專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，器件的關(guān)鍵尺寸不斷降低。在此趨勢下，提出了鰭片式半導(dǎo)體器件，諸如鰭片式晶體管(FinFET)?，F(xiàn)今，鰭片式半導(dǎo)體器件廣泛用在存儲器和邏輯器件領(lǐng)域中。而隨著鰭片式半導(dǎo)體器件技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝過程越來越復(fù)雜。因此，結(jié)型場效應(yīng)器件(例如，JFET)日漸成為對于MOSFET的替代選擇，因?yàn)槠渲苽涔に囅鄬OSFET簡單。因此，存在對鰭片式結(jié)型場效應(yīng)器件及其制造方法的需求。針對此，發(fā)明人提出了新穎的富有創(chuàng)造性的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:在襯底上形成的一個或更多個鰭片，所述鰭片具有由半導(dǎo)體材料形成的第一半導(dǎo)體層，并且所述第一半導(dǎo)體層具有:源區(qū)部分和漏區(qū)部分；在源區(qū)部分和漏區(qū)部分之間的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；以及溝道控制區(qū)，其與溝道區(qū)鄰接以用于控制溝道區(qū)，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的沿著所述溝道區(qū)的溝道方向的兩個側(cè)面的部分表面中，并且與所述溝道區(qū)的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接，所述溝道控制區(qū)具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；以及柵極，其從所述溝道控制區(qū)的外側(cè)與所述溝道控制區(qū)鄰接。優(yōu)選地，所述溝道控制區(qū)還包括形成在所述溝道區(qū)上方的與所述溝道區(qū)鄰接的部分。優(yōu)選地，所述鰭片還包括在所述第一半導(dǎo)體層上的硬掩模。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件還包括在襯底上的圍繞所述鰭片的絕緣材料層。優(yōu)選地，所述絕緣材料層的厚度小于所述第一半導(dǎo)體層的高度。優(yōu)選地，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的所述兩個側(cè)面的未被所述絕緣材料覆蓋的表面中；并且所述柵極被形成在所述絕緣材料層之上。優(yōu)選地，所述溝道區(qū)具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分，所述下端部分基本在所述絕緣材料層的上表面之下。優(yōu)選地，所述溝道控制區(qū)形成在所述下端部分上方，并且至少在所述上端部分的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面與所述上端部分鄰接。優(yōu)選地，所述溝道可以具有倒T形形狀。優(yōu)選地，所述柵極可以由摻雜的多晶硅或摻雜的非晶硅形成。優(yōu)選地，所述柵極可以由金屬材料形成。優(yōu)選地，所述襯底還包括在所述鰭片下的與所述鰭片鄰接的絕緣層。優(yōu)選地，所述襯底還包括在鰭片下的與所述鰭片鄰接的第二半導(dǎo)體層，并且其中所述第二半導(dǎo)體層形成有用于第二溝道控制區(qū)以提供反向偏置，所述第二溝道控制區(qū)具有與所述溝道區(qū)相反的導(dǎo)電類型。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件還包括:柵極間隔物，其位于柵極的與源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的兩側(cè)。優(yōu)選地，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。優(yōu)選地，所述一個或多個鰭片包括第一鰭片和第二鰭片，所述第一鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型相同或相反。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括:提供襯底，在所述襯底的表面上形成有一個或更多個鰭片，所述鰭片具有由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料形成的第一半導(dǎo)體層；形成用于所述鰭片的偽柵以包覆所述鰭片的與待形成的溝道區(qū)對應(yīng)的部分；在襯底上形成第一絕緣材料層以至少覆蓋所述鰭片的露出部分并露出偽柵的頂部表面；去除所述偽柵，以露出所述第一半導(dǎo)體層的被偽柵所包覆的部分；以及對所述第一半導(dǎo)體層的露出的所述部分引入能夠賦予第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，以使得在所述第一半導(dǎo)體層中形成溝道區(qū)以及用于控制所述溝道區(qū)的溝道控制區(qū)，其中所述溝道區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的沿著所述溝道區(qū)的溝道方向的兩個側(cè)面的露出部分的表面中，并且與所述溝道區(qū)的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接，并且所述溝道控制區(qū)具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型。優(yōu)選地，所述溝道控制區(qū)還包括形成在所述溝道區(qū)上方的與所述溝道區(qū)鄰接的部分。優(yōu)選地，所述鰭片還包括在所述第一半導(dǎo)體層上的硬掩模。優(yōu)選地，所述方法還包括:在引入摻雜劑之后，形成用于所述鰭片的柵極，所述柵極從所述溝道控制區(qū)的外側(cè)與所述溝道控制區(qū)鄰接。優(yōu)選地，所述方法還包括:在引入摻雜劑之后且在形成柵極之前，去除所述第一絕緣材料層。優(yōu)選地，還包括:在形成所述柵極之后，形成用于該柵極的間隔物。優(yōu)選地，還包括:在形成偽柵之前，在襯底上形成圍繞所述鰭片的第二絕緣材料層，所述第二絕緣材料層具有預(yù)定的厚度，所述預(yù)定的厚度小于所述第一半導(dǎo)體層的高度，從而使得之后形成的所述偽柵和所述柵極被形成在所述第二絕緣材料層之上。優(yōu)選地，引入能夠賦予第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的步驟還使得:所述溝道區(qū)具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分，所述下端部分基本在所述絕緣材料層的上表面之下，并且所述溝道控制區(qū)形成在所述下端部分上方，并且至少在所述上端部分的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面與所述上端部分鄰接。優(yōu)選地，所述溝道區(qū)具有倒T形形狀。優(yōu)選地，形成圍繞所述鰭片的第二絕緣材料層包括:在襯底上形成第二絕緣材料以覆蓋所述鰭片；以及去除所述第二絕緣材料至所述預(yù)定的厚度。優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括:在形成所述偽柵之后，在形成所述第一絕緣材料層之前，形成用于該偽柵的間隔物，并且優(yōu)選地，所形成的第一絕緣材料層還基本覆蓋所述間隔物。優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括:在形成所述間隔物之后，在形成所述第一絕緣材料層之前，進(jìn)行注入以在所述第一半導(dǎo)體層中形成源區(qū)部分和漏區(qū)部分，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。優(yōu)選地，所述柵極由摻雜的多晶硅或摻雜的非晶硅形成。 優(yōu)選地，所述柵極由金屬材料形成。優(yōu)選地，所述引入摻雜劑的步驟是通過離子注入、等離子處理、或者擴(kuò)散進(jìn)行的。優(yōu)選地，所述摻雜劑的引入是通過傾斜的離子注入進(jìn)行的。優(yōu)選地，所述襯底還包括在所述鰭片下的與所述鰭片鄰接的絕緣層。優(yōu)選地，所述襯底還包括在鰭片下的與所述鰭片鄰接的第二半導(dǎo)體層，并且其中所述第二半導(dǎo)體層形成有第二溝道控制區(qū)以提供反向偏置，所述第二溝道控制區(qū)具有與所述溝道區(qū)相反的導(dǎo)電類型。優(yōu)選地，所述一個或更多個鰭片包括第一鰭片和第二鰭片，所述第一鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型相同或相反。優(yōu)選地，形成第一絕緣材料層的步驟包括:在襯底上沉積第一絕緣材料以覆蓋所述鰭片的露出部分和所述偽柵；以及去除部分的所述第一絕緣材料以露出所述偽柵的上表面。從下面結(jié)合附圖的具體描述，本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)、目的、方面將變得更加明了。


本申請包含附圖。附圖與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。通過參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中:圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖3B是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖4A是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖4B是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖5A- 和圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的制造鰭片的方法的示意圖；圖7A和7B是不出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有轄片的半導(dǎo)體襯底的不意圖；圖8A 和 8B、9A 和 9B、10A 和 10B、11A 和 11B、12、13、14A 和 14B 是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟的示意圖；圖15-17、18A和18B、19A和19B、20A和20B、21、和22是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟的示意圖；以及圖23A和23B、24A和24B、25A和25B、26A和26B、27、和28是示出了根據(jù)本發(fā)明再
一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅僅是示例性的，而不是限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，各組成部分并未嚴(yán)格按比例或嚴(yán)格按實(shí)際形狀示出，其中的某些組成部分(例如，層或部件)可以被相對于其他的一些放大，以便更加清楚地說明本發(fā)明的原理。并且，那些可能導(dǎo)致使得本發(fā)明的要點(diǎn)模糊的細(xì)節(jié)并未在附圖中示出。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100A。半導(dǎo)體器件100A包括襯底(未完整示出)，所述襯底具有層101，在層101上(也即，在襯底上)形成有一個或多個鰭片，例如鰭片107和109，如圖1中的虛線框中所指示的。在某些實(shí)施例中，層101可以是絕緣層，例如，絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底中的在用于形成器件的半導(dǎo)體材料層下的絕緣層。換而言之，層101可以是在鰭片107、109下的與所述鰭片鄰接的絕緣層。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不僅適用于SOI襯底，還可以適用于其中由例如體(bulk)半導(dǎo)體襯底(例如，體硅襯底)形成鰭片的情況(例如，如下面將結(jié)合圖3B等所描述的)。因此，在某些實(shí)施例中，層101可以表示鰭片下的與所述鰭片鄰接的半導(dǎo)體層，例如半導(dǎo)體襯底的主體。在根據(jù)該實(shí)施例的器件100A中，鰭片107具有由半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層1070(第一半導(dǎo)體層)以及在半導(dǎo)體層1070上的硬掩模111，如圖1中的虛線框所示。半導(dǎo)體層1070具有源區(qū)部分和漏區(qū)部分(在圖1中未示出，可以見圖9B中的903和905)以及在源區(qū)部分和漏區(qū)部分之間的溝道區(qū)1073。溝道區(qū)1073可以具有第一導(dǎo)電類型，例如，η型或P型。溝道區(qū)1073具有在漏區(qū)部分和源區(qū)部分之間延伸的溝道方向。優(yōu)選地，溝道區(qū)1073的溝道方向可以沿著鰭片107的長度方向(在圖1中，在垂直于紙面的方向)。在某些實(shí)施方案中，溝道區(qū)可以基本位于所述鰭片內(nèi)的半導(dǎo)體層1070的中央。然而應(yīng)當(dāng)理解，這樣的配置僅是示例性的，而并非是限制性。半導(dǎo)體層1070還具有與溝道區(qū)鄰接的溝道控制區(qū)1071以控制溝道區(qū)(溝道)1073導(dǎo)通和夾斷。如圖1中所示，溝道控制區(qū)1071被示出為形成在所述半導(dǎo)體層1070的沿著溝道區(qū)1073的溝道方向的兩個側(cè)面，并且與所述溝道區(qū)1073的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的表面鄰接。換而言之，溝道控制區(qū)1071夾著溝道區(qū)1073。然而本發(fā)明并不限于此，在下面將說明的其他實(shí)施例中，溝道控制區(qū)不僅在所述溝道區(qū)的兩側(cè)與所述溝道區(qū)1073鄰接，而且還可以在所述溝道區(qū)上方鄰接所述溝道區(qū)。也就是說，溝道控制區(qū)還可以包括在溝道區(qū)上方的與溝道區(qū)鄰接的部分。因此，根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，溝道控制區(qū)可以至少形成在所述半導(dǎo)體層的沿著所述溝道區(qū)的溝道方向的兩個側(cè)面的部分表面中，并且可以與所述溝道區(qū)的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接。溝道控制區(qū)1071具有與溝道區(qū)1073的導(dǎo)電類型(所述第一導(dǎo)電類型)相反的第二導(dǎo)電類型，例如，分別與η或P型溝道區(qū)對應(yīng)的P型或η型導(dǎo)電性。這里，示出了鰭片中形成有硬掩模的情況，然而本發(fā)明不限于此。如在下面將說明的其他實(shí)施例中，可以將該硬掩模去除。此外，半導(dǎo)體器件100Α還包括用于鰭片107的柵極115，柵極115從所述溝道控制區(qū)1071的外側(cè)(或者說，相對于所述溝道區(qū)1073的外側(cè))與所述溝道控制區(qū)1071鄰接。盡管在圖1中，柵極115還覆蓋溝道控制區(qū)上方的硬掩模，然而應(yīng)當(dāng)理解，這里柵極115仍是雙柵極結(jié)構(gòu)。柵極優(yōu)選由摻雜的多晶硅、摻雜的非晶硅、或金屬材料形成。優(yōu)選地，溝道控制區(qū)具有相對高的濃度，例如，為P+或η+，以利于形成歐姆接觸，從而降低接觸電阻。如前所述的，半導(dǎo)體層1070中還可以形成有溝道區(qū)1073鄰接的源區(qū)部分和漏區(qū)部分。由于圖1是橫截鰭片的截面圖，因此，在圖中并未示出源區(qū)部分和漏區(qū)部分。應(yīng)當(dāng)理解，源區(qū)部分和漏區(qū)部分將具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型，即，第一導(dǎo)電類型。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以具有一個或更多個鰭片。例如，除了鰭片107外，還可以具有鰭片109。鰭片109的結(jié)構(gòu)與鰭片107的基本相同。鰭片109具有半導(dǎo)體層1090以及在半導(dǎo)體層1090上的硬掩模113。
半導(dǎo)體層1090具有源區(qū)部分和漏區(qū)部分(在圖中未示出)以及在源區(qū)部分和漏區(qū)部分之間的溝道區(qū)1093。溝道區(qū)1093具有第一導(dǎo)電類型，例如，η型或P型。溝道區(qū)1073具有在漏區(qū)部分和源區(qū)部分之間延伸的溝道方向。優(yōu)選地，溝道區(qū)1093的溝道方向可以沿著鰭片109的長度方向，也即，在圖1中，在垂直于紙面的方向。在某些實(shí)施方案中，溝道區(qū)1093可以基本位于鰭片109內(nèi)的半導(dǎo)體層1090的中央。
半導(dǎo)體層1090還具有溝道控制區(qū)1091。如圖1中所示，溝道控制區(qū)1091形成在所述半導(dǎo)體層1090的沿著溝道區(qū)1093的溝道方向的兩個側(cè)面的表面中，并且與所述溝道區(qū)1093的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的表面鄰接。然而本發(fā)明并不限于此。另外，溝道控制區(qū)1091具有與溝道區(qū)的導(dǎo)電類型(第一導(dǎo)電類型)相反的導(dǎo)電類型(第二導(dǎo)電類型)，例如，分別與η或P型溝道區(qū)對應(yīng)的P型或η型導(dǎo)電性。
類似的，半導(dǎo)體層1090還可以包括與溝道區(qū)1091鄰接的源區(qū)部分和漏區(qū)部分。
半導(dǎo)體器件100Α還包括用于鰭片109的柵極117，柵極117從所述溝道控制區(qū)1091的外側(cè)(相對于所述溝道區(qū)1073的外側(cè))與所述溝道控制區(qū)1091鄰接。
這里，可以將鰭片107稱作第一鰭片，并且可以將鰭片109稱作第二鰭片。相應(yīng)地，在需要的情況下，可以以諸如第一和第二的序數(shù)詞來區(qū)分其各自的或者用于其的部件，例如，溝道區(qū)、溝道控制區(qū)、硬掩模、源區(qū)部分和漏區(qū)部分、柵極等等。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，在初始形成鰭片107和109的情況下，鰭片107 (第一鰭片)可以具有與鰭片109 (第二鰭片)相反的導(dǎo)電類型。換而言之，更重要的是，使得鰭片107中的溝道區(qū)(溝道)1073可以具有與鰭片109中的溝道區(qū)1093相反的導(dǎo)電類型，從而可以在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中形成η型(即，η溝道)結(jié)型場效應(yīng)器件和P型(即，P溝道)結(jié)型場效應(yīng)器件。
在圖1中，柵極115和117被形成為一體，然而這并非是限制性的。根據(jù)不同的情況下，柵極115和117也可以被形成為分開的不連接的兩個單獨(dú)的柵極，如圖2中所示。本發(fā)明可以適用于多樣的結(jié)構(gòu)配置。
圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件200Α。其中示出了鰭片207和209。器件200Α與圖1中的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100Α的區(qū)別還在于；鰭片中的硬掩模被去除，并且形成了 U形的溝道控制區(qū)2071和2091。
鰭片207由半導(dǎo)體材料形成，因此，其本身即為一半導(dǎo)體層。鰭片207具有源區(qū)部分和漏區(qū)部分(在圖中未示出)以及在源區(qū)部分和漏區(qū)部分之間的溝道區(qū)2073。溝道區(qū)2073具有第一導(dǎo)電類型，例如，η型或P型。溝道區(qū)1073具有在漏區(qū)部分和源區(qū)部分之間延伸的溝道方向。優(yōu)選地，溝道區(qū)2073的溝道方向沿著所述鰭片的長度方向(在圖2中，在垂直于紙面的方向上)。在某些實(shí)施方案中，溝道區(qū)2093可以基本位于鰭片207的中央。
鰭片207還具有溝道控制區(qū)2071。如圖2中所示，溝道控制區(qū)2071被示出為不僅形成在鰭片(半導(dǎo)體層)207的沿著溝道區(qū)2073的溝道方向的兩個側(cè)面的表面中，并且與所述溝道區(qū)2073的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面鄰接；而且還包括在溝道區(qū)上方的與溝道區(qū)鄰接的部分。也即，形成了 U形(倒U形)的溝道控制區(qū)2071。溝道控制區(qū)2071具有與溝道區(qū)2073的導(dǎo)電類型(第一導(dǎo)電類型)相反的導(dǎo)電類型(第二導(dǎo)電類型)，例如，分別與η或P型溝道區(qū)對應(yīng)的P型或η型導(dǎo)電性。
類似地，鰭片209具有溝道區(qū)2093和溝道控制區(qū)2091。鰭片209的結(jié)構(gòu)與鰭片207的基本相同，但二者的相應(yīng)各區(qū)的導(dǎo)電類型可以相同或相反。溝道控制區(qū)2091可以不僅在所述溝道區(qū)2093的兩側(cè)與所述溝道區(qū)2093鄰接，而且還在所述溝道區(qū)上方鄰接所述溝道區(qū)。
另外，注意，在圖2中，柵極115和柵極117被示出了分離的單獨(dú)的柵極。這里，溝道控制區(qū)還包括在溝道區(qū)上方的與溝道區(qū)鄰接的部分，相應(yīng)優(yōu)選地，在該部分處，柵極也在從所述溝道控制區(qū)的外側(cè)(相對于所述溝道區(qū)的外側(cè)，也即，在溝道控制區(qū)的在溝道區(qū)上方的部分的上側(cè))與所述溝道控制區(qū)鄰接。
并且，在圖2中還示出了分別對于柵極115和柵極117的相應(yīng)的側(cè)墻(sidewall) 1151和1171。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，由于圖2是橫截鰭片的截面圖，因此，這里所示的側(cè)墻1151和1171并非是設(shè)置在源漏和柵極之間的間隔物(spacer，如圖9B中的1153所示)，而是在形成所述間隔物的同時(shí)在柵極的其他的壁上形成的。
另外，由于鰭片的橫向尺寸(寬度)可以是較小的(例如，幾十埃(人))，其可能遠(yuǎn)小于相應(yīng)的通孔(via)的工藝允許的最小尺寸或關(guān)鍵尺寸(CD)，因此，在這種情況下，柵極115和柵極117可能需引出以利于通孔連接，如圖2中所示。然而本發(fā)明并不限于此配置。
圖2的實(shí)施例的其余的特征可以與圖1中的基本一致，這里省略了對其詳細(xì)說明。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件300A。半導(dǎo)體器件300A包括襯底(未完整示出)，所述襯底具有層101，在層101上(也即，在襯底上)形成有鰭片307和309，如圖3A中的虛線框中所指示的。
在某些實(shí)施例中，層101可以是絕緣層，例如，絕緣體上半導(dǎo)體(SOl)襯底中的在用于形成器件的半導(dǎo)體材料層下的絕緣層。換而言之，層101可以是在鰭片307、309下的與所述鰭片鄰接的絕緣層。
在根據(jù)該實(shí)施例的器件300A中，可以包括一個或更多個鰭片。第一鰭片307具有由半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層3070以及在半導(dǎo)體層3070上的硬掩模111，如圖3A中的虛線框所示。第二鰭片309的結(jié)構(gòu)與鰭片307的基本相同，其具有由半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層3090以及在半導(dǎo)體層3070上的硬掩模113。
圖3A所示的器件300A與圖1所示的器件100A的區(qū)別之一在于，在器件300A中在襯底101上還形成了圍繞鰭片307和309的絕緣材料層301，以支撐鰭片。如圖3A中所示，優(yōu)選地，所述絕緣材料層的厚度小于所述鰭片的高度。更優(yōu)選地，絕緣材料層301厚度T對半導(dǎo)體層3070/3090的高度Hsemi減去絕緣材料層301的厚度T的差的比約為3 5，也即，T/(Hsem1-T) = 3 5。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于此，而是可以采用更大或更小的比例，只要該絕緣材料層能夠?yàn)轹捚峁┲渭纯伞?br> 半導(dǎo)體層3070具有溝道區(qū)3073和用于控制溝道區(qū)(溝道)導(dǎo)通和夾斷的溝道控制區(qū)3071。如圖3A中所示，溝道控制區(qū)3071至少形成在所述半導(dǎo)體層3070的沿著溝道方向的兩個側(cè)面的未被所述絕緣材料覆蓋的表面中，并且與所述溝道區(qū)3073的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接。溝道控制區(qū)3071被形成為主要在所述絕緣材料層301的上表面之上，溝道控制區(qū)3071下端可略向下延伸越過與其相鄰的所述絕緣材料層的上表面。這取決于用于形成溝道控制區(qū)的方法(例如，離子注入、等離子體處理、或擴(kuò)散等)以及相應(yīng)工藝參數(shù)(例如，劑量、能量、等離子體密度和功率、擴(kuò)散的溫度和時(shí)間等)坐寸ο
溝道區(qū)3073可以具有第一導(dǎo)電類型，例如，η型或P型。溝道區(qū)1073具有在漏區(qū)部分和源區(qū)部分之間延伸的溝道方向。優(yōu)選地，溝道區(qū)3073的溝道方向可以沿著鰭片307的長度方向(在圖3Α中，在垂直于紙面的方向)。溝道控制區(qū)3071具有與溝道區(qū)3073的導(dǎo)電類型(所述第一導(dǎo)電類型)相反的第二導(dǎo)電類型，例如，分別與η或P型溝道區(qū)對應(yīng)的P型或η型導(dǎo)電性。
這里，優(yōu)選地，如圖3Α中所示，溝道區(qū)3073具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分。優(yōu)選地，溝道區(qū)3073可以具有倒T形形狀。溝道區(qū)3073的下端部分基本在所述絕緣材料層301的上表面之下。而溝道控制區(qū)3071形成在溝道區(qū)3073的下端部分上方，并且至少在所述上端部分的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面與所述上端部分鄰接。
此外，半導(dǎo)體器件300Α還包括用于鰭片307的柵極115。柵極115形成在絕緣材料層301之上。柵極115從所述溝道控制區(qū)3071的外側(cè)(即，相對于所述溝道區(qū)3073的外側(cè))與所述溝道控制區(qū)3071鄰接。同樣地，這里柵極115仍是雙柵極結(jié)構(gòu)。柵極優(yōu)選由摻雜的多晶硅、摻雜的非晶硅、或者金屬材料形成。
半導(dǎo)體層3070中還可以形成有與溝道區(qū)3073鄰接的源區(qū)部分和漏區(qū)部分。由于圖3Α是橫截鰭片的截面圖，因此，在圖中并未示出源區(qū)部分和漏區(qū)部分。應(yīng)當(dāng)理解，源區(qū)部分和漏區(qū)部分將具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型，即，第一導(dǎo)電類型。
半導(dǎo)體層3090具有溝道區(qū)3093和用于控制溝道區(qū)(溝道)的溝道控制區(qū)3091。其結(jié)構(gòu)基本與半導(dǎo)體層3070的一致。
如圖3Α中所示，溝道控制區(qū)3091至少形成在所述半導(dǎo)體層3090的沿著溝道方向的兩個側(cè)面的未被所述絕緣材料覆蓋的表面中，并且與所述溝道區(qū)3093的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接。從圖3Α中可見，溝道控制區(qū)3091被形成為主要在所述絕緣材料層301的上表面之上，溝道控制區(qū)3091下端可略向下延伸越過與其相鄰的所述絕緣材料層的上表面。然而本發(fā)明并不限于此。
溝道區(qū)3093和具有第一導(dǎo)電類型，例如，η型或P型。優(yōu)選地，溝道區(qū)3093的溝道方向可以沿著鰭片309的長度方向，也即，在圖3Α中，在垂直于紙面的方向上。溝道控制區(qū)3091具有與溝道區(qū)的導(dǎo)電類型(第一導(dǎo)電類型)相反的導(dǎo)電類型(第二導(dǎo)電類型)，例如，分別與η或P型溝道區(qū)對應(yīng)的P型或η型導(dǎo)電性。
類似的，半導(dǎo)體器件300Α還包括用于鰭片309的柵極117。這里，柵極117被形成為在所述絕緣層上方。柵極117從所述溝道控制區(qū)3091的外側(cè)(也即，相對于所述溝道區(qū)3093的外側(cè))與所述溝道控制區(qū)3091鄰接。
類似地，鰭片309也包括形成在半導(dǎo)體層3090上的硬掩模113，并且半導(dǎo)體層3090還可以包括與溝道區(qū)3091鄰接的源區(qū)部分和漏區(qū)部分。
這里，可以將鰭片307稱作第一鰭片，并且可以將鰭片309稱作第二鰭片。另外，鰭片307中的溝道區(qū)(溝道)3073可以具有與鰭片309中的溝道區(qū)3093相反的導(dǎo)電類型，從而可以在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中形成η型(即，η溝道)結(jié)型場效應(yīng)器件和P型(即，P溝道)結(jié)型場效應(yīng)器件。
如前所述的，在某些實(shí)施方式中，在通過諸如離子注入、等離子體處理、或擴(kuò)散引入摻雜劑以形成溝道控制區(qū)3071和3091時(shí)，部分摻雜的雜質(zhì)還將在鰭片307/309中的半導(dǎo)體層中注入或擴(kuò)散到略微在絕緣材料層301的上表面之下的部分。這種情況也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
這里，示出了鰭片中形成有硬掩模的情況，然而本發(fā)明不限于此。如在下面將說明的其他實(shí)施例中，可以將該硬掩模去除。
圖3Β示出了根據(jù)另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件300Β。器件300Β與圖3Α中所示的器件300Α的主要區(qū)別在于，器件300Β利用體半導(dǎo)體襯底(例如，體硅襯底)來形成鰭片。也就是說，在圖3Β中，層101表示在鰭片下的與所述鰭片鄰接的半導(dǎo)體層。在這種情況下，優(yōu)選地，在半導(dǎo)體層101中提供用于提供反向偏置的結(jié)構(gòu)(例如，第一區(qū)域3075和第二區(qū)域3095)。
在圖3Β中，層101表示在鰭片下的與所述鰭片鄰接的半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)。在這種情況下，優(yōu)選地，在半導(dǎo)體層101中形成與溝道區(qū)鄰接的第二溝道控制區(qū)，以控制溝道區(qū)。例如，可以通過第二溝道控制區(qū)在溝道區(qū)和該區(qū)域之間提供反向偏置(bias)。
在某些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體層101可以具有與鰭片中的溝道區(qū)(例如，3073或3093)相同的導(dǎo)電類型。在這種情況下，可以在半導(dǎo)體層101中提供導(dǎo)電類型與溝道區(qū)3073的導(dǎo)電類型相反的區(qū)域3075(第一區(qū)域)來作為第二溝道控制區(qū)。同樣的，可以在半導(dǎo)體層101中提供導(dǎo)電類型與溝道區(qū)3093的導(dǎo)電類型相反的區(qū)域3095(第二區(qū)域)來作為第二溝道控制區(qū)。
例如，在溝道區(qū)3073為η型的情況下，區(qū)域3075可以為ρ型，為了降低接觸電阻，其可以為P+型，也即高摻雜濃度的P型。又例如，在溝道區(qū)3093為P型的情況下，區(qū)域3095可以為η型，同樣的，為了降低接觸電阻，其可以為η.型，也即高摻雜濃度的η型。在某些情況下，可以將層101整體用來作為用于提供反向偏置而不必單獨(dú)提供區(qū)域3075和3095。在某些實(shí)施方式中，可以通過在襯底的與鰭片相反的表面提供的電極(例如，金屬電極)或者通過其上形成鰭片的表面來為所述區(qū)域3075和/或3095提供偏置電源。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，所述反向偏置是對于溝道區(qū)與溝道控制區(qū)之間所形成的P-η結(jié)而言的。并且應(yīng)當(dāng)理解，用于提供反向偏置的結(jié)構(gòu)并不限于上述示例。圖3Β的實(shí)施例的其余的特征可以與圖3Α中的基本一致，這里省略了對其詳細(xì)說明。
圖4Α和4Β分別示出了根據(jù)本發(fā)明另外實(shí)施例的半導(dǎo)體器件400Α和400Β。
器件400Α與圖3Α中的器件300Α的區(qū)別在于，鰭片307和309中的硬掩模111和113被去除，并且形成了 U形(倒U形)的溝道控制區(qū)4071和4091。也就是說，溝道控制區(qū)(4071,4091)被形成為不僅包括在所述溝道區(qū)4073的兩側(cè)與溝道區(qū)(4073,4093)鄰接的部分，而且還在所述溝道區(qū)上方鄰接所述溝道區(qū)的部分。
這里，優(yōu)選地，如圖4Α中所示，溝道區(qū)4073具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分。優(yōu)選地，溝道區(qū)4073可以具有倒T形形狀。溝道區(qū)4073的下端部分基本在所述絕緣材料層401的上表面之下。而溝道控制區(qū)4071不僅形成在所述半導(dǎo)體層4070的沿著溝道方向的兩個側(cè)面的未被所述絕緣材料覆蓋的表面中，并且與所述溝道區(qū)3073的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接，而且還包括在溝道區(qū)上方的與溝道區(qū)鄰接的部分。
圖4A的實(shí)施例的其余的特征與圖3A中的基本一致，這里省略了對其詳細(xì)說明。
器件400B與圖4A中的器件400A的區(qū)別在于，器件400B利用體半導(dǎo)體襯底(例如，體硅襯底)來形成鰭片。也就是說，在圖4B中，層101表示在鰭片下的與所述鰭片鄰接的半導(dǎo)體層。在這種情況下，優(yōu)選地，在半導(dǎo)體層101中提供用于提供反向偏置的結(jié)構(gòu)(例如，第一區(qū)域4075和第二區(qū)域4095)。
在圖3B中對類似結(jié)構(gòu)及區(qū)域(例如，如圖3B中所示的第一區(qū)域3075和第二區(qū)域3095)的說明可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于本實(shí)施例中的所述結(jié)構(gòu)和/或區(qū)域(圖4B中所示的第一區(qū)域4075和第二區(qū)域4095)。圖4B的實(shí)施例的其余的特征可以與圖4A中的基本一致，這里省略了對其詳細(xì)說明。
如在下面將得到更好說明的，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件(100A、200A、300A和300B、400A和400B)還可以包括有間隔物1153，其可以位于柵極的與源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的兩側(cè)。
此外，盡管在圖中未示出，所述半導(dǎo)體器件還可以包括從所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分外延生長的半導(dǎo)體材料部分。在此情況下，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分以及分別從其外延生長的半導(dǎo)體材料部分共同構(gòu)成源區(qū)和漏區(qū)。而在沒有進(jìn)行所述外延生長的情況下，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分自身即分別為器件的源區(qū)和漏區(qū)。
下面根據(jù)圖5A-5C、圖6以及圖7A和7B來說明形成根據(jù)本發(fā)明的其上形成有鰭片的襯底的步驟。
圖5A-5C是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例用于形成供刻蝕用的掩模的多種方法的示意圖。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過芯軸-間隔物(mandrel-spacer)方法來形成所述掩模的情形。如圖5A所示，晶片具有層101以及層101上的半導(dǎo)體層103。如前所述的，層101可以是SOl襯底中的絕緣層或者，可以是體半導(dǎo)體襯底的主體。在后一種情況下，層103可以與層101合而為一，或者說，可以省略層103 ;層103也可以是與層101不同的半導(dǎo)體層。
在晶片上形成硬掩模層105以覆蓋半導(dǎo)體層103。
之后,可以在硬掩模105上形成芯軸層503。芯軸層503可以例如由娃的氧化物或者多晶硅等來形成。在芯軸層503中在期望的位置中可以形成有開口，如圖5A中所示例性地示出的。然后，可以形成分別在所述開口的兩個側(cè)壁上的間隔物501。之后，可以去除芯軸層503，而保留間隔物501，來作為用于刻蝕形成鰭片所需的掩模。
可以在層103的期望位置(例如，右側(cè)的間隔物下方)形成具有不同導(dǎo)電類型的區(qū)域507。該區(qū)域507可以用于形成具有不同導(dǎo)電類型的鰭片。
圖5B示出了另一種形成所述掩模的方法。在硬掩模105上形成犧牲圖案509。然后在犧牲圖案509的側(cè)壁上形成間隔物501。之后，移除犧牲圖案509，而保留間隔物501，來作為用于刻蝕形成鰭片所需的掩模。
類似的，可以在層103的期望位置(例如，右側(cè)的間隔物下方的)形成具有不同導(dǎo)電類型的區(qū)域507。該區(qū)域507可以用于形成具有不同導(dǎo)電類型的鰭片。并且可以在作為半導(dǎo)體層的層101中形成前述的第一區(qū)域和第二區(qū)域(3075、3095等等)。
圖5C示出了又一種形成所述掩模的方法，其中使用本領(lǐng)域中已知的雙圖案化方法，例如，可以通過兩次光刻來在抗蝕劑511中形成圖案或掩模501。之后，可以去除抗蝕劑511中不需要的部分。在這種情況下，可以在利用掩模進(jìn)行刻蝕之前，對圖案501進(jìn)行烘焙，以使得在刻蝕過程中圖案501不易垮塌。
從而，如圖中所示，形成刻蝕用掩模圖案501。之后，利用該掩?？涛g所述硬掩模層105和所述半導(dǎo)體層103，以形成鰭片，如圖6中所示。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，所述刻蝕可以分成多次進(jìn)行，例如分別刻蝕硬掩模105和半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)?；蛘?，也可以利用同一刻蝕設(shè)備以一次全部進(jìn)行(all-1n-one)的方式進(jìn)行刻蝕，而不將晶片移出該刻蝕設(shè)備。之后，去除所述掩模501，并有選擇地去除硬掩模層，從而形成鰭片(例如，107、109 ;207，209)，如圖 7A 和 7B 中所示。
根據(jù)本發(fā)明，如圖7A和7B中所示，提供如下的襯底，在所述襯底的表面上形成有一個或更多個鰭片(107、109、207、209)，所述鰭片具有由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層(1070、1090、207、209)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，鰭片還可以包括在半導(dǎo)體層(1070、1090)上的硬掩模(111、113)。這里，所述第一導(dǎo)電類型可以是η型或ρ型。
下面就具有和不具有硬掩模的鰭片分別說明后續(xù)工藝步驟。
首先參考圖7Α、8Α-8Β、9Α-9Β、10Α-10Β、IIA-1lBJP 12-14Β 說明根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的器件的制造方法的步驟。
首先，提供如圖7Α所示的襯底，在所述襯底的表面上形成有一個或更多個鰭片(207、209)，所述鰭片本身即為具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層。
如圖8Α和8Β所示，分別形成用于鰭片207和209的偽柵815和817，以包覆所述鰭片207和209的與待形成的溝道區(qū)對應(yīng)的部分。這里，圖SB是沿圖8Α的線Α-Α’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。
在該實(shí)施例中，鰭片207和209本身即為半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)，也就是說，鰭片中沒有硬掩模。另外，盡管這里示出了兩個鰭片，但是應(yīng)當(dāng)理解，如前面所說明的，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以包括一個或更多個鰭片。另外，本發(fā)明的器件的部件結(jié)構(gòu)是多樣的，并不限于本發(fā)明的各附圖中所示出并說明的情形。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，在本說明書中，僅說明了本發(fā)明的相關(guān)的主要部件或步驟，而對于其余的并非本發(fā)明所關(guān)注的部件或步驟并未進(jìn)行詳細(xì)說明。例如，在形成偽柵之前，可以先去除鰭片上的原生氧化物(native oxide)，例如通過濕法利用清洗液或者稀釋的氫氟酸坐寸ο
在該實(shí)施例的一些實(shí)施方案中，形成偽柵815和817的步驟可以包括:在形成有鰭片207和209的襯底上形成偽柵材料(例如，多晶硅)層以至少覆蓋鰭片；之后，進(jìn)行圖案化，來形成偽柵815和817。
如圖8B中所示，僅部分的鰭片207(209)被偽柵815(817)所覆蓋，在該部分后來將對應(yīng)形成溝道區(qū)。
之后，出于可靠性的考慮，優(yōu)選地，如圖9A和9B所示，形成用于偽柵的間隔物(圖9B中的1153)。這里，圖9B是沿圖9A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。
間隔物1153形成在偽柵的與后來將形成的源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的兩側(cè)處。另外，應(yīng)當(dāng)理解，圖9A中所示的側(cè)墻1151和1171形成在柵極的不與源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的其他側(cè)面處。因此，將二者分別命名為間隔物和側(cè)墻以資區(qū)分。
這里，間隔物/側(cè)墻可以由例如，硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氧氮化物、或硅的氮氧化物等形成。然而，本發(fā)明并不限于此。
優(yōu)選地，在形成所述間隔物之后，可以進(jìn)行注入以在所述第一半導(dǎo)體層中形成源區(qū)部分903和漏區(qū)部分905，如圖9B中所示。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于此。所述源區(qū)部分903和漏區(qū)部分905可以具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
源區(qū)部分903和漏區(qū)部分905可以具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。對于源區(qū)部分和漏區(qū)部分的深度沒有特別限制，只要源區(qū)部分和漏區(qū)部分與后來將形成的溝道區(qū)鄰接即可。優(yōu)選地，源區(qū)部分和漏區(qū)部分的深度基本等于鰭片中半導(dǎo)體層的高度。
優(yōu)選地，可以在形成所述間隔物之后，可以針對半導(dǎo)體層的所暴露的表面外延生長一定厚度的半導(dǎo)體層。例如，可以外延生長幾十埃(人)厚的半導(dǎo)體層。所述厚度可以根據(jù)鰭片的寬度而定。
可以在所述外延生長之后，再進(jìn)行注入以形成源區(qū)部分和漏區(qū)部分。根據(jù)另外的實(shí)施方案，可以再所述外延生長之前進(jìn)行注入，而在外延生長過程中，進(jìn)行原位(in-situ)摻雜。從而，在此情況下，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分以及分別從其外延生長的半導(dǎo)體材料部分共同構(gòu)成源區(qū)和漏區(qū)。而在沒有進(jìn)行所述外延生長的情況下，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分自身即分別為器件的源區(qū)和漏區(qū)。
順便說明，盡管在所示出的實(shí)施例中采用了后形成柵極(gate-last)的工藝，然而應(yīng)當(dāng)理解，這樣的實(shí)施例僅僅是優(yōu)選的，而本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，也可以在形成偽柵之后并不形成間隔物和源漏。例如，可以在形成柵極之后才形成間隔物，之后形成源區(qū)部分和漏區(qū)部分。
之后，如圖1OA和IOB所示，在襯底上形成第一絕緣材料層1001以至少覆蓋所述鰭片的露出部分并露出偽柵的頂部表面。這里，圖1OB是沿圖1OA的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。
在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，可以在其上形成了所述偽柵(及間隔物)的襯底上沉積第一絕緣材料，以使其覆蓋整個襯底，即，覆蓋鰭片的露出部分和偽柵；之后，可以去除部分的第一絕緣材料，以露出偽柵的上表面。例如可以通過化學(xué)機(jī)械拋光或者回蝕刻(etch-back)來進(jìn)行所述去除，使得第一絕緣材料層的上表面與偽柵的上表面基本齊平，從而使得偽柵的上表面露出。所述第一絕緣材料可以是例如硅的氧化物。
在形成了前述的間隔物1153的情況下，所述第一絕緣材料層優(yōu)選還基本覆蓋所述間隔物。
另外，這里由于鰭片207、209被遮蔽，因此在示圖中其被以虛線框的形式示出。
之后，如圖1lA和IlB所示，去除所述偽柵815和817。這里，圖1lB是沿圖1lA的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。從而，露出了鰭片207、209的原本被偽柵所包覆的部分?？梢岳美鐫穹涛g方法或干法刻蝕方法等來去除所述偽柵。
之后，如圖12所示，對所述鰭片(也即，所述半導(dǎo)體層的露出的部分)引入能夠賦予與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，例如，通過離子注入、等離子處理、擴(kuò)散等等。從而，在所述半導(dǎo)體層中形成溝道區(qū)2073和2093以及用于控制溝道區(qū)2073和2093的溝道控制區(qū)2071和2091。所述溝道區(qū)2073和2093具有第一導(dǎo)電類型(例如，η型或P型)，所述溝道控制區(qū)2071和2091則具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型(例如，對應(yīng)的P型或η型)。并且，溝道控制區(qū)2071、2091分別形成在所述半導(dǎo)體層2070和2090的沿著各自溝道區(qū)2073和2093的溝道方向的兩個側(cè)面的露出部分的表面中，并且與相應(yīng)溝道區(qū)的沿著其相應(yīng)的溝道方向的兩個側(cè)面的表面鄰接。
這里，溝道區(qū)2073和2093分別具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分。所述下端部分基本在所述絕緣材料層401的上表面之下。
在本實(shí)施例中，溝道控制區(qū)2071、2091形成為U形(倒U形)，分別在溝道區(qū)2073和2093的兩側(cè)以及上方與所述溝道區(qū)鄰接。也就是說，溝道控制區(qū)2071、2091還包括所述溝道控制區(qū)還包括形成在所述溝道區(qū)上方的與所述溝道區(qū)鄰接的部分。這里，溝道區(qū)2073和2093可以具有倒T形形狀。
這里，優(yōu)選利用離子注入來引入所述摻雜劑，更優(yōu)選地，利用傾斜離子注入，例如，離子的入射角度可以調(diào)整為不與襯底表面垂直。
另外，優(yōu)選地，可以在離子注入等處理之后，進(jìn)行退火，例如快速熱退火等，以利于修復(fù)離子注入等所造成的損傷。
在鰭片207和209具有不同的導(dǎo)電類型，也就是說鰭片207和209中將要形成的溝道區(qū)具有不同導(dǎo)電類型的情況下，所述摻雜劑的引入還可以包括，例如:形成第一掩模(例如，抗蝕劑)覆蓋鰭片207和209中一個鰭片(例如，第一鰭片)，對所露出的另一個鰭片(例如，第二鰭片)進(jìn)行具有相應(yīng)導(dǎo)電類型的摻雜劑的引入；之后去除所述第一掩模，并形成第二掩模覆蓋所述另一鰭片(例如，第二鰭片)并露出所述的一個鰭片(例如，第一鰭片)；對所露出的所述的一個鰭片(例如，第一鰭片)進(jìn)行具有相應(yīng)導(dǎo)電類型的摻雜劑的引入。
之后，如圖13和圖14Α-14Β所示，形成用于鰭片的柵極115和117，所述柵極從相應(yīng)溝道控制區(qū)的外側(cè)與所述溝道控制區(qū)鄰接。例如，在一種實(shí)現(xiàn)方案中，可以在襯底上形成柵極材料層1301，如圖13所示。根據(jù)不同的實(shí)施方式，柵極材料可以是摻雜的多晶硅、摻雜的α硅(非晶硅)、或者金屬材料等。然后，進(jìn)行例如化學(xué)機(jī)械拋光，直至基本露出第一絕緣材料層1001的上表面，或者直至柵極材料層的上表面與所述第一絕緣材料層1001的上表面基本齊平。從而，形成柵極115和117，如圖14Α和14Β所示。這里，圖14Β是沿圖14Α的線Α-Α’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。圖14Β更佳地示出了用于柵極115的間隔物1153。
下面參照圖15-17、18Α-18Β、19Α-19Β、20Α-20Β、21、和22說明根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的器件的制造方法的步驟。
在該實(shí)施例中，襯底上形成有不具有硬掩模的鰭片(如圖7Α中所示)，并且在襯底上形成圍繞鰭片的絕緣材料層，以支持鰭片。
首先，提供如圖7Α所示的襯底，在所述襯底的表面上形成有一個或更多個鰭片(407、409)，所述鰭片本身即為具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體層。
接著，在襯底上形成圍繞所述鰭片407和409的絕緣材料層401 (第二絕緣材料層)，所述絕緣材料層401具有預(yù)定的厚度，所述預(yù)定的厚度小于所述半導(dǎo)體層的高度，從而，后來將形成的偽柵和柵極被形成在所述絕緣材料層之上。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，如圖15所示，在襯底上形成絕緣材料1501以覆蓋鰭片407和409。層101表示鰭片下的與鰭片鄰接的層。如前所述的，層101可以是絕緣層也可以是半導(dǎo)體層。鰭片407和409可以具有第一導(dǎo)電類型，例如η型或ρ型。盡管在圖中并未示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，在層101是半導(dǎo)體層的情況下，可以預(yù)先在其中形成前面所述的第二溝道控制區(qū)，例如前述的第一區(qū)域和第二區(qū)域等。
接著，如圖16所示，去除所述絕緣材料1501至預(yù)定的厚度，所述預(yù)定的厚度小于鰭片(半導(dǎo)體層)的高度。從而，形成了絕緣材料層401 (第二絕緣材料層)。注意，在該示例中，鰭片407、409即為半導(dǎo)體層；而在鰭片還具有硬掩模層的情況下，這里所述的高度應(yīng)指鰭片中半導(dǎo)體層(例如，1070和1090等)的高度。
這里,可以利用例如回蝕刻(etch-back)工藝來將絕緣材料1501去除至預(yù)定的厚度。所述預(yù)定的厚度小于半導(dǎo)體層的厚度。如此，可以露出鰭片的半導(dǎo)體層的含頂端的一部分。
優(yōu)選地，絕緣材料層401厚度T對半導(dǎo)體層407的高度Hsemi減去絕緣材料層401的厚度T的差(也即，鰭片的半導(dǎo)體層露出絕緣材料層401的部分的高度)的比約為3 5，也即，T/(Hsem1-T) = 3 5。
之后，如圖17所示，在所述絕緣材料層401上形成用于鰭片的偽柵1715和1717，以包覆所述鰭片的與待形成的溝道區(qū)對應(yīng)的部分。
接著，優(yōu)選地，如圖18A和18B所示，形成用于偽柵的間隔物1153。這里，圖18B是沿圖18A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。間隔物1153形成在偽柵的與后來將形成的源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的兩側(cè)。而在偽柵的其余側(cè)面則可以相應(yīng)形成側(cè)墻1151和1171等。間隔物1153也形成在第二絕緣材料層401上。
優(yōu)選地，在此可以進(jìn)行用于形成源區(qū)部分和漏區(qū)部分的注入。
之后，如圖19A和19B所示，形成絕緣材料層1901 (第一絕緣材料層)，以至少覆蓋鰭片的露出部分并露出偽柵的頂部，并優(yōu)選也覆蓋所述間隔物(如果存在的話)。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，可以在其上形成了所述偽柵(及間隔物，如果存在的話)的襯底上沉積第一絕緣材料，以使其覆蓋整個襯底；之后，可以進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，從而露出偽柵的頂部，或者，可以使得第一絕緣材料所形成的層的上表面與偽柵的上表面基本齊平。所述第一絕緣材料可以是例如硅的氧化物。
接著，如圖20A和20B所示，去除所述偽柵，以露出被偽柵所包覆的鰭片的半導(dǎo)體層。這里，圖20B是沿圖20A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。
然后，如圖21所示，對所述鰭片(即，所述半導(dǎo)體層的露出的部分)引入能夠賦予與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，例如，可以通過離子注入、等離子處理、擴(kuò)散等來進(jìn)行所述引入。從而，在所述鰭片407、409中形成溝道區(qū)4073、4093以及用于控制溝道區(qū)的溝道控制區(qū)4071、4091。溝道區(qū)4073、4093和溝道控制區(qū)4071、4091的結(jié)構(gòu)可以見圖4A的相關(guān)說明。
之后，如圖22所示，形成柵極115和117，所述柵極從溝道控制區(qū)的外側(cè)與溝道控制區(qū)鄰接。
下面參考圖23A-23B、24A-24B、25A-26B、27和28說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的器件的制造方法步驟。其中，采用了鰭片上部形成有硬掩模的襯底。
首先，如圖23A和23B所示，層101上形成有鰭片107和109。這里，圖23B是沿圖23A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。鰭片107包括硬掩模111和硬掩模111下的半導(dǎo)體層1070 ;鰭片109包括硬掩模113和硬掩模113下的半導(dǎo)體層1090。
在襯底上形成用于相應(yīng)鰭片的偽柵2315和2317。圖23B示出了從圖23A的箭頭方向所看到的示圖，其中示出了偽柵2315并示出了鰭片(包括硬掩模111和下面的半導(dǎo)體層1070)的未被偽柵包覆的部分。
之后，如圖24A和24B所示，形成用于偽柵的間隔物1153。這里，圖24B是沿圖24A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。圖24B更佳地示出了間隔物1153。間隔物1153形成在偽柵的與后來將形成的源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的兩側(cè)。而如圖24A中所示，在偽柵的其他側(cè)面上也同時(shí)形成了側(cè)墻1151和1171。
優(yōu)選地，可以在此自對準(zhǔn)地形成源區(qū)部分和漏區(qū)部分(圖中并未示出)。
然后，如圖25A和25B所示，形成絕緣材料層2501以至少覆蓋所述鰭片的露出部分并露出偽柵的頂部。優(yōu)選地，絕緣材料層2501也覆蓋所述間隔物1153。這里，圖25B是沿圖25A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。
接著，如圖26A和26B所示，去除所述偽柵，以露出被偽柵所包覆的鰭片的半導(dǎo)體層。這里，圖26B是沿圖26A的線A-A’所截取的截面沿箭頭所指方向的視圖。
然后，如圖27所示，對所述鰭片(鰭片中的半導(dǎo)體層)引入能夠賦予與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，例如，可以通過離子注入、等離子處理、擴(kuò)散等來進(jìn)行所述引入。從而，在所述半導(dǎo)體層1070、1090中形成溝道區(qū)1073、1093以及用于控制溝道區(qū)的溝道控制區(qū)1071、1091。溝道區(qū)1073、1093以及溝道控制區(qū)1071、1091的結(jié)構(gòu)可以見圖1的相關(guān)說明。
同樣地，在半導(dǎo)體層1070和1090具有不同的導(dǎo)電類型，也就是說半導(dǎo)體層1070和1090中將要形成的溝道區(qū)具有不同導(dǎo)電類型的情況下，可以分別進(jìn)行各自的摻雜劑的引入。例如可以將第一鰭片用掩模(例如，抗蝕劑)覆蓋，同時(shí)進(jìn)行第二鰭片的摻雜劑的引入；反之亦然。
之后，如圖28所示，形成相應(yīng)的柵極115和117。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本實(shí)施例的方法可以與上面結(jié)合圖18A-22所述的方法結(jié)合，來形成如圖3A和3B所示的器件。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，盡管在本發(fā)明的說明書中主要描述了后形成柵極(gate-last)的制造方法，然而本發(fā)明并不限于此。例如，可以在形成偽柵后在柵極形成之前并不形成間隔物、源漏等；而是，在進(jìn)行了所述摻雜劑的引入之后，去除所述第一絕緣材料層，之后形成柵極，在形成柵極之后再形成間隔物、源漏等。
還應(yīng)當(dāng)理解，在第一鰭片和第二鰭片具有導(dǎo)電類型不同的溝道區(qū)的情況下，可以分別進(jìn)行各自的摻雜劑的引入，例如可以將第一鰭片用掩模(例如，抗蝕劑)覆蓋，同時(shí)進(jìn)行第二鰭片的摻雜劑的引入；反之亦然。如前所述的，在本申請中，對于本發(fā)明所不關(guān)注的步驟、部件、或細(xì)節(jié)，并未做詳細(xì)說明，因?yàn)檫@些將是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，或者是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)將容易地或者顯而易見地知道的。
以上參考附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅是示例性，而不是對本申請權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的實(shí)施例可以自由地進(jìn)行組合，而不超出本發(fā)明的范圍。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以對本發(fā)明的實(shí)施例和細(xì)節(jié)等進(jìn)行多種修改而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，所有這些修改都被包括在下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 在襯底上形成的鰭片，所述鰭片具有由半導(dǎo)體材料形成的第一半導(dǎo)體層，并且所述第一半導(dǎo)體層具有: 源區(qū)部分和漏區(qū)部分； 在源區(qū)部分和漏區(qū)部分之間的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；以及 溝道控制區(qū)，其與溝道區(qū)鄰接以用于控制溝道區(qū)，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的沿著所述溝道區(qū)的溝道方向的兩個側(cè)面的部分表面中，并且與所述溝道區(qū)的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接，所述溝道控制區(qū)具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；以及 柵極，其從所述溝道控制區(qū)的外側(cè)與所述溝道控制區(qū)鄰接。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述溝道控制區(qū)還包括形成在所述溝道區(qū)上方的與所述溝道區(qū)鄰接的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述鰭片還包括在所述第一半導(dǎo)體層上的硬掩模。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括在襯底上的圍繞所述鰭片的絕緣材料層， 其中，所述絕緣材料層的厚度小于所述第一半導(dǎo)體層的高度， 其中，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的所述兩個側(cè)面的未被所述絕緣材料覆蓋的表面中；并且 其中，所述柵極被形成在所 述絕緣材料層之上。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中: 所述溝道區(qū)具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分，所述下端部分基本在所述絕緣材料層的上表面之下，并且 所述溝道控制區(qū)形成在所述下端部分上方，并且至少在所述上端部分的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面與所述上端部分鄰接。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述溝道具有倒T形形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵極由摻雜的多晶硅或摻雜的非晶硅形成。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵極由金屬材料形成。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底還包括在所述鰭片下的與所述鰭片鄰接的絕緣層。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述襯底還包括在鰭片下的與所述鰭片鄰接的第二半導(dǎo)體層，并且其中所述第二半導(dǎo)體層形成有第二溝道控制區(qū)以提供反向偏置，所述第二溝道控制區(qū)具有與所述溝道區(qū)相反的導(dǎo)電類型。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括: 柵極間隔物，其位于柵極的與源區(qū)部分和漏區(qū)部分相鄰的兩側(cè)。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件還包括從所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分外延生長的半導(dǎo)體材料部分，所述源區(qū)部分和漏區(qū)部分以及分別從其外延生長的半導(dǎo)體材料部分共同構(gòu)成源區(qū)和漏區(qū)。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述一個或多個鰭片包括第一鰭片和第二鰭片，所述第一鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型相同或相反。
15.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括: 提供襯底，在所述襯底的表面上形成有，所述鰭片具有由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料形成的第一半導(dǎo)體層； 形成用于所述鰭片的偽柵以包覆所述鰭片的與待形成的溝道區(qū)對應(yīng)的部分； 在襯底上形成第一絕緣材料層以至少覆蓋所述鰭片的露出部分并露出偽柵的頂部表面； 去除所述偽柵，以露出所述第一半導(dǎo)體層的被偽柵所包覆的部分；以及對所述第一半導(dǎo)體層的露出的所述部分引入能夠賦予第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，以使得在所述第一半導(dǎo)體層中形成溝道區(qū)以及用于控制所述溝道區(qū)的溝道控制區(qū)，其中所述溝道區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的沿著所述溝道區(qū)的溝道方向的兩個側(cè)面的露出部分的表面中，并且與所述溝道區(qū)的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接，并且所述溝道控制區(qū)具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型。
16.如權(quán)利要求15所 述的方法，其中所述溝道控制區(qū)還包括形成在所述溝道區(qū)上方的與所述溝道區(qū)鄰接的部分。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述鰭片還包括在所述第一半導(dǎo)體層上的硬掩模。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括: 在形成所述偽柵之后，在形成所述第一絕緣材料層之前，形成用于該偽柵的間隔物，并且 其中，所形成的第一絕緣材料層還基本覆蓋所述間隔物。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括:在形成所述間隔物之后，在形成所述第一絕緣材料層之前，從所述第一半導(dǎo)體層的露出部分外延生長半導(dǎo)體材料，并且 其中，所形成的第一絕緣材料層還基本覆蓋所外延生長的半導(dǎo)體材料。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，進(jìn)一步包括: 在形成所述間隔物之后，在形成所述第一絕緣材料層之前，進(jìn)行注入以形成與所述溝道區(qū)鄰接的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括: 在引入摻雜劑之后，形成用于所述鰭片的柵極，所述柵極從所述溝道控制區(qū)的外側(cè)與所述溝道控制區(qū)鄰接。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括: 在引入摻雜劑之后且在形成柵極之前，去除所述第一絕緣材料層。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括: 在形成所述柵極之后，形成用于該柵極的間隔物。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括:在形成所述間隔物之后，從所述第一半導(dǎo)體層的露出部分外延生長半導(dǎo)體材料。
25.如權(quán)利要求23或24所述的方法，進(jìn)一步包括: 進(jìn)行注入以形成與所述溝道區(qū)鄰接的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)具有與所述溝道區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
26.如權(quán)利要求15所述的方法,還包括: 在形成偽柵之前，在襯底上形成圍繞所述鰭片的第二絕緣材料層，所述第二絕緣材料層具有預(yù)定的厚度，所述預(yù)定的厚度小于所述第一半導(dǎo)體層的高度， 從而使得之后形成的所述偽柵和所述柵極被形成在所述第二絕緣材料層之上。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，引入能夠賦予第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的步驟還使得: 所述溝道區(qū)具有下端部分以及從所述下端部分向上突出的上端部分，所述下端部分基本在所述絕緣材料層的上表面之下，并且 所述溝道控制區(qū)形成在所述下端部分上方，并且至少在所述上端部分的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面與所述上端部分鄰接。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述溝道區(qū)具有倒T形形狀。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，形成圍繞所述鰭片的第二絕緣材料層包括: 在襯底上形成第二絕緣材料以覆蓋所述鰭片；以及 去除所述第二絕緣材料至所 述預(yù)定的厚度。
30.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述柵極由摻雜的多晶硅或摻雜的非晶硅形成。
31.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述柵極由金屬材料形成。
32.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述引入摻雜劑的步驟是通過離子注入、等離子處理、或者擴(kuò)散進(jìn)行的。
33.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述摻雜劑的引入是通過傾斜的離子注入進(jìn)行的。
34.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述襯底還包括在所述鰭片下的與所述鰭片鄰接的絕緣層。
35.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述襯底還包括在鰭片下的與所述鰭片鄰接的第二半導(dǎo)體層，并且其中所述第二半導(dǎo)體層形成有第二溝道控制區(qū)以提供反向偏置，所述第二溝道控制區(qū)具有與所述溝道區(qū)相反的導(dǎo)電類型。
36.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述襯底上形成有兩個或更多個所述鰭片，所述兩個或更多個所述鰭片包括第一鰭片和第二鰭片，所述第一鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二鰭片所包括的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型相同或相反。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述第一鰭片的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二鰭片的溝道區(qū)的導(dǎo)電類型相反， 所述摻雜劑的引入還包括: 以第一掩模覆蓋所述第一鰭片，對所述第二鰭片進(jìn)行相應(yīng)摻雜劑的引入；以及 去除所述第一掩模； 以第二掩模覆蓋所述第二鰭片，對所述第一鰭片進(jìn)行相應(yīng)摻雜劑的引入。
38.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成第一絕緣材料層的步驟包括: 在襯底上沉積第一絕緣材料以覆蓋所述鰭片的露出部分和所述偽柵；以及去除部分的所述 第一絕緣材料以露出所述偽柵的上表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括在襯底上形成的一個或更多個鰭片，所述鰭片具有由半導(dǎo)體材料形成的第一半導(dǎo)體層，并且所述第一半導(dǎo)體層具有源區(qū)和漏區(qū)；在源區(qū)和漏區(qū)之間的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；以及溝道控制區(qū)，其與溝道區(qū)鄰接以用于控制溝道區(qū)，所述溝道控制區(qū)至少形成在所述第一半導(dǎo)體層的沿著所述溝道區(qū)的溝道方向的兩個側(cè)面的部分表面中，并且與所述溝道區(qū)的沿著所述溝道方向的兩個側(cè)面的至少部分表面鄰接，所述溝道控制區(qū)具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；以及柵極，其從所述溝道控制區(qū)的外側(cè)與所述溝道控制區(qū)鄰接。
文檔編號H01L29/06GK103137685SQ20111037699
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者三重野文健 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司