[发明专利]具有均匀阈值电压分布的FIN结构及半导体器件的形成方法

说明书

本发明提供了一种形成半导体器件结构的方法。该方法包括：确定沿半导体衬底上方的硅锗(SiGe)鳍结构的高度的阈值电压分布曲线；根据SiGe鳍结构中的Ge浓度与阈值电压之间的相关性，确定锗(Ge)浓度曲线以抵消阈值电压分布曲线；沿着SiGe外延层的厚度形成具有Ge浓度曲线的SiGe外延层；对SiGe外延层进行蚀刻以形成SiGe鳍结构；以及在SiGe鳍结构上形成沿着SiGe鳍结构的高度具有均匀阈值电压的场效应晶体管。本发明还提供了具有均匀阈值电压分布的FIN结构。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及形成半导体器件的方法。

背景技术

随着半导体工业已经进入纳米技术工艺节点，以追求更高的器件密度、更高的性能和更低的成本，来自制造和设计问题的挑战已经导致诸如鳍式场效应晶体管(FinFET)的三维设计的发展。例如，通过从通过蚀刻掉衬底的硅层的一部分所形成的衬底延伸的薄垂直“鳍”(或鳍结构)来制造典型的FinFET。FinFET的沟道形成在该垂直鳍中。栅极设置在该鳍上方(例如，围绕着鳍)。在沟道的多个侧面上具有栅极减少了短沟道效应，并允许更高的电流流动。

设计FinFET不是没有其自身的挑战。例如，尽管希望具有低阈值电压以增加导通状态电流(Ion)，但是具有低阈值电压可以导致高泄漏电流，包括截止状态电流(Ioff)。因此，设计FinFET的目的之一是实现获得良好的Ion/Ioff比的阈值电压。FinFET中的阈值电压在鳍的整个高度中不是恒定的。该阈值电压会受到设计本身或制造工艺引入的几个因素的影响。例如，FinFET的栅极与鳍的顶部处的三个表面接触，而仅与鳍的其余部分的两个表面接触。此外，沿着鳍的高度该鳍可能不具有均匀的形状和宽度。此外，抗击穿掺杂剂和源极/漏极部件的分布也会影响阈值电压。因此，通常观察到非均匀的阈值电压分布。通常，具有低于预期阈值电压的鳍的部分具有高截止状态电流密度，而具有高于预期阈值电压的鳍的部分具有低导通状态电流密度。

因此，虽然现有的FinFET器件通常已经足够用于其预期目的，但是它们无法在每个方面都令人满意。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种形成半导体器件结构的方法，包括：确定沿着硅锗(SiGe)鳍结构的高度的阈值电压分布曲线，其中，所述硅锗鳍结构位于半导体衬底上方；根据所述硅锗鳍结构中的锗(Ge)浓度与阈值电压之间的相关性，确定锗浓度曲线以抵消所述阈值电压分布曲线；形成SiGe外延层，其中，所述SiGe外延层具有沿着SiGe外延层的厚度的所述锗浓度曲线；蚀刻所述SiGe外延层以形成所述硅锗鳍结构；以及在所述硅锗鳍结构上形成沿着所述硅锗鳍结构的高度具有均匀阈值电压的场效应晶体管。

根据本发明的另一方面，提供了一种形成硅锗鳍(SiGe)结构的方法，其中，所述硅锗鳍结构位于半导体衬底上方并沿着所述硅锗鳍结构的高度具有均匀阈值电压分布，所述方法包括：确定沿着所述硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布，其中，所述阈值电压分布至少是以下因素的函数：三栅极效应、沿着所述硅锗鳍结构的高度的鳍宽度分布、与源极/漏极部件的接近度、所述源极/漏极部件中的掺杂剂的水平、以及沿着所述硅锗鳍结构的高度的掺杂剂的浓度分布；基于所述硅锗鳍结构中的Ge浓度与阈值电压之间的相关性，根据所述阈值电压分布来产生Ge浓度曲线，其中，所述Ge浓度曲线是不均匀的；形成SiGe外延层，所述SiGe外延层具有沿着所述SiGe外延层的厚度的所述Ge浓度曲线；以及蚀刻所述SiGe外延层，以形成沿着所述硅锗鳍结构的高度具有均匀阈值电压分布的所述硅锗鳍结构。

根据本发明的又一方面，提供了一种形成半导体器件结构的方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上方形成具有底部、中间部分和顶部的硅锗(SiGe)鳍结构，包括：形成具有第一平均Ge浓度的所述硅锗鳍结构的底部，形成具有第二平均Ge浓度的所述硅锗鳍结构的中间部分，以及形成具有第三平均Ge浓度的所述硅锗鳍结构的顶部，其中，所述第二平均Ge浓度低于所述第一平均Ge浓度和所述第三平均Ge浓度；以及在所述硅锗鳍结构的沟道区域上方形成栅极堆叠件。

附图说明