半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件及其形成方法，其中方法包括：提供基底；在所述基底上形成源漏材料层和位于源漏材料层上的掩膜层，所述掩膜层中具有第一槽，第一槽暴露出部分源漏材料层；在第一槽的侧壁形成保护层；以所述掩膜层和保护层为掩膜，刻蚀第一槽底部的源漏材料层，在源漏材料层中形成贯穿源漏材料层的第二槽；形成第二槽后，去除保护层；去除保护层后，形成沟道材料层和位于沟道材料层上的栅极结构，所述沟道材料层位于第一槽与第二槽的侧壁和底部；形成沟道材料层和栅极结构后，去除掩膜层。所述方法提高了半导体器件电学性能的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
MOS(金属-氧化物-半导体)晶体管，是现代集成电路中最重要的元件之一。MOS晶体管的基本结构包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的栅极结构，所述栅极结构包括：位于半导体衬底表面的栅介质层以及位于栅介质层表面的栅电极层；位于栅极结构两侧半导体衬底中的源漏掺杂区。随着半导体技术的发展，传统的平面式的MOS晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管(FinFET)是一种新兴的多栅器件，它一般包括凸出于半导体衬底表面的鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部表面和侧壁的栅极结构，位于栅极结构两侧的鳍部中的源漏掺杂区。随着半导体技术的进一步发展，无论是平面式MOS晶体管还是鳍式场效应晶体管，对沟道电流的控制能力提出更高的要求。为此，提出一种具有超薄沟道的半导体器件。然而，现有技术中形成的超薄沟道的半导体器件的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法，以提高半导体器件电学性能的稳定性。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成源漏材料层和位于源漏材料层上的掩膜层，所述掩膜层中具有第一槽，第一槽暴露出部分源漏材料层；在第一槽的侧壁形成保护层；以所述掩膜层和保护层为掩膜，刻蚀第一槽底部的源漏材料层，在源漏材料层中形成贯穿源漏材料层的第二槽；形成第二槽后，去除保护层；去除保护层后，形成沟道材料层和位于沟道材料层上的栅极结构，所述沟道材料层位于第一槽与第二槽的侧壁和底部；形成沟道材料层和栅极结构后，去除掩膜层。可选的，所述保护层的材料包括氮化硅；所述掩膜层的材料包括氧化硅。可选的，形成所述保护层的步骤包括：在所述第一槽的侧壁和底部以及掩膜层的顶部表面形成保护材料层；回刻蚀保护材料层直至暴露出掩膜层的顶部表面和源漏材料层的顶部表面，形成所述保护层。可选的，形成所述沟道材料层和栅极结构的方法包括：在所述第一槽和第二槽的侧壁和底部、以及掩膜层上形成沟道材料膜；在所述沟道材料膜表面形成栅极结构材料层；形成所述栅极结构材料层后，形成填充满第一槽和第二槽的填充层；平坦化所述栅极结构材料层和沟道材料膜直至暴露出掩膜层和填充层的顶部表面，使沟道材料膜形成沟道材料层，使栅极结构材料层形成栅极结构。可选的，所述填充层的材料为氧化硅或底部抗反射层材料。可选的，形成所述填充层的工艺包括旋涂工艺。可选的，平坦化所述栅极结构材料层和沟道材料膜的工艺包括化学机械研磨工艺。可选的，还包括：平坦化所述栅极结构材料层和沟道材料膜后，去除所述填充层。可选的，在去除所述填充层的过程中去除所述掩膜层。可选的，所述沟道材料膜的材料包括MoS2；形成所述沟道材料膜的工艺包括固体源气相化学沉积工艺。可选的，所述固体源气相化学沉积工艺的参数包括：采用的固体源包括MoO3和S、采用的载体气体包括Ar，温度为600摄氏度～900摄氏度。可选的，所述沟道材料层的厚度为5nm～10nm。可选的，所述源漏材料层的材料包括多晶硅。可选的，所述栅极结构层包括位于沟道材料层上的栅介质层和位于栅介质层上的栅电极层。可选的，还包括：在形成所述源漏材料层和掩膜层之前，在所述基底表面形成界面层；所述源漏材料层位于界面层表面；在形成沟道材料层之前，所述第二槽的底部暴露出界面层；所述沟道材料层还位于界面层表面。可选的，所述界面层的材料包括氧化硅。可选的，还包括：去除所述掩膜层后，在所述栅极结构两侧的源漏材料层中形成源漏掺杂区。本专利技术还提供采用上述任意一项方法形成的半导体器件。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的半导体器件的形成方法中，所述沟道材料层沿着第一槽与第二槽的侧壁和底部形成，以形成超薄的沟道材料层。超薄的沟道材料层用于限制半导体器件的沟道空间，使半导体器件具有超薄沟道。所述沟道材料层不仅位于第二槽的侧壁和底部，还位于第一槽的底部，使得沟道材料层的有效长度较大，进而用于改善半导体器件的短沟道效应。所述栅极结构两侧的源漏材料层中用于形成源漏掺杂区。在第一槽的侧壁形成有保护层，所述掩膜层和保护层用于共同定义第二槽的位置。以所述掩膜层和保护层为掩膜刻蚀第一槽底部的源漏材料层后，使得第二槽的中心到第一槽两侧侧壁的距离较为一致；去除保护层后，暴露出分别位于第二槽两侧且位于第一槽底部的源漏材料层，分别位于第二槽两侧且位于第一槽底部的源漏材料层的尺寸较为一致；形成沟道材料层和栅极结构后，第二槽一侧源漏材料层上的沟道材料层尺寸和第二槽另一侧源漏材料层上的沟道材料层尺寸较为一致，第二槽一侧源漏材料层上的栅极结构尺寸和第二槽另一侧源漏材料层上的栅极结构尺寸较为一致。进而使栅极结构两侧源漏材料层的尺寸较为一致，从而提高了半导体器件电学性能的稳定性。附图说明图1至图2是一种半导体器件形成过程的结构示意图；图3至图12是本专利技术一实施例中半导体器件形成过程的结构示意图。具体实施方式图1至图2是一种半导体器件形成过程的结构示意图。参考图1，提供基底100；在基底100上形成氧化层110；在氧化层110上形成源漏材料层120，源漏材料层120中具有贯穿源漏材料层120的凹槽130。参考图2，在凹槽130(参考图1)的侧壁和底部、源漏材料层120上以及基底100上形成沟道材料膜(未图示)，沟道材料膜的材料为MoS2；在沟道材料膜表面形成栅极结构材料层；图形化栅极结构材料层和沟道材料膜，形成沟道材料层140和位于沟道材料层140上的栅极结构150，栅极结构150对应栅极结构材料层。形成沟道材料层140和栅极结构150后，还包括：在栅极结构150两侧的源漏材料层120中掺杂源漏离子，在栅极结构150两侧的源漏材料层120中形成源漏掺杂区。然而，上述方法形成的半导体器件的性能较差，经研究发现，原因在于：所述沟道材料层140不仅位于所述凹槽130的侧壁和底部，还位于凹槽130两侧部分源漏材料层120上，使得沟道材料层140的有效长度较大。进而使得栅极结构150两侧的源漏掺杂区的距离较大，改善半导体器件的短沟道效应。图形化所述栅极结构材料层和沟道材料膜的步骤包括：在栅极结构材料层上形成图形化的光刻胶层，光刻胶层仅覆盖凹槽130中的栅极结构材料层、以及凹槽130两侧部分源漏材料层120上的栅极结构材料层；以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀栅极结构材料层和沟道材料膜直至暴露出源漏材料层120。为了方便说明，所述凹槽130具有相对的第一侧和第二侧，凹槽130的第一侧和第二侧壁分别具有源漏材料层120。受到光刻对准偏差的影响，栅极结构150的中心投影在基底100表面上的位置相对于凹槽130中心投影在基底100表面上的位置发生偏移，沟道材料层140的中心投影在基底100表面上的位置相对于凹槽130中心投影在基底100表面上的位置发生偏移。凹槽130第一侧的沟道材料层140和凹槽130第二侧的沟道材料层140的尺寸相差较大，凹槽130第一侧的栅极结构150和凹槽130第二侧的栅极结构150的尺寸相差较大。进而导致在源漏材料层120中形成的源漏掺杂区的尺寸相差较大，源漏掺杂区中电流和工艺设计的参数有较大的差别，降低了半导体器件电学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成源漏材料层和位于源漏材料层上的掩膜层，所述掩膜层中具有第一槽，第一槽暴露出部分源漏材料层；在第一槽的侧壁形成保护层；以所述掩膜层和保护层为掩膜，刻蚀第一槽底部的源漏材料层，在源漏材料层中形成贯穿源漏材料层的第二槽；形成第二槽后，去除保护层；去除保护层后，形成沟道材料层和位于沟道材料层上的栅极结构，所述沟道材料层位于第一槽与第二槽的侧壁和底部；形成沟道材料层和栅极结构后，去除掩膜层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成源漏材料层和位于源漏材料层上的掩膜层，所述掩膜层中具有第一槽，第一槽暴露出部分源漏材料层；在第一槽的侧壁形成保护层；以所述掩膜层和保护层为掩膜，刻蚀第一槽底部的源漏材料层，在源漏材料层中形成贯穿源漏材料层的第二槽；形成第二槽后，去除保护层；去除保护层后，形成沟道材料层和位于沟道材料层上的栅极结构，所述沟道材料层位于第一槽与第二槽的侧壁和底部；形成沟道材料层和栅极结构后，去除掩膜层。2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述保护层的材料包括氮化硅；所述掩膜层的材料包括氧化硅。3.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述保护层的步骤包括：在所述第一槽的侧壁和底部以及掩膜层的顶部表面形成保护材料层；回刻蚀保护材料层直至暴露出掩膜层的顶部表面和源漏材料层的顶部表面，形成所述保护层。4.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述沟道材料层和栅极结构的方法包括：在所述第一槽和第二槽的侧壁和底部、以及掩膜层上形成沟道材料膜；在所述沟道材料膜表面形成栅极结构材料层；形成所述栅极结构材料层后，形成填充满第一槽和第二槽的填充层；平坦化所述栅极结构材料层和沟道材料膜直至暴露出掩膜层和填充层的顶部表面，使沟道材料膜形成沟道材料层，使栅极结构材料层形成栅极结构。5.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述填充层的材料为氧化硅或底部抗反射层材料。6.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述填充层的工艺包括旋涂工艺。7.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，平坦化所述栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，陈卓凡，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31