半导体结构及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。
【背景技术】
[0002]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M0S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(Fin FET)作为一种多栅器件得到了广泛的关注。
[0003]现有技术中一般采用都是晶面为(100)的晶圆作为形成晶体管的半导体衬底，晶面(100)的晶圆表面界面态密度较小，缺陷较少。而鳍式场效应晶体管的鳍部一般通过刻蚀半导体衬底形成，在刻蚀所述晶面为(100)的晶圆形成鳍部后，所述鳍部的侧壁与半导体衬底表面垂直或接近垂直，使得所述鳍部的侧壁晶面为(110)晶面。所述鳍式场效应晶体管的栅极结构横跨所述鳍部，覆盖部分鳍部的顶部表面以及侧壁，从而使得鳍部的部分侧壁以及顶部表面作为鳍式场效应晶体管的沟道区域。
[0004]现有技术采用晶面为(100)的半导体衬底形成的N型鳍式场效应晶体管的开关速率较低，工作频率降低，所述N型鳍式场效应晶体管的性能有待进一步的提高。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供半导体结构及其形成方法，提高形成的N型鳍式场效应晶体管的性能。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种半导体结构形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底包括NFET区域和PFET区域，所述NFET区域上形成有第一鳍部，PFET区域上形成有第二鳍部，所述半导体衬底上还形成有隔离层，所述隔离层表面低于第一鳍部、第二鳍部的顶部表面，且覆盖第一鳍部的部分侧壁、第二鳍部的部分侧壁，在隔离层上形成覆盖部分第一鳍部和部分第二鳍部的介质层，所述介质层的表面高于第一鳍部和第二鳍部的顶部表面，所述介质层内具有位于NFET区域上的第一凹槽和位于PFET区域上的第二凹槽，所述第一凹槽暴露出部分第一鳍部和第一鳍部两侧的部分隔离层，所述第二凹槽暴露出部分第二鳍部和第二鳍部两侧的部分隔离层；在所述第一凹槽底部的第一鳍部表面形成第一界面层，在第二凹槽底部的第二鳍部表面形成第二界面层；对所述第一界面层进行缺陷修复离子掺杂；在第一凹槽内的第一界面层表面形成第一栅极结构、在第二凹槽内的第二界面层表面形成第二栅极结构。
[0007]可选的，所述缺陷修复离子为N。
[0008]可选的，采用去耦等离子体氮化工艺对所述第一界面层进行缺陷修复离子掺杂。
[0009]可选的，所述缺陷修复离子位于第一界面层与第一鳍部界面处。
[0010]可选的，所述缺陷修复离子的掺杂浓度为lE12atom/cm3?lE13atom/cm3。
[0011]可选的，所述第一界面层的材料为氧化硅，所述第二界面层的材料为氧化硅，，所述半导体衬底的晶面为(100)。
[0012]可选的，采用热氧化工艺同时形成所述第一界面层和第二界面层。
[0013]可选的，所述第一栅极结构包括:第一栅介质层、位于第一栅介质层表面的第一栅极；所述第二栅极结构包括:第二栅介质层、位于第二栅介质层表面的P型功函数层、位于所述P型功函数层表面的第二栅极。
[0014]可选的，所述第一栅极结构还包括位于第一栅介质层与第一栅极之间的第一盖帽层，所述第二栅极结构还包括位于第二栅介质层与P型功函数层之间的第二盖帽层。
[0015]可选的，形成所述第一栅极结构和第二栅极结构的方法包括:形成所述第一界面层和第二界面层之后，在所述第一凹槽内壁表面、第二凹槽内壁表面以及介质层表面依次形成栅介质材料层、位于栅介质材料层表面的盖帽材料层、位于盖帽材料层表面的P型功函数材料层；去除介质层表面的P型功函数材料层、盖帽材料层和栅介质材料层，形成位于第一凹槽内的第一栅介质层、第一盖帽层、P型功函数层，位于第二凹槽内的第二栅介质层、第二盖帽层、P型功函数层；形成填充满所述第二凹槽并覆盖PFET区域上的介质层的掩膜层，以所述掩膜层为掩膜，去除第一凹槽内的P型功函数层；去除所述掩膜层之后，形成填充满所述第一凹槽的第一栅极和填充满第二凹槽的第二栅极。
[0016]可选的，所述栅介质材料层的材料为氧化铪、氧化锆、硅氧化铪、铝硅氧化铪或氧化铝，所述盖帽材料层的材料为氮化钛或钛，所述P型功函数材料层的材料为氮化钛或氮化钽，所述第一栅极和第二栅极的材料为铝、钨、钛、钽、氮化钛、金、铜或银。
[0017]可选的，在去除第一凹槽内的P型功函数层之前，以所述掩膜层为掩膜，对所述第一凹槽内的第一界面层进行缺陷修复离子掺杂。
[0018]可选的，在去除第一凹槽内的P型功函数层之后，去除所述掩膜层之前，对所述第一凹槽内的第一界面层进行缺陷修复离子掺杂。
[0019]可选的，所述掩膜层的材料为光刻胶。
[0020]可选的，在对所述第一界面层进行缺陷修复离子掺杂之后，进行退火处理。
[0021]可选的，去除所述掩膜层之后，形成第一栅极和第二栅极之前，进行退火处理。
[0022]可选的，所述退火处理采用炉管退火、快速热退火、激光尖峰退火或闪光退火工艺。
[0023]可选的，所述退火处理的温度为600°C?1200°C。
[0024]可选的，形成所述介质层、第一凹槽和第二凹槽的方法包括:形成横跨第一鳍部的第一伪栅结构和横跨第二鳍部的第二伪栅结构，所述第一伪栅结构覆盖部分隔离层，以及第一鳍部顶部和侧壁、所述第二伪栅结构覆盖部分隔离层、第二鳍部顶部和侧壁；在所述隔离层上形成介质层，所述介质层覆盖第一鳍部和第二鳍部，且所述介质层的表面与第一伪栅结构、第二伪栅结构的顶部表面齐平；去除所述第一伪栅结构和第二伪栅结构，在NFET区域上形成第一凹槽，在PFET区域上形成第二凹槽。
[0025]为解决上述问题，本发明的实施例还提供一种采用上述方法形成的半导体结构，包括:包括:半导体衬底，所述半导体衬底包括NFET区域和PFET区域，所述NFET区域上形成有第一鳍部，PFET区域上形成有第二鳍部，所述半导体衬底上还形成有隔离层，所述隔离层表面低于第一鳍部、第二鳍部的顶部表面，且覆盖第一鳍部的部分侧壁、第二鳍部的部分侧壁；位于隔离层上的覆盖部分第一鳍部和部分第二鳍部的介质层，所述介质层的表面高于第一鳍部和第二鳍部的顶部表面，所述介质层内具有位于NFET区域上的第一凹槽和位于PFET区域上的第二凹槽，所述第一凹槽暴露出部分第一鳍部和第一鳍部两侧的部分隔离层，所述第二凹槽暴露出部分第二鳍部和第二鳍部两侧的部分隔离层；位于所述第一凹槽底部的第一鳍部表面的第一界面层，在第二凹槽底部的第二鳍部表面的第二界面层，所述第一界面层内掺杂有缺陷修复离子；位于所述第一凹槽内的第一界面层表面的第一栅极结构、位于第二凹槽内的第二界面层表面的第二栅极结构。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明的技术方案中，所述半导体衬底上具有第一鳍部和第二鳍部，所述半导体衬底上还具有隔离层，所述隔离层表面低于第一鳍部和第二鳍部的顶部表面；在隔离层上形成介质层，所述介质层具有暴露出部分第一鳍部的第一凹槽和暴露部分第二鳍部的第二凹槽；在所述第一凹槽底部的第一鳍部表面形成第一界面层，在第二凹槽底部的第二鳍部表面形成第二界面层。然后，对所述第一界面层进行缺陷修复离子掺杂。所述缺陷修复离子可以修复所述第一界面层与第一鳍部界面上的缺陷，降低所述第一界面层与第一鳍部界面上的界面态密度，从而提高所述第一鳍部内的电子载流子迁移率，进而提高形成的N型鳍式场效应晶体管的性能。
[0028]进一步的，所述缺陷修复离子为N离子，采用去耦等离子体氮化工艺对所述第一界面层进行所述缺陷修复离子掺杂，由于所述去耦等离子体氮化工艺中，氮等离子体的能量较弱，在氮化过程中，对第一界面层不会造成损伤。
[0029]进一步的，在所述第一界面层上依次形成第一栅介质层、第一盖帽层和P型功函数层，在第二界面上依次形成第二栅介质层、第二盖帽层和P型功函数层之后，在所述PFET区域上形成掩膜层，以所述掩膜层为掩膜，对所述第一界面层进行缺陷修复离子注入，并且以所述掩膜层为掩膜，去除第一界面层上的P型功函数层。所述缺陷修复离子注入可以与去除第一界面层上的P型功函数层采用同一掩膜层，不需要额外形成掩膜层，可以节约工艺步骤，节约工艺成本。
[0030]本发明的技术方案的半导体结构中，所述第一鳍部表面的第一界面层内具有缺陷修复离子，所述缺陷修复离子能够修复所述第一界面层与第一鳍部界面上的缺陷，减少界面态，从而提高所述第一鳍部内的电子迁移率，从而提高所述NFET区域上形成的N型鳍式场效应晶体管的性能，从而提高N型鳍式场效应晶体管与P型鳍式场效应晶体管构成的CMOS晶体管性能。
【附图说明】
[0031]图1至图14是本发明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】
[0032]如【背景技术】中所述，现有技术形成的N型鳍式场效应晶体管的性能有待进一步的提闻。
[0033]由于现有基本半导体技术中，多采用晶面为(100)的晶圆作为形成晶体管的半导体衬底。而刻蚀所述晶面为(100)的晶圆形成的鑛部的侧壁为(110)晶面，(110)晶面上电子的有效质量较大，在(110)晶面上电子的迁移率下降，并且(110)晶面上存在较多的晶格位错、表面粗糙度较高，使得(110)晶面上的界面态密度较大，容易捕获电子，从而导致电子的迁移率下降，从而影响N型鳍式场效应晶体管的性能。
[0034]由于鳍式场效应晶体管的沟道区域中，侧壁占