專利名稱：一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)需求要求IC電路具有更高的密度并由此減小MOS晶體管的尺寸。然而，MOS晶體管的縮小導(dǎo)致了兩個(gè)眾所周知的寄生效應(yīng)的出現(xiàn)，即，隨著柵極長(zhǎng)度的減小而出現(xiàn)的短溝道效應(yīng)和漏致勢(shì)壘降低效應(yīng)，易于惡化器件的電學(xué)性能，如造成柵極閾值電壓下降、功耗增加以及信噪比下降等問(wèn)題。從物理上，上述效應(yīng)可以解釋為:當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)(柵極電壓為零)，非常小的器件中的源/漏區(qū)的靜電影響或在溝道區(qū)上向漏極施加的電壓降低了溝道中電子或空穴的能量勢(shì)壘，并且導(dǎo)致較高的關(guān)斷電流。為了控制短溝道效應(yīng)，人們不得不向溝道中摻雜更多的磷、硼等雜質(zhì)元素，但此舉易導(dǎo)致器件溝道中載流子遷移率下降；而且用來(lái)向溝道中摻雜雜質(zhì)的分布也存在很難控制陡度的問(wèn)題，容易造成嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)；柵極氧化物介質(zhì)的厚度方面也將出現(xiàn)發(fā)展瓶頸問(wèn)題，柵極氧化物厚度減薄的速度已經(jīng)很難再跟上柵極寬度縮小的步伐，柵介質(zhì)漏電越來(lái)越大；關(guān)鍵尺寸不斷縮小，易于導(dǎo)致源漏區(qū)電阻的不斷增大和器件的功耗越來(lái)越大。應(yīng)變硅技術(shù)可以有效地控制短溝道效應(yīng)，已有使用應(yīng)變硅作為襯底的MOS晶體管，其利用硅鍺的晶格常數(shù)與單晶硅不同的特性，使硅鍺外延層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上應(yīng)變而形成應(yīng)變硅。由于硅鍺層的晶格常數(shù)比硅大，這使得溝道區(qū)中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，而造成載流子移動(dòng)性改變。在FET中，拉應(yīng)力能夠提高電子遷移率，降低空穴遷移率，可以有利地提高NMOS的性能；而壓應(yīng)力可以提高空穴遷移率，降低電子遷移率，可以有利地提高PMOS的性能。但是，傳統(tǒng)的硅鍺應(yīng)變硅技術(shù)也開始面臨瓶頸，很難再為溝道提供更強(qiáng)的應(yīng)變，無(wú)法有效提升半導(dǎo)體器件的工 作性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，利于抑制短溝道效應(yīng)，減小寄生電容以及漏電流，增強(qiáng)源/漏區(qū)的陡直性，以及向溝道提供良好的應(yīng)力效果O根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，該制造方法包括以下步驟:a)提供襯底，在該襯底之上形成第一半導(dǎo)體層，在該第一半導(dǎo)體層之上形成第二半導(dǎo)體層，在該第二半導(dǎo)體層之上形成柵堆疊；b)去除位于所述柵堆疊兩側(cè)的所述第二半導(dǎo)體層，形成第一器件堆疊；c)在第一器件堆疊的兩側(cè)形成側(cè)墻，并去除位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的部分所述第一半導(dǎo)體層，保留一定厚度的第一半導(dǎo)體層；d)在所述第一器件堆疊的寬度方向上的部分區(qū)域中，去除位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的所述第一半導(dǎo)體層，以暴露所述襯底；
e)在所述第一器件堆疊的寬度方向上的所述部分區(qū)域中，在側(cè)墻以及第一器件堆疊的兩側(cè)邊緣下方形成連接襯底的支撐隔離結(jié)構(gòu)；f)去除剩余的所述第一半導(dǎo)體層，在所述第一器件堆疊下方形成空腔；g)去除側(cè)墻，并在所述第一器件堆疊的兩側(cè)填充應(yīng)力材料，形成應(yīng)力材料層。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底、柵堆疊、基底區(qū)以及源/漏區(qū)，其中:所述柵堆疊位于所述基底區(qū)之上，所述源/漏區(qū)位于所述基底區(qū)內(nèi)，所述基底區(qū)位于所述襯底之上；在所述基底區(qū)和所述襯底之間存在支撐隔離結(jié)構(gòu)，其中，部分所述支撐隔離結(jié)構(gòu)與所述襯底相連接；在所述基底區(qū)和所述襯底之間存在空腔，其中，所述空腔由所述基底區(qū)、襯底以及支撐隔離結(jié)構(gòu)構(gòu)成；以及在所述柵堆疊、基底區(qū)和支撐隔離結(jié)構(gòu)的兩側(cè)存在應(yīng)力材料層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):由于形成的溝道其厚度較薄，且在溝道和襯底之間形成空腔，所以有利于抑制短溝道效應(yīng)、減小寄生電容、減小漏電流以及增強(qiáng)源/漏區(qū)的陡直性；此外，由于溝道下方是空腔，所以位于溝道兩側(cè)的應(yīng)力材料層的應(yīng)力可以最大化地作用于溝道，從而有效地提升了應(yīng)力對(duì)溝道載流子遷移率的影響，增強(qiáng)對(duì)溝道性能的控制作用，進(jìn)而可以更好地抑制和控制短溝道效應(yīng)。


通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。圖1為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法的流程圖；圖2為提供襯底并在其上形成第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層后的剖面示意圖；圖3為形成柵堆疊后的剖面示意圖；圖4為去除柵堆疊兩側(cè)的第二半導(dǎo)體層后的剖面示意圖；圖5為在第一側(cè)墻和基底區(qū)的側(cè)面形成停止層以及第二側(cè)墻后的剖面示意圖；圖6為刻蝕部分第一半導(dǎo)體層后的剖面示意圖；圖7為覆蓋光刻膠后的俯視示意圖；圖8刻蝕第一半導(dǎo)體層以暴露部分襯底后的俯視示意圖；圖8a和圖8b分別為圖8的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖；圖9為對(duì)第二半導(dǎo)體層進(jìn)行橫向選擇性腐蝕后的俯視示意圖；圖9a和圖9b分別為圖9的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖；圖10為形成支撐隔離結(jié)構(gòu)后的俯視示意圖；圖1Oa和圖1Ob分別為圖10的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖；圖11為去除第二半導(dǎo)體層在所述柵堆疊下方形成空腔后的俯視示意圖；圖1la和圖1lb分別為圖11的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖；圖12為在棚堆置的兩側(cè)填充應(yīng)力材料后的俯視不意圖；以及圖12a和圖12b分別為圖12的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參考圖12、圖12a和圖12b，其中，圖12為該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，圖12a和圖12b分別為圖12的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖。如圖所示，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底130、柵堆疊、基底區(qū)100以及源/漏區(qū)150，其中，所述柵堆疊位于所述基底區(qū)100之上，所述源/漏區(qū)150位于所述基底區(qū)100內(nèi)，所述基底區(qū)100位于所述襯底130之上；在所述基底區(qū)100和所述襯底130之間存在支撐隔離結(jié)構(gòu)12 3，其中，部分所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123與所述襯底130相連接；在所述基底區(qū)100和所述襯底130之間存在空腔112，其中，所述空腔112由所述基底區(qū)100、襯底130以及支撐隔離結(jié)構(gòu)123構(gòu)成；以及在所述柵堆疊、基底區(qū)100和支撐隔離結(jié)構(gòu)123的兩側(cè)存在應(yīng)力材料層113。具體地，在本實(shí)施例中，所述襯底130的材料為單晶Si，在其他實(shí)施例中，所述襯底130的材料還可以是多晶S1、多晶Ge、多晶SiGej^aH S1、非晶Ge、非晶SiGe、II1-V或I1-VI族化合物半導(dǎo)體或其任意組合。所述襯底130的厚度范圍為0.lnm-2mm。所述柵堆疊包括柵介質(zhì)層102、柵極200、覆蓋層220以及側(cè)墻240。其中，所述柵介質(zhì)層102位于基底區(qū)100之上，所述柵極200位于所述柵介質(zhì)層102之上，所述覆蓋層220位于所述柵極200的上方，用以保護(hù)柵極200在后續(xù)的步驟中不受到破壞，所述側(cè)墻240環(huán)繞在所述柵介質(zhì)層102、柵極200和覆蓋層220的側(cè)壁上。所述柵極200的材料可以選用Poly-S1、T1、Co、N1、Al、W、合金、金屬娃化物及其組合。所述柵介質(zhì)層102其可以是熱氧化層，包括氧化硅、氮氧化硅，也可為高K介質(zhì)，例如HfO2、HfS i O、HfS i ON、HfTaO、HfT i O、HfZrO、A1203、La2O3> ZrO2, LaAlO中的一種或其組合，柵極介質(zhì)層220的厚度可以為2nm_10nm，例如 5nm 或 8nm。通過(guò)沉積例如 TaC、TiN, TaTbN, TaErN, TaYbN, TaSiN, HfSiN, MoSiN, RuTax,NiTa中的一種或其組合。所述覆蓋層220可以選用硅的氮化物，厚度范圍為10nm-40nm，例如IOnm或20nm。側(cè)墻240的材料包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一種及其組合，和/或其他合適的材料形成。側(cè)墻240可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以具有多層結(jié)構(gòu)。所述側(cè)墻 240 的厚度范圍為 IOnm-1OOnm,如 30nm、50nm 或 80nm。所述基底區(qū)100位于所述柵堆疊之下，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的源/漏區(qū)150以及溝道形成于所述基底區(qū)100中。在本實(shí)施例中，所述基底區(qū)100的材料為單晶硅，在其他實(shí)施例中，所述基底區(qū)100的材料還可以是其他合適半導(dǎo)體材料。所述基底區(qū)100的厚度范圍為10nm_30nmo所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123位于襯底130和基底區(qū)100之間，其目的在于使柵堆疊和基底區(qū)100懸于所述襯底130之上，在所述基底區(qū)100與所述襯底130之間形成空腔112。其中，部分所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123與所述襯底130進(jìn)行連接，即，存在部分所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123和所述襯底130之間具有一定的距離，并非直接接觸。在本實(shí)施例中，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123的材料與所述襯底130和所述基底區(qū)100的材料相同，為單晶Si，在其他實(shí)施例中，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123的材料還可以是其他合適半導(dǎo)體材料。在所述柵堆疊、基底區(qū)100和支撐隔離結(jié)構(gòu)123的兩側(cè)存在應(yīng)力材料層113。所述應(yīng)力材料層113的上表面優(yōu)選高于所述柵堆疊的底部或者與所述柵堆疊的底部齊平。其中，所述應(yīng)力材料層113的材料為摻雜硼的SigGex, X的取值范圍為0.1 0.7，如0.2、
0.3,0.4,0.5或0.6 ;對(duì)于NFET器件，所述應(yīng)力材料層113的材料為摻雜磷或砷的S1:C，C的原子數(shù)百分比的取值范圍為0.2% 2%，如0.5%、1%或1.5%。應(yīng)力材料層113的存在利于進(jìn)一步調(diào)節(jié)溝道區(qū)內(nèi)的應(yīng)力，以提高溝道區(qū)內(nèi)載流子的遷移率。此外，由于應(yīng)力材料層113的存在，所以，對(duì)于PFET器件來(lái)說(shuō)，使其具有N型超陡后退阱結(jié)構(gòu)，對(duì)于NFET器件來(lái)說(shuō)，使其具有P型超陡后退阱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):由于溝道的厚度較薄，且在溝道和襯底之間存在空腔，所以有利于抑制短溝道效應(yīng)、減小寄生電容、減小漏電流以及增強(qiáng)源/漏區(qū)的陡直性；此外，由于溝道下方是空腔，所以位于溝道兩側(cè)的應(yīng)力材料層的應(yīng)力可以最大化地作用于溝道，從而有效地提升了應(yīng)力對(duì)溝道載流子遷移率的影響，增強(qiáng)對(duì)溝道性能的控制作用，進(jìn)而可以更好地抑制和控制短溝道效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。下面，將結(jié)合圖2至圖12b通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例對(duì)圖1形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行具體描述。如圖1所示，本發(fā)明所提供的制造方法包括以下步驟:在步驟SlOl中，提供襯底130，首先在所述襯底130上形成第一半導(dǎo)體層110，然后在所述第一半導(dǎo)體層110上形成第二半導(dǎo)體層101，在該第二半導(dǎo)體層101之上形成柵堆疊。具體地，如圖2所示，提供襯底130，在本實(shí)施例中，所述襯底130的材料為單晶Si。在其他實(shí)施例中，所述襯底130的材料還可以是多晶S1、多晶Ge、多晶SiGe、非晶S1、非晶Ge、非晶SiGe、II1-V或I1-VI族化合物半導(dǎo)體或其任意組合。所述襯底130的厚度范圍為 0.1nm~2mnin在所述襯底130上沉積第一半導(dǎo)體層110，其中，該第一半導(dǎo)體層110的材料不同于所述襯底130的材料。在本實(shí)施例中,所述第一半導(dǎo)體層110的材料優(yōu)選為SiGe,其中，Ge的比例為5% -15%，所述第一半導(dǎo)體層110的厚度范圍為20nm_60nm。在所述第一半導(dǎo)體層110上沉積一層薄的第二半導(dǎo)體層101，在后續(xù)步驟中，所述第二半導(dǎo)體層101將用于形成溝道區(qū)。在本實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層101的材料為單晶娃，其厚度范圍為10nm-30nm。在其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層101的材料還可以是其他不同于所述第一半導(dǎo)體層110的材料。
接著，如圖3所示，在所述襯底130、第一半導(dǎo)體層110和第二半導(dǎo)體層101中形成隔離區(qū)，例如淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)120，以便電隔離連續(xù)的半導(dǎo)體器件。然后，在所述第二半導(dǎo)體層101之上形成柵介質(zhì)層102、柵極200、覆蓋層220以及第一側(cè)墻240。其中，所述柵介質(zhì)層102位于第二半導(dǎo)體層101上，所述柵極200位于所述柵介質(zhì)層102之上，所述覆蓋層220位于所述柵極200的上方，用以保護(hù)柵極200在后續(xù)的步驟中不受到破壞。對(duì)位于柵極200兩側(cè)的所述第二半導(dǎo)體層101的表面進(jìn)行輕摻雜，用以形成源/漏延伸區(qū)。對(duì)于PFET器件，向所述第二半導(dǎo)體層101中摻雜P型雜質(zhì)，例如硼和銦，對(duì)于NFET器件，向所述第二半導(dǎo)體層101中摻雜N型雜質(zhì)，例如砷和磷。源/漏延伸區(qū)形成后，形成環(huán)繞在所述柵介質(zhì)層102、柵極200和覆蓋層220的側(cè)壁上的第一側(cè)墻240。其中，所述柵介質(zhì)層102、柵極200、覆蓋層220以及第一側(cè)墻240共同構(gòu)成柵堆疊(如圖中虛線圈起的部分所示)。形成柵堆疊的工藝為傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝，在此不再贅述。所述柵極200的材料可以選用Poly-S1、T1、Co、N1、Al、W、合金、金屬硅化物及其組合。所述柵介質(zhì)層102其可以是熱氧化層，包括氧化硅、氮氧化硅，也可為高K介質(zhì)，例如Hf02、HfSi0、HfSi0N、HfTaO, HfTiO, HfZrO, A1203、La2O3> ZrO2, LaAlO中的一種或其組合，柵極介質(zhì)層220的厚度可以為 2nm-10nm，例如 5nm 或 8nm。通過(guò)沉積例如 TaC、TiN, TaTbN, TaErN, TaYbN, TaSiN,HfSiN、MoSiN、RuTax、NiTa中的一種或其組合。所述覆蓋層220可以選用硅的氮化物，厚度范圍為10nm-40nm，例如IOnm或20nm。第一側(cè)墻240的材料包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一種及其組合，和/或其他合適的材料形成。第一側(cè)墻240可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以具有多層結(jié)構(gòu)。所述第一側(cè)墻240的厚度范圍為IOnm-1OOnm,如30nm、50nm或80nm。柵堆疊形成后，對(duì)所述第二半導(dǎo)體層101的表面進(jìn)行重?fù)诫s，用以形成源/漏區(qū)(圖中用標(biāo)記150表示源/漏區(qū)和源/漏延伸區(qū))。對(duì)于PFET器件，向所述第二半導(dǎo)體層101中摻雜P型雜質(zhì)，例如硼和銦，對(duì)于NFET器件，向所述第二半導(dǎo)體層101中摻雜N型雜質(zhì)，例如砷和磷。在步驟S102中，去除位于所述柵堆疊兩側(cè)的所述第二半導(dǎo)體層101，形成第一器
件堆疊。具體地，如圖4所示，以柵`堆疊為掩膜、以第一半導(dǎo)體層110為停止層，刻蝕去除所述柵堆疊兩側(cè)的第二半導(dǎo)體層101，留下所述柵堆疊下方的第一基底區(qū)100，形成第一器件堆疊。其中，所述刻蝕優(yōu)選為干法刻蝕，所述干法刻蝕的方法包括等離子體刻蝕、離子銑、反濺射、反應(yīng)離子刻蝕，在本實(shí)施例中，采用反應(yīng)離子刻蝕。第一器件堆疊包括第一基底區(qū)100和其上的柵堆疊。在步驟S103中，在第一器件堆疊的兩側(cè)形成側(cè)墻260，并去除位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的部分所述第一半導(dǎo)體層110，保留一定厚度的第一半導(dǎo)體層110。具體地，如圖5所示，首先，在所述第一側(cè)墻240和基底區(qū)100的側(cè)壁上形成停止層250，以及在所述停止層250的側(cè)壁上形成側(cè)墻260 (下文中以第二側(cè)墻260代表)。其中，所述第二側(cè)墻260的材料包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一種及其組合，和/或其他合適的材料，其厚度范圍在5nm-10nm，所述停止層250的材料優(yōu)選為不同于所述第一側(cè)墻240和第二側(cè)墻260的絕緣材料，例如，所述第一側(cè)墻240和第二側(cè)墻260的材料為氮化娃，而所述停止層250的材料為氧化娃。所述停止層250的厚度范圍為lnm-3nm。接著，如圖6所示，以帶有第二側(cè)墻260的第一器件堆疊為掩膜，采用例如干法刻蝕等方式對(duì)位于所述第二側(cè)墻260兩側(cè)的第一半導(dǎo)體層110進(jìn)行刻蝕。在刻蝕過(guò)程中，并不完全去除所述第一半導(dǎo)體層110，而是在所述第二側(cè)墻260的兩側(cè)仍保留了一定厚度的第一半導(dǎo)體層110。在步驟S104中，在所述第一器件堆疊的寬度方向上的部分區(qū)域中，去除位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的部分所述第一半導(dǎo)體層110，以暴露所述襯底130。具體地，在本實(shí)施例中，如圖7所示，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成光刻掩模300，覆蓋中間部分而露出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)寬度方向上的末端區(qū)域，使得在后續(xù)步驟中，位于所述光刻掩模300下的第一半導(dǎo)體層110不被刻蝕掉。所述光刻掩模300的材料可以是光刻膠、有機(jī)聚合物、氧化娃、氮化娃、硼娃玻璃、硼磷娃玻璃及其組合。其中，形成光刻掩膜300的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的工藝。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在此不再贅述。光刻掩膜300的作用是對(duì)在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上位于中間部分的，柵堆疊兩側(cè)的部分第一半導(dǎo)體層110進(jìn)行保護(hù)。SP，在后續(xù)步驟中刻蝕光刻掩膜300未覆蓋的第一半導(dǎo)體層110之后，使在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上位于中間部分的柵堆疊兩側(cè)還存在部分第一半導(dǎo)體層110。如下面將說(shuō)明的，本發(fā)明中的光刻掩模300的位置不僅限于圖7中所示的位置，凡是可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)寬度方向上的部分區(qū)域中覆蓋位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的所述第一半導(dǎo)體層110的光刻掩膜300均適用于本發(fā)明所提供的制造方法，在此不再一一列舉說(shuō)明。如圖8所示，以光刻掩模300和帶有第二側(cè)墻260的第一器件堆疊為掩膜，以及以所述襯底130為刻蝕停止層，對(duì)在所述第一器件堆疊的寬度方向上的兩個(gè)末端區(qū)域中(在其他實(shí)施例中，為在所述第一器件堆疊的寬度方向上未被光刻掩膜300所覆蓋的區(qū)域中)，位于柵堆疊和第二側(cè)墻260以外的第一半導(dǎo)體層110進(jìn)行刻蝕，直至暴露襯底130。然后，去除所述光刻掩模300。請(qǐng)參考圖8a和圖8b，圖8a和圖8b分別為圖8的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖，如圖8a所示，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的中間部分，位于第二側(cè)墻260兩側(cè)的、且被光刻掩模300所覆蓋的第二半導(dǎo)體層110得以保留，而在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的兩個(gè)末端區(qū)域中，位于第二側(cè)墻260兩側(cè)的、且未被光刻掩模300所覆蓋的第二半導(dǎo)體層110被去除，并暴露出位于其下方的襯底130，如圖Sb所示。在步驟S105中，在所述第一器件堆疊的寬度方向上的所述部分區(qū)域中，在側(cè)墻260以及第一器件堆疊的兩側(cè)邊緣下方形成連接襯底的支撐隔離結(jié)構(gòu)123。具體地，請(qǐng)參考圖9、圖9a和圖9b所示，其中，所述圖9a和圖9b分別為圖9的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖。如圖所示，對(duì)位于柵堆疊和第二側(cè)墻260下方的第一半導(dǎo)體層110進(jìn)行回刻蝕，通過(guò)控制刻蝕時(shí)間使橫向腐蝕深度略大于第二側(cè)墻260和停止層250的厚度之和。接著，請(qǐng)參考圖10、圖1Oa和圖1Ob所示，其中，所述圖1Oa和圖1Ob分別為圖10的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖。如圖所示，利用例如外延生長(zhǎng)的方法暴露的半導(dǎo)體的表面形成第三半導(dǎo)體層(未示出)，并通過(guò)各向異性的刻蝕方式(例如RIE，基本上僅在垂直方向上刻蝕)去除在垂直方向上暴露的第三半導(dǎo)體層，而保留帶有第二側(cè)墻260的第一器件堆疊下方(主要在第二側(cè)墻260下方)的第三半導(dǎo)體層，以形成支撐隔離結(jié)構(gòu)123。在橫向上支撐隔離結(jié)構(gòu)123大致位于第二側(cè)墻260以及第一器件堆疊的兩側(cè)邊緣下方。在本實(shí)施例中，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123的材料為單晶硅，在其他實(shí)施例中，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123的材料還可以是其他不 同于所述第一半導(dǎo)體層110的半導(dǎo)體材料。如圖1Oa所示，由于在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的中間部分，所述第一半導(dǎo)體層110在所述光刻掩模300 (請(qǐng)參考圖8)的保護(hù)下沒(méi)有刻蝕完全，所以，在先前被所述光刻掩模300所覆蓋的第一半導(dǎo)體層110的側(cè)壁上形成支撐隔離結(jié)構(gòu)123的時(shí)候，該支撐隔離結(jié)構(gòu)123是形成在所述第一半導(dǎo)體層110之上的，S卩，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123與襯底130之間存在第一半導(dǎo)體層110 ;而如圖1lb所示，在沒(méi)有所述光刻掩模300保護(hù)的在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的兩個(gè)末端區(qū)域中，刻蝕停止在所述襯底130的表面，所以在形成所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123時(shí)，其下方?jīng)]有第一半導(dǎo)體層110，即，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123直接形成在所述襯底130之上，與所述襯底130相連接。盡管本實(shí)施例中以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的兩個(gè)末端區(qū)域形成支撐隔離結(jié)構(gòu)123為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該可以理解，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123的具體位置不限于此。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，只要是與襯底相連接，可以起到形成空腔的目的并對(duì)第一器件堆疊起到支撐作用，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123可以位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的任何位置，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在此不再贅述。在步驟S106中，去除剩余的所述第一半導(dǎo)體層110，在所述第一器件堆疊下方形成空腔112。具體地，如圖11、圖1la和圖11b，其中，所述圖1la和圖1lb分別為圖11的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖。如圖所示，利用濕法刻蝕的方式，選擇性去除剩余的所述第一半導(dǎo)體層110，在所述柵堆疊的下方形成空腔112。由于所述第一半導(dǎo)體層110的材料不同于襯底130、基底區(qū)101和支撐結(jié)構(gòu)123的材料，所以通過(guò)選擇相應(yīng)的腐蝕溶液，可以僅僅將剩余的第一半導(dǎo)體層110去除。腐蝕溶液首先對(duì)位于支撐隔離結(jié)構(gòu)123之外的第一半導(dǎo)體層110 進(jìn)行腐蝕，然后將位于支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130之間的第一半導(dǎo)體層HO去除，這時(shí)，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的寬度方向上的中間部分，在所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130之間形成間隙，腐蝕溶液通過(guò)該間隙對(duì)位于柵堆疊下方的第一半導(dǎo)體層110繼續(xù)進(jìn)行腐蝕，直至將所有第一半導(dǎo)體層110完全被去除，在柵堆疊下方形成空腔112。此時(shí)，如圖1la所示，對(duì)于之前支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130之間存在第一半導(dǎo)體層110的區(qū)域，在所述第一半導(dǎo)體層110被去除后，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130之間形成間隙，而如圖1lb所示，對(duì)于之前支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130之間不存在第一半導(dǎo)體層110的區(qū)域，所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130相連接，從而可以對(duì)柵堆疊和基底區(qū)101起到支撐作用，使棚堆置和基底區(qū)101可以懸于襯底130之上。在步驟S 107中，去除第二側(cè)墻260，并在所述第一器件堆疊的兩側(cè)填充應(yīng)力材料，形成應(yīng)力材料層113。具體地，請(qǐng)參考圖12、圖12a和圖12b所示，其中，所述圖12a和圖12b分別為圖12的沿剖線AA’和沿剖線BB’的剖視示意圖。如圖所示，首先，以停止層250為刻蝕停止層，利用干法刻蝕的方式去除第二側(cè)墻260 ;接著，以第一側(cè)墻240為刻蝕停止層，繼續(xù)利用干法刻蝕的方式去除所述停止層250，暴露出第一器件堆疊，此時(shí)，所述第一器件堆疊通過(guò)支撐隔離結(jié)構(gòu)123與襯底130相連接；然后，向所述第一器件堆疊兩側(cè)充應(yīng)力材料，以形成應(yīng)力材料層113，其中，所述應(yīng)力材料層113的上表面優(yōu)選高于所述柵堆疊的底部或者與所述柵堆疊的底部齊平。由于支撐隔離結(jié)構(gòu)123的存在，所以應(yīng)力材料基本存在于支撐隔離結(jié)構(gòu)123之外，進(jìn)而保證空腔112不被填充。如圖12a所示，在所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123沒(méi)有直接接觸襯底130的區(qū)域，由于所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130之間存在一定的間隙，所以會(huì)有少量應(yīng)力材料從該間隙內(nèi)進(jìn)入所述空腔112，但該少量應(yīng)力材料進(jìn)入縫隙后堆積形成屏障，致使只有該部分應(yīng)力材料進(jìn)入了所述空腔112，而大部分應(yīng)力材料被隔離在外；如圖12b所示，在所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123和襯底130相連接的區(qū)域，所述應(yīng)力材料完全被所述支撐隔離結(jié)構(gòu)123阻擋在所述空腔112之外。形成所述應(yīng)力材料層113的方法優(yōu)選為外延生長(zhǎng)。對(duì)于PFET器件，所述應(yīng)力材料層113的材料為摻雜硼的SigGepX的取值范圍為0.1 0.7，如0.2、0.3、0.4、0.5或0.6 ;對(duì)于NFET器件，所述應(yīng)力材料層113的材料為摻雜磷或砷的S1:C，C的原子數(shù)百分比的取值范圍為0.2% 2%，如0.5%、1%或1.5%。應(yīng)力材料層113的存在利于進(jìn)一步調(diào)節(jié)溝道區(qū)內(nèi)的應(yīng)力，以提高溝道區(qū)內(nèi)載流子的遷移率。對(duì)于PFET器件來(lái)說(shuō)，填充含摻雜的應(yīng)力材料后，形成了 N型超陡后退阱；對(duì)于NFET器件來(lái)說(shuō)，填充含摻雜的應(yīng)力材料后，形成了 P型超陡后退阱。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):由于形成的溝道其厚度較薄，且在溝道和襯底之間形成空腔，所以有利于抑制短溝道效應(yīng)、減小寄生電容、減小漏電流以及增強(qiáng)源/漏區(qū)的陡直性；此外，由于溝道下方是空腔，所以位于溝道兩側(cè)的應(yīng)力材料層的應(yīng)力可以最大化地作用于溝道，從而有效地提升了應(yīng)力對(duì)溝道載流子遷移率的影響，增強(qiáng)對(duì)溝道性能的控制作用，進(jìn)而可以更好地抑制和控制短溝道效應(yīng)。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說(shuō)明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者 以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括以下步驟: a)提供襯底(130)，在該襯底(130)之上形成第一半導(dǎo)體層(110)，在該第一半導(dǎo)體層(110)之上形成第二半導(dǎo)體層(101)，在該第二半導(dǎo)體層(101)之上形成柵堆疊； b)去除位于所述柵堆疊兩側(cè)的所述第二半導(dǎo)體層(101)，形成第一器件堆疊； c)在第一器件堆疊的兩側(cè)形成側(cè)墻(260)，并去除位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的部分所述第一半導(dǎo)體層(110)，保留一定厚度的第一半導(dǎo)體層(110)； d)在所述第一器件堆疊的寬度方向上的部分區(qū)域中，去除位于所述第一器件堆疊兩側(cè)的所述第一半導(dǎo)體層(110)，以暴露所述襯底(130)； e)在所述第一器件堆疊的寬度方向上的所述部分區(qū)域中，在側(cè)墻(260)以及第一器件堆疊的兩側(cè)邊緣下方形成連接襯底的支撐隔離結(jié)構(gòu)(123)； f)去除剩余的所述第一半導(dǎo)體層(I10)，在所述第一器件堆疊下方形成空腔(112)； g)去除側(cè)墻(260)，并在所述第一器件堆疊的兩側(cè)填充應(yīng)力材料，形成應(yīng)力材料層(113)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一器件堆疊的寬度方向上的所述部分區(qū)域?yàn)樗龅谝黄骷询B 的寬度方向上的兩個(gè)末端區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中: 所述第一半導(dǎo)體層(110)的材料不同于所述襯底(130)和所述第二半導(dǎo)體層(101)的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，所述第二半導(dǎo)體層(101)的厚度范圍為10nm-30nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，所述步驟b)包括: 以所述柵堆疊為掩膜、以及以所述第一半導(dǎo)體層(101)為刻蝕停止層，對(duì)所述第二半導(dǎo)體層(110)進(jìn)行刻蝕，在所述柵堆疊下方形成第一基底區(qū)(100)，該第一基底區(qū)(100)與所述柵堆疊構(gòu)成第一器件堆疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中，所述步驟C)包括: 在所述第一器件堆疊的側(cè)壁上形成停止層(250)、以及在該停止層(250)的側(cè)壁上形成側(cè)墻(260)； 以帶有所述側(cè)墻(260)的第一器件堆疊為掩膜，對(duì)位于所述側(cè)墻(260)兩側(cè)的第一半導(dǎo)體層(110)進(jìn)行刻蝕，去除部分所述第一半導(dǎo)體層(110)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其中，所述步驟d)包括: 在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成光刻掩模(300)，覆蓋所述第一器件堆疊的寬度方向上的部分區(qū)域； 以所述光刻掩膜(300)和帶有所述側(cè)墻(260)的第一器件堆疊為掩膜，刻蝕第一半導(dǎo)體層(110)，直至暴露所述襯底(130);以及 去除所述光刻掩膜(300)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述步驟e)包括: 對(duì)位于所述柵堆疊下方的第一半導(dǎo)體層(110)進(jìn)行回刻蝕，其中，橫向刻蝕深度大于所述側(cè)墻(260)和停止層(250)的厚度之和； 通過(guò)外延生長(zhǎng)在所述第一半導(dǎo)體層(110)的上表面和側(cè)壁上形成第三半導(dǎo)體層；以及利用各向異性的刻蝕方式去除位于所述第一半導(dǎo)體層(110)上表面上的第三半導(dǎo)體層，形成支撐隔離結(jié)構(gòu)(123)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中: 所述應(yīng)力材料層(113)的上表面高于所述柵堆疊的底部或者與所述柵堆疊的底部齊平。
10.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底(130)、柵堆疊、基底區(qū)(100)以及源/漏區(qū)(150)，其中，所述柵堆疊位于所述基底區(qū)(100)之上，所述源/漏區(qū)(150)位于所述基底區(qū)(100)內(nèi)，所述基底區(qū)(100)位于所述襯底(130)之上，其特征在于: 在所述基底區(qū)(100)和所述襯底(130)之間存在支撐隔離結(jié)構(gòu)(123)，其中，部分所述支撐隔離結(jié)構(gòu)(123)與所述襯底(130)相連接； 在所述基底區(qū)(100)和所述襯底(130)之間存在空腔(112)，其中，所述空腔(112)由所述基底區(qū)(100)、襯底(130)以及支撐隔離結(jié)構(gòu)(123)構(gòu)成；以及 在所述柵堆疊、基底區(qū)(100)和支撐隔離結(jié)構(gòu)(123)的兩側(cè)存在應(yīng)力材料層(113)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述基底區(qū)(100)的厚度范圍為10nm_30nmo
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中: 所述應(yīng)力材料層(113)的上表面高于所 述柵堆疊的底部或者與所述柵堆疊的底部齊平。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底、柵堆疊、基底區(qū)以及源/漏區(qū)，其中，所述柵堆疊位于所述基底區(qū)之上，所述源/漏區(qū)位于所述基底區(qū)內(nèi)，所述基底區(qū)位于所述襯底之上；在所述基底區(qū)和所述襯底之間存在支撐隔離結(jié)構(gòu)，其中，部分所述支撐隔離結(jié)構(gòu)與所述襯底相連接；在所述基底區(qū)和所述襯底之間存在空腔，其中，所述空腔由所述基底區(qū)、襯底以及支撐隔離結(jié)構(gòu)構(gòu)成；在所述柵堆疊、基底區(qū)和支撐隔離結(jié)構(gòu)的兩側(cè)存在應(yīng)力材料層。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明利于抑制短溝道效應(yīng)，減小寄生電容和漏電流，增強(qiáng)源/漏區(qū)的陡直性，以及向溝道提供良好的應(yīng)力效果。
文檔編號(hào)H01L21/8234GK103247624SQ20121002255
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者朱慧瓏, 駱志炯, 尹海洲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所