[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体技术的不断进步，半导体器件的特征尺寸逐渐变小。而半导体器件特征尺寸的缩小给半导体工艺提出了更高的要求。

为了适应半导体器件尺寸的缩小，后栅(gate last)金属栅工艺被用于形成晶体管的栅极结构。然而随着晶体管沟道长度的缩小，形成金属栅极时的间隙也随之缩小，从而增加了间隙填充的难度。

此外，半导体技术的进步对阈值电压的要求更加严格，要求阈值电压更精确地符合设计要求。现有技术为了调节半导体器件的阈值电压，往往通过在所述间隙中填充功函数层材料，在栅极和栅介质层之间形成功函数层。然而，半导体器件尺寸的减小，特别是所述间隙的缩小使阈值电压的调节越来越困难。

由此可见，半导体结构的形成方法存在阈值电压难以调节的缺点。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，能够降低半导体结构阈值电压的调节难度。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构的形成方法，包括：形成基底；在所述基底上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成功函数层，所述功函数层中含有氧原子；在所述功函数层上形成栅极。

可选的，形成所述功函数层的方法包括一次或多次薄膜形成步骤，所述薄膜形成步骤包括：

通入第一无氧反应物，所述第一无氧反应物在所述栅介质层上形成前驱 薄膜；

通入第二无氧反应物，所述第二无氧反应物与所述前驱薄膜反应；

通入含氧反应物，所述含氧反应物用于与所述第一无氧反应物和第二无氧反应物发生反应，形成功函数层薄膜。

可选的，通入第一无氧反应物之前，通入含氧反应物。

可选的，在通入第一无氧反应物和通入第二无氧反应物之间，通入含氧反应物。

可选的，通入第二无氧反应物之后，通入含氧反应物；所述第一无氧反应物与第二无氧反应物发生化学反应，形成无氧功函数层薄膜。

可选的，所述无氧功函数层薄膜的材料为氮化钛，所述功函数层的材料包括氮氧化钛。

可选的，所述含氧反应物为臭氧、氧气或水蒸气。

可选的，所述第一无氧反应物为含钛气体或含钽气体；所述第二无氧反应物为含氮气体；或所述第一无氧反应物为含氮气体，所述第二无氧反应物为含钛气体或含钽气体。

可选的，形成所述功函数层的方法包括原子层沉积工艺；

所述原子层沉积工艺的工艺参数包括：气体压强为0.2torr～10torr；

所述第一无氧反应物的流量为5sccm～500sccm；所述第二无氧反应物的流量为5sccm～500sccm；所述含氧反应物的流量为5sccm～500sccm。

可选的，所述功函数层的厚度为5埃～50埃。

可选的，所述功函数层中氧原子所占的原子百分比为0.1％～20％。

可选的，所述功函数层的功函数为4eV～6eV。

可选的，在所述栅介质层上形成功函数层的工艺包括原子层沉积工艺。

相应的，本发明还提供一种半导体结构，包括：基底；位于所述基底表面的栅介质层；位于所述栅介质层上的功函数层，所述功函数层中含有氧原子；位于所述功函数层上的栅极。

可选的，所述功函数层的材料包括氮氧化钛或氮氧化钽。

可选的，所述功函数层的厚度为5埃～50埃。

可选的，所述功函数层的功函数为4eV～6eV。

可选的，所述功函数层中氧原子所占的原子百分比为0.1％～20％。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的半导体结构的形成方法中，所述功函数层含有氧原子，功函数层的功函数随所述功函数层中氧原子含量的增加而降低。在NMOS晶体管中，可以通过增加功函数层中氧原子的含量降低功函数层的功函数，从而降低NMOS晶体管的阈值电压，反之，可以通过减少功函数层中氧原子的含量，增加NMOS晶体管的阈值电压。在PMOS晶体管中，可以通过增加功函数层中氧原子的含量降低功函数层的功函数，从而增加PMOS晶体管的阈值电压，反之，可以通过减少功函数层中氧原子的含量，降低PMOS晶体管的阈值电压。因此，所述形成方法可以通过调节所形成的功函数层中氧原子的含量对功函数层的功函数进行调节，从而对半导体结构的阈值电压进行调节，进而满足不同半导体器件对不同阈值电压的要求，改善半导体器件的性能。