具有U形沟道的半导体装置及包括其的电子设备制造方法及图纸

公开了一种具有U形沟道的半导体装置及包括这种半导体装置的电子设备。根据实施例，半导体装置包括在衬底上彼此相对的第一器件和第二器件。第一器件和第二器件各自包括：衬底上竖直延伸且在平面图中呈U形的沟道部；分处于沟道部上下两端且沿着U形沟道部的源/漏部；以及在所述U形的内侧与沟道部交迭的栅堆叠。第一器件的U形的开口和第二器件的U形的开口彼此相对。第一器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分与第二器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分实质上共面。

Semiconductor device with U-channel and its electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
具有U形沟道的半导体装置及包括其的电子设备
本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及具有U形沟道的半导体装置及包括这种半导体装置的电子设备。
技术介绍
随着半导体器件的不断小型化，提出了各种结构的器件例如鳍式场效应晶体管(FinFET)、多桥沟道场效应晶体管(MBCFET)等。但是，这些器件在增加集成密度和增强器件性能方面由于器件结构的限制改进的空间仍然不能满足要求。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种具有U形沟道的半导体装置及包括这种半导体装置的电子设备。根据本公开的一个方面，提供了一种半导体装置，包括在衬底上彼此相对的第一器件和第二器件。第一器件和第二器件各自包括：衬底上竖直延伸且在平面图中呈U形的沟道部；分处于沟道部上下两端且沿着U形沟道部的源/漏部；以及在所述U形的内侧与沟道部交迭的栅堆叠。第一器件的U形的开口和第二器件的U形的开口彼此相对。第一器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分与第二器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分实质上共面。根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括上述半导体装置。根据本公开的实施例，提出了一种新型结构的半导体装置，可以具有高性能和高密度的优点。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至25示意性示出了根据本公开实施例的制造半导体装置的流程中的一些阶段，其中，图3(a)、4、5(a)、6(a)、9(a)、11(a)、15(a)、21(a)、22(a)、23(a)是俯视图，图1、2、3(b)、5(b)、6(b)、7(a)、7(b)、8、9(b)、10、11(b)、12(a)、13、14(a)、15(b)、16(a)、17(a)、18(a)、19(a)、20(a)、21(b)、22(b)、24、25是沿AA′线的截面图，图11(c)、12(b)、14(b)、15(c)、16(b)、17(b)、18(b)、19(b)、20(b)是沿BB′线的截面图，图23(b)是沿CC′线的截面图。贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。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，提供了一种半导体装置，包括彼此相对的第一器件和第二器件。第一器件和第二器件可以是竖直型半导体器件，具有在衬底上竖直(例如，沿大致垂直于衬底表面的方向)设置的有源区。沟道部可以在平面图(例如，从衬底上方观察的俯视图)中呈U形，从而沟道部可以是U形纳米片的形式，且因此这种器件可以称作U形纳米片场效应晶体管(U-shapednano-sheetFET，USNFET)。通过U形沟道部，可以增加沟道宽度。如下所述，U形纳米片可以通过外延生长形成，因此可以是一体的单片，且可以具有实质上均匀的厚度。第一器件和第二器件各自的U形可以彼此相对。第一器件和第二器件各自还可以包括分别设置在沟道部上下两端的源/漏部。如下所述，第一器件和第二器件的源/漏部可以由相同的材料层来限定，因此它们可以实质上共面(例如，上表面实质上共面和/或下表面实质上共面)。源/漏部可以沿着沟道部设置，从而在平面图中也可以呈U形。根据实施例，源/漏部可以相对于沟道部向着U形的内侧伸出，从而源/漏部和沟道部在截面图中呈C形。第一器件的源/漏部相对于沟道部的伸出程度与第二器件的源/漏部相对于沟道部的伸出程度可以实质上相同。沟道部和源/漏部(即，有源区)构成的C形可以有助于限定容纳栅堆叠的空间。如下所述，第一器件和第二器件的栅堆叠可以由相同的材料层来限定，因此它们至少靠近沟道部一侧的端部可以实质上共面(例如，上表面实质上共面和/或下表面实质上共面)。源/漏部可以具有一定的掺杂。例如，对于p形器件，源/漏部可以具有p型掺杂；对于n型器件，源/漏部可以具有n型掺杂。源/漏部的掺杂轮廓可以具有与栅堆叠交迭的端部，以降低外电阻。沟道部可以具有一定的掺杂，以调整器件的阈值电压。或者，该半导体器件可以是无结器件，其中沟道部与源/漏部可以具有相同导电类型的掺杂。或者，该半导体器件可以是隧穿型器件，其中沟道部两端的源/漏部可以具有彼此相反的掺杂类型。沟道部可以包括单晶半导体材料。当然，源/漏部也可以包括单晶半导体材料。例如，它们都可以通过外延生长来形成。这种半导体器件例如可以如下制造。根据实施例，可以在衬底上设置第一材料层、第二材料层和第三材料层的堆叠。第一材料层可以限定下端源/漏部的位置，第二材料层可以限定栅堆叠的位置，第三材料层可以限定上端源/漏部的位置。可以通过衬底例如衬底的上部来提供第一材料层。或者，可以在衬底上通过例如外延生长，依次形成第一材料层、第二材料层和第三材料层。如果在以下直接将第一材料层和第三材料层用作源/漏部，则它们在外延生长同时还可以原位掺杂。可以将该堆叠构图为沿第一方向延伸的条形。在条形的堆叠的侧壁上，可以形成第一有源层。第一有源层可以限定沟道部。由于绕条形堆叠的侧壁形成，故而第一有源层在平面图中可以呈闭合图案，例如环形如矩形环或者是圆角矩形环。可以基于这种闭合图案的第一有源层形成两个器件，从而每个器件的沟道部可以呈U形。由于可以由相同的有源层来限定，这两个器件的沟道部的内侧壁和/或外侧壁可以实质上共面。栅堆叠可以形成在环形图案的内侧。为此，可以在条形堆叠中形成开口，以在环形图案内侧留出空间。开口也可以大致沿第一方向延伸，从而使上述堆叠呈环形。这有利于形成沿着沟道部的源/漏部。可以通过如此形成的开口，将第二材料层替换为栅堆叠。为便于源/漏部的形成，例如通过掺杂第一材料层和第三材料层(特别是它们在形成时并未掺杂的情况下)来形成源/漏部，或者如下所述另外生长第二有源层来形成源/漏部，可以先形成假栅。例如，可以经上述开口，通过选择性刻蚀去除第二材料层，这样在第一材料层和第二材料层之间留下空间。可以在该空间中形成假栅。假栅覆盖了第一有源层处于第一材料层和第二材料层之间的部分。可以在假栅的上下两侧形成源/漏部。例如，可以通过对第一材料层和第三材料层进行掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括在衬底上彼此相对的第一器件和第二器件，第一器件和第二器件各自包括：/n衬底上竖直延伸且在平面图中呈U形的沟道部；/n分处于沟道部上下两端且沿着U形沟道部的源/漏部；以及/n在所述U形的内侧与沟道部交迭的栅堆叠，/n其中，第一器件的U形的开口和第二器件的U形的开口彼此相对，/n其中，第一器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分与第二器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分实质上共面。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，包括在衬底上彼此相对的第一器件和第二器件，第一器件和第二器件各自包括：
衬底上竖直延伸且在平面图中呈U形的沟道部；
分处于沟道部上下两端且沿着U形沟道部的源/漏部；以及
在所述U形的内侧与沟道部交迭的栅堆叠，
其中，第一器件的U形的开口和第二器件的U形的开口彼此相对，
其中，第一器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分与第二器件的栅堆叠的至少靠近沟道部的部分实质上共面。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，以下至少之一成立：
第一器件的上端源/漏部和第二器件的上端源/漏部实质上共面；
第一器件的下端源/漏部和第二器件的下端源/漏部实质上共面。


3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
第一器件的U形包括彼此相对的第一臂和第二臂，
第二器件的U形包括彼此相对的第三臂和第四臂，
其中，第一臂和第三臂在实质上相同的方向上相对延伸，第二臂和第四臂在实质上相同的方向上相对延伸。


4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，第一臂和第三臂沿着实质上相同的直线延伸，第二臂和第四臂沿着实质上相同的直线延伸。


5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，以下至少之一成立：
第一器件的上端源/漏部与沟道部之间的界面与第二器件的上端源/漏部与沟道部之间的界面实质上共面；
第一器件的下端源/漏部与沟道部之间的界面与第二器件的下端源/漏部与沟道部之间的界面实质上共面。


6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，以下至少之一成立：
第一器件的沟道部的内侧壁与第二器件的沟道部的内侧壁实质上共面；
第一器件的沟道部的外侧壁与第二器件的沟道部的外侧壁实质上共面。


7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，以下至少之一成立：
第一器件的上端源/漏部的内侧壁与第二器件的上端源/漏部的内侧壁实质上共面；
第一器件的上端源/漏部的外侧壁与第二器件的上端源/漏部的外侧壁实质上共面。


8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，以下至少之一成立：
第一器件的下端源/漏部的至少上部的内侧壁与第二器件的下端源/漏部的至少内侧壁实质上共面；
第一器件的下端源/漏部的至少上部的外侧壁与第二器件的下端源/漏部的至少外侧壁实质上共面。


9.根据权利要求1所述的半导体装置，第一器件和第二器件各自还包括：
上端的沟道部上的硬掩模层，
其中，第一器件和第二器件的硬掩模层构成闭合环形。


10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，第一器件和第二器件各自的沟道部沿着所述U形具有实质上相同的厚度。


11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，第一器件沟道部的厚度不同于第二器件的沟道部的厚度。


12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，第一器件和第二器件各自的源/漏部相对于沟道部向着所述U形的内侧伸出，从而源/漏部和沟道部在截面图中呈C形。


13.根据权利要求12所述的半导体装置，其中，第一器件的源/漏部相对于沟道部的伸出程度与第二器件的源/漏部相对于沟道部的伸出程度实质上相同。


14.根据权利要求12所述的半导体装置，其中，栅堆叠靠近沟道部的端部嵌于所述C形内。


15.根据权利要求12所述的半导体装置，其中，源/漏部在截面图中具有朝向所述U形的内侧渐缩的形状。


16.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述U形具有圆拐角...

【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