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与流程

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。

技术实现要素：

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

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制，并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。还要强调的是，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此在范围上不认为是限制性的，因为本发明可以等同地适用于其他实施例。

图1是根据本发明的各个方面的finfet器件的截面图。

图2包括根据本发明的各个方面的沿着finfet器件的高度的导通状态电流密度和截止状态电流密度。

图3是示出根据本发明的各个方面的由于热处理而导致的沿着finfet器件的高度的掺杂剂浓度的偏移的示图。

图4是示出根据本发明的各个方面的确定sige鳍结构中的锗浓度曲线(profile，又称轮廓)的方法的流程图。

图5是示出根据本发明的各个方面的确定沿着硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布曲线的方法的流程图。

图6是示出根据本发明的各个方面的确定沿着硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布曲线的另一种方法的流程图。

图7是示出根据本发明的各个方面的确定沿着硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布曲线的又一种方法的流程图。

图8示出了根据本发明的各个方面的沿鳍的高度的锗浓度曲线。

图9示出了根据本发明的各个方面的通过实施鳍中的ge浓度曲线而实现的均匀导通状态电流密度和均匀截止状态电流密度。

图10是示出根据本发明的各个方面的形成sige鳍结构的方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，以下公开内容提供了用于实现本发明的不同部件的许多不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…之下”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。

本发明涉及但不限于鳍式场效应晶体管(finfet)器件。例如，finfet器件可以是包括p型金属氧化物半导体(pmos)finfet器件和n型金属氧化物半导体(nmos)finfet器件的互补金属氧化物半导体(cmos)器件。以下公开内容将继续用一个或多个finfet实例来说明本发明的各个实施例。然而，应当理解，除特别声明之外，本申请不应该限于特定类型的器件。

参考图1，其中示出了根据本发明的各个方面的finfet器件100的截面图。在一些实施例中，finfet器件100包括在半导体衬底110上方形成的薄的含硅的“鳍状”结构120(以下称为鳍120)。半导体衬底110通常包括硅。可选地，半导体衬底110可以包括锗、硅锗或其他半导体材料和上述的组合的外延层。在一些实例中，根据finfet器件100的设计，半导体衬底110可掺杂有诸如硼(b)、铝(al)和镓(ga)的p型掺杂剂或诸如锑(sb)、砷(as)和磷(p)的n型掺杂剂。

在一些实施例中，诸如鳍120的鳍结构由衬底110上的外延层形成，并且外延层由单独的硅(si)形成或由硅和与硅兼容的半导体材料共同形成。这种半导体材料包括锗(ge)和碳(c)。已知将ge或c引入si晶格以使si晶格产生应变，并且这种产生应变的si晶格通常用于改善器件在某些方面的性能。在一些实施例中，外延层使用以下技术外延生长si和ge形成：诸如通过化学气相沉积(cvd)或低压化学气相沉积(lpcvd)外延沉积。通过在cvd外延沉积期间控制气体反应物的输送和其它工艺参数，可以调制(modulate，又称调节)沿着外延层的高度的si和ge的浓度。在鳍120由外延生长的sige外延层形成的实施例中，首先在半导体衬底110上方形成外延sige层，然后，如下所述对外延sige层进行图案化。

在一些实施例中，鳍120通过光刻图案化和蚀刻由外延sige层形成。例如，通过光刻技术在外延sige层上形成图案化的光刻胶层，然后将诸如各向异性蚀刻的蚀刻工艺施加到外延sige层以形成一个或多个鳍120。在另一个实例中，使用硬掩模。在这种情况下，通过在外延sige层上沉积硬掩模材料来形成硬掩模。然后将光刻胶层沉积在硬掩模上。在使用光刻进行图案化之后，当对硬掩模进行蚀刻和图案化时，然后，硬掩模上的光刻胶用作蚀刻掩模。此后，使用硬掩模作为蚀刻掩模对外延sige层施加诸如各向异性蚀刻的蚀刻工艺，以形成一个或多个鳍120。为了将鳍120与相邻鳍隔离，形成介电材料(例如热生长的氧化硅和cvd沉积的氧化硅)来填充鳍120与其相邻鳍之间的沟槽。然后通过化学机械抛光(cmp)对介电层进行抛光，然后回蚀刻以暴露鳍120的一部分，同时鳍120的一部分保持被回蚀刻的介电层覆盖，该回蚀刻的介电层通常称为浅沟槽隔离件(sti)。在图1中示出sti130。然后，finfet制造工艺继续在鳍120的一部分上方形成栅极堆叠件140。由于栅极堆叠件140覆盖暴露的鳍120的顶面和两个侧壁，诸如栅极堆叠件140的栅极通常称为三栅极。栅极堆叠件140包括栅极介电层和位于栅极介电层上的栅电极，其中，每个栅极堆叠件140均具有一个或多个膜。在一些实施例中，栅极堆叠件140至少包括与鳍120界面连接的栅极介电层(未示出)和位于栅极介电层上方的金属层(未示出)。栅极介电层可以由高k电介质形成，诸如氧化铪(hfo2)、氧化锆(zro2)、氧化钽(ta2o5)、钛酸钡(batio3)、氧化钛(tio2)、氧化铈(ceo2)、氧化镧(la2o3)、铝酸镧(laalo3)、钛酸铅(pbtio3)、钛酸锶(srtio3)、锆酸铅(pbzro3)、氧化钨(wo3)、氧化钇(y2o3)、硅酸铋(bi4si2o12)、钛酸钡锶(bst)(ba1-xsrxtio3)、pmn(pbmgxnb1-xo3)、pzt(pbzrxti1-xo3)、pzn(pbznxnb1-xo3)和pst(pbscxta1-xo3)、镧钛酸铅、锶铋钽、钛酸铋和锆钛酸钡。在一些实例中，栅极堆叠件140可以包括由诸如tin、tan、tacn、ticn、tic、mo和w形成的一个或多个功函数金属层。在一些实施例中，通过离子注入对finfet器件100的源极和漏极区域(未示出)进行掺杂，随后进行诸如退火的热处理。

由于几个因素，沿鳍120的高度的阈值电压是不均匀的，例如，与鳍120的其余部分相比，三栅极对顶部120t具有更强的影响。为了说明的目的，三栅极效应仅在标记区域121中突出，但在鳍120的中间部分120m中没有向下进一步突出。关于现有技术的finfet器件，顶部120t的高度大约是鳍120的顶面的宽度。众所周知，三栅极抑制短通道效应。因此，顶部120t的阈值电压通常保持比中间部分120m的阈值电压高。鳍120的底部120b受到鳍120的沿x方向的宽度的影响。如上所述，尤其通过各向异性蚀刻步骤形成鳍120。这种各向异性蚀刻步骤具有其限制，并且通常导致圆形边缘和较宽的底部120b。也在图1中示出该结果。底部120b的特征在于沿着x方向的宽度较大。由于与栅极堆叠件140的距离增加，所以底部120b的阈值电压通常高于中间部分120m的阈值电压。然而，由于三栅极效应通常更为主导，通常顶部120t的阈值电压高于底部120b的阈值电压。诸如源极/漏极部件周围的sti中的应变、源极和漏极部件中的ge浓度以及源极和漏极部件中的掺杂剂水平的其他因素在沿着鳍的高度的阈值分布方面也发挥着重要作用。

鳍120的在底部120b下方并被sti130覆盖的部分称为基部120bb。在一些实施例中，在sige层的外延生长期间，通过原位掺杂在底部120b下方的基部120bb中实现抗击穿(apt)掺杂层或击穿停止(pts)掺杂层，以减少由寄生电流引起的击穿效应。对于n型finfet器件，通常使用诸如硼的p型apt掺杂剂。对于p型finfet器件，通常使用诸如磷的n型apt掺杂剂。

在一些实例中，上述非均匀阈值电压分布将导致图2所示的导通状态电流密度(ion密度)和截止状态电流密度(ioff密度)的不均匀分布，其中，x轴表示鳍的自鳍的顶部(x＝0)到基部(在本实例中，x＝60nm)的高度。如图2所示，类似于finfet100的finfet器件倾向于在顶部120t中具有低的ion密度和ioff密度，在中间部分120m中具有较高的ion密度和ioff密度，在底部120b中具有较低的ion密度和ioff密度，并且在基部120bb中具有零或可忽略的ion密度和ioff密度。

图2还示出了通过从基部120bb扩散到鳍120中的掺杂剂如何不同地影响ion密度和ioff密度曲线。诸如硼和磷的apt掺杂剂，容易向上热扩散到鳍120中。将在下面的图3中示出该热扩散。底部120b中的apt掺杂剂的存在提高了阈值电压，并且有时降低一个数量级的ion密度。实际上，ion密度的显著下降使得底部120b在导通状态电流密度方面是无用的。

现在参考图3，其中示出了在硅氧化物sti的高热生长期间或源极/漏极部件的退火期间，p型apt硼掺杂剂的向上热扩散。如上所述，在一些实施例中，在形成鳍120并且apt掺杂剂处于适当位置之后热生长氧化硅。根据热处理的温度和持续时间，p型apt硼掺杂剂可以具有不同的扩散曲线。图3示出了两条扩散曲线i和ii。曲线i表示具有较低温度或较短热处理持续时间的apt硼掺杂剂的扩散曲线。曲线ii表示具有较高温度或较长热处理持续时间的apt硼掺杂剂的扩散曲线。随着apt掺杂剂在温度和时间方面经受更多的热处理，扩散曲线向上越多地进入底部120b，从而降低了底部120b的可用性。应该注意的是，尽管图3仅示出了p型apt掺杂剂的热扩散，但是诸如磷的n型apt掺杂剂共享类似的热扩散特性。apt掺杂剂浓度曲线的形状在很大程度上取决于apt掺杂剂的扩散率。

通常，已经公开了在sige层的外延生长期间，原位掺杂掺杂剂。虽然原位掺杂可以提高沿着sige鳍的高度的阈值电压的均匀性，但是原位掺杂具有缺点。缺点之一是在原位掺杂后发生的热处理期间的掺杂剂扩散。掺杂剂的热扩散阻止了优选的突变浓度梯度并产生不期望的扩散曲线，从而导致鳍的底部中的高阈值电压。另一个缺点是由原位掺杂引起的晶格缺陷。

通过实验、数学建模、测量和计算机仿真，发现用ge完全替代鳍中的si将导致阈值电压降低400mv。这大致转化为ge浓度每增加1％，阈值电压降低4mv。在本发明的实施例中，sige鳍中的ge浓度用于抵消sige鳍的不同部分中的相对高的阈值电压。与掺杂剂相比，外延生长的ge在sige鳍中产生很少的晶格缺陷，并且ge不沿着诸如鳍120的sige鳍的长度扩散。因此，一旦在sige鳍的外延生长期间实现了ge浓度曲线，在任何后续的热处理期间，ge浓度曲线不会发生变化。

图4是示出根据本发明的各个方面的确定sige鳍结构中的锗浓度曲线的方法300的流程图。方法300包括步骤310：确定沿着sige鳍结构的高度的阈值电压分布曲线；步骤320：根据基于ge浓度与阈值电压之间的相关性的阈值电压分布产生ge浓度曲线；步骤330：沿着sige鳍结构的高度形成具有ge浓度曲线的sige外延层；步骤340：对sige外延层进行蚀刻以形成沿着sige鳍结构的高度具有均匀阈值电压的sige鳍结构；以及步骤350：在sige鳍结构上形成场效应晶体管。为了简单起见，参考图1中的鳍120来描述步骤310至350。如上所述，几个因素可能影响阈值电压分布，使其不均匀。为了有效地解决鳍120中的不均匀阈值电压，必须首先在步骤310中确定在实施任何ge浓度曲线之前的阈值电压分布。然后，在步骤320中，产生ge浓度曲线以抵消沿着鳍120的高度的阈值电压分布的不均匀性。基于ge浓度与阈值电压之间的相关性来生成ge浓度曲线。在一些实施例中，该相关性是ge浓度每增加1％，阈值电压降低4mv。在一些实施例中，该相关性是阈值电压通常随着ge浓度的增加而降低。因为ge浓度曲线旨在抵消上述阈值电压影响因素，以在产生的sige结构中产生均匀的阈值电压分布，所以ge浓度曲线是非均匀曲线。此外，在一些实施例中，ge浓度曲线中的最高ge浓度与最低ge浓度之间的差值落在5％与15％之间的范围内，其转化为在20mv至60mv之间的阈值电压调节范围。应该注意的是，类似于阈值电压分布，ge浓度曲线在鳍120的整个高度是连续的。因此，顶部120t、中间部分120m、底部120b和基部120bb的任意一个中的任何一般参考阈值电压是并且应该认为是该部分的平均阈值电压，而不是相对于该部分的固定阈值电压值。

然后，方法300进行到步骤330。在步骤330处，在形成sige外延层期间，提供ge并且根据在步骤320中生成的ge浓度曲线来选择工艺参数，使得sige外延层包括沿着sige外延层的厚度的ge浓度曲线。在一些实施例中，在化学气相沉积(cvd)或低压cvd(lpcvd)外延生长工艺中，以诸如四氢化锗(geh4)和氢化锗(ge2h6)的含ge反应气体的形式供给ge。然后，在步骤340处，对具有ge浓度曲线的sige外延层进行蚀刻，以沿着sige鳍结构的高度形成sige鳍结构。然后，方法300进行到步骤350，其中，执行进一步的处理以在sige鳍结构上形成场效应晶体管(fet)。这种进一步的处理可以包括在sige鳍的区段上形成栅极堆叠件并形成fet的源极和漏极部件。

几个因素可能导致在鳍120的不同部分中的阈值电压的不均匀性，并且可以用于数学模型中以确定沿鳍120的高度的阈值电压分布。这些因素包括三栅极效应、沿鳍120的高度的鳍宽度分布、鳍120与源极/漏极部件的接近度、源极/漏极部件中的掺杂剂水平以及沿鳍120的高度的掺杂剂浓度分布。在一些实例中，在步骤310中，使用诸如多变量函数的数学模型来预测和确定鳍120中的阈值电压分布。

图5、6、7示出了根据本发明的各个方面执行步骤310的方法。图5所示的方法3101依赖于包含鳍120的半导体器件的设计的计算机仿真。图6所示的方法3102依赖于阈值电压分布的直接测量或间接测量。最后，如图7所示，方法3103将计算机仿真与现实世界测量的包含鳍120的半导体器件的参数结合在一起。

参考图5，其中示出了根据本发明的各个方面的确定沿着硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布曲线的方法3101的流程图。方法3101包括步骤3111：获得包括sige鳍结构的半导体器件的设计；以及步骤3112：基于该设计的计算机仿真，得出沿着sige鳍结构的高度的阈值电压分布。在一些实施例中，在步骤3112中，使用诸如hspice的计算机仿真程序，基于在步骤3111中获得的半导体器件的设计来执行计算机仿真。可对这些仿真程序进行编程以将影响sige鳍(诸如，鳍120)的不同部分中的阈值电压的因素考虑进来。

现在参考图6，图6是示出根据本发明的各个方面的确定沿着硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布曲线的方法3102的流程图。方法3102包括步骤3121：形成包括sige鳍结构的半导体器件；和步骤3122：测量沿着sige鳍结构的高度的阈值电压分布。在一些实例中，计算机仿真可能不产生跟踪制成的半导体器件中的实际阈值电压分布的阈值电压分布。在这些实例中，应使用方法3102来确定沿着sige鳍结构的高度的阈值电压分布。在步骤3121中，首先制造包括sige鳍结构的半导体器件。然后，在步骤3122中，直接或间接地测量沿着sige鳍的高度的多个位置处的阈值电压。

图7是示出根据本发明的各个方面，确定沿着硅锗鳍结构的高度的阈值电压分布曲线的方法3103的流程图。方法3103包括步骤3131：获得包括sige鳍结构的半导体器件的设计；步骤3132：基于该设计的计算机仿真，得出沿着sige鳍结构的高度的理论阈值电压分布；步骤3133：根据该设计形成半导体器件；步骤3134：测量形成的sige鳍结构的参数；以及步骤3135：通过基于测量的参数对该理论阈值电压分布进行校正来获得阈值电压分布。

步骤3131和步骤3132类似于方法3101中的步骤3111和步骤3112。在步骤3131处，获得了包含sige鳍结构的半导体器件的设计。在一些实施例中，该设计包括半导体器件中的各个部件的尺寸、掺杂剂的类型、掺杂剂剂量和热处理条件。当在步骤3132中设置计算机仿真的边界条件时，所有上述信息变得有用。然而，与步骤3112不同，来自步骤3132的阈值电压分布仅视为是理论阈值电压分布，需要在步骤3134和步骤3135处对理论阈值电压分布进行进一步验证和校正。

在步骤3133处，根据仿真设计形成半导体器件。这允许在步骤3134处测量几个参数。在步骤3133中形成的半导体器件可以偏离所设计的半导体器件。例如，沿sige鳍的高度测量的阈值电压分布可以不同于理论阈值电压分布。此外，可能影响阈值电压分布的各个部件尺寸和掺杂浓度可能与设计尺寸和浓度不同。例如，实际的栅极电介质厚度可以不同于设计栅极电介质厚度。对于另一个实例，sige鳍的沿着x方向的宽度可以不同于设计鳍宽度。对于又一个实例，测量的apt掺杂浓度可以不同于设计apt掺杂浓度。

此外，有时精确地测量沿着sige鳍的高度的阈值电压分布可能具有挑战性。在这种情况下，可以测量容易测量的参数，诸如特征尺寸和掺杂浓度，并将其重新插入到计算机仿真模型中，以获得更能代表实际情况的阈值电压分布。例如，可以采用形成的半导体器件的sige鳍或其它部分的电子显微镜图像来确定诸如层厚度或鳍宽度的部件尺寸。电子显微镜图像包括扫描电子显微镜(sem)图像和透射电子显微镜(tem)图像。此外，可以通过二次离子质谱法(sims)检测掺杂剂浓度或掺杂剂浓度曲线。可以使用这些容易测量的参数来校正计算机仿真中使用的模型，以在步骤3135处校正阈值电压值，或者修改某些边界条件。

可选地，在一些实施方式中，如果半导体器件的设计是可用的，则方法3103可被截短(truncate)以仅包括步骤3133、3134和3135。在这些实施方式中，该截短方法3103从通过根据可用的设计来形成半导体器件的步骤3133开始。一旦形成半导体器件，在步骤3134处，该半导体器件经受各种测量以确定形成的半导体器件的实际器件参数。然后，该截短方法3103进行到步骤3135，其中，将实际测量的器件参数插入到计算机仿真模型中以得出沿着sige鳍的高度的阈值电压分布。在该截短方法3103中用于步骤3135的计算机仿真模型是方法3103中用于步骤3132的基本相同的模型。区别在于参数是从设计本身得出的还是从根据设计制造的半导体器件测量的。在一些实例中，器件参数包括源极和漏极部件中的掺杂剂水平以及sti对鳍施加的应变。

沿着半导体中sige鳍的高度的阈值电压分布可以采用许多不同的形状，因此抵消阈值电压曲线的上升和下降所需的ge浓度曲线也是如此。在包括图1所示的鳍120的半导体器件中，阈值电压曲线通常以顶部120t和底部120b中的较高的阈值电压为特征。由于中间部分120m与三栅极的距离和平均鳍宽度，中间部分120m倾向于具有较低的平均阈值电压。在图2中间接示出该通用阈值电压曲线，其中，顶部120t和底部120b中的导通状态电流密度和截止状态电流密度倾向于较低。在一些实施例中，图8中示出了沿着sige鳍的高度的ge浓度曲线。为了便于参考，在图8的左侧再现图1。如上所述，在图8的右侧的ge浓度曲线的特征在于在顶部120t和底部120b中具有较高的平均ge浓度，并且在中间部分120m中具有较低的平均ge浓度。在一些实施例中，顶部中的平均ge浓度高于底部中的平均ge浓度，底部中的平均ge浓度高于中间部分中的平均ge浓度。在一些实例中，基部120bb中的ge浓度为零。在一些实施方式中，顶部120t中的平均ge浓度与中间部分120m中的平均ge浓度之间的差值落在5％与15％之间的范围内。

图9示出了根据本发明的各个方面的通过实施鳍中的ge浓度曲线而实现的均匀导通状态电流密度和截止状态电流密度。在没有实现鳍120中的图8所示的ge浓度曲线的情况下，鳍120的导通状态电流密度曲线和截止状态电流密度曲线经受在鳍的顶部和底部中的低电流密度值。低电流密度表示较高的阈值电压。如果图8所示的ge浓度曲线实施为图1中的鳍120，则如图9所示，以idon表示的导通状态电流密度曲线和以idoff表示的截止状态电流密度曲线将会是大致均匀的。均匀的导通状态电流密度和截止状态电流密度表示沿着鳍120的高度的均匀阈值电压分布。

图10是示出根据本发明的各个方面的形成sige鳍结构的方法400的流程图。方法400包括步骤410：确定沿着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；步骤420：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；步骤430：基于确定的ge浓度曲线确定外延生长工艺参数；步骤440：通过在外延生长工艺中实现确定的外延生长工艺参数来形成sige外延层；步骤450：对sige外延层进行蚀刻以形成sige鳍结构；以及步骤460：在sige鳍结构的一部分上方形成栅极堆叠件。

为了便于参考，将参照sige鳍120来描述方法400中的每个步骤。在步骤410中，确定沿着sige鳍120的高度的阈值电压分布曲线。在一些实施例中，可以使用方法3101、3102和3103中的一个或多个来执行步骤410。然后，在步骤420中，根据sige鳍120中的ge浓度与阈值电压之间的相关性来确定抵消在步骤410中的阈值电压分布曲线的ge浓度曲线。在一些实施例中，这种相关性是ge浓度每增加1％，阈值电压降低4mv。在一些实施例中，这种相关性是阈值电压通常随着ge浓度的增加而降低。在一些实施例中，可以实现5％与15％之间的ge浓度的增加以调制sige鳍中的阈值电压。给出以上所阐述的相关性，5％与15％之间范围内的ge浓度的增加对应于向下调整的阈值电压20mv至60mv。

在一些实施例中，用sige层形成鳍120，通过在cvd或lpcvd外延生长工艺中输送含si气体反应物和含ge气体反应物来形成该sige层。普通的含ge气体反应物包括但不限于四氢化锗(geh4)和氢化锗(ge2h6)。普通的含si气体反应物包括但不限于硅烷(sih4)、乙硅烷(si2h6)和丙硅烷(si3h8)。在一些实施例中，为了在鳍120中实现期望的ge浓度曲线，必须确定和选择许多外延生长工艺参数。例如，参数可以包括室压力、反应气体的局部压力和室温度。在步骤430处，基于在步骤420中确定的ge浓度曲线来确定外延生长工艺参数。

在步骤440中，在用于形成sige外延层的外延生长工艺中实现在步骤430中确定的外延生长工艺参数。如果这样的sige外延层的ge浓度曲线与步骤420中确定的ge浓度曲线不同，则这样的sige外延层的ge浓度曲线将至少基本上类似于步骤420中确定的ge浓度曲线。步骤440之后是步骤450，其中，通过光刻技术和蚀刻对sige外延层进行图案化以形成鳍结构，例如鳍120。如此形成的鳍结构共享sige外延层的ge浓度曲线。

最后，在步骤460中，在sige鳍上方形成栅极堆叠件。应当理解，鳍120可以经历进一步的cmos工艺以形成各种部件，诸如接触件/通孔、互连金属层、介电层、钝化层等。

在一些实例中，鳍结构可以由碳化硅(sic)或碳化硅锗(sigec)外延层形成。与ge在含si外延层中引入局部拉伸应变相比，碳在含si外延层中引入局部压缩应变。因此，碳不仅可以用于使外延层中的si晶格产生应变，而且可以用于调制由锗引入的拉伸应变或减少外延层中的晶格缺陷。与ge类似地，可以通过外延生长工艺参数来控制sic或sigec外延层中的碳的浓度，例如将含c的气体反应物输送到处理室中。在一些实例中，含c的气体反应物可以包括甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)和丙烷(c3h8)。

因此，本发明提供了根据一些实施例的形成半导体器件结构的方法。该方法包括：沿着半导体衬底上方的硅锗(sige)鳍结构的高度确定阈值电压分布曲线；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；形成sige外延层，sige外延层包括ge浓度曲线；对sige外延层进行蚀刻以形成sige鳍结构；以及在sige鳍结构的一部分上方形成栅极堆叠件。

在实施例中，确定沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述锗浓度曲线包括：获得包含所述硅锗鳍结构的半导体器件的设计；以及基于所述设计的计算机仿真，得出沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述阈值电压分布。

在实施例中，所述相关性是随着所述硅锗鳍结构中的锗浓度的增加，所述阈值电压降低。

在实施例中，所述相关性是所述硅锗鳍结构中的锗浓度每增加百分之一(1％)，所述阈值电压降低4mv。

在实施例中，确定沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述锗浓度曲线包括：形成包括所述硅锗鳍结构的半导体器件；以及测量沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述阈值电压分布。

在实施例中，确定沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述锗浓度曲线包括：获得包含所述硅锗鳍结构的半导体器件的设计；基于所述设计的计算机仿真，得出沿着所述硅锗鳍结构的高度的理论阈值电压分布；根据所述设计形成半导体器件，其中，所述半导体器件包括所述硅锗鳍结构；测量所述半导体器件中的所述硅锗鳍结构的参数；以及通过基于测量的参数对所述理论阈值电压分布进行校正来获得所述阈值电压分布。本发明提供了在半导体衬底上方形成沿着sige鳍结构的高度具有均匀阈值电压分布的硅锗(sige)鳍结构的方法。该方法包括：确定沿着sige鳍结构的高度的阈值电压分布，其中，阈值电压分布至少是三栅极效应、沿着sige鳍结构的高度的鳍宽度分布、与源极/漏极部件的接近度、源极/漏极部件中的掺杂剂的水平、以及沿着sige鳍结构的高度的掺杂剂的浓度曲线的函数；基于sige鳍结构中的ge浓度与阈值电压之间的相关性，根据阈值电压分布来产生ge浓度曲线；形成sige外延层，sige外延层包含ge浓度曲线；以及蚀刻sige外延层以形成sige鳍结构。

在实施例中，确定沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述阈值电压分布包括：获得包含所述硅锗鳍结构的半导体器件的设计；以及基于所述设计的计算机仿真，得出沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述阈值电压分布。

在实施例中，所述相关性是随着所述硅锗鳍结构中的ge浓度的增加，所述阈值电压降低。

在实施例中，所述相关性是ge浓度每增加百分之一(1％)，所述阈值电压降低约4mv。

在实施例中，确定沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述阈值电压分布包括：形成包括所述硅锗鳍结构的半导体器件；测量形成的半导体器件中的所述硅锗鳍结构的参数；以及基于具有测量参数的所述设计的计算机仿真，获得沿着所述硅锗鳍结构的高度的所述阈值电压分布。

在实施例中，所述参数的测量包括：测量所述半导体器件的源极和漏极部件中的掺杂剂水平以及所述硅锗鳍结构周围的浅沟槽隔离区域中的应变。

在实施例中，所述ge浓度曲线中的最高ge浓度与最低ge浓度之间的差值在5％与15％之间的范围内。

此外，本发明提供了形成半导体器件结构的方法。该方法包括：提供半导体衬底；在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，并在sige鳍结构的沟道区域上方形成栅极堆叠件。形成sige鳍结构包括：形成具有第一平均ge浓度的sige鳍结构的底部、形成具有第二平均ge浓度的sige鳍结构的中间部分、以及形成具有第三平均ge浓度的sige鳍结构的顶部，其中，第二平均ge浓度低于第一平均ge浓度和第三平均ge浓度。

在实施例中，所述底部包括底部鳍宽度，所述底部鳍宽度大于所述硅锗鳍结构的顶部的顶部鳍宽度和所述硅锗鳍结构的中间部分的中间鳍宽度这两者。

在实施例中，所述栅极堆叠件包括围绕所述硅锗鳍结构的顶部的三栅极，其中，所述栅极堆叠件形成在所述硅锗鳍结构的沟道区域的顶面和侧面上方。

在实施例中，所述第三平均ge浓度低于所述第一平均ge浓度。

在实施例中，形成半导体器件结构的方法还包括：在所述底部正下方的所述半导体衬底中形成所述硅锗鳍结构的基部，其中，形成具有第四平均ge浓度的基部，所述第四平均ge浓度低于所述第二平均ge浓度。

在实施例中，所述第一平均ge浓度高于所述第三平均ge浓度。

在实施例中，所述第三平均ge浓度与所述第二平均ge浓度之间的差值在5％与15％之间的范围内。此外，本发明提供了根据一些实施例的半导体器件结构。该半导体器件结构包括：半导体衬底；硅-锗(sige)鳍结构，位于半导体衬底上方，其中，sige鳍结构包括远离半导体衬底的关于sige鳍结构的高度的锗(ge)浓度曲线；其中，sige鳍结构包括底部、在底部的顶部上的中间部分和在中间部分的顶部上的顶部；以及栅极堆叠件，形成在sige鳍结构的区段上方，其中，ge浓度曲线包括sige鳍结构的顶部中的第一平均ge浓度、sige鳍结构的中间部分中的第二平均ge浓度、和sige鳍结构的底部中的第三平均ge浓度，第二平均ge浓度低于第一平均ge浓度和第三平均ge浓度。

虽然已经通过实例并根据优选实施例的方式描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在包括(对于本领域技术人员来说显而易见的)各种修改和类似的布置。因此，所附权利要求的范围应当被给予最广泛的解释，以便包括所有这样的修改和类似的布置。