[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410113740.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN104952730B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三重野文健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L21/28;H01L29/78;H01L29/10;H01L29/49
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

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)法滿足器件性能的需求，例如環(huán)繞柵結(jié)構(gòu)、鰭式結(jié)構(gòu)等多柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其溝道長(zhǎng)度較大能夠有效改善晶體管的短溝道效應(yīng)，從而得到廣泛的關(guān)注。

晶體管的閾值電壓可以通過(guò)對(duì)溝道區(qū)域注入摻雜離子來(lái)進(jìn)行調(diào)整，但是隨著晶體管尺寸的不斷縮小，摻雜離子的濃度越來(lái)越難控制，從而對(duì)晶體管的閾值電壓的控制也更加困難。

一種較為可靠的方法就是通過(guò)對(duì)溝道區(qū)域施加偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)閾值電壓的控制。平面的MOS晶體管可以通過(guò)對(duì)襯底加偏壓來(lái)調(diào)整MOS晶體管的閾值電壓，從而控制MOS晶體管的開啟或關(guān)閉。然而多柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管很難在溝道區(qū)域施加偏壓，例如，環(huán)繞柵結(jié)構(gòu)的晶體管（請(qǐng)參考圖1），柵極結(jié)構(gòu)20完全包圍中心的溝道區(qū)域10，所以很難對(duì)所述溝道區(qū)域10施加偏壓；對(duì)于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（請(qǐng)參考圖2），溝道區(qū)域位于鰭部40的表面，距離襯底30的距離較大，從而對(duì)襯底30施加偏壓對(duì)溝道區(qū)域的影響較小，無(wú)法通過(guò)對(duì)襯底30施加偏壓實(shí)現(xiàn)對(duì)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓的控制。

如何形成可以對(duì)溝道區(qū)域施加偏壓的多柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

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，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法可以形成可以采用對(duì)溝道區(qū)施加偏壓的多柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

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：提供基底；在所述基底表面形成凸起的柵極；在所述柵極的側(cè)壁表面形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層表面形成溝道層；在所述基底表面形成介質(zhì)層；在所述柵極兩側(cè)的介質(zhì)層內(nèi)形成第一通孔，所述第一通孔與溝道層之間具有部分介質(zhì)層；在所述第一通孔內(nèi)形成背柵極。

可選的，所述溝道層的厚度小于10nm。

可選的，所述溝道層的材料包括Si、SiGe、Ge、WSe₂或InGaZnO中的一種或幾種。

可選的，所述柵極的形成方法包括：在所述基底表面形成柵極材料層；在所述柵極材料層表面形成圖形化掩膜層；以所述圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述柵極材料層，形成鰭部，所述鰭部作為柵極。

可選的，所述柵極材料層的材料包括Si、Ge、TaN、TiN、Ti、Ta、Al、W或WN中的一種或幾種。

可選的，圖形化掩膜層的材料包括氮化硅、氧化硅或碳化硅中的一種或幾種。

可選的，所述介質(zhì)層的材料包括氧化硅、碳氧化硅或氮氧化硅中的一種或幾種。

可選的，所述第一通孔與溝道層之間的距離為2nm～10nm。

可選的，所述背柵極的材料包括Si、Ge、TaN、TiN、Ti、Ta、Al、W或WN中的一種或幾種。、

可選的，還包括：在位于背柵極兩側(cè)的介質(zhì)層內(nèi)形成第二通孔，并且所述第二通孔的側(cè)壁暴露出溝道層的部分表面；在所述第二通孔內(nèi)形成與溝道層連接的源極和漏極。

可選的，所述源極和漏極的材料為摻雜有雜質(zhì)離子的硅、鍺、鍺硅或碳化硅。

為解決上述問(wèn)題，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：基底；位于基底表面的柵極；位于柵極側(cè)壁表面的柵介質(zhì)層；位于柵介質(zhì)層表面的溝道層；位于基底表面的介質(zhì)層；位于柵極兩側(cè)的介質(zhì)層內(nèi)的背柵極，所述背柵極與溝道層之間具有部分介質(zhì)層。

可選的，所述溝道層的厚度小于10nm。

可選的，所述溝道層的材料包括Si、SiGe、Ge、WSe₂或InGaZnO中的一種或幾種。

可選的，所述柵極的材料包括Si、Ge、TaN、TiN、Ti、Ta、Al、W或WN中的一種或幾種。

可選的，所述背柵極的材料包括Si、Ge、TaN、TiN、Ti、Ta、Al、W或WN中的一種或幾種。

可選的，所述背柵極與溝道層之間的距離為2nm～10nm。

可選的，所述介質(zhì)層的材料包括氧化硅、碳氧化硅或氮氧化硅中的一種或幾種。

可選的，還包括：位于背柵極兩側(cè)的介質(zhì)層內(nèi)的源極和漏極，所述源極和漏極與溝道層連接。

可選的，所述源極和漏極的材料為摻雜有雜質(zhì)離子的硅、鍺、鍺硅或碳化硅。

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)：