基于外延层的半导体器件及其制造方法及包括其的电子设备技术

公开了一种具有高质量外延层的半导体器件及其制造方法及包括其的电子设备。根据实施例，该半导体器件可以包括：衬底；与衬底相隔开的鳍状第一半导体层和第二半导体层，其中第一半导体层和第二半导体层中至少之一沿弯曲的纵向延伸方向延伸；至少部分环绕第一半导体层的外周形成的第三半导体层；以及至少部分环绕第二半导体层的外周形成的第四半导体层。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及一种具有高质量外延层的半导体器件及其制造方法及包括其的电子设备。
技术介绍
随着半导体器件的发展，期望以迁移率高于硅(Si)的半导体材料来制作高性能半导体器件如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。但是，难以形成高质量的高迁移率半导体材料。
技术实现思路
本公开的目的至少部分地在于提供一种具有高质量外延层的半导体器件及其制造方法及包括其的电子设备。根据本公开的一个方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；与衬底相隔开的鳍状第一半导体层和第二半导体层，其中第一半导体层和第二半导体层中至少之一沿弯曲的纵向延伸方向延伸；至少部分环绕第一半导体层的外周形成的第三半导体层；以及至少部分环绕第二半导体层的外周形成的第四半导体层。根据本公开的另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一鳍状结构和第二鳍状结构，其中第一鳍状结构和第二鳍状结构中至少之一沿弯曲的纵向延伸方向延伸；在形成有第一鳍状结构和第二鳍状结构的衬底上形成支撑部；去除第一鳍状结构、第二鳍状结构各自靠近衬底的一部分，以分别形成与衬底分离的第一半导体层、第二半导体层，其中第一半导体层和第二半导体层由支撑部支撑；分别以第一半导体层、第二半导体层为种子层，生长第三半导体层、第四半导体层。根据本公开的又一方面，提供了一种电子设备，包括由如上述半导体器件形成的集成电路。根据本公开的实施例，可以利用相对于衬底悬置的(薄)弯曲半导体层作为种子层，来生长另外的半导体层，该另外的半导体层可以具有高迁移率或更好的电学性能。这种悬置的弯曲薄种子层可以使种子层和/或半导体层中的应力弛豫，降低整体应变能，从而有助于抑制或避免在这些半导体层中产生缺陷，使所形成的材料的力学和电学性能的得到改善。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1(a)-25(c)是示意性示出了根据本公开实施例的制造半导体器件流程的示意图；图26-27是示意性示出了根据本公开另一实施例的制造半导体器件流程中部分阶段的示意图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。根据本公开的实施例，提供了一种具有悬置鳍结构的互补金属氧化物半导体(半导体)器件。具体地，在该器件中，鳍可以相对于衬底悬置。在此，所谓“悬置”，是指鳍与衬底相分离。注意，鳍与衬底之间的间隔可以被其他材料(例如，隔离层)填充。鳍可以包括高迁移率半导体材料，以改善器件性能。在此，所谓的“高迁移率”是指相对于硅(Si)的迁移率要高。高迁移率半导体材料例如Ge、SiGe或III-V族化合物半导体等。鳍可以是在衬底上与衬底隔开的半导体层(或者称作“种子层”)上(例如，外延)形成的另一半导体层。种子层可以呈沿弯曲纵向延伸方向延伸的鳍状，且相对于衬底悬置。于是，该另一半导体层可以至少部分地环绕种子层的外周形成，从而也呈鳍状且随后可以用作器件的鳍。在此，所谓“部分地环绕”，是指沿种子层的纵向延伸方向可以存在一范围，在该范围内，该另一半导体层可以完全包封种子层的外表面。也即，在该范围内，在与种子层的纵向延伸方向垂直的截面上，该另一半导体层可以形成闭合图案(例如，与种子层的截面形状相对应的矩形、多边形等)。种子层可以相对较薄(例如，厚度为约3～20nm)，且相对于衬底悬置。这样，在生长过程中种子层和该另一半导体层中的应力可以得以弛豫，且因此可以抑制或避免在种子层或该另一半导体层中产生缺陷。根据实施例，半导体器件可以包括p型器件(如pFinFET)和n型器件(如nFinFET)，其中至少之一可以具有上述的弯曲种子层构造。当然，p型器件和n型器件二者均可以具有上述的弯曲种子层构造。在这种情况下，根据一有利实施例，一对p型器件和n型器件可以基于原本一体延伸的种子层(例如，大致呈“C”形或“S”形，该种子层随后可以被隔离成不同部分)来制造。例如，至少部分环绕种子层的第一部分(可称作“第一半导体层”)外周可以形成第二半导体层，且至少部分环绕种子层的第二部分(可称作“第三半导体层”)外周可以形成第四半导体层。种子层的第一部分和第二部分可以沿其纵向延伸方向彼此隔开。这样，第二半导体层可以用作第一器件的鳍，而第四半导体层可以用作第二器件的鳍。第一器件可以是n型器件如nFinFET，第二器件可以是p型器件如pFinFET；反之亦然。种子层可以经支撑部物理连接到衬底并因此由衬底支撑。在种子层的纵向延伸方向上，种子层与支撑部相连接的部分的延伸范围可以小于种子层的纵向延伸长度。这样，当仅观察种子层、衬底和支撑部之间的位置关系(不考虑其他层结构)时，种子层类似于一种悬梁构造，支撑部类似于悬梁的锚定结构(anchor)。支撑部可以包括沿衬底表面延伸的横向延伸部分以及沿大致垂直于衬底表面的方向延伸的竖直延伸部分，其中竖直延伸部分延伸至种子层大致垂直于衬底表面的竖直侧壁上。这样，通过该支撑部，将种子层物理连接到衬底上，并因此由衬底支撑。支撑部的竖直延伸部分可以在种子层的相对两侧的竖直侧壁上延伸，从而夹持种子层。支撑部可以设于鳍状的种子层沿其纵向延伸方向的两侧端部。衬底上可以形成有隔离层，用以电隔离器件的栅堆叠和衬底。隔离层可以填充种子层(或者说第一、第三半导体层)、第二和第四半导体层与衬底之间的空间，并少部分地露出第二和第四半导体层。例如，在第二半导体层下方，隔离层可以与第二半导体层相接，在第四半导体层下方，隔离层可以与第四半导体层相接，而在其余位置处，隔离层的顶面可以比第二、第四半导体层面向衬底的底面要靠近衬底。在第二和/或第四半导体层下方，隔离层可以具有底切。这样，栅堆叠可以嵌入到该底切中，从而可以有效控制栅的底部。这种半导体器件例如可以如下制作。具体地，针对p型器件和n型器件中具有弯曲种子层构造的器件，可以在衬底上形成具有弯曲纵向延伸方向的鳍状结构。随后，当去除该鳍状结构靠近衬底的一部分(“下部”)以得到种子层时，种子层可以相对于衬底悬置。为了支撑随后将悬置的种子层，可以形成支撑部。这种支撑部可以如下形成。具体地，可以在形成有鳍状结构的衬底上形成支撑层，并将该支撑层构图为从衬底表面延伸至鳍状结构的表面并因此将鳍状结构与衬底在物理上连接的支撑部。支撑层的构图可以利用掩模进行。在垂直于鳍状结构纵向延伸方向的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：衬底；与衬底相隔开的鳍状第一半导体层和第二半导体层，其中第一半导体层和第二半导体层中至少之一沿弯曲的纵向延伸方向延伸；至少部分环绕第一半导体层的外周形成的第三半导体层；以及至少部分环绕第二半导体层的外周形成的第四半导体层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：衬底；与衬底相隔开的鳍状第一半导体层和第二半导体层，其中第一半导体层和第二半导体层中至少之一沿弯曲的纵向延伸方向延伸；至少部分环绕第一半导体层的外周形成的第三半导体层；以及至少部分环绕第二半导体层的外周形成的第四半导体层。2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：在衬底上形成的隔离层，隔离层至少部分地露出第三半导体层和第四半导体层，露出的第三半导体层和第四半导体层呈鳍状延伸；以及在隔离层上形成的与第三半导体层相交的第一栅堆叠以及与第四半导体层相交的第二栅堆叠。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，第三半导体层和第四半导体层包括不同的材料，和/或第一栅堆叠和第二栅堆叠包括不同的配置。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，第三半导体层和第一栅堆叠用于p型器件，第四半导体层和第二栅堆叠用于n型器件；或反之亦然。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，第一半导层和第二半导体层的纵向延伸方向大致沿同一曲线延伸。6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中，第一半导体层构成C形曲线的一部分，而第二半导体层构成C形曲线的另一部分；或者第一半导体层构成S形曲线的一部分，而第二半导体层构成S形曲线的另一部分。7.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，第三半导体层位于第一半导体层与第一栅堆叠之间，第四半导体层位于第二半导体层与第二栅堆叠之间。8.根据权利要求5所述的半导体器件，其中，第一半导体层与第二半导体层通过电介质层相隔离，且第三半导体层与第四半导体层通过该电介质层相隔离。9.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：支撑部，第一半导体层和/或第二半导体层经支撑部而在物理上连接到衬底。10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，在第一和/或第二半导体层的纵向延伸方向上，第一和/或第二半导体层与支撑部相连接的部分的延伸范围小于该半导体层的纵向延伸长度。11.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，支撑部包括沿衬底表面延伸的横向延伸部分以及沿大致垂直于衬底表面的方向延伸的竖直延伸部分，其中竖直延伸部分延伸至第一和/或第二半导体层大致垂直于衬底表面的竖直侧壁上。12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，支撑部的竖直延伸部分在第一和/或第二半导体层的相对两侧的竖直侧壁上延伸，从而夹持该半导体层。13.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，隔离层填充第一半导体、第二半导体层、第三半导体层、第四半导体层与衬底之间的空间。14.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，在第三半导体层下方，隔离层与第三半导体层相接，且在第四半导体层下方，隔离层与第四半导体层相接，而在其余位置处，隔离层的顶面比第三半导体层、第四半导体层面向衬底的底面要靠近衬底。15.根据权利要求14所述的半导体器件，其中，在第三半导体层和/或第四半导体层下方，隔离层具有底切。16.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，第一半导体层、第二半导体层包括Si，第三半导体层、第四半导体层包括Ge、SiGe或III-V族化合物半导体。17.一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一鳍状结构和第二鳍状结构，其中第一鳍状结构和第二鳍状结构中至少之一沿弯曲的纵向延伸方向延伸；在形成有第一鳍状结构和第二鳍状结构的衬底上形成支撑部；去除第一鳍状结构、第二鳍状结构各自靠近衬底的一部分，以分别形成与衬底分离的第一半导体层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱慧珑，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11