半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成第一氮掺杂层；采用含氧等离子体离子注入工艺在第一氮掺杂层表面形成氧掺杂层，所述含氧等离子体至少包括水等离子体；在所述氧掺杂层上形成第二氮掺杂层；对所述半导体衬底进行热处理，使氧掺杂层内的氧原子向第一氮掺杂层和第二氮掺杂层内扩散，形成第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层。上述方法可以提高形成的半导体结构的性能。

Method for forming semiconductor structure

Method includes forming a semiconductor structure: providing a semiconductor substrate; forming a first nitrogen doped layer on the semiconductor substrate; using oxygen plasma ion implantation process in oxygen doped layer is formed on the first surface of the nitrogen doped layer, oxygen plasma comprises at least water plasma; forming second nitrogen doped layer on the oxygen doping layer; heat treatment of the semiconductor substrate, the oxygen atoms of oxygen diffusion within the doped layer to the first layer and the second nitrogen doped nitrogen doped layer, forming a first silicon oxynitride layer and a silicon oxynitride layer second. The above method can improve the performance of semiconductor structure.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用，以获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应晶体管(FinFET)作为一种多栅器件得到了广泛的关注。图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图。如图1所示，包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出的鳍部11，鳍部11一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；介质层12，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部11的侧壁的一部分；栅极结构13，横跨在所述鳍部11上，覆盖所述鳍部11的部分顶部和侧壁，栅极结构13包括栅介质层(图中未示出)和位于栅介质层上的栅电极(图中未示出)。对于鳍式场效应晶体管，鳍部11的顶部以及两侧的侧壁与栅极结构13相接触的部分都成为沟道区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。在体硅上形成的鳍式场效应晶体管往往具有较大的漏电流，所述鳍式场效应晶体管的性能有待进一步的提高。
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，形成性能较高的绝缘体上硅(SOI)衬底，从而提高在绝缘体上硅衬底上形成的鳍式场效应晶体管的性能。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：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成第一氮掺杂层；采用含氧等离子体离子注入工艺在第一氮掺杂层表面形成氧掺杂层，所述含氧等离子体至少包括<br>水等离子体；在所述氧掺杂层上形成第二氮掺杂层；对所述半导体衬底进行热处理，使氧掺杂层内的氧原子向第一氮掺杂层和第二氮掺杂层内扩散，形成第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层。可选的，仅采用水等离子体离子注入工艺形成所述氧掺杂层。可选的，所述水等离子体离子注入采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为200nm～300nm，注入能量为60keV～300keV可选的，所述氧掺杂层包括第一氧掺杂层和位于所述第一氧掺杂层表面的第二氧掺杂层；采用第一水等离子体离子注入工艺形成所述第一氧掺杂层；采用氧气等离子体离子注入工艺在所述第一氧掺杂层表面形成第二氧掺杂层。可选的，所述氧掺杂层还包括位于第二氧掺杂层表面的第三氧掺杂层，采用第二水等离子体离子注入工艺形成所述第三氧掺杂层。可选的，所述第一水等离子体离子注入工艺采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为250nm～300nm，注入能量为60keV～300keV。可选的，所述氧气等离子体离子注入工艺采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为260nm～290nm，注入能量为60keV～300keV。可选的，所述第二水等离子体离子注入工艺采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为200nm～250nm，注入能量为60keV～300keV。可选的，第一氧掺杂层的厚度为第二氧掺杂层的厚度为第三氧掺杂层的厚度为可选的，采用第一氮离子注入工艺形成所述第一氮掺杂层。可选的，所述第一氮离子注入工艺所采用的氮离子注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为250nm～350nm，注入能量为60keV～300keV。可选的，采用第二氮离子注入工艺形成所述第二氮掺杂层。可选的，所述第二氮离子注入工艺所采用的氮离子注入剂量为1015atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为200nm～250nm，注入能量为60keV～300keV。可选的，所述第一氮掺杂层的厚度为第二氮掺杂层的厚度为可选的，所述热处理为退火工艺，退火温度为500℃～1200℃，时间为5s～5min。可选的，所述退火工艺包括炉管退火、尖峰退火或快速热退火。可选的，所述热处理为在半导体衬底表面进行的半导体外延工艺。可选的，还包括：刻蚀所述半导体衬底至第二氮掺杂层表面，形成鳍部。可选的，刻蚀所述半导体衬底至第二氮掺杂层表面的方法包括：在所述半导体衬底表面形成硬掩膜层；在所述硬掩膜层表面形成图形化光刻胶层；以所述图形化光刻胶层为掩膜刻蚀所述硬掩膜层，形成图形化硬掩膜层；以所述图形化硬掩膜层为掩膜刻蚀所述半导体衬底至第二氮氧化硅层表面。可选的，刻蚀所述半导体衬底的方法包括：采用干法刻蚀工艺，刻蚀部分厚度的半导体衬底，然后采用湿法刻蚀工艺，继续刻蚀所述半导体衬底至第二氮氧化硅层表面。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案中，在半导体衬底内形成第一氮掺杂层、位于第一氮掺杂层表面的氧掺杂层以及在氧掺杂层表面形成第二氮掺杂层之后，再进行热处理，使氧掺杂层内的氧原子向第一氮掺杂层和第二氮掺杂层内扩散，形成第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层。由于氮化硅的扩散系数较低，所述第一氮掺杂层和第二氮掺杂层能够阻挡氧掺杂层内的氧离子扩散至半导体衬底的其他区域，使得氧掺杂层内的氧离子分布较为集中。同时在热处理过程中，第一氮掺杂层和第二氮掺杂层能够吸收扩散的氧离子，形成第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层，阻挡氧离子扩散至半导体衬底其他区域。并且，采用至少包括水等离子在内的含氧等离子体离子注入工艺形成所述氧掺杂层，由于水等离子体体系中，主要包括H2O+、HO+和O+这三种含氧离子，这三种含氧离子的质量数相差较小，在进行离子注入的过程中，在相同能量的情况下，三种含氧离子的速度以及注入深度接近，从而使得形成的氧掺杂层内的氧分布较为集中，提高形成的氧掺杂层的隔离性能。进一步，所述氧掺杂层包括第一氧掺杂层和位于所述第一氧掺杂层表面的第二氧掺杂层；采用第一水等离子体离子注入工艺形成所述第一氧掺杂层；采用氧气等离子体离子注入工艺在所述第一氧掺杂层表面形成第二氧掺杂层。氧气等离子体离子注入工艺采用氧气作为工作气体，氧浓度较高，与水等离子体离子注入相比，掺杂效率更高，可以提高形成氧掺杂层的效率。并且可以通过第一水等离子体离子注入形成第一氧掺杂层来抑制氧气等离子体离子注入工艺形成的第二氧掺杂层内的氧分布弥散问题。进一步，所述氧掺杂层还包括位于第二氧掺杂层表面的第三氧掺杂层，采用第二水等离子体离子注入工艺形成所述第三氧掺杂层。能够进一步抑制采用氧气等离子体离子注入形成第二氧掺杂层过程中的氧分布弥散。从而提高形成的氧掺杂层整体的氧分布均匀性。附图说明图1是本专利技术的现有技术的鳍式场效应晶体管的结构示意图；图2至图10是本专利技术的实施例的半导体结构的形成过程的结构示意图；具体实施方式绝缘体上硅衬底的结构包括：底层硅层、位于底层硅层表面的埋氧层以及位于埋氧层表面的顶层硅层。在绝缘提上硅衬底上形成半导体器件，可以有效减少半导体器件的漏电流，提高半导体器件的性能。可以通过离子注入工艺在体硅中注入氧离子而在体硅中形成埋氧层，从而形成绝缘体上硅结构，但是离子注入采用的离子注入机通常需要较长的时间才能达到形成埋氧层所需要的注入剂量，从而导致形成绝缘体上硅衬底的效率较低，且价格较为昂贵。而在等离子体注入工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成第一氮掺杂层；采用含氧等离子体离子注入工艺在第一氮掺杂层表面形成氧掺杂层，所述含氧等离子体至少包括水等离子体；在所述氧掺杂层上形成第二氮掺杂层；对所述半导体衬底进行热处理，使氧掺杂层内的氧原子向第一氮掺杂层和第二氮掺杂层内扩散，形成第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层。

【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：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成第一氮掺杂层；采用含氧等离子体离子注入工艺在第一氮掺杂层表面形成氧掺杂层，所述含氧等离子体至少包括水等离子体；在所述氧掺杂层上形成第二氮掺杂层；对所述半导体衬底进行热处理，使氧掺杂层内的氧原子向第一氮掺杂层和第二氮掺杂层内扩散，形成第一氮氧化硅层和第二氮氧化硅层。2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，仅采用水等离子体离子注入工艺形成所述氧掺杂层。3.根据权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述水等离子体离子注入采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为200nm～300nm，注入能量为60keV～300keV。4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氧掺杂层包括第一氧掺杂层和位于所述第一氧掺杂层表面的第二氧掺杂层；采用第一水等离子体离子注入工艺形成所述第一氧掺杂层；采用氧气等离子体离子注入工艺在所述第一氧掺杂层表面形成第二氧掺杂层。5.根据权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氧掺杂层还包括位于第二氧掺杂层表面的第三氧掺杂层，采用第二水等离子体离子注入工艺形成所述第三氧掺杂层。6.根据权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一水等离子体离子注入工艺采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为250nm～300nm，注入能量为60keV～300keV。7.根据权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氧气等离子体离子注入工艺采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为260nm～290nm，注入能量为60keV～300keV。8.根据权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二水
\t等离子体离子注入工艺采用的注入剂量为1017atom/cm2～1018atom/cm2，注入深度为200nm～250nm，注入能量为60keV～300keV。9.根据权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
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