通过使用凝聚形成局域化的弛豫衬底的方法技术

本发明专利技术涉及通过使用凝聚形成局域化的弛豫衬底的方法。描述了用于形成衬底的局域化的应变区域的方法和结构。沟槽可以在衬底的局域化区域的边界处形成。在局域化区域处的侧壁的上部部分可以由覆盖层覆盖，并且在局域化区域处的侧壁的下部部分可以不被覆盖。转变材料可以被形成为与局域化区域的下部部分和加热的衬底接触。加热可以将来自转变材料的化学种类引入到下部部分中，这在局域化区域中产生应力。所述方法可以用于形成应变沟道finFET。所述方法可以用于形成应变沟道finFET。所述方法可以用于形成应变沟道finFET。

【技术实现步骤摘要】
通过使用凝聚形成局域化的弛豫衬底的方法
[0001]本申请是申请日为2015年1月20日、申请号为201910005560.9、专利技术名称为“通过使用凝聚形成局域化的弛豫衬底的方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本技术涉及用于制作多层衬底的局域化的弛豫和应变区域的方法和结构，并且本技术可以用于形成应变沟道FET。

技术介绍

[0003]晶体管是现代数字处理器和存储器设备的基本器件元件，并且已经在电子工程的各种领域中找到各种应用，包括数据处理、数据存储和高功率应用。目前，存在可以用于不同应用的多种晶体管类型和设计。各种晶体管类型包括例如双极结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、垂直沟道或沟槽场效应晶体管和超结或多漏极晶体管。
[0004]在晶体管的MOSFET家族中已经出现两种类型的晶体管，它们表现出按比例缩小到超高密度和纳米尺度的沟道长度的希望。这些晶体管类型之一是所谓的鳍式场效应晶体管或者“finFET”。finFET的沟道形成于可以从衬底的表面扩展的三维鳍中。finFET具有对于互补MOS(CMOS)按比例缩小到更小尺寸而言有利的静电性质。因为鳍是三维结构，所以可以在鳍的三个表面上形成晶体管的沟道，使得对于在衬底上占据的给定的表面面积finFET可以呈现高电流开关性能。由于可以从衬底表面抬升沟道和器件，因此相比于传统平面型MOSFET可以存在耦合于邻近的器件之间的降低的电场。
[0005]第二种类型的晶体管称为完全耗尽型绝缘体上硅或者“FD
‑
SOI”FET。在位于薄绝缘体之上的薄平面半导体层中形成FD
‑
SOI FET的沟道、源极和漏极。因为半导体层和之下的绝缘体是薄的，所以晶体管的本体(其位于薄绝缘体之下)可以作为第二栅极。绝缘体上的半导体的薄层允许可以提升性能的更高的体偏置电压。薄绝缘体还降低到晶体管本体区域的漏电流，否则该漏电流将在体FET器件中发生。

技术实现思路

[0006]所描述的技术涉及用于制作衬底的局域化的应变区域的方法和结构。该技术可以用于形成应变沟道场效应晶体管。根据一些实施例，通过将finFET器件的鳍的第一部分转变成不同的化学成分，finFET器件的沟道区域可以被应变，该不同的化学成分将在其中形成沟道区域的鳍的第二部分中引起应变。第一部分的转变可以发生在半导体材料中已经形成鳍后，并且第一部分可以被形成为鳍的局域化的弛豫区域。例如，通过刻蚀沟槽以限定鳍，鳍可以被形成于半导体材料(例如，Si)中。其后，鳍的下部部分可以被转变成具有不同化学成分的材料(例如，SiGe)。在转变后，下部部分可以将应变施加到鳍的上部部分，产生用于finFET的应变沟道区域。
[0007]根据一些实施例，一种用于使FET的沟道区域应变的方法包括：在衬底的第一半导
体材料中形成沟槽，以限定包括FET的沟道区域的FET的第一区域。该方法进一步包括：在沟槽形成后，将第一区域的第一部分转变成不同的化学成分，使得经转变的第一部分将应变施加到沟道区域。该转变可以包括将衬底加热到如下这样的温度，在该温度下来自转变材料的化学成分凝聚到第一部分中以便在第一部分中形成应力。在材料转变期间的加热可以允许经转变的第一部分的塑性弛豫。
[0008]在一些方面，FET是FD
‑
SOI FET。在一些方面，FET是finFET。在一些实施方式中，第一区域包括finFET的鳍并且具有在约1nm和约25nm之间的宽度。根据一些方面，形成沟槽可以包括在第一半导体衬底中刻蚀沟槽以限定用于至少一个finFET的至少一个鳍。
[0009]在一些实施方式中，一种用于使FET的沟道区域应变的方法可以包括：覆盖第一区域的第二部分、在沟槽中沉积转变材料以及将衬底加热到如下这样的温度，在该温度下转变材料的至少一些成分进入第一区域的第一部分。转变材料可以包括与第一半导体材料不同的化学成分的第二半导体材料。在一些方面，转变材料是SiGe或SiC并且第一半导体材料是Si。在一些实施方式中，加热包括使转变材料氧化。在一些方面，沉积包括外延生长转变材料。在一些实施方式中，沉积包括沉积转变材料的非晶成分。
[0010]用于使FET的沟道区域应变的方法可以进一步包括：在加热衬底前沉积填充材料以填充沟槽。在一些实施方式中，填充材料是氧化物。在一些实施方式中，方法可以包括将转变材料的部分转换成氧化物。根据一些方面，用于使FET的沟道区域应变的方法可以包括：去除填充材料的部分以暴露沟道区域，以及在沟道区域处形成栅极结构。
[0011]动作的前述方面和实施方式可以以任何合适的组合被包括在用于使FET的沟道区域应变的方法中。
[0012]根据一些实施例，一种应变沟道finFET包括具有由第一半导体材料形成的沟道区域的鳍。第一半导体材料可以具有第一化学成分。finFET可以进一步包括形成于鳍中的应变引起部分，该应变引起部分在鳍的沟道区域中引起应变，其中应变引起部分包括已经被转变成第二半导体材料的第一半导体材料，该第二半导体材料具有不同于第一化学成分的第二化学成分。
[0013]在一些实施方式中，相比于第一半导体材料，第二半导体材料包括化学添加剂，并且化学添加剂的浓度跨鳍变化。在一些方面，化学添加剂在鳍的边缘区域处的浓度高于在鳍的中心处的浓度。在一些实施方式中，化学添加剂是锗或碳并且第一半导体是硅。
[0014]根据一些方面，鳍可以具有在约1nm和约25nm之间的宽度。在一些实施方式中，应变沟道finFET可以包括覆盖鳍的沟道区域但并不覆盖鳍的应变引起部分的覆盖材料层。在一些方面，该覆盖材料包括氧化物或者氮化物。
[0015]在一些实施方式中，应变沟道finFET可以包括在鳍的沟道区域处形成的栅极结构。在一些方面，应变沟道finFET可以包括在鳍和其上形成鳍的衬底的体区域之间的绝缘材料连续层。在一些实施方式中，应变沟道finFET的应变引起部分具有高于105缺陷/cm2的缺陷密度。
[0016]前述方面和实施方式可以以任何合适的组合被包括在应变沟道finFET的一个或者多个实施例中。
[0017]根据一些实施例，衬底上的finFET结构可以包括形成于第一化学成分的第一半导体材料中的鳍。鳍可以具有平行于衬底的表面延伸的长度和垂直于衬底的表面延伸的高
度。衬底可以进一步包括覆盖鳍的第一部分并且不覆盖鳍的第二部分的覆盖层，其中在第一部分和第二部分之间的边界沿着鳍的长度延伸。finFET结构还可以包括与鳍的第二部分直接接触的转变材料。转变材料可以包含如下这样的化学成分，当该化学成分被引入鳍的第二部分中时，沿着它被引入的区域的长度产生压应力或张应力。
[0018]在一些方面，鳍具有在约1nm和约25nm之间的宽度。在一些方面，第一半导体材料是硅。在一些实施方式中，化学成分是锗或碳。根据一些方面，转变材料包括外延SiGe或SiC。根据其他方面，转变材料包括非晶SiGe或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件，包括：第一半导体材料的衬底，所述衬底具有第一表面；在所述衬底中的多个凹陷，所述凹陷从所述第一表面延伸到所述衬底中；多个鳍，由所述多个凹陷形成，每个鳍包括所述第一半导体材料的第一部分和包括锗的第二部分，所述第一部分在所述第二部分之上；在所述衬底上的绝缘层，所述绝缘层位于所述凹陷中并且与所述多个鳍的第二部分抵接接触；以及栅极结构，在所述多个鳍的第一部分的三个侧上。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述多个鳍中的每一个的第一部分包括源极区域、漏极区域和所述源极区域与所述漏极区域之间的沟道区域，并且所述栅极结构抵接所述多个鳍的所述第一部分中的每一个的沟道区域的三个侧。3.根据权利要求1所述的器件，其中所述栅极结构抵接所述凹陷中的所述绝缘层。4.根据权利要求1所述的器件，其中所述多个鳍的第二部分向所述多个鳍的第一部分施加应变。5.根据权利要求1所述的器件，其中所述栅极结构包括：在所述多个鳍的第一部分上的栅极电介质层；以及在所述栅极电介质层上的栅极导体。6.根据权利要求5所述的器件，其中所述栅极电介质层和所述栅极导体与所述凹陷中的所述绝缘层抵接接触。7.一种器件，包括：衬底；形成在所述衬底上的鳍，所述鳍具有平行于所述衬底的表面延伸的长度和垂直于所述衬底的表面延伸的高度，所述鳍包括：包括沟道的第一部分；在所述第一部分与所述衬底之间的第二部分，所述第二部分被配置为对所述第一部分施加应变；与所述第一部分相邻的栅极电介质；与所述栅极电介质相邻的栅极电极；以及与所述第二部分相邻的绝缘层，所述绝缘层将所述栅极电介质和所述栅极电极与所述衬底分开，所述绝缘层进一步将所述鳍与所述衬底分开。8.根据权利要求7所述的器件，其中所述鳍具有1nm
‑
25nm的范围内的宽度。9.根据权利要求7所述的器件，其中所述第一半导体材料是硅。10.根据权利要求9所述的器件，其中所述化学成分包括锗或碳中的一种或多种。11.一种器件，包括：衬底；在所述衬底上的鳍，所述鳍包括：上部部分；由应变引起化合物制成的基底区域，所述基底区域在所述上部部分中引起应变；源极区域；
漏极区域；以及在所述鳍的上部部分中的沟道，所述沟道在所述源极区域与所述漏极区域之间延伸；包裹在所述沟道的三个侧周围的栅极结构；以及绝缘层，在所述衬底与所述鳍的所述基底区域之间，所述绝缘层将所述鳍和所述栅极结...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：意法半导体公司，
类型：发明
国别省市：