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，以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(wú)法滿足對(duì)器件性能的需求，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fin FET)作為一種多柵器件得到了廣泛的關(guān)注。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括：半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有凸出的鰭部11，鰭部11一般是通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底10刻蝕后得到的；介質(zhì)層12，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底10的表面以及鰭部11的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)13，橫跨在所述鰭部11上，覆蓋所述鰭部11的部分頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)13包括柵介質(zhì)層(圖中未示出)和位于柵介質(zhì)層上的柵電極(圖中未示出)。對(duì)于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，鰭部11的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)13相接觸的部分都成為溝道區(qū)，即具有多個(gè)柵，有利于增大驅(qū)動(dòng)電流，改善器件性能。

現(xiàn)有技術(shù)中采用的半導(dǎo)體襯底10的材料一般為硅，即所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)20下方的溝道區(qū)域材料為硅。而由于N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，載流子為電子，在硅中遷移率較大，N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有較高的飽和電流；而P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，載流子為空穴，空穴在硅中的遷移率較低，導(dǎo)致P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的飽和電流較低。

現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)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。

為解決上述問(wèn)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；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成鰭部；在所述鰭部側(cè)壁表面以及半導(dǎo)體襯底表面形成第一半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體襯底上形成隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部的頂部表面且覆蓋部分鰭部側(cè)壁的第一半導(dǎo)體層；在高于隔離層的部分鰭部上形成第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層覆蓋鰭部的頂部表面以及部分第一半導(dǎo)體層；在所述第二半導(dǎo)體層表面形成第三半導(dǎo)體層，所述第三半導(dǎo)體層的載流子遷移率大于鰭部的載流子遷移率，且所述第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)介于鰭部與第三半導(dǎo)體層之間。

可選的，形成所述鰭部的方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底表面形成掩膜層，所述掩膜層覆蓋部分半導(dǎo)體襯底；以所述掩膜層為掩膜刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成鰭部。

可選的，所述掩膜層的材料為氮化硅、氮氧化硅或無(wú)定形碳。

可選的，形成所述隔離層的方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底上形成隔離材料層，所述隔離材料層表面高于掩膜層表面；以所述掩膜層為停止層，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行平坦化，使平坦化后的隔離材料層表面與掩膜層表面齊平；采用濕法刻蝕工藝，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行刻蝕，使所述隔離材料層高度下降，形成隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部的頂部表面。

可選的，所述隔離層的材料為氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅。

可選的，采用選擇性外延工藝形成所述第一半導(dǎo)體層。

可選的，所述第一半導(dǎo)體層的材料為鍺化硅。

可選的，所述第一半導(dǎo)體層中，硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1。

可選的，形成第一半導(dǎo)體層的選擇性外延工藝所采用的外延氣體包括：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。

可選的，所述第一半導(dǎo)體層的厚度為5nm～20nm。

可選的，采用選擇性外延工藝形成所述第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層。

可選的，所述第二半導(dǎo)體層的材料與第一半導(dǎo)體層材料相同。

可選的，所述第二半導(dǎo)體層的厚度為5nm～20nm。

可選的，所述第三半導(dǎo)體層的材料為鍺。

可選的，形成第三半導(dǎo)體層的選擇性外延工藝所采用的外延氣體包括：鍺源氣體、HCl和H₂，其中，鍺源氣體為GeH₄，鍺源氣體和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。

可選的，所述第三半導(dǎo)體層的厚度為1nm～10nm。

可選的，所述第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層內(nèi)具有P型摻雜離子。

可選的，所述P型摻雜離子的摻雜濃度為5E17atom/cm³～5E18atom/cm³。

可選的，還包括：在所述第三半導(dǎo)體層和隔離層表面形成橫跨鰭部的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋鰭部頂部及側(cè)壁上的部分第三半導(dǎo)體層；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、第一半導(dǎo)體層和鰭部?jī)?nèi)形成源漏極。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提出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；位于所述半導(dǎo)體襯底表面的鰭部；位于所述鰭部側(cè)壁表面以及半導(dǎo)體襯底表面的第一半導(dǎo)體層；位于所述半導(dǎo)體襯底上的隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部的頂部表面且覆蓋部分鰭部側(cè)壁的第一半導(dǎo)體層；位于高于隔離層的部分鰭部上的第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層覆蓋鰭部的頂部表面以及部分第一半導(dǎo)體層；位于所述第二半導(dǎo)體層表面的第三半導(dǎo)體層，所述第三半導(dǎo)體層的載流子遷移率大于鰭部的載流子遷移率，且所述第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)介于鰭部與第三半導(dǎo)體層之間。

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，在半導(dǎo)體襯底上形成鰭部之后，在鰭部的側(cè)壁和半導(dǎo)體襯底表面形成第一半導(dǎo)體層；再在所述半導(dǎo)體襯底上形成隔離層，然后 在高于隔離層的部分鰭部上形成覆蓋鰭部的頂部表面的第二半導(dǎo)體層，再在所述第二半導(dǎo)體層表面形成第三半導(dǎo)體層，所述第三半導(dǎo)體層的載流子遷移率大于鰭部的載流子遷移率，且第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)介于鰭部和第三半導(dǎo)體層之間。由于所述第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)介于鰭部和第三半導(dǎo)體層之間，可以作為鰭部和第三半導(dǎo)體層之間的晶格緩沖層，從而提高形成的第三半導(dǎo)體層的質(zhì)量。并且，所述第三半導(dǎo)體層的載流子遷移率大于鰭部的載流子遷移率，后續(xù)在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管之后，在所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作過(guò)程中，載流子主要集中在第三半導(dǎo)體層內(nèi)，從而所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)域位于第三半導(dǎo)體層內(nèi)，所述溝道區(qū)域具有較高質(zhì)量和載流子遷移率，從而使得第三半導(dǎo)體層內(nèi)的電流密度較為均勻，從而可以改善短溝道效應(yīng)，提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

進(jìn)一步，形成所述隔離層的方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底上形成隔離材料層，所述隔離材料層表面高于掩膜層表面；以所述掩膜層為停止層，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行平坦化，使平坦化后的隔離材料層表面與掩膜層表面齊平；采用濕法刻蝕工藝，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行刻蝕，使所述隔離材料層高度下降，形成隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部的頂部表面。所述掩膜層作為停止層，保護(hù)鰭部的頂部表面。采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述隔離材料層，所述隔離材料層與第一半導(dǎo)體層的材料之間具有較高的刻蝕選擇比，從而可以避免對(duì)第一半導(dǎo)體層造成損傷。并且，與等離子體刻蝕工藝等干法刻蝕工藝相比，采用濕法刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，可以避免等離子體轟擊對(duì)第一半導(dǎo)體層造成損傷。

進(jìn)一步，所述第一半導(dǎo)體層中，硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1，所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)的鍺含量較低，使得第一半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)與鰭部以及半導(dǎo)體襯底的晶格常數(shù)差距較小，由于晶格結(jié)構(gòu)具有弛豫特性，從而使得所述第一半導(dǎo)體層與鰭部、半導(dǎo)體襯底的界面上不存在或僅存在少量缺陷，可以提高形成的第一半導(dǎo)體層。

進(jìn)一步，所述第一半導(dǎo)體層的厚度為5nm～20nm。隨著第一半導(dǎo)體層厚度的增加，第一半導(dǎo)體層內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。所述第一半導(dǎo)體層 的厚度為5nm～20nm，使得所述第一半導(dǎo)體層表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷，進(jìn)而提高后續(xù)在第一半導(dǎo)體層表面形成的第二半導(dǎo)體層以及第三半導(dǎo)體層的質(zhì)量。

進(jìn)一步，所述第二半導(dǎo)體層內(nèi)的硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1，所述第二半導(dǎo)體層內(nèi)的鍺含量較低，使得第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)與鰭部頂部表面的晶格常數(shù)差距較小，并且，由于第一半導(dǎo)體層的材料也為鍺化硅，由于晶格結(jié)構(gòu)具有弛豫特性，使得所述第二半導(dǎo)體層與鰭部、第一半導(dǎo)體層的界面上不存在或僅存在少量缺陷，從而可以提高形成的第二半導(dǎo)體層的質(zhì)量。

進(jìn)一步，所述第二半導(dǎo)體層的厚度為5nm～20nm。隨著第二半導(dǎo)體層202厚度的增加，第二半導(dǎo)體層內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失，所述第二半導(dǎo)體層202的厚度為5nm～20nm，使得所述第二半導(dǎo)體層表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷，進(jìn)而提高后續(xù)在第二半導(dǎo)體層表面形成的第三半導(dǎo)體層的質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖9是本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過(guò)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)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。

為了提高鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子遷移率，改善短溝道效應(yīng)，可以采用外延Ge材料作為晶體管的溝道區(qū)材料，單晶鍺與單晶硅相比，具有更高的空穴和電子遷移率。例如，可以在形成材料為硅的鰭部11(請(qǐng)參考圖1)，以及介質(zhì)層12(請(qǐng)參考圖1)之后，刻蝕所述鰭部11至半導(dǎo)體襯底10表面，形成凹槽，再在所述凹槽內(nèi)填充SiGe層，形成材料為SiGe的鰭部，所述SiGe層表面與介質(zhì)層12表面齊平；然后再在所述SiGe鰭部頂部形成高于介質(zhì)層12表面的Ge半導(dǎo)體層，并形成橫跨所述Ge半導(dǎo)體層的柵極結(jié)構(gòu)13。所述Ge半導(dǎo)體層作為形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)域。

上述方法，工藝步驟復(fù)雜，工藝成本較高，而且，由于所述鰭部11采用 刻蝕工藝形成，側(cè)壁表面較為粗糙，去除所述鰭部11之后形成的凹槽側(cè)壁也較為粗糙，導(dǎo)致形成的材料為SiGe的鰭部也同樣具有粗糙的側(cè)壁，影響形成的Ge半導(dǎo)體層的質(zhì)量，以及鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

本發(fā)明的實(shí)施例中，提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在鰭部側(cè)壁表面以及半導(dǎo)體襯底表面形成第一半導(dǎo)體層之后，再在所述半導(dǎo)體襯底上形成隔離層，然后在高于隔離層的部分鰭部上形成覆蓋鰭部的頂部表面的第二半導(dǎo)體層，再在所述第二半導(dǎo)體層表面形成第三半導(dǎo)體層，所述第三半導(dǎo)體層材料的載流子遷移率大于鰭部材料的載流子遷移率，且第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)介于鰭部和第三半導(dǎo)體層之間，后續(xù)在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第三半導(dǎo)體層表面形成柵極結(jié)構(gòu)，在所述第三半導(dǎo)體層內(nèi)形成溝道區(qū)域，可以提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

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(shuō)明。

請(qǐng)參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100。

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，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體硅材料也可以是復(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)體襯底的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為晶體硅。

請(qǐng)參考圖3，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成鰭部101。

本實(shí)施例中，形成所述鰭部101的方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜層200，所述掩膜層200覆蓋部分半導(dǎo)體襯底100；以所述掩膜層200為掩膜刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，形成鰭部101。

可以采用干法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，本實(shí)施例中，所述干法刻蝕工藝為等離子體刻蝕工藝，采用的刻蝕氣體為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，以形成一個(gè)鰭部101作為示例，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以根據(jù)實(shí)際需要形成多個(gè)鰭部。

所述鰭部101的高度為20nm～50nm，寬度為15nm～40nm，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整所述鰭部101的尺寸。

所述掩膜層200的形成方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜材料層之后，在所述掩膜材料層表面形成圖形化光刻膠層，所述圖形化光刻膠層定義出后續(xù)待形成的鰭部的位置和尺寸；以所述圖形化光刻膠層為掩膜刻蝕所述掩膜材料層至半導(dǎo)體襯底100表面，形成所述掩膜層200，然后去除所述圖形化光刻膠層。

所述掩膜層200的材料為氮化硅、氮氧化硅或無(wú)定形碳等掩膜材料，本實(shí)施例中，所述掩膜層200的材料為氮化硅。所述掩膜層200的厚度可以為從而能夠在后續(xù)形成鰭部101之后，對(duì)鰭部101的頂部起到足夠的保護(hù)作用。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以在所述半導(dǎo)體襯底100上形成外延層之后，刻蝕所述外延層以形成所述鰭部101。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以對(duì)所述鰭部101內(nèi)進(jìn)行尖峰離子注入，所述尖峰離子注入的類型為N型離子，例如P、As或S中的一種或幾種，所述尖峰離子注入的摻雜濃度為1E18atom/cm³～1E19atom/cm³。所述尖峰離子注入可以避免P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)發(fā)生穿通效應(yīng)，從而可以提高P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述尖峰離子注入的類型為P型離子，可以避免N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)發(fā)生穿通效應(yīng)，從而可以提高N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

請(qǐng)參考圖4，在所述鰭部101側(cè)壁表面以及半導(dǎo)體襯底100表面形成第一半導(dǎo)體層201。

所述第一半導(dǎo)體層201的材料為鍺化硅，具有較高的載流子遷移率。

具體的，本實(shí)施例中，采用選擇性外延工藝形成所述第一半導(dǎo)體層201。所述選擇性外延工藝所采用的外延氣體包括：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。其中HCl作為選擇性氣體，用于增加沉積的選擇性，使得所述第一半導(dǎo)體層201僅形成在鰭部101的側(cè)壁以及半導(dǎo)體襯底100表面?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整所述選擇性外延過(guò)程中，鍺源氣體和硅源氣體的比例，調(diào)整最終形成的第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的Ge含量。

所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1，具體的，所述鍺的摩爾百分比含量可以為10％～30％。所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的鍺含量較低，使得第一半導(dǎo)體層201的晶格常數(shù)與鰭部101以及半導(dǎo)體襯底100的晶格常數(shù)差距較小，由于晶格結(jié)構(gòu)具有弛豫特性，從而使得所述第一半導(dǎo)體層201與鰭部101、半導(dǎo)體襯底100的界面上不存在或僅存在少量缺陷，并且隨著第一半導(dǎo)體層201厚度的增加，第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。本實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201的厚度為5nm～20nm，使得所述第一半導(dǎo)體層201表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷，進(jìn)而提高后續(xù)在第一半導(dǎo)體層201表面形成的第二半導(dǎo)體層以及第三半導(dǎo)體層的質(zhì)量。并且，即便刻蝕半導(dǎo)體襯底100形成的鰭部101的表面具有一定的粗糙度，但是由于所述第一半導(dǎo)體層201采用外延工藝形成，所述第一半導(dǎo)體層201的厚度均勻。

所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的Ge含量可以均勻分布，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的Ge含量也可以隨著第一半導(dǎo)體層201的厚度增加而逐漸升高，從而進(jìn)一步降低第一半導(dǎo)體層201與鰭部101、半導(dǎo)體襯底100之間的晶格常數(shù)差異，進(jìn)一步減少第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的缺陷。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)還可以具有P型摻雜離子，用于調(diào)節(jié)待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓。所述P型摻雜離子的摻雜濃度可以為5E17atom/cm³～5E18atom/cm³，可以在外延形成第一半導(dǎo)體層201的過(guò)程中通入摻雜氣體，使得形成的第一半導(dǎo)體層201內(nèi)具有P型摻雜離子；也可以在形成所述第一半導(dǎo)體層201之后，對(duì)所述第一半導(dǎo)體層201進(jìn)行離子注入，使得形成的第一半導(dǎo)體層201內(nèi)具有P型摻雜離子。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)還可以具有N型摻雜離子。

在形成所述第一半導(dǎo)體層201之后，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部的頂部表面且覆蓋部分鰭部側(cè)壁的第一半導(dǎo)體層。

請(qǐng)參考圖5至圖6，為實(shí)施例中形成隔離層過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。

請(qǐng)參考圖5，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成隔離材料層300，所述隔離材料層300表面高于掩膜層200表面；以所述掩膜層200為停止層，對(duì)所述隔離材料層300進(jìn)行平坦化，使平坦化后的隔離材料層300表面與掩膜層200表面齊平。

所述隔離材料層300的材料為氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅等絕緣介質(zhì)材料，本實(shí)施例中，所述隔離材料層300的材料為氧化硅?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝或旋涂工藝等形成所述隔離材料層300?？梢圆捎没瘜W(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)所述隔離材料層300進(jìn)行平坦化，在平坦化過(guò)程中，所述掩膜層200作為停止層，保護(hù)鰭部101的頂部表面。若沒(méi)有所述掩膜層200，在采用選擇性外延工藝形成所述第一半導(dǎo)體層201的過(guò)程中，所述第一半導(dǎo)體層201會(huì)覆蓋鰭部101的頂部表面；后續(xù)在對(duì)隔離材料層300進(jìn)行平坦化的過(guò)程中，會(huì)對(duì)鰭部101頂部的第一半導(dǎo)體層201造成損傷。

請(qǐng)參考圖6，采用濕法刻蝕工藝，對(duì)所述隔離材料層300(請(qǐng)參考圖5)進(jìn)行刻蝕，使所述隔離材料層300高度下降，形成隔離層301，所述隔離層301的表面低于鰭部101的頂部表面，并去除所述掩膜層200。

所述隔離層301暴露出部分鰭部101側(cè)壁表面的第一半導(dǎo)體層201，并且，在去除所述掩膜層200之后，暴露出鰭部101的頂部表面。

采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述隔離材料層300，所述隔離材料層300與第一半導(dǎo)體層201的材料之間具有較高的刻蝕選擇比，從而可以避免對(duì)第一半導(dǎo)體層201造成損傷。并且，與等離子體刻蝕工藝等干法刻蝕工藝相比，采用濕法刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，可以避免等離子體轟擊對(duì)第一半導(dǎo)體層201造成損傷。本實(shí)施例中，所述隔離材料層300的材料為氧化硅，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液。

所述隔離層301作為相鄰鰭部之間的隔離結(jié)構(gòu)，以及后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體襯底100及位于半導(dǎo)體襯底100表面的第一半導(dǎo)體層201之間的隔離結(jié)構(gòu)。

在刻蝕所述隔離材料層300形成隔離層301之后，采用濕法刻蝕工藝去除所述掩膜層200。采用濕法刻蝕工藝刻蝕去除所述掩膜層200，所述掩膜層200與第一半導(dǎo)體層201、鰭部101的材料之間具有較高的刻蝕選擇比，從而可以避免對(duì)第一半導(dǎo)體層201和鰭部101的頂部表面造成損傷。本實(shí)施例中，所述掩膜層200的材料為氮化硅，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為磷酸溶液。

請(qǐng)參考圖7，在高于隔離層301的部分鰭部101上形成第二半導(dǎo)體層202，所述第二半導(dǎo)體層202覆蓋鰭部101的頂部表面。

所述第二半導(dǎo)體層202的材料與第一半導(dǎo)體層201材料相同。本實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202的材料為鍺化硅，具有較高的載流子遷移率。

具體的，本實(shí)施例中，采用選擇性外延工藝形成所述第二半導(dǎo)體層202。所述選擇性外延工藝所采用的外延氣體包括：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。其中HCl作為選擇性氣體，用于增加沉積的選擇性，使得所述第二半導(dǎo)體層201僅形成在鰭部101的頂部表面、以及未被隔離層301覆蓋的第一半導(dǎo)體層201表面?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整所述選擇性外延過(guò)程中，鍺源氣體和硅源氣體的比例，調(diào)整最終形成的第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的Ge含量。

所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1，具體的，所述鍺的摩爾百分比含量可以為10％～30％。所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的鍺含量較低，使得第二半導(dǎo)體層202的晶格常數(shù)與鰭部101頂部表面的晶格常數(shù)差距較小，并且，由于第一半導(dǎo)體層201的材料也為鍺化硅，由于晶格結(jié)構(gòu)具有弛豫特性，使得所述第二半導(dǎo)體層202與鰭部101、第一半導(dǎo)體層201的界面上不存在或僅存在少量缺陷，并且隨著第二半導(dǎo)體層202厚度的增加，第二半導(dǎo)體 層202內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。本實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202的厚度為5nm～20nm，使得所述第二半導(dǎo)體層202表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷，進(jìn)而提高后續(xù)在第二半導(dǎo)體層202表面形成的第三半導(dǎo)體層的質(zhì)量。由于所述第二半導(dǎo)體層202采用外延工藝形成，所述第二半導(dǎo)體層202的厚度均勻。

所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的Ge含量可以均勻分布，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的Ge含量也可以隨著第二半導(dǎo)體層202的厚度增加而逐漸升高，從而進(jìn)一步降低第二半導(dǎo)體層202與鰭部101、第一半導(dǎo)體層201之間的晶格常數(shù)差異，進(jìn)一步減少第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的缺陷。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)還可以具有P型摻雜離子，用于調(diào)節(jié)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓。所述P型摻雜離子的摻雜濃度可以為5E17atom/cm³～5E18atom/cm³，可以在外延形成第二半導(dǎo)體層202的過(guò)程中通入摻雜氣體，使得形成的第二半導(dǎo)體層202內(nèi)具有P型摻雜離子；也可以在形成所述第二半導(dǎo)體層202之后，對(duì)所述第二半導(dǎo)體層202進(jìn)行離子注入，使得形成的第二半導(dǎo)體層202內(nèi)具有P型摻雜離子。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)還可以具有N型摻雜離子。

形成所述第二半導(dǎo)體層202之后，使鰭部101頂部表面被所述第二半導(dǎo)體層202覆蓋，使得后續(xù)形成的第三半導(dǎo)體層不會(huì)直接與鰭部101表面接觸。

請(qǐng)參考圖8，在所述第二半導(dǎo)體層202表面形成第三半導(dǎo)體層203，所述第三半導(dǎo)體層203材料的載流子遷移率大于鰭部101材料的載流子遷移率且所述第一半導(dǎo)體層201、第二半導(dǎo)體層202的晶格常數(shù)介于鰭部101與第三半導(dǎo)體層203之間。

所述第三半導(dǎo)體層203的材料為鍺，可以采用選擇性外延工藝形成所述第三半導(dǎo)體層203。

本實(shí)施例中，形成所述第三半導(dǎo)體層203的選擇性外延工藝所采用的外延氣體包括：鍺源氣體、HCl和H₂，其中，鍺源氣體為GeH₄，鍺源氣體和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。其中HCl作為選擇 性氣體，用于增加沉積的選擇性，使得所述第三半導(dǎo)體層203僅形成在第二半導(dǎo)體層202表面。

由于所述第三半導(dǎo)體層203與鰭部101之間具有第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201，且所述第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201的晶格常數(shù)介于鰭部101之間，從而在所述第二半導(dǎo)體層202表面形成所述第三半導(dǎo)體層203與直接在鰭部101表面形成所述第三半導(dǎo)體層203相比，可以減少所述第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的缺陷。由于所述第三半導(dǎo)體層203與第二半導(dǎo)體層202的晶格常數(shù)差異較小，且晶格具有弛豫性，所述第三半導(dǎo)體層203與第二半導(dǎo)體層202界面上的缺陷數(shù)量較少，并且隨著第三半導(dǎo)體層203厚度的增加，第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。本實(shí)施例中，所述第三半導(dǎo)體層203的厚度為1nm～10nm，使得所述第三半導(dǎo)體層203表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷。由于所述第三半導(dǎo)體層203采用外延工藝形成，所述第三半導(dǎo)體層203的厚度均勻。

上述方法，在鰭部101表面依次形成第一半導(dǎo)體層201、第二半導(dǎo)體層202以及第三半導(dǎo)體層203，其中，第一半導(dǎo)體層201和第二半導(dǎo)體層203的晶格常數(shù)介于第三半導(dǎo)體層203與鰭部101之間，可以提高最終形成的第三半導(dǎo)體層203的沉積質(zhì)量，后續(xù)在此基礎(chǔ)上形成的鰭式晶體管之后，可以提高載流子在第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的遷移速率，從而提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

請(qǐng)參考圖9，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法還包括：在所述第三半導(dǎo)體層203和隔離層301表面形成橫跨鰭部101的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋鰭部101頂部及側(cè)壁上的部分第三半導(dǎo)體層203；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101內(nèi)形成源漏極(圖中未示出)。

所述柵極結(jié)構(gòu)包括：柵介質(zhì)層401和位于柵介質(zhì)層表面的柵極402。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層401的材料為氧化硅，所述柵極402的材料為多晶硅；在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層401的材料為氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鑭或硅氧化鉿等高K介質(zhì)材料，所述柵極402的材料為鋁、銅、金、銀、鉑或鈦等金屬材料；在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所 述柵極402與柵介質(zhì)層401之間還可以形成有蓋帽層、功函數(shù)層等，所述蓋帽層材料可以是TiN，所述功函數(shù)層材料可以是TiN、TaN、TiAl或TaAl等。

在形成所述柵極結(jié)構(gòu)之后，可以對(duì)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101進(jìn)行重?fù)诫s離子注入，形成源漏極。本實(shí)施例中，對(duì)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101進(jìn)行P型重?fù)诫s離子注入，形成P型摻雜的源漏極，從而在半導(dǎo)體襯底100上形成P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以對(duì)所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101進(jìn)行N型重?fù)诫s離子注入，形成N型摻雜的源漏極，從而在半導(dǎo)體襯底100上形成N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋第三半導(dǎo)體層203，并且，由于所述第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的載流子遷移率大于鰭部101以及第一半導(dǎo)體層201、第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的載流子遷移率，從而在所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作過(guò)程中，載流子主要集中在第三半導(dǎo)體層203內(nèi)，從而所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)域位于第三半導(dǎo)體層203內(nèi)，所述溝道區(qū)域具有較高的載流子遷移率，且采用外延工藝形成的第三半導(dǎo)體層203的厚度均勻，從而使得第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的電流密度較為均勻，從而可以改善短溝道效應(yīng)，提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

請(qǐng)參考圖9，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)，包括：半導(dǎo)體襯底100；位于所述半導(dǎo)體襯底100表面的鰭部101；位于所述鰭部101側(cè)壁表面以及半導(dǎo)體襯底100表面的第一半導(dǎo)體層201；位于所述半導(dǎo)體襯底100上的隔離層301，所述隔離層301的表面低于鰭部101的頂部表面且覆蓋部分鰭部101側(cè)壁的第一半導(dǎo)體層201；位于高于隔離層301的部分鰭部101上的第二半導(dǎo)體層202，所述第二半導(dǎo)體層202覆蓋鰭部101的頂部表面以及部分第一半導(dǎo)體層201；位于所述第二半導(dǎo)體層202表面的第三半導(dǎo)體層203，所述第三半導(dǎo)體層203的載流子遷移率大于鰭部101載流子遷移率，且所述第一半導(dǎo)體層201、第二半導(dǎo)體層202的晶格常數(shù)介于鰭部101與第三半導(dǎo)體層203之間。

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， 所述半導(dǎo)體襯底100可以是體硅材料也可以是復(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)體襯底的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為晶體硅。

所述鰭部101的材料為硅，高度為20nm～50nm，寬度為15nm～40nm，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整所述鰭部101的尺寸。

所述第一半導(dǎo)體層201的材料為鍺化硅，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1，具體的，所述鍺的摩爾百分比含量可以為10％～30％。所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的鍺含量較低，使得第一半導(dǎo)體層201的晶格常數(shù)與鰭部101以及半導(dǎo)體襯底100的晶格常數(shù)差距較小，由于晶格結(jié)構(gòu)具有弛豫特性，從而使得所述第一半導(dǎo)體層201與鰭部101、半導(dǎo)體襯底100的界面上不存在或僅存在少量缺陷，并且隨著第一半導(dǎo)體層201厚度的增加，第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。本實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201的厚度為5nm～20nm，使得所述第一半導(dǎo)體層201表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷。

所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的Ge含量可以均勻分布，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的Ge含量也可以隨著第一半導(dǎo)體層201的厚度增加而逐漸升高，從而進(jìn)一步降低第一半導(dǎo)體層201與鰭部101、半導(dǎo)體襯底100之間的晶格常數(shù)差異，進(jìn)一步減少第一半導(dǎo)體層201內(nèi)的缺陷。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)還可以具有P型摻雜離子，用于調(diào)節(jié)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓。所述P型摻雜離子的摻雜濃度可以為5E17atom/cm³～5E18atom/cm³。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層201內(nèi)還可以具有N型摻雜離子，用于調(diào)節(jié)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓。

所述隔離材料層300的材料為氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅等絕緣介質(zhì)材料，本實(shí)施例中，所述隔離材料層300的材料為氧化硅。

所述第二半導(dǎo)體層202的材料與第一半導(dǎo)體層201材料相同。本實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202的材料為鍺化硅，具有較高的載流子遷移率。所 述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的硅與鍺的摩爾比為2:1～9:1，具體的，所述鍺的摩爾百分比含量可以為10％～30％。所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的鍺含量較低，使得第二半導(dǎo)體層202的晶格常數(shù)與鰭部101頂部表面的晶格常數(shù)差距較小，并且，由于第一半導(dǎo)體層201的材料也為鍺化硅，由于晶格結(jié)構(gòu)具有弛豫特性，使得所述第二半導(dǎo)體層202與鰭部101、第一半導(dǎo)體層201的界面上不存在或僅存在少量缺陷，并且隨著第二半導(dǎo)體層202厚度的增加，第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。本實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202的厚度為5nm～20nm，使得所述第二半導(dǎo)體層202表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷。

所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的Ge含量可以均勻分布，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的Ge含量也可以隨著第二半導(dǎo)體層202的厚度增加而逐漸升高，從而進(jìn)一步降低第二半導(dǎo)體層202與鰭部101、第一半導(dǎo)體層201之間的晶格常數(shù)差異，進(jìn)一步減少第二半導(dǎo)體層202內(nèi)的缺陷。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)還可以具有P型摻雜離子，用于調(diào)節(jié)形成的P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓。所述P型摻雜離子的摻雜濃度可以為5E17atom/cm³～5E18atom/cm³。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二半導(dǎo)體層202內(nèi)還可以具有N型摻雜離子，用于調(diào)節(jié)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓。

所述第三半導(dǎo)體層203的材料為鍺，所述第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201的晶格常數(shù)介于鰭部101之間，可以減少所述第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的缺陷。由于所述第三半導(dǎo)體層203與第二半導(dǎo)體層202的晶格常數(shù)差異較小，且晶格具有弛豫性，所述第三半導(dǎo)體層203與第二半導(dǎo)體層202界面上的缺陷數(shù)量較少，并且隨著第三半導(dǎo)體層203厚度的增加，第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的缺陷數(shù)量也逐漸減少至消失。本實(shí)施例中，所述第三半導(dǎo)體層203的厚度為1nm～10nm，使得所述第三半導(dǎo)體層203表面沒(méi)有或僅有少量的缺陷。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括：位于所述第三半導(dǎo)體層203和隔離層301表面且橫跨鰭部101的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋鰭部101頂部及側(cè)壁上的部分第三半導(dǎo)體層203；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101內(nèi)的源漏極(圖中未示出)。

所述柵極結(jié)構(gòu)包括：柵介質(zhì)層401和位于柵介質(zhì)層表面的柵極402。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層401的材料為氧化硅，所述柵極402的材料為多晶硅；在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層401的材料為氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鑭或硅氧化鉿等高K介質(zhì)材料，所述柵極402的材料為鋁、銅、金、銀、鉑或鈦等金屬材料；在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述柵極402與柵介質(zhì)層401之間還可以形成有蓋帽層、功函數(shù)層等，所述蓋帽層材料可以是TiN，所述功函數(shù)層材料可以是TiN、TaN、TiAl或TaAl等。

本實(shí)施例中，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101內(nèi)形成P型摻雜的源漏極，從而在半導(dǎo)體襯底100上形成P型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的第三半導(dǎo)體層203、第二半導(dǎo)體層202、第一半導(dǎo)體層201和鰭部101內(nèi)形成N型摻雜的源漏極，從而在半導(dǎo)體襯底100上形成N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，在鰭部101表面依次形成有第一半導(dǎo)體層201、第二半導(dǎo)體層202以及第三半導(dǎo)體層203，其中，第一半導(dǎo)體層201和第二半導(dǎo)體層203的晶格常數(shù)介于第三半導(dǎo)體層203與鰭部101之間，可以提高最終形成的第三半導(dǎo)體層203的沉積質(zhì)量，后續(xù)在此基礎(chǔ)上形成的鰭式晶體管之后，可以進(jìn)一步提高載流子在第三半導(dǎo)體層203內(nèi)的遷移速率，從而提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

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