晶体管及其形成方法技术

一种晶体管及其形成方法，其中形成方法包括：提供基底；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；在所述功函数层上形成氮化层；在所述氮化层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成金属层；所述金属层、所述阻挡层、所述氮化层、所述功函数层以及所述栅介质层用于形成栅极结构。本发明专利技术技术方案能够减少易扩散离子对晶体管阈值电压的影响，有利于降低所述功函数层的功函数值，进而降低所形成晶体管的阈值电压，提高所形成半导体结构的性能。

【技术实现步骤摘要】
晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶体管及其形成方法。
技术介绍
集成电路尤其超大规模集成电路的主要半导体器件是金属-氧化物-半导体场效应管(MOS晶体管)。随着集成电路制作技术的不断发展，半导体器件技术节点不断减小，半导体器件的几何尺寸遵循摩尔定律不断缩小。当半导体器件尺寸减小到一定程度时，各种因为半导体器件的物理极限所带来的二级效应相继出现，半导体器件的特征尺寸按比例缩小变得越来越困难。其中，在半导体制作领域，最具挑战性的是如何解决半导体器件漏电流大的问题。半导体器件的漏电流大，主要是由传统栅介质层厚度不断减小所引起的。当前提出的解决方法是，采用高K栅介质材料代替传统的二氧化硅栅介质材料，并使用金属作为栅电极，以避免高K材料与传统栅电极材料发生费米能级钉扎效应以及硼渗透效应。高K金属栅的引入，减小了半导体器件的漏电流。然而，引入高K金属栅的半导体结构中，仍有许多问题亟待解决，其中一个就是功函数的匹配问题，因为功函数将直接影响器件的阈值电压(Vt)和晶体管的性能。因此功函数必须调整到半导体器件的合适工作范围内。现有技术中，通过在晶体管栅极结构中形成功函数层以实现所述晶体管阈值电压的调节，但是现有技术引入高K金属栅的晶体管存在电学性能不良的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种晶体管及其形成方法，以改善所形成晶体管的电学性能。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；在所述功函数层上形成氮化层；在所述氮化层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成金属层；所述金属层、所述阻挡层、所述氮化层、所述功函数层以及所述栅介质层用于形成栅极结构。可选的，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的材料为含Al氮化物。可选的，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的材料为AlN。可选的，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的材料为富Al的AlN。可选的，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层中Al原子数与N原子数的比值在1.2到1.5范围内。可选的，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的厚度在到范围内。可选的，形成所述氮化层的步骤包括：通过原子层沉积的方式形成所述氮化层。可选的，形成所述阻挡层的步骤中，所述阻挡层的材料为TiN或TiSiN。可选的，形成所述阻挡层的步骤中，所述阻挡层的厚度在到范围内。可选的，所述晶体管为NMOS晶体管，形成所述功函数层的步骤中，所述功函数层的材料为TiAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN、TaCN和AlN中的一种或多种；或者，所述半导体结构为PMOS晶体管，所述功函数层的材料为TIN、TaN、TaSiN和TiSIN中的一种或多种。可选的，形成所述金属层的步骤包括：采用含氟的工艺气体形成所述金属层。可选的，形成所述金属层的步骤中，所述金属层的材料为W；形成所述金属层的步骤中，所采用的工艺气体包括WF6。可选的，提供基底之后，形成栅介质层之前，所述形成方法还包括：在所述基底上形成伪栅结构；在所述伪栅结构两侧的基底内形成源漏掺杂区；形成所述源漏掺杂区后，在未被所述伪栅结构覆盖的基底上形成层间介质层，所述层间介质层露出所述伪栅结构；去除所述伪栅结构，在所述层间介质层内形成露出所述基底的开口；在所述基底上依次形成所述栅介质层、所述功函数层、所述氮化层、所述阻挡层以及所述金属层的步骤中，在所述开口底部和侧壁上依次形成所述栅介质层、所述功函数层、所述氮化层、所述阻挡层以及所述金属层，所述开口内的所述栅介质层、所述功函数层、所述氮化层、所述阻挡层以及所述金属层用于形成所述栅极结构。可选的，所述晶体管为鳍式场效应晶体管，提供基底的步骤中，所述基底包括衬底以及位于所述衬底上分立的鳍部；形成伪栅结构的步骤中，所述伪栅结构横跨所述鳍部且覆盖所述鳍部顶部和侧壁的部分表面；形成所述源漏掺杂区的步骤中，在所述伪栅结构两侧的鳍部内形成所述源漏掺杂区；去除所述伪栅结构的步骤中，所述开口底部露出所述鳍部顶部和侧壁的部分表面。相应的，本专利技术还提供一种晶体管，包括：基底；位于所述基底上的栅极结构，所述栅极结构包括位于所述基底上的栅介质层、位于所述栅介质层上的功函数层、位于所述功函数层上的氮化层、位于所述氮化层上的阻挡层、以及位于所述阻挡层上的金属层。可选的，所述氮化层的材料为含Al氮化物。可选的，所述氮化层的材料包括AlN。可选的，所述氮化层的材料为富Al的AlN。可选的，所述氮化层中Al原子数与N原子数的比值在1.2到1.5范围内。可选的，所述氮化层的厚度在到范围内。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案在形成功函数之后，在形成阻挡层之前，形成氮化层；形成所述金属层的过程中，通过所述阻挡层和所述氮化层实现对易扩散离子的阻挡。由于氮化层的致密度较高，阻挡能力较强，因此所述氮化层的加入能够有效的提高对易扩散离子的阻挡能力，防止所述易扩散离子进入功函数层，从而减少所述易扩散离子对所形成晶体管阈值电压的影响，有利于降低所述功函数层的功函数值，进而降低所形成晶体管的阈值电压，提高所形成半导体结构的性能。本专利技术可选方案中，所述氮化层的材料为Al的氮化物，例如AlN；所述功函数层的材料包括Al元素，所述阻挡层的材料包括N元素。所以将所述氮化层的材料设置为AlN的做法，能够避免引入额外元素，避免额外元素对器件性能造成不良影响，有利于提高形成半导体结构的良率。本专利技术可选方案中，所述功函数层的材料为富Al的AlN，通过调整所述氮化层内Al原子和N原子的原子数量比，能够改变所述氮化层的导电性能，减少所述氮化层的加入对所形成晶体管电学性能的影响，有利于提高半导体结构的性能。附图说明图1是一种NMOS晶体管栅极结构的结构示意图；图2至图8是本专利技术晶体管形成方法一实施例各个步骤的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中引入高K金属栅的晶体管存在电学性能不良的问题。现结合一种NMOS晶体管栅极结构的结构示意图分析其电学性能不良问题的原因：参考图1，示出了一种NMOS晶体管栅极结构的结构示意图。所述NMOS晶体管包括：基底10；位于所述基底10上的栅介质层11；位于所述栅介质层11上的帽层12；位于所述帽层12上的功函数层13；位于所述功函数层13上的阻挡层15；位于所述阻挡层15上的金属层16，所述金属层16、所述阻挡层15、所述功函数层13、所述帽层12以及所述栅介质层11用于形成栅极结构。所述NMOS晶体管具有高K金属栅极，因此所述栅介质层11的材料包括高K介质材料；所述金属层16的材料为金属；所述功函数层的材料为TiAl、TaAlC或TiAlC等。形成金属层16所采用的工艺中，常常有易扩散离子，例如，当所述金属层16的材料为W时，通常采用WF6沉积形成所述金属层16，F离子即为所述易扩散离子。所述阻挡层15用于防止所述易扩散离子向所述功函数层13内扩散，从而减少所述NMOS晶体管出现阈值电压上升问题的可能。因此所述阻挡层15的厚度不能太小，当所述阻挡层15的厚度过小(例如，小于)时，所述阻挡层15就难以起到防止所述易扩散离子向所述功函数层13内扩散的功能。此外，在形成NMOS晶体管的过程中，当所述功函数层13和所述阻本文档来自技高网...

【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；在所述功函数层上形成氮化层；在所述氮化层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成金属层；所述金属层、所述阻挡层、所述氮化层、所述功函数层以及所述栅介质层用于形成栅极结构。

【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；在所述功函数层上形成氮化层；在所述氮化层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成金属层；所述金属层、所述阻挡层、所述氮化层、所述功函数层以及所述栅介质层用于形成栅极结构。2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的材料为含Al氮化物。3.如权利要求1或2所述的形成方法，其特征在于，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的材料为AlN。4.如权利要求3所述的形成方法，其特征在于，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的材料为富Al的AlN。5.如权利要求4所述的形成方法，其特征在于，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层中Al原子数与N原子数的比值在1.2到1.5范围内。6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述氮化层的步骤中，所述氮化层的厚度在到范围内。7.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述氮化层的步骤包括：通过原子层沉积的方式形成所述氮化层。8.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述阻挡层的步骤中，所述阻挡层的材料为TiN或TiSiN。9.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述阻挡层的步骤中，所述阻挡层的厚度在到范围内。10.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述晶体管为NMOS晶体管，形成所述功函数层的步骤中，所述功函数层的材料为TiAl、TiAlC、TaAlN、TiAlN、TaCN和AlN中的一种或多种；或者，所述半导体结构为PMOS晶体管，所述功函数层的材料为TIN、TaN、TaSiN和TiSIN中的一种或多种。11.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述金属层的步骤包括：采用含氟的工艺气体形成所述金属层。12.如权利要求11所述的形成方法，其特征在于，形成所述金属层的步骤中，所述金属层的材料为W；形成所述金属层的步骤中，所采用的...

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