[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造技术领域，特别涉及一种源漏下方填充有稀土氧化物的半导体结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，其基本元件金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸的不断缩小，当特征尺寸进入深亚微米乃至纳米量级时，原来大尺寸下并不存在或者并不显著的不利于器件性能的一系列效应逐渐显现出来。例如亚阈值电压降低、漏致势垒降低和漏电流过大等效应。

为解决上述问题，一种方案是根据器件类型不同对器件的特定区域引入相应的应力，从而提高器件的载流子迁移率，进而提升器件性能。在深亚微米和纳米级器件中，合适的应力对提升器件性能是至关重要的。传统的应力引入方式包括：在源漏区掺入替位式杂质改变晶格常数，或者在形成器件结构之后另外生长帽层等。这些传统的应力引入方式最主要的缺陷之一在于应力类型难以调节，工艺复杂。并且，随着器件特征尺寸的进一步缩小，传统的应力引入方式将难以形成有效的应力，从而难以达到显著提高半导体器件性能的效果。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有技术中小尺寸器件漏电严重以及应力引入困难、工艺复杂和应力效果不理想的缺陷。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种半导体结构，包括：半导体衬底；所述半导体衬底上定义有源区和漏区，形成在所述源区和或漏区中的凹槽，所述凹槽中填充有稀土氧化物；形成在所述凹槽中的所述稀土氧化物上的源和或漏；和形成在所述源和漏之间的沟道区。其中，所述稀土氧化物的晶格常数a与所述源和或漏和或沟道区的半导体材料的晶格常数b的关系为：a=(n±c)b，其中n为整数，c为晶格常数失配率，0<c≤15%。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽的深度不小于5nm。为了保证凹槽中所填充的稀土氧化物的表层附近的晶格常数不被衬底影响，以及保证能够引入较大的应力，凹槽的深度不宜过小。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽的形状为倒Ω形、矩形或U形。优选为倒Ω形，因为若在倒Ω形槽中填充稀土氧化物，相比矩形或U形结构，填充材料更靠近沟道区下方的衬底区域，而且可以通过靠近该区域处的楔形结构挤压或拉伸该区域，从而更有利于对沟道区引入应力。

在本发明的一个实施例中，所述稀土氧化物包括：(Gd_1-xEr_x)₂O₃、(Gd_1-xNd_x)₂O₃、(Er_1-xNd_x)₂O₃、(Pr_1-xLa_x)₂O₃、(Pr_1-xNd_x)₂O₃、(Pr_1-xGd_x)₂O₃、(Er_1-xLa_x)₂O₃中的一种或多种的组合，其中x的取值范围为0-1。

在本发明的一个实施例中，所述稀土氧化物通过外延生长形成。

在本发明的一个实施例中，所述源和漏以及所述沟道区通过晶体生长的方式形成，从而有利于得到高质量低缺陷的晶体。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽中填充的所述稀土氧化物的厚度等于或稍大于所述凹槽的深度，且所述沟道区形成在所述半导体衬底上。

在本发明的一个实施例中，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，且所述源和漏之间的所述半导体衬底区域为所述沟道区。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽中填充有所述稀土氧化物的部分侧壁分别形成有阻挡层，所述源和或漏形成在所述凹槽的所述稀土氧化物以及所述阻挡层上。

本发明另一方面还提供一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：S01：提供半导体衬底；S02：在所述半导体衬底上定义源区和漏区，在所述源区和或漏区中形成凹槽；S03：在所述凹槽中填充稀土氧化物；S04：在所述凹槽的所述稀土氧化物上形成源和或漏，以及在所述源和漏之间形成沟道区。其中，所述稀土氧化物的晶格常数a与所述源和或漏和或所述沟道区的半导体材料的晶格常数b的关系为：a=(n±c)b，其中n为整数，c为晶格常数失配率，0<c≤15%。