用于制造包括超晶格的倒T形沟道场效应晶体管(ITFET)的器件和方法技术

半导体器件可以包括基板和在基板上并且包括超晶格的倒T形沟道。超晶格可以包括堆叠的层组，其中每个层组包括限定基础半导体部分的堆叠的基础半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。半导体器件还可以包括在倒T形沟道的相对端上的源极区域和漏极区域，以及在源极区域和漏极区域之间覆盖倒T形沟道的栅极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造包括超晶格的倒T形沟道场效应晶体管(ITFET)的器件和方法
本专利技术涉及半导体领域，并且更具体地，涉及包括超晶格的半导体器件和相关联的方法。
技术介绍
已经提出了增强半导体器件的性能的结构和技术，诸如通过增强电荷载流子的移动性。例如，授予Currie等人的美国专利申请No.2003/0057416公开了硅、硅锗和松弛硅的应变材料层，并且还包括无杂质的区(否则杂质会造成性能降级)。在上部硅层中产生的双轴应变更改了载流子移动性，从而实现了更高速度和/或更低功率的器件。授予Fitzgerald等人的已公开美国专利申请No.2003/0034529公开了也基于类似的应变硅技术的CMOS反相器。授予Takagi的美国专利No.6,472,685B2公开了一种半导体器件，其包括硅和夹在硅层之间的碳层，使得第二硅层的导带和价带接受拉伸应变。有效质量较小并且已经由施加到栅电极的电场感应出的电子被限制在第二硅层中，因此，断言n沟道MOSFET具有更高的移动性。授予Ishibashi等人的美国专利No.4,937,204公开了一种超晶格，其中交替地且外延生长其中少于八个单层并且包含分数或二元或二元化合物半导体层的多个层。主电流流动的方向垂直于超晶格的层。授予Wang等人的美国专利No.5,357,119公开了通过减少超晶格中的合金散射而获得的具有更高移动性的Si-Ge短周期超晶格。沿着这些思路，授予Candelaria的美国专利No.5,683,934公开了一种增强移动性的MOSFET，该MOSFET包括沟道层，该沟道层包括以将沟道层置于拉伸应变下的百分比交替存在于硅晶格中的硅合金和第二材料。授予Tsu的美国专利No.5,216,262公开了一种量子阱结构，其包括两个势垒区域和夹在势垒之间的外延生长的薄半导体层。每个势垒区域由交替的SiO2/Si层组成，其厚度一般在二到六个单层的范围内。在势垒层之间夹有厚得多的硅部分。Tsu于2000年9月6日在AppliedPhysicsandMaterialsScience&Processing第391-402页在线发表的标题为“Phenomenainsiliconnanostructuredevices”的文章公开了硅和氧的半导体原子超晶格(SAS)。公开了在硅量子和发光器件中有用的Si/O超晶格。特别地，构造并测试了绿色电致发光二极管结构。二极管结构中的电流流动是垂直的，即，垂直于SAS的层。所公开的SAS可以包括被诸如氧原子和CO分子之类的吸附物质隔开的半导体层。超出被吸附的氧单层的硅生长被描述为具有相当低缺陷密度的外延生长。一种SAS结构包括1.1nm厚的硅部分，该部分大约为八个原子硅层，而另一种结构的硅厚度是该硅厚度的两倍。发表在PhysicalReviewLetters第89卷第7期(2002年8月12日)上的Luo等人的标题为“ChemicalDesignofDirect-GapLight-EmittingSilicon”的文章进一步讨论了Tsu的发光SAS结构。授予Wang等人的美国专利No.6,376,337公开了由薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或氢形成的势垒层构造块，由此超过四个数量级进一步减少了垂直流过晶格的电流。绝缘层/势垒层允许在绝缘层旁边沉积低缺陷外延硅。授予Mears等人的公开的英国专利申请2,347,520公开了非周期性光子带隙(APBG)结构的原理可以适用于电子带隙工程。特别地，该申请公开了可以调整材料参数(例如，能带最小值的位置、有效质量等)，以产生具有期望带结构特点的新型非周期性材料。还公开了其它参数(诸如电导率、热导率和介电常数或磁导率)也可能被设计进该材料中。此外，授予Wang等人的美国专利No.6,376,337公开了用于生产半导体器件的绝缘或势垒层的方法，该方法包括在硅基板上沉积一层硅和至少一种附加元素，由此沉积层基本上没有缺陷，使得可以在沉积层上沉积基本上没有缺陷的外延硅。可替代地，一种或多种元素(优选地包括氧)的单层被吸收在硅基板上。夹在外延硅之间的多个绝缘层形成势垒复合物。尽管存在此类方法，但是在某些应用中，可能期望进一步的增强以使用先进的半导体处理技术。
技术实现思路
半导体器件可以包括基板和在基板上并且包括超晶格的倒T形沟道。超晶格可以包括多个堆叠的层组，其中每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。半导体器件还可以包括在倒T形沟道的相对端上的源极区域和漏极区域，以及在源极区域和漏极区域之间覆盖倒T形沟道的栅极。在示例实施例中，基板可以包括绝缘体上半导体(SOI)基板。栅极可以包括覆盖超晶格沟道层的栅极绝缘体和覆盖栅极绝缘体的栅电极。举例来说，每个基础半导体部分可以包括选自由IV族半导体、III-V族半导体和II-VI族半导体组成的组中的基础半导体。此外，至少一个非半导体单层可以包括选自由氧、氮、氟和碳-氧组成的组中的非半导体。例如，基础半导体单层可以包括硅，并且至少一个非半导体单层可以包括氧。在一些示例实施例中，所有的基础半导体部分可以是相同数量的单层厚度。在其它示例实施例中，至少一些基础半导体部分可以是不同数量的单层厚度。用于制造半导体器件的方法可以包括在基板上形成倒T形沟道，其中该倒T形沟道包括超晶格。超晶格可以包括多个堆叠的层组，其中每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。该方法还可以包括在倒T形沟道的相对端上形成源极和漏极区域，以及在源极区域和漏极区域之间形成覆盖倒T形沟道的栅极。更特别地，形成倒T形沟道还可以包括在基板上形成超晶格、蚀刻超晶格以在其中限定翼片(fin)、在翼片的相对侧上形成侧壁间隔物、蚀刻超晶格的横向地位于侧壁间隔物外侧的部分，以限定倒T形沟道，以及去除侧壁间隔物。附图说明图1是用在根据本专利技术的半导体器件中的超晶格的非常放大的示意性横截面图。图2是图1中所示的超晶格的一部分的透视原子示意图。图3是根据本专利技术的超晶格的另一个实施例的非常放大的示意性横截面图。图4A是对于现有技术中的块状硅以及对于如图1-2中所示的4/1Si/O超晶格，都从伽玛点(G)计算得到的能带结构的曲线图。图4B是对于现有技术中的块状硅以及对于如图1-2中所示的4/1Si/O超晶格，都从Z点计算得到的能带结构的曲线图。图4C是对于现有技术中的块状硅以及对于如图3中所示的5/1/3/1Si/O超晶格，都从伽玛和Z点计算得到的能带结构的曲线图。图5是根据本专利技术的包括超晶格的ITFET的示意性横截面图。图6A-6G是图示制造图5的ITFET的方法的一系列示意性横截面图。具体实施方式现在将在下文中参考附图更全面地描述本专利技术，在附图中示出了本专利技术的优选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：/n基板；/n在基板上并且包括超晶格的倒T形沟道，所述超晶格包括多个堆叠的层组，每个层组包括：限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层；/n在倒T形沟道的相对端上的源极区域和漏极区域；以及/n在源极区域和漏极区域之间覆盖倒T形沟道的栅极。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180412 US 62/656,4601.一种半导体器件，包括：
基板；
在基板上并且包括超晶格的倒T形沟道，所述超晶格包括多个堆叠的层组，每个层组包括：限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层；
在倒T形沟道的相对端上的源极区域和漏极区域；以及
在源极区域和漏极区域之间覆盖倒T形沟道的栅极。


2.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述基板包括绝缘体上半导体(SOI)基板。


3.如权利要求1所述的半导体器件，其中栅极包括覆盖超晶格沟道层的栅极绝缘体和覆盖栅极绝缘体的栅电极。


4.如权利要求1所述的半导体器件，其中基础半导体单层包括硅。


5.如权利要求1所述的半导体器件，其中每个基础半导体部分包括选自由IV族半导体、III-V族半导体和II-VI族半导体组成的组中的基础半导体。


6.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述至少一个非半导体单层包括氧。


7.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述至少一个非半导体单层包括选自由氧、氮、氟和碳-氧组成的组中的非半导体。


8.如权利要求1所述的半导体器件，其中所有基础半导体部分是相同数量的单层厚度。


9.如权利要求1所述的半导体器件，其中基础半导体部分中的至少一些是不同数量的单层厚度。


10.一种半导体器件，包括：
绝缘体上半导体(SOI)基板；
在绝缘体上半导体基板上并且包括超晶格的倒T形沟道，所述超晶格包括多个堆叠的层组，每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层；
在倒T形沟道的相对端上的源极区域和漏极区域；以及
在源极区域和漏极区域之间覆盖倒T形沟道的栅极，并且所述栅极包括覆盖超晶格沟道层的栅极绝缘体和覆盖栅极绝缘体的栅电极。


11.如权利要求10所述的半导体器件，其中基础半导体单层包括硅。


12.如权利要求10所述的半导体器件，其中每个基础半导体部分包括选自由IV族半导体、III-V族半导体和II-VI族半导体组...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·史蒂芬森，
申请(专利权)人：阿托梅拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US