一种半导体结构的制备方法及半导体结构

本发明涉及半导体，尤其涉及一种半导体结构的制备方法及半导体结构。

背景技术：

1、在半导体领域中，对于绝大多数晶体管及其集成电路，高迁移率意味着载流子渡越基区的时间减少，可有效地提高其工作频率、速度和放大性能。目前常规ge(锗)结构通常是压应变或弛豫的结构，只能用于制备pmos器件，而不适应于nmos器件，其应用场景受限较大。

技术实现思路

1、本发明提供了一种半导体结构的制备方法及半导体结构，以形成张应变(tensile)的含锗或/和含硅材料的半导体结构，不仅能够提高半导体结构的载流子迁移率，同时还能够应用于诸如但不限于pmos器件和nmos器件等的制备，扩大应用场景范围，提高半导体结构的适应性。

2、第一方面，本发明提供了一种半导体结构的制备方法，该制备方法包括：提供一基底；在基底上形成虚拟衬底层；在虚拟衬底层上依次层叠形成至少一个叠层，其中，形成每个叠层包括：先低温外延生长低温外延层，后高温外延生长高温外延层，且低温外延层和高温外延层的材料均为含锗或/和含硅材料；根据每个叠层中低温外延层和高温外延层的刻蚀选择比不同，选择性刻蚀掉每个叠层中的部分低温外延层，保留在每个叠层中剩余的部分低温外延层作为支撑结构。

3、在上述的方案中，通过先在虚拟衬底层上依次层叠形成至少一个叠层，且每个叠层均为采用高低温外延生长工艺先后形成的低温外延层和高温外延层，通过低温外延层来释放应变，使得含锗或/和含硅材料中的大部分位错和缺陷被限制在低温外延层。且利用含锗或/和含硅材料的热膨胀系数在高低温生长过程中因温度变化导致不同的膨胀收缩这一特质，可以制备出张应变的叠层，之后利用低温外延层和高温外延层的刻蚀选择比不同的特质，选择性刻蚀掉每个叠层中的容纳位错质量较差的部分低温外延层，获得由支撑结构支撑的张应变的高温外延层。还利用含锗材料在受到张应变时轻空穴带会上移，载流子迁移率进一步提升特性，使形成的由支撑结构支撑的张应变的高温外延层具有更高的载流子迁移率优点，且同时还能够应用于诸如但不限于pmos器件和nmos器件等的制备，扩大应用场景范围，提高半导体结构的适应性，以利于未来硅光行业和mos器件(该mos器件具体可以为nmos器件，也可以为pmos器件)领域中，制备高载流子迁移率的发光器件和mos器件。而且，上述制备方法所使用的外延生长方式都是非选择性外延生长方式，避免了选择性外延复杂制备过程，简化制备工艺，且形成的半导体结构的应变比机械应变更大，半导体结构也更易平整。

4、在一个具体的实施方式中，低温外延生长低温外延层的生长温度为200℃～450℃，提高通过低温外延层来释放应变的效果，使得含锗或/和含硅材料中的更多的位错和缺陷被限制在低温外延层。高温外延生长高温外延层的生长温度为450℃～950℃，以增大形成的高温外延层的张应变效果，从而形成更高载流子迁移率的半导体结构。

5、在一个具体的实施方式中，低温外延层和高温外延层的材料为锗、硅或锗硅，提高通过低温外延层来释放应变的效果，使得含锗或/和含硅材料中的更多的位错和缺陷被限制在低温外延层，同时增大形成的高温外延层的张应变效果，从而形成更高载流子迁移率的半导体结构。在更优的实施例中，高温外延层和低温外延层的材料均为锗，以利用锗材料相对硅材料具有更优异的载流子迁移率特性(锗的电子迁移率是硅的2.6倍，锗的空穴迁移率是硅的4.2倍)，使形成的半导体结构具有更高的电子迁移率与空穴迁移率。

6、在一个具体的实施方式中，在基底上形成虚拟衬底层包括：先在基底上低温外延生长锗低温虚拟衬底层；后在锗低温虚拟衬底层上高温外延生长锗高温虚拟衬底层，形成由锗低温虚拟衬底层和锗高温虚拟衬底层层叠形成的虚拟衬底层，通过锗低温虚拟衬底层来释放应变，使得锗材料的更多的位错和缺陷被限制在锗低温虚拟衬底层，防止位错和缺陷向上延伸到高低温外延生长的叠层中。

7、在一个具体的实施方式中，该制备方法还包括：在至少一个叠层中形成gaafet(gate all around field effect transistors，全环栅晶体管)器件，以便于制备出高载流子迁移率的gaafet器件。

8、在一个具体的实施方式中，在至少一个叠层中形成gaafet器件包括：刻蚀每个叠层中的高温外延层，形成作为gaafet器件的沟道的纳米线或纳米片，从而使gaafet器件的纳米线或纳米片为高质量的张应变结构，以此做为gaafet器件的沟道，从而制备出高质量张应变和高载流子迁移率的gaafet器件。

9、第二方面，本发明还提供了一种半导体结构，该半导体结构包括一个基底；在基底上形成有虚拟衬底层；在虚拟衬底层上形成有至少一个高温外延层，虚拟衬底层和至少一个高温外延层依次上下层叠；相邻的虚拟衬底层和高温外延层之间、或相邻的高温外延层之间，均通过低温外延形成的支撑结构隔开；且高温外延层和支撑结构的材料均为含锗或/和含硅材料。

10、在上述的方案中，通过先在虚拟衬底层上依次层叠形成至少一个叠层，且每个叠层均为采用高低温外延生长工艺先后形成的低温外延层和高温外延层，通过低温外延层来释放应变，使得含锗或/和含硅材料中的大部分位错和缺陷被限制在低温外延层。且利用含锗或/和含硅材料的热膨胀系数在高低温生长过程中因温度变化导致不同的膨胀收缩比较大的这一特质，可以制备出张应变的叠层，之后利用低温外延层和高温外延层的刻蚀选择比不同的特质，选择性刻蚀掉每个叠层中的容纳位错质量较差的部分低温外延层，获得由支撑结构支撑的张应变的高温外延层。还利用含锗材料在受到张应变时轻空穴带会上移，载流子迁移率进一步提升特性，使形成的由支撑结构支撑的张应变的高温外延层具有更高的载流子迁移率优点，且同时还能够应用于诸如但不限于pmos器件和nmos器件等的制备，扩大应用场景范围，提高半导体结构的适应性，以利于未来硅光行业和mos器件领域中，制备高载流子迁移率的发光器件和mos器件。而且，上述制备方法所使用的外延生长方式都是非选择性外延生长方式，避免了选择性外延复杂制备过程，简化制备工艺，且形成的半导体结构的应变比机械应变更大，半导体结构也更易平整。

11、在一个具体的实施方式中，低温外延层和高温外延层的材料为锗、硅或锗硅。提高通过低温外延层来释放应变的效果，使得含锗或/和含硅材料中的更多的位错和缺陷被限制在低温外延层，同时增大形成的高温外延层的张应变效果，从而形成更高载流子迁移率的半导体结构。在更优的实施例中，高温外延层和低温外延层的材料均为锗，以利用锗材料相对硅材料具有更优异的载流子迁移率特性(锗的电子迁移率是硅的2.6倍，锗的空穴迁移率是硅的4.2倍)，使形成的半导体结构具有更高的电子迁移率与空穴迁移率。

12、在一个具体的实施方式中，在至少一个外延层及支撑结构中形成有gaafet器件，以便于制备出高载流子迁移率的gaafet器件。

13、在一个具体的实施方式中，gaafet器件的沟道为：刻蚀每个叠层中的高温外延层，形成的纳米线或纳米片，从而使gaafet器件的纳米线或纳米片为高质量的张应变结构，以此做为gaafet器件的沟道，从而制备出高质量张应变和高载流子迁移率的gaafet器件。