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)：

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝節(jié)點(diǎn)逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應(yīng)用，來獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當(dāng)器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)進(jìn)一步下降時(shí)，即使采用后柵工藝，常規(guī)的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)無法滿足對(duì)器件性能的需求，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fin FET)作為常規(guī)器件的替代得到了廣泛的關(guān)注。所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常包括鰭部，以及橫跨鰭部的柵極結(jié)構(gòu)和位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部?jī)?nèi)的源漏極。

為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能，半導(dǎo)體材料鍺也得到了廣泛的應(yīng)用。與硅相比，鍺具有更高的電子和空穴遷移率，從而應(yīng)用在半導(dǎo)體器件上，特別是作為晶體管的溝道區(qū)域材料，能夠有效提高半導(dǎo)體器件的性能。采用含鍺半導(dǎo)體材料，例如鍺硅，形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠有效提高晶體管的性能。

現(xiàn)有技術(shù)中用鍺硅材料形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部，鰭部不同位置處的鍺濃度都相同，不能滿足不同晶體管的需求，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能還有待進(jìn)一步的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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，提高所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能，以提高在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)襯底表面形成具有開口的掩膜層，暴露出半導(dǎo)體襯底的部分表面；沿所述開口刻蝕半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第 一凹槽；形成位于第一凹槽和開口內(nèi)的隔離層，所述隔離層表面與掩膜層表面齊平；去除所述掩膜層，形成第二凹槽；在第二凹槽內(nèi)形成第一鍺硅層，所述第一鍺硅層表面低于隔離層表面；在第一鍺硅層表面形成填充滿第二凹槽且覆蓋隔離層的無定形鍺硅層；采用固相外延生長(zhǎng)工藝，使第一鍺硅層表面的部分無定形鍺硅層轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N硅層，所述第三鍺硅層表面高于隔離層表面；以隔離層作為停止層，對(duì)無定形鍺硅層和第三鍺硅層進(jìn)行平坦化；回刻蝕所述隔離層，使隔離層表面低于第三鍺硅層表面。

可選的，所述第一鍺硅層內(nèi)的鍺濃度與第三鍺硅層內(nèi)的鍺濃度不同。

可選的，所述第一鍺硅層內(nèi)的鍺濃度范圍為15％～45％，第三鍺硅層內(nèi)的鍺濃度范圍為25％～35％。

可選的，采用選擇性外延工藝形成所述第一鍺硅層。

可選的，所述第一鍺硅層的高度為第二凹槽深度的1/3～1/2。

可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述無定形鍺硅層。

可選的，所述化學(xué)氣相沉積工藝采用的硅源氣體為SiH₄或者SiH₂Cl₂，鍺源氣體為GeH₄，溫度為400℃～600℃，壓強(qiáng)為5Torr～100Torr。

可選的，所述固相外延生長(zhǎng)工藝的生長(zhǎng)溫度為600℃～800℃。

本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的第一凹槽；位于第一凹槽內(nèi)的隔離層，且所述隔離層表面高于半導(dǎo)體襯底表面；位于相鄰隔離層之間的半導(dǎo)體襯底表面的第一鍺硅層；位于第一鍺硅層表面的第三鍺硅層，所述第三鍺硅層表面高于隔離層表面。

本發(fā)明的技術(shù)方案還提供另一種半導(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)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；在半導(dǎo)襯底表面形成具有開口的第一掩膜層，暴露出半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域和第二區(qū)域的部分表面；沿所述開口刻蝕半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域和第二區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽；形成位于第一凹槽和開口內(nèi)的隔離層，所述隔離層表面與第一掩膜層表面齊平；去除第一掩膜層，在第一區(qū)域形成第二凹槽，在第二區(qū)域 形成第三凹槽；形成覆蓋半導(dǎo)體襯底第一區(qū)域的第二掩膜層；在第三凹槽內(nèi)形成第一鍺硅層，第一鍺硅層表面低于隔離層表面；去除第二掩膜層后，形成覆蓋半導(dǎo)體襯底第二區(qū)域的第三掩膜層；在第二凹槽內(nèi)形成第二鍺硅層，第二鍺硅層表面低于隔離層表面；去除第三掩膜層，在所述第一鍺硅層、第二鍺硅層表面形成無定形鍺硅層，所述無定形鍺硅層填充滿所述第二凹槽、第三凹槽，且覆蓋所述隔離層；采用固相外延生長(zhǎng)工藝，使第一鍺硅層、第二鍺硅層表面的部分無定形鍺硅層轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N硅層，所述第三鍺硅層表面高于隔離層表面；以隔離層作為停止層，對(duì)無定形鍺硅層和第三鍺硅層進(jìn)行平坦化；回刻蝕所述隔離層，使隔離層表面低于第三鍺硅層表面。

可選的，所述第一鍺硅層內(nèi)的鍺濃度高于第三鍺硅層內(nèi)的鍺濃度，第二鍺硅層內(nèi)的鍺濃度低于第三鍺硅層內(nèi)的鍺濃度。

可選的，所述第一鍺硅層內(nèi)的鍺濃度范圍為35～45％，第二鍺硅層內(nèi)的鍺濃度范圍為15～25％，第三鍺硅層內(nèi)的鍺濃度范圍為25～35％。

可選的，采用選擇性外延工藝形成所述第一鍺硅層、第二鍺硅層。

可選的，所述第一鍺硅層的高度為第三凹槽深度的1/3～1/2；所述第二鍺硅層的高度為第二凹槽深度的1/3～1/2。

可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述無定形鍺硅層。

可選的，所述化學(xué)氣相沉積工藝采用的硅源氣體為SiH₄或者SiH₂Cl₂，鍺源氣體為GeH₄，溫度為400℃～600℃，壓強(qiáng)為5Torr～100Torr。

可選的，所述固相外延生長(zhǎng)工藝的生長(zhǎng)溫度為600℃～800℃。

可選的，所述第二掩膜層的形成方法包括：形成覆蓋隔離層以及半導(dǎo)體襯底的第二掩膜材料層；在所述第二掩膜材料層表面形成圖形化光刻膠層；以所述圖形化光刻膠層為掩膜，刻蝕所述第二掩膜材料層，去除位于半導(dǎo)體襯底第二區(qū)域上的第二掩膜材料層，暴露出第二區(qū)域的隔離層和半導(dǎo)體襯底，形成覆蓋第一區(qū)域的第二掩膜層。

可選的，所述第三掩膜層的形成方法包括：形成覆蓋隔離層以及半導(dǎo)體襯底的第三掩膜材料層；在所述第三掩膜材料層表面形成圖形化光刻膠層； 以所述圖形化光刻膠層為掩膜，刻蝕所述第三掩膜材料層，去除位于半導(dǎo)體襯底第一區(qū)域上的第三掩膜材料層，暴露出第一區(qū)域的隔離層和半導(dǎo)體襯底，形成覆蓋第二區(qū)域的第三掩膜層。

本發(fā)明的技術(shù)方案還提供另一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；位于半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域和第二區(qū)域內(nèi)的第一凹槽；位于第一凹槽內(nèi)的隔離層，所述隔離層表面高于半導(dǎo)體襯底表面；位于相鄰隔離層之間的半導(dǎo)體襯底第一區(qū)域表面的第二鍺硅層；位于相鄰隔離層之間的半導(dǎo)體襯底第二區(qū)域表面的第一鍺硅層；位于所述第一鍺硅層和第二鍺硅層表面的第三鍺硅層，所述第三鍺硅層表面高于隔離層表面。

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(diǎn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案中，在半導(dǎo)體襯底上形成在第一鍺硅層，然后在所述第一鍺硅層表面形成無定形鍺硅層之后，再通過固相外延工藝使位于第一鍺硅層表面的部分無定形鍺硅層轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N硅層，所述第一鍺硅層和第三鍺硅層作為鰭部的一部分。固相外延生長(zhǎng)過程中，位于無定形鍺硅層內(nèi)的原子首先會(huì)填補(bǔ)第一鍺硅層表面的晶格缺陷位置，使得第一鍺硅層頂部的尖角消失，形成平整的界面，界面上的缺陷較少，可以提高第一鍺硅層和第三鍺硅層內(nèi)的載流子遷移率，進(jìn)而提高所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

進(jìn)一步，所述第一鍺硅層與第三鍺硅層的鍺濃度不一樣，通過調(diào)整所述第一鍺硅層和第三鍺硅層內(nèi)的鍺濃度，可以使得鰭部滿足不同性能晶體管的需求，進(jìn)一步提高在此基礎(chǔ)上形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域上形成第二鍺硅層，第二區(qū)域上形成第一鍺硅層，然后再在所述第一鍺硅層、第二鍺硅層表面形成無定形鍺硅層，通過固相外延工藝，使得第一鍺硅層和第二鍺硅層表面的部分無定形鍺硅層轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N硅層。所述第一區(qū)域上的第一鍺硅層和第三鍺硅層作為第一區(qū)域上的鰭部的一部分，第二鍺硅層及其表面的第三鍺硅層作為第二區(qū)域上的鰭部的一部分。固相外延生長(zhǎng)過程中，位于無定形鍺硅層內(nèi)的原子首先會(huì)填補(bǔ)第一鍺硅層、第二鍺 硅層表面的晶格缺陷位置，使得第一鍺硅層、第二鍺硅層頂部的尖角消失，形成平整的界面，界面上的缺陷較少，可以提高第一鍺硅層、第二鍺硅層和第三鍺硅層內(nèi)的載流子遷移率，進(jìn)而提高所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。

進(jìn)一步，所述第三鍺硅層和第一鍺硅層作為第一區(qū)域上的鰭部的一部分，兩者具有不同的鍺濃度；第三鍺硅層和第二鍺硅層作為第二區(qū)域上的鰭部的一部分，兩者也具有不同的鍺濃度。并且，所述第三鍺硅層的鍺濃度小于第一鍺硅層的鍺濃度；第三鍺硅層的鍺濃度大于第二鍺硅層的鍺濃度；從而使得所述第一區(qū)域和第二區(qū)域分別適合形成不同性能或類型的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以提高不同類型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

附圖說明

圖1至圖10是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11至圖22是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有技術(shù)采用鍺硅材料形成的鰭部中，鍺濃度在不同位置出的濃度一致，不能滿足不同晶體管的需求，從而會(huì)影響在此基礎(chǔ)上形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

本發(fā)明的其他實(shí)施例中，形成鰭部包括下部分和上部分，其中上部分和下部分的鰭部?jī)?nèi)的鍺濃度不相同，以滿足不同晶體管的需求。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

圖1至圖10為本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程的示意圖。

請(qǐng)參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜材料層101。

所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù) 半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底100的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中，蘇搜書半導(dǎo)體襯底100為單晶硅襯底。

可以采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成所述掩膜材料層101，所述掩膜材料層101的材料可以包括：氮化硅、無定形碳或碳化硅等。本實(shí)施例中，所述掩膜材料層101的材料為氮化硅。所述掩膜材料層101后續(xù)用于形成位于半導(dǎo)體襯底100表面的掩膜層。

請(qǐng)參考圖2，在半導(dǎo)襯底100表面形成具有開口110的掩膜層101a，暴露出半導(dǎo)體襯底100的部分表面。

所述掩膜層101a的形成方法包括：在所述掩膜材料層101(請(qǐng)參考圖1)表面形成圖形化光刻膠層，所述圖形化光刻膠層暴露出部分掩膜材料層101的表面；以所述圖形化光刻膠層為掩膜，刻蝕所述掩膜材料層101至半導(dǎo)體襯底101表面，形成具有開口110的掩膜層101a，所述開口110暴露出部分半導(dǎo)體襯底100的表面。

所述開口110的位置和尺寸，定義了后續(xù)形成的鰭部的位置和尺寸。

請(qǐng)參考圖3，沿所述開口110刻蝕半導(dǎo)體襯底100，在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成第一凹槽102。

可以采用干法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，所述干法刻蝕工藝可以是等離子體刻蝕工藝、反應(yīng)離子刻蝕工藝等。本實(shí)施例中，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝對(duì)所述半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行刻蝕，具體的，所述反應(yīng)離子刻蝕工藝采用HBr和Cl₂的混合氣體作為刻蝕氣體，O₂作為緩沖氣體，其中HBr的流量為50sccm～1000sccm，Cl₂的流量為50sccm～1000sccm，O₂的流量為5sccm～20sccm，壓強(qiáng)為5mTorr～50mTorr，功率為400W～750W，O₂的氣體流量為5sccm～20sccm，溫度為40℃～80℃，偏置電壓為100V～250V。

本實(shí)施例中，由于在第一凹槽102頂部的刻蝕氣體交換速率較快，刻蝕速率較大，所以最終形成側(cè)壁傾斜的第一凹槽102。

請(qǐng)參考圖4，形成位于第一凹槽102(請(qǐng)參考圖3)和開口110(請(qǐng)參考圖3)內(nèi)的隔離層103，所述隔離層103表面與掩膜層101a表面齊平。

所述隔離層103的形成方法包括：形成填充滿所述第一凹槽102、開口110且覆蓋掩膜層101a的隔離材料層；以所述掩膜層101a作為停止層，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行平坦化，形成與所述掩膜層101a表面齊平的隔離層103。

本實(shí)施例中，所述隔離材料層的材料為氧化硅，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述隔離層的材料還可以是氮氧化硅等絕緣介質(zhì)材料?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體沉積工藝或高深寬比沉積工藝形成所述隔離材料層。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，在形成所述隔離層103之前，可以在所述第一凹槽102的內(nèi)壁表面形成墊氧化層，提高形成的隔離層103的質(zhì)量。

請(qǐng)參考圖5，去除所述掩膜層101a(請(qǐng)參考圖4)，形成第二凹槽104。

本實(shí)施例中，采用濕法刻蝕工藝去除所述掩膜層101a。本實(shí)施例中，所述掩膜層101a的材料為氮化硅，采用磷酸溶液作為刻蝕溶液去除所述掩膜層101a。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用對(duì)掩膜層101a具有較高刻蝕選擇性的干法刻蝕工藝。

去除所述掩膜層101a之后，在相鄰隔離層103之間形成第二凹槽104，所述第二凹槽104暴露出部分半導(dǎo)體襯底100的表面。

請(qǐng)參考圖6，在第二凹槽104內(nèi)形成第一鍺硅層105，所述第一鍺硅層105表面低于隔離層103表面。

采用選擇性外延工藝形成所述第一鍺硅層105，所述第一鍺硅層105在第二凹槽104底部的半導(dǎo)體襯底100表面向上生長(zhǎng)，由于所述第一鍺硅層105具有金剛石型晶體結(jié)構(gòu)，形成的第一鍺硅層105表面具有尖角。

所述選擇性外延工藝采用的反應(yīng)氣體包括：鍺源氣體、硅源氣體、HCl和H₂，其中，鍺源氣體為GeH₄，硅源氣體包括SiH₄或SiH₂Cl₂等含硅氣體，鍺源氣體、硅源氣體和HCl的氣體流量為1sccm～1000sccm，H₂的流量為0.1slm～50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為300℃～700℃，壓強(qiáng)為1Torr～100Torr。

所述第一鍺硅層105作為最終形成的鰭部的一部分，側(cè)壁被隔離層103所覆蓋，所述第一鍺硅層105的高度為第二凹槽104深度的1/3～1/2，例如使得后續(xù)對(duì)隔離層103進(jìn)行回刻蝕之后，所述第一鍺硅層105依舊能被回刻蝕 后的隔離層103覆蓋。本實(shí)施例中，所述第一鍺硅層105的高度為第二凹槽104深度的1/2。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一鍺硅層105的高度可以根據(jù)最終待形成的鰭部高度進(jìn)行調(diào)整。

所述第一鍺硅層105內(nèi)的鍺濃度范圍為15％～45％，通過調(diào)整選擇性外延過程中鍺源氣體和硅源氣體的流量可以調(diào)整所述第一鍺硅層105內(nèi)的鍺濃度。

請(qǐng)參考圖7，在第一鍺硅層105表面形成填充滿第二凹槽104(請(qǐng)參考圖6)且覆蓋隔離層103的無定形鍺硅層106。

采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述無定形鍺硅層。所述化學(xué)氣相沉積工藝采用的硅源氣體為SiH₄或SiH₂Cl₂等含硅氣體，鍺源氣體為GeH₄，溫度為400℃～600℃，壓強(qiáng)為5Torr～100Torr。

所述無定形鍺硅層106中，鍺濃度為25～35％。

請(qǐng)參考圖8，采用固相外延生長(zhǎng)工藝，使第一鍺硅層105表面的部分無定形鍺硅層106轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N硅層107，所述第三鍺硅層107表面高于隔離層103表面。

所述固相外延生長(zhǎng)工藝采用退火處理，退火溫度低于所述無定形鍺硅層106的熔點(diǎn)，使得所述無定形鍺硅層106內(nèi)的鍺原子和硅原子獲得足夠的能量能夠進(jìn)行遷移。由于部分無定形鍺硅層106位于第一鍺硅層105表面，而所述第一鍺硅層105表面的鍺硅原子按著晶格結(jié)構(gòu)排列，所以，與第一鍺硅層105直接接觸的部分無定形鍺硅層106內(nèi)的原子，在所述第一鍺硅層105表面沿著第一鍺硅層105的晶格結(jié)構(gòu)規(guī)則化生長(zhǎng)，形成位于第一鍺硅層105表面的第三鍺硅層107。所述退火溫度可以接近無定形鍺硅層106的熔點(diǎn)的1/2，例如600℃～800℃，本實(shí)施例中，所述固相外延生長(zhǎng)工藝采用的生長(zhǎng)溫度為700℃。

所述第三鍺硅層107內(nèi)的鍺濃度由無定形鍺硅層106的鍺濃度決定，所述第三鍺硅層107內(nèi)的鍺濃度與第一鍺硅層105內(nèi)的鍺濃度不同。本實(shí)施例中，所述第三鍺硅層107內(nèi)的鍺濃度為25～35％。

在進(jìn)行固相外延生長(zhǎng)過程中，由于第一鍺硅層105與無定形鍺硅層106的鍺濃度不同，在第一鍺硅層105與無定形硅層106的界面上，會(huì)出現(xiàn)鍺原 子的擴(kuò)散現(xiàn)象，使得形成的第一鍺硅層105與第三鍺硅層107界面上的鍺濃度位于第一鍺硅層105與第三鍺硅層107的鍺濃度之間。并且，固相外延生長(zhǎng)過程中，位于無定形鍺硅層106內(nèi)的原子首先會(huì)填補(bǔ)第一鍺硅層105表面的晶格缺陷位置，使得第一鍺硅層105頂部的尖角消失，形成平整的界面，界面上的缺陷較少，可以提高第一鍺硅層106和第三鍺硅層107內(nèi)的載流子遷移率。而如果直接在第一鍺硅層105表面采用外延工藝形成第三鍺硅層，則所述第一鍺硅層105表面依舊不平整，導(dǎo)致第一鍺硅層105與第三鍺硅層的界面缺陷較多。

請(qǐng)參考圖9，以所述隔離層103作為停止層，對(duì)無定形鍺硅層106(請(qǐng)參考圖8)和第三鍺硅層107(請(qǐng)參考圖8)進(jìn)行平坦化。

采用化學(xué)研磨工藝，對(duì)所述無定形鍺硅層103和第三鍺硅層107進(jìn)行平坦化，去除剩余的無定形鍺硅層106以及高于隔離層103表面的部分第三鍺硅層107，使剩余的第三鍺硅層107a表面平坦，且與隔離層103表面齊平。

請(qǐng)參考圖10，回刻蝕所述隔離層103，使隔離層103表面低于第三鍺硅層107a表面。

可以采用干法或濕法刻蝕工藝對(duì)所述隔離層103進(jìn)行回刻蝕，使所述隔離層103的高度下降，暴露出第三鍺硅層107a的側(cè)壁。

本實(shí)施例中，回刻蝕后的隔離層103的表面與第一鍺硅層105表面齊平，使得第三鍺硅層107a的側(cè)壁完全暴露。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述隔離層103的表面還可以高于或低于所述第一鍺硅層105表面。

后續(xù)可以形成橫跨所述第三鍺硅層107a的柵極結(jié)構(gòu)，然后在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三鍺硅層107a內(nèi)形成源漏極，從而形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本實(shí)施例中，所述第三鍺硅層107a以及第一鍺硅層105作為鰭部的一部分，兩者具有不同的鍺濃度。通過調(diào)整所述第一鍺硅層105和第三鍺硅層107a內(nèi)的鍺濃度，可以使得鰭部滿足不同性能晶體管的需求，進(jìn)一步提高在此基礎(chǔ)上形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。例如，當(dāng)?shù)谌N硅層107a的鍺濃度大于第一鍺硅層105的鍺濃度時(shí)，適合在此基礎(chǔ)上形成P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，進(jìn)一步提高P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能；當(dāng)?shù)谌N硅層107a的鍺濃度小于 第一鍺硅層105的鍺濃度時(shí)，適合在此基礎(chǔ)上形成N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，進(jìn)一步提高N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)參考圖10，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底100；位于半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的第一凹槽；位于第一凹槽內(nèi)的隔離層103，且所述隔離層103表面高于半導(dǎo)體襯底100表面，相鄰隔離層103之間具有位于半導(dǎo)體襯底100表面的第一鍺硅層105；位于第一鍺硅層105表面的第三鍺硅層107a，所述第三鍺硅層107a表面高于隔離層103表面。

本實(shí)施例中，所述隔離層103的表面與第一鍺硅層105表面齊平，使得第三鍺硅層107a的側(cè)壁完全暴露。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述隔離層103的表面還可以高于或低于所述第一鍺硅層105表面。所述隔離層103的材料為氧化硅。

所述第三鍺硅層107a的鍺濃度與第一鍺硅層105的鍺濃度不同。本實(shí)施例中，所述第三鍺硅層107a的鍺濃度為25～35％，第一鍺硅層105的鍺濃度為為15～45％。通過調(diào)整所述第一鍺硅層105和第三鍺硅層107a內(nèi)的鍺濃度，可以使得鰭部滿足不同性能晶體管的需求，進(jìn)一步提高在此基礎(chǔ)上形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

圖11至圖22為本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過程示意圖。

請(qǐng)參考圖11，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II；在半導(dǎo)襯底200表面形成具有開口210的第一掩膜層201，暴露出半導(dǎo)體襯底100的第一區(qū)域I和第二區(qū)域II的部分表面。

所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II用于形成不同的晶體管。

所述第一掩膜層201的形成方法與前一實(shí)施例相同，在此不作贅述。

請(qǐng)參考圖12，沿所述開口210刻蝕半導(dǎo)體襯底200，在半導(dǎo)體襯底200的第一區(qū)域I和第二區(qū)域II內(nèi)形成第一凹槽202。

可以采用干法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底200，所述干法刻蝕工藝可以是等離子體刻蝕工藝、反應(yīng)離子刻蝕工藝等。本實(shí)施例中，形成所述第一凹 槽202的方法與前一實(shí)施例相同，在此不作贅述。

請(qǐng)參考圖13，形成位于第一凹槽202(請(qǐng)參考圖12)和開口210(請(qǐng)參考圖12)內(nèi)的隔離層203，所述隔離層203表面與第一掩膜層201表面齊平。

所述隔離層203的形成方法包括：形成填充滿所述第一凹槽202、開口210且覆蓋第一掩膜層201的隔離材料層；以所述第一掩膜層201作為停止層，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行平坦化，形成與所述第一掩膜層201表面齊平的隔離層203。

所述隔離層203的材料為氧化硅，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述隔離層的材料還可以是氮氧化硅等絕緣介質(zhì)材料。

請(qǐng)參考圖14，去除第一掩膜層201(請(qǐng)參考圖13)，在第一區(qū)域I形成第二凹槽204，在第二區(qū)域II形成第三凹槽205。

本實(shí)施例中，采用濕法刻蝕工藝去除所述第一掩膜層201。本實(shí)施例中，所述第一掩膜層201的材料為氮化硅，采用磷酸溶液作為刻蝕溶液去除所述第一掩膜層201。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用對(duì)第一掩膜層201具有較高刻蝕選擇性的干法刻蝕工藝。

請(qǐng)參考圖15，形成覆蓋半導(dǎo)體襯底200第一區(qū)域I的第二掩膜層301。

所述第二掩膜層301的形成方法包括：形成覆蓋隔離層203以及半導(dǎo)體襯底200的第二掩膜材料層；在所述第二掩膜材料層表面形成圖形化光刻膠層，以所述圖形化光刻膠層為掩膜，刻蝕所述第二掩膜材料層，去除位于半導(dǎo)體襯底200第二區(qū)域II上的第二掩膜材料層，暴露出第二區(qū)域II的隔離層203和半導(dǎo)體襯底200，形成覆蓋第一區(qū)域I的第二掩膜層301。

所述第二掩膜層301的材料易于刻蝕去除。而且，由于后續(xù)在第三凹槽205內(nèi)需要采用外延工藝形成鍺硅層，而所述外延工藝需要采用較高的溫度，所以，所述第二掩膜層301能夠耐高溫。具體的，所述第二掩膜層301的材料可以是氮化硅、無定形碳或碳化硅等。

本實(shí)施例中，所述第二掩膜層301的材料為氮化硅，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述第二掩膜材料層，形成第二掩膜層301，所述濕法刻蝕工藝采用磷酸 溶液作為刻蝕溶液，對(duì)第二掩膜材料層具有較高的刻蝕選擇性，避免對(duì)隔離層203和半導(dǎo)體襯底200造成損傷。

請(qǐng)參考圖16，在第三凹槽205內(nèi)形成第一鍺硅層206，第一鍺硅層206表面低于隔離層203表面。

采用選擇性外延工藝形成所述第一鍺硅層206，所述第一鍺硅層206在第三凹槽205底部的半導(dǎo)體襯底200表面向上生長(zhǎng)，由于所述第一鍺硅層206具有金剛石型晶體結(jié)構(gòu)，形成的第一鍺硅層206表面具有尖角。

所述選擇性外延工藝采用的反應(yīng)氣體包括：鍺源氣體、硅源氣體、HCl和H₂，其中，鍺源氣體為GeH₄，硅源氣體包括SiH₄或SiH₂Cl₂等含硅氣體，鍺源氣體、硅源氣體和HCl的氣體流量為1sccm～1000sccm，H₂的流量為0.1slm～50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為300℃～700℃，壓強(qiáng)為1Torr～100Torr。

由于所述半導(dǎo)體襯底200的第一區(qū)域I上覆蓋有第二掩膜層301，所以，所述第一鍺硅層206僅能形成在第二區(qū)域II的第三凹槽205底部的半導(dǎo)體襯底200表面。

所述第一鍺硅層206作為最終形成的鰭部的一部分，側(cè)壁被隔離層203所覆蓋，所述第一鍺硅層206的高度為第三凹槽205深度的1/3～2/3，例如使得后續(xù)對(duì)隔離層203進(jìn)行回刻蝕之后，所述第一鍺硅層206依舊能被回刻蝕后的隔離層203覆蓋。本實(shí)施例中，所述第一鍺硅層206的高度為第三凹槽205深度的1/2。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一鍺硅層206的高度可以根據(jù)最終待形成的鰭部高度進(jìn)行調(diào)整。

所述第一鍺硅層206內(nèi)的鍺濃度范圍為35～45％，通過調(diào)整選擇性外延過程中鍺源氣體和硅源氣體的流量可以調(diào)整所述第一鍺硅層206內(nèi)的鍺濃度。

請(qǐng)參考圖17，去除第二掩膜層301(請(qǐng)參考圖16)后，形成覆蓋半導(dǎo)體襯底200第二區(qū)域II的第三掩膜層302。

所述第三掩膜層302的形成方法包括：形成覆蓋隔離層203以及半導(dǎo)體襯底200的第三掩膜材料層；在所述第三掩膜材料層表面形成圖形化光刻膠層，以所述圖形化光刻膠層為掩膜，刻蝕所述第三掩膜材料層，去除位于半 導(dǎo)體襯底200第一區(qū)域I上的第三掩膜材料層，暴露出第一區(qū)域I的隔離層203和半導(dǎo)體襯底200，形成覆蓋第二區(qū)域II的第三掩膜層302。

與第二掩膜層301的材料相同，所述第三掩膜層302的材料同樣需要易于刻蝕去除且能夠耐高溫。具體的，所述第三掩膜層302的材料可以是氮化硅或無定形碳等。本實(shí)施例中，所述第三掩膜層302的材料為氮化硅，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述第三掩膜材料層，形成第三掩膜層302，所述濕法刻蝕工藝采用磷酸溶液作為刻蝕溶液，對(duì)第三掩膜材料層具有較高的刻蝕選擇性，避免對(duì)隔離層203和半導(dǎo)體襯底200造成損傷。

請(qǐng)參考圖18，在第二凹槽204內(nèi)形成第二鍺硅層207，第二鍺硅層207表面低于隔離層203表面。

采用與形成第一鍺硅層206相同的方法，即選擇性外延工藝形成所述第二鍺硅層207，形成的第二鍺硅層207表面也具有尖角。

所述選擇性外延工藝采用的反應(yīng)氣體包括：鍺源氣體、硅源氣體、HCl和H₂，其中，鍺源氣體為GeH₄，硅源氣體包括SiH₄或SiH₂Cl₂等含硅氣體，鍺源氣體、硅源氣體和HCl的氣體流量為1sccm～1000sccm，H₂的流量為0.1slm～50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為300℃～700℃，壓強(qiáng)為1Torr～100Torr。

由于所述半導(dǎo)體襯底100的第二區(qū)域II上覆蓋有第三掩膜層302，所以，所述第二鍺硅層207僅能形成在第一區(qū)域I的第二凹槽204底部的半導(dǎo)體襯底200表面。

通過調(diào)整選擇性外延過程中鍺源氣體和硅源氣體的流量可以調(diào)整所述第二鍺硅層207內(nèi)的鍺濃度，使得所述第二鍺硅層207的鍺濃度與第一鍺硅層206的鍺濃度不同。本實(shí)施例中，所述第二鍺硅層207的鍺濃度小于第一鍺硅層206的鍺濃度。所述第二鍺硅層207的鍺濃度為15～25％。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二鍺硅層207的鍺濃度還可以大于所述第一鍺硅層206的鍺濃度。

所述第二鍺硅層207的高度為第二凹槽204深度的1/3～1/2，本實(shí)施例中，所述第二鍺硅層207的高度與第一鍺硅層206的高度相同，為第二凹槽204 深度的1/2。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二鍺硅層207的高度可以根據(jù)最終待形成的鰭部高度進(jìn)行調(diào)整，可以與第一鍺硅層206的高度不同。

請(qǐng)參考圖19，去除第三掩膜層302，在所述第一鍺硅層206、第二鍺硅層207表面形成無定形鍺硅層208，所述無定形鍺硅層208填充滿所述第二凹槽204、第三凹槽205，且覆蓋所述隔離層203。

采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述無定形鍺硅層208，具體不再贅述。

所述無定形鍺硅層208中，鍺濃度為25～35％。

請(qǐng)參考圖20，采用固相外延生長(zhǎng)工藝，使第一鍺硅層206、第二鍺硅層207表面的部分無定形鍺硅層208轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N硅層209，所述第三鍺硅層209表面高于隔離層203表面。

所述第三鍺硅層209內(nèi)的鍺濃度由無定形鍺硅層208的鍺濃度決定，所述第三鍺硅層209內(nèi)的鍺濃度與第一鍺硅層206、第二鍺硅層207內(nèi)的鍺濃度不同。本實(shí)施例中，所述第一鍺硅層206內(nèi)的鍺濃度高于第三鍺硅層209內(nèi)的鍺濃度，第二鍺硅層207內(nèi)的鍺濃度低于第三鍺硅層209內(nèi)的鍺濃度。具體的所述第三鍺硅層209內(nèi)的鍺濃度范圍為25～35％。

所述固相外延生長(zhǎng)工藝的生長(zhǎng)溫度為600℃～800℃，且所述第一鍺硅層206與第三鍺硅層209具有平整的界面，所述第二鍺硅層207與第三鍺硅層209也具有平整界面，缺陷較少。

請(qǐng)參考圖21，以隔離層203作為停止層，對(duì)無定形鍺硅層208和第三鍺硅層209進(jìn)行平坦化。

采用化學(xué)研磨工藝，對(duì)第一區(qū)域I和第二區(qū)域II上的無定形鍺硅層208和第三鍺硅層209進(jìn)行平坦化，去除剩余的無定形鍺硅層208以及高于隔離層203表面的部分第三鍺硅層209，使剩余的第三鍺硅層209a表面平坦，且與隔離層203表面齊平。

請(qǐng)參考圖22，回刻蝕所述隔離層203，使隔離層203表面低于第三鍺硅層209a表面。

可以采用干法或濕法刻蝕工藝對(duì)所述隔離層203進(jìn)行回刻蝕，使所述隔 離層203的高度下降，暴露出第三鍺硅層209a的側(cè)壁。

本實(shí)施例中，回刻蝕后的隔離層203的表面與第一鍺硅層206、第二鍺硅層207表面齊平，使得第三鍺硅層209a的側(cè)壁完全暴露。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述隔離層203的表面還可以高于或低于所述第一鍺硅層206、第二鍺硅層207表面。

后續(xù)可以形成橫跨所述第三鍺硅層209a的柵極結(jié)構(gòu)，然后在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三鍺硅層209內(nèi)形成源漏極，從而分別在第一區(qū)域I和第二區(qū)域II上形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

本實(shí)施例中，所述第三鍺硅層209a和第一鍺硅層206作為第一區(qū)域I上的鰭部的一部分，兩者具有不同的鍺濃度；第三鍺硅層209a和第二鍺硅層207作為第二區(qū)域II上的鰭部的一部分，兩者也具有不同的鍺濃度。并且，所述第三鍺硅層209a的鍺濃度小于第一鍺硅層206的鍺濃度；第三鍺硅層209a的鍺濃度大于第二鍺硅層207的鍺濃度；從而使得所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II分別適合形成不同性能或類型的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。例如，在第一區(qū)域I上形成P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在第二區(qū)域II上形成N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，有效提高不同類型的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)參考圖22，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II；位于半導(dǎo)體襯底200的第一區(qū)域I和第二區(qū)域II內(nèi)的第一凹槽；位于第一凹槽內(nèi)的隔離層203，所述隔離層203表面高于半導(dǎo)體襯底200表面；位于相鄰隔離層203之間的半導(dǎo)體襯底200第一區(qū)域I表面的第二鍺硅層207；位于相鄰隔離層203之間的半導(dǎo)體襯底200第二區(qū)域II表面的第一鍺硅層206；位于所述第一鍺硅層206和第二鍺硅層207表面的第三鍺硅層209a，所述第三鍺硅層209a表面高于隔離層203表面。

所述隔離層203的表面與第一鍺硅層206、第二鍺硅層207表面齊平，使得第三鍺硅層209a的側(cè)壁完全暴露。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述隔離層203的表面還可以高于或低于所述第一鍺硅層206、第二鍺硅層207表面。所述隔離層203的材料為氧化硅。

所述第三鍺硅層209a和第一鍺硅層206作為第一區(qū)域I上的鰭部的一部分，兩者具有不同的鍺濃度；第三鍺硅層209a和第二鍺硅層207作為第二區(qū)域II上的鰭部的一部分，兩者也具有不同的鍺濃度。并且，所述第三鍺硅層209a的鍺濃度小于第一鍺硅層206的鍺濃度；第三鍺硅層209a的鍺濃度大于第二鍺硅層207的鍺濃度；從而使得所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II分別適合形成不同性能或類型的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。例如，在第一區(qū)域I上適合形成P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在第二區(qū)域II上適合形成N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以有效提高不同類型的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

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