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具有摻雜的子鰭片區(qū)域的非平面半導體器件及其制造方法_4

文檔序號:9673153閱讀:來源:國知局
域306內的非平面有源區(qū)域(例如,包括突出的鰭片部分304和子鰭片區(qū)域305)。在非平面有源區(qū)域的突出部分304之上以及在隔離區(qū)域306的一部分之上設置柵極線308。如所示的,柵極線308包括柵電極350和柵極電介質層352。在一個實施例中,柵極線308可包括電介質覆蓋層354。還可從該透視圖看到柵極接觸314、和上覆柵極接觸通孔316以及上覆金屬互連360,它們都被設置在層間電介質堆疊或層370中。還可從圖3A的透視圖看出,在一個實施例中,柵極接觸314設置在隔離區(qū)域306之上,但不設置在非平面有源區(qū)域之上。如圖3A中還描繪的,在突出的鰭片部分304的摻雜分布和子鰭片區(qū)域305之間存在界面380。界面380可以是相對突變的過渡區(qū)域,如以下關于圖4A和4B更詳細描述的。
[0068]參照圖3B,柵極線308被示為設置在突出的鰭片部分304之上。可從該透視圖看到突出的鰭片部分304的源極和漏極區(qū)域304A和304B。在一個實施例中,源極和漏極區(qū)域304A和304B是突出的鰭片區(qū)域304的原始材料的摻雜部分。在另一實施例中,突出的鰭片部分304的材料被去除并且例如通過外延沉積由另一半導體材料代替。在任一情況下,源極和漏極區(qū)域304A和304B可延伸到電介質層306的高度之下,S卩,進入子鰭片區(qū)域305中。根據(jù)本發(fā)明的實施例,更重摻雜的子鰭片區(qū)域(即,在界面380之下的鰭片的摻雜部分)通過塊狀半導體鰭片的該部分抑制源極到漏極泄漏。
[0069]在實施例中,半導體結構或器件300是非平面器件,諸如但不限于鰭片式FET或三柵極器件。在這種實施例中,對應的半導體溝道區(qū)域由三維體構成或在三維體中形成。在一個此類實施例中,柵極線308的柵電極堆疊圍繞三維體的至少頂面和至少一對側壁。
[0070]襯底302可由可承受制造工藝并且其中電荷可迀移的半導體材料構成。在實施例中,襯底302是塊狀襯底,其由采用電荷載體摻雜的結晶硅、硅/鍺或鍺層以形成有源區(qū)域304,電荷載體諸如,但不限于,磷、砷、硼或它們的組合。在一個實施例中,塊狀襯底302中的硅原子的濃度大于97%。在另一實施例中,塊狀襯底302由在不同的結晶襯底頂上生長的外延層構成,例如,在硼摻雜的塊狀單晶硅襯底頂上生長的硅外延層。塊狀襯底302可替代地由II1-V族材料構成。在實施例中,塊狀襯底302由II1-V族材料構成,III_V族材料諸如,但不限于,氮化鎵、磷化鎵、砷化鎵、磷化銦、銻化銦、砷化銦鎵、砷化鋁鎵、磷化銦鎵、或它們的組合。在一個實施例中,塊狀襯底302由II1-V族材料構成并且電荷載體摻雜劑雜質原子是諸如但不限于碳、硅、鍺、氧、硫、砸或碲原子。
[0071 ]隔離層306可由一材料構成,該材料適合于最終使永久柵極結構的部分與下面的塊狀襯底電隔離、或有助于永久柵極結構的部分與下面的塊狀襯底隔離或隔離形成于下面的塊狀襯底內的有源區(qū)域(諸如,隔離鰭片有源區(qū)域)。例如,在一個實施例中,隔離區(qū)域306由電介質材料構成,電介質材料諸如但不限于二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、或碳摻雜的氮化娃。
[0072]柵極線308可由柵電極堆疊構成,柵電極堆疊包括柵極電介質層352和柵電極層350。在一實施例中,柵電極堆疊的柵電極由金屬柵極構成以及柵極電介質層由高K材料構成。例如,在一個實施例中,柵極電介質層由一材料構成,該材料諸如,但不限于,氧化鉿、鉿氧氮化物、娃酸給、氧化鑭、氧化錯、娃酸錯、氧化鉭、鈦酸鋇鎖、鈦酸鋇、鈦酸鎖、氧化?乙、氧化招、鉛氧化鉭鈧(lead scandium tantalum oxide)、銀酸鉛鋅、或它們的組合。而且,柵極電介質層的部分可包括從襯底302的頂部幾層形成的天然氧化物的層。在一實施例中,柵極電介質層由頂部高k部分和下部構成,下部由半導體材料的氧化物構成。在一個實施例中,柵極電介質層由氧化鉿的頂部和二氧化硅或氮氧化硅的底部構成。
[0073]在一個實施例中,柵電極由金屬層構成,金屬層諸如,但不限于,金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硅化物、金屬鋁化物、鉿、鋯、鈦、鉭、鋁、釕、鈀、鉑、鈷、鎳或導電金屬氧化物。在具體實施例中,柵電極由形成于金屬功函數(shù)設定層之上的非功函數(shù)設定填充材料構成。
[0074]與柵電極堆疊相關聯(lián)的間隔(spacer)可由一材料構成,該材料適合于最終使永久柵極結構與相鄰的導電接觸電絕緣、或有助于使永久柵極結構與相鄰的導電接觸絕緣。例如,在一個實施例中,間隔由電介質材料構成,電介質材料諸如,但不限于,二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、或碳摻雜的氮化硅。
[0075]柵極接觸314和上覆柵極接觸通孔316可由導電材料構成。在實施例中,接觸或通孔中的一個或多個由金屬類別構成。金屬種類可以是純金屬,諸如鎢、鎳、或鈷,或可以是合金,諸如金屬-金屬合金或金屬-半導體合金(例如,諸如硅化物材料)。
[0076]在實施例中(雖然未示出),提供結構300包括形成基本與現(xiàn)有的柵極圖案完全對準的接觸圖案,同時由于非常精密的重合(registrat1n)預算而消除光刻步驟的使用。在一個此類實施例中,該方法允許使用本質上具有高選擇性的濕法蝕刻(例如,相對于傳統(tǒng)實現(xiàn)的干法或等離子體蝕刻)以生成接觸開口。在一實施例中,通過利用現(xiàn)有的柵極圖案結合接觸插塞光刻操作來形成接觸圖案。在一個此類實施例中,該方法能夠消除對用于生成傳統(tǒng)方法中所使用的接觸圖案的另外關鍵的光刻操作的需要。在一實施例中,不單獨圖案化溝槽接觸柵格(grid),而是在多晶(柵極)線之間形成溝槽接觸柵格。例如,在一個此類實施例中,在格柵(gate grating)圖案化之后但在格柵切割之前形成溝槽接觸柵格。
[0077]此外,可通過替代柵極工藝來制造柵極堆疊結構308。在這種方案中,虛設柵極材料(諸如,多晶硅或氮化硅柱材料)可被去除并且用永久柵電極材料代替。在一個此類實施例中,與從前的處理所進行的相反,也在該工藝中形成永久柵極電介質層。在實施例中,通過干法蝕刻或濕法蝕刻工藝去除虛設柵極。在一個實施例中,虛設柵極由多晶硅或非晶硅構成并通過干法蝕刻工藝去除,該干法蝕刻包括使用SF6。在另一實施例中,虛設柵極由多晶硅或非晶硅構成并通過濕法蝕刻工藝去除,該濕法蝕刻工藝包括使用NH40H水溶液或四甲基氫氧化銨。在一個實施例中,虛設柵極由氮化硅構成并通過濕法蝕刻去除,該濕法蝕刻包括磷酸水溶液。
[0078]在實施例中,本文所描述的一個或多個方法基本設想與虛設和替代接觸工藝結合的虛設和替代柵極工藝以實現(xiàn)結構300。在一個此類實施例中,在替代柵極工藝之后執(zhí)行替代接觸工藝,以允許永久柵極堆疊的至少一部分的高溫退火。例如,在具體此類實施例中,在大于約600攝氏度的溫度下執(zhí)行(例如在形成柵極電介質層之后的)永久柵極結構的至少一部分的退火。在形成永久接觸之前執(zhí)行該退火。
[0079]再次參照圖3A,半導體結構或器件300將柵極接觸設置在隔離區(qū)域之上。這種布置可被視為布局空間的低效使用。然而,在另一實施例中,半導體器件具有接觸結構,該接觸結構是形成于有源區(qū)域之上柵電極的接觸部分。一般而言,在(例如,除了)柵極的有源部分之上和在與溝槽接觸通孔相同的層中形成柵極接觸結構(諸如,通孔)之前,本發(fā)明的一個或多個實施例包括首先使用柵極對準的溝槽接觸工藝??蓪嵤┰摴に囈孕纬捎糜诎雽w結構制造(例如,用于集成電路制造)的溝槽接觸結構。在一實施例中,溝槽接觸圖案被形成為與現(xiàn)有柵極圖案對準。相反,傳統(tǒng)方法通常涉及附加的光刻工藝,結合選擇性接觸蝕刻使光刻接觸圖案與現(xiàn)有的柵極圖案緊密重合(registrat1n)。例如,傳統(tǒng)工藝可包括通過單獨圖案化接觸特征來圖案化多晶(柵極)柵格。
[0080]如以上所描述的,一個或多個實施例將來自摻雜工藝的摻雜劑限制或基本限制至半導體器件的子鰭片區(qū)域。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的表明了到子鰭片區(qū)域的硼摻雜劑界限的模擬的2D等高線圖400。在另一示例中,圖4B是是根據(jù)本發(fā)明的實施例的表明了到子鰭片區(qū)域的磷摻雜劑界限的模擬的2D等高線圖402。參照圖4A和4B,摻雜濃度的過渡從子鰭片區(qū)域迅速下降至突出的鰭片區(qū)域。在一個此類實施例中,過渡基本立即具有對于突出部分的每一個的小于5E17原子/cm3的摻雜劑濃度和對于對應的子鰭片區(qū)域的大于約2E18原子/ cm3的摻雜劑濃度。
[0081]此外,如以上還描述的,可摻雜在子鰭片區(qū)域之下的襯底部分,以在某種意義上形成阱區(qū)域。為了例示從固態(tài)摻雜源向下擴散到下面的襯底的概念,圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的表明了摻雜劑從摻雜的隔離層擴散到硅襯底中的測得的1-D S頂S摻雜劑分布500。
[0082]可以理解,并不是需要實踐以上所描述的工藝的所有方面才落入本發(fā)明的實施例的精神和范圍。例如,在一個實施例中,在柵極堆疊的有源部分之上制造柵極接觸之前,不需要曾經(jīng)形成虛設柵極。以上所描述的柵極堆疊可實際是最初形成的永久柵極堆疊。而且,本文所描述的工藝可用于制造一個或多個半導體器件。半導體器件可以是晶體管或類似的器件。例如,在一個實施例中,半導體器件是用于邏輯或存儲器的金屬氧化物半導體(MOS)晶體管、或雙極晶體管。而且,在一個實施例中,半導體器件具有三維架構,諸如三柵極器件、獨立訪問的雙柵極器件、或FIN-FET。一個或多個實施例可對在10納米(10nm)或更小技術節(jié)點下制造半導體器件尤其有用。
[0083]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)的計算設備600。計算設備600包含板602。板602可包括多個組件,包括但不限于處理器604和至少一個通信芯片606。處理器604物理且電耦合至板602。在一些實施例中,至少一個通信芯片606還可物理且電耦合至板602。在進一步實現(xiàn)中,通信芯片606可以是處理器604的一部分。
[0084]取決于其應用,計算設備600可包括可物理耦合以及電耦合到板602或者可不物理耦合以及不電耦合到板602的其他組件。這些其它組件可包括但不限于易失性存儲器(例如DRAM)、非易失性存儲器(例如R0M)、閃存存儲器、圖形處理器、數(shù)字信號處理器、密碼處理器、芯片組、天線、顯示器、觸摸屏顯示器、觸摸屏控制器、電池、音頻編碼解碼器、視頻編碼解碼器、功率放大器、全球定位系統(tǒng)(GPS)裝置、羅盤、加速度計、陀螺儀、揚聲器、照相機以及大容量存儲裝置(諸如硬盤驅動器、緊湊盤(CD)、數(shù)字多功能盤(DVD)等等)。
[0085]通信芯片606實現(xiàn)用于將數(shù)據(jù)傳送至計算設備600和傳送來自計算設備600的數(shù)據(jù)的無線
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