【技术实现步骤摘要】
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
1、晶体管制造成本的不断降低和晶体管性能的不断提高是集成电路制造工艺发展的两大趋势。而降低晶体管的几何尺寸是降低晶体管制造成本和提高晶体管性能的最有效方法。但是这给栅极带来了等比例缩小的巨大挑战。
2、栅极氧化物与多晶硅栅极之间的界面处或该界面附近的电荷载流子的耗尽(多晶耗尽效应)已经严重影响了互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，缩写为cmos)器件的性能。多晶耗尽效应导致栅极电介质厚度的实质上增大，由此，对器件性能产生负面影响。随着栅极氧化物厚度的逐渐减小，多晶耗尽效应的影响变得越来越重要。
3、因此，现有技术形成的多晶硅栅极性能亟需提升。
技术实现思路
1、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，以提高形成的半导体结构的性能。
2、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：衬底；位于部分所述衬底表面的栅极层，所述栅极层包括第一栅材料层和位于所述第一栅材料层表面的第二栅材料层，所述第一栅材料层和所述第二栅材料层的材料均为多晶硅，所述第一栅材料层的晶粒尺寸小于所述第二栅极材料层的晶粒尺寸，所述第一栅材料层内具有第一掺杂浓度，所述第二栅材料层内具有第二掺杂浓度，所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度。
3、可选的，所述栅极层还包括：位于所述衬底表面的第三栅材料层，
4、可选的，还包括：位于所述衬底表面和所述栅极层之间的栅氧层。
5、相应的，本专利技术的技术方案提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底；采用第一低压化学气相沉积工艺，在所述衬底表面形成第一初始栅材料层，所述第一初始栅材料层的材料为多晶硅；采用第二低压化学气相沉积工艺，在所述第一初始栅材料层表面形成第二初始栅材料层，所述第二初始栅材料层的材料为多晶硅，所述第二初始栅材料层的晶粒尺寸大于所述第一初始栅材料层的晶粒尺寸，栅极材料层包括所述第一初始栅材料层和所述第二初始栅材料层；采用离子注入工艺向所述栅极材料层内注入掺杂离子，所述第一初始栅材料层内具有第一掺杂浓度，所述第二初始栅材料层内具有第二掺杂浓度；对所述栅极材料层进行退火处理，以降低所述栅极材料层内的缺陷，且使所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度；图形化所述栅极材料层，形成栅极层，所述栅极层包括第一栅材料层和第二栅材料层，以所述第一初始栅材料层形成第一栅材料层，以所述第二初始栅材料层形成第二栅材料层。
6、可选的，所述第一低压化学气相沉积工艺具有第一工艺温度；所述第二低压化学气相沉积工艺具有第二工艺温度，所述第二工艺温度大于所述第一工艺温度。
7、可选的，所述第一工艺温度范围为610℃至620℃；所述第二工艺温度的温度范围为615℃至625℃。
8、可选的，在形成所述第一初始栅材料层之前，还包括：采用第三低压化学气相沉积工艺，在所述衬底表面形成第三初始栅材料层，所述第三初始栅材料层的材料为无定形硅，所述栅极材料层还包括所述第三初始栅材料层，所述第一初始栅材料层形成于所述第三初始栅材料层表面；所述离子注入工艺还使所述第三初始栅材料层具有第三掺杂浓度；所述退火处理还使所述第三初始栅材料层的材料由无定形硅转变为多晶硅，且使所述第三初始栅材料层的晶粒尺寸小于所述第一初始栅材料层的晶粒尺寸，使所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；所述栅极层还包括第三栅材料层，以所述第三初始栅材料层形成所述第三栅材料层。
9、可选的，所述第三低压化学气相沉积工艺具有第三工艺温度，所述第三工艺温度小于所述第一工艺温度。
10、可选的，所述第三工艺温度的温度范围为500℃至610℃。
11、可选的，所述离子注入工艺的工艺参数包括：离子包括n型或p型导电离子。
12、可选的，在形成所述第一初始栅材料层之前，还在所述衬底表面形成栅氧材料层；以所述栅极层下的所述栅氧材料层为栅氧层。
13、相应的，本专利技术的技术方案还提供另一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底；采用第一低压化学气相沉积工艺和第一原位掺杂工艺，在所述衬底表面形成第一初始栅材料层，所述第一初始栅材料层的材料为多晶硅，且所述第一初始栅材料层内具有第一掺杂浓度；采用第二低压化学气相沉积工艺和第二原位掺杂工艺，在所述第一初始栅材料层表面形成第二初始栅材料层，所述第二初始栅材料层的材料为多晶硅，所述第二初始栅材料层的晶粒尺寸大于所述第一初始栅材料层的晶粒尺寸，且所述第二初始栅材料层内具有第二掺杂浓度，栅极材料层包括所述第一初始栅材料层和所述第二初始栅材料层；对所述栅极材料层进行退火处理，以降低所述栅极材料层内的缺陷，且使所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度；图形化所述栅极材料层，形成栅极层，所述栅极层包括第一栅材料层和第二栅材料层，以所述第一初始栅材料层形成第一栅材料层，以所述第二初始栅材料层形成第二栅材料层。
14、可选的，所述第一低压化学气相沉积工艺具有第一工艺温度；所述第二低压化学气相沉积工艺具有第二工艺温度，所述第二工艺温度大于所述第一工艺温度。
15、可选的，所述第一工艺温度范围为610℃至620℃；所述第二工艺温度的温度范围为615℃至625℃。
16、可选的，在形成所述第一初始栅材料层之前，还包括：采用第三低压化学气相沉积工艺和第三原位掺杂工艺，在所述衬底表面形成第三初始栅材料层，所述第三初始栅材料层的材料为无定形硅，所述栅极材料层还包括所述第三初始栅材料层，所述第三初始栅材料层内具有第三掺杂浓度，所述第一初始栅材料层形成于所述第三初始栅材料层表面；所述退火处理还使所述第三初始栅材料层的材料由无定形硅转变为多晶硅，且使所述第三初始栅材料层的晶粒尺寸小于所述第一初始栅材料层的晶粒尺寸，使所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；所述栅极层还包括第三栅材料层，以所述第三初始栅材料层形成所述第三栅材料层。
17、可选的，所述第三低压化学气相沉积工艺具有第三工艺温度，所述第三工艺温度小于所述第一工艺温度。
18、可选的，所述第三工艺温度的温度范围为500℃至610℃。
19、可选的，在形成所述第一初始栅材料层之前，还在所述衬底表面形成栅氧材料层；以所述栅极层下的所述栅氧材料层形成栅氧层。
20、现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
21、本专利技术技术方案提供的半导体结构的形成方法中，形成的栅极材料层包括第一初始栅材料层和第二初始栅材料层，第一初始栅材料层的晶粒尺寸小于第二初始栅材料层的晶粒尺寸，图形化所述栅极材料层，形成栅极层，从而使最终形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述栅极层还包括：位于所述衬底表面的第三栅材料层，所述第一栅材料层位于所述第三栅材料层表面，所述第三栅材料层的材料为多晶硅，且所述第三栅材料层的晶粒尺寸小于所述第一栅材料层的晶粒尺寸，所述第三栅材料层内具有第三掺杂浓度，所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。
3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于所述衬底表面和所述栅极层之间的栅氧层。
4.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一低压化学气相沉积工艺具有第一工艺温度；所述第二低压化学气相沉积工艺具有第二工艺温度，所述第二工艺温度大于所述第一工艺温度。
6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一工艺温度范围为610℃至620℃；所述第二工艺温度的温度范围为615℃至625℃。
7.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，在形成所述第一初始栅材料层之前，还包括：采用第三
8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三低压化学气相沉积工艺具有第三工艺温度，所述第三工艺温度小于所述第一工艺温度。
9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三工艺温度的温度范围为500℃至610℃。
10.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述离子注入工艺的工艺参数包括：离子包括N型或P型导电离子。
11.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在形成所述第一初始栅材料层之前，还在所述衬底表面形成栅氧材料层；以所述栅极层下的所述栅氧材料层为栅氧层。
12.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
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，所述第一低压化学气相沉积工艺具有第一工艺温度；所述第二低压化学气相沉积工艺具有第二工艺温度，所述第二工艺温度大于所述第一工艺温度。
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，所述第一工艺温度范围为610℃至620℃；所述第二工艺温度的温度范围为615℃至625℃。
15.如权利要求13所述的半导体结构的形成方法，在形成所述第一初始栅材料层之前，还包括：采用第三低压化学气相沉积工艺和第三原位掺杂工艺，在所述衬底表面形成第三初始栅材料层，所述第三初始栅材料层的材料为无定形硅，所述栅极材料层还包括所述第三初始栅材料层，所述第三初始栅材料层内具有第三掺杂浓度，所述第一初始栅材料层形成于所述第三初始栅材料层表面；所述退火处理还使所述第三初始栅材料层的材料由无定形硅转变为多晶硅，且使所述第三初始栅材料层的晶粒尺寸小于所述第一初始栅材料层的晶粒尺寸，使所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；所述栅极层还包括第三栅材料层，以所述第三初始栅材料层形成所述第三栅材料层。
16.如权利要求15所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三低压化学气相沉积工艺具有第三工艺温度，所述第三工艺温度小于所述第一工艺温度。
17.如权利要求16所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三工艺温度的温度范围为500℃至610℃。
18.如权利要求15所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在形成所述第一初始栅材料层之前，还在所述衬底表面形成栅氧材料层；以所述栅极层下的所述栅氧材料层形成栅氧层。
...【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述栅极层还包括：位于所述衬底表面的第三栅材料层，所述第一栅材料层位于所述第三栅材料层表面，所述第三栅材料层的材料为多晶硅，且所述第三栅材料层的晶粒尺寸小于所述第一栅材料层的晶粒尺寸，所述第三栅材料层内具有第三掺杂浓度，所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。
3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于所述衬底表面和所述栅极层之间的栅氧层。
4.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一低压化学气相沉积工艺具有第一工艺温度；所述第二低压化学气相沉积工艺具有第二工艺温度，所述第二工艺温度大于所述第一工艺温度。
6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一工艺温度范围为610℃至620℃；所述第二工艺温度的温度范围为615℃至625℃。
7.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，在形成所述第一初始栅材料层之前，还包括：采用第三低压化学气相沉积工艺，在所述衬底表面形成第三初始栅材料层，所述第三初始栅材料层的材料为无定形硅，所述栅极材料层还包括所述第三初始栅材料层，所述第一初始栅材料层形成于所述第三初始栅材料层表面；所述离子注入工艺还使所述第三初始栅材料层具有第三掺杂浓度；所述退火处理还使所述第三初始栅材料层的材料由无定形硅转变为多晶硅，且使所述第三初始栅材料层的晶粒尺寸小于所述第一初始栅材料层的晶粒尺寸，使所述第三掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度；所述栅极层还包括第三栅材料层，以所述第三初始栅材料层形成所述第三栅材料层。
8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三低压化学气相沉积工艺具有第三工艺温度，所述第三工艺温度小于所述第一工艺温度。
9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三工艺温度的温度范围为500℃至610℃。
10.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：王耀庭，许凯，高大为，吴永玉，
申请(专利权)人：浙江创芯集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：
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