用于形成FET器件的方法与流程

本发明构思涉及一种用于形成场效应晶体管(fet)器件的方法。

背景技术：

1、摩尔定律，将晶体管的占地面积每2年按因子2缩放，即晶体管栅极长度l按因子√2缩放，一直是电子工业的驱动力，将晶体管的长度扩展到极限。如今，两个相继晶体管的栅极之间的最小距离(称为接触多晶硅间距cpp或栅极间距cgp的测量)已被缩放到大约50nm。限制进一步cpp缩放的器件参数包括栅极长度、源极/漏极接触面积和栅极间隔物宽度。

技术实现思路

1、本发明构思的目的是提供一种用于形成具有可实现进一步cpp缩放的新颖设计的半导体器件(特别是fet器件)的方法。可从下文中理解附加目的和替换目的。

2、根据一方面，提供了一种用于形成场效应晶体管器件的方法，该方法包括：

3、在基板上形成初步器件结构，该初步器件结构包括鳍结构，该鳍结构包括层堆叠，该层堆叠包括沟道层和与沟道层交替的非沟道层，该初步器件结构还包括沿鳍结构的第一侧的沉积层和沿鳍结构的相对第二侧的虚设(dummy)结构；

4、在初步器件结构上形成掩模线，掩模线跨鳍结构和虚设结构延伸；

5、沿鳍结构的第一侧在沉积层中在相对于掩模线的相对侧处形成源极沟槽和漏极沟槽；

6、通过从源极沟槽和漏极沟槽蚀刻鳍结构，在层堆叠的第一组层中形成一组源极腔和一组漏极腔；

7、形成源极主体和漏极主体，每一者包括沿第一侧的相应公共主体部分和分别从相应公共主体部分突出进入源极腔和漏极腔中并邻接沟道层的一组叉齿；

8、将掩模线嵌入覆盖材料中，并随后去除掩模结构以暴露虚设结构的一部分；

9、在去除掩模线之后，通过蚀刻虚设结构来形成栅极沟槽；

10、通过从栅极沟槽蚀刻鳍结构，在层堆叠的第二组层中形成一组栅极腔，所述第二组层不同于所述第一组层；以及

11、形成栅极主体，所述栅极主体包括栅极沟槽中的公共栅极主体部分和从公共栅极主体部分突出进入栅极腔中的一组栅极叉齿。

12、本方面的方法使得能够制造包括公共栅极主体部分和公共源极和漏极主体部分的fet器件，其中公共栅极主体部分相对于公共源极和漏极主体部分位于相对侧(即在横向上相对的侧)。换言之，公共栅极主体部分可以相对于公共源极和漏极主体部分在横向上/在水平上偏移开。同时，栅极叉齿可以相对于源极叉齿和漏极叉齿在垂直上偏移开。换言之，源极叉齿和漏极叉齿以及栅极叉齿可以位于不同的垂直水平(例如在底层基板的上方)。在常规fet中，源极/漏极端子和栅极端子由特定最小长度ls的间隔物分隔开，以便将栅极与源极/漏极充分地电气分隔，这在常规fet器件的cpp中出现两次。在根据本方面的方法形成的器件中，这一分隔可以降低或甚至省略。

13、通过在使用虚设结构从第二侧掩蔽鳍结构的同时从源极/漏极沟槽形成源极/漏极主体，以及通过在使用覆盖材料从第一侧掩蔽鳍结构的同时从栅极沟槽形成栅极腔和栅极主体，促进了源极/漏极和栅极主体部分的相对侧布置。因此，在第二侧处的源极/漏极主体材料的沉积和在第一侧处的栅极材料的沉积可以抵消。

14、鳍结构的与掩模线交叠的部分可以表示为“第三鳍部”，并且第三鳍部的相对侧(即，沿鳍结构的纵向尺寸观察)上的两个鳍部可以表示为“第一鳍部”和“第二鳍部”。因此，一组源极腔可形成在第一鳍部中，一组漏极腔可形成在第二鳍部中，而一组栅极腔可形成在第三鳍部中。

15、掩模线便于在鳍结构的第一侧处形成源极/漏极沟槽，其相对于第三鳍部，即沿第一和第二鳍部，自对准。例如，可以在使用掩模线作为蚀刻掩模的同时在沉积层中蚀刻源极沟槽和漏极沟槽。换言之，形成源极沟槽和漏极沟槽可包括相对于掩模线选择性地蚀刻沉积层。相应地，掩模线便于在鳍结构的第二侧处形成栅极沟槽，该栅极沟槽相对于第三鳍部，即沿第三鳍部，自对准。换言之，栅极沟槽可以形成在虚设结构的与掩模线交叠的部分中。

16、鳍结构还可包括硬掩模材料的封盖层(capping layer)(例如，层堆叠的最顶层)。在每一加工步骤期间，封盖层可以相应地从上方掩蔽鳍结构。

17、源极/漏极/栅极腔可各自通过从源极/漏极/栅极沟槽在横向上蚀刻鳍结构来被形成。“横向”蚀刻在此被理解为在堆叠的各层的延伸平面内取向的蚀刻。

18、更具体而言，诸源极/漏极腔可各自通过从第一侧和源极/漏极沟槽在横向上蚀刻第一/第二鳍部来形成。相应地，诸栅极腔可以各自通过从第二侧和栅极沟槽在横向上蚀刻第三鳍部来形成。腔可被形成为穿过(例如，沿鳍结构的宽度尺寸完全贯穿)并跨相应鳍部延伸。

19、本方面的方法可被用于形成第一类型或第二类型的fet器件。为了形成第一类型的fet器件，非沟道层可以包括第一非沟道层和与第一非沟道层交替的第二非沟道层，其中第一组层(在其中形成源极腔和漏极腔)可由第一非沟道层来限定，并且第二组层(在其中形成栅极腔)可由第二非沟道层来限定。为了形成第二类型的fet器件，第一组层(在其中形成源极腔和漏极腔)可以由沟道层限定，而第二组层(在其中形成栅极腔)可以由非沟道层来限定。以下将阐述形成第一和第二类型fet器件的各实施例。

20、如本文所使用的，术语“水平”表示水平平面中的取向或方向，即平行于在其上形成鳍结构的基板的(主延伸平面)。术语“垂直”用于指沿鳍的高度方向的方向，例如对应于层堆叠的各层的堆叠方向，或者等效地垂直于基板的(主延伸平面)。

21、措辞“鳍结构的第一/第二侧”应理解为表示鳍结构的相对横向侧，即沿鳍结构的纵向维度延伸。

22、如本文所使用的，术语“源极/漏极叉齿”指的是源极/漏极主体的从公共源极/漏极主体部分突出到相应自由端的部分(例如，层状)。术语“栅极叉齿”相应地指的是栅极主体的从公共栅极主体部分突出到相应自由端的一部分(例如，层状)。

23、当引用一对源极叉齿和漏极叉齿(或简称为一对源极和漏极叉齿)时，引用与同一沟道层邻接布置的源极叉齿和漏极叉齿。该对源极和漏极叉齿具体地可以指布置在基板上方同一水平处的源极和漏极叉齿。

24、根据各实施例，该方法还可包括在使用掩模线作为注入掩模的同时对鳍结构进行离子注入工艺。因此可以抵消第三鳍部的掺杂，同时可以允许第一和第二鳍部的掺杂。形成该组源极腔和该组漏极腔可以相应地包括选择性地蚀刻层堆叠的第一组层的经掺杂材料。

25、借助于离子注入工艺，可以在各层中引入纵向蚀刻对比度/蚀刻选择性。因此，层堆叠的各个层的各向同性蚀刻导致变弯的或变圆的蚀刻前沿的趋势可被降低。更具体而言，可变掺杂浓度使得在腔蚀刻期间未掺杂部分相对于掺杂部分的蚀刻速率降低，或者反之。

26、根据各实施例，源极主体和漏极主体的公共主体部分可以分别形成在源极沟槽和漏极沟槽中。

27、根据各实施例，形成源极主体和漏极主体可包括在一组源极腔和一组漏极腔中外延地生长源极/漏极材料以在其中形成叉齿，以及进一步在叉齿上生长源极/漏极材料，使得源极/漏极材料合并以形成源极主体和漏极主体的相应公共主体部分。因此，公共源极和漏极主体部分可以形成为经合并的外延半导体主体。

28、根据一实施例，鳍结构可以是第一鳍结构，并且初步器件结构还可包括具有与第一鳍结构相同组成的第二鳍结构，第二鳍结构平行于第一鳍结构并且通过虚设结构与第一鳍结构间隔开，其中该方法可包括通过从栅极沟槽蚀刻第一鳍结构和第二鳍结构来在第一鳍结构中形成一组栅极腔，同时在第二鳍结构中形成一组栅极腔。因此可以在一对相邻鳍结构中平行地形成栅极腔。这使得能够对一对相邻鳍结构进行高效的平行加工。

29、还可以形成共享栅极主体，包括栅极沟槽中的公共栅极主体部分、以及从公共栅极主体部分突出进入第一鳍结构中的栅极腔中的第一组栅极叉齿、以及从公共栅极主体部分突出进入第二鳍结构中的栅极腔中的第二组栅极叉齿。

30、掩模线可以有利地被形成为跨第一鳍结构和第二鳍结构两者延伸。相应地，通过分别从源极沟槽和漏极蚀刻第二鳍结构，可以在第二鳍结构中在相对于掩模线的相对侧处形成一组源极腔和一组漏极腔，源极沟槽与漏极沟槽沿第二鳍结构的第一侧(与沿其形成栅极沟槽的第二侧相对)形成。将理解，上述关于(第一)鳍结构的进一步讨论可以相应地适用于第二鳍结构。

31、根据用于形成第一类型fet器件的实施例，沟道层可以是沟道材料的，并且非沟道层可以是交替的第一层材料的第一非沟道层和第二层材料的第二非沟道层。在此，沟道材料、第一层材料和第二层材料指不同材料。

32、相应地，(例如，通过蚀刻第一鳍部和第二鳍部)形成一组源极腔和漏极腔可包括选择性地蚀刻第一层材料(例如，相对于第二层材料和沟道材料选择性地蚀刻第一层材料)。此外，(例如，通过蚀刻第三鳍部)形成栅极腔可包括选择性地蚀刻第二层材料(例如，相对于第一层材料和沟道材料选择性地蚀刻第二层材料)。

33、因此，源极叉齿和漏极叉齿可以与栅极叉齿和沟道层两者在垂直上偏移开。相应地，栅极叉齿可以形成在与第一非沟道层的水平相对应的第一水平上，源极和漏极叉齿可以形成在与第二非沟道层的水平相对应的第二水平上，其中沟道层位于第一和第二水平之间的水平上。

34、第一层材料可以是第一介电材料。因此，(介电的)第一非沟道层可以设置在相应每对源极和漏极叉齿之间。介电的第一非沟道层也可以表示为“第一介电层”。

35、根据各实施例，形成鳍结构可包括：

36、形成初步鳍结构，其包括沟道层和与沟道层交替的非沟道层，非沟道层是交替的牺牲半导体材料的牺牲层和第二层材料的第二非沟道层；

37、形成与初步鳍结构邻接的支撑结构；以及

38、在支撑结构支撑初步鳍结构的同时，将牺牲层替换成第一非沟道层。

39、牺牲材料在此指与沟道材料、第一层材料、第二层材料和沟道材料中的每一者不同的半导体材料。

40、将牺牲层替换成第一非沟道层可以包括：

41、通过选择性地且在横向上蚀刻牺牲材料，从初步鳍结构去除牺牲层，从而在初步鳍结构中形成纵向间隙，以及

42、用第一介电材料填充间隙。

43、根据一些实施例，形成支撑结构可包括：沉积使初步鳍结构嵌入的材料；以及沿初步鳍结构的第二侧在沉积材料中形成沟槽。随后可通过从沉积材料中的沟槽选择性地蚀刻(例如在横向上)牺牲材料，来从初步鳍结构去除牺牲层，从而在初步鳍结构中形成间隙。在将牺牲层替换成第一非沟道层(从而形成鳍结构)之后，可以在沟槽中形成虚设结构，例如通过用虚设材料填充沟槽。

44、第二层材料可以是与沟道材料不同的第二半导体材料。第二半导体材料还可以不同于上述牺牲材料。因此，初步鳍结构可以包括诸半导体层的堆叠。

45、根据各实施例，该方法还可包括，在形成源极沟槽和漏极沟槽之后以及在形成一组源极腔和漏极腔之前：

46、通过分别从源极沟槽和漏极沟槽选择性地蚀刻第二层材料，在鳍结构中(例如，分别第一和第二鳍部中)形成第一和第二组腔，以及

47、用第二介电材料填充第一和第二组腔以在腔中形成第二介电层。

48、因此，每一栅极叉齿可以形成在鳍结构中在相应一对第二(介电)层之间的位置处。每一第二介电层可以提供与不同的源极和漏极叉齿对相邻接的相邻沟道层的相互相对的表面部分之间的(电)绝缘。

49、根据各实施例，形成一组栅极腔可包括从栅极沟槽选择性地蚀刻第二层材料以去除残留在诸第二介电层之间的第二层材料。

50、根据各实施例，该方法还可包括在使用掩模线作为注入掩模的同时对鳍结构进行离子注入工艺，其中形成一组源极腔和一组漏极腔可包括分别从源极沟槽和漏极沟槽选择性地蚀刻经掺杂的第一层材料。相应地，形成该组栅极腔可以包括选择性地蚀刻未掺杂的第二层材料。

51、借助于离子注入工艺，可以在各层中引入纵向蚀刻对比度/蚀刻选择性。因此，第一非沟道层的各向同性蚀刻导致变弯的或变圆的蚀刻前沿的趋势可被降低。更具体而言，可变掺杂浓度使得在腔蚀刻期间未掺杂部分相对于掺杂部分的蚀刻速率降低，或者反之。

52、相应地，根据包括形成要用第二介电材料填充的第一和第二腔的实施例，如上所述，这些腔的形成可以包括选择性地蚀刻第一和第二鳍部的经掺杂的第二层材料。

53、根据一些实施例，源极腔和漏极腔可以被蚀刻以部分地延伸进入第三鳍部，和/或栅极腔可以被蚀刻以部分地延伸进入第一和第二鳍部。

54、由此，源极腔和栅极腔可以被形成以在沿垂直方向观察时呈现出部分交叠，并且漏极源极腔与栅极腔在沿垂直方向观察时呈现出部分交叠。

55、这便于形成栅极叉齿和源极/漏极叉齿，以成对的方式与每一沟道层的第一/第二公共区交叠。因此，在fet器件的使用中，栅极主体可以被配置成，当fet器件被切换到活动状态(active state)时，在每一沟道层中在第一和第二公共区以及在它们之间延伸的沟道区中感应(induce)静电掺杂。这可以称为“动态掺杂”。第一和第二公共区可以在fet器件不活动时具有相应的第一掺杂水平，且在fet器件活动时具有相应经静电增加的第二掺杂水平。由此，可以有效地增加每一沟道层的第一和第二公共区中的掺杂浓度。常规fet中的间隔物的另一功能是限制掺杂剂扩散到沟道区中的量。“动态掺杂”允许降低化学源极和漏极掺杂浓度，从而进一步降低对间隔物的需求。换言之，相比于常规fet的源极和漏极区(通常高度化学掺杂)，因此可以使用每一沟道层的第一和第二公共区的较低(化学)掺杂水平。这进而可以随着栅极长度的缩减而减少亚阈值摆幅(ss)的降级。此外，沟道区可以被感应以在第一和第二公共区之间完全延伸，从而在缩小比例时实现经降低的短沟道效应(sce)。

56、根据用于形成第二类型的fet器件的实施例，非沟道层可以是第一层材料的，且沟道层也可以是沟道材料的。

57、相应地，形成一组源极腔和一组漏极腔可包括分别从源极沟槽和漏极沟槽选择性地蚀刻沟道材料(例如，相对于第一层材料选择性地蚀刻沟道材料)。形成一组栅极腔可包括从栅极沟槽选择性地蚀刻第一层材料(例如，相对于沟道材料选择性地蚀刻第一层材料)。

58、第一层材料可以是第一介电材料。因此，每一栅极叉齿可以形成在相应一对(介电)第一层部分之间。

59、根据各实施例，形成初步器件可包括：

60、形成初步鳍结构，该初步鳍结构包括沟道层和与沟道层交替的牺牲半导体材料的牺牲层；

61、形成与初步鳍结构邻接的支撑结构；以及

62、在支撑结构支撑初步鳍结构的同时，将牺牲层替换成非沟道层。

63、牺牲材料在此指与沟道材料和第一介电材料中的每一者不同的半导体材料。

64、将牺牲层替换成非沟道层可以包括：

65、通过选择性地且在横向上蚀刻牺牲材料，从初步鳍结构去除牺牲层，从而在初步鳍结构中形成纵向间隙，以及

66、用第一介电材料填充间隙。

67、根据一些实施例，形成支撑结构可包括：沉积使初步鳍结构嵌入的材料；以及沿初步鳍结构的第二侧在沉积材料中形成沟槽。随后可通过从沉积材料中的沟槽选择性地蚀刻(例如在横向上)牺牲材料，来从初步鳍结构去除牺牲层，从而在初步鳍结构中形成间隙。在将牺牲层替换成第一非沟道层(从而形成鳍结构)之后，可以在沟槽中形成虚设结构，例如通过用虚设材料填充沟槽。

68、根据各实施例，该方法还可包括在使用掩模线作为注入掩模的同时对鳍结构进行离子注入工艺，其中形成一组源极腔和一组漏极腔可包括分别从源极沟槽和漏极沟槽选择性地蚀刻经掺杂的沟道材料。相应地，形成一组栅极腔可以包括选择性地蚀刻未掺杂的第一层材料。

69、借助于离子注入工艺，可以在各层中引入纵向蚀刻对比度/蚀刻选择性。因此，第一非沟道层的各向同性蚀刻导致变弯的或变圆的蚀刻前沿的趋势可被降低。更具体而言，可变掺杂浓度使得在腔蚀刻期间未掺杂部分相对于掺杂部分的蚀刻速率降低，或者反之。