具有多层柔性衬底的非平面半导体器件的制作方法_3

文档序号:9732217阅读:来源:国知局
器件(例如,匪0S)或P型器件(例如,PM0S)或者两者的制造。应当理解的是,可以以相同或相似的形式将产生自以上示例性处理方案的结构(例如,来自图3E的结构)用于后续的处理操作,以完成诸如PM0S器件制造和NM0S器件制造之类的器件制造。作为已完成的器件的示例,图5A和图5B根据本发明的实施例分别例示了具有多层柔性物的Ge或II1-V族沟道半导体器件的横截面视图和平面视图(沿横截面视图的a-a’轴)。
[0037]参考图5A,半导体结构或器件500包括由衬底502所形成的并且形成于隔离区506内的非平面有源区(例如,包括有突出的鳍状物部分504和子鳍状物区域505的鳍状物结构)。在所示的情况下,三个不同的鳍状物包括在单个器件中。形成了沟道区包覆层597,以包围鳍状物中的每个的突出区域504。在一个这种实施例中,如上所述,包覆区由具有晶格常数的半导体材料而非鳍状物中的每个的突出区域504的半导体材料组成,并且鳍状物中的每个的突出区域504的半导体材料具有比子鳍状物区域505的半导体材料大的晶格常数。
[0038]再次参考图5A,栅极线508被布置在非平面有源区的突出部分504之上并且在隔离区506的部分之上。如图所示,栅极线508包括栅极电极550和栅极电介质层552。在一个实施例中,栅极线508也可以包括电介质帽层554。也可以从此透视图连同上层金属互连部560—起看到栅极接触部514以及上层栅极接触部过孔516,其中的全部都被布置在层间电介质叠置体或层间电介质层570中。还从图5A的透视图看到,在一个实施例中,栅极接触部514被布置在隔离区506之上而非在非平面有源区之上。
[0039]参考图5B,栅极线508显示为被布置在突出的鳍状物部分504之上。可以从此透视图看到突出的鳍状物部分504的源极区504A和漏极区504B。在一个实施例中,源极区504A和漏极区504B包括突出的鳍状物部分504的原始材料的经掺杂的部分。在另一个实施例中,去除了突出的鳍状物部分504的材料,并且例如通过外延沉积被替换为另一种半导体材料。在这种情况下,还去除了源极区和漏极区的包覆层597的部分。在任一种情况下,源极区504A和漏极区504B可以延伸至电介质层506的高度以下,即延伸至子鳍状物区域505中。或者,源极区504A和漏极区504B未延伸至电介质层506的高度以下,而延伸至电介质层506的高度之上或者与电介质层506的高度共平面。
[0040]在实施例中,半导体结构或器件500是诸如(但不限于)fin-FET之类的非平面器件。然而,也可以制造三栅极器件或者类似的器件。在这种实施例中,相应的半导体沟道区由三维体组成或者形成于三维体中。在一个这种实施例中,如图5A所示,栅极线508的栅极电极叠置体包围了三维体的至少顶部表面以及一对侧壁。
[0041]衬底502可以由半导体材料组成,该半导体材料可以经受制造过程并且其中电荷可以迀移。在实施例中,衬底502是由晶体硅层所组成的体衬底,该晶体硅层掺杂有电荷载流子(例如(但不限于)磷、砷、硼或者其组合)以形成区域504。在一个实施例中,体衬底502中的硅原子的浓度大于99%。在另一个实施例中,体衬底502由生长在不同的晶体衬底顶上的外延层(例如,生长在掺杂有硼的体硅单晶衬底顶上的硅外延层)组成。或者,代替体衬底,可以采用绝缘体上硅(SOI)衬底。在具体实施例中,如上所述,衬底502以及因此鳍状物的子鳍状物部分505由单晶硅组成,鳍状物505的突出部分由硅锗组成,并且包覆层597是Ge包覆层或者II Ι-V族材料包覆层。
[0042]隔离区506可以由适用于最终地电隔离或者有助于将永久性栅极结构的部分与下层体衬底隔离开或者将形成于下层体衬底内的有源区隔离开(例如,隔离鳍状物有源区)的材料组成。例如,在一个实施例中,隔离区506由电介质材料组成,电介质材料例如(但不限于)氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者掺杂有碳的氮化硅。
[0043]栅极线508可以由栅极电极叠置体组成,其包括栅极电介质层552和栅极电极层550。在实施例中,栅极电极叠置体的栅极电极由金属栅极组成,并且栅极电介质层由高K材料组成。例如,在一个实施例中,栅极电介质层例如(但不限于)由以下材料组成:氧化铪、氮氧化給、娃酸給、氧化镧、氧化错、娃酸错、氧化钽、钛酸锁钡、钛酸钡、钛酸锁、氧化乾、氧化铝、钽酸钪铅、和铌酸锌铅或者其组合。此外,栅极电介质层的部分可以包括本征氧化物的一个或几个单分子层,其由包覆层597的顶部几层所形成。
[0044]在一个实施例中,栅极电极由金属层组成,例如(但不限于),金属氮化物、金属碳化物、金属硅化物、金属铝化物、铪、锆、钛、钽、铝、钌、钯、铂、钴、镍、或导电金属氧化物。在特定实施例中,栅极电极由在金属功函数设定层上所形成的非功函数设定填充材料组成。
[0045]与栅极电极叠置体(未示出)相关联的间隔体可以由适用于进行最终地电隔离或者有助于将永久性栅极结构与相邻的导电接触部(自对准接触部)隔离开的材料组成。例如,在一个实施例中,间隔体由电介质材料组成,例如(但不限于)氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或者掺杂有碳的氮化硅。
[0046]栅极接触部514和上层栅极接触部过孔516可以由导电材料组成。在实施例中,接触部或过孔中的一个或多个可以由金属类组成。金属类可以是诸如钨、镍或钴的纯金属,或者可以是合金,例如金属-金属合金或者金属-半导体合金(例如,硅化物材料)。
[0047]在实施例中(尽管未示出),提供结构500涉及形成基本上与当前栅极构图完全对准的接触部构图,同时通过过紧的注册预算(registrat1n budget)而省略使用光刻步骤。在一个这种实施例中,此方案实现了利用本质上高度选择性的湿法刻蚀(例如,相对于传统上所实施的干法刻蚀或者等离子体刻蚀)来产生接触部开口部。在实施例中,通过利用当前栅极构图结合接触部塞光刻操作来形成接触部构图。在一个这种实施例中,该方案实现了去除对产生接触部构图的其它至关重要的光刻操作(如传统方案中所使用的)的需求。在实施例中,未单独地对沟槽接触部栅格进行构图,而是形成于多晶硅(栅极)线之间。例如,在一个这种实施例中,在对栅极光栅进行构图之后但是在栅极光栅切割之前形成沟槽接触部栅格。
[0048]此外,可以通过替换栅极工艺来制造栅极叠置体结构508。在这种方案中,可以去除诸如多晶硅材料或者氮化硅柱材料之类的伪栅极材料,并且利用永久性栅极电极材料来替换该伪栅极材料。在一个这种实施例中,在此工艺中还形成了永久性栅极电介质层,如与从先前的处理起所进行的相反。在实施例中,通过干法刻蚀工艺或者湿法刻蚀工艺来去除伪栅极。在一个实施例中,伪栅极由多晶硅或非晶硅组成,并且通过干法刻蚀工艺包括利用SF6来去除伪栅极。在另一个实施例中,伪栅极由多晶硅或非晶硅组成,并且通过湿法刻蚀工艺包括利用NH40H水溶液或四甲基氢氧化铵来去除伪栅极。在一个实施例中,伪栅极由氮化硅组成,并且通过湿法刻蚀包括磷酸水溶液来去除伪栅极。在实施例中,另外进行利用永久性栅极电介质层来替换伪栅极电介质层。
[0049]在实施例中,本文所描述的一个或多个方案实质上结合伪接触部工艺和替换接触部工艺来考虑伪栅极工艺和替换栅极工艺以实现结构500。在一个这种实施例中,在替换栅极工艺之后进行替换接触部工艺,以允许永久性栅极叠置体的至少部分的高温退火。例如,在具体的这种实施例中,在大于约600摄氏度的温度下对永久性栅极结构的至少部分进行退火(例如,在形成栅极电介质层之后)。在形成永久性接触部之前进行退火。
[0050]再次参考图5A,半导体结构或器件500的设置将栅极接触部放置在隔离区之上。可以将这种设置认为是对布局空间的低效利用。然而,在另一个实施例中,半导体器件具有与形成于有源区之上的栅极电极的部分相接触的接触部结构。通常,在栅极接触部结构(例如,过孔)形成于栅极的有源部分之上并且与沟槽接触部过孔相同的层中之前(例如,除此之外),本发明的一个或多个实施例包括首先采用栅极对准的沟槽接触部工艺。可以实施这种工艺来形成用于
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