和位于上层的富铝的TiAl合金。
[0022] 示例性地，所述栅极结构为金属栅极结构，所述栅极结构设置在形成在所述半导体衬底上的栅极沟槽中，所述栅极结构还包括：
[0023] 位于在所述功函数层下方、自下而上设置在所述栅极沟槽的底部和侧壁上的高k介电层和覆盖层；以及
[0024] 位于所述氧化层上并填充满所述栅极沟槽的导电层。
[0025] 综上所述，本发明的制造方法在沉积形成TiAl功函数层之后，通过在真空下对TiAl进行退火，使其转变为稳定的晶相，从而使TiAl内的Ti和Al的比例从晶圆的中心向边缘分布更加均匀，在之后的氧化过程中，可以形成在晶圆内数量分布均匀的Al-O偶极子，从而改善器件晶圆内(WIW)的阈值电压(Vt)和饱和电流(IDsat)等的均匀性，降低了Vt和IDsat在晶圆内的差异，进而提高了器件的性能和良率。附图说明
[0026] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0027] 附图中：
[0028] 图1A示出了在未对TiAl功函数层进行破真空工艺时在晶圆半径范围内饱和阈值电压(Vtsat)的中间值的二元变量的分布图；
[0029] 图1B示出了对TiAl功函数层进行破真空工艺时在晶圆半径范围内饱和阈值电压(Vtsat)的中间值的二元变量的分布图；
[0030] 图2A至图2B示出了目前常规的沉积TiAl的方法依次执行所获得的器件剖面示意图；
[0031] 图3A至图3C示出了本发明一个具体实施方式的半导体器件的制造方法依次执行所获得器件的剖面示意图；
[0032] 图4示出了本发明一个具体实施方式的半导体器件的制造方法的流程图；
[0033] 图5示出了本发明一个具体实施方式中制备获得的TiAl中Ti和铝的比例在晶圆内的分布图。
具体实施方式
[0034] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0035] 应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0036] 应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
[0037] 空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0038] 在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
[0039] 这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。
[0040] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤以及结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0041] 如图2A和图2B所示，在目前常规的金属栅极的制备工艺包括在半导体衬底100上预定形成金属栅极的区域形成功函数层101的步骤，在NMOS器件中通常选用TiAl作为功函数层，晶圆内从中心到边缘NMOS器件的金属栅极中的功函数层TiAl中的Ti和Al的比例呈现越来越大的趋势，而阈值电压也表现为相同的趋势，导致晶圆内阈值电压的均匀性很差。为此申请人对造成该问题的原因进行了大量的实验和分析，通过分析发现NMOS的功函数层TiAl中的Ti和Al的比例轮廓与器件中心-边缘图具有高相关性，该TiAl中的Ti和Al的比例轮廓是导致Vt的标准偏差(STD)变得越来差的根本原因。
[0042] 因此，目前的TiAl制备工艺中，在半导体衬底上沉积形成TiAl之后，通常会对TiAl再进行破真空(Aie break)工艺，破真空(Aie break)工艺过程包括在TiAl沉积之后，将TiAl放入标准大气压(atm)的空气中，空气中的氧会扩散进入TiAl，并和Al反应形成O-Al偶极子(dipole)，如图2B所示，氧化后在TiAl表面形成AlOx氧化层，由于从晶圆的中心到边缘Ti和Al的比例增大，Al含量降低，使形成的AlOx氧化层呈现为从晶圆的中心到边缘厚度减小的变化趋势，也即形成的O-Al偶极子的数量也不相同，从晶圆的中心向边缘逐渐减少，这使得NMOS的Vt波动变得更严重。
[0043] 鉴于上述技术问题的存在，本发明提供一种半导体器件的制造方法，如图4所示，主要包括以下步骤：
[0044] 步骤S1，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上预定形成栅极结构的区域形成功函数层，所述功函数层包括TiAl；
[0045] 步骤S2，在真空环境下，对所述功函数层进行退火，将所述功函数层转变为包括位于不同层的富铝的TiAl合金和富钛的TiAl合金，以使所述功函数层在晶圆内的Ti和Al的比例分布更加均匀；
[0046] 步骤S3，对所述功函数层进行氧化，以在所述功函数层的表面形成氧化层。
[0047] 综上所述，本发明的制造方法在沉积形成TiAl功函数层之后，通过在真空下对TiAl进行退火，使其转变为稳定的晶相，从而使TiAl内的Ti和Al的比例从晶圆的中心向边缘分布更加均匀，在之后的氧化过程中，可以形成在晶圆内数量分布均匀的Al-O偶极子，从而改善器件晶圆内(WIW)的阈值电压(Vt)和饱和电流(IDsat)等的均匀性，降低了Vt和IDsat在晶圆内的差异，进而提高了器件的性能和良率。
[0048] 实施例一
[0049] 下面，参考图3A至图3C以及图5对本发明的半导体器件的制造方法做详细描述。
[0050] 首先，执行步骤一，如图3A所示，提供半导体衬底200，在所述半导体衬底200上预定形成栅极结构的区域形成功函数层201，所述功函数层201包括TiAl。
[0051] 在本发明中所述半导体衬底200可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。在半导体衬底中还形成有隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。所述半导体衬底中还形成有各种阱(well)结构及衬底表面的沟道层。一般来说，形成阱(well)结构的离子掺杂导电类型与沟道层离子掺杂导电类型相同，但是浓度较栅极沟道层低，离子注入的深度泛围较广，同时需达到大于隔离结构的深度。为了简化，图示中予以省略。
[0052] 在一个示例中，在所述半导体衬底200上预定形成栅极结构的区域形成功函数层201，所述功函数层201的材料包括TiAl。
[0053] 示例性地，在所述半导体衬底200上具有预定形成栅极结构的区域，所述栅极结构形成在所述半导体衬底上预定形成NMOS器件的区域，该区域可以是通过将虚拟栅极结构去除之后形成的栅极沟槽，该栅极沟槽用于形成金属栅极，或者也可以是直接在半导体衬底上预定形成栅极结构的区域形成金属栅极。
[0054] 其中，所述功函数层为NMOS器件的功函数。可选地，功函数层201的厚度范围为10埃至80埃。可以采用化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或者物理气相沉积(PVD)等适合的工艺沉积形成功函数层201。
[0055] 在一个示例中，形成栅极沟槽的方法包括以下步骤：首先，在所述半导体衬底上形成虚拟栅极结构，其中，形成虚拟栅极结构的方法包括：在半导体衬底上依次形成虚拟栅极介电层和虚拟栅极层，其中，所述虚拟栅极层包含但不限于硅、多晶硅、掺杂的多晶硅和多晶硅-锗合金材料，虚拟栅极介电层的材料包括氧化硅等，之后，图案化所述虚拟栅极层和虚拟栅极介电层，以形成虚拟栅极结构。随后，沉积层间介电层并平坦化至所述虚拟栅极结构。其中，所述层间介电层选用氧化物，例如二氧化硅，正硅酸乙酯等，并不局限与某一种。最后，去除所述虚拟栅极结构，以形成栅极沟槽。
[0056] 在一个示例中，在形成所述栅极沟槽之后，在所述栅极沟槽中形成金属栅极结构，形成所述金属栅极结构的方法包括：在形成所述功函数层之前，在所述栅极沟槽的底部和侧壁上依次形成高K介电层(未示出)和覆盖层(未示出)。
[0057] 在该步骤中所述高K介电层选用例如TiO2、Al2O3、ZrO2、HfO2、Ta2O5、La2O3中的一种。可选地，在该步骤中选用HfO2作为所述高K介电层。其中，所述覆盖层的材料可以包括TiN层。
[0058] 可选地，还可以在形成所述高K介电层之前形成氧化物界面层。具体地，在该步骤中执行高温氧化步骤，以在所述半导体衬底和所述高K栅极介电层之间形成氧化物层，以作为氧化物界面层。
[0059] 在一个示例中，在形成覆盖层之后，形成金属栅极结构的方法还进一步包括：在所述覆盖层的表面形成功函数层201，所述功函数层201的材料包括TiAl。
[0060] 随后，执行步骤二，如图3B所示，在真空环境下，对所述功函数层201进行退火，将所述功函数层201转变为包括位于不同层的富铝的TiAl合金2012和富钛的TiAl合金2011，以使所述功函数层201在晶圆内的Ti和Al的比例分布更加均匀。
[0061] 具体地，如图3B所示，经过退火之后，功函数层201转变为更加稳定的晶相，包括位于不同层的富铝的TiAl合金2012和富钛的TiAl合金2011。
[0062] 较佳地，进行所述退火后，所述功函数层201包括位于下层的富钛的TiAl合金2011和位于上层的富铝的TiAl合金2012，更进一步地，上层的富铝的TiAl合金2012直接覆盖下层的富钛的TiAl合金2011。
[0063] 值得一提的是，富铝的TiAl合金还可以用化学式表示为TiAlx，x大于1，例如，x可以是1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.5等，富钛的TiAl合金可以用化学式表示为TixAl，其中，x大于1，例如x可以是1.1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.5等。
[0064] 其中，在真空下进行所述退火的目的在于防止功函数层接触到例如氧或者N之类的物质，避免其被氧化或者氮化而影响退火的效果。
[0065] 在一个示例中，还可以在不存在O、N、H2O和有机挥发物(VOC)的环境下，进行所述退火，以防止该些气体对退火时的真空度造成影响，使真空度降低，并且，如果存在O、N、H2O等，还可能对功函数层造成氧化或者氮化，影响退火的效果。
[0066] 所述退火可以使用任意适合的退火温度，较佳地，所述退火的温度范围为350℃～450℃，例如369℃、380℃、400℃、410℃、430℃等。
[0067] 在一个示例中，在退火过程中，为了保持良好的真空度，可以控制所述退火过程中的压力范围为2mtorr～60mtorr。对于其他适合的满足真空度要求的压力也可以适用于本发明。
[0068] 由于通过在真空下对TiAl进行退火，使功函数层201转变为稳定的晶相，从而使TiAl内的Ti和Al的比例从晶圆的中心向边缘分布更加均匀，也即更加均一，波动更小，如图5所示，通过XPS测试对功函数层中的Ti和Al的比例进行分析，也得出同样的结果，其分布更加均一，与设计的目标值接近或者优于目标值，在图5中表现为比基线具有更加平滑的曲线分布。
[0069] 接着，执行步骤三，如图3C所示，对所述功函数层进行氧化，以在所述功函数层201的表面形成氧化层2013。
[0070] 形成的氧化层2013的厚度可以是任意适合的厚度，较佳地，该氧化层2013的厚度小于富铝的TiAl合金2012的厚度，例如该氧化层2013的厚度小于功函数层201厚度的三分之一。
[0071] 可以使用任意适合的方法对所述功函数层进行氧化，其中，较佳的方法是，在退火之后，将形成有所述功函数层的所述半导体衬底置于空气中(例如，标准大气压下的空气)，由空气中的氧对所述功函数层的表面进行氧化以形成所述氧化层2013，该过程也可以称为破真空过程。
[0072] 对功函数层201的表面进行氧化的目的是为了形成氧化层2013，该氧化层中包括作为偶极子的Al-O，由于前述的退火工艺使TiAl内的Ti和Al的比例从晶圆的中心向边缘分布更加均匀，则在本步骤中形成的氧化层具有在晶圆内数量分布均匀的Al-O偶极子。并且，由于功函数层201的上层为富铝的TiAl合金，因此其铝含量高，形成的Al-O偶极子的数量也多，更有利于器件性能的提升。
[0073] 如图3C所示，在进行氧化之后，在功函数层201的表面形成了氧化层2013，例如AlOx，由于TiAl内的Ti和Al的比例从晶圆的中心向边缘分布更加均匀，则形成的氧化层2013的厚度从晶圆的中心向边缘也更加均一。
[0074] 由于在晶圆内Ti和Al的比例更加均匀，那么形成的Al-O偶极子的数目在晶圆内的分布也更加均一，使得器件晶圆内的阈值电压(Vt)波动范围从常规工艺的50mV降低到25mV，明显变小，并且，器件的饱和电流(IDsat)和饱和阈值电压以及关闭电流在晶圆内的波动也显著减小，对IDsat、Vtsat和Ioff在整个晶圆内进行测试所绘制的曲线表现为晶圆边缘的测试结果与晶圆中心的测试结果之间的差异变小，测试曲线更加平滑，改善提升约
1％～6％。
1％～6％。
[0075] 进一步地，对于完整的金属栅极的制备过程，在形成所述氧化层2013之后，还包括以下步骤：在形成所述氧化层之后，在所述氧化层上形成导电层(未示出)以填充满所述栅极沟槽，形成金属栅极结构。所述导电层可以选用本领域常用的导电材料，例如铜或钨层。在该实施例中使用钨形成所述导电层，可以用CVD或PVD的方法进行沉积。
[0076] 示例性地，在形成导电层之前，还可以在氧化层2013上形成扩散阻挡层(未示出)。所述扩散阻挡层可能为一含硅层、一含碳层、一含氮层、一含氢层或一金属或金属化合物层。金属或金属化合物层的材质例如钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化锆、氮化钛锆、钨、氮化钨、其合金或其组成物。在一个实施例中，扩散阻挡层为TiN。所述扩散阻挡层借由如PVD、ALD、旋转涂布(spin-on)沉积或其它适当方法的制程所形成。此外，所述扩散阻挡层亦可能包括多个膜层。
[0077] 至此完成了对本发明的半导体器件的制造方法的关键步骤的介绍，对于完成的制造方法还可能包括其他的步骤，在此不做赘述。
[0078] 综上所述，本发明的制造方法在沉积形成TiAl功函数层之后，通过在真空下对TiAl进行退火，使其转变为稳定的晶相，从而使TiAl内的Ti和Al的比例从晶圆的中心向边缘分布更加均匀，在之后的氧化过程中，可以形成在晶圆内数量分布均匀的Al-O偶极子，从而改善器件晶圆内(WIW)的阈值电压(Vt)和饱和电流(IDsat)等的均匀性，降低了Vt和IDsat在晶圆内的差异，进而提高了器件的性能和良率。
[0079] 实施例二
[0080] 本发明还提供一种采用前述实施例一的方法制备获得的半导体器件。
[0081] 下面参考图3C对本发明的半导体器件做详细描述，由于该半导体器件由前述实施例一的方法制备获得，因此，对于与前述实施例一中相同的结构在此不再做具体描述。
[0082] 在一个示例中，如图3C所示，本发明实施例中的所述半导体器件包括：半导体衬底200。
[0083] 进一步地，在所述半导体衬底200上设置有栅极结构，其中，所述栅极结构包括功函数层201以及形成在所述功函数层201表面的氧化层2013，所述功函数层201包括位于不同层的富铝的TiAl合金2012和富钛的TiAl合金2011。
[0084] 较佳地，进行所述退火后，所述功函数层201包括位于下层的富钛的TiAl合金2011和位于上层的富铝的TiAl合金2012，更进一步地，上层的富铝的TiAl合金2012直接覆盖下层的富钛的TiAl合金2011。
[0085] 值得一提的是，富铝的TiAl合金还可以用化学式表示为TiAlx，x大于1，例如，x可以是1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.5等，富钛的TiAl合金可以用化学式表示为TixAl，其中，x大于1，例如x可以是1.1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.5等。
[0086] 进一步地，形成的氧化层2013的厚度可以是任意适合的厚度，较佳地，该氧化层2013的厚度小于富铝的TiAl合金2012的厚度，例如该氧化层2013的厚度小于功函数层201厚度的三分之一。
[0087] 在一个示例中，所述半导体器件包括NMOS器件，所述NMOS器件包括该栅极结构，所述栅极结构可以是金属栅极结构。
[0088] 在一个示例中，所述栅极结构为金属栅极结构，所述栅极结构设置在形成在所述半导体衬底上的栅极沟槽中，所述栅极结构还包括：位于在所述功函数层201下方、自下而上设置在所述栅极沟槽的底部和侧壁上的高k介电层和覆盖层；以及位于所述氧化层上并填充满所述栅极沟槽的导电层。在一个示例中，在导电层和氧化层之间还设置有扩散阻挡层。
[0089] 由于本发明的半导体器件由前述实施例一中的方法制备获得，因此其具有和前述实施例一相同的优点。
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