[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造及设计技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

长期以来，为了获得更高的芯片密度、更快的工作速度以及更低的功耗。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸一直遵循着所谓的摩尔定律(Moore’slaw)不断按比例缩小，其工作速度越来越快。当前已经进入到了纳米尺度的范围。然而，随之而来的一个严重的挑战是出现了短沟道效应，例如亚阈值电压下跌(Vtroll-off)、漏极引起势垒降低(DIBL)、源漏穿通(punch through)等现象，使得器件的关态泄漏电流显著增大，从而导致性能发生恶化。

因此。对于目前的器件结构来说，漏电大是制约器件小型化的关键因素。特别是对于Si材料器件来说，其漏电现象更为严重，因此，如何在现有Si材料工艺的基础之上有效解决器件漏电问题成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决器件的漏电问题。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种半导体结构，包括：Si晶圆；形成在所述Si晶圆之上的多个凸起结构，所述多个凸起结构之间间隔预定距离，且所述多个凸起结构呈阵列排列，所述预定距离小于50nm；和形成在所述多个凸起结构顶部的第一半导体薄层，且所述第一半导体薄层中的一部分相对于所述Si晶圆悬空。

在本发明的一个实施例中，所述凸起结构从所述凸起结构的中部向顶部逐渐增大以使两个凸起结构顶部之间的间隙小于所述两个凸起结构中部之间的间隙。

在本发明的一个实施例中，所述凸起结构为Si、Si_1-xC_x、Si_yGe_1-y或Ge。

在本发明的一个实施例中，所述凸起结构为多层结构，所述凸起结构的底层为Si，所述凸起结构的顶层为Si_1-xC_x、Si_yGe_1-y或Ge。

在本发明的一个实施例中，所述第一半导体薄层通过对所述多个凸起结构退火形成，其中，所述退火温度为800-1350度，且在退火时气氛中含有氢气。

在本发明的一个实施例中，在退火时还通入SiH₄、GeH₄、SiH₂Cl₂、SiHCl₃中的一种或多种气体。

在本发明的一个实施例中，所述第一半导体薄层为Si、Si_1-xC_x、Si_yGe_1-y层或Ge。

在本发明的一个实施例中，还包括：形成在所述第一半导体薄层之上的第二半导体层。

在本发明的一个实施例中，所述第二半导体层为应变Si层或Ge层。

在本发明的一个实施例中，所述第二半导体层为应变Si_yGe_1-y层，其中，所述第二半导体层的Ge组分大于所述第一半导体薄层的Ge组分。

本发明实施例另一方面还提出了一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供Si晶圆；在所述Si晶圆之上形成多个凸起结构，所述多个凸起结构之间间隔预定距离，且所述多个凸起结构呈阵列排列，所述预定距离小于50nm；和在所述多个凸起结构顶部形成第一半导体薄层，且所述第一半导体薄层中的一部分相对于所述Si晶圆悬空。

在本发明的一个实施例中，所述凸起结构从所述凸起结构的中部向顶部逐渐增大以使两个凸起结构顶部之间的间隙小于所述两个凸起结构中部之间的间隙。

在本发明的一个实施例中，所述凸起结构为Si、Si_1-xC_x、Si_yGe_1-y或Ge。

在本发明的一个实施例中，所述凸起结构为多层结构，所述凸起结构的底层为Si，所述凸起结构的底层为Si_1-xC_x、Si_yGe_1-y或Ge。

在本发明的一个实施例中，所述第一半导体薄层通过对所述多个凸起结构退火形成，其中，所述退火温度为800-1350度，且在退火时气氛中含有氢气。