[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210175754.1
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102683388A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王巍;王敬;郭磊
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01L29/08
• 分類號: H01L29/08;H01L21/336
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

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，特別涉及一種溝道區(qū)下方填充有稀土氧化物的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體基本元件金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的特征尺寸的不斷縮小，當(dāng)特征尺寸進(jìn)入深亞微米乃至納米量級時(shí)，原來大尺寸下并不存在或者并不顯著的不利于器件性能的一系列效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)出來。例如亞閾值電壓降低、漏致勢壘降低和漏電流過大等效應(yīng)。

為解決上述問題，一種方案是根據(jù)器件類型不同對器件的特定區(qū)域引入相應(yīng)的應(yīng)力，從而提高器件的載流子遷移率，進(jìn)而提升器件性能。在深亞微米和納米級器件中，合適的應(yīng)力對提升器件性能是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的應(yīng)力引入方式包括：在源漏區(qū)摻入替位式元素以改變晶格常數(shù)，或者在形成器件結(jié)構(gòu)之后另外生長應(yīng)力帽層等。這些傳統(tǒng)的應(yīng)力引入方式最主要的缺陷之一在于應(yīng)力類型難以調(diào)節(jié)，工藝復(fù)雜。并且，隨著器件特征尺寸的進(jìn)一步縮小，傳統(tǒng)的應(yīng)力引入方式將難以形成有效的應(yīng)力，從而難以達(dá)到顯著提高半導(dǎo)體器件性能的效果。

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)中小尺寸器件漏電嚴(yán)重以及應(yīng)力引入困難、工藝復(fù)雜和應(yīng)力效果不理想的缺陷。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底中的凹槽，所述凹槽中填充有稀土氧化物；部分或全部位于所述稀土氧化物上溝道區(qū)；和位于所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)。其中，所述稀土氧化物的晶格常數(shù)a與所述溝道區(qū)和或所述源區(qū)和漏區(qū)的半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)b的關(guān)系為：a=(n±c)b，其中n為整數(shù)，c為晶格常數(shù)失配率，0<c≤15%。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽的深度不小于5nm。為了保證凹槽中所填充的稀土氧化物的表層附近的晶格常數(shù)不被襯底影響，以及保證能夠引入較大的應(yīng)力，凹槽的深度不宜過小。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述稀土氧化物包括：(Gd_1-xEr_x)₂O₃、(Gd_1-xNd_x)₂O₃、(Er_1-xNd_x)₂O₃、(Er_1-xLa_x)₂O₃、(Pr_1-xLa_x)₂O₃、(Pr_1-xNd_x)₂O₃、(Pr_1-xGd_x)₂O₃中的一種或多種的組合，其中x的取值范圍為0-1。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述稀土氧化物通過外延生長形成。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述源區(qū)和漏區(qū)以及所述溝道區(qū)通過晶體生長的方式形成，從而有利于得到高質(zhì)量低缺陷的晶體。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽中填充的所述稀土氧化物的厚度等于或大于所述凹槽的深度。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽中填充的所述稀土氧化物的厚度小于所述凹槽的深度。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述凹槽中填充的所述稀土氧化物的厚度小于所述凹槽的深度時(shí)，所述凹槽中填充有所述稀土氧化物的部分側(cè)壁形成有阻擋層。

本發(fā)明另一方面還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括以下步驟：S01：提供半導(dǎo)體襯底；S02：在所述半導(dǎo)體襯底中形成凹槽；S03：在所述凹槽中填充稀土氧化物；S04：在所述稀土氧化物上形成溝道區(qū)，以及在所述溝道區(qū)兩側(cè)形成源區(qū)和漏區(qū)。其中，所述稀土氧化物的晶格常數(shù)a與所述溝道區(qū)和或所述源區(qū)和漏區(qū)的半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)b的關(guān)系為：a=(n±c)b，其中n為整數(shù)，c為晶格常數(shù)失配率，0<c≤15%。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述凹槽的深度不小于5nm。為了保證凹槽中所填充的稀土氧化物的表層附近的晶格常數(shù)不被襯底影響，以及保證能夠引入較大的應(yīng)力，凹槽的深度不宜過小。