硅衬底上的III-V鳍片FET制造技术

本发明专利技术涉及硅衬底上的III-V鳍片FET。一种用于形成鳍片场效应晶体管的方法，包括：在硅衬底上形成电介质层；在所述电介质层中向下至所述衬底形成高纵横比沟槽，所述高纵横比包括大于约1:1的高度对宽度比；以及使用纵横比捕获工艺在所述沟槽中外延生长不含硅半导体材料以形成鳍片。蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分。在所述鳍片的所述部分上外延生长阻挡层，并且在所述鳍片上形成栅极叠层。在所述栅极叠层和所述鳍片的所述部分周围形成间隔物。将掺杂剂注入到所述鳍片的所述部分中。使用不含硅半导体材料在所述鳍片上生长源区和漏区。

【技术实现步骤摘要】
硅衬底上的I I 1-V鳍片FET
本专利技术涉及半导体处理和器件，并且更具体地，涉及在硅上形成具有II1-V材料的鳍片场效应晶体管。
技术介绍
硅晶片处理是最常采用的晶片处理类型。硅晶片处理的成熟与普及使得其应用起来是节约成本的，并且仅硅衬底适合量产，这至少部分是因为它们的机械和电学属性。然而，很多应用可能受益于量产的高性能II1-V材料。 鳍片场效应晶体管(鳍片FET)正越来越广泛地用于按比例缩小半导体器件上的晶体管。然而，当前没有可用于鳍片FET的采用具有II1-V材料的量产衬底的自下而上方法。
技术实现思路
一种用于形成鳍片场效应晶体管的方法，包括:在硅衬底上形成电介质层；在所述电介质层中向下至所述衬底形成高纵横比沟槽，所述高纵横比包括大于约1:1的高度对宽度比；以及使用纵横比捕获工艺在所述沟槽中外延生长不含硅半导体材料以形成鳍片。蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分。在所述鳍片的所述部分上外延生长阻挡层，并且在所述鳍片上形成栅极叠层。在所述栅极叠层和所述鳍片的所述部分周围形成间隔物。将掺杂剂注入到所述鳍片的所述部分中。使用不含硅半导体材料在所述鳍片上生长源区和漏区。 另一种用于形成鳍片场效应晶体管的方法，包括:在硅衬底上形成一个或多个电介质层；在所述一个或多个电介质层中向下至所述衬底形成高纵横比沟槽，所述高纵横比包括大于约1:1的高度对宽度比。使用纵横比捕获工艺在所述沟槽中外延生长不含硅半导体材料以形成鳍片；蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分；在所述鳍片的所述部分上外延生长阻挡层；以相对于所述鳍片的纵向方向横向取向地在所述鳍片上形成栅极叠层；在所述栅极叠层和所述鳍片的所述部分周围形成间隔物；在所述间隔物的至少一部分下方蚀刻所述鳍片；以及使用不含硅半导体材料在所述鳍片的剩余部分上形成源区和漏区。 一种鳍片场效应晶体管包括由单晶硅或锗材料形成的衬底。电介质层具有形成于其中的沟槽。多个平行鳍片在所述沟槽中由II1-V材料形成并且与所述衬底接触。所述沟槽最初被定尺寸和构造成具有高纵横比，以使得晶格不匹配的晶体II1-V材料能够被形成在所述衬底上，所述高纵横比包括大于约1:1的高度对宽度比。栅极叠层包括相对于所述多个平行鳍片横向形成的阻挡层、栅极电介质和栅极导体。升高的源区和漏区由II1-V材料形成并且在所述栅极叠层的相对侧与所述鳍片接触。 从下文中对其说明性实施例的详细描述中，这些和其它特征及优点将变得显而易见，所述详细描述要结合附图阅读。 【附图说明】 本公开将参考以下附图在优选实施例的以下描述中提供细节，在附图中: 图1是根据本专利技术原理具有优先为硅的衬底的器件的横截面视图，在所述衬底上形成有三个电介质层； 图2是根据本专利技术原理的图1的器件的横截面视图，其具有向下到衬底形成的高纵横比沟槽； 图3的俯视图示出了根据本专利技术原理形成在电介质层中的沟槽并且示出了保护环区域； 图4是根据本专利技术原理的图2的器件的横截面视图，其具有填充有使用纵横比捕获(aspect rat1 trapping)形成的外延生长的非娃材料(例如，II1-V材料)的高纵横比沟槽； 图5是根据本专利技术原理在所述外延生长的非硅材料的平面化之后的图4的器件的横截面视图； 图6是根据本专利技术原理在使第一电介质层凹陷以暴露鳍片之后的图5的器件的横截面视图； 图7是根据本专利技术原理在鳍片的暴露部分上形成阻挡层之后的图6的器件的横截面视图； 图8是根据本专利技术原理在图9的剖面线8-8处截取的横截面视图，示出了形成在鳍片上的栅极叠层； 图9是示出根据本专利技术原理形成在鳍片上的栅极叠层的俯视图； 图10的俯视图示出了根据本专利技术原理形成在栅极叠层和鳍片周围的间隔物； 图11是根据本专利技术原理在图7的器件上形成间隔物之后在图10的剖面线11-11处截取的横截面视图； 图12是根据本专利技术原理对鳍片的顶部进行掺杂剂注入之后的图11的器件的横截面视图； 图13是根据本专利技术原理在鳍片上生长升高的源区和漏区之后、在图14的剖面线13-13处截取的、示出了图12的器件的横截面视图； 图14是示出根据本专利技术原理的升高的源区和漏区的俯视图； 图15是根据本专利技术原理在升高的源区和漏区上形成金属层之后的图13的器件的横截面视图； 图16是示出根据本专利技术原理形成为到达栅极导体的栅极电介质开口的俯视图； 图17是示出根据本专利技术原理蚀刻掉鳍片的一部分(砍鳍片)的俯视图； 图18是根据本专利技术原理在蚀刻掉鳍片的一部分(砍鳍片)之后、在图17的剖面线18-18处截取的、示出了图11的器件的横截面视图； 图19是根据本专利技术原理在鳍片上生长升高的源区和漏区之后的图18的器件的横截面视图； 图20是根据本专利技术原理在升高的源区和漏区上形成金属层之后的图19的器件的横截面视图；并且 图21的框图/流程图示出了根据说明性实施例的用于形成鳍片FET器件的方法。 【具体实施方式】 根据本专利技术原理，在硅衬底上提供非硅材料(例如，II1-V)鳍片场效应晶体管(鳍片FET)。本实施例提供鳍片FET集成工艺的多个变型。例如，尽管当前实施例描述了先栅极自对准的鳍片FET，但是鳍片FET也可以使用最后栅极自对准的II1-V鳍片FET、非自对准的II1-V鳍片FET或者这些与其它鳍片FET材料的组合形成。此外，此处描述的实施例可以包括注入的鳍片FET延伸区或者包括砍鳍片实施例。根据本专利技术原理，可以在同一芯片上组合硅和非硅半导体材料。例如，诸如磷化铟的II1-V材料和诸如锗的IV族材料可以集成在硅上的同一器件上，该器件可提供用于光发射和探测的结构。这样，制造商可以在一个芯片中组合光子器件的光处理和电子功能。这减少了将多个芯片封装在模块中的成本以及模块级集成和芯片互连的成本。尽管根据本专利技术原理很多材料组合是可能的，但是特别有用的实施例将描述使用具有II1-V材料的硅衬底来形成鳍片FET。 应当理解，将具有硅晶片的给定说明性构造来描述本专利技术；然而，其它构造、结构、衬底材料以及工艺特征和步骤可以在本专利技术的范围内变化。 还应当理解的是，当诸如层、区域或衬底的元件称为在另一元件“上”或“上方”时，它可以直接在该另一元件上，或者也可以存在插入元件。相反，当一个元件称为“直接”在另一元件“上”或者“上方”时，不存在插入元件。应当理解，当称一个元件“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到该另一元件，或者可以存在插入元件。相反，当一个元件称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在插入元件。 当前实施例可以包括用于集成电路芯片的设计。用于集成电路芯片的设计可以以图形计算机编程语言生成、并且存储在计算机存储介质(诸如盘、带、物理硬盘驱动器、或诸如在存储访问网络中的虚拟硬盘驱动器)中。如果设计者不制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，则设计者可以直接或间接将所得到的设计通过物理装置(例如，通过提供一份存储有该设计的存储介质)或电子地(例如通过互联网)传送到这种实体。然后，所存储的设计可以转换成适当的形式(例如，⑶SII)，用于制造光刻掩模，光刻掩模通常包含要形成在晶片上的多份所讨论的芯片设计。光刻掩模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成鳍片场效应晶体管的方法，包括：在硅衬底上形成一个或多个电介质层；在所述一个或多个电介质层中向下至所述衬底形成高纵横比沟槽，所述高纵横比包括大于约1:1的高度对宽度比。使用纵横比捕获工艺在所述沟槽中外延生长不含硅半导体材料以形成鳍片；蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分；在所述鳍片的所述部分上外延生长阻挡层；以相对于所述鳍片的纵向方向的横向取向在所述鳍片上形成栅极叠层；在所述栅极叠层和所述鳍片的所述部分周围形成间隔物；向所述鳍片的所述部分中注入掺杂剂；以及使用不含硅半导体材料在所述鳍片上生长源区和漏区。

【技术特征摘要】
2013.03.13 US 13/800,3981.一种用于形成鳍片场效应晶体管的方法，包括: 在娃衬底上形成一个或多个电介质层； 在所述一个或多个电介质层中向下至所述衬底形成高纵横比沟槽，所述高纵横比包括大于约1:1的闻度对览度比。 使用纵横比捕获工艺在所述沟槽中外延生长不含硅半导体材料以形成鳍片； 蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分； 在所述鳍片的所述部分上外延生长阻挡层； 以相对于所述鳍片的纵向方向的横向取向在所述鳍片上形成栅极叠层； 在所述栅极叠层和所述鳍片的所述部分周围形成间隔物； 向所述鳍片的所述部分中注入掺杂剂；以及 使用不含硅半导体材料在所述鳍片上生长源区和漏区。2.根据权利要求1中所述的方法，其中所述不含硅半导体材料包括II1-V材料和I1-VI中的至少一种。3.根据权利 要求1中所述的方法，其中外延生长不含硅半导体材料包括: 高于所述沟槽的高度生长所述不含硅半导体材料；以及 平面化所述不含硅半导体材料以形成所述鳍片。4.根据权利要求1中所述的方法，其中蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分包括:在保护环区域中蚀刻所述一个或多个电介质层向下到达所述衬底。5.根据权利要求4中所述的方法，其中外延生长不含硅半导体材料包括:在所述保护环区域中生长所述不含硅半导体材料。6.根据权利要求1中所述的方法，其中所述鳍片包括II1-V半导体材料，并且所述阻挡层包括II1-V半导体材料。7.根据权利要求1中所述的方法，其中在所述鳍片上生长源区和漏区包括:通过外延生长和原位掺杂在所述鳍片上形成所述源区和漏区。8.根据权利要求1中所述的方法，还包括:在所述源区和漏区上沉积金属并退火，以将所述金属与所述源区和漏区的所述不含硅半导体材料混合。9.一种用于形成鳍片场效应晶体管的方法，包括: 在娃衬底上形成一个或多个电介质层； 在所述一个或多个电介质层中向下至所述衬底形成高纵横比沟槽，所述高纵横比包括大于约1:1的闻度对览度比。 使用纵横比捕获工艺在所述沟槽中外延生长不含硅半导体材料以形成鳍片； 蚀刻所述一个或多个电介质层以暴露所述鳍片的一部分； 在所述鳍片的所述部分上外延生长阻挡层； 以相对于所述鳍片的纵向方向的横向取向在所述鳍片上形成栅极叠层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·巴苏，郑政玮，A·马宗达，R·M·马丁，U·拉纳，D·K·萨达那，徐崑庭，孙艳宁，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US