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，所述半导体结构的形成方法包括：提供半导体衬底；在半导衬底表面形成具有开口的掩膜层；沿所述开口刻蚀半导体衬底，形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和开口内的隔离层，所述隔离层表面与掩膜层表面齐平；去除掩膜层，形成第二凹槽；在第二凹槽内形成表面低于隔离层表面的第一锗硅层；在第一锗硅层表面形成填充满第二凹槽且覆盖隔离层的无定形锗硅层；采用固相外延生长工艺，使第一锗硅层表面的部分无定形锗硅层转变为第三锗硅层；以隔离层作为停止层，对无定形锗硅层和第三锗硅层进行平坦化；回刻蚀所述隔离层，使隔离层表面低于第三锗硅层表面。上述方法可以提高半导体结构的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。
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，来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(CD，CriticalDimension)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)作为常规器件的替代得到了广泛的关注。所述鳍式场效应晶体管通常包括鳍部，以及横跨鳍部的栅极结构和位于栅极结构两侧的鳍部内的源漏极。为了进一步提高半导体器件的性能，半导体材料锗也得到了广泛的应用。与硅相比，锗具有更高的电子和空穴迁移率，从而应用在半导体器件上，特别是作为晶体管的沟道区域材料，能够有效提高半导体器件的性能。采用含锗半导体材料，例如锗硅，形成鳍式场效应晶体管能够有效提高晶体管的性能。现有技术中用锗硅材料形成鳍式场效应晶体管的鳍部，鳍部不同位置处的锗浓度都相同，不能满足不同晶体管的需求，鳍式场效应晶体管的性能还有待进一步的提高。
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，提高所述半导体结构的性能，以提高在所述半导体结构基础上形成的鳍式场效应晶体管的性能。为解决上述问题，本专利技术的技术方案提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供半导体衬底；在半导衬底表面形成具有开口的掩膜层，暴露出半导体衬底的部分表面；沿所述开口刻蚀半导体衬底，在半导体衬底内形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和开口内的隔离层，所述隔离层表面与掩膜层表面齐平；去除所述掩膜层，形成第二凹槽；在第二凹槽内形成第一锗硅层，所述第一锗硅层表面低于隔离层表面；在第一锗硅层表面形成填充满第二凹槽且覆盖隔离层的无定形锗硅层；采用固相外延生长工艺，使第一锗硅层表面的部分无定形锗硅层转变为第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面；以隔离层作为停止层，对无定形锗硅层和第三锗硅层进行平坦化；回刻蚀所述隔离层，使隔离层表面低于第三锗硅层表面。可选的，所述第一锗硅层内的锗浓度与第三锗硅层内的锗浓度不同。可选的，所述第一锗硅层内的锗浓度范围为15％～45％，第三锗硅层内的锗浓度范围为25％～35％。可选的，采用选择性外延工艺形成所述第一锗硅层。可选的，所述第一锗硅层的高度为第二凹槽深度的1/3～1/2。可选的，采用化学气相沉积工艺形成所述无定形锗硅层。可选的，所述化学气相沉积工艺采用的硅源气体为SiH4或者SiH2Cl2，锗源气体为GeH4，温度为400℃～600℃，压强为5Torr～100Torr。可选的，所述固相外延生长工艺的生长温度为600℃～800℃。本专利技术的技术方案还提供一种采用上述方法形成的半导体结构，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的第一凹槽；位于第一凹槽内的隔离层，且所述隔离层表面高于半导体衬底表面；位于相邻隔离层之间的半导体衬底表面的第一锗硅层；位于第一锗硅层表面的第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面。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：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在半导衬底表面形成具有开口的第一掩膜层，暴露出半导体衬底的第一区域和第二区域的部分表面；沿所述开口刻蚀半导体衬底，在半导体衬底的第一区域和第二区域内形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和开口内的隔离层，所述隔离层表面与第一掩膜层表面齐平；去除第一掩膜层，在第一区域形成第二凹槽，在第二区域形成第三凹槽；形成覆盖半导体衬底第一区域的第二掩膜层；在第三凹槽内形成第一锗硅层，第一锗硅层表面低于隔离层表面；去除第二掩膜层后，形成覆盖半导体衬底第二区域的第三掩膜层；在第二凹槽内形成第二锗硅层，第二锗硅层表面低于隔离层表面；去除第三掩膜层，在所述第一锗硅层、第二锗硅层表面形成无定形锗硅层，所述无定形锗硅层填充满所述第二凹槽、第三凹槽，且覆盖所述隔离层；采用固相外延生长工艺，使第一锗硅层、第二锗硅层表面的部分无定形锗硅层转变为第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面；以隔离层作为停止层，对无定形锗硅层和第三锗硅层进行平坦化；回刻蚀所述隔离层，使隔离层表面低于第三锗硅层表面。可选的，所述第一锗硅层内的锗浓度高于第三锗硅层内的锗浓度，第二锗硅层内的锗浓度低于第三锗硅层内的锗浓度。可选的，所述第一锗硅层内的锗浓度范围为35～45％，第二锗硅层内的锗浓度范围为15～25％，第三锗硅层内的锗浓度范围为25～35％。可选的，采用选择性外延工艺形成所述第一锗硅层、第二锗硅层。可选的，所述第一锗硅层的高度为第三凹槽深度的1/3～1/2；所述第二锗硅层的高度为第二凹槽深度的1/3～1/2。可选的，采用化学气相沉积工艺形成所述无定形锗硅层。可选的，所述化学气相沉积工艺采用的硅源气体为SiH4或者SiH2Cl2，锗源气体为GeH4，温度为400℃～600℃，压强为5Torr～100Torr。可选的，所述固相外延生长工艺的生长温度为600℃～800℃。可选的，所述第二掩膜层的形成方法包括：形成覆盖隔离层以及半导体衬底的第二掩膜材料层；在所述第二掩膜材料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，刻蚀所述第二掩膜材料层，去除位于半导体衬底第二区域上的第二掩膜材料层，暴露出第二区域的隔离层和半导体衬底，形成覆盖第一区域的第二掩膜层。可选的，所述第三掩膜层的形成方法包括：形成覆盖隔离层以及半导体衬底的第三掩膜材料层；在所述第三掩膜材料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，刻蚀所述第三掩膜材料层，去除位于半导体衬底第一区域上的第三掩膜材料层，暴露出第一区域的隔离层和半导体衬底，形成覆盖第二区域的第三掩膜层。本专利技术的技术方案还提供另一种采用上述方法形成的半导体结构，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；位于半导体衬底的第一区域和第二区域内的第一凹槽；位于第一凹槽内的隔离层，所述隔离层表面高于半导体衬底表面；位于相邻隔离层之间的半导体衬底第一区域表面的第二锗硅层；位于相邻隔离层之间的半导体衬底第二区域表面的第一锗硅层；位于所述第一锗硅层和第二锗硅层表面的第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面。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，在半导体衬底上形成在第一锗硅层，然后在所述第一锗硅层表面形成无定形锗硅层之后，再通过固相外延工艺使位于第一锗硅层表面的部分无定形锗硅层转变为第三锗硅层，所述第一锗硅层和第三锗硅层作为鳍部的一部分。固相外延生长过程中，位于无定形锗硅层内的原子首先会填补第一锗硅层表面的晶格缺陷位置，使得第一锗硅层顶部的尖角消失，形成平整的界面，界面上的缺陷较少，可以提高第一锗硅层和第三锗硅层内的载流子迁移率，进而提高所述半导体结构的性能。进一步，所述第一锗硅层与第三锗硅层的锗浓度不一样，通过调整所述第一锗硅层和第三锗硅层内的锗浓度，可以使得鳍部满足不同性能晶体管的需求，进一步提高在此基础上形成的鳍式场效应晶体管的性能。本专利技术的技术方案中，还提供一种半导体结构的形成方法，在半导体衬底的第一区域上形成第二锗硅层，第二区域上形成第一锗硅层，然后本文档来自技高网...

【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；在半导衬底表面形成具有开口的掩膜层，暴露出半导体衬底的部分表面；沿所述开口刻蚀半导体衬底，在半导体衬底内形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和开口内的隔离层，所述隔离层表面与掩膜层表面齐平；去除所述掩膜层，形成第二凹槽；在第二凹槽内形成第一锗硅层，所述第一锗硅层表面低于隔离层表面；在第一锗硅层表面形成填充满第二凹槽且覆盖隔离层的无定形锗硅层；采用固相外延生长工艺，使第一锗硅层表面的部分无定形锗硅层转变为第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面；以隔离层作为停止层，对无定形锗硅层和第三锗硅层进行平坦化；回刻蚀所述隔离层，使隔离层表面低于第三锗硅层表面。

【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；在半导衬底表面形成具有开口的掩膜层，暴露出半导体衬底的部分表面；沿所述开口刻蚀半导体衬底，在半导体衬底内形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和开口内的隔离层，所述隔离层表面与掩膜层表面齐平；去除所述掩膜层，形成第二凹槽；在第二凹槽内形成第一锗硅层，所述第一锗硅层表面低于隔离层表面；在第一锗硅层表面形成填充满第二凹槽且覆盖隔离层的无定形锗硅层；采用固相外延生长工艺，使第一锗硅层表面的部分无定形锗硅层转变为第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面；以隔离层作为停止层，对无定形锗硅层和第三锗硅层进行平坦化；回刻蚀所述隔离层，使隔离层表面低于第三锗硅层表面。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，所述第一锗硅层内的锗浓度与第三锗硅层内的锗浓度不同。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，所述第一锗硅层内的锗浓度范围为15％～45％，第三锗硅层内的锗浓度范围为25％～35％。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，采用选择性外延工艺形成所述第一锗硅层。5.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，所述第一锗硅层的高度为第二凹槽深度的1/3～1/2。6.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，采用化学气相沉积工艺形成所述无定形锗硅层。7.根据权利要求6所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述化学气相沉积工艺采用的硅源气体为SiH4或者SiH2Cl2，锗源气体为GeH4，温度为400℃～600℃，压强为5Torr～100Torr。8.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，所述固相外延生长工艺的生长温度为600℃～800℃。9.采用权利要求1至8中任一权利要求所述的方法所形成的半导体结构，其特征在于，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的第一凹槽；位于第一凹槽内的隔离层，且所述隔离层表面高于半导体衬底表面；位于相邻隔离层之间的半导体衬底表面的第一锗硅层；位于第一锗硅层表面的第三锗硅层，所述第三锗硅层表面高于隔离层表面。10.一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，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域；在半导衬底表面形成具有开口的第一掩膜层，暴露出半导体衬底的第一区域和第二区域的部分表面；沿所述开口刻蚀半导体衬底，在半导体衬底的第一区域和第二区域内形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和开口内的隔离层，所述隔离层表面与第一掩膜层表面齐平；去除第一掩膜层，在第一区域形成第二凹槽，在第二区域形成第三凹槽；形成覆盖半导体衬底第一区域的第二掩膜层；在第三凹槽内形成第一锗硅层，第一锗硅层表面低于隔离层表面；去除第二掩膜层后，形成覆盖半导体衬底第二区域的第三掩膜层；在第二凹槽内形成第二锗硅层，第二锗硅层表面低于隔离层表面；去除第三掩膜层，在所述第一锗硅层、第二锗硅层表面形成无定形锗硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，
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