具有多层III-V族异质结构的半导体结构制造技术

本发明专利技术涉及具有多层III‑V族异质结构的半导体结构，其全III‑V族半导体或硅基晶体管的源极/漏极包括与沟道晶格匹配的底部阻挡层、宽的能带隙III‑V族材料的下层以及相对窄的能带隙III‑V族材料的顶层，在下层及顶层之间逐渐从宽的能带隙材料转变到窄的能带隙材料的成分渐变层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及在器件中使用来自元素周期表中第III及V族半导体材料。更具体地说，本专利技术涉及在源极/漏极区中使用III-V族材料异质结构，使得宽的能带隙(bandgap)的III-V族层组合或向上渐变到具有相对窄的能带隙的另一III-V族材料。
技术介绍
当半导体器件不断缩小，通过晶体管的沟道的有效电流将面临几个瓶颈。其中最关键的瓶颈之一是非本征电阻(extrinsicresistance)，当驱动电流通过器件的沟道以外的连接区(accessregion)时会显着降低。为了最大限度地提高驱动电流，晶体管同时需要低电阻的源极/漏极区及低的接触电阻。尽管使用低有效质量(loweffectivemass)的半导体材料(包括III-V材料，例如In(x)Ga(1-x)As，或硅锗合金)的沟道可通过引入低载流子有效质量(lowcarriereffectivemass)可减少沟道电阻，但这些材料很容易危坏断态泄漏(off-stateleakage)及不良的热载流子效应，如碰撞电离。这些影响的根源在于例如能带间隧穿(band-to-bandtunneling)的现象，此结果来自通常比硅小的能带隙以及高电场密度，该高电场密度是由器件的几何形状所决定。此外，缩小器件同时实现接触电阻的要求已被证明是极具挑战性的，但对于最终器件性能为日益重要的关键。具有最小有效质量(例如，砷化铟、锗)的材料同时改善了接触电阻，并提高迁移率，但是这是以增加断态泄漏为代价的。因此需要一种持续存在的方式，来同时实现低的源极/漏极电阻及低的接触电阻，并且不会产生不必要的沟道泄漏。
技术实现思路
在一态样中，通过一种方法的提供，能克服现有技术的缺点，并提供额外的优点。该方法包括，在前栅极(gatefirst)或取代栅极(replacementgate)制造过程的部分中，提供起始半导体结构，该起始结构包括半导体衬底、包括源极区、漏极区及在其间的沟道区的主动区，以及在该沟道区上方的栅极结构。该方法还包括，在各该源极区及漏极区中，形成第一化合物半导体材料的底部阻挡层，及在该底部阻挡层上方形成第二化合物半导体材料的籽晶层，该籽晶层具有第一能带隙。该方法进一步包括在该籽晶层上方形成第三化合物半导体材料的顶层，该顶层具有比第一能带隙窄的第二能带隙，并且在该籽晶层及顶层之间形成该第二及第三化合物半导体材料的成分渐变层(compositionallygradedlayer)，该成分渐变层逐渐从其在底部的该第二化合物半导体材料转变成在其顶部的该第三化合物半导体材料。各化合物半导体材料包括来自元素周期表中第III及V族各者的至少一半导体材料。根据另一态样，本专利技术提供一种晶体管。该晶体管包括沟道区及相对邻近该沟道区的源极区及漏极区。各该源极区及漏极区包括第一化合物半导体材料的底部阻挡层，在该底部阻挡层上方的第二化合物半导体材料的籽晶层，该籽晶层具有第一能带隙，在该籽晶层上方的第三化合物半导体材料的顶层，该顶层具有第二能带隙，该第二能带隙比该第一能带隙窄，各化合物半导体材料包括来自元素周期表中第III及V族各者的至少一半导体材料，以及在该籽晶层及该顶层之间的成分渐变层，该成分渐变层逐渐从该第二化合物半导体材料转变到该第三化合物半导体材料。本专利技术的这些以及其它的目的、特征及优点将从以下结合附图所进行的本专利技术的各个态样的详细描述变得显而易见。附图说明图1是三维的起始半导体结构的一实例的横截面图，根据本专利技术的一个或多个态样，该起始结构包括衬底及耦合到该衬底的鳍片(fin)，以及在该鳍片上方的伪(dummy)栅极结构，该鳍片包括与衬底相同半导体材料的第一层、在该第一层上方的缓冲层、第一半导体材料的阻挡层、具有跨过源极区、漏极区以及位于源极区及漏极区之间的沟道区的主动层，该源极及漏极中至少一个可以包括来自元素周期表中第III及V族各者的至少一元素的化合物半导体材料。图2是根据如下所述的本专利技术的一个或多个态样所描绘在各源极区及漏极区中形成具有相对于随后层较宽的能带隙的底部阻挡层之后的图1的起始结构的一个实例。图3是根据本专利技术的一个或多个态样所描绘在各源极区及漏极区中的底部阻挡层上方形成籽晶层之后的图2的半导体结构的一个实例。图4是根据本专利技术的一个或多个态样所描绘在籽晶层上方形成成分渐变层以及在该成分渐变层上方形成顶层之后的图3的半导体结构的一个实例，该成分渐变层逐渐从该籽晶层的材料转变到该顶层的材料，该顶层具有比籽晶层的能带隙窄的能带隙。图5是根据本专利技术的一个或多个态样所描绘在各源极区及漏极区中的窄的能带隙材料的顶层上方形成介电层并平坦化该介电层之后的图4的半导体结构的一个实例。图6是根据本专利技术的一个或多个态样所描绘用栅极电介质及金属栅极替换伪栅极并且在各源极区及漏极区中的窄的能带隙材料的顶层上方形成接触之后的图5的半导体结构的一个实例。具体实施方式本专利技术的态样与某些特征、优点以及其细节，下面将参照在附图中示出的非限制性实施例来更充分地说明。省略公知的材料、制造工具、工艺技术等详细描述以免不必要地模糊本专利技术。然而，应当理解的是，详细描述及具体实施例虽然指出了本专利技术的各态样，但只是以说明的方式给出，而不是以限制的方式。在本公开的基本专利技术概念的精神及/或范围内做各种替换、修改、添加及/或布置，对本领域技术人员将是显而易见的。如本文整个说明书及权利要求书中使用的近似语言，可以用于允许的改变以修饰任何定量表示，而不会导致改变其所涉及的基本功能。因此，通过一个或多个术语，诸如“约”修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应用于测量该值的仪器的精确度。本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并非意图限制本专利技术。如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”及“该”意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。请进一步理解，术语“包括”(以及任何形式的包括，例如“含有”及“包含”)，“具有”(以及任何形式的具有，例如“具有”及“拥有”)，“包含”(以及任何形式的包括，例如“包括”及“含有”)，以及“含有”(以及任何形式的包含，例如“包含”及“包括”)是开放式系动词。其结果是，一种方法或器件“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或组件即拥有这一个或多个步骤或组件，但不限于仅拥有这一个或更多个步骤或组件而已。同样地，一种方法的一个步骤或一个器件的一个组件“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征即拥有那一个或多个特征，但并不限于仅拥有那一个或更多的特征而已。此外，以某种方式配置的器件或结构是以至少那种方式来配置，但是也可以以未列出的方式来配置。如本文用于指两个物理元素时所使用的术语“连接”，是指两个物理组件之间的直接连接。然而，术语“耦合”可以指直接连接或通过一个或多个中间组件的连接。如本文所使用的术语“可”及“可以是”表明一组情况内发生的可能性；具有某种属性、特性或功能；及/或通过与限定动词相关连的表达一种或多种的能力、性能或可能性的限定另一个动词。因此，使用“可”及“可以是”表示修饰的术语明显适合、能够或适合指定的能力、功能或使用，在某些情况下，尽管考虑到修饰的术语可能有时是不适合、能够或适合的。例如，在某些情况下，可以预期的事件或能力，而在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：提供起始半导体结构，该起始结构包括半导体衬底、包括源极区、漏极区以及在其间的沟道区的主动区，以及在该沟道区上方的栅极结构；在各该源极区及漏极区中，形成第一化合物半导体材料的底部阻挡层；在该底部阻挡层上方形成第二化合物半导体材料的籽晶层，该籽晶层具有第一能带隙；在该籽晶层上方形成第三化合物半导体材料的顶层，该顶层具有比该第一能带隙窄的第二能带隙，其中，各化合物半导体材料包括来自元素周期表中第III及V族各者的至少一半导体材料；以及在该籽晶层及该顶层之间形成该第二及第三化合物半导体材料的成分渐变层，该成分渐变层逐渐从在其底部的该第二化合物半导体材料转变成在其顶部的该第三化合物半导体材料。

【技术特征摘要】
2015.08.13 US 14/825,9491.一种方法，包括：提供起始半导体结构，该起始结构包括半导体衬底、包括源极区、漏极区以及在其间的沟道区的主动区，以及在该沟道区上方的栅极结构；在各该源极区及漏极区中，形成第一化合物半导体材料的底部阻挡层；在该底部阻挡层上方形成第二化合物半导体材料的籽晶层，该籽晶层具有第一能带隙；在该籽晶层上方形成第三化合物半导体材料的顶层，该顶层具有比该第一能带隙窄的第二能带隙，其中，各化合物半导体材料包括来自元素周期表中第III及V族各者的至少一半导体材料；以及在该籽晶层及该顶层之间形成该第二及第三化合物半导体材料的成分渐变层，该成分渐变层逐渐从在其底部的该第二化合物半导体材料转变成在其顶部的该第三化合物半导体材料。2.如权利要求1所述的方法，其中，该底部阻挡层具有相对于该顶层的能带隙宽的能带隙。3.如权利要求1所述的方法，其中，该沟道区包含来自元素周期表中第IV族或是第III及V族各者的至少一半导体材料的第四半导体材料。4.如权利要求3所述的方法，其中，该第四半导体材料包括硅、砷化铟镓及硅锗中的任一个。5.如权利要求1所述的方法，其中，该第一化合物半导体材料与该沟道区晶格匹配。6.如权利要求1所述的方法，该起始半导体结构还包括耦合到该衬底的至少一鳍片，且其中该主动区位于该至少一鳍片的顶部。7.如权利要求1所述的方法，其中，该底部阻挡层的第一化合物半导体材料包括磷化铟。8.如权利要求1所述的方法，其中，该籽晶层的该第二化合物半导体材料包括砷化铟镓，其与该底部阻挡层晶格匹配。9.如权利要求1所述的方法，其中，该顶层的该第三化合物半导体材料包括砷化铟，并且其中，该籽晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·本特利，R·加拉塔格，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY