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，其中结构包括：基底；位于所述基底上的功函数层，所述功函数层内含有铝元素，所述功函数层包括相对的第一面和第二面，所述第一面与基底表面的距离小于第二面与基底表面的距离，且沿着第一面到第二面的方向，所述功函数层内铝原子的摩尔百分比浓度减小。由于底部的功函数层铝原子的摩尔百分比浓度越高，越有利于降低形成的器件的阈值电压，使得在不改变功函数层厚度的情况下，提高调整器件阈值电压的能力。同时，顶部的功函数层铝原子的摩尔百分比浓度较低，有利于降低铝原子在功函数层内聚积的几率。所述结构能够提高调整器件阈值电压的能力，从而提高形成的半导体结构的性能。的半导体结构的性能。的半导体结构的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路制造技术的发展，集成电路的集成度不断增加，集成电路的特征尺寸也不断减小。且随着半导体器件向高密度和小尺寸发展，金属氧化物半导体器件(Metal Oxide Semiconductor，MOS)成为集成电路中的主要驱动力，MOS晶体管的性能直接影响集成电路整体性能，并且在MOS结构的各项参数内，阈值电压(Vt)是MOS晶体管的重要控制参数。
[0003]在现有制备的具有不同阈值电压的多个半导体器件的制备过程中，往往通过对各个半导体器件的栅氧化层、沟道区域、阱区域、源极以及漏极进行不同类型、能量以及剂量的离子掺杂的方式，或者在导体器件内形成不同厚度的功函数层的方式以调整各个半导体器件的阈值电压。
[0004]然而，随着半导体尺寸逐渐较小，没有足够的填充功函数层的空间，难以通过增加功函数层的厚度来调整阈值电压到达预定值，从而使得器件性能下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法，提高调整器件阈值电压的能力，以提高形成的半导体结构的性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种半导体结构，包括：基底；位于所述基底上的功函数层，所述功函数层内含有铝元素和氧元素，所述功函数层包括相对的第一面和第二面，所述第一面与基底表面的距离小于第二面与基底表面的距离，且沿着第一面到第二面的方向，所述功函数层内铝原子的摩尔百分比浓度减小，所述功函数层内氧原子的摩尔百分比浓度减小。
[0007]可选的，所述功函数层包括第一功函数部和位于第一功函数部上的第二功函数部，且所述第一功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度范围为70％至90％，第二功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度范围为50％至70％。
[0008]可选的，所述功函数层还包括：位于第一功函数部和第二功函数部之间的第三功函数部，所述第三功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度范围为60％至80％。
[0009]可选的，所述功函数层的材料包括：钛铝化合物、钛铝碳化合物或钛铝氧化合物。
[0010]可选的，所述功函数层的厚度范围为20埃至100埃。
[0011]可选的，还包括：位于功函数层表面的阻挡层；位于功函数层和基底之间的保护层；位于所述保护层和基底之间的高K介质层。
[0012]可选的，所述功函数层和保护层相接触界面处的氧原子的摩尔百分比浓度范围为5％至50％；所述功函数层和阻挡层相接触界面处的氧原子的摩尔百分比浓度范围为0％至5％。
[0013]可选的，所述阻挡层的材料包括：含钽的氮化物；所述保护层的材料包括：含钛的氮化物；所述高K介质层的材料包括氧化铪、氧化锆、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝。
[0014]相应的，本专利技术技术方案还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成功函数层，所述功函数层内含有铝元素和氧元素，所述功函数层包括相对的第一面和第二面，所述第一面与基底表面的距离小于第二面与基底表面的距离，且沿着第一面到第二面的方向，所述功函数层内铝原子的摩尔百分比浓度减小，所述功函数层内氧原子的摩尔百分比浓度减小。
[0015]可选的，在形成所述功函数层前，在所述基底表面形成高K介质层；在所述高K介质层表面形成保护层；形成所述保护层之后，在所述保护层表面形成所述功函数层；形成所述功函数层之后，在所述功函数层表面形成阻挡层。
[0016]可选的，在同一反应腔室内，形成所述功函数层和所述阻挡层。
[0017]可选的，所述功函数层的材料包括：钛铝化合物、钛铝碳化合物或钛铝氧化合物。
[0018]可选的，所述功函数层的形成方法包括：进行若干次第一处理，在所述基底上形成第一功函数部；进行若干次第二处理，在所述第一功函数部上形成第二功函数部，且所述第一功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度大于第二功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度。
[0019]可选的，所述第一功函数部的厚度范围为5埃至50埃；所述第一处理的次数范围为1次至10次。
[0020]可选的，所述第二功函数部的厚度范围为5埃至50埃；所述第二处理的次数范围为1次至10次。
[0021]可选的，所述功函数层的形成方法还包括：形成第一功函数部之后，形成第二功函数部之前，进行若干次第三处理，在所述第一功函数部表面形成第三功函数部，所述第三功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度小于第一功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度，且大于第二功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度。
[0022]可选的，所述第一处理的方法包括：采用第一通气工艺向基底表面通入第一气体，形成第一前驱体膜；采用第二通气工艺通入第二气体，所述第二气体与所述第一前驱体膜反应形成第一功函数材料膜。
[0023]可选的，所述第一通气工艺包括：第一通气阶段，通入所述第一气体；第一抽气阶段，去除未吸附的第一气体；所述第二通气工艺包括：第二通气阶段，通入所述第二气体；第二抽气阶段，去除未与所述第一前驱体膜反应的第二气体。
[0024]可选的，所述第一通气工艺的参数包括：所述第一气体包括含钛气体，所述第一气体的通入流量为0标准毫升/分钟至1000标准毫升/分钟，所述第一通气阶段的时间为0至60秒；所述第二通气工艺的参数包括：所述第二气体包括含铝的气体，所述第二气体的通入流量为0标准毫升/分钟至6000标准毫升/分钟，所述第二通气阶段的时间为20秒至60秒。
[0025]可选的，所述第二处理的方法包括：采用第三通气工艺向基底表面通入第一气体，形成第二前驱体膜；采用第四通气工艺通入第二气体，所述第二气体与所述第二前驱体膜反应形成第二功函数材料膜。
[0026]可选的，所述第三通气工艺包括：第三通气阶段，通入所述第一气体；第三抽气阶
段，去除未吸附的第一气体；所述第四通气工艺包括：第四通气阶段，通入所述第二气体；第四抽气阶段，去除未与所述第二前驱体膜反应的第二气体。
[0027]可选的，所述第三通气工艺的参数包括：所述第一气体包括含钛气体，所述第一气体的通入流量为0标准毫升/分钟至1000标准毫升/分钟，所述第三通气阶段的时间为0至60秒；所述第四通气工艺的参数包括：所述第二气体包括含铝的气体，所述第二气体的通入流量为0标准毫升/分钟至6000标准毫升/分钟，所述第四通气阶段的时间为10秒至50秒。
[0028]可选的，所述第三处理的方法包括：采用第五通气工艺向基底表面通入第一气体，形成第三前驱体膜；采用第六通气工艺通入第二气体，所述第二气体与所述第三前驱体膜反应形成第三功函数材料膜。
[0029]可选的，所述第五通气工艺包括：第五通气阶段，通入所述第一气体；第五抽气阶段，去除未吸附的第一气体；所述第六通气工艺包括：第六通气阶段，通入所述第二气体；第六抽气阶段，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：基底；位于所述基底上的功函数层，所述功函数层内含有铝元素和氧元素，所述功函数层包括相对的第一面和第二面，所述第一面与基底表面的距离小于第二面与基底表面的距离，且沿着第一面到第二面的方向，所述功函数层内铝原子的摩尔百分比浓度减小，所述功函数层内氧原子的摩尔百分比浓度减小。2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述功函数层包括第一功函数部和位于第一功函数部上的第二功函数部，且所述第一功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度范围为70％至90％，第二功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度范围为50％至70％。3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述功函数层还包括：位于第一功函数部和第二功函数部之间的第三功函数部，所述第三功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度范围为60％至80％。4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述功函数层的材料包括：钛铝化合物、钛铝碳化合物或钛铝氧化合物。5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述功函数层的厚度范围为20埃至100埃。6.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于功函数层表面的阻挡层；位于功函数层和基底之间的保护层；位于所述保护层和基底之间的高K介质层。7.如权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述功函数层和保护层相接触界面处的氧原子的摩尔百分比浓度范围为5％至50％；所述功函数层和阻挡层相接触界面处的氧原子的摩尔百分比浓度范围为0％至5％。8.如权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述阻挡层的材料包括：含钽的氮化物；所述保护层的材料包括：含钛的氮化物；所述高K介质层的材料包括氧化铪、氧化锆、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝。9.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成功函数层，所述功函数层内含有铝元素和氧元素，所述功函数层包括相对的第一面和第二面，所述第一面与基底表面的距离小于第二面与基底表面的距离，且沿着第一面到第二面的方向，所述功函数层内铝原子的摩尔百分比浓度减小，所述功函数层内氧原子的摩尔百分比浓度减小。10.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在形成所述功函数层前，在所述基底表面形成高K介质层；在所述高K介质层表面形成保护层；形成所述保护层之后，在所述保护层表面形成所述功函数层；形成所述功函数层之后，在所述功函数层表面形成阻挡层。11.如权利要求10所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在同一反应腔室内，形成所述功函数层和所述阻挡层。12.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述功函数层的材料包括：钛铝化合物、钛铝碳化合物或钛铝氧化合物。13.如权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述功函数层的形成方
法包括：进行若干次第一处理，在所述基底上形成第一功函数部；进行若干次第二处理，在所述第一功函数部上形成第二功函数部，且所述第一功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度大于第二功函数部内的铝原子的摩尔百分比浓度。14.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一功函数部的厚度范围为5埃至50埃；所述第一处理的次数范围为1次至10次。15.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二功函数部的厚度范围为5埃至50埃；所述第二处理的次数范围为1次至10次。16.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述功函数层的形成方法还包括：形成第一功函数部之后，形成第二功函数部之前，...

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