專利名稱：具有限定在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的溝道的FinFET器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有限定在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的溝道的FinFET器件。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)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發(fā)展到了納米技術(shù)工藝節(jié)點(diǎn)，對制造和設(shè)計兩者的挑戰(zhàn)已引起了三維設(shè)計如非平面多柵極晶體管、環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管(GAA FET)以及鰭狀場效應(yīng)晶體管(FinFET)的發(fā)展。例如，典型的FinFET是用例如在襯底的硅層中蝕刻的從襯底延伸的薄“鰭片”(或鰭片結(jié)構(gòu))制造的。在垂直鰭片中形成FinFET的溝道。在鰭片上方提供柵極(例如纏繞)。在溝道的兩側(cè)上具有柵極是有益的，容許溝槽從兩側(cè)進(jìn)行柵極控制。為了達(dá)到更好的器件性能包括更高的載流子遷移率以及更好質(zhì)量的鰭片材料之間界面，研究和開發(fā)不僅探索了鰭片的材 料，還探索了鰭片的形狀。盡管現(xiàn)有FinFET以及制造FinFET的方法大體上已足以實(shí)現(xiàn)它們的預(yù)期用途，但在各方面仍不是完全令人滿意的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種FinFET器件包括具有第一半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底；具有所述第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體襯底的上面，其中所述鰭片結(jié)構(gòu)具有第一晶面取向的頂面；具有第二半導(dǎo)體材料的類金剛石形狀結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在所述鰭片結(jié)構(gòu)的所述頂面上方，其中所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有至少一個第二晶面取向的表面；柵極結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述柵極結(jié)構(gòu)使源極區(qū)和漏極區(qū)分隔開；以及溝道區(qū)，被限定在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)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，所述第一半導(dǎo)體材料是硅。在上述FinFET器件中，其中所述第二半導(dǎo)體材料是鍺。在上述FinFET器件中，其中，所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有兩個為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，所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有四個為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，所述柵極結(jié)構(gòu)包括介電層，所述介電層被設(shè)置在所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述介電層包含Ge02。在上述FinFET器件中，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層，所述柵極介電層被設(shè)置在所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述柵極介電層包括GeO2層和Y2O3層。 在上述FinFET器件中，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層，所述柵極介電層被設(shè)置在所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述柵極介電層包括GeO2層和Y2O3層，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵電極，所述柵電極被設(shè)置在所述柵極介電層的上方。在上述FinFET器件中，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層，所述柵極介電層被設(shè)置在所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述柵極介電層包括GeO2層和Y2O3層，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵電極，所述柵電極被設(shè)置在所述柵極介電層的上方，其中，所述柵電極材料包括多晶硅材料和鋁材料之一。在上述FinFET器件中，其中，所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)包括硅外延層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種方法，包括提供具有第一半導(dǎo)體材料的襯底，其中，所述襯底具有在隔離部件之間設(shè)置的具有所述第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)；使所述鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽，其中凹進(jìn)的鰭片結(jié)構(gòu)具有為(100)晶向的表面；以及從所述溝槽內(nèi)的所述凹進(jìn)的鰭片結(jié)構(gòu)的所述表面外延生長第二半導(dǎo)體材料，從而在所述鰭片結(jié) 構(gòu)上方形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有至少一個為
(111)晶向的面。在所述方法中，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括Si，以及所述第二半導(dǎo)體材料包括鍺。在所述方法中，其中，使鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽包括形成具有徑直垂直輪廓的溝槽。在所述方法中，其中，使鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽包括形成具有徑直垂直輪廓的溝槽，并且所述方法進(jìn)一步包括蝕刻所述隔離部件以改造具有徑直垂直輪廓的所述溝槽，其中所述溝槽具有楔形輪廓部分，所述楔形輪廓部分被設(shè)置在徑直垂直輪廓部分的上方。在所述方法中，其中，使鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽包括形成具有徑直垂直輪廓的溝槽，其中所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有兩個面，并且所述兩個面具有所述(111)晶向。在所述方法中，其中，使鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽包括形成具有徑直垂直輪廓的溝槽，并且所述方法進(jìn)一步包括蝕刻所述隔離部件以改造具有徑直垂直輪廓的所述溝槽，其中所述溝槽具有楔形輪廓部分，所述楔形輪廓部分被設(shè)置在徑直垂直輪廓部分的上方，并且其中所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有四個面，并且所述四個面具有所述(111)晶向。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種方法，包括提供具有第一半導(dǎo)體材料的襯底，其中所述襯底具有在隔離部件之間設(shè)置的具有所述第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)；回蝕所述隔離部件以形成所述鰭片結(jié)構(gòu)在所述隔離部件的上方延伸的一部分，其中，所述鰭片結(jié)構(gòu)的所述部分的表面具有(100)晶向；以及從所述鰭片結(jié)構(gòu)的在所述隔離部件的上方延伸的部分外延生長第二半導(dǎo)體材料，從而在所述鰭片結(jié)構(gòu)上方形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有至少一個為(111)晶向的面。在上述方法中，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括Si，以及所述第二半導(dǎo)體材料包括鍺。在上述方法中，其中，所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有四個為(111)晶向的面。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有按比例進(jìn)行繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。圖I是根據(jù)本發(fā)明的各方面用于制造具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的方法的流程圖。圖2至圖5是根據(jù)圖I的方法的在各個制造階段的具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的各個示意性剖面圖。圖6是根據(jù)圖I的方法的在各個制造階段的具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的立體圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的各方面用于制造具有另一類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的方法的流程圖。 圖8至圖11是根據(jù)圖7的方法的在各個制造階段的具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的各個示意性剖面圖。圖12是根據(jù)圖7的方法的在制造階段的具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的立體圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的各方面用于制造具有又一個類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的方法的流程圖。圖14至圖17是根據(jù)圖13的方法的在各個制造階段的具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的各個示意性剖面圖。圖18是根據(jù)圖13的方法的在制造階段的具有類金剛石形狀柵極結(jié)構(gòu)的FinFET器件的立體圖。
具體實(shí)施例方式為了實(shí)施本發(fā)明的不同部件，以下公開內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。在下面描述元件和布置的特定?shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)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觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括其中可以在第一和第二部件之間形成額外的部件，使得第一和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個實(shí)例中重復(fù)參照數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定各個實(shí)施例和/或所述結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。圖I是根據(jù)本發(fā)明的各方面用于制造器件的方法100的流程圖。方法100開始于框102，在框102中，提供了具有鰭部和隔離部件的襯底。通過圖案化、蝕刻和沉積工藝形成隔離部件。在框104中，實(shí)施鰭部凹進(jìn)以形成徑直垂直的溝槽。在框106中，半導(dǎo)體材料從徑直垂直的溝槽內(nèi)的鰭部外延生長,并在徑直垂直的溝槽上方生長以形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在框108中，在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上方形成柵極結(jié)構(gòu)。在框110中，形成源極區(qū)和漏極區(qū)。在框112中，完成器件的形成。在方法100之前、期間、以及之后可以提供額外的步驟，并且對于該方法的其他實(shí)施例，所述的一些步驟可以被替換或者消除。下面的討論示出了根據(jù)圖I的方法100能夠制造出的集成電路器件的各個實(shí)施例。圖2至圖5是根據(jù)圖I的方法100的在各個制造階段的器件200 (部分或者全部)的各個示意性剖面圖，以及圖6是根據(jù)圖I的方法100在各個制造階段的器件200 (部分或者全部)的立體圖。器件200包括類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其可以充當(dāng)場效應(yīng)晶體管(FET)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、鰭狀FET (FinFET)的柵極溝道；或者微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件的3-D襯底。在所述實(shí)施例中，類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是FinFET器件的柵極結(jié)構(gòu)的一部分，其中溝道將被柵極結(jié)構(gòu)上的正電荷或負(fù)電荷誘導(dǎo)。為了清楚地達(dá)到更好地理解本發(fā)明的發(fā)明概念的目的，簡化了圖2至圖6。在器件200中可以加入其他部件，并且下面所述的一些部件在器件200的其他實(shí)施例中可以被替換或者消除。圖2示出了具有鰭部215的襯底210。襯底210包含硅?？蛇x地，襯底210可以包含其他元素半導(dǎo)體如鍺。襯底210可以包含化合物半導(dǎo)體如碳化硅、砷化鎵、砷化銦、和磷化銦。襯底210可以包含合金半導(dǎo)體，如硅鍺、碳化硅鍺、磷砷化鎵、和磷化鎵銦。襯底210可以包括外延層。例如，襯底210可以具有位于本體半導(dǎo)體(bulk semiconductor)上面的外延層。而且，襯底210可以包括絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)。襯底210包含任何適當(dāng)?shù)木騕例如，(100)、(110)、或(111)晶向]。襯底210可以進(jìn)一步包括沿著任何適當(dāng)?shù)姆较?例如，〈110〉或〈100〉方向)對準(zhǔn)的凹口。在本實(shí)施例中，襯底210包含Si，其頂面具有(100)晶體(平面)取向，即Si (100)。 鰭部215是在隔離部件220之間設(shè)置的襯底210的一部分。隔離部件220包含介電材料，如氧化硅、氮化硅、低介電常數(shù)(低k)材料、或其組合。低k材料可以包括作為實(shí)例的氟化硅玻璃(FSG)、碳摻雜的氧化硅、黑金剛石 (BlackDiamond ,Applied Materialsof Santa Clara, California)、干凝膠、氣凝膠、非晶氟化碳、聚對二甲苯、BCB (雙苯并環(huán)丁烯)、SiLK(Dow Chemical,Midland,Michigan)、聚酰亞胺、和/或其他材料。為了形成隔離部件220，通過光刻和蝕刻工藝蝕刻襯底210以形成多個溝槽。溝槽可以限定襯底210的鰭部215。溝槽蝕刻技術(shù)包括采用偶合等離子體的中密度等離子體蝕刻，或利用電感、螺旋波等離子體或者電子回旋共振(ECR)等離子體中任一的高密度等離子體蝕刻，或者其他適當(dāng)?shù)奈g刻技術(shù)。硬蝕刻掩模技術(shù)可以加入到該工藝中。然后用介電材料填充溝槽，之后去除多余的介電材料。溝槽填充技術(shù)包括化學(xué)汽相沉積(CVD)、高密度等離子體(HDP)CVD、次大氣壓CVD(SACVD)、和旋涂電介質(zhì)(S0D)。去除多余的介電材料技術(shù)包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、蝕刻、或者其組合。隔離部件200形成的實(shí)例是淺溝槽隔離(STI)工藝。STI工藝可以包括在襯底如襯底210上方沉積襯墊氧化物層；在襯墊氧化物層上方沉積掩模層；圖案化掩模層；使用經(jīng)圖案化的掩模作為掩模來蝕刻襯墊氧化物層和襯底，以在襯底中形成溝槽；在填充溝槽的襯底上方沉積介電層；去除位于掩模層上方的任何介電層；以及之后，去除掩模層和襯墊氧化物層。隔離部件220可以防止相鄰器件元件之間的電流泄漏。圖3示出了通過使鰭部215凹進(jìn)形成溝槽230。溝槽230可以通過選擇性濕法蝕刻或者選擇性干法蝕刻形成。濕法蝕刻溶液包括四甲基氫氧化銨(TMAH)、HF/HN03/CH3C00H溶液、或者其他適當(dāng)?shù)娜芤?。選擇性干法蝕刻可以包括原位化學(xué)汽相蝕刻(CVE)。在所述的實(shí)施例中，形成具有徑直垂直的側(cè)壁輪廓的溝槽230。溝槽230的側(cè)壁基本上彼此縱向平行。在圖4中，半導(dǎo)體材料從鰭部215外延生長，并在溝槽230上方繼續(xù)生長以形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250。外延生長技術(shù)包括液相外延(LPE)、物理汽相沉積(PVD)、分子束外延(MBE)、或者化學(xué)汽相沉積(CVD)。LPE由過飽和溶液沉積外延層，并且所選溶劑一般具有低熔點(diǎn)和低蒸汽壓。生長溫度可以遠(yuǎn)低于化合物半導(dǎo)體開始分解的熔點(diǎn)，并且設(shè)備簡單、價格低廉且無危害性。PVD是升華工藝，其基于半導(dǎo)體(或化合物半導(dǎo)體)源極的升華，并將蒸汽種類轉(zhuǎn)移至生長表面。MBE通過一個或多個分子束或原子束與加熱的晶體襯底的表面相互作用外延生長半導(dǎo)體材料。在單層水平上可以精準(zhǔn)地控制半導(dǎo)體材料的生長。CVD通過加熱的表面上的分子的熱誘導(dǎo)反應(yīng)沉積膜。加熱打碎分子，并逐層在表面上沉積期望的原子。特殊類型的CVD是金屬有機(jī)CVD (MOCVD)，其具有一個或多個前體，該前體包括有機(jī)金屬如TMGe或 TMAl。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250包含單元素半導(dǎo)體材料如鍺(Ge)或硅(Si);或化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs);或半導(dǎo)體合金，如硅鍺(SiGe)、磷砷化鎵(GaAsP) 0半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250具有任何適當(dāng)?shù)木?例如，(100)、(110)、或(111)晶向)。當(dāng)選擇半導(dǎo)體時，考慮因素包括其屬性如結(jié)正向電壓、電子和空穴的遷移率、泄漏電流水平、以及半導(dǎo)體材料和其他材料如氧化物材料之間的界面質(zhì)量。在所述的實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250包含Ge。Ge具有比Si更高的電子遷移率。具有(111)晶向的Ge，即Ge (111)的電子遷移率高于Ge (100)。Ge(Ill)還提供了 Ge(Ill)和氧化物材料如GeO2之間的良好的界面。因此，在所述實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250包括Ge(Ill)。在所述實(shí)施例中，Ge (111)從溝 槽230內(nèi)的鰭部215外延生長。Ge(Ill)不斷地生長以形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250在溝槽230上方延伸。在圖4中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250具有類金剛石形狀，意味著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250具有至少一個具有(111)晶向的面。在所述實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250具有兩個面，250A和250B。每個面具有(111)晶向。面250A和250B與隔離部件220的表面具有固定的角度0。例如，角度0是約54. 7度。面250A始于隔離部件220的頂面，并接觸面250B的末端；面250B也始于隔離部件220的頂面。面250A和250B的長度L基本上是相同的，并可以受控于外延生長工藝條件如生長速率和生長時間。在所述實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250充當(dāng)器件200具體而言是n_溝道FinFET器件的溝道。圖5和圖6示出了在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250上方形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)跨過類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250。柵極結(jié)構(gòu)包括一個或多個材料層，如界面層、保護(hù)層、擴(kuò)散/阻擋層、介電層、電極層、導(dǎo)電層、其他適當(dāng)?shù)膶印⒒蚱浣M合。例如，柵極結(jié)構(gòu)可以包括柵極介電層如介電層255和256，以及柵電極260。通過任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬蓶艠O結(jié)構(gòu)。例如，通過包括沉積、光刻圖案化、和蝕刻工藝的程序形成柵極結(jié)構(gòu)。對于另一個實(shí)例，柵極結(jié)構(gòu)可以包括在柵極結(jié)構(gòu)(被稱為間隔件)的側(cè)壁上，如沿著柵電極260，設(shè)置介電材料。間隔件包括介電材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他適當(dāng)?shù)牟牧稀⒒蚱浣M合。間隔件可以包括多層結(jié)構(gòu)，如包括氮化娃層和氧化娃層的多層結(jié)構(gòu)。在圖5中，在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250的上方沉積介電層255和256,以形成柵極結(jié)構(gòu)的一部分。在所述實(shí)施例中，介電層255和256分別包含GeO；^P Y203。介電層255和256可以包括氧化硅、氧化鍺、氮化硅、高k介電材料、其他適當(dāng)?shù)慕殡姴牧?、或其組合。高k介電材料的實(shí)例包括Hf02、HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO, HfZrO、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鉿-氧化鋁(HfO2-Al2O3)合金、其他適當(dāng)?shù)母遦介電材料或其組合。可以通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、高密度等離子體CVD (HDPCVD)、金屬有機(jī)CVD (MOCVD)、遠(yuǎn)程等離子體CVD (RPCVD)、等離子體增強(qiáng)CVD (PECVD)、低壓CVD (LPCVD)、原子層CVD(ALCVD)、大氣壓CVD(APCVD)、電鍍、其他適當(dāng)?shù)姆椒ā⒒蛘咂浣M合沉積介電層255和256。在圖6中，柵電極260包含任何適當(dāng)?shù)牟牧希缍嗑Ч?、鋁、銅、鈦、鉭、鎢、鑰、氮化鉭、硅化鎳、硅化鈷、TiN, WN、TiAUTiAlN, TaCN, TaC, TaSiN、金屬合金、其他適當(dāng)?shù)牟牧?、?br> 其組合。源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)被柵極結(jié)構(gòu)分開。為了形成柵極/漏極270/280，可以在襯底210或鰭部215的暴露表面上外延生長半導(dǎo)體材料。在所述實(shí)施例中，通過在襯底210的暴露部分上外延生長半導(dǎo)體材料形成源極/漏極270/280。外延工藝可以采用CVD沉積技術(shù)(例如，汽相外延(VPE)和/或超高真空CVD (UHV-CVD))、分子束外延、和/或其他適當(dāng)?shù)墓に?。外延工藝可以使用與襯底210的組分相互作用的氣體和/或液體前體。在所述實(shí)施例中，源極/漏極270/280包括外延生長的硅?？蛇x地，源極/漏極270/280可以包含外延生長的Ge、SiGe、或其他化合物半導(dǎo)體。可以在沉積(生長)期間通過向外延工藝的源極材料加入雜質(zhì)，或者繼沉積生長工藝之后通過離子注入工藝摻雜源極/漏極270/280。摻雜的外 延層可以具有梯度摻雜輪廓。摻雜種類可以取決于正在制造的器件的類型，如NMOS器件或PMOS器件。摻雜種類包括p型摻雜劑，如硼或BF2 ；n型摻雜劑，如磷或砷；或其組合?？梢詫?shí)施一個或多個退火工藝以激活S/D區(qū)。退火工藝包括快速熱退火(RTA)、激光退火工藝、或其他適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に?。圖7是根據(jù)本發(fā)明的各方面用于制造另一器件的方法300的流程圖。方法300開始于框302，在框302中，提供了具有鰭部結(jié)構(gòu)和隔離部件的襯底。在框304中，實(shí)施兩次回蝕工藝以形成具有酒杯形狀的溝槽。在框306中，半導(dǎo)體材料從酒杯形狀溝槽內(nèi)的鰭部外延生長，并在酒杯形狀溝槽上方生長，并在酒杯形狀溝槽的頂部上形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在框308中，在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上方形成柵極結(jié)構(gòu)。在框310中，形成源極區(qū)和漏極區(qū)。在框312中，完成了器件400的形成?？梢栽诜椒?00之前、期間、和之后提供額外的步驟，并且所述的一些步驟對于該方法的其他實(shí)施例可以被替換或者消除。下面的討論示出了根據(jù)圖7的方法300能夠制造出的集成電路器件的各個實(shí)施例。圖8至圖11是根據(jù)圖7的方法在各個制造階段的器件400 (部分或者全部)的各個示意性剖面圖，圖12是根據(jù)圖7的方法在各個制造階段的器件400 (部分或者全部)的立體圖。器件400包括另一類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其可以充當(dāng)FET、MOSFET、FinFET的柵極溝道；或者M(jìn)EMS器件的3-D襯底。在所述實(shí)施例中，類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是FinFET器件的柵極結(jié)構(gòu)的一部分，其中溝道將被柵極結(jié)構(gòu)上的正電荷或負(fù)電荷誘導(dǎo)。為了清楚地達(dá)到更好地理解本發(fā)明的發(fā)明概念的目的，簡化了圖8至圖12。在器件400中可以加入其他部件，并且下面所述的一些部件在器件400的其他實(shí)施例中可以被替換或者消除。圖8示出了具有在其中設(shè)置的鰭部215和隔離部件220的襯底210。襯底210、鰭部和隔離部件220在上面圖2中進(jìn)行描述。圖9示出了形成具有兩個側(cè)壁輪廓部分(下部430A和上部430B)的溝槽430。下部430A具有與如在圖3中所述的具有徑直垂直輪廓的溝槽230相同的側(cè)壁輪廓。上部430B具有為楔形輪廓的側(cè)壁輪廓，其在頂部具有較寬的開口，而在底部具有較窄的開口，上部430B與下部430A連接。通過使隔離部件220凹進(jìn)形成上部430B的側(cè)壁楔形輪廓。凹進(jìn)技術(shù)可以包括緩沖HF濕法蝕刻、NH3/NF3和SF6/H20下流式干法蝕刻、或者任何適當(dāng)?shù)奈g刻技術(shù)。下部430A的徑直垂直輪廓和上部430B的楔形輪廓的組合可以被稱為酒杯形輪廓。在所述實(shí)施例中，溝槽430因而具有酒杯形輪廓。在圖10中，半導(dǎo)體材料從鰭部215外延生長，并在溝槽430上方繼續(xù)生長，以形成半導(dǎo)體器件450。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450的形成在許多方面與圖4中所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250的形成相類似。在所述實(shí)施例中，Ge(Ill)從酒杯形溝槽430內(nèi)的鰭部215外延生長。Ge(Ill)繼續(xù)生長以形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450在溝槽430的開口的上方延伸。在圖10中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450具有類金剛石形狀，意味著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450具有至少一個具有(111)晶向的面。在所述實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450具有4個面450A、450B、450C和450D。每個面具有(111)晶向。類金剛石形狀與菱形形狀相似，意味著面450A與面450C平行，以及面450B與面450D平行。面450A和450D與隔離部件220的表面具有固定的角度(出)。面450B和面450C在與隔離部件220的表面平行的方向上具有固定的角度(0 )。作為一個實(shí)例，(角度0)與(角度出)一樣，是54. 7度。在所述實(shí)施例中，面450A和450D具有相同的長度(I)，以及面450B和450C具有相同的長度(L)。長度(I)表示面450A從隔離部件的表面到面450B的長度。長度(L)表示面450B的從面450A到面450C的長度。兩個長度L和I都能夠受控于外延生長工藝條件如生長速率和生長時間?！ぴ谒鰧?shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450充當(dāng)器件400 (具體來說是n_溝道FinFET器件)的溝道。在圖11和圖12中，在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450的上方形成包括柵極介電層255和256以及柵電極260的柵極結(jié)構(gòu)。在圖12中，形成源極/漏極270/280。器件的柵極結(jié)構(gòu)、源極區(qū)、和漏極區(qū)的形成在許多方面與圖5和圖6的器件200相類似。圖13是根據(jù)本發(fā)明的各方面用于制造又一個器件的方法500的流程圖。方法500開始于框502，在框502中提供了具有鰭部結(jié)構(gòu)和隔離部件的襯底。在框504中，通過使隔離部件凹進(jìn)形成襯底柱結(jié)構(gòu)。在框506中，在柱上方外延生長半導(dǎo)體材料，并形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在框508中，在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方形成柵極結(jié)構(gòu)。在框510中，形成源極區(qū)和漏極區(qū)。在框512中，完成了器件的形成。在方法500之前、期間、和之后可以提供額外的步驟，并且所述的一些步驟對于該方法的其他實(shí)施例可以被替換或者消除。下面的討論示出了根據(jù)圖13的方法500能夠制造出的集成電路器件的各個實(shí)施例。圖14至圖17是根據(jù)圖13的方法500的在各個制造階段的器件600 (部分或者全部)的各個示意性剖面圖，圖18是根據(jù)圖13的方法500的在各個制造階段的器件600 (部分或者全部)的立體圖。器件600包括又一個類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其可以充當(dāng)FET、MOSFET, FinFET的柵極溝道；或者M(jìn)EMS器件的3-D襯底。在所述實(shí)施例中，類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是FinFET器件的柵極結(jié)構(gòu)的一部分，其中溝道將被柵極結(jié)構(gòu)上的正電荷或負(fù)電荷誘導(dǎo)。為了清楚地達(dá)到更好地理解本發(fā)明的發(fā)明概念的目的，簡化了圖14至圖18。在器件600中可以加入其他部件，并且下面所述的一些部件在器件600的其他實(shí)施例中可以被替換或者消除。圖14示出了具有在其中設(shè)置的鰭部215和隔離部件220的襯底210。襯底210、鰭部215和隔離部件220在上面圖2中進(jìn)行描述。圖15示出了通過回蝕隔離部件220形成襯底柱530。蝕刻工藝包括選擇性濕法蝕亥IJ，如HF溶液，或者任何適當(dāng)?shù)倪x擇性干法蝕刻。襯底柱530是鰭部215的一部分，并具有矩形輪廓，包括垂直于襯底柱530的頂面的右側(cè)壁面和左側(cè)壁面。襯底柱530的高度受控于蝕刻深度。
在圖16中，在襯底柱530上方外延生長半導(dǎo)體材料以形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650的形成在許多方面與圖4中所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)250的形成相類似。在所述實(shí)施例中，Ge (111)在襯底柱530上方外延生長以形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650。在圖16中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650具有類金剛石形狀。在所述實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650具有4個面650A、650B、650C和650D。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650的形狀在許多方面與圖10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450相類似，除了通過在襯底柱650上方外延生長，面650A和650D的長度相比半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)450中的面450A和面450D的長度可以生長得長得多。L和I都能夠受控于柱的高度h和外延生長工藝條件如生長速率和生長時間。在所述實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650充當(dāng)器件600 (具體來說是n_溝道FinFET器件)的溝道。在圖17和圖18中，在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)650的上方形成包括柵極介電層255和256以及柵電極260的柵極結(jié)構(gòu)。在圖18中，形成源極/漏極270/280。器件的柵極結(jié)構(gòu)、源極區(qū)、和漏極區(qū)的形成在許多方面與圖5和圖6的器件200相類似。
器件200、400和600每一個都可以包括其他部件，該其他部件可以通過后續(xù)加工形成。例如，可以在襯底上方形成各種連接件/通孔/線和多層互連部件(例如，金屬層和層間電介質(zhì))，其被配置用于連接器件200、400和600的各個部件或結(jié)構(gòu)。其他部件可以提供與器件200、400和600的電互連。例如，多層互連件包括縱向互連件如常規(guī)通孔或接觸件，和橫向互連件如金屬線。各個互連部件可以應(yīng)用各種導(dǎo)電材料包括銅、鎢、和/或硅化物。在所述的實(shí)施例中，通過在類金剛石形狀Ge (111)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上建立FinFET器件的柵極結(jié)構(gòu)，將在Ge(Ill)半導(dǎo)體內(nèi)誘導(dǎo)FinFET器件的n-溝道。由于Ge(Ill)與氧化物材料如GeO2的介電界面的優(yōu)良性質(zhì)，并且Ge (111)固有的更高載流子遷移率，與FinFET器件的Si (100)半導(dǎo)體或Ge (100)半導(dǎo)體內(nèi)的n-溝道相比，n-溝道FinFET器件可以達(dá)到更高的轉(zhuǎn)換速度，以及更大的接通電流(on current)?？蛇x地,類金剛石形狀Ge (111)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以用于與具有Si溝道相比具有更高的空穴遷移率的FET器件、MOSFET器件、和FinFET器件的P-溝道。上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，這種等效結(jié)構(gòu)并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種FinFET器件包括 具有第一半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底； 具有所述第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體襯底的上面，其中所述鰭片結(jié)構(gòu)具有第一晶面取向的頂面； 具有第二半導(dǎo)體材料的類金剛石形狀結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在所述鰭片結(jié)構(gòu)的所述頂面上方，其中所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有至少一個第二晶面取向的表面； 柵極結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述柵極結(jié)構(gòu)使源極區(qū)和漏極區(qū)分隔開；以及 溝道區(qū)，被限定在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間的所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FinFET器件，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FinFET器件，其中，所述第一半導(dǎo)體材料是硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的FinFET器件，其中所述第二半導(dǎo)體材料是鍺。
5.一種方法，包括 提供具有第一半導(dǎo)體材料的襯底，其中，所述襯底具有在隔離部件之間設(shè)置的具有所述第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)； 使所述鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽，其中凹進(jìn)的鰭片結(jié)構(gòu)具有為(100)晶向的表面；以及 從所述溝槽內(nèi)的所述凹進(jìn)的鰭片結(jié)構(gòu)的所述表面外延生長第二半導(dǎo)體材料，從而在所述鰭片結(jié)構(gòu)上方形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有至少一個為(111)晶向的面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括Si，以及所述第二半導(dǎo)體材料包括鍺。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，使鰭片結(jié)構(gòu)凹進(jìn)以形成溝槽包括形成具有徑直垂直輪廓的溝槽。
8.一種方法，包括 提供具有第一半導(dǎo)體材料的襯底，其中所述襯底具有在隔離部件之間設(shè)置的具有所述第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)； 回蝕所述隔離部件以形成所述鰭片結(jié)構(gòu)在所述隔離部件的上方延伸的一部分，其中，所述鰭片結(jié)構(gòu)的所述部分的表面具有(100)晶向；以及 從所述鰭片結(jié)構(gòu)的在所述隔離部件的上方延伸的部分外延生長第二半導(dǎo)體材料，從而在所述鰭片結(jié)構(gòu)上方形成類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有至少一個為(111)晶向的面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括Si，以及所述第二半導(dǎo)體材料包括鍺。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有四個為(111)晶向的面。
全文摘要
本發(fā)明提供了FinFET器件。FinFET器件包括具有第一半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體襯底；具有第一半導(dǎo)體材料的鰭片結(jié)構(gòu)，該鰭片結(jié)構(gòu)位于半導(dǎo)體襯底的上面，其中該鰭片結(jié)構(gòu)具有第一晶面取向的頂面；具有第二半導(dǎo)體材料的類金剛石形狀結(jié)構(gòu)，該類金剛石形狀結(jié)構(gòu)被設(shè)置在鰭片結(jié)構(gòu)的頂面上方，其中類金剛石形狀結(jié)構(gòu)具有至少一個第二晶面取向的表面；柵極結(jié)構(gòu)，該柵極結(jié)構(gòu)被設(shè)置在類金剛石形狀結(jié)構(gòu)的上方，其中所述柵極結(jié)構(gòu)使源極區(qū)和漏極區(qū)分隔開；以及溝道區(qū)，該溝道區(qū)被限定在源極區(qū)和漏極區(qū)之間的類金剛石形狀結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明提供了具有限定在類金剛石形狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的溝道的FinFET器件。
文檔編號H01L29/04GK102969340SQ201210093539
公開日2013年3月13日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者林佑儒, 吳政憲, 柯志欣, 萬幸仁 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司