多層鰭式場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法
【專利摘要】提供了多層鰭式場效應(yīng)晶體管裝置。所述裝置可以包括位于基底上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)。溝道結(jié)構(gòu)可以包括堆疊在基底上的應(yīng)力層和位于應(yīng)力層之間的溝道層，應(yīng)力層可以包括半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料具有足以將載流子約束到溝道層的寬帶隙，并具有與溝道層的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)以誘導(dǎo)溝道層中的應(yīng)力。所述裝置還可以包括位于溝道結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的第一相對側(cè)上的源/漏區(qū)和位于溝道結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上并位于源/漏區(qū)之間的柵極。
【專利說明】多層鰭式場效應(yīng)晶體管裝置
[0001]本申請要求于2015年4月14日提交的名稱為“Mult1-layer finFET device withlow defectivity and high channel strain(具有低缺陷率和高溝道應(yīng)變的多層鰭式場效應(yīng)晶體管裝置)”的第62/147，240號美國臨時專利申請、于2015年5月4日提交的名稱為“AMult1-Layer FinFET Device with Low Defectivity and High Channel Strain(具有低缺陷率和高溝道應(yīng)變的多層鰭式場效應(yīng)晶體管裝置)”的第62/156,508號美國臨時專利申請，以及于2016年2月26日提交的名稱為“Mul t 1-layer finFET device with lowdefectivity and high channel strain(具有低缺陷率和高溝道應(yīng)變的多層鰭式場效應(yīng)晶體管裝置)”的第15/054,469號美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用將上述專利申請的公開內(nèi)容全部包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明構(gòu)思涉及半導(dǎo)體裝置，更具體地，涉及半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]已經(jīng)研究了通過使用應(yīng)變溝道的迀移率增加，以在亞1nm技術(shù)節(jié)點處實現(xiàn)期望的晶體管性能。然而，一些傳統(tǒng)方法無法用來形成高的且高度應(yīng)變的溝道，并且/或者會導(dǎo)致包括高密度的缺陷的應(yīng)變溝道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種場效應(yīng)晶體管可以包括在基底上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)。溝道結(jié)構(gòu)可以包括堆疊在基底上的應(yīng)力層和位于應(yīng)力層之間的溝道層，應(yīng)力層可以包括半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料具有足夠?qū)⑤d流子約束到溝道層的寬帶隙，并具有與溝道層的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)以誘導(dǎo)溝道層中的應(yīng)力。所述晶體管還可以包括在溝道結(jié)構(gòu)的各個第一相對側(cè)上的源/漏區(qū)和在溝道結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上并位于源/漏區(qū)之間的柵極。
[0005]根據(jù)各種實施例，柵極可以不設(shè)置在溝道層與應(yīng)力層之間。
[0006]在各種實施例中，柵極可以在溝道結(jié)構(gòu)的表面上延伸，柵極的一部分可以使溝道結(jié)構(gòu)與基底分開。
[0007]在各種實施例中，溝道層可以與應(yīng)力層接觸。
[0008]根據(jù)各種實施例，溝道層和應(yīng)力層中的每個在與基底的上表面垂直的豎直方向上可以具有在大約4nm至大約20nm的范圍內(nèi)的厚度。
[0009]根據(jù)各種實施例，溝道結(jié)構(gòu)的最下面的表面可以與基底間隔開。
[0010]在各種實施例中，所述晶體管還可以包括在溝道層與應(yīng)力層之間的擴散阻擋層。
[0011]根據(jù)各種實施例，每個擴散阻擋層在與基底的上表面垂直的豎直方向上可以具有小于5nm的厚度。
[0012]根據(jù)各種實施例，每個擴散阻擋層可以包括硫化鋅(ZnS)和/或第I1-VI族半導(dǎo)體材料。
[0013]在各種實施例中，所述場效應(yīng)晶體管可以是N型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括硅，每個應(yīng)力層可以包括碲化鈹(BeTe)、砷化鋁(AlAs)、氧化鑭(La2O3)和/或砸化鋅(ZnSe)。
[0014]在各種實施例中，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括硅鍺(SinGex)，x可以大于0.2，每個應(yīng)力層可以包括磷化鋁(AlP)和/或磷化鎵(GaP)。
[0015]根據(jù)各種實施例，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括硅鍺(SihGex)，每個應(yīng)力層可以包括硫化鈹(BeS)和/或砸化鈹(BeSe)。
[0016]在各種實施例中，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括銻化銦鎵(InxGa1-xSb)，每個應(yīng)力層可以包括InyGa1-ySb，x可以大于y。
[0017]根據(jù)各種實施例，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括InyGa1-ySb，每個應(yīng)力層可以包括銻化鋁(AlSb)和/或磷化銦(InP)。
[0018]—種場效應(yīng)晶體管可以包括在基底上的鰭形溝道結(jié)構(gòu)。溝道結(jié)構(gòu)可以包括堆疊在基底上的應(yīng)力層和位于應(yīng)力層之間的溝道層。應(yīng)力層可以具有與溝道層的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)以誘導(dǎo)溝道層中的應(yīng)力。所述晶體管還可以包括在溝道結(jié)構(gòu)的各個第一相對側(cè)上的源/漏區(qū)和在溝道結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上并位于源/漏區(qū)之間的柵極。柵極的一部分可以使溝道結(jié)構(gòu)與基底分開。
[0019]在各種實施例中，柵極可以在溝道結(jié)構(gòu)的表面上延伸，并可以不設(shè)置在溝道層與應(yīng)力層之間。
[0020]根據(jù)各種實施例，溝道層可以與應(yīng)力層接觸。
[0021]根據(jù)各種實施例，溝道層和應(yīng)力層中的每個在與基底的上表面垂直的豎直方向上可以具有在大約4nm至大約20nm的范圍內(nèi)的厚度。
[0022]在各種實施例中，所述晶體管還可以包括在溝道層與應(yīng)力層之間的擴散阻擋層。
[0023]根據(jù)各種實施例，每個擴散阻擋層在與基底的上表面垂直的豎直方向可以具有小于5nm的厚度。
[0024]在各種實施例中，每個擴散阻擋層可以包括硫化鋅(ZnS)和/或第I1-VI族半導(dǎo)體材料。
[0025]根據(jù)各種實施例，所述場效應(yīng)晶體管可以是N型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括硅，每個應(yīng)力層可以包括碲化鈹(BeTe)、砷化鋁(AlAs)、氧化鑭(La2O3)和/或砸化鋅(ZnSe)。
[0026]在各種實施例中，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括硅鍺(SinGex)，x可以大于0.2，每個應(yīng)力層可以包括磷化鋁(AlP)和/或磷化鎵(GaP)。
[0027]根據(jù)各種實施例，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括硅鍺(SihGex)，每個應(yīng)力層可以包括硫化鈹(BeS)和/或砸化鈹(BeSe)。
[0028]在各種實施例中，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括銻化銦鎵(InxGa1-xSb)，每個應(yīng)力層可以包括InyGa1-ySb，x可以大于y。
[0029]根據(jù)各種實施例，所述場效應(yīng)晶體管可以是P型場效應(yīng)晶體管，溝道層可以包括InyGa1-ySb，每個應(yīng)力層可以包括銻化鋁(AlSb)和/或磷化銦(InP)。
[0030]通過參照附圖和詳細描述，根據(jù)一些實施例的其他裝置和/或方法對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得清楚。除了上面的實施例任意和全部組合之外的所有這樣的另外的實施例意圖被包括在本說明書中，處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并受權(quán)利要求保護。
【附圖說明】
[0031]本公開的各方面通過示例的方式示出，并且不受附圖的限制，同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件。
[0032]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的場效應(yīng)晶體管(FET)裝置的透視圖。
[0033]圖2A和圖2B分別是沿著圖1的線A-A’和B-B’截取的剖視圖。
[0034]圖3是沿著圖1的線A-A’截取的剖視圖。
[0035]圖4、圖5、圖6A、圖7A和圖8是示出形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的FET裝置的方法的透視圖，圖6B、圖6C、圖7B、圖9A、圖9B、圖1OA和圖1OB是示出形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的FET裝置的方法的剖視圖。
【具體實施方式】
[0036]現(xiàn)在將參照示出一些實施例的附圖更充分地描述各種實施例。然而，這些發(fā)明構(gòu)思可以以不同的形式實施，而不應(yīng)被解釋為限于在這里所闡述的實施例。相反，這些實施例被提供為使得本公開是徹底的和完整的，并且將把發(fā)明構(gòu)思充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸不是按比例示出的，而且為了清晰起見在一些情況下會進行夸大。
[0037]在這里使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施例的目的，而不意圖限制示例實施例。如在這里使用的，除非上下文另外明確地指出，否則單數(shù)形式“一個(種)”和“所述(該)”也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，術(shù)語“包括”、“包含”和/或其變型用在這里時，說明存在所述的特征、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或更多個其他特征、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0038]為了易于描述，在這里可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下”、“在…上方”和“上”等空間相對術(shù)語來描述如在圖中所示出的一個元件或特征與另外的元件或特征的關(guān)系。將理解的是，空間相對術(shù)語意圖包括除了在圖中描繪的方位之外的裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中的裝置，那么描述為“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件將隨后定位為“在”其他元件或特征“上方”。因此，術(shù)語“在…下方”可以包括“在…上方”和“在…下方”兩種方位。所述裝置可以被另外定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位處)，并可以相應(yīng)地解釋在這里使用的空間相對描述語。另外，還將理解的是，當(dāng)層被稱為在兩層“之間”時，該層可以是這兩層之間唯一的層，或者也可以存在一個或更多個中間層。
[0039]將理解的是，雖然在這里可以使用術(shù)語第一、第二等來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)被這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅用來將一個元件與另一個元件區(qū)分開來。因此，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的范圍的情況下，下面討論的第一元件可以命名為第二元件。術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列出項中的一個或更多個的任意和全部組合。
[0040]還將理解的是，當(dāng)元件被稱為“在”另一元件“上”或“連接到”另一元件時，該元件可以直接在所述另一元件上或直接連接到所述另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接在”另一元件“上”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。然而，在任何情況下，“在…上”和“直接在...上”都不應(yīng)被解釋為要求層完全覆蓋下面的層。
[0041]在這里參照作為理想化實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的剖視圖和/或透視圖來描述實施例。這樣，將預(yù)計出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀的變化。因此，實施例不應(yīng)被解釋為限于此處所示出的區(qū)域的具體形狀，而將包括例如由制造引起的形狀的偏差。在圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，所示區(qū)域的形狀不意圖示出裝置的區(qū)域的實際形狀并且不意圖限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。
[0042]除非另外定義，否則在這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的意思相同的意思。還將理解的是，除非在這里明確地定義，否則術(shù)語(諸如在通用的字典中定義的術(shù)語)應(yīng)被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的環(huán)境中的意思一致的意思，而不是將以理想的或過于形式化的意思來解釋。
[0043]可以通過溝道區(qū)域與基底之間的晶格失配或者通過外延生長的與溝道區(qū)域相鄰的源/漏區(qū)來誘導(dǎo)鰭形溝道區(qū)域中的應(yīng)力。使用溝道區(qū)域與基底之間的晶格失配的方法可以利用厚且松弛的半導(dǎo)體基底(例如，應(yīng)變松弛緩沖(SRB))，晶格失配的溝道區(qū)域可以在松弛的半導(dǎo)體基底上生長。如本發(fā)明人所理解的，SRB層可以包括高密度的缺陷，并且SRB層中的那些缺陷會傳播到在SRB層上生長的溝道區(qū)域內(nèi)。此外，松弛的半導(dǎo)體基底上生長的溝道區(qū)域的高度可以通過發(fā)生松弛的臨界厚度來限制。高于30nm的溝道區(qū)域不可以具有多于大約I吉帕斯卡(GPa)的應(yīng)力，否則將出現(xiàn)松弛。松弛會使缺陷填充溝道區(qū)域。
[0044]還如本發(fā)明人所理解的，因為外延生長的源/漏區(qū)的尺寸可以以比溝道長度大的速率減小，并會導(dǎo)致減小傳遞到溝道區(qū)域的應(yīng)力，所以使用外延生長的源/漏區(qū)的方法不會有效。使用外延生長的源/漏區(qū)最多可以得到幾百兆帕斯卡(MPa)的應(yīng)力。此外，如果源/漏區(qū)的部分在后續(xù)工藝期間被去除，那么外延生長的源/漏區(qū)誘導(dǎo)的應(yīng)力就會減小。
[0045]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，鰭形溝道結(jié)構(gòu)可以包括與應(yīng)力層(stressorlayer)交錯的溝道層，通過與每個溝道層設(shè)置在其間的應(yīng)力層的晶格失配可以實現(xiàn)每個溝道層中的應(yīng)力。因此，可以不使用SRB(應(yīng)變松弛緩沖)層，溝道層可以免于源自SRB層的缺陷。此外，因為每個溝道層具有小于臨界厚度的厚度，所以溝道結(jié)構(gòu)的高度可以不受單個的溝道層的臨界厚度所限并可以高于30nm。此外，通過去除源/漏區(qū)的部分不會減小溝道層中的應(yīng)力。在本發(fā)明構(gòu)思的各種實施例中，溝道層的應(yīng)力可以具有在大約0.5GPa至大約2.5Gpa的范圍內(nèi)的大小。
[0046]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的場效應(yīng)晶體管(FET)裝置的透視圖，圖2A和圖2B分別是沿著圖1的線A-A ’和B-B ’截取的剖視圖。參照圖1、圖2A和圖2B，F(xiàn)ET裝置可以包括基底100?；?00可以是基底上絕緣體(例如，埋入氧化物)、體硅基底或絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基底。在一些實施例中，基底100可以包括一種或更多種半導(dǎo)體材料，例如，硅
(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)或硅鍺碳(SiGeC)。
[0047]FET裝置可以包括均具有沿與基底的上表面垂直的Z方向延伸的鰭形的溝道結(jié)構(gòu)150。如圖2A所示，溝道結(jié)構(gòu)150可以包括按交替順序堆疊的溝道層110和應(yīng)力層130。溝道層110中的每個可以在兩個相鄰的應(yīng)力層130之間，通過與應(yīng)力層130的晶格失配可以實現(xiàn)溝道層110中的應(yīng)力。在一些實施例中，溝道層110中的每個可以與應(yīng)力層130接觸。
[0048]溝道層110和應(yīng)力層130可以包括半導(dǎo)體材料。應(yīng)力層130可以包括具有足夠?qū)⑤d流子約束到溝道層110的寬帶隙的半導(dǎo)體材料，使得在操作FET裝置期間應(yīng)力層130可以用作絕緣體。在一些實施例中，具有寬帶隙的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶可以在溝道層110的導(dǎo)帶之上至少200meV，具有寬帶隙的半導(dǎo)體材料的價帶可以在溝道層110的價帶之下至少200meV。換句話說，在操作FET裝置期間，不會在應(yīng)力層130中形成導(dǎo)電通路。應(yīng)力層130可以具有與溝道層110的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)，以誘導(dǎo)溝道層110中的應(yīng)力。應(yīng)力層130可以誘導(dǎo)溝道層110中的單軸應(yīng)力(例如，單軸壓應(yīng)力或單軸張應(yīng)力)。
[0049]在一些實施例中，溝道層110可以在X方向具有在大約4nm至大約1nm的范圍內(nèi)的寬度。X方向可以與Z方向垂直。如圖2B所示，應(yīng)力層130可以在X方向具有與溝道層110在X方向的寬度相同或相似的寬度。在一些實施例中，應(yīng)力層130可以在X方向具有比溝道層110在X方向的寬度小的寬度。
[0050]溝道層110均可以在Z方向具有比溝道層110的臨界厚度小的厚度，這可以防止松弛。溝道層110可以在Z方向具有在大約4nm至大約30nm的范圍內(nèi)的厚度。在一些實施例中，溝道層110在Z方向可以具有在大約4nm至大約20nm的范圍內(nèi)的厚度。應(yīng)力層130在Z方向可以具有與溝道層110在Z方向的厚度相同或相近的厚度。在一些實施例中，溝道層110的厚度可以大于溝道層110的寬度的兩倍，該FET可以被稱為FinFET。在一些實施例中，溝道層110的厚度可以與溝道層110的寬度相近，該FET可以被稱為納米線FET。
[0051 ] FET裝置可以包括在溝道結(jié)構(gòu)150的外表面上延伸的柵極絕緣層310和柵電極330。柵電極330可以沿X方向延伸。X方向可以與Z方向和Y方向兩個方向垂直。在一些實施例中，如圖2A和圖2B所示，柵極絕緣層310和柵電極330可以不設(shè)置在溝道層110與應(yīng)力層130之間。因此，柵電極330可以不包圍單個的溝道層110，F(xiàn)ET裝置可以不具有周圍柵極(GAA)FET結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，如圖2B所示，柵極絕緣層310和柵電極330可以包圍溝道結(jié)構(gòu)150。柵電極330可以將溝道結(jié)構(gòu)150與基底100分開。FET裝置還可以包括基底與溝道結(jié)構(gòu)150之間的種子層105。雖然圖1示出了兩個鰭形溝道結(jié)構(gòu)150，但是在本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以包括任意數(shù)量的溝道結(jié)構(gòu)150。
[0052]在一些實施例中，如圖2A所示，種子層105和柵電極330可以設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)150與基底100之間，溝道結(jié)構(gòu)150不會直接附著到基底100。因此，基底100不會減小溝道層110中的應(yīng)力。
[0053]例如，柵極絕緣層310可以包括具有比氧化硅的介電常數(shù)高的高介電常數(shù)材料，諸如例如氧化給(Hf02)、氧化鑭(La203)、氧化錯(Zr02)和/或氧化鉭(Ta205)。在一些實施例中，界面層可以形成在溝道結(jié)構(gòu)150與柵極絕緣層310之間。在一些實施例中，柵電極330可以包括在柵極絕緣層310上順序地堆疊的第一柵電極(例如，逸出功調(diào)節(jié)電極)和第二柵電極。例如，第一柵電極可以包括氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、碳化鈦(TiC)和碳化鉭(TaC)中的一種，第二柵電極可以包括鎢(W)或鋁(Al)。在一些實施例中，種子層105可以具有相對于溝道層110和應(yīng)力層130 二者的蝕刻選擇性。種子層105可以包括例如硫化鋅(ZnS)和/或砸化鋅(ZnSe)0
[0054]仍然參照圖1和圖2A，F(xiàn)ET裝置可以包括在溝道結(jié)構(gòu)150的各個側(cè)上的源/漏區(qū)410。電連接到兩個溝道結(jié)構(gòu)150的源/漏區(qū)410均可以具有單一結(jié)構(gòu)并可以被稱作合并源/漏區(qū)。源/漏區(qū)410可以包括在溝道結(jié)構(gòu)150的側(cè)面上并沿Z方向延伸的豎直部分。例如，源漏區(qū)410可以包括Si。在一些實施例中，當(dāng)FET是pFET時，為了更好的接觸電阻率，源漏區(qū)410可以包括SiGe ο
[0055]在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是N型FET，溝道層110可以包括硅，應(yīng)力層130中的每個可以包括碲化鈹(BeTe)、砷化鋁(AlAs)、氧化鑭(La2O3)和/或砸化鋅(ZnSe)。
[0056]在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，溝道層110可以包括Si1-xGex，x可以大于
0.2，應(yīng)力層130中的每個可以包括磷化鋁(AlP)和/或磷化鎵(GaP)。在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，溝道層110可以包括Si1-Aex,應(yīng)力層130中的每個可以包括硫化鈹(BeS)和/或砸化鈹(BeSe)。
[0057]在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，溝道層110可以包括InxGa1-xSb，應(yīng)力層130中的每個可以包括InyGa1-ySb，x可以大于y。在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，溝道層110可以包括InxGa1-xSb，應(yīng)力層130中的每個可以包括銻化鋁(AlSb)和/或磷化銦(InP)0
[0058]在一些實施例中，N型FET和P型FET均可以形成在基底100上。N型FET可以包括單片式鰭形溝道層，所述鰭形溝道層可以包括砷化銦鎵(InGaAs)和/或銻化銦鎵(InGaSb)，P型FET可以是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的FET。
[0059]圖3是沿著圖1的線A-A’截取的剖視圖。圖3中的FET裝置可以具有與圖2A中的FET裝置相似的結(jié)構(gòu)。溝道結(jié)構(gòu)150在溝道層110與應(yīng)力層130之間可以另外包括擴散阻擋層120。如本發(fā)明人所理解的，應(yīng)力層130中的原子可以擴散到溝道層110內(nèi)，如果擴散的原子在溝道層110是摻雜物(例如，硅)，那么擴散的原子可以顯著地改變FET裝置的閾值電壓。擴散阻擋層120可以減少或防止應(yīng)力層130中的原子擴散到溝道層110內(nèi)。在一些實施例中，擴散阻擋層120可以包括晶體材料，并可以是具有硅的彈性剛度常數(shù)(Cll)的大約十分之一的機械軟物質(zhì)。此外，擴散阻擋層120可以不包括用于溝道層110的摻雜物，并可以包括在溝道層110中有低擴散率的原子。在一些實施例中，擴散阻擋層120基本不會影響溝道層110的應(yīng)力。例如，擴散阻擋層120可以包括ZnS和/或第I1-VI族半導(dǎo)體材料并可以具有在Z方向上小于5nm的厚度。
[0060]圖4、圖5、圖6A、圖7A和圖8是示出形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的FET裝置的方法的透視圖，圖6B、圖6C、圖7B、圖9A、圖9B、圖1OA和圖1OB是示出形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的FET裝置的方法的剖視圖。
[0061]參照圖4，可以在基底100上形成初始種子層105’。在一些實施例中，可以使用合適的工藝(例如，智能剝離工藝(Smart Cut Process))將初始種子層105 ’從受體晶片轉(zhuǎn)移到基底100。初始種子層105’不會包括缺陷或者會包括低密度的缺陷?；?00的上部可以是絕緣體。初始種子層105’可以具有相對于可以在初始種子層105’上順序地形成的初始溝道層110’和初始應(yīng)力層130’的刻蝕選擇性。例如，初始種子層105’可以包括ZnS和ZnSe的合金，相同的初始種子層105 ’可以用于N型FET裝置和P型FET裝置兩者。在一些實施例中，可以使用例如沉積工藝在基底100上形成初始種子層105’，可以在初始種子層105’上形成介電層。可以去除介電層的一部分，以暴露初始種子層105’用于后續(xù)的外延生長工藝。
[0062]在形成初始種子層105’之后，可以在基底100的可以形成有具有第一導(dǎo)電類型(例如，N型)的FET裝置的第一區(qū)域上形成第一掩模層。第一掩模層可以暴露初始種子層105’的形成在基底100的第二區(qū)域上的一部分，具有第二導(dǎo)電類型(例如，P型)的FET裝置可以形成在第二區(qū)域中?？梢允褂猛庋由L工藝在初始種子層105 ’的被第一掩模層暴露的部分上形成初始應(yīng)力層130’和初始溝道層110’。可以將初始種子層105’用作用于外延生長工藝的種子層。將理解的是，因為初始種子層105’不會包括缺陷或者會包括低密度的缺陷，所以初始應(yīng)力層130 ’和初始溝道層110 ’不會包括缺陷或者會包括低密度的缺陷。可以以交替的順序形成初始應(yīng)力層130’和初始溝道層110’，直到已經(jīng)形成了期望數(shù)量的初始溝道層110’?？梢赃x擇初始溝道層110’的數(shù)量，以實現(xiàn)FET裝置的期望的有效溝道寬度和/或期望的有效電流。
[0063]在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是N型FET，初始溝道層110’可以包括硅，初始應(yīng)力層130 ’中的每個可以包括碲化鈹(BeTe)、砷化鋁(AlAs)、氧化鑭(La2O3)和/或砸化鋅(ZnSe)0
[0064]在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，初始溝道層110 ’可以包括SiixGex，x可以大于0.2，初始應(yīng)力層130’中的每個可以包括磷化鋁(AlP)和/或磷化鎵(GaP)。在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，初始溝道層110’可以包括Sh—xGex，初始應(yīng)力層130’中的每個可以包括硫化鈹(BeS)和/或砸化鈹(BeSe)。
[0065]在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，初始溝道層110’可以包括InxGapxSb，初始應(yīng)力層130’中的每個可以包括InyGa1-ySb，x可以大于y。在一些實施例中，F(xiàn)ET裝置可以是P型FET，初始溝道層110 ’可以包括InxGa1-xSb，初始應(yīng)力層130 ’中的每個可以包括銻化鋁(AlSb)和/或磷化銦(InP)。
[0066]初始溝道層110’均可以在Z方向具有比初始溝道層110’的臨界厚度小的厚度，這可以防止松弛。初始溝道層110 ’可以在Z方向具有在大約4nm至大約30nm的范圍內(nèi)的厚度。在一些實施例中，初始溝道層110 ’可以具有在Z方向大約4nm至大約20nm的范圍內(nèi)的厚度。初始應(yīng)力層130’可以在Z方向具有與初始溝道層110’在Z方向的厚度相同或相近的厚度。
[0067]在基底100的第二區(qū)域上形成初始應(yīng)力層130’和初始溝道層110’之后，可以在基底100的第二區(qū)域上形成第二掩模層，并且可以在基底100的第一區(qū)域上的初始種子層105’上形成初始應(yīng)力層130’和初始溝道層110’。為了易于討論，在這里討論對基底的第一區(qū)域執(zhí)行的工藝。
[0068]在一些實施例中，可以在初始應(yīng)力層130’與初始溝道層110’之間形成擴散阻擋層120，以形成圖3中示出的裝置?？梢酝ㄟ^外延生長工藝形成擴散阻擋層120。
[0069]參照圖5，可以將初始種子層105’、初始溝道層110’和初始應(yīng)力層130’圖案化，以形成初始溝道結(jié)構(gòu)150 ’。在一些實施例中，初始溝道結(jié)構(gòu)150 ’可以具有豎直的側(cè)面，初始溝道結(jié)構(gòu)150’中的每個可以在X方向具有小于7nm的寬度。
[0070]圖6B和圖6C分別是沿著圖6A的線C-C’和D-D ’截取的剖視圖。參照圖6A、圖6B和圖6C，可以在初始溝道結(jié)構(gòu)150’上形成犧牲柵極350。犧牲柵極350可以與初始溝道結(jié)構(gòu)150’交叉。犧牲柵極350可以包括在初始溝道結(jié)構(gòu)150’上順序地形成的犧牲柵極絕緣層和犧牲柵電極。犧牲柵極350的犧牲柵電極可以包括例如多晶娃?？梢栽跔奚鼥艠O350的側(cè)面上形成第一間隔件210。第一間隔件210可以包括具有相對于犧牲柵極350的蝕刻選擇性的材料，第一間隔件210可以包括例如氮化硅。
[0071 ]圖7B是沿著圖7A的線E-E ’截取的剖視圖。參照圖7A和圖7B，可以在犧牲柵極350的側(cè)面上形成初始源/漏區(qū)410’。在一些實施例中，可以利用第一間隔件210和犧牲柵極350作為掩模使初始溝道結(jié)構(gòu)150 ’凹進，隨后可以利用初始溝道結(jié)構(gòu)150 ’作為種子層使用例如摻雜外延生長工藝形成初始源/漏區(qū)410’。可以執(zhí)行外延生長工藝，直到從初始溝道結(jié)構(gòu)150’生長的外延層彼此融合，并因此形成均具有單一結(jié)構(gòu)的初始源/漏區(qū)410’。在一些實施例中，可以使用覆層外延工藝形成初始源/漏區(qū)410’，而不用使初始溝道結(jié)構(gòu)150’凹進。
[0072]參照圖8，可以在初始源/漏區(qū)410’上形成第二間隔件230，可以利用第二間隔件230作為蝕刻掩模來蝕刻初始源/漏區(qū)410’，以形成源/漏區(qū)410。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，溝道層110中的應(yīng)力不會被源/漏區(qū)410誘導(dǎo)，因此去除源/漏區(qū)410的部分不會減小溝道層110中的應(yīng)力。
[0073]圖9A和圖9B分別是沿著圖8的線F-F ’和G-G ’截取的剖視圖。參照圖9A和圖9B，可以選擇性地去除犧牲柵極350，并且可以暴露初始溝道結(jié)構(gòu)150’的中間部。
[0074]圖1OA和圖1OB分別是沿著圖8的線F-F ’和G-G ’截取的剖視圖。參照圖1OA和圖1OB，可以利用第一間隔件210作為蝕刻掩模來選擇性地蝕刻初始種子層105’，以形成種子層105?？梢栽跍系澜Y(jié)構(gòu)150下面形成空腔C，因此可以將溝道結(jié)構(gòu)150與基底100間隔開。因為溝道結(jié)構(gòu)150未附著到基底100，所以溝道層110中的應(yīng)力不會減小，溝道層110可以達到期望的應(yīng)變狀態(tài)。
[0075]再次參照圖2A和圖2B，可以在溝道結(jié)構(gòu)150上形成柵極絕緣層310和柵電極330。
[0076]上面公開的主題將被認為描述性的而非限制性的，權(quán)利要求意圖覆蓋落入發(fā)明構(gòu)思的真正的精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改、增強和其他實施例。因此，在法律允許的最大程度的基礎(chǔ)上，保護范圍將由權(quán)利要求及其等同物的最寬允許解釋來確定，而且不應(yīng)受限或限于上面的詳細描述。
【主權(quán)項】
1.一種場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管包括: 鰭形溝道結(jié)構(gòu)，位于基底上，溝道結(jié)構(gòu)包括堆疊在基底上的應(yīng)力層和位于應(yīng)力層之間的溝道層，應(yīng)力層包括半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體材料具有足以將載流子約束到溝道層的寬帶隙，并具有與溝道層的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)以誘導(dǎo)溝道層中的應(yīng)力； 源/漏區(qū)，位于溝道結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的第一相對側(cè)上；以及 柵極，位于溝道結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上，并位于源/漏區(qū)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，柵極未設(shè)置在溝道層與應(yīng)力層之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的場效應(yīng)晶體管，其中，柵極在溝道結(jié)構(gòu)的表面上延伸，柵極的一部分使溝道結(jié)構(gòu)與基底分開。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場效應(yīng)晶體管，其中，溝道層與應(yīng)力層接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，溝道層和應(yīng)力層中的每個在與基底的上表面垂直的豎直方向具有在4nm至20nm的范圍內(nèi)的厚度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，溝道結(jié)構(gòu)的最下面的表面與基底間隔開。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管還包括位于溝道層與應(yīng)力層之間的擴散阻擋層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的場效應(yīng)晶體管，其中，每個擴散阻擋層在與基底的上表面垂直的豎直方向具有小于5nm的厚度。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的場效應(yīng)晶體管，其中，每個擴散阻擋層包括ZnS和/或第I1-VI族半導(dǎo)體材料。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括N型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括硅， 其中，每個應(yīng)力層包括BeTe、AlAs、La2O3和/或ZnSe。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括SihGex，X大于0.2且小于1.0， 其中，每個應(yīng)力層包括AlP和/或GaP。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括SihGex，X大于0.2且小于1.0， 其中，每個應(yīng)力層包括BeS和/SBeSe。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括InxGapxSb， 其中，每個應(yīng)力層包括InyGa1-ySb，x大于y。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括InxGapxSb， 其中，每個應(yīng)力層包括AlSb和/或InP。15.一種場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管包括: 鰭形溝道結(jié)構(gòu)，位于基底上，溝道結(jié)構(gòu)包括堆疊在基底上的應(yīng)力層和位于應(yīng)力層之間的溝道層，應(yīng)力層具有與溝道層的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)以誘導(dǎo)溝道層中的應(yīng)力； 源/漏區(qū)，位于溝道結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的第一相對側(cè)上；以及 柵極，位于溝道結(jié)構(gòu)的第二相對側(cè)上，并位于源/漏區(qū)之間，柵極的一部分使溝道結(jié)構(gòu)與基底分開。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其中，柵極在溝道結(jié)構(gòu)的表面上延伸，并且未設(shè)置在溝道層與應(yīng)力層之間。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的場效應(yīng)晶體管，其中，溝道層與應(yīng)力層接觸。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其中，溝道層和應(yīng)力層中的每個在與基底的上表面垂直的豎直方向具有在4nm至20nm的范圍內(nèi)的厚度。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管還包括位于溝道層與應(yīng)力層之間的擴散阻擋層。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的場效應(yīng)晶體管，其中，每個擴散阻擋層包括ZnS和/或第I1-VI族半導(dǎo)體材料。21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括N型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括硅， 其中，每個應(yīng)力層包括BeTe、AlAs、La2O3和/或ZnSe。22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括SihGex，X大于0.2且小于1.0， 其中，每個應(yīng)力層包括AlP和/或GaP。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括SihGex，X大于0.2且小于1.0， 其中，每個應(yīng)力層包括BeS和/SBeSe。24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括InxGapxSb， 其中，每個應(yīng)力層包括InyGa1-ySb，x大于y。25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述場效應(yīng)晶體管包括P型場效應(yīng)晶體管， 其中，溝道層包括InxGapxSb， 其中，每個應(yīng)力層包括AlSb和/或InP。
【文檔編號】H01L29/78GK106057899SQ201610232111
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月14日 公開號201610232111.4, CN 106057899 A, CN 106057899A, CN 201610232111, CN-A-106057899, CN106057899 A, CN106057899A, CN201610232111, CN201610232111.4
【發(fā)明人】伯納·J·歐博阿多威, 羅伯特·克里斯圖?！げ┪? 緹塔斯·拉克施特, 王維一, 馬克·S·羅德爾
【申請人】三星電子株式會社