一种设备，包括：半导体主体，所述半导体主体包括沟道区以及设置在所述沟道区的相对的侧上的结区，所述半导体主体包括：具有第一带隙的第一材料；以及多个纳米线，所述纳米线包括第二材料，所述第二材料具有与所述第一带隙不同的第二带隙，所述多个纳米线设置在延伸穿过所述第一材料的分立平面中以使得所述第一材料围绕多个纳米线中的每者；以及设置在所述沟道区上的栅极堆叠体。一种方法，包括：在衬底上方的分立平面中形成多个纳米线，所述多个纳米线中的每者包括具有第一带隙的材料；在所述多个纳米线中的每者周围独立地形成包覆材料，所述包覆材料具有第二带隙；使所述包覆材料接合；以及在所述包覆材料上设置栅极堆叠体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
半导体器件，包括具有沟道区的非平面半导体器件，其中沟道区具有低带隙包覆层。
技术介绍
在过去几十年中，集成电路中特征的按比例缩放已经是日益增长的半导体产业的驱动力。按比例缩放到越来越小的特征实现了使半导体芯片的有限基板面上的功能单元的密度增加。例如，缩小晶体管尺寸容许在芯片上并入增加数量的存储器件，从而导致制造具有增加容量的产品。然而，对更多容量的驱动不是没有问题。优化每一个器件的性能的必要性变得越来越显著。由于低的有效质量连同降低的杂质散射，由Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料系统形成的半导体器件在晶体管沟道中提供异常高的载流子迁移率。Ⅲ族和Ⅴ族指代元素周期表的13-15族(以前的Ⅲ-Ⅴ族)中的半导体材料的元素的位置。这种器件提供高驱动电流性能，并且对未来的低功率、高速逻辑应用，这种器件显得是有前途的。附图说明图1示出了半导体衬底的一部分(例如，晶片的一部分)的侧视图。图2示出了在对层进行图案化以形成硅层的纳米线之后的图1的结构。图3示出了在金属层中的每者上形成包覆材料之后的图2的结构。图4示出了穿过线4-4’的结构的一部分的侧视图。图5示出了穿过线4-4’的结构的一部分的截面的另一实施例以图示具有不同截面的纳米线。图6示出了在任选地刻蚀包覆材料的侧壁之后的图5的结构。图7示出了具有异质结构的非平面半导体器件的透视顶视图。图8图示了根据本专利技术一个实施方式的计算装置。具体实施方式本文中所述的一个或多个实施例涉及具有包括低带隙包覆材料的沟道区的非平面半导体器件。在一个这种实施例中，器件的栅极堆叠体围绕沟道区(例如，三栅极器件或鳍式场效应器件)。在晶体管沟道中集成不同外延材料(例如，Ⅲ-Ⅴ化合物材料或锗(Ge))面临的一个主要问题是那些材料与硅之间的晶格失配，以及在外延过程期间抑制缺陷形成的能力。缺陷在Ⅲ-Ⅴ化合物材料和Ge中的产生将负面地影响这些材料的电气性能并且抹除了这些材料在自然(晶格匹配的)衬底上展现的优点。图1-图7描述了形成半导体器件的过程。在一个实施例中，器件是三维金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且该器件是孤立的器件或者是多个嵌套器件中的一个器件。如将意识到的，对于典型的集成电路，可以在单个衬底上制造N沟道晶体管和P沟道晶体管二者以形成互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路。此外，可以制造额外的互连体以将这些器件集成至集成电路中。图1示出了半导体衬底的一部分(例如，晶片的一部分)的侧视图。在一个实施例中，衬底110是硅。在另一实施例中，衬底110是绝缘体上硅衬底。在衬底110上面，图1示出了诸如硅锗等牺牲材料和硅的交替外延层。可以通过在衬底110上的均厚交替沉积来形成外延层。图1示出了硅锗层120A、硅锗层120B、硅锗层120C、以及硅锗层120D。硅层130A、硅层130B、以及硅层130C分别设置在硅锗层之间。图2示出了在对层进行图案化以形成硅层的纳米线之后的图1的结构。图2还示出了在去除牺牲材料以留下悬置在衬底上和之上的不同平面中的硅层130A的纳米线135A、硅层130B的纳米线135B、以及硅层130C的纳米线135C之后的结构。可以使用氧化湿法刻蚀(例如，柠檬酸、硝酸或氟化氢)来相对于硅选择性地去除诸如硅锗等牺牲材料。如所观察的，图2示出了悬置在直接位于衬底110上方的平面中的纳米线135A(如所观察的)、悬置在直接位于纳米线135A之上的平面中的纳米线135B、以及悬置在直接位于纳米线135B之上的平面中的纳米线135C(如所观察的)。牺牲材料(例如硅锗)的部分可以保留以悬置纳米线。在一个实施例中，纳米线135A-135C具有允许纳米线的材料与其上引入的包覆材料的晶格结构相顺应的厚度尺寸。代表性的厚度在五纳米或更小(例如，两纳米至三纳米)的量级。图3示出了在金属层中的每者上形成包覆材料之后的图2的结构。在一个实施例中，包覆材料140是具有比纳米线的材料的带隙低的带隙的材料。在纳米线135A-135C是硅的情况下，包覆材料具有比硅低的带隙。一个示例是锗包覆材料。在另一实施例中，包覆材料140是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(Ⅲ-Ⅴ族代表元素周期表中的族)。在一个实施例中，包覆材料140外延地生长在每个纳米线上。包覆材料围绕纳米线，并且继续生长直至材料接合(coalesce)以在衬底110上形成包覆材料的一个三维主体，其中设置有悬置的纳米线135A-135C。图4示出了穿过图3的线4-4’的结构100的一部分的侧视图。在该视图中，外延地生长在每个纳米线(纳米线135A-135C)上的包覆材料140进行接合或合并(merge)。在一个实施例中，包覆材料140接合或合并为如图所示的一个主体。包括在纳米线上引入(例如生长)包覆材料的先前方案一直聚焦在采用与纳米线内芯的形状相同的形状的包覆材料(例如，具有总体上为圆形的截面的纳米线将具有围绕其的圆形或环形包覆层，并且鳍内芯将具有围绕其的鳍形包覆层)。如在此所述，包覆材料的形状不必与内芯(纳米线)的形状相同，并且在一个实施例中，包覆材料的截面形状不同于内芯的截面形状。不被限制为内芯形状的包覆材料的一个优点在于，通常不约束对内芯形状的选择。通常，总体为圆形的截面内芯的纳米线由于提高的衬底顺应性以及增大的自由表面弛豫而与鳍形内芯相比允许生长较少缺陷的包覆层。然而，环形包覆层比其它形状的包覆层(例如，鳍形包覆层)具有较小体积并且可以运载较小电流。为了电流密度/晶体管性能的目的，因此通常优选地将鳍样形状用于内芯以获取对应的包覆层的更大的体积以及电流容量。通过不将包覆层的形状约束为内芯的形状，可以实现通常为圆形的截面纳米线内芯以及大体积和电流容量包覆层的优点。在该纳米线内芯上的生长提供了较低的缺陷密度，并且因为允许包覆层接合或合并，实现了更大的器件体积，这实现了更高的性能。堆叠在彼此顶部上的多个纳米线的另一传统缺点是它变得更难以使得电流流入/流出最底部的纳米线(由于该电流路径的增大的电阻)。允许包覆层接合或合并本质上产生了单个单片晶体管，其仅具有一个接触体，非常像鳍状物。应该意识到的是，取决于包覆材料140在纳米线上的生长图案，已接合的主体的侧壁可以具有各种形状。图4示出了其中包覆材料近似均匀地生长在每个纳米线上的实施例。图4还示出了具有圆形截面的纳米线135A-135C。图5示出了穿过线4-4’的结构100的一部分的截面的另一实施例以图示具有不同截面的纳米线。在该实施例中，纳米线130A-130C是条带物或鳍状物(具有矩形截面)。如在此所使用的，除非具体地描述为具有总体上为圆形的截面，否则词语“纳米线”用于描述具有各种形状截面的纳米结构(线、鳍状物或条带物等)。图6示出了在任选的用于平坦化包覆材料140的侧壁或使得包覆材料140的侧壁具有较少锯齿或较不明显的过程之后的图5的结构。进行该处理的一种方式是通过准直(垂直)干法刻蚀。图3-5中所示的结构100是可以形成异质结构的一部分的三维主体，该三维主体包括包覆材料140，该包覆材料140的带隙低于设置在包覆材料140中并穿过包覆材料140的纳米线的带隙。在一个实施例中，该三维主体可以用作三维MOSFET器件的一部分，具体地用作该器件的沟道区和结区(例如源极区和漏极区)。图7示出了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体设备，包括：三维半导体主体，所述三维半导体主体包括沟道区以及设置在所述沟道区的相对的侧上的结区，所述三维半导体主体包括：具有第一带隙的第一材料；以及包括第二材料的多个纳米线，所述第二材料具有与所述第一带隙不同的第二带隙，所述多个纳米线设置在延伸穿过所述第一材料的分立平面中，以使得所述第一材料围绕所述多个纳米线中的每个纳米线；以及设置在所述沟道区上的栅极堆叠体，所述栅极堆叠体包括设置在栅极电介质上的栅极电极。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体设备，包括：三维半导体主体，所述三维半导体主体包括沟道区以及设置在所述沟道区的相对的侧上的结区，所述三维半导体主体包括：具有第一带隙的第一材料；以及包括第二材料的多个纳米线，所述第二材料具有与所述第一带隙不同的第二带隙，所述多个纳米线设置在延伸穿过所述第一材料的分立平面中，以使得所述第一材料围绕所述多个纳米线中的每个纳米线；以及设置在所述沟道区上的栅极堆叠体，所述栅极堆叠体包括设置在栅极电介质上的栅极电极。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一材料的带隙小于所述第二材料的带隙。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一材料包括Ⅲ族和Ⅴ族化合物材料。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一材料选自于由InGaAs/InP、GaAs/AlGaAs以及InSb/AlInSb构成的组。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一材料包括锗，并且所述第二材料包括硅。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一材料的截面形状不同于所述多个纳米线的截面形状。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述三维半导体主体设置在半导体衬底上。8.一种半导体设备，包括：鳍状物，所述鳍状物包括在衬底上布置为堆叠构造的多个纳米线、以及具有第二带隙的包覆材料，每个纳米线包括具有第一带隙的材料，并且所述包覆材料围绕所述多个纳米线中的每个纳米线并且接合成一个主体；设置在所述鳍状物的沟道区上的栅极堆叠体，所述栅极堆叠体包括栅极电介质以及栅极电极；以及源极区和漏极，所述源极区和漏极均被限定在所述鳍状物中并且被限定在所述沟道...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·慕克吉，M·拉多萨夫列维奇，J·T·卡瓦列罗斯，R·皮拉里塞泰，N·戈埃尔，V·H·勒，G·杜威，B·舒金，
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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