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(gatelast)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)計要求?，F(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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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)物為含氮氣體；或所述第一無氧反應(yīng)物為含氮氣體，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?！?0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：

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功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(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)體器件對不同閾值電壓的要求，改善半導(dǎo)體器件的性能。

進(jìn)一步，形成所述功函數(shù)層的反應(yīng)氣體包括含氧反應(yīng)物、第一無氧反應(yīng)物、第二無氧反應(yīng)物。且所述第一無氧反應(yīng)物和第二無氧反應(yīng)物能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無氧功函數(shù)層薄膜。因此，本發(fā)明在形成所述功函數(shù)層的工藝中，可以通過調(diào)節(jié)通入含氧化合物的次數(shù)、流量及通入順序，調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層的材料及其中氧原子的含量以及分布，從而調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層的功函數(shù)。也就是說，本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)多個工藝參數(shù)對功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，功函數(shù)的調(diào)節(jié)范圍大，且調(diào)節(jié)難度低。

本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述功函數(shù)層含有氧原子，且功函數(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。因此，所述功函數(shù)層的功函數(shù)可以通過調(diào)節(jié)所述功函數(shù)層中氧原子的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1至圖2是一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3至圖8是本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法一實施例各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)存在閾值電壓很難調(diào)節(jié)的問題。

現(xiàn)結(jié)合一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，分析閾值電壓難以調(diào)節(jié)的原因。

圖1至圖2是一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法的結(jié)構(gòu)示意圖。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法包括：

請參考圖1，形成基底100；在所述襯底100上形成柵介質(zhì)層110。

請參考圖2，在所述柵介質(zhì)層110上形成功函數(shù)層120，所述功函數(shù)層120用于調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的功函數(shù)，從而調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓。

所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述功函數(shù)層120的材料為氮化鈦，能夠通過所述功函數(shù)層120的功函數(shù)，對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而滿足不同半導(dǎo)體器件對閾值電壓的要求。

然而，功函數(shù)層120中鈦原子和氮原子含量的變化對所述功函數(shù)層120的功函數(shù)影響不大。并且功函數(shù)層120的厚度對功函數(shù)層120的功函數(shù)的調(diào)節(jié)能力也有限，當(dāng)功函數(shù)層120的厚度較大時，功函數(shù)層120的功函數(shù)不再隨功函數(shù)層120厚度的變化而變化，從而很難調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓。因此，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓的調(diào)節(jié)能力有限。

為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種半導(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。

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功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(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)體器件對不同閾值電壓的要求，改善半導(dǎo)體器件的性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。

圖3至圖8是本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法一實施例各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

需要說明的是，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷縮小，高介電常數(shù)絕緣層加金屬柵極技術(shù)被引入。后高k介質(zhì)層工藝能夠很好地滿足工藝要求而被用于形成半導(dǎo)體器件的偽柵極結(jié)構(gòu)。本實施例中，以后高k介質(zhì)層工藝為例對本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法做詳細(xì)介紹。本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法不僅限于此，在其他實施例中，還可以為前高k介質(zhì)層工藝。

請參考圖3，形成基底。

本實施例中，通過后柵工藝形成半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)。因此，形成所述基底的步驟包括：提供襯底200；在所述襯底200表面形成偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括偽柵介質(zhì)層201和位于所述偽柵介質(zhì)層201上的偽柵極層；形成覆蓋所述偽柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁的側(cè)墻203；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底200中形成漏源區(qū)202；在所述襯底200表面形成介質(zhì)層204；去除所述偽柵極在介質(zhì)層204內(nèi)形成空隙250。

本實施例中，所述襯底200為硅襯底。在其他實施例中，所述襯底還可以為鍺襯底、硅鍺襯底或絕緣體上硅襯底等半導(dǎo)體襯底。

本實施例中，所述偽柵介質(zhì)層201的材料為氧化硅，氧化硅與硅襯底的粘附性好，且具有較低的表面態(tài)密度。

本實施例中，形成所述偽柵極結(jié)構(gòu)的步驟包括：在所述襯底200表面形成初始偽柵介質(zhì)層；在所述初始偽柵介質(zhì)層上形成初始偽柵極層；圖形化所述初始偽柵介質(zhì)層和初始偽柵極層，分別形成偽柵介質(zhì)層201和偽柵極層， 所述偽柵介質(zhì)層201和偽柵極層構(gòu)成所述偽柵極結(jié)構(gòu)。

本實施例中，形成所述初始偽柵介質(zhì)層201的方法包括化學(xué)氣相沉積工藝，化學(xué)氣相沉積工藝形成的初始偽柵介質(zhì)層的均勻性好、針孔少。在其他實施例中，還可以通過物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝形成所述初始偽柵介質(zhì)層。

另一實施例中，還可以在形成開口之后，去除所述偽柵介質(zhì)層，并在所述開口底部襯底表面形成界面層。

本實施例中，所述偽柵極層的材料為多晶硅，多晶硅與襯底200以及偽柵介質(zhì)層的熱膨脹系數(shù)相差較小，在形成漏源區(qū)202的過程中，不容易產(chǎn)生熱應(yīng)力。

本實施例中，通過化學(xué)氣相沉積工藝形成所述初始偽柵極層。在其他實施例中，還可以通過原子層沉積工藝形成所述初始偽柵極層。

本實施例中，形成所述側(cè)墻203的步驟包括：在所述偽柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁、頂部表面和襯底200表面形成側(cè)墻材料層；刻蝕去除偽柵極結(jié)構(gòu)頂部表面和襯底200表面的側(cè)墻材料層，保留偽柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面的側(cè)墻材料層，形成側(cè)墻203。

本實施例中，所述側(cè)墻203的材料為氮化硅。在其他實施例中，所述側(cè)墻的材料還可以為氧化硅。

本實施例中，通過各向異性干法刻蝕去除偽柵極結(jié)構(gòu)頂部表面和襯底200表面的側(cè)墻材料層。

本實施例中，所述介質(zhì)層204的材料為氧化硅。在其他實施例中，所述介質(zhì)層的材料還可以為氮氧化硅。

本實施例中，形成所述介質(zhì)層204的方法包括化學(xué)氣相沉積工藝。在其他實施例中，形成所述介質(zhì)層的工藝還可以包括物理沉積工藝或原子層沉積工藝。

本實施例中，去除所述偽柵極層之后，形成由所述側(cè)墻203圍成的空隙250。所述空隙250后續(xù)用以容納柵介質(zhì)層和柵極層，以形成柵極結(jié)構(gòu)。

本實施例中，通過干法刻蝕去除所述偽柵極層，干法刻蝕為各向異性，且具有很好的剖面控制。能夠較好地控制所述空隙250側(cè)壁的垂直性。

請參考圖4，在所述襯底200上形成柵介質(zhì)層210。所述柵介質(zhì)層210用于實現(xiàn)后續(xù)形成的柵極與襯底200之間的電絕緣。

本實施例中，所述柵介質(zhì)層210的材料為高k介質(zhì)材料。高k介質(zhì)材料的介電常數(shù)較高，能夠滿足柵極尺寸縮小的要求，減少柵介質(zhì)層的擊穿。具體的，所述高k介質(zhì)層的材料為氧化鉿、氧化鋯、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦或氧化鋁。

本實施例中，通過化學(xué)氣相沉積工藝形成覆蓋所述空隙250(如圖3所示)底部和側(cè)壁的高k介質(zhì)層。在其他實施例中，也可以通過原子層沉積工藝形成所述高k介質(zhì)層。

需要說明的是，在其他實施例中，形成所述柵介質(zhì)層210的步驟之后，所述形成方法還包括在所述柵介質(zhì)層210表面形成第一覆蓋層，所述第一覆蓋層用于實現(xiàn)后續(xù)形成的功函數(shù)層與柵介質(zhì)層210之間的隔離。

后續(xù)在所述柵介質(zhì)層210上形成功函數(shù)層，所述功函數(shù)層中含有氧原子。

所述功函數(shù)層用于調(diào)節(jié)所形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓。

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)物與第一無氧反應(yīng)物反應(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。

需要說明的是，所述薄膜形成步驟中，通入含氧反應(yīng)物的次數(shù)可以為1次～3次。本發(fā)明可以通過通入所述含氧反應(yīng)物的次數(shù)調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層中氧原子的含量及氧原子在功函數(shù)層中的分布，從而調(diào)節(jié)功函數(shù)層的功函數(shù)。此外，所述薄膜形成步驟中，還可以通過調(diào)節(jié)通入的含氧反應(yīng)物的流量對功 函數(shù)層中氧原子的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。由此可見，所述功函數(shù)層的功函數(shù)可以通過多種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而降低了對功函數(shù)層的功函數(shù)的調(diào)節(jié)難度，進(jìn)而降低了對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)閾值電壓的調(diào)節(jié)難度。

本實施例中，通過原子層沉積工藝形成所述功函數(shù)層。在其他實施例中，還可以通過化學(xué)氣相沉積工藝形成所述功函數(shù)層。

具體的，本實施例中，形成所述功函數(shù)層的步驟包括：進(jìn)行多次相同的所述薄膜形成步驟，形成功函數(shù)層。在其他實施例中，還可以通過多次不同的薄膜形成步驟形成功函數(shù)層。

以下結(jié)合圖5至圖7對所述薄膜形成步驟做詳細(xì)說明。

本實施例中，在所述薄膜形成步驟中，向所述柵介質(zhì)層通入含氧反應(yīng)物的次數(shù)為1次。具體的，所述薄膜形成步驟如圖5至圖7所示。

請參考圖5，通入第一無氧反應(yīng)物1，在所述柵介質(zhì)層210表面形成第一無氧薄膜221。所述第一無氧薄膜221即為所述前驅(qū)薄膜。

本實施例中，所述第一無氧反應(yīng)物1為含鈦氣體，在其他實施例中，所述第一無氧反應(yīng)物還可以為含鉈氣體。具體的，所述第一無氧反應(yīng)物1為氯化鈦，則所述第一無氧薄膜221的材料為氯化鈦。

本實施例中，所述薄膜形成步驟中工藝參數(shù)包括：氣體壓強為0.2torr～10torr；所述第一無氧反應(yīng)物1的流量為5sccm～500sccm。

需要說明的是，本實施例中，通過第一無氧反應(yīng)物1之后，進(jìn)行第一清洗處理。

所述第一清洗處理用于去除未被柵介質(zhì)層210吸附的第一無氧反應(yīng)物1。

本實施例中，所述第一清洗處理包括：通過抽氣系統(tǒng)去除未被柵介質(zhì)層210吸附的第一無氧反應(yīng)物1。去除未被柵介質(zhì)層210吸附的第一無氧反應(yīng)物1能夠使后續(xù)通入的第二無氧反應(yīng)物和含氧反應(yīng)物與柵介質(zhì)層210吸附的第一無氧薄膜221充分接觸。

請參考圖6，通入第二無氧反應(yīng)物2，所述第二無氧反應(yīng)物2與所述前驅(qū)薄膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無氧功函數(shù)層薄膜222。

需要說明的是，所述第二無氧反應(yīng)物2能夠與第一無氧反應(yīng)物1(如圖5所示)反應(yīng)生成無氧功函數(shù)層薄膜222，因此，在形成所述功函數(shù)層的步驟中，還可以通過控制通入的含氧反應(yīng)物、第一無氧反應(yīng)物1和第二無氧反應(yīng)物2的流量使所形成的功函數(shù)層包括不同厚度的無氧功函數(shù)層薄膜222，從而能夠進(jìn)一步降低對功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的難度。

本實施例中，所述第二無氧反應(yīng)物2為含氮氣體，具體的，所述第二無氧反應(yīng)物2為氨氣。

本實施例中，所述薄膜形成步驟中工藝參數(shù)包括：氣體壓強為0.2torr～10torr；所述第二無氧反應(yīng)物2的流量為5sccm～500sccm。

需要說明的是，通入第二無氧反應(yīng)物2之后，所述形成方法還包括：進(jìn)行第二清洗處理。

所述第二清洗處理用于去除未發(fā)生反應(yīng)的第二無氧反應(yīng)物2。

所述第二清洗處理的步驟包括：通過抽氣系統(tǒng)去除未發(fā)生反應(yīng)的第二無氧反應(yīng)物2。去除未發(fā)生反應(yīng)的第二無氧反應(yīng)物2能夠使后續(xù)通入的含氧反應(yīng)物與柵介質(zhì)層210表面的無氧功函數(shù)層薄膜222充分接觸。

需要說明的是，在其他實施例中，所述第一無氧反應(yīng)物還可以為含氮氣體，所述第二無氧反應(yīng)物還可以為含鈦氣體或含鉭氣體。

請參考圖7，通入含氧反應(yīng)物3，所述含氧反應(yīng)物3與無氧功函數(shù)層薄膜222(如圖6所示)發(fā)生反應(yīng)形成含氧薄膜，所述含氧薄膜即為功函數(shù)層薄膜223。

所述含氧反應(yīng)物3用于調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層中的氧原子含量，從而調(diào)節(jié)功函數(shù)層的功函數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓。

本實施例中，所述含氧反應(yīng)物3為臭氧(o3)，在其他實施例中，所述含氧反應(yīng)物3還可以為氧氣或水蒸氣。

本實施例中，所述薄膜形成步驟中工藝參數(shù)包括：氣體壓強為0.2torr～10torr；所述含氧反應(yīng)物3的流量為5sccm～500sccm。

本實施例中，所述無氧功函數(shù)層薄膜222與含氧反應(yīng)物3充分發(fā)生反應(yīng)， 形成含氧薄膜。在其他實施例中，還可以使部分所述無氧功函數(shù)層薄膜222與含氧反應(yīng)物3反應(yīng)，從而形成無氧功函數(shù)層薄膜與含氧薄膜的疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)即為功函數(shù)層薄膜。

需要說明的是，形成功函數(shù)層薄膜223之后，所述形成方法還包括：進(jìn)行第三清洗處理。

所述第三清洗處理用于去除未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的含氧反應(yīng)物3、第一無氧反應(yīng)物1(如圖5所示)和第二無氧反應(yīng)物2(如圖6所示)。

還需要說明的是，本實施例中，所述薄膜形成步驟是以在通入第一無氧反應(yīng)物1和第二無氧反應(yīng)物2之后，通入含氧反應(yīng)物3為例對本發(fā)明的形成方法進(jìn)行說明的。在其他實施例中，還可以在通入第一無氧反應(yīng)物和第二無氧反應(yīng)物之間或通入第一無氧反應(yīng)物之前通入含氧反應(yīng)物。

具體的，在另一實施例中，所述薄膜形成步驟包括：通入第一無氧反應(yīng)物，在所述柵介質(zhì)層上形成第一無氧薄膜，所述第一無氧薄膜即為前驅(qū)薄膜；通入含氧反應(yīng)物，形成第一含氧薄膜；通入第二無氧反應(yīng)物，所述第二無氧反應(yīng)物與第一無氧反應(yīng)物和含氧反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)形成功函數(shù)層薄膜。

在又一實施例中，所述薄膜形成步驟包括：通入含氧反應(yīng)物，在所述柵介質(zhì)層上形成第二含氧薄膜；通入第一無氧反應(yīng)物，形成第三含氧薄膜，所述第三含氧薄膜即為所述前驅(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)薄膜發(fā)生反應(yīng)形成功函數(shù)層薄膜。

本實施例是以所述薄膜形成步驟中僅通入一次含氧反應(yīng)物為例進(jìn)行說明的，在其他實施例中，所述薄膜形成步驟還可以在通入第一無氧反應(yīng)之前，通入第二無氧反應(yīng)物之后以及通入第一無氧反應(yīng)物和第二無氧反應(yīng)物之間通入2～3次含氧反應(yīng)物。

請參考圖8，本實施例中，通過進(jìn)行三次相同的所述薄膜形成步驟，形成所述功函數(shù)層220。

需要說明的是，所述功函數(shù)層220中氧原子的含量會影響功函數(shù)層220的功函數(shù)。因此，本實施例中，可以通過調(diào)節(jié)所述功函數(shù)層220中氧原子的含量對所述功函數(shù)層220的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電 壓，從而使所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓符合設(shè)計要求。

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220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220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220中氧原子的含量降低功函數(shù)層220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220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220中氧原子的含量對功函數(shù)層220的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(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)體器件對不同閾值電壓的要求，改善半導(dǎo)體器件的性能。

具體的，本實施例中，所述功函數(shù)層220的功函數(shù)在4ev～6ev，所述功函數(shù)層220的材料為氮氧化鈦所述功函數(shù)層220的厚度為5?！?0埃。

本實施例中，氧原子在所述功函數(shù)層220中均勻分布，具體的，所述功函數(shù)層220中氧原子的含量為0.1％～20％。在其他實施例中，所述氧原子還可以在功函數(shù)層中在縱向上成有梯度的分布，例如：從功函數(shù)層與柵介質(zhì)層接觸的表面到功函數(shù)層與柵極層接觸的表面氧原子含量逐漸減小、逐漸增大、先減小后增大或先增大后減小等，從而使氧原子含量對功函數(shù)值的調(diào)節(jié)更精確。

需要說明的是，本實施例中，所述功函數(shù)層220是由含氧反應(yīng)物3(如圖7所示)、第一無氧反應(yīng)物1(如圖5所示)和第二無氧反應(yīng)物2(如圖6所示)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的單層氮氧化鈦。在其他實施例中，還可以通過改變通入含氧反應(yīng)物、第一無氧反應(yīng)物和第二無氧反應(yīng)物的順序和流量形成氮氧化鈦和氧化鈦的疊層結(jié)構(gòu)作為功函數(shù)層。

此外，本實施例中，通過多次相同的薄膜形成步驟形成氧含量在功函數(shù)層220中的分布均勻的功函數(shù)層220。在其他實施例中，形成所述功函數(shù)層的步驟還可以包括不同的薄膜形成步驟，從而形成氧原子含量在功函數(shù)層中的分布不均勻的功函數(shù)層，進(jìn)而能夠更精確地調(diào)節(jié)功函數(shù)層的功函數(shù)值。

還需要說明的是，在其他實施例中，形成功函數(shù)層之前，所述形成方法 還可以包括：在所述柵介質(zhì)層表面形成第一覆蓋層。

請繼續(xù)參考圖8，在所述功函數(shù)層220上形成柵極230。

本實施例中，所述柵極230的材料為金屬柵極，具體的，所述金屬柵極的材料為鈦鋁合金或鎢。

需要說明的是，在其他實施例中，所述柵極和功函數(shù)層之間還可以具有第二覆蓋層，用于實現(xiàn)所述柵極與功函數(shù)層之間的隔離。

需要說明的是，本實施例是將所述功函數(shù)層220用于調(diào)節(jié)pmos晶體管功函數(shù)的功函數(shù)層為例進(jìn)行說明的。在其他實施例中，所述功函數(shù)層還可以用做pmos晶體管或nmos晶體管的覆蓋層，用于實現(xiàn)功函數(shù)層與柵介質(zhì)層或功函數(shù)層與柵極之間的隔離，減少功函數(shù)層中的雜質(zhì)向柵極擴(kuò)散，并可以作為后續(xù)平坦化的停止層，同時可以對pmos晶體管或nmos晶體管的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

綜上，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功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(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)體器件對不同閾值電壓的要求，改善半導(dǎo)體器件的性能。

進(jìn)一步，形成所述功函數(shù)層的反應(yīng)氣體包括含氧反應(yīng)物、第一含氧反應(yīng)物、第二含氧反應(yīng)物。且所述第一無氧反應(yīng)物和第二無氧反應(yīng)物能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無氧功函數(shù)層薄膜。因此，本發(fā)明在形成所述功函數(shù)層的工藝中，可以通過調(diào)節(jié)通入含氧化合物的次數(shù)、流量及通入順序，調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層的材料及其中氧原子的含量以及分布，從而調(diào)節(jié)所形成的功函數(shù)層 的功函數(shù)。也就是說，本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)多個工藝參數(shù)對功函數(shù)層的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，功函數(shù)的調(diào)節(jié)范圍大，且調(diào)節(jié)難度低。

請參考圖8，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210；

位于所述柵介質(zhì)層210上的功函數(shù)層220，所述功函數(shù)層220中含有氧原子；

位于所述功函數(shù)層220上的柵極230。

具體的，本實施例中，所述基底包括：襯底200；位于襯底200表面的側(cè)墻203和所述側(cè)墻203圍成的空隙，所述空隙用于容納柵極；位于所述空隙兩側(cè)襯底200中的源漏區(qū)202；位于所述源漏區(qū)202表面的介質(zhì)層204。

本實施例中，所述襯底200為硅襯底。在其他實施例中，所述襯底還可以為鍺襯底、硅鍺襯底或半導(dǎo)體上硅襯底等半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

本實施例中，所述側(cè)墻203的材料為氮化硅。在其他實施例中，所述側(cè)墻的材料還可以為氧化硅。

本實施例中，所述介質(zhì)層204的材料為氧化硅。在其他實施例中，所述介質(zhì)層的材料還可以為氮氧化硅。

本實施例中，所述柵介質(zhì)層210的材料為高k介質(zhì)材料。高k介質(zhì)材料的介電常數(shù)較高，能夠滿足柵極尺寸縮小的要求，減少介質(zhì)層的擊穿。具體的，所述高k介質(zhì)層的材料為氧化鉿、氧化鋯、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦或氧化鋁。

需要說明的是，所述功函數(shù)層220中氧原子的含量會影響功函數(shù)層220的功函數(shù)。因此，本實施例中，可以通過調(diào)節(jié)所述功函數(shù)層220中氧原子的含量對所述功函數(shù)層220的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓，從而使所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓符合設(shè)計要求。

在nmos晶體管中，可以通過增加功函數(shù)層220中氧原子的含量降低功函數(shù)層220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220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220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220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220中氧原子的含量對功函數(shù)層220的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(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)體器件對閾值電壓的要求，改善半導(dǎo)體器件的性能。具體的，本實施例中，所述功函數(shù)層220的功函數(shù)在4ev～6ev。

本實施例中，所述功函數(shù)層220的材料為氮氧化鈦。在其他實施例中，所述功函數(shù)層的材料還可以為氮氧化鉭。

本實施例中，氧原子在所述功函數(shù)層220中分布均勻，具體的，所述功函數(shù)層220中氧原子的含量為0.1％～20％。在其他實施例中，所述氧原子還可以在功函數(shù)層中在縱向上成有梯度的分布，例如：從功函數(shù)層與柵介質(zhì)層接觸的表面到功函數(shù)層與柵極層接觸的表面氧原子含量逐漸減小、逐漸增大、先減小后增大或先增大后減小，從而使氧原子含量對功函數(shù)值的調(diào)節(jié)更精確。

本實施例中，所述功函數(shù)層220的厚度為5?！?0埃。

需要說明的是，本實施例中，所述功函數(shù)層220是由氮氧化鈦形成的單層結(jié)構(gòu)。在其他實施例中，還可以由氮氧化鈦和氧化鈦的疊層結(jié)構(gòu)。還需要說明的是，在其他實施例中，所述柵介質(zhì)層和功函數(shù)層之間還可以具有第一覆蓋層，用于實現(xiàn)所述柵介質(zhì)層與功函數(shù)層之間的隔離。

本實施例中，所述柵極230的材料為金屬柵極，具體的，所述金屬柵極的材料為鈦鋁合金或鎢。

需要說明的是，在其他實施例中，所述柵極和功函數(shù)層之間還可以具有第二覆蓋層，用于實現(xiàn)所述柵極與功函數(shù)層之間的隔離。

還需要說明的是，本實施例是將所述功函數(shù)層220用于調(diào)節(jié)pmos晶體管功函數(shù)的功函數(shù)層為例進(jìn)行說明的。在其他實施例中，所述功函數(shù)層還可以用做pmos晶體管或nmos晶體管的覆蓋層用于實現(xiàn)功函數(shù)層與柵介質(zhì)層或功函數(shù)層與柵極之間的隔離，減少功函數(shù)層中的雜質(zhì)向柵極擴(kuò)散，并可以 作為后續(xù)平坦化的停止層，同時還可以對pmos晶體管或nmos晶體管的功函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

綜上，本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述功函數(shù)層含有氧原子，且功函數(shù)層的功函數(shù)隨所述功函數(shù)層中氧原子含量的變化而變化。因此，所述功函數(shù)層的功函數(shù)可以通過調(diào)節(jié)所述功函數(shù)層中氧原子的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。