具有鳍结构的半导体器件和形成具有鳍结构的半导体器件的方法技术

一种半导体器件包含衬底表面上的至少两个鳍结构和存在于所述至少两个鳍结构上的功能栅极结构。功能栅极结构包含至少与两个鳍结构的侧壁直接接触的至少一个栅极电介质和所述至少一个栅极电介质上的至少一个栅极导体。栅极结构的侧壁与衬底表面的上表面基本上垂直，其中，由栅极结构的侧壁限定的平面和由衬底表面的上表面限定的平面以90°±5°的角度相交。外延半导体材料与所述至少两个鳍结构直接接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有鳍结构的半导体器件和形成具有鳍结构的半导体器件的方法
本公开一般涉及半导体器件。更特别地，本公开涉及半导体器件的缩放(scaling)。
技术介绍
为了能够使得诸如存储器、逻辑器件和其它器件的集成电路(IC)具有比当前可行集成密度高的集成密度，必须找到进一步缩小诸如金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)和互补金属氧化物半导体(CMOS)的场效应晶体管(FET)的尺寸的方式。通过在维持器件的电性质的同时减小器件的总体尺寸和操作电压，缩放实现了紧凑性并且提高了器件中的操作性能。
技术实现思路
一种制造半导体器件的方法被提供，在一个实施例中，该方法包括：在存在于电介质表面上的至少一个鳍(fin)结构的侧壁上形成外延半导体材料，其中，所述至少一个鳍结构具有与外延半导体材料的第二组分(composition)不同的第一组分。然后在所述至少一个鳍结构的沟道部分上形成替代栅极结构。然后在所述至少一个鳍结构的露出部分之上形成级间(interlevel)电介质层，其中，级间电介质层具有与替代栅极结构的上表面共面(coplanar)的上表面。然后利用至少对所述至少一个鳍结构和外延半导体材料是选择性的蚀刻来去除替代栅极结构，其中，去除替代栅极结构对所述至少一个鳍结构提供第一开口。利用各向异性蚀刻去除外延半导体材料的露出部分，以提供在电介质表面上终止的第二开口。形成填充第一开口和第二开口的至少一部分的功能栅极结构。在另一实施例中，一种制造半导体器件的方法被提供，该方法包括：在存在于电介质表面上的至少一个鳍结构的侧壁上形成外延半导体材料，其中，所述至少一个鳍结构具有与外延半导体材料的第二组分不同的第一组分。然后在所述至少一个鳍结构的沟道部分上形成替代栅极结构。然后在所述至少一个鳍结构的露出部分之上形成级间电介质层，其中，级间电介质层具有与替代栅极结构的上表面共面的上表面。然后利用至少对所述至少一个鳍结构和外延半导体材料是选择性的蚀刻来去除替代栅极结构，其中，去除替代栅极结构对所述至少一个鳍结构提供第一开口。利用各向异性蚀刻去除外延半导体材料的露出部分，以提供在电介质表面上终止的第二开口。对第二开口施加蚀刻外延半导体材料并至少对级间电介质层和所述至少一个鳍结构是选择性的各向同性蚀刻，其中，各向同性蚀刻增大第二开口的宽度。在各向异性蚀刻之后向第二开口施加具有第一介电常数的保形电介质层。形成填充第一开口和第二开口的至少一部分的功能栅极结构，其中，功能栅极结构包含具有第二介电常数的栅极电介质，其中，第二介电常数比第一介电常数大。在另一方面中，一种半导体器件被提供，该半导体器件包括至少两个鳍结构和存在于所述至少两个鳍结构上的栅极结构。栅极结构包含至少与两个鳍结构的侧壁直接接触的至少一个高k栅极电介质和所述至少一个高k栅极电介质上的至少一个栅极导体。电介质间隔件从第一鳍结构延伸到相邻的鳍结构，并且具有与所述至少两个鳍结构的上表面基本上共面的上表面。电介质间隔件具有比高k栅极电介质的介电常数小的介电常数。电介质间隔件也可与栅极结构的所述至少一个高k栅极电介质直接接触。外延半导体材料与所述至少两个鳍结构直接接触，并且通过电介质间隔件与栅极结构分离。在又一实施例中，一种制造半导体器件的方法被提供，该方法包括在至少两个鳍结构上外延形成牺牲半导体材料。牺牲半导体材料可从所述至少两个鳍结构中的第一鳍结构的第一侧壁延伸到相邻鳍结构的第二侧壁。在所述至少两个鳍结构中的每一个的沟道部分上形成替代栅极结构。可至少对替代栅极结构和所述至少两个鳍结构选择性地各向异性蚀刻牺牲半导体材料，其中，在替代栅极结构下面存在牺牲半导体材料的剩余部分。在牺牲半导体材料的剩余部分和替代栅极结构的侧壁上形成电介质间隔件。可去除替代栅极结构和剩余的半导体材料，以对于所述至少两个鳍结构中的每一个的沟道部分提供开口。可在对于所述至少两个鳍结构的沟道部分的开口中形成功能栅极结构。在另一方面中，一种半导体器件被提供，该半导体器件包括衬底上的至少两个鳍结构和存在于所述至少两个鳍结构上的功能栅极结构。功能栅极结构包含至少与两个鳍结构的侧壁直接接触的至少一个栅极电介质和所述至少一个栅极电介质上的至少一个栅极导体。功能栅极结构的侧壁与电介质表面的上表面基本上垂直，其中，由功能栅极结构的侧壁限定的平面和由衬底表面的上表面限定的平面以90°+/-5°的角度相交。外延半导体材料与所述至少两个鳍结构直接接触。在另一实施例中，一种形成半导体器件的方法被提供，该方法包括：在衬底上形成包含第一半导体材料的至少两个鳍结构，并在所述至少两个鳍结构上外延形成第二半导体材料的牺牲半导体材料。牺牲半导体材料从所述至少两个鳍结构中的第一鳍结构的第一侧壁延伸到相邻鳍结构的第二侧壁。在所述至少两个鳍结构中的每一个的沟道部分上形成替代栅极结构。至少对替代栅极结构和所述至少两个鳍结构选择性地各向异性蚀刻牺牲半导体材料，其中，牺牲半导体材料的剩余部分存在于替代栅极结构下面。然后氧化所述至少两个鳍结构和牺牲半导体材料的剩余部分，以在牺牲半导体材料的剩余部分上形成第一氧化物并在所述至少两个鳍结构上形成第二氧化物。第一氧化物的第一厚度比第二氧化物的第二厚度大。可然后去除第二氧化物。然后在所述至少一个鳍结构的露出部分之上形成级间电介质层，其中，级间电介质层具有与替代栅极结构的上表面共面的上表面。替代栅极结构和剩余的半导体材料被去除，以对于所述至少两个鳍结构中的每一个的沟道部分提供开口。然后在对于所述至少两个鳍结构的沟道部分的开口中形成功能栅极结构。在另一方面中，一种半导体器件被提供，该半导体器件在一个实施例中包括至少两个鳍结构和存在于所述至少两个鳍结构上的栅极结构。栅极结构包含至少与两个鳍结构的侧壁直接接触的至少一个栅极电介质和所述至少一个栅极电介质上的至少一个栅极导体。含锗氧化物的电介质间隔件从第一鳍结构延伸到相邻的鳍结构，并具有与所述至少两个鳍结构的上表面基本上共面的上表面。电介质间隔件与栅极结构的所述至少一个电介质直接接触。外延半导体材料可与所述至少两个鳍结构直接接触，并且通过电介质间隔件与栅极结构分离。附图说明结合附图将最好地理解以下的详细描述，所述描述是作为例子给出的并且并不意在将本公开仅限于此，在附图中，类似的附图标记表示类似的要素和部分，其中：图1是根据本公开的一个实施例的存在于衬底表面上的四个鳍结构的自上而下(topdown)的透视图。图2是根据本公开的一个实施例的沿截面线a-a跨(across)图1所示的鳍结构的侧截面图。图3A是根据本公开的一个实施例的跨图2所示的鳍结构的侧截面图，示出在存在于衬底表面上的鳍结构的侧壁上形成外延半导体材料，其中，鳍结构具有与外延半导体材料的第二组分不同的第一组分。图3B是图3A所示的鳍结构的自上而下的示图，其中，外延半导体材料存在于相邻的鳍结构之间。图4A是根据本公开的一个实施例的(沿图3B所示的截面线a-a)跨鳍结构的侧截面图，示出在图3A所示的鳍结构上形成替代栅极叠层(stack)。图4B是根据本公开的一个实施例的(沿图3B所示的截面线b-b)通过鳍结构之一的侧截面图，示出图案化图4A所示的替代栅极叠层以形成替代栅极结构。图4C是根据本公开的一个实施例的图4A所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括：在存在于衬底表面上的至少一个鳍结构的侧壁上形成外延半导体材料，其中，所述至少一个鳍结构具有与外延半导体材料的第二组分不同的第一组分；在所述至少一个鳍结构的沟道部分上形成替代栅极结构；在所述至少一个鳍结构的露出部分之上形成级间电介质层，其中，级间电介质层具有与替代栅极结构的上表面共面的上表面；利用至少对所述至少一个鳍结构、外延半导体材料和级间电介质层是选择性的蚀刻来去除替代栅极结构，其中，去除替代栅极结构对所述至少一个鳍结构提供第一开口；利用各向异性蚀刻去除外延半导体材料的露出部分，以提供在衬底表面上终止的第二开口；以及形成填充第一开口和第二开口的至少一部分的功能栅极结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.17 US 13/448,7491.一种制造半导体器件的方法，包括：在存在于衬底表面上的至少一个鳍结构的侧壁上形成外延半导体材料，其中，所述至少一个鳍结构具有与外延半导体材料的第二组分不同的第一组分；在所述至少一个鳍结构的沟道部分上形成替代栅极结构；在所述至少一个鳍结构的露出部分之上形成级间电介质层，其中，级间电介质层具有与替代栅极结构的上表面共面的上表面；利用至少对所述至少一个鳍结构、外延半导体材料和级间电介质层是选择性的蚀刻来去除替代栅极结构，其中，去除替代栅极结构对所述至少一个鳍结构提供第一开口；利用各向异性蚀刻去除外延半导体材料的露出部分，以提供在衬底表面上终止的第二开口；以及形成填充第一开口和第二开口的至少一部分的功能栅极结构。2.根据权利要求1的方法，其中，所述至少一个鳍结构包含至少两个鳍结构。3.根据权利要求2的方法，其中，在所述至少一个鳍结构的侧壁上形成外延半导体材料包括在所述至少两个鳍结构的侧壁上外延生长第二组分的半导体材料，其中，第二组分的半导体材料从第一鳍结构延伸到相邻的第二鳍结构。4.根据权利要求3的方法，其中，电介质鳍盖存在于所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构上，其中，在形成替代栅极结构之前，电介质鳍盖被去除。5.根据权利要求4的方法，其中，所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的上表面以不大于10nm的尺寸从外延半导体材料的上表面垂直偏移。6.根据权利要求1的方法，其中，在形成第二开口之后并且在形成替代栅极结构之前，所述方法还包括：对第二开口施加至少对级间电介质层是选择性的各向同性蚀刻，其中，各向同性蚀刻增大第二开口的宽度，以提供位于级间电介质层下面的底切区域；在各向同性蚀刻之后，在第二开口内沉积具有第一介电常数的保形电介质层；以及各向异性蚀刻保形电介质层，其中，保形电介质层的剩余部分存在于底切区域中并且提供电介质间隔件。7.根据权利要求6的方法，其中，形成功能栅极结构包括填充第一开口和第二开口的至少一部分，其中，功能栅极结构包含具有第二介电常数的功能栅极电介质，其中，第二介电常数比第一介电常数大。8.一种半导体器件，包括：存在于衬底表面上的至少两个鳍结构；存在于所述至少两个鳍结构上的栅极结构，其中，栅极结构包含至少与两个鳍结构的侧壁直接接触的至少一个高k栅极电介质、以及所述至少一个高k栅极电介质上的至少一个栅极导体；具有比高k栅极电介质的介电常数小的介电常数的电介质间隔件，电介质间隔件从第一鳍结构延伸到相邻的鳍结构并且具有与所述至少两个鳍结构的上表面共面的上表面，其中，电介质间隔件的整个第一侧壁与栅极结构的所述至少一个高k栅极电介质直接接触；以及与所述至少两个鳍结构直接接触并且通过电介质间隔件与栅极结构分离的外延半导体材料，其中与所述电介质间隔件的整个第一侧壁相对的电介质间隔件的整个第二侧壁与外延半导体材料的侧壁表面直接接触，并且其中电介质间隔件的底表面与高k栅极电介质的底表面共面。9.根据权利要求8的半导体器件，其中，栅极结构具有与衬底表面垂直的侧壁。10.根据权利要求8的半导体器件，其中，外延半导体材料给半导体器件提供源极区域和漏极区域。11.根据权利要求8的半导体器件，其中，所述至少一个高k栅极电介质与所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的侧壁和上表面直接接触，并且半导体器件是三栅极半导体器件。12.根据权利要求9的半导体器件，其中，电介质鳍盖存在于所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的上表面上，所述至少一个高k栅极电介质与所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的侧壁直接接触，并且通过电介质鳍盖与所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的上表面分离，并且半导体器件是finFET半导体器件。13.一种制造半导体器件的方法，包括：在至少两个鳍结构上外延形成牺牲半导体材料，牺牲半导体材料从所述至少两个鳍结构中的第一鳍结构的第一侧壁延伸到相邻鳍结构的第二侧壁；在所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的沟道部分上形成替代栅极结构；至少对替代栅极结构和所述至少两个鳍结构选择性地各向异性蚀刻牺牲半导体材料，其中，在替代栅极结构下面存在牺牲半导体材料的剩余部分；在牺牲半导体材料的剩余部分和替代栅极结构的侧壁上形成电介质间隔件；去除替代栅极结构和剩余的半导体材料以对于所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的沟道部分提供开口；以及在对于所述至少两个鳍结构的沟道部分的开口中形成功能栅极结构。14.根据权利要求13的方法，其中，牺牲半导体材料具有与所述至少两个鳍结构不同的组分。15.根据权利要求13的方法，其中，通过外延生长处理来形成牺牲半导体材料。16.根据权利要求13的方法，其中，所述至少两个鳍结构中的每一个鳍结构的上表面以不大于10nm的尺寸从牺牲半导体材料的上表面垂直偏移。17.根据权利要求13的方法，其中，在牺牲半导体材料的剩余部分和替代栅极结构的侧壁上形成电介质间隔件包括：在替代栅极结构、衬底表面、牺牲半导体材料的剩余部分和所述至少两个鳍结构的表面上沉积保形电介质层；各向异性蚀刻保形电介质层，其中，保形电介质层的第一剩余部分存在于替代栅极结构的侧壁、所述至少两个鳍结构的侧壁和牺牲半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·N·亚当，程慷果，A·克哈基弗尔鲁茨，A·雷茨尼采克，
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