[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610133526.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN107180750A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林靜;禹國賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L29/423;H01L29/51
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 高靜,吳敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的特征尺寸逐漸變小。而半導(dǎo)體器件特征尺寸的縮小給半導(dǎo)體工藝提出了更高的要求。

為了適應(yīng)半導(dǎo)體器件尺寸的縮小，后柵(gate last)金屬柵工藝被用于形成晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。然而隨著晶體管溝道長度的縮小，形成金屬柵極時(shí)的間隙也隨之縮小，從而增加了間隙填充的難度。

此外，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步對(duì)閾值電壓的要求更加嚴(yán)格，要求閾值電壓更精確地符合設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)有技術(shù)為了調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的閾值電壓，往往通過在所述間隙中填充功函數(shù)層材料，在柵極和柵介質(zhì)層之間形成功函數(shù)層。然而，半導(dǎo)體器件尺寸的減小，特別是所述間隙的縮小使閾值電壓的調(diào)節(jié)越來越困難。

由此可見，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法存在閾值電壓難以調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，能夠降低半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)閾值電壓的調(diào)節(jié)難度。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：形成基底；在所述基底上形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層上形成功函數(shù)層，所述功函數(shù)層中含有氧原子；在所述功函數(shù)層上形成柵極。

可選的，形成所述功函數(shù)層的方法包括一次或多次薄膜形成步驟，所述薄膜形成步驟包括：

通入第一無氧反應(yīng)物，所述第一無氧反應(yīng)物在所述柵介質(zhì)層上形成前驅(qū) 薄膜；

通入第二無氧反應(yīng)物，所述第二無氧反應(yīng)物與所述前驅(qū)薄膜反應(yīng)；

通入含氧反應(yīng)物，所述含氧反應(yīng)物用于與所述第一無氧反應(yīng)物和第二無氧反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，形成功函數(shù)層薄膜。

可選的，通入第一無氧反應(yīng)物之前，通入含氧反應(yīng)物。

可選的，在通入第一無氧反應(yīng)物和通入第二無氧反應(yīng)物之間，通入含氧反應(yīng)物。

可選的，通入第二無氧反應(yīng)物之后，通入含氧反應(yīng)物；所述第一無氧反應(yīng)物與第二無氧反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無氧功函數(shù)層薄膜。

可選的，所述無氧功函數(shù)層薄膜的材料為氮化鈦，所述功函數(shù)層的材料包括氮氧化鈦。

可選的，所述含氧反應(yīng)物為臭氧、氧氣或水蒸氣。

可選的，所述第一無氧反應(yīng)物為含鈦氣體或含鉭氣體；所述第二無氧反應(yīng)物為含氮?dú)怏w；或所述第一無氧反應(yīng)物為含氮?dú)怏w，所述第二無氧反應(yīng)物為含鈦氣體或含鉭氣體。

可選的，形成所述功函數(shù)層的方法包括原子層沉積工藝；

所述原子層沉積工藝的工藝參數(shù)包括：氣體壓強(qiáng)為0.2torr～10torr；

所述第一無氧反應(yīng)物的流量為5sccm～500sccm；所述第二無氧反應(yīng)物的流量為5sccm～500sccm；所述含氧反應(yīng)物的流量為5sccm～500sccm。

可選的，所述功函數(shù)層的厚度為5埃～50埃。

可選的，所述功函數(shù)層中氧原子所占的原子百分比為0.1％～20％。

可選的，所述功函數(shù)層的功函數(shù)為4eV～6eV。

可選的，在所述柵介質(zhì)層上形成功函數(shù)層的工藝包括原子層沉積工藝。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：基底；位于所述基底表面的柵介質(zhì)層；位于所述柵介質(zhì)層上的功函數(shù)層，所述功函數(shù)層中含有氧原子；位于所述功函數(shù)層上的柵極。

可選的，所述功函數(shù)層的材料包括氮氧化鈦或氮氧化鉭。

可選的，所述功函數(shù)層的厚度為5埃～50埃。

可選的，所述功函數(shù)層的功函數(shù)為4eV～6eV。

可選的，所述功函數(shù)層中氧原子所占的原子百分比為0.1％～20％。

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)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述功函數(shù)層含有氧原子，功函數(shù)層的功函數(shù)隨所述功函數(shù)層中氧原子含量的增加而降低。在NMOS晶體管中，可以通過增加功函數(shù)層中氧原子的含量降低功函數(shù)層的功函數(shù)，從而降低NMOS晶體管的閾值電壓，反之，可以通過減少功函數(shù)層中氧原子的含量，增加NMOS晶體管的閾值電壓。在PMOS晶體管中，可以通過增加功函數(shù)層中氧原子的含量降低功函數(shù)層的功函數(shù)，從而增加PMOS晶體管的閾值電壓，反之，可以通過減少功函數(shù)層中氧原子的含量，降低PMOS晶體管的閾值電壓。因此，所述形成方法可以通過調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層中氧原子的含量對(duì)功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而滿足不同半導(dǎo)體器件對(duì)不同閾值電壓的要求，改善半導(dǎo)體器件的性能。