半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，形成方法包括：提供基底，包括第一区域、第二区域和第三区域，第一区域、第二区域和第三区域用于形成不同阈值电压的器件；在基底上形成高k栅介质层；在高k栅介质层上形成第一功函数层；在第三区域的第一功函数层上形成无定形硅层；对第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺；对基底进行退火处理，使第三区域的无定形硅层和第一功函数层反应形成第二功函数层；去除剩余无定形硅层。本发明专利技术通过对第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺的方案，以及使第三区域的无定形硅层和第一功函数层反应形成第二功函数层的方案，使第一区域、第二区域和第三区域所形成器件具有不同的阈值电压。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
在半导体制造中，随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小。为了适应特征尺寸的减小，MOSFET的沟道长度也相应不断缩短。然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，因此栅极对沟道的控制能力随之变差，栅极电压夹断(pinchoff)沟道的难度也越来越大，使得亚阈值漏电(subthresholdleakage)现象，即所谓的短沟道效应(SCE：short-channeleffects)更容易发生。因此，为了更好的适应特征尺寸的减小，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应晶体管(FinFET)。FinFET中，栅至少可以从两侧对超薄体(鳍部)进行控制，与平面MOSFET相比，栅极对沟道的控制能力更强，能够很好的抑制短沟道效应；且FinFET相对于其他器件，与现有集成电路制造具有更好的兼容性。但是，引入鳍式场效应晶体管后，现有技术难以获得阈值电压不同的半导体器件。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体结构及其形成方法，获得具有不同阈值电压的半导体器件。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、第二区域和第三区域用于形成不同阈值电压的器件；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成第一功函数层；在所述第三区域的第一功函数层上形成无定形硅层；对所述第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺；对所述基底进行退火处理，使所述第三区域的无定形硅层和第一功函数层反应，形成第二功函数层；形成所述第二功函数后，去除剩余无定形硅层。可选的，所述第一功函数层的材料为TiN或TaN。可选的，所述第一功函数层的厚度为至可选的，所述第二功函数的材料为TiSiN或TaSiN。可选的，所述无定形硅层的厚度为至可选的，所述第一区域、第二区域和第三区域均用于形成N型器件；或者，所述第一区域、第二区域和第三区域均用于形成P型器件。可选的，所述掺氮工艺为等离子体氮化工艺或离子注入工艺。可选的，所述掺氮工艺为等离子体氮化工艺，所述等离子体氮化工艺的参数包括：功率为600瓦至1000瓦，压强为10毫托至30毫托，工艺时间为10秒至30秒，反应气体为氮气，辅助气体为氦气，氮气的气体流量为50每分钟标准毫升至120每分钟标准毫升，氦气的气体流量为80每分钟标准毫升至150每分钟标准毫升。可选的，所述掺氮工艺为离子注入工艺，所述离子注入工艺的参数包括：注入离子为N离子，注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为1E14原子每平方厘米至1E18原子每平方厘米。可选的，所述退火处理的工艺为尖峰退火工艺或激光退火工。可选的，所述退火处理的工艺为尖峰退火工艺，所述尖峰退火工艺的参数包括：退火温度为800摄氏度至1050摄氏度，工艺压强为一个大气压。可选的，所述退火处理的工艺为激光退火工艺，所述激光退火工艺的参数包括：退火温度为950摄氏度至1200摄氏度，工艺压强为一个大气压。可选的，形成所述无定形硅层的步骤中，所述无定形硅层还位于所述第一区域和第二区域的第一功函数层上。可选的，在形成所述无定形硅层之后，对所述第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺。可选的，对所述第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺之前，还包括步骤：去除所述第一区域的无定形硅层。可选的，对所述基底进行退火处理之前，还包括步骤：去除所述第二区域的无定形硅层。可选的，去除所述无定形硅层的工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺所采用的刻蚀溶液为氢氧化铵溶液。相应的，本专利技术还提供一种半导体结构，包括：基底，包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、第二区域和第三区域用于形成不同阈值电压的器件；高k栅介质层，位于所述基底上；第一功函数层，位于所述第一区域和第二区域的高k栅介质层上，且所述第一区域的第一功函数层和高k栅介质层的界面处具有氮离子；第二功函数层，位于所述第三区域的高k栅介质层上，所述第二功函数层为所述第一功函数层材料与无定形硅反应所形成。可选的，所述第一功函数层的材料为TiN或TaN。可选的，所述第二功函数的材料为TiSiN或TaSiN。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：在高k栅介质层上形成第一功函数层，在第三区域的第一功函数层上形成无定形硅层，通过对第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺，使所述第一区域的高k栅介质层和第一功函数层的界面处(Interface)具有氮离子，此外，通过退火处理使所述第三区域的无定形硅层和第一功函数层反应，以形成第二功函数层，从而使所述第一区域、第二区域和第三区域所形成的器件具有不同的阈值电压。可选方案中，形成所述无定形硅层的步骤中，所述无定形硅层还位于所述第一区域和第二区域的第一功函数层上，因此在对所述第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺的过程中，所述第二区域和第三区域的无定形硅层还可以起到保护高k栅介质层的作用，从而避免对所述第二区域和第三区域所对应器件的性能产生不良影响。附图说明图1至图9是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；图10是高k栅介质层在掺氮工艺和未进行掺氮工艺情况下的平带电压散点图。具体实施方式由
技术介绍
可知，引入鳍式场效应晶体管后，难以获得阈值电压不同的半导体器件。分析其原因在于：在半导体制造工艺中，为了满足不同的器件需求，需形成具有不同阈值电压的半导体器件，例如：输入输出(IO，InputOutput)晶体管、高阈值电压(HVT，HighVT)晶体管、标准阈值电压(SVT，StandardVT)晶体管、低阈值电压(LVT，LowVT)晶体管和超低阈值电压(ULVT，Ultra-lowVT)晶体管等。目前主要通过以下方法调节阈值电压：形成鳍部后，对不同区域的鳍部进行不同的阈值电压离子掺杂(VtImplant)工艺；或者，形成不同厚度的功函数层；或者，对功函数层进行不同的离子掺杂工艺，以调节不同区域功函数层的功函数值，通过以上方法以满足不同区域的阈值电压需求。但是，在同一阈值电压离子掺杂工艺中，容易发生注入剂量流失(DopingLoss)的现象，且难以保证离子掺杂工艺效果的均一性，例如离子扩散程度、注入深度、注入剂量的流失程度等，从而容易导致半导体器件的实际性能发生偏移；且随着集成电路特征尺寸持续减小，鳍部的宽度尺寸逐渐减小，注入剂量流失的问题也越严重。为了改善注入剂量流失的问题，需增加离子掺杂工艺的注入剂量，但相应又会造成对鳍部的注入损伤(ImplantDamage)，从而导致形成具有不同阈值电压的半导体器件的工艺受到限制。因此，亟需提供一种新的半导体结构的形成方法，以获得具有不同阈值电压的半导体器件。为了解决所述技术问题，本专利技术通过对第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺，使所述第一区域的高k栅介质层和第一功函数层的界面处具有氮离子，且使第三区域的第一功函数层与位于所述第一功函数层上的无定形硅层进行反应以形成第二功函数层，从而使所述第一区域、第二区域和第三区域所形成的器件具有不同的阈值电压。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、第二区域和第三区域用于形成不同阈值电压的器件；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成第一功函数层；在所述第三区域的第一功函数层上形成无定形硅层；对所述第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺；对所述基底进行退火处理，使所述第三区域的无定形硅层和第一功函数层反应，形成第二功函数层；形成所述第二功函数后，去除剩余无定形硅层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域、第二区域和第三区域用于形成不同阈值电压的器件；在所述基底上形成高k栅介质层；在所述高k栅介质层上形成第一功函数层；在所述第三区域的第一功函数层上形成无定形硅层；对所述第一区域的高k栅介质层进行掺氮工艺；对所述基底进行退火处理，使所述第三区域的无定形硅层和第一功函数层反应，形成第二功函数层；形成所述第二功函数后，去除剩余无定形硅层。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一功函数层的材料为TiN或TaN。3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一功函数层的厚度为至4.如权利要求1或2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二功函数的材料为TiSiN或TaSiN。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述无定形硅层的厚度为至6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一区域、第二区域和第三区域均用于形成N型器件；或者，所述第一区域、第二区域和第三区域均用于形成P型器件。7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述掺氮工艺为等离子体氮化工艺或离子注入工艺。8.如权利要求1或7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述掺氮工艺为等离子体氮化工艺，所述等离子体氮化工艺的参数包括：功率为600瓦至1000瓦，压强为10毫托至30毫托，工艺时间为10秒至30秒，反应气体为氮气，辅助气体为氦气，氮气的气体流量为50每分钟标准毫升至120每分钟标准毫升，氦气的气体流量为80每分钟标准毫升至150每分钟标准毫升。9.如权利要求1或7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述掺氮工艺为离子注入工艺，所述离子注入工艺的参数包括：注入离子为N离子，注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为1E14原子每平方厘米至1E18原子每平方厘米。10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述退火...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11