具有支持增强的载流子迁移率的受压有源区的半导体器件制造技术

一种半导体器件，包括衬底、衬底上的第一绝缘层、在第一绝缘层上的间隔开的位置处的源极图案和漏极图案、以及具有诸如过渡金属二硫属化物之类的过渡金属的沟道层。沟道层在第一绝缘层上并在源极图案和漏极图案之间延伸。还设置第二绝缘层，该第二绝缘层在沟道层上延伸，并且具有比第一绝缘层的厚度小的厚度。设置栅极结构，该栅极结构在第二绝缘层上延伸，并与沟道层相对。沟道层可以包括MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoSe2、WTe2和ZrSe2中的至少一种。中的至少一种。中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
具有支持增强的载流子迁移率的受压有源区的半导体器件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年10月15日递交的韩国专利申请No.10
‑
2021
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0137382的优先权，将其公开通过引用合并在此。


[0003]本专利技术构思涉及利用压应力和拉应力来增强器件性能的半导体器件。

技术介绍

[0004]为了改善半导体器件的性能，正在进行研究以增加电荷载流子的迁移率和/或降低源极/漏极区的电阻。此外，为了克服响应于半导体器件的尺寸减小而导致的半导体器件的电特性的限制(例如，短沟道效应等)，随着半导体芯片的集成度增加，正在努力开发具有三维有源区的半导体器件(例如FinFET)。

技术实现思路

[0005]本专利技术构思的一方面旨在提供具有改善的电特性的半导体器件。
[0006]根据本专利技术构思的实施例，一种半导体器件包括：(i)衬底；(ii)第一绝缘层，在衬底上延伸；(iii)源极图案和漏极图案，布置在第一绝缘层上并且彼此间隔开；(iv)包括过渡金属的沟道层，在第一绝缘层上并在源极图案和漏极图案之间延伸；(v)第二绝缘层，在沟道层上延伸，并且比第一绝缘层薄；以及(vi)栅极结构，在第二绝缘层上延伸。
[0007]根据本专利技术构思的另一实施例，一种半导体器件包括：衬底、在衬底上延伸的第一绝缘层、以及布置在第一绝缘层上并且在第一方向上彼此间隔开的源极图案和漏极图案，该第一方向平行于衬底的上表面。还设置沟道层，该沟道层在第一绝缘层上并在源极图案和漏极图案之间延伸。沟道层可以包括具有二维平面结构的材料。设置栅极结构，该栅极结构在与第一方向垂直的第二方向上延伸，在衬底上与沟道层相交，并且至少覆盖沟道层的上表面和侧表面。
[0008]根据本专利技术构思的另一实施例，一种半导体器件包括：(i)衬底；(ii)多个沟道层，包括过渡金属并且在与衬底垂直的第一方向上彼此间隔开；(iii)源极图案和漏极图案，布置在多个沟道层的两侧以接触多个沟道层；以及(iv)栅极结构，在第二方向上延伸，在衬底上与多个沟道层相交，并且围绕多个沟道层。栅极结构可以包括：围绕沟道层的侧表面并且包括六方氮化硼(h
‑
BN)的栅极绝缘层、围绕栅极绝缘层的外侧表面的栅极介电层、以及围绕栅极介电层的外侧表面的栅电极层。
[0009]根据本专利技术构思的另一实施例，一种半导体器件包括：衬底、在衬底上延伸的第一绝缘层、在第一绝缘层上延伸的源极图案、以及在衬底上方延伸并在与衬底的上表面垂直的第一方向上与源极图案间隔开的漏极图案。还设置沟道层，该沟道层在第一方向上并在源极图案和漏极图案之间延伸，并且包括过渡金属。设置栅极绝缘层，该栅极绝缘层在源极图案和漏极图案之间延伸，并且围绕沟道层的侧表面。设置栅极介电层，该栅极介电层在源
极图案和漏极图案之间延伸，并且围绕栅极绝缘层的外侧表面。设置栅电极层，该栅电极层在源极图案和漏极图案之间延伸，并且至少围绕栅极介电层的外侧表面。
附图说明
[0010]通过结合附图的以下详细描述，将更清楚地理解本专利技术构思的上述和其他方面、特征和优点，其中：
[0011]图1是示出了根据示例实施例的半导体器件的平面图。
[0012]图2、图3A至图3C以及图4至图6是示出了根据示例实施例的半导体器件的截面图。
[0013]图7是示出了根据示例实施例的半导体器件的平面图。
[0014]图8至图10是示出了根据示例实施例的半导体器件的截面图。
[0015]图11是示出了根据示例实施例的半导体器件的平面图。
[0016]图12、图13A至图13B、图14A至图14B以及图15A至图15B是示出了根据示例实施例的半导体器件的截面图。
[0017]图16是示出了根据示例实施例的半导体器件的截面图。
具体实施方式
[0018]在下文中，将参考附图描述本专利技术构思的优选实施例。
[0019]图1是示出了根据示例实施例的半导体器件的平面图，并且图2是示出了根据示例实施例的半导体器件的截面图。具体地，图2示出了沿线I
‑
I
′
截取的图1的半导体器件的截面图。为了便于描述，在图1和图2中仅示出了半导体器件的主要组件。
[0020]参考图1和图2，半导体器件1可以包括衬底101、设置在衬底上的第一绝缘层120、布置在第一绝缘层120上并且彼此间隔开的源极图案150S和漏极图案150D、设置在第一绝缘层120上并位于源极图案150S和漏极图案150D之间的沟道层140、设置在沟道层140上的第二绝缘层130、以及设置在第二绝缘层130上的栅极结构160。第一绝缘层120、源极图案150S和漏极图案150D、沟道层140、第二绝缘层130以及栅极结构160可以构成晶体管(例如，场效应晶体管)。在下文中，晶体管将被视为NMOS晶体管，除非另有说明。
[0021]衬底101可以具有在X和Y方向上延伸的上表面。衬底101可以包括半导体材料，例如IV族半导体、III
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V族化合物半导体、或II
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VI族化合物半导体。例如，IV族半导体可以包括硅、锗或硅
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锗。衬底101可以被提供为体晶片、外延层、绝缘体上硅(SOI)层、绝缘体上半导体(SeOI)层等。
[0022]沟道层140可以设置在衬底101上方。沟道层140可以包括由单层原子、分子或单元构成的材料(在下文中，被称为2D材料)。2D材料可以具有分层结构。例如，沟道层140可以包括化学式为MX2(其中，M是过渡金属，并且X是硫属元素)的过渡金属二硫属化物。沟道层140可以具有分层结构，其中M个原子的平面被X个原子的平面夹住。沟道层140可以具有不超过三个原子层的厚度。例如，沟道层140可以包括二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨(WSe2)、二碲化钨(WTe2)和二硒化锆(ZrSe2)中的一种或多种。过渡金属和硫属元素不限于此。2D材料可以被提供为原子、分子或单元的薄单层。因此，与包括其他材料的沟道层相比，在包括2D材料的沟道层140中，有利于抑制短沟道效应，并且尤其有利于改善具有1nm(即，)或更小尺度的器件的性能。
[0023]第一绝缘层120和第二绝缘层130可以分别设置在沟道层140的上方和下方。在实施例中，第一绝缘层120可以设置在衬底101的上表面和沟道层140的下表面之间，并且可以设置为覆盖沟道层140的下表面。在实施例中，第一绝缘层120可以延伸以完全覆盖衬底101的上表面。第二绝缘层130可以设置在沟道层140的上表面和栅极结构160的下表面之间，并且可以延伸以至少覆盖沟道层140的上表面。
[0024]第一绝缘层120和第二绝缘层130可以包括相同的材料。例如，第一绝缘层120和第二绝缘层130可以包括2D材料，例如包括摩尔比为1∶1的异质元素在内的2D材料。例如，第一绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：衬底；第一绝缘层，在所述衬底上延伸；源极图案和漏极图案，在所述第一绝缘层上的间隔开的位置处；沟道层，其中具有过渡金属，所述沟道层在所述第一绝缘层上并在所述源极图案和所述漏极图案之间延伸；第二绝缘层，在所述沟道层上延伸，并且具有比所述第一绝缘层的厚度小的厚度；以及栅极结构，在所述第二绝缘层上延伸，并与所述沟道层相对。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述沟道层包括过渡金属二硫属化物。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述沟道层包括M
o
S2、WS2、MoSe2、WSe2、MoSe2、WTe2和ZrSe2中的至少一种，并且具有不超过三个原子层的厚度。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一绝缘层的厚度比所述第二绝缘层的厚度厚3埃至30埃。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括六方氮化硼h
‑
BN。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一绝缘层包括六方氮化硼h
‑
BN，并且所述第二绝缘层包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述源极图案与所述沟道层的第一侧表面和所述沟道层的上表面的第一部分接触；并且其中，所述漏极图案与所述沟道层的第二侧表面和所述沟道层的上表面的第二部分接触。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第二绝缘层的至少一部分设置在所述源极图案和所述漏极图案之间。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述源极图案和所述漏极图案包括金属材料。10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述源极图案和所述漏极图案分别包括金Au、铜Cu、镍Ni、银Ag、铝Al、钼Mo、铬Cr、钽Ta、钛Ti和钨W中的至少一种。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述栅极结构包括：栅极介电层，在所述第二绝缘层上延伸；栅电极层，在所述栅极介电层上延伸；以及栅极间隔物层，至少在所述栅电极层的侧表面上延伸。12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述栅极介电层包括氧化铪HfOx、氧化铪铝HfAlOx、氧化铪硅HfSiOx、氧化铪锆HfZrOx、氧化铪钇HfYOx和氧化铪钆HfGdOx中的至少一种。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宇彬，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：