具有高质量外延层的半导体器件及其制造方法技术

公开了具有高质量外延层的半导体器件及其制造方法。根据实施例，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；至少部分环绕第一半导体层外周的第二半导体层；在衬底上形成的隔离层，隔离层至少部分地露出第二半导体层，露出的第二半导体层呈鳍状延伸；以及在隔离层上形成的与第二半导体层相交的栅堆叠。

【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。
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。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；至少部分环绕第一半导体层外周的第二半导体层；在衬底上形成的隔离层，隔离层至少部分地露出第二半导体层，露出的第二半导体层呈鳍状延伸；以及在隔离层上形成的与第二半导体层相交的栅堆叠。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：在衬底上形成鳍状结构；在形成有鳍状结构的衬底上形成支撑层，并将该支撑质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；去除鳍状结构靠近衬底的一部分，以形成与衬底分离的第一半导体层；以及以第一半导体层为种子层，生长第二半导体层。根据本公开的实施例，可以利用相对于衬底悬置的(薄)第一半导体层作为种子层，来生长第二半导体层，第二半导体层可以具有高迁移率。这种悬置薄种子层可以使第一半导体层和第二半导体层中的应力弛豫，从而有助于抑制第一半导体层或第二半导体层中的缺陷。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1-16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17-18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；图19-20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半导体器件。具体地，该器件的鳍相对于衬底悬置。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第一半导体层上(例如，外延)形成的第二半导体层。第一半导体层可以呈鳍状，且相对于衬底悬置。于是，第二半导体层可以至少部分地环绕第一半导体层的外周形成，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”，是指沿第一半导体层的纵向延伸方向可以存在一范围，在该范围内，第二半导体层可以完全包封第一半导体层的外表面。也即，在该范围内，在与第一半导体层的纵向延伸方向垂直的截面上，第二半导体层可以形成闭合图案(例如，与第一半导体层的截面形状相对应的矩形、多边形等)。当然，第一半导体层除了被支撑部覆盖的表面之外，其余表面也可以被第二半导体层覆盖。第一半导体层可以相对较薄(例如，厚度为约3～20nm)，且相对于衬底悬置。这样，在生长过程中第一半导体层和第二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第一半导体层或第二半导体层中产生缺陷。第一半导体层可以经支撑部物理连接到衬底并因此由衬底支撑。在第一半导体层的纵向延伸方向上，第一半导体层与支撑部相连接的部分的延伸范围可以小于第一半导体层的纵向延伸长度。这样，当仅观察第一半导体层、衬底和支撑部之间的位置关系(不考虑其他层结构)时，第一半导体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第一半导体层大致垂直于衬底表面的竖直侧壁上。这样，通过该支撑部，将第一半导体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第一半导体层的相对两侧的竖直侧壁上延伸，从而夹持第一半导体层。支撑部可以设于鳍状的第一半导体层的两侧端部之一或两端，或设于鳍状的第一半导体层的中部。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。隔离层可以填充第一和第二半导体层与衬底之间的空间，并少部分地露出第二半导体层。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；而在其余位置处，隔离层的顶面可以比第二半导体层面向衬底的底面要靠近衬底。在第二半导体层下方，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，可以在衬底上形成鳍状结构。随后，当去除该鳍状结构靠近衬底的一部分(“下部”)以得到第一半导体层时，第一半导体层可以相对于衬底悬置。为了支撑随后将悬置的第一半导体层，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向上，掩模在鳍状结构上方延伸超出鳍状结构的范围(这样，掩模可以遮蔽支撑层在鳍状结构两侧的衬底表面上延伸的部分，从而该部分随后可以得以保留)；而在鳍状结构的纵向延伸方向上，掩模在鳍状结构上方覆盖鳍状结构的...

【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；至少部分环绕第一半导体层外周的第二半导体层；在衬底上形成的隔离层，隔离层至少部分地露出第二半导体层，露出的第二半导体层呈鳍状延伸；以及在隔离层上形成的与第二半导体层相交的栅堆叠。

【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；
至少部分环绕第一半导体层外周的第二半导体层；
在衬底上形成的隔离层，隔离层至少部分地露出第二半导体层，
露出的第二半导体层呈鳍状延伸；以及
在隔离层上形成的与第二半导体层相交的栅堆叠。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，至少部分环绕第一
半导体层外周的第二半导体层位于第一半导体层与栅堆叠之间。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：支撑部，第一半
导体层经支撑部而在物理上连接到衬底。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，第一半导体层除了
被支撑部覆盖的表面之外，其余表面均被第二半导体层覆盖。
5.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，在第一半导体层的
纵向延伸方向上，第一半导体层与支撑部相连接的部分的延伸范围小
于第一半导体层的纵向延伸长度。
6.根据权利要求3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半导体层大致垂直于衬底
表面的竖直侧壁上。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，支撑部的竖直延伸
部分在第一半导体层的相对两侧的竖直侧壁上延伸，从而夹持第一半
导体层。
8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，
在衬底上与鳍状的第一半导体层相对应的位置处，衬底具有突起，
支撑部的竖直延伸部分中的一部分沿着突起的表面延伸，而另一
部分沿着第一半导体层的竖直侧壁延伸。
9.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，支撑部设于鳍状的

\t第一半导体层的两侧端部之一或两端，或设于鳍状的第一半导体层的
中部。
10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，隔离层填充第一
半导体、第二半导体层与衬底之间的空间。
11.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：在衬底的表面
上形成的与第二半导体层相同材料的第三半导体层，其中隔离层形成
于第三半导体层上。
12.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，在第二半导体层
下方，隔离层与第二半导体层相接；而在其余位置处，隔离层的顶面
比第二半导体层面向衬底的底面要靠近衬底。
13.根据权利要求12所述的半导体器件，其中，在第二半导体层
下方，隔离层具有底切。
14.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，第一半导体层包
括Si，第二半导体层包括Ge、SiGe或III-V族化合物半导体。
15.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，衬底是硅单晶体。
16.根据权利要求15所述的半导体器件，其中，第二半导体层的
侧面与衬底中的(111)晶面族或(110)晶面族大致平行。
17.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，支撑部包括氧化
物和氮化物的叠层，隔离层包括氧化物。
18.一种制造半导体器件的方法，包括：
在衬底上形成鳍状结构；
在形成有鳍状结构的衬底上形成支撑层，并将该支撑质层构图为
从衬底表面延...

【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