晶体管及其形成方法、半导体结构及其形成方法技术

一种晶体管及其形成方法，半导体结构及其形成方法，其中，一种晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层内具有栅极结构凹槽；在所述栅极结构凹槽底部和侧壁形成功函数层；对所述功函数层进行离子注入；在所述离子注入后的功函数层上形成栅极层。采用本发明专利技术的方法形成的晶体管调至目标阈值电压值后不会产生浮动，从而降低了将该晶体管的阈值电压稳定至目标阈值电压值的难度，提高了后续形成的晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及晶体管及其形成方法、半导体结构及其形成方法。
技术介绍
静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)作为存储器中的一员，具有高速度、低功耗与标准工艺相兼容等优点，广泛应用于PC、个人通信、消费电子产品(智能卡、数码相机、多媒体播放器)等领域。一个静态随机存储器包括多个静态随机存储器单元(以下简称SRAM单元)，该多个SRAM单元按照阵列排列，一个SRAM单元包括六个晶体管(6-T)电性连接，具体包括两个上拉晶体管、两个下拉晶体管和两个传输晶体管。其中，上拉晶体管为PMOS晶体管，下拉晶体管和传输晶体管为NMOS晶体管。现有技术中，参考图1～图21，一个SRAM单元中的半导体结构的形成方法如下，该半导体结构为栅极结构相连的P型鳍式场效应晶体管和N型鳍式场效应晶体管。结合参考图1至图3，提供半导体衬底，所述半导体衬底包括PMOS区域A和NMOS区域B，PMOS区域A和NMOS区域B紧邻。PMOS区域A用于形成P型鳍式场效应晶体管，NMOS区域B用于形成N型鳍式场效应晶体管。PMOS区域A具有第一鳍部11a，所述NMOS区域B具有第二鳍部11b。其中，形成第一鳍部11a和第二鳍部11b的方法如下：PMOS区域A的半导体衬底具有至少两个分立的凸起结构的硅衬底101a和位于凸起结构之间的绝缘层102a，绝缘层102a低于所述凸起结构。高于绝缘层102a的凸起结构为第一鳍部11a。NMOS区域B的半导体衬底包括具有至少两个分立的凸起结构的硅衬底101b和位于凸起结构之间的绝缘层102b，绝缘层102b低于所述凸起结构。高于绝缘层102b的凸起结构为第二鳍部11b。接着，形成横跨第一鳍部11a的第一多晶硅栅极结构12a。第一多晶硅栅极结构12a包括第一栅氧层121a和位于第一栅氧层121a上的多晶硅栅极层122a。其中，第一栅氧层121a的材料为氧化硅。形成横跨第二鳍部11b的第二多晶硅栅极结构12b。第二多晶硅栅极结构12b包括第二栅氧层121b和位于第二栅氧层121b上的多晶硅栅极层122b。其中，第二栅氧层121b的材料为氧化硅。接着，参考图4和图5，在第一多晶硅栅极结构12a的周围形成第一侧墙13a。在第二多晶硅栅极结构12b的周围形成第二侧墙13b。接着，继续参考图4，在第一侧墙13a两侧的第一鳍部11a内形成第一源极和第一漏极14a，在第一源极和第一漏极14a上分别形成第一金属硅化物层15a。在第二侧墙13b两侧的第二鳍部11b内形成第二源极和第二漏极14b，在第二源极和第二漏极14b上分别形成第二金属硅化物15b。接着，参考图6和图7，在PMOS区域A的半导体衬底、第一金属硅化物15a、第一多晶硅栅极结构12a和第一侧墙13a的顶部形成第一介质层16a，第一介质层16a与第一多晶硅栅极结构12a相平。在NMOS区域B的半导体衬底、第二金属硅化物15b、第二多晶硅栅极结构12b和第二侧墙13b的顶部形成第二介质层16b，第二介质层16b与第二多晶硅栅极结构12b相平。接着，参考图8和图9，去除第一多晶硅栅极结构12a，在第一介质层16a内形成第一栅极结构凹槽，第一栅极结构凹槽底部露出第一鳍部11a。去除第二多晶硅栅极结构12b，在第二介质层16b内形成第二栅极结构凹槽，第二栅极结构凹槽底部露出第二鳍部11b。接着，参考图10和图11，在第一介质层16a、第一栅极结构凹槽的底部和侧壁形成第一叠层结构17a。所述第一叠层结构17a包括第一界面层(interface layer)(图未示)、位于第一界面层上的第一高k栅介质层(图未示)。第一界面层的材料为氧化硅。在第二介质层16b、第二栅极结构凹槽的底部和侧壁形成第二叠层结构17b。所述第二叠层结构17b包括第二界面层(interface layer)(图未示)、位于第二界面层上的第二高k栅介质层(图未示)。第二界面层的材料为氧化硅。接着，参考图12和图13，在第一叠层结构17a和第二叠层结构17b上形成第一功函数材料层51。接着，参考图14和图15，在PMOS区域A的第一功函数材料层51上形成图案化的掩膜层61，所述图案化的掩膜层61露出NMOS区域B的第一功函数材料层51。以所述图案化的掩膜层为掩膜，去除NMOS区域B的第一功函数材料层51。接着，参考图16和图17，在第二叠层结构17b、PMOS区域B的第一功函数材料层51上形成第二功函数材料层52。其中第一功函数材料层51的材料为TiN，第二功函数材料层52的材料为TiAl。接着，参考图18和图19，在PMOS区域A上的第二功函数材料层52上形成第一铝层19a1，去除高于第一介质层16a的第一叠层结构17a、第一功函数材料层51、第二功函数材料层52和第一铝层19a1。剩余的第一铝层19a1为第一铝栅极层19a，与剩余的第一功函数材料层51、第二功函数材料层52、剩余的第一叠层结构17a形成第一铝栅极结构。其中，剩余的第一功函数材料层51与剩余的第二功函数材料层52叠层为PMOS功函数层。在NMOS区域B上的第二功函数材料层52上形成第二铝层19b1，去除高于第二介质层16b的第二叠层结构17b、第二功函数材料层52和第二铝层19b1。剩余的第二铝层19b1为第二铝栅极层19b，与剩余的第二功函数材料层52、剩余的第二叠层结构17b形成第二铝栅极结构。其中，剩余的第二功函数材料层52为NMOS功函数层。然而，采用现有技术的方法形成的半导体结构的性能不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是：采用现有技术的方法形成的半导体结构的性能不佳。为解决上述问题，本专利技术提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层内具有栅极结构凹槽；在所述栅极结构凹槽底部和侧壁形成功函数层；对所述功函数层进行离子注入；在所述离子注入后的功函数层上形成栅极层。可选的，所述晶体管为PMOS，所述功函数层为PMOS功函数层，所述PMOS功函数层为第一功函数材料层在下、第二功函数材料层在上的叠层。可选的，所述离子注入包括：对所述第一功函数材料层进行第一离子注入，所述第一离子注入的第一注入离子包括氟离子或铝离子中的至少一种。可选的，所述离子注入包括：对所述第一功函数材料层进行第一离子注入，所述第一离子注入的第一离子包括氟离子或铝离子中的至少一种；对所述第二功函数材料层进行第二离子注入，所述第二离子注入的第二离子包括氮离子或铝离子中的至少一种。可选的，所述第一离子注入的第一注入剂量为大于等于1E16atom/cm3且小于等于2E16atom/cm3，第一注入能量为大于等于0.5KeV小于等于1KeV，或者，第一注入剂量为大于等于2E16atom/cm3且小于等于4E16atom/cm3，第一注入能量为大于等于1KeV小于等于2KeV。可选的，所述晶体管为NMOS，所述功函数层为NMOS功函数层，所述NMOS功函数层为第二功函数材料层，所述离子注入包括：对所述第二功函数材料层进行第二离子注入，所述第二离子注入的第二离子包括氮离子或铝离子中的至少一种。可选的，所述第二离子注入的第二注入剂量为大于等于1E16atom\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层内具有栅极结构凹槽；在所述栅极结构凹槽底部和侧壁形成功函数层；对所述功函数层进行离子注入；在所述离子注入后的功函数层上形成栅极层。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层内具有栅极结构凹槽；在所述栅极结构凹槽底部和侧壁形成功函数层；对所述功函数层进行离子注入；在所述离子注入后的功函数层上形成栅极层。2.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述晶体管为PMOS，所述功函数层为PMOS功函数层，所述PMOS功函数层为第一功函数材料层在下、第二功函数材料层在上的叠层。3.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述离子注入包括：对所述第一功函数材料层进行第一离子注入，所述第一离子注入的第一注入离子包括氟离子或铝离子中的至少一种。4.如权利要求3所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述离子注入包括：对所述第一功函数材料层进行第一离子注入，所述第一离子注入的第一离子包括氟离子或铝离子中的至少一种；对所述第二功函数材料层进行第二离子注入，所述第二离子注入的第二离子包括氮离子或铝离子中的至少一种。5.如权利要求4所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一离子注入的第一注入剂量为大于等于1E16atom/cm3且小于等于2E16atom/cm3，第一注入能量为大于等于0.5KeV小于等于1KeV，或者，第一注入剂量为大于等于2E16atom/cm3且小于等于4E16atom/cm3，第一注入能量为大于等于1KeV小于等于2KeV。6.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述晶体管为NMOS，所述功函数层为NMOS功函数层，所述NMOS功函数层为第二功函数材料层，所述离子注入包括：对所述第二功函数材料层进行第二离子注入，所述第
\t二离子注入的第二离子包括氮离子或铝离子中的至少一种。7.如权利要求4或6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二离子注入的第二注入剂量为大于等于1E16atom/cm3且小于等于2E16atom/cm3，第二注入能量为大于等于0.4KeV小于等于1.5KeV，或者，第二注入剂量为大于等于2E16atom/cm3且小于等于4E16atom/cm3，第二注入能量为大于等于1.5KeV小于等于2.5KeV。8.如权利要求2或6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数材料层的材料为TiN或TiSiN，所述第二功函数材料层的材料为TiAl或TiCAl。9.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底具有鳍部；所述栅极结构凹槽露出所述鳍部；所述功函数层横跨所述鳍部，并覆盖所述鳍部的顶部和侧壁。10.一种晶体管，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的介质层，所述介质层内具有栅极结构凹槽；位于所述栅极结构凹槽底部和侧壁的功函数层；位于所述功函数层上的栅极层；其特征在于，所述功函数层内掺杂有离子。11.如权利要求10所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管为PMOS，所述功函数层为PMOS功函数层，所述PMOS功函数层为第一功函数材料层在下、第二功函数材料层在上的叠层。12.如权利要求11...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，李勇，居建华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31