用于形成半导体器件的方法技术

提供了一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括：形成器件层堆叠体，该器件层堆叠体包括下部牺牲层和沟道层的交替序列、以及在最顶部沟道层上方的顶部牺牲层，其中该顶部牺牲层比每个下部牺牲层厚；蚀刻该顶部牺牲层以在牺牲栅极结构下方形成顶部牺牲层部分；在该顶部牺牲层部分的端面上形成第一间隔件；在使用该第一间隔件作为蚀刻掩模时蚀刻这些沟道层和下部牺牲层以形成沟道层部分和下部牺牲层部分；在该第一间隔件掩蔽该顶部牺牲层部分的端面时，蚀刻这些下部牺牲层部分以在该器件层堆叠体中形成凹部；以及在这些凹部中形成第二间隔件。间隔件。间隔件。

【技术实现步骤摘要】
用于形成半导体器件的方法


[0001]本专利技术构思涉及一种用于形成半导体器件的方法。

技术介绍

[0002]现代半导体集成电路技术包括水平沟道晶体管，其中，具有跨接鳍状半导体沟道部分的栅极的鳍式FET(FinFET)是一个示例。其他示例包括水平或侧向纳米线FET(NWFET)和纳米片FET(NSHFET)。这些晶体管结构典型地包括源极、漏极、包括水平地(即，沿着衬底)延伸的一个或多个纳米线或纳米片状沟道部分的沟道、以及栅极堆叠体。在全环绕栅极(GAA)设计中，沟道部分可以延伸穿过栅极堆叠体，使得栅极堆叠体全环绕这些沟道部分中的一个或多个沟道部分。可以在栅极堆叠体与源极/漏极区之间的位置处提供介电材料的间隔件(“内部间隔件(inner spacers)”)。内部间隔件可以减小源极/漏极区与栅极之间的电容耦合。
[0003]水平NWFET或NSHFET器件的制造方法可以基于交替的牺牲层和沟道层构成的半导体层堆叠体的处理。这种处理可以(例如，在牺牲/伪栅极去除之后)包括蚀刻掉这些沟道层上方和下方的牺牲层材料以形成(例如，纳米线或纳米片形状的)“释放的”沟道层(其随后被栅极堆叠体包围)的步骤。在这种沟道释放步骤期间，内部间隔件可以起到掩蔽源极/漏极区以免蚀刻的附加目的。
[0004]“叉片(forksheet)”器件是允许提供以相对紧密的接近度邻近于彼此的n型NSHFET和p型NSHFET的设计，其各自由叉形栅极结构控制并且由绝缘壁分隔。在栅极图案化之前，可以在p型器件区和n型器件区之间形成绝缘壁。该壁可以将p栅极沟槽与n栅极沟槽分离，从而允许更紧密的n到p间隔。
[0005]叉片器件制造方法可以包括形成由交替的牺牲层和沟道层构成的并且由沟槽分离的一对层堆叠体。可以用绝缘材料填充沟槽以形成绝缘壁。然后可以进行比如栅极图案化、源极/漏极区外延、沟道释放等处理步骤。
[0006]为了允许在每个层堆叠体的最顶部沟道层上方增加绝缘壁的高度，可以在每个层堆叠体的最顶部沟道层上方设置顶部牺牲层，该顶部牺牲层具有比这些层堆叠体的下部牺牲层更大的厚度。然而，专利技术人已经认识到，较厚的顶部牺牲层可能使内部间隔件的形成复杂化，特别是在最顶部沟道层下方以及上方形成内部间隔件时。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术构思的目的是提供一种用于形成包括内部间隔件的半导体器件的改进方法，该方法与叉片器件制造兼容，其中要处理的层堆叠体具有比下部牺牲层更厚的顶部牺牲层。可以进一步设想，这种方法可以具有超出叉片器件制造的适用性。因此，更一般地，目的是提供一种用于形成包括(内部)间隔件的半导体器件的方法，该方法与用于其他类型的半导体器件(例如，水平NWFET或NSHFET)的制造过程兼容，这些制造过程涉及处理具有比下部牺牲层更厚的顶部牺牲层的牺牲/沟道层堆叠体。可以从下文中理解另外的和替
代性的目的。
[0008]根据本专利技术构思的一方面，提供了一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括：在衬底上形成器件层堆叠体，该器件层堆叠体包括下部牺牲层和沟道层的交替序列、以及在这些沟道层中的最顶部沟道层上方的顶部牺牲层，其中该顶部牺牲层比每个下部牺牲层厚；形成跨该器件层堆叠体延伸的牺牲栅极结构；在使用该牺牲栅极结构作为蚀刻掩模时蚀刻顶部牺牲层以在该牺牲栅极结构下方形成顶部牺牲层部分；在该牺牲栅极结构的相对侧壁上和该顶部牺牲层部分的端面上形成第一间隔件；在使用该牺牲栅极结构和该第一间隔件作为蚀刻掩模时蚀刻这些沟道层和下部牺牲层以在该牺牲栅极结构下方形成沟道层部分和下部牺牲层部分；在该第一间隔件掩蔽该顶部牺牲层部分的端面时，蚀刻这些下部牺牲层部分以在该器件层堆叠体中、在该牺牲栅极结构的相对侧上形成凹部；以及在这些凹部中形成第二间隔件，包括：共形沉积介电材料并且使用各向同性蚀刻来蚀刻共形沉积的介电材料，使得在该牺牲栅极结构的相对侧上暴露这些沟道层部分的端面并且该介电材料保留在这些凹部中以形成该第二间隔件。
[0009]根据本专利技术方法，在蚀刻下部牺牲层部分以形成凹部时，第一间隔件掩蔽该顶部牺牲层部分的端面。因此，可以掩蔽顶部牺牲层部分，并且仅在下部牺牲层部分处，即，在沟道层之间而不在顶部牺牲层部分处形成凹部。
[0010]在概念上，根据该方法，顶部牺牲层部分可以被认为被结合到牺牲栅极结构中。这又允许在顶部牺牲层部分处的内部间隔件形成(通过形成第一/栅极间隔件)与下部牺牲层处的内部间隔件形成(通过形成第二间隔件)分离。换句话说，第一间隔件可以具有限定牺牲栅极结构的栅极间隔件(在常规意义上)和顶部牺牲层处的内部间隔件的双重功能。同时，第二间隔件可以在下部牺牲层处限定内部间隔件。
[0011]通过共形沉积介电材料以及随后对其进行各向同性蚀刻而形成第二间隔件赋予避免对器件的其他结构(比如第一间隔件)造成蚀刻侵蚀的附加优点：使用各向同性蚀刻来蚀刻用于第二间隔件的共形沉积的介电材料允许以(至少基本上)均匀的速率去除介电材料。因此，由介电材料覆盖的结构可以基本上对蚀刻剂保持被介电材料覆盖，直到这些沟道层部分的端面被暴露，在此可以停止各向同性蚀刻。可以理解，这也可以降低对第二间隔件的介电材料的蚀刻选择性的要求，例如相对于第一间隔件材料而言。
[0012]形成第二间隔件的介电材料可以被沉积一定厚度，使得这些凹部被介电材料夹断(pinched
‑
off)。因此，沉积在凹部中的介电材料的(局部)厚度(水平地看)可以大于沉积在沟道层部分的端面上的介电材料的(局部)厚度(水平地)。因此，当各向同性蚀刻暴露出沟道层部分的端面时，介电材料可以保留在凹部中以形成第二间隔件。
[0013]形成第二间隔件以便在凹部中实现夹断效应的介电材料的最小厚度可以是凹部的高度(即，沿着下部牺牲层在凹部处的侧面，凹部的延伸长度)的一半。
[0014]术语“最顶部层”可以用于指(例如，相同器件层堆叠体中相同类型的这些层中的)最靠近顶部、即最远离衬底的层。
[0015]应注意，本专利技术方法涉及用于形成半导体器件的方法的特定部分。然而，该方法可以包括比如制备衬底等先前步骤和比如将半导体器件最终形成为晶体管器件的随后步骤，例如包括形成最终的栅极堆叠体以及结合线结构的后端。
[0016]该方法可以有利地用于形成包括纳米片(nanosheet)沟道部分的堆叠体的纳米片
晶体管结构(例如，“叉片”FET结构)。然而，该方法不限于包括纳米片沟道部分的堆叠体的晶体管结构，而是总体上适用于形成包括例如纳米线或纳米片形状的一个或多个沟道层部分的晶体管结构，例如场效应晶体管(FET)结构。
[0017]这些牺牲层和沟道层是不同半导体材料的层，其中，牺牲层的材料可以相对于沟道层的材料被选择性地去除或蚀刻，反之亦然。选择性蚀刻去除一种材料的速率大于另一种。例如，牺牲层的材料因此可以在蚀刻过程中被去除，同时至少部分地保留沟道层的材料。
[0018]也就是说，牺牲层的选择性去除可以包括以比沟道层的材料更大的速率蚀刻牺牲层的材料。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成半导体器件的方法，该方法包括：在衬底(10)上形成器件层堆叠体(20)，该器件层堆叠体(20)包括下部牺牲层(22)和沟道层(24)的交替序列、以及在这些沟道层(24)中的最顶部沟道层上方的顶部牺牲层(26)，其中该顶部牺牲层(26)比每个下部牺牲层(22)厚；形成跨该器件层堆叠体(20)延伸的牺牲栅极结构(30)；在使用该牺牲栅极结构(30)作为蚀刻掩模时蚀刻该顶部牺牲层(26)以在该牺牲栅极结构(30)下方形成顶部牺牲层部分(27)；在该牺牲栅极结构(30)的相对侧壁上和该顶部牺牲层部分(27)的端面上形成第一间隔件(41)；在使用该牺牲栅极结构(30)和该第一间隔件(41)作为蚀刻掩模时蚀刻这些沟道层(24)和下部牺牲层(22)以在该牺牲栅极结构(30)下方形成沟道层部分(25)和下部牺牲层部分(23)；在该第一间隔件(41)掩蔽该顶部牺牲层部分(27)的端面时，蚀刻这些下部牺牲层部分(23)以在该器件层堆叠体(20)中、在该牺牲栅极结构(30)的相对侧上形成凹部(44)；以及在这些凹部(44)中形成第二间隔件(42)，包括：共形沉积介电材料并且使用各向同性蚀刻来蚀刻共形沉积的介电材料，使得在该牺牲栅极结构(30)的相对侧上暴露这些沟道层部分(25)的端面并且该介电材料保留在这些凹部(44)中以形成该第二间隔件(42)。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在形成该第二间隔件(42)之后，通过在这些沟道层部分(25)的暴露的端面上外延生长半导体材料来形成源极和漏极区(50)。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在形成该第二间隔件(42)之后，通过用栅极堆叠体(34)替换该牺牲栅极结构(30)来形成栅极堆叠体(34)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在形成该第二间隔件(42)时使用的该各向同性蚀刻对于该共形沉积的介电材料而不对该第一间隔件(41)的材料是选择性的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该顶部牺牲层(26)的蚀刻完全延伸穿过该顶部牺牲层(26)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，该器件层堆叠体(20)进一步包括该顶部牺牲层(26)与该最顶部沟道层(24)之间的绝缘界面层(47)；其中，在蚀刻该顶部牺牲层(26)时，该绝缘界面层(47)充当蚀刻停止件。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成该第一间隔件(41)包括共形沉积第一间隔件材料并且随后各向异性地蚀刻该第一间隔件材料，使得该...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文德，H，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：