纳米结构场效应晶体管器件及其形成方法技术

本申请提供了纳米结构场效应晶体管器件及其形成方法。一种形成半导体器件的方法，包括：形成突出于衬底上方的鳍结构，其中该鳍结构包括鳍和位于鳍上方的层堆叠，该层堆叠包括第一半导体材料和第二半导体材料的交替层；在鳍结构上方形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构；在鳍结构中在第一伪栅极结构和第二伪栅极结构之间形成开口；通过执行注入工艺将鳍的暴露于开口的底部的上层转化为种子层；在开口的底部的种子层上方选择性地沉积电介质层；以及在第二半导体材料的被开口暴露的相对侧壁上选择性地生长源极/漏极材料。上选择性地生长源极/漏极材料。上选择性地生长源极/漏极材料。

【技术实现步骤摘要】
纳米结构场效应晶体管器件及其形成方法


[0001]本公开总体涉及半导体
，更具体地涉及纳米结构场效应晶体管器件及其形成方法。

技术介绍

[0002]半导体器件用于各种电子应用(例如，个人计算机、手机、数码相机和其他电子设备)中。半导体器件通常通过以下步骤来制造：在半导体衬底上方沉积绝缘或电介质材料层、导电材料层和半导体材料层，并使用光刻对各种材料层进行图案化以在其上形成电路元件和组件。
[0003]半导体工业通过不断减小最小特征尺寸来不断提高各种电子元件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度，这允许将更多元件集成到给定区域中。然而，随着最小特征尺寸的减小，出现了应解决的其他问题。

技术实现思路

[0004]在本申请的一方面中，提供一种形成半导体器件的方法，该方法包括：形成突出于衬底上方的鳍结构，其中所述鳍结构包括鳍和位于所述鳍上方的层堆叠，所述层堆叠包括第一半导体材料和第二半导体材料的交替层；在所述鳍结构上方形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构；在所述鳍结构中在所述第一伪栅极结构和所述第二伪栅极结构之间形成开口；通过执行注入工艺将所述鳍的暴露于所述开口的底部的上层转化为种子层；在所述开口的底部的所述种子层上方选择性地沉积电介质层；以及在所述第二半导体材料的被所述开口暴露的相对侧壁上选择性地生长源极/漏极材料。
[0005]在本申请的另一方面中，提供一种形成半导体器件的方法，该方法包括：在衬底上方形成鳍结构，所述鳍结构包括鳍和位于所述鳍上方的层堆叠，所述层堆叠包括第一半导体材料和第二半导体材料的交替层；在所述鳍结构上方形成伪栅极结构；在所述鳍结构中邻近所述伪栅极结构形成开口，其中所述开口的侧壁暴露所述第一半导体材料的第一端部并暴露所述第二半导体材料的第二端部，并且其中所述开口的底部暴露所述鳍的上表面；用内部间隔物替代所述第一半导体材料的第一端部；以及在所述开口中形成源极/漏极区域，包括：在所述鳍的上表面上方选择性地沉积电介质层；以及使用外延生长工艺在所述第二半导体材料的第二端部上选择性地生长源极/漏极材料，其中在所述外延生长工艺之后，所述源极/漏极材料与所述电介质层间隔开。
[0006]根据本申请的又一方面，提供一种半导体器件，包括：突出于衬底上方的鳍；位于所述鳍上方的第一栅极结构；位于所述鳍上方的第二栅极结构；在所述第一栅极结构和所述第二栅极结构之间位于所述鳍上方的源极/漏极区域，其中所述源极/漏极区域和所述鳍之间存在气隙；以及所述第一栅极结构下方的第一沟道层和所述第二栅极结构下方的第二沟道层，其中所述源极/漏极区域从所述第一沟道层连续延伸至所述第二沟道层。
附图说明
[0007]当结合附图阅读下面的具体实施方式时，得以从下面的具体实施方式中最佳地理解本公开的各方面。要注意的是，根据行业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意增大或减小。
[0008]图1以三维视图示出了根据一些实施例的纳米结构场效应晶体管(NSFET)器件的示例。
[0009]图2、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A
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图5C、图6A
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图6C、图7
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图10、图11A
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图11C、图12A、图12B、图13A、图13B、图14A和图14B是根据一实施例的纳米结构场效应晶体管器件在制造的各个阶段的横截面图。
[0010]图15是在一些实施例中形成半导体器件的方法的流程图。
具体实施方式
[0011]下面的公开内容提供了用于实现本专利技术的不同特征的许多不同的实施例或示例。下面描述了元件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不意图是限制性的。例如，在随后的描述中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。
[0012]此外，为了便于描述，本文中可能使用了空间相关术语(例如，“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等)，以描述图中示出的一个要素或特征相对于另外(一个或多个)要素或(一个或多个)特征的关系。这些空间相关术语意图涵盖器件在使用或操作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文中所使用的空间相关描述符同样可被相应地解释。
[0013]根据一些实施例，气隙形成在纳米结构器件的源极/漏极区域下方，例如，在源极/漏极区域和下方的鳍之间。气隙有利地减小了所形成器件的边缘电容和漏电流。为了形成气隙，在鳍结构中在相邻伪栅极结构之间形成源极/漏极开口。接下来，执行离子注入工艺以将鳍的被源极/漏极开口暴露的上层转化为种子层。接下来，在种子层上选择性地形成电介质层。接下来，在暴露于源极/漏极开口的侧壁的半导体材料上选择性地生长外延源极/漏极材料。源极/漏极开口的底部的电介质层阻止从源极/漏极开口的底部生长外延源极/漏极材料。因此，源极/漏极材料从被源极/漏极开口暴露的半导体材料的侧壁横向生长并合并以形成源极/漏极区域，在源极/漏极区域与下方的设置在鳍上的电介质层之间形成了气隙。
[0014]图1以三维视图示出了根据一些实施例的纳米结构场效应晶体管(NSFET)器件30的示例。NSFET器件30包括突出于衬底50上方的半导体鳍90(也称为鳍)。栅极电极122(例如，金属栅极)设置在鳍上方，并且源极/漏极区域112形成在栅极电极122的相对侧上。多个纳米结构54(例如，纳米线或纳米片)形成在鳍90上方并且在源极/漏极区域112之间。隔离区域96形成在鳍90的相对侧上。栅极电介质层120形成在纳米结构54周围。栅极电极122在栅极电介质层120上方和周围。
[0015]图1还示出了在后面的图中使用的参考横截面。横截面A
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A沿着栅极电极122的纵轴并且在例如与NSFET器件30的源极/漏极区域112之间的电流流动的方向垂直的方向上。
横截面B
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B垂直于横截面A
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A并且沿着鳍90的纵轴并且在例如NSFET器件的源极/漏极区域112之间的电流流动的方向上。横截面C
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C平行于横截面B
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B并且在两个相邻鳍90之间。横截面D
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D平行于横截面A
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A并且延伸穿过NSFET器件的源极/漏极区域112。为了清楚起见，随后的图参考了这些参考横截面。
[0016]图2、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A
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图5C、图6A
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图6C、图7
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图10、图11A
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图11C、图12A、图12B、图13A、图13B、图14A和图14B是根据一实施例的纳米结构场效应晶体管(NSFET)器件100在制造的各个阶段的横截面图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成半导体器件的方法，该方法包括：形成突出于衬底上方的鳍结构，其中所述鳍结构包括鳍和位于所述鳍上方的层堆叠，所述层堆叠包括第一半导体材料和第二半导体材料的交替层；在所述鳍结构上方形成第一伪栅极结构和第二伪栅极结构；在所述鳍结构中在所述第一伪栅极结构和所述第二伪栅极结构之间形成开口；通过执行注入工艺将所述鳍的暴露于所述开口的底部的上层转化为种子层；在所述开口的底部的所述种子层上方选择性地沉积电介质层；以及在所述第二半导体材料的被所述开口暴露的相对侧壁上选择性地生长源极/漏极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二半导体材料的相对侧壁上生长的所述源极/漏极材料合并以形成源极/漏极区域，其中在所述源极/漏极区域和所述电介质层之间存在气隙。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：在形成所述开口之后并且在所述转化之前，用内部间隔物替代所述第一半导体材料的被所述开口暴露的端部。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在选择性地沉积所述电介质层之后，所述电介质层的远离所述衬底的上表面位于所述内部间隔物中的最下面的内部间隔物的下表面和上表面之间。5.根据权利要求2所述的方法，还包括：在所述注入工艺之后并且在选择性地沉积所述电介质层之前，执行退火工艺。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述鳍包括硅，并且所述注入工艺是使用包括碳、氮、氧或它们的组合的气体源而被执行的。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电介质层由氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙俊名，张哲豪，吴振诚，徐志安，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：