專利名稱：一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
長期以來，為了獲得更高的芯片密度、更快的工作速度以及更低的功耗。金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的特征尺寸一直遵循著所謂的摩爾定律 (Moore' slaw)不斷按比例縮小，其工作速度越來越快。當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入到了納米尺度的范圍。然而，隨之而來的一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)是出現(xiàn)了短溝道效應(yīng)，例如亞閾值電壓下跌(Vt roll-off)、漏極引起勢壘降低(DIBL)、源漏穿通(punch through)等現(xiàn)象，使得器件的關(guān)態(tài)泄漏電流顯著增大，從而導(dǎo)致性能發(fā)生惡化。此外通過SOI (Silicon On Insulator)結(jié)構(gòu)可以降低漏電，但SOI中的SiO2絕緣層的導(dǎo)熱率低，小尺寸器件中溝道內(nèi)產(chǎn)生的熱量不易散出，因此SOI器件的散熱受到抑制。因此，對于目前的器件結(jié)構(gòu)來說，漏電大和散熱難是制約器件小型化的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決現(xiàn)有技術(shù)中器件漏電大的缺陷。本發(fā)明一方面提出了一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底；形成在所述襯底之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，其中，每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間具有一定間隙，所述間隙小于50nm; 形成在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間，且與所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部相連的懸空薄層，其中，所述凸起結(jié)構(gòu)為溝道，所述凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層為源極和漏極，且在所述凸起結(jié)構(gòu)之間填充有絕緣材料以使作為溝道的所述凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變；和形成在所述凸起結(jié)構(gòu)之上的柵堆疊。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述懸空薄層通過對所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，所述退火溫度為800-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣材料為SixNy、SiO2或SiOxNy中的至少一種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣材料包括第一絕緣材料；以及位于所述第一絕緣材料及所述凸起結(jié)構(gòu)之間，以及所述第一絕緣材料及所述襯底之間的第二絕緣材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一絕緣材料為SixNy或SiOxNy，所述第二絕緣材料為SiO2。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一絕緣材料中摻雜C。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括形成在所述柵堆疊兩側(cè)的一層或多層側(cè)墻。本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括以下步驟提供襯底；在所述襯底之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間具有一定間隙，所述間隙小于50nm ；在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間填充絕緣材料；在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間及所述絕緣材料之上形成懸空薄層，且所述懸空薄層與所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部相連；在所述凸起結(jié)構(gòu)之上形成柵堆疊；和對所述柵堆疊兩側(cè)的懸空薄層進(jìn)行摻雜以使所述凸起結(jié)構(gòu)形成為溝道，所述凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層形成為源極和漏極。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述懸空薄層通過對所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，所述退火溫度為800-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括去除位于隔離區(qū)域中的懸空薄層以形成隔離結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括在所述柵堆疊兩側(cè)形成一層或多層側(cè)墻。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣材料為SixNy、SiO2或SiOxNy中的至少一種。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述在每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間填充絕緣材料進(jìn)一步包括對所述凸起結(jié)構(gòu)的兩側(cè)及所述襯底的露出部分進(jìn)行氧化以產(chǎn)生SiO2層；和在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間及所述SiA層之上外延SixNy或SiOxNy。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括在所述SixNy或SiOxNy之中摻雜C。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述懸空薄層通過外延形成。本發(fā)明實(shí)施例采用懸空的源漏結(jié)構(gòu)，一方面使得源漏中摻雜雜質(zhì)向襯底的擴(kuò)散被抑制，從而易制備超淺結(jié)，另一方面由于源漏及襯底之間不存在接觸，因此還可以抑制源漏與襯底之間的BTBT漏電。此外，本發(fā)明實(shí)施例通過在凸起結(jié)構(gòu)之間填充的絕緣材料以使做為溝道的凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變，從而進(jìn)一步提高器件性能。本發(fā)明實(shí)施例減小了源漏的寄生結(jié)電容，提高了器件的性能。并且通過本發(fā)明實(shí)施例可以形成SihCx、高Ge組分SiGe、Ge 或III-V族化合物半導(dǎo)體材料的懸空薄層，從而改善器件性能。在本發(fā)明的實(shí)施例中，還可在絕緣材料SixNy或SiOxNy中摻雜C，從而能夠極大地提高凸起結(jié)構(gòu)的應(yīng)變度。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的多層凸起結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成兩個(gè)共用源極或漏極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例形成兩個(gè)共用源極或漏極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法流程圖。
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)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對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。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。該具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底1100，形成在襯底1100之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200，其中，每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間具有一定間隙，該間隙小于50nm，優(yōu)選地小于30nm。需要說明的是，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例之中凸起結(jié)構(gòu)可為垂直結(jié)構(gòu)，而在圖2和圖3的實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)1200從凸起結(jié)構(gòu)1200的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部之間的間隙小于兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200中部之間的間隙，從而可以通過退火或外延形成懸空薄層1300。如果對于兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部之間間隙大于中部之間間隙的情況來說，上述預(yù)定距離是兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間的最近距離，即兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200頂部之間的距離。本發(fā)明適于小尺寸器件， 特別適于解決小尺寸器件的漏電問題。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括形成在每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200之間，且與兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200 頂部相連的懸空薄層1300，其中，凸起結(jié)構(gòu)1200為溝道，凸起結(jié)構(gòu)1200兩側(cè)的懸空薄層 1300為源極和漏極。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括形成在凸起結(jié)構(gòu)1200之上的柵堆疊1400。其中， 柵堆疊1400包括柵介質(zhì)層和柵電極，例如為高k柵介質(zhì)層等。在該實(shí)施例中，示出了兩個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，每個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)器件，兩者之間相互隔離，具體地，兩個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的懸空薄層1300被刻蝕掉從而形成隔離結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，每個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括三個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200，依次包括第一凸起結(jié)構(gòu)至第三凸起結(jié)構(gòu)，其中，第二凸起結(jié)構(gòu)(位于中間)為溝道，第一凸起結(jié)構(gòu)和所述第二凸起結(jié)構(gòu)之間的懸空薄層為源極，第二凸起結(jié)構(gòu)和第三凸起結(jié)構(gòu)之間的懸空薄層為漏極。懸空薄層1300通常都很薄，一般約為IOnm 以下，從而可以用于制備超淺結(jié)。其中，凸起結(jié)構(gòu)1200為溝道，凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層1300為源極和漏極，且在凸起結(jié)構(gòu)1200之間填充有絕緣材料2000以使做為溝道的凸起結(jié)構(gòu)1200產(chǎn)生應(yīng)變。具體地，絕緣材料2000可為SixNy、SiO2或SiOxNy中的至少一種，其中，χ和y為整數(shù)，例如SiN 等。在SixNy、SiO2或SiOxNy中摻雜C，優(yōu)選地，C的濃度低于10%，從而可以極大地提高應(yīng)變度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣材料2000包括第一絕緣材料(SixNy或SiOxNy)和第二絕緣材料(SiO2)，其中，第二絕緣材料位于第一絕緣材料及凸起結(jié)構(gòu)之間，以及第一絕緣材料及襯底之間，即第二絕緣材料包圍第一絕緣材料。優(yōu)選地，由于SixNy的活性，因此采用SiO2將其包圍。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，襯底1100包括Si或低Ge組分SiGe，懸空薄層1300包括 SihCx、高 Ge 組分 SiGe、Ge 等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，懸空薄層1300可通過對多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200退火形成。 本發(fā)明實(shí)施例通過高溫氫氣氛退火能使表面原子發(fā)生遷移，退火溫度一般約在800-1350 度，同時(shí)在本發(fā)明實(shí)施例中退火時(shí)還需要?dú)夥罩泻袣錃猓瑲錃饽苡行У卮龠M(jìn)表面原子的遷移。優(yōu)選地，當(dāng)凸起結(jié)構(gòu)1200包括高Ge組分SiGe或Ge時(shí)，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4、 SiH2Cl2, SiHCl3中的一種或多種氣體，通過氣體分解在表面沉積少量的Si和/或Ge原子， 以使獲得的半導(dǎo)體薄層表面更加平整，從而獲得更好的效果。在退火之后，兩個(gè)相鄰的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)1200的頂部會相互接觸從而形成懸空薄層1300。在本發(fā)明實(shí)施例中對于凸起結(jié)構(gòu)材料不同，其退火溫度也不同，例如對于Si材料來說，一般退火溫度較高，約1200度左右，而對于Ge材料來說，退火溫度較低，約900度左右。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)1200為多層結(jié)構(gòu)，其中，多層凸起結(jié)構(gòu)中的最頂層為SihCx、高Ge組分SiGe、Ge。如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的多層凸起結(jié)構(gòu)的示意圖。其中，所述多層結(jié)構(gòu)中的最頂層為SihCx、高Ge組分SiGe、Ge。例如對圖3來說， 凸起結(jié)構(gòu)1200的底層為低Ge組分的SiGe層，頂層為Ge層。這樣低Ge組分的SiGe層可以作為襯底1100和Ge層之間的過渡層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括形成在柵堆疊1400兩側(cè)的一層或多層側(cè)墻，從而可以使得源極和漏極與溝道的界面層延伸至凸起結(jié)構(gòu)材料之中，以改善結(jié)的界面特性，進(jìn)一步提高器件性能。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可形成兩個(gè)共用源極或漏極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，如圖4 和5所示。在該實(shí)施例中，還包括與第二凸起結(jié)構(gòu)或第三凸起結(jié)構(gòu)相鄰的第四凸起結(jié)構(gòu)或第五凸起結(jié)構(gòu)，第二凸起結(jié)構(gòu)或第三凸起結(jié)構(gòu)為溝道以形成共用源極或漏極的器件。如圖6所示，為本發(fā)明實(shí)施例的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法流程圖， 包括以下步驟步驟S601，提供襯底，其中，襯底包括Si或低Ge組分SiGe。步驟S602，在襯底之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間具有一定間隙，一般該間隙小于50nm，優(yōu)選地小于30nm。凸起結(jié)構(gòu)從凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙，從而可以通過退火或外延形成懸空薄層。具體地，在襯底之上先外延一層或多層半導(dǎo)體材料，例如高Ge組分 SiGe、Ge的第一半導(dǎo)體材料層。當(dāng)然在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以將襯底表層作為第一半導(dǎo)體材料層，即直接在襯底的表面進(jìn)行刻蝕以形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，為了形成圖1所示的凸起結(jié)構(gòu)，需要采用具有各向異性的濕法刻蝕對外延的第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行刻蝕。或者，可替換地，在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，先向第一半導(dǎo)體材料層之中注入Si或 Ge離子以在第一半導(dǎo)體材料層之中形成離子注入層，接著采用干法刻蝕對第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行選擇性刻蝕以形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，由于離子注入層中損傷嚴(yán)重，晶體結(jié)構(gòu)被打亂，其刻蝕速度大于第一半導(dǎo)體材料層其他部分的刻蝕速度，從而可以形成圖2所示的結(jié)構(gòu)。步驟S603，在每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間填充絕緣材料，例如SiN或Si02。優(yōu)選地，首先對凸起結(jié)構(gòu)的兩側(cè)及襯底的露出部分進(jìn)行氧化以產(chǎn)生SiO2層，接著在每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間及SiO2層之上外延SixNy或SiOxNy，例如SiNo在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在填充了絕緣材料之后，還需要將在凸起結(jié)構(gòu)表面的絕緣材料去除，以及將凸起結(jié)構(gòu)頂部側(cè)面的一些絕緣材料去除。在本發(fā)明的實(shí)施例中，去除凸起結(jié)構(gòu)頂部側(cè)面的絕緣材料只要在后續(xù)工藝能夠不影響凸起結(jié)構(gòu)之間的頂部的閉合即可。步驟S604，在每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間形成懸空薄層，且懸空薄層與兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部相連，其中，懸空薄層包括SihCx、高Ge組分SiGe、Ge等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，懸空薄層可通過對多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成。本發(fā)明實(shí)施例通過退火能使表面材料發(fā)生遷移， 退火溫度一般約在800-1350度，同時(shí)在本發(fā)明實(shí)施例中退火時(shí)還需要?dú)夥罩泻袣錃狻?yōu)選地，當(dāng)凸起結(jié)構(gòu)1200包括高Ge組分SiGe或Ge時(shí)，在退火時(shí)還通入SiH4、GeH4, SiH2Cl2, SiHCl3中的一種或多種氣體，通過氣體分解在表面沉積少量的Si和/或Ge原子，以使獲得的半導(dǎo)體薄層表面更加平整，從而獲得更好的效果。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還可通過外延的方式形成懸空薄層。包括表面為 (100)晶向的Si、SihCx、SiGe、Ge襯底，由于外延材料在頂部的側(cè)向生長速度不小于縱向生長速度，從而可以使得外延的材料很快將兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間頂部的間隙封閉，從而懸空薄層與襯底之間不會直接接觸，從而依然能夠保持懸空薄層的一部份相對于襯底懸空。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如果懸空薄層通過外延形成，則懸空薄層還可以為III-V族化合物半導(dǎo)體材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，凸起結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，其中，多層結(jié)構(gòu)中的最頂層為SVxCp高Ge組分SiGe、Ge。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如果退火之后懸空薄層的厚度比較厚的話，則還需要對該懸空薄層進(jìn)行刻蝕或減薄處理。步驟S605，在凸起結(jié)構(gòu)之上形成柵堆疊。步驟S606，在柵堆疊兩側(cè)形成一層或多層側(cè)墻。步驟S607，對柵堆疊兩側(cè)的懸空薄層進(jìn)行摻雜以使凸起結(jié)構(gòu)形成為溝道，凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層形成為源極和漏極。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，還需要去除位于隔離區(qū)域中的懸空薄層以形成隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例采用懸空的源漏結(jié)構(gòu)，一方面使得源漏中摻雜雜質(zhì)向襯底的擴(kuò)散被抑制，從而易制備超淺結(jié)，另一方面由于源漏及襯底之間不存在接觸，因此還可以抑制源漏與襯底之間的BTBT漏電。此外，本發(fā)明實(shí)施例通過在凸起結(jié)構(gòu)之間填充的絕緣材料以使做為溝道的凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變，從而進(jìn)一步提高器件性能。本發(fā)明實(shí)施例減小了源漏的寄生結(jié)電容，提高了器件的性能。并且通過本發(fā)明實(shí)施例可以形成SihCx、高Ge組分SiGe、Ge或 III-V族化合物半導(dǎo)體材料的懸空薄層，從而改善器件性能。如果采用SOI結(jié)構(gòu)時(shí)，溝道的散熱會受到絕緣層的阻礙，而本發(fā)明通過采用凸起結(jié)構(gòu)作為溝道，可以有效解決SOI結(jié)構(gòu)中絕緣層對散熱的抑制問題，同時(shí)還可以同SOI結(jié)構(gòu)一樣，降低器件的漏電，從而進(jìn)一步改善器件性能。在本發(fā)明的實(shí)施例中，還可在絕緣材料中摻雜C，優(yōu)選地，C的濃度低于10%，從而能夠極大地提高凸起結(jié)構(gòu)的應(yīng)變度。 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 襯底；形成在所述襯底之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，其中，每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間具有一定間隙，所述間隙小于50nm ；形成在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間，且與所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部相連的懸空薄層，其中， 所述凸起結(jié)構(gòu)為溝道，所述凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層為源極和漏極，且在所述凸起結(jié)構(gòu)之間填充有絕緣材料以使作為溝道的所述凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變；和形成在所述凸起結(jié)構(gòu)之上的柵堆疊。
2.如權(quán)利要求1所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述懸空薄層通過對所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，所述退火溫度為800-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。
5.如權(quán)利要求1所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣材料為 SixNy、SiO2或SiOxNy中的至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣材料包括 第一絕緣材料；以及位于所述第一絕緣材料及所述凸起結(jié)構(gòu)之間，以及所述第一絕緣材料及所述襯底之間的第二絕緣材料。
7.如權(quán)利要求6所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一絕緣材料為SixNy或SiOxNy,所述第二絕緣材料為Si02。
8.如權(quán)利要求7所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述第一絕緣材料中摻雜C。
9.如權(quán)利要求1所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括 形成在所述柵堆疊兩側(cè)的一層或多層側(cè)墻。
10.一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 提供襯底；在所述襯底之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間具有一定間隙，所述間隙小于50nm ；在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間填充絕緣材料；在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間及所述絕緣材料之上形成懸空薄層，且所述懸空薄層與所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部相連；在所述凸起結(jié)構(gòu)之上形成柵堆疊；和對所述柵堆疊兩側(cè)的懸空薄層進(jìn)行摻雜以使所述凸起結(jié)構(gòu)形成為溝道，所述凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層形成為源極和漏極。
11.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)從所述凸起結(jié)構(gòu)的中部向頂部逐漸增大以使兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部之間的間隙小于所述兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)中部之間的間隙。
12.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述懸空薄層通過對所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)退火形成，所述退火溫度為800-1350度，且在退火時(shí)氣氛中含有氫氣。
13.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括去除位于隔離區(qū)域中的懸空薄層以形成隔離結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括在所述柵堆疊兩側(cè)形成一層或多層側(cè)墻。
15.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述絕緣材料為SixNy、SiO2或SiOxNy中的至少一種。
16.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述在每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間填充絕緣材料進(jìn)一步包括對所述凸起結(jié)構(gòu)的兩側(cè)及所述襯底的露出部分進(jìn)行氧化以產(chǎn)生S^2層；和在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間及所述SiA層之上外延SixNy或SiOxNy。
17.如權(quán)利要求16所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括在所述SixNy或SiOxNy之中摻雜C。
18.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述懸空薄層通過外延形成。
19.如權(quán)利要求10所述的具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述在襯底之上形成多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在所述襯底之上形成第一半導(dǎo)體材料層；向所述第一半導(dǎo)體材料層之中注入Si或Ge離子以在所述第一半導(dǎo)體材料層之中形成離子注入層；和對所述第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行選擇性刻蝕以形成所述多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種具有懸空源漏的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底；形成在襯底之上的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)；形成在所述每兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)之間，且與兩個(gè)凸起結(jié)構(gòu)頂部相連的懸空薄層，其中，凸起結(jié)構(gòu)為溝道，凸起結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸空薄層為源極和漏極，且在所述凸起結(jié)構(gòu)之間填充有絕緣材料以使作為溝道的所述凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變；和形成在所述凸起結(jié)構(gòu)之上的柵堆疊。本發(fā)明實(shí)施例采用懸空的源漏結(jié)構(gòu)，一方面使得源漏中摻雜雜質(zhì)向襯底的擴(kuò)散被抑制，從而易制備超淺結(jié)，另一方面由于源漏及襯底之間不存在接觸，因此還可以抑制源漏與襯底之間的BTBT漏電。此外，本發(fā)明實(shí)施例通過在凸起結(jié)構(gòu)之間填充的絕緣材料以使做為溝道的凸起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)變，從而進(jìn)一步提高器件性能。
文檔編號H01L21/02GK102214684SQ20111014982
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者王敬, 郭磊 申請人:清華大學(xué)