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通过增大有效栅极长度来改进栅极对晶体管沟道的控制的技术制造技术

技术编号:13332400 阅读:38 留言:0更新日期:2016-07-12 01:14
公开了一种用于通过以在沟道与源极区和漏极区的界面处沉积栅极控制层(GCL)而增大有效电栅极长度(Leff)来改进晶体管的栅极对沟道的控制的技术。GCL是可以在使用替换S/D沉积形成晶体管时进行沉积的名义上未掺杂的层(或相对于重掺杂的S/D填充材料为大体上较低掺杂的层)。在已经形成S/D腔之后并且在沉积重掺杂的S/D填充材料之前,可以在S/D腔中选择性沉积GCL。以此方式,GCL减小了源极和漏极与栅极叠置体的下重叠(Xud)并且还将重掺杂的源极区和漏极区分离。这继而增大了有效电栅极长度(Leff)并且改进了栅极对沟道的控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
包括了形成在半导体衬底上的晶体管、二极管、电阻器、电容器和其它无源和有源电子器件的电路器件的增加的性能典型地是在设计、制造和操作那些器件期间考虑的主要因素。例如,在设计和制造或形成金属氧化物半导体(MOS)晶体管半导体器件(例如,在互补金属氧化物半导体(CMOS)中使用的那些金属氧化物半导体(MOS)晶体管半导体器件)期间,经常期望针对每个处理生成而缩放节距以支持单位面积上更多的晶体管。通常,对晶体管栅极的关键尺寸进行缩小以缩小总体节距。附图说明图1是根据本公开内容的一个或多个实施例的形成包括栅极控制层(GCL)的金属氧化物半导体(MOS)晶体管的方法。图2A-K图示了根据一些实施例的随着对于平面或非平面晶体管架构来执行的图1的方法而形成的示例性结构。图3A-C示出了根据本公开内容的实施例而配置的包括GCL的示例性非平面架构结构的透视图。图4A是图示了根据本公开内容的一些实施例的对于包括GCL的晶体管的在固定的泄漏量下晶体管导通时的电压(Vt)与源极/漏极(S/D)下重叠(underlap)距离(Xud)的关系的图表。图4b是图示了根据本公开内容的一些实施例的对于包括GCL的晶体管的在给定栅极电压下源极-漏极电流泄漏(IL)与S/D下重叠距离(Xud)的关系的图表。图5图示了以根据示例性实施例而配置的一个或多个晶体管结构来实施的计算系统。具体实施方式公开了用于通过经由在沟道与源极区和漏极区的界面处沉积栅极控制层(GCL)而增大有效电栅极长度(Leff)来改进晶体管的栅极对沟道的控制的技术。GCL是可以在使用替换S/D沉积形成晶体管时进行沉积的名义上未掺杂的层(或相对于重掺杂的S/D填充材料为大体上较低掺杂的层)。在已经形成S/D腔之后并且在沉积重掺杂的S/D填充材料之前,可以在S/D腔中选择性沉积GCL。以此方式,GCL减小了源极和漏极与栅极叠置体的下重叠距离(Xud)并且还将重掺杂的源极区和漏极区分离。这继而增加了有效电栅极长度(Leff)并且改进了栅极对沟道的控制(例如,通过在去除栅极电压时增大关断沟道电流的功效)。概述如先前所解释的,可以对晶体管栅极的关键尺寸进行缩小以缩小总体节距并且支持单位面积上更多的晶体管。缩小晶体管栅极的关键尺寸使得该晶体管的源极和漏极更靠近在一起。晶体管源极和漏极还可能由于源极/漏极(S/D)下重叠的增大而更靠近在一起,源极/漏极(S/D)下重叠是S/D在栅极电极或栅极叠置体下方延伸的程度。这在例如10nm及之下的图案化节点时成为问题,因为源极和漏极可以如此靠近在一起以使得栅极对沟道的控制可能变弱。对沟道的弱栅极控制可能导致在去除栅极电压时不期望的沟道电流从源极流向漏极。由于电流泄漏,不期望的沟道电流还可能从源极流向漏极。用于增大源极区与漏极区之间的距离的一个选择是增大栅极叠置体间隔体宽度以帮助控制随后的S/D腔蚀刻尺寸。然而,增大的栅极叠置体间隔体宽度减小了多晶(poly)线之间的间隔,从而减小了间隔以使得与源极区和漏极区进行电接触,这继而引起更高的接触电阻。因此,并且根据本公开内容的一个或多个实施例,提供了用于通过经由沉积栅极控制层(GCL)而增大有效电栅极长度(Leff)来改进晶体管的栅极对沟道的控制的技术。典型地,通过将掺杂剂(例如,硼)注入至衬底中或通过替换S/D沉积来形成源极区和漏极区,这包括蚀刻衬底以形成S/D腔并且然后沉积重掺杂的材料。如鉴于本公开内容将显而易见的,可以在使用替换S/D沉积来形成晶体管时使用GCL。GCL是可以在使用替换S/D沉积来形成晶体管时进行沉积的名义上未掺杂的层(或相对于随后沉积的重掺杂S/D填充材料而言大体上较低掺杂的层)。在已经形成S/D腔之后并且在沉积重掺杂的S/D填充材料之前,可以在S/D腔中选择性沉积GCL。以此方式,GCL还将重掺杂的源极区和漏极区分离,由此增加了有效电栅极长度(Leff)并且向晶体管性能提供了优点,如以下将更详细地讨论的。可以在蚀刻以形成S/D腔之后在这样的腔中选择性地沉积GCL。在一些情况下,蚀刻工艺可以使S/D腔在栅极叠置体下方延伸,从而导致与栅极叠置体的S/D下重叠。此下重叠距离在本文中被称为Xud。在S/D腔在栅极叠置体下方延伸的情况下,Xud是正的(+Xud)(如在图2F’中示出的)。在一些情况下,蚀刻以形成S/D腔可以使腔刚好延伸至栅极叠置体的边缘,使得Xud=0(例如,如在图2F中示出的)。在其它情况下,蚀刻以形成S/D腔可以使得腔仅在栅极叠置体间隔体下方(或者甚至更远开外)延伸,而不在栅极叠置体自身下方延伸,使得Xud是负的(-Xud)。如鉴于本公开内容将显而易见的,通过在S/D腔中沉积GCL,Xud可以是更负的或者以其它方式减小,从而进一步将随后沉积的重掺杂的源极区和漏极区分离。通过蚀刻的S/D腔和随后在其上沉积的GCL的厚度的组合来确定最终的Xud值。在一些实施例中,可以以具体的最终Xud值(例如,大约-3nm)为目标,而在其它实施例中,可以以最终Xud值的具体范围(例如,-5至1nm的范围中的Xud)为目标。在这样的实施例中,可以基于期望的目标Xud来选择GCL厚度。在一些实施例中,可以选择具体的GCL厚度。例如,可以对于GCL选择在1至6nm的范围中的厚度,例如,3nm。另外,在一些实施例中,GCL可以是名义上保形的,以使得GCL的厚度在S/D腔内的所有生长表面上大体上相同。在一些这样的实施例中,大体上相同意指在三倍内或更好。例如,在GCL在S/D腔的一个位置处具有2nm的最小厚度的具体情况下,为了在三倍内的名义上的保形,GCL最大厚度(在S/D腔的另一个位置处)可以最多为6nm,如以下将更详细地讨论的。在一些实施例中,GCL可以由名义上未掺杂的硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(SiGe)组成。在一些实施例中,GCL可以是名义上掺杂的,例如,具有在1E17cm-3至1E20cm-3范围中的掺杂水平。在一些实施例中,GCL可以大体上是比随后沉积的重掺杂的S/D填充材料更低掺杂的。在这样的实施例中,大体上更低可以包括例如比随后在GCL上沉积的重掺杂的S/D填充材料低至少一个数量级。例如,重掺杂的S/D填充材料可以具有在1E20cm-3至9E21cm-3范围中的掺杂水平,并且因此,GCL可以具有低于1E19cm-3至1E20cm-3范围中的掺杂水平。然而,GCL可以具有任何适合的掺杂水平,如鉴于本公开内容将显而易见的。一旦分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管器件,包括:具有沟道区的衬底;在所述沟道区之上的栅极叠置体,所述栅极叠置体包括栅极电极和栅极电介质;在所述衬底中并且邻近所述沟道区而形成的源极区和漏极区,所述源极区和所述漏极区包括掺杂的填充材料;以及在所述源极区和所述漏极区中的每个区中至少在所述掺杂的填充材料与所述沟道区之间形成的栅极控制层(GCL),其中,所述GCL不具有掺杂或者具有比所述掺杂的填充材料的水平低的最大掺杂水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种晶体管器件,包括:
具有沟道区的衬底;
在所述沟道区之上的栅极叠置体,所述栅极叠置体包括栅极电极和栅极电介质;
在所述衬底中并且邻近所述沟道区而形成的源极区和漏极区,所述源极区和所述漏极
区包括掺杂的填充材料;以及
在所述源极区和所述漏极区中的每个区中至少在所述掺杂的填充材料与所述沟道区
之间形成的栅极控制层(GCL),其中,所述GCL不具有掺杂或者具有比所述掺杂的填充材料
的水平低的最大掺杂水平。
2.根据权利要求1所述的器件,其中,所述GCL具有低于1E20cm-3的掺杂水平。
3.根据权利要求1所述的器件,其中,所述GCL是未掺杂的。
4.根据权利要求1所述的器件,其中,所述GCL至少由硅(Si)、锗(Ge)和/或硅锗(SiGe)
组成。
5.根据权利要求1所述的器件,其中,所述GCL具有1nm至6nm的厚度。
6.根据权利要求1所述的器件,其中,所述GCL使所述源极和所述漏极相对于所述栅极
叠置体的下重叠距离中的每个下重叠距离减小,使得所述下重叠距离均在1nm至-5nm的范
围中。
7.根据权利要求1所述的器件,其中,源极填充材料和漏极填充材料是在1E20cm-3至
9E21cm-3范围中重掺杂的。
8.根据权利要求1所述的器件,其中,所述GCL使电有效栅极长度增大。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的器件,其中,所述器件是平面晶体管。
10.根据权利要求1-8中的任一项所述的器件,其中,所述器件具有基于鳍的纳米线或
纳米带晶体管结构。
11.一种移动计算系统,包括根据权利要求1-8中的任一项所述的器件。
12.一种晶体管器件,包括:
具有沟道区的衬底;
在所述沟道区之上的栅极电极,其中,栅极电介质层提供在所述栅极电极与所述沟道
区之间,并且间隔体提供在所述栅极电极的任一侧上;
在所述衬底中并且邻近所述沟道区而形成的重掺杂的源极区和重掺杂的漏极区,其
中,所述源极区和所述漏极区包括具有超过1E20cm-3的掺杂水平的填充材料;以及
在所述源极区和所述漏极区中的每个区中至少在重掺杂的源极/漏极(S/D)填充材料
与所述沟道区之间形成的栅极控制层(GCL),其中,所述GCL具有低于1E20cm-3的掺杂水平,
并且所述GCL还通过使所述重掺杂的S/D填充材料相对于所述栅极电介质层的下重叠距离
减小而将所述重掺杂的源极区和所述重掺杂的漏极区分离。
13.根据权利要求12所述的器件,其中,所述重掺杂的S/D填充材料相对于所述栅极电
介质层的下重叠距离大约为-3nm。

【专利技术属性】
技术研发人员:A·S·默西N·林德特G·A·格拉斯
申请(专利权)人:英特尔公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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