半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸縮小，使得體硅半導(dǎo)體襯底上形成的晶體管以及CMOS晶體管出現(xiàn)較多的缺陷，例如短溝道效應(yīng)、穿通效應(yīng)、柵極控制能力減弱等。為了改善體硅半導(dǎo)體襯底上形成的半導(dǎo)體器件的性能，更多的器件結(jié)構(gòu)受到重視，例如:全耗盡的絕緣層上硅器件、鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)、全包圍柵納米線器件以及歐米爺柵極(Omega gate)器件等。
[0003]鰭式場效應(yīng)晶體管作為一種多柵器件，具有較高的柵極控制能力?，F(xiàn)有鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)域的摻雜離子濃度一般較低，從而使得鰭式場效應(yīng)晶體管的閾值電壓較為穩(wěn)定；但是與形成體硅CMOS相比，形成N型鰭式場效應(yīng)晶體管和P型鰭式場效應(yīng)晶體管，工藝步驟更加復(fù)雜，成本更高。
[0004]為了提高N型鰭式場效應(yīng)晶體管以及P型鰭式場效應(yīng)晶體管的性能，現(xiàn)有技術(shù)可以根據(jù)不同類型的鰭式場效應(yīng)晶體管的載流子，選擇不同的材料作為鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部材料，從而提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。但是，與硅襯底相比，采用其他半導(dǎo)體材料作為襯底形成N型或P型鰭式場效應(yīng)晶體管的成本較高。
[0005]在不提高工藝成本的情況下，鰭式場效應(yīng)晶體管的性能需要進(jìn)一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，提高形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括NFET區(qū)域和PFET區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底表面依次形成隔離層、位于隔離層表面的犧牲層；刻蝕所述犧牲層和隔離層至半導(dǎo)體襯底表面，在所述PFET區(qū)域上形成第一凹槽，在所述NFET區(qū)域上形成第二凹槽；在所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)形成第一過渡層；在所述第一過渡層表面形成填充滿第一凹槽、第二凹槽的第一半導(dǎo)體層；去除所述第二凹槽內(nèi)的第一半導(dǎo)體層，在所述第二凹槽內(nèi)形成第二過渡層，所述第二過渡層的表面低于隔離層的表面；在所述第二過渡層表面形成第二半導(dǎo)體層；去除所述犧牲層，暴露出第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的部分側(cè)壁；形成橫跨所述第一半導(dǎo)體層的第一柵極結(jié)構(gòu)和橫跨所述第二半導(dǎo)體層的第二柵極結(jié)構(gòu)。
[0008]可選的，還包括:形成所述第一凹槽和第二凹槽后，沿所述第一凹槽和第二凹槽刻蝕半導(dǎo)體襯底，在第一凹槽和第二凹槽底部形成第三凹槽；后續(xù)形成的第一過渡層填充滿所述第三凹槽，且部分第一過渡層位于所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)。
[0009]可選的，所述第三凹槽具有Σ形側(cè)壁或弧形側(cè)壁。
[0010]可選的，所述第一凹槽和第二凹槽的頂部寬度大于底部寬度，所述第一凹槽和第二凹槽的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底表面之間的夾角為80°?89°。
[0011]可選的，去除所述第二凹槽內(nèi)的部分厚度的第一半導(dǎo)體層，剩余部分的第一半導(dǎo)體層的表面低于隔離層的表面，然后在所述剩余的第一半導(dǎo)體層表面形成第二過渡層。
[0012]可選的，所述第二過渡層的晶格常數(shù)大于第一半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)，小于第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)，所述第二半導(dǎo)體層的材料為II1-V族化合物。
[0013]可選的，所述第二半導(dǎo)體層的材料為InAs、InSb、GaSb或InGaAs,所述第二過渡層的材料為InP或InAlAs，所述第一過渡層的材料為SiGe，第一半導(dǎo)體層的材料為Ge。
[0014]可選的，還包括:去除所述犧牲層之后，對所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層進(jìn)行圓角處理。
[0015]可選的，所述圓角方法包括遠(yuǎn)端等離子體化學(xué)干法刻蝕工藝，所述遠(yuǎn)端等離子體化學(xué)干法刻蝕工藝刻蝕氣體包括NF3和NH3, NF3與NH3的流量比為1:20?5:1，刻蝕溫度為40攝氏度?80攝氏度，壓強(qiáng)為0.5托?50托，功率小于100瓦，頻率小于100千赫茲。
[0016]可選的，所述圓角方法包括退火處理，所述退火處理在H2氛圍下進(jìn)行，溫度為800。。?1500。。。
[0017]可選的，采用原位摻雜工藝，使所述第一過渡層內(nèi)具有P型摻雜離子、使所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)具有N型摻雜離子、使所述第二過渡層內(nèi)具有N型摻雜離子、使所述第二半導(dǎo)體層內(nèi)具有P型彳多雜尚子。
[0018]為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括NFET區(qū)域和PFET區(qū)域；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的隔離層，所述隔離層內(nèi)具有位于所述PFET區(qū)域上的第一凹槽，位于所述NFET區(qū)域上的第二凹槽；位于所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)的第一過渡層；位于第一凹槽內(nèi)的第一過渡層表面的第一半導(dǎo)體層，且所述第一半導(dǎo)體層的頂部表面高于隔離層表面；位于第二凹槽內(nèi)的第一過渡層上的第二過渡層，所述第二過渡層的表面低于隔離層的表面；位于所述第二過渡層表面的第二半導(dǎo)體層，且所述第二半導(dǎo)體層的頂部表面高于隔離層表面；橫跨所述第一半導(dǎo)體層的第一柵極結(jié)構(gòu)和橫跨所述第二半導(dǎo)體層的第二柵極結(jié)構(gòu)。
[0019]可選的，還包括:位于第一凹槽和第二凹槽下方的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的第三凹槽，所述第一過渡層填充滿所述第三凹槽，且部分第一過渡層位于所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)。
[0020]可選的，所述第三凹槽具有Σ形側(cè)壁或弧形側(cè)壁。
[0021]可選的，所述第一凹槽和第二凹槽的頂部寬度大于底部寬度，所述第一凹槽和第二凹槽的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底表面之間的夾角為80°?89°。
[0022]可選的，所述第二凹槽內(nèi)的第二過渡層與第一過渡層之間具有第一半導(dǎo)體材料層，所述第一半導(dǎo)體材料層的材料與第一半導(dǎo)體層的材料相同。
[0023]可選的，所述第二過渡層的晶格常數(shù)大于第一半導(dǎo)體材料層的晶格常數(shù)，小于第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)，所述第二半導(dǎo)體層的材料為II1-V族化合物。
[0024]可選的，所述第二半導(dǎo)體層的材料為InAs、InSb、GaSb或InGaAs,所述第二過渡層的材料為InP或InAlAs，所述第一過渡層的材料為SiGe，第一半導(dǎo)體層的材料為Ge。
[0025]可選的，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層頂部與側(cè)壁的銜接處為圓弧狀。
[0026]可選的，所述第一過渡層內(nèi)具有P型摻雜離子，所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)具有N型摻雜離子，所述第二過渡層內(nèi)具有N型摻雜離子，所述第二半導(dǎo)體層內(nèi)具有P型摻雜離子。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0028]本發(fā)明的技術(shù)方案中，在PFET區(qū)域上形成第一凹槽，在所述NFET區(qū)域上形成第二凹槽，然后在所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)形成第一過渡層后，在所述第一過渡層表面形成第一半導(dǎo)體層。形成第一緩沖層可以降低第一半導(dǎo)體層與下層材料層之間的晶格常數(shù)差距，從而降低形成的第一半導(dǎo)體層內(nèi)的晶格缺陷，后續(xù)將所述第一半導(dǎo)體層作為P型鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部，可以提高形成的P型鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。然后，去除所述NFET區(qū)域上的第一半導(dǎo)體層，再在所述第二凹槽內(nèi)形成第二過渡層和位于所述第二過渡層表面的第二半導(dǎo)體層，所述第二過渡層可以降低第二半導(dǎo)體層與下層材料層之間的晶格常數(shù)差距，從而降低形成的第二半導(dǎo)體層內(nèi)的晶格缺陷，后續(xù)將所述第二半導(dǎo)體層作為N型鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部，可以提高形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。并且，采用外延工藝形成所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，可以確保不同區(qū)域上的第一半導(dǎo)體層的高度相同，不同區(qū)域上的第二半導(dǎo)體層的高度相同，從而使得形成的不同區(qū)域的P型鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道寬度相同，不同區(qū)域的N型鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道寬度相同。
[0029]進(jìn)一步，在形成所述第一凹槽和第二凹槽后，在第一凹槽和第二凹槽底部形成第三凹槽，所述第一過渡層填充滿所述第三凹槽，且部分第一過渡層位于所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)，所述第三凹槽可以具有弧形或Σ形側(cè)壁。所述第一過渡層與半導(dǎo)體襯底的界面上，由于晶格不匹配，會存在位錯等缺陷。但是由于所述第三凹槽的側(cè)壁為Σ型或弧形，所述第一過渡層與半導(dǎo)體襯底的界面上的位錯具有多個方向，部分相反方向上的位錯會相互抵消，使得第一過渡層與半導(dǎo)體襯底界面上的位錯減少，并且，隨著所述第一過渡層厚度的增加，所述第一過渡層內(nèi)的缺陷逐漸減小，直至缺陷消失。