具有限定在类金刚石形状半导体结构中的沟道的FinFET器件制造技术

本发明专利技术提供了FinFET器件。FinFET器件包括：具有第一半导体材料的半导体衬底；具有第一半导体材料的鳍片结构，该鳍片结构位于半导体衬底的上面，其中该鳍片结构具有第一晶面取向的顶面；具有第二半导体材料的类金刚石形状结构，该类金刚石形状结构被设置在鳍片结构的顶面上方，其中类金刚石形状结构具有至少一个第二晶面取向的表面；栅极结构，该栅极结构被设置在类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极结构使源极区和漏极区分隔开；以及沟道区，该沟道区被限定在源极区和漏极区之间的类金刚石形状结构中。本发明专利技术提供了具有限定在类金刚石形状半导体结构中的沟道的FinFET器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有限定在类金刚石形状半导体结构中的沟道的FinFET器件。
技术介绍
随着半导体产业在追求更大的器件密度、更卓越的性能以及更低的成本方面已发展到了纳米技术工艺节点，对制造和设计两者的挑战已引起了三维设计如非平面多栅极晶体管、环绕栅极场效应晶体管(GAA FET)以及鳍状场效应晶体管(FinFET)的发展。例如，典型的FinFET是用例如在衬底的硅层中蚀刻的从衬底延伸的薄“鳍片”(或鳍片结构)制造的。在垂直鳍片中形成FinFET的沟道。在鳍片上方提供栅极(例如缠绕)。在沟道的两侧上具有栅极是有益的，容许沟槽从两侧进行栅极控制。为了达到更好的器件性能包括更高的载流子迁移率以及更好质量的鳍片材料之间界面，研究和开发不仅探索了鳍片的材 料，还探索了鳍片的形状。尽管现有FinFET以及制造FinFET的方法大体上已足以实现它们的预期用途，但在各方面仍不是完全令人满意的。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种FinFET器件包括具有第一半导体材料的半导体衬底；具有所述第一半导体材料的鳍片结构，位于所述半导体衬底的上面，其中所述鳍片结构具有第一晶面取向的顶面；具有第二半导体材料的类金刚石形状结构，被设置在所述鳍片结构的所述顶面上方，其中所述类金刚石形状结构具有至少一个第二晶面取向的表面；栅极结构，被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极结构使源极区和漏极区分隔开；以及沟道区，被限定在所述源极区和所述漏极区之间的所述类金刚石形状结构中。在上述FinFET器件中，其中，所述第一晶面取向是(100)晶面取向，以及所述第二晶面取向是(111)晶面取向。在上述FinFET器件中，其中，所述第一半导体材料是硅。在上述FinFET器件中，其中所述第二半导体材料是锗。在上述FinFET器件中，其中，所述类金刚石形状结构具有两个为所述第二晶面取向的表面，所述第二晶面取向是(111)晶向。在上述FinFET器件中，其中，所述类金刚石形状结构具有四个为所述第二晶面取向的表面，所述第二晶面取向是(111)晶向。在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括介电层，所述介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述介电层包含Ge02。在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括栅极介电层，所述栅极介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极介电层包括GeO2层和Y2O3层。 在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括栅极介电层，所述栅极介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极介电层包括GeO2层和Y2O3层，其中，所述栅极结构包括栅电极，所述栅电极被设置在所述栅极介电层的上方。在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括栅极介电层，所述栅极介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极介电层包括GeO2层和Y2O3层，其中，所述栅极结构包括栅电极，所述栅电极被设置在所述栅极介电层的上方，其中，所述栅电极材料包括多晶硅材料和铝材料之一。在上述FinFET器件中，其中，所述源极区和所述漏极区包括硅外延层。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种方法，包括提供具有第一半导体材料的衬底，其中，所述衬底具有在隔离部件之间设置的具有所述第一半导体材料的鳍片结构；使所述鳍片结构凹进以形成沟槽，其中凹进的鳍片结构具有为(100)晶向的表面；以及从所述沟槽内的所述凹进的鳍片结构的所述表面外延生长第二半导体材料，从而在所述鳍片结 构上方形成类金刚石形状半导体结构，其中所述类金刚石形状半导体结构具有至少一个为(111)晶向的面。在所述方法中，其中，所述第一半导体材料包括Si，以及所述第二半导体材料包括锗。在所述方法中，其中，使鳍片结构凹进以形成沟槽包括形成具有径直垂直轮廓的沟槽。在所述方法中，其中，使鳍片结构凹进以形成沟槽包括形成具有径直垂直轮廓的沟槽，并且所述方法进一步包括蚀刻所述隔离部件以改造具有径直垂直轮廓的所述沟槽，其中所述沟槽具有楔形轮廓部分，所述楔形轮廓部分被设置在径直垂直轮廓部分的上方。在所述方法中，其中，使鳍片结构凹进以形成沟槽包括形成具有径直垂直轮廓的沟槽，其中所述类金刚石形状结构具有两个面，并且所述两个面具有所述(111)晶向。在所述方法中，其中，使鳍片结构凹进以形成沟槽包括形成具有径直垂直轮廓的沟槽，并且所述方法进一步包括蚀刻所述隔离部件以改造具有径直垂直轮廓的所述沟槽，其中所述沟槽具有楔形轮廓部分，所述楔形轮廓部分被设置在径直垂直轮廓部分的上方，并且其中所述类金刚石形状结构具有四个面，并且所述四个面具有所述(111)晶向。根据本专利技术的又一方面，还提供了一种方法，包括提供具有第一半导体材料的衬底，其中所述衬底具有在隔离部件之间设置的具有所述第一半导体材料的鳍片结构；回蚀所述隔离部件以形成所述鳍片结构在所述隔离部件的上方延伸的一部分，其中，所述鳍片结构的所述部分的表面具有(100)晶向；以及从所述鳍片结构的在所述隔离部件的上方延伸的部分外延生长第二半导体材料，从而在所述鳍片结构上方形成类金刚石形状半导体结构，所述类金刚石形状半导体结构具有至少一个为(111)晶向的面。在上述方法中，其中，所述第一半导体材料包括Si，以及所述第二半导体材料包括锗。在上述方法中，其中，所述类金刚石形状结构具有四个为(111)晶向的面。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有按比例进行绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚讨论起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。图I是根据本专利技术的各方面用于制造具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的方法的流程图。图2至图5是根据图I的方法的在各个制造阶段的具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的各个示意性剖面图。图6是根据图I的方法的在各个制造阶段的具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的立体图。图7是根据本专利技术的各方面用于制造具有另一类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的方法的流程图。 图8至图11是根据图7的方法的在各个制造阶段的具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的各个示意性剖面图。图12是根据图7的方法的在制造阶段的具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的立体图。图13是根据本专利技术的各方面用于制造具有又一个类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的方法的流程图。图14至图17是根据图13的方法的在各个制造阶段的具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的各个示意性剖面图。图18是根据图13的方法的在制造阶段的具有类金刚石形状栅极结构的FinFET器件的立体图。具体实施例方式为了实施本专利技术的不同部件，以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例。在下面描述元件和布置的特定实例以简化本专利技术。当然这些仅仅是实例并不打算用于限定。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可以包括其中可以在第一和第二部件之间形成额外的部件，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参照数字和/或字母。该重复是为了简明和清楚，而且其本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FinFET器件包括：具有第一半导体材料的半导体衬底；具有所述第一半导体材料的鳍片结构，位于所述半导体衬底的上面，其中所述鳍片结构具有第一晶面取向的顶面；具有第二半导体材料的类金刚石形状结构，被设置在所述鳍片结构的所述顶面上方，其中所述类金刚石形状结构具有至少一个第二晶面取向的表面；栅极结构，被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极结构使源极区和漏极区分隔开；以及沟道区，被限定在所述源极区和所述漏极区之间的所述类金刚石形状结构中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林佑儒，吴政宪，柯志欣，万幸仁，
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：