相關(guān)申請

本申請基于2014年11月25日提交的在先提交的臨時申請序列no.62/083,994和2015年11月23日提交的專利申請序列no.14/948,547；這些申請的公開內(nèi)容通過引用整體地并入本文中。

本申請涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，并且更具體地，涉及包含超晶格的半導(dǎo)體裝置和相關(guān)方法。

背景技術(shù)：

已經(jīng)提出了結(jié)構(gòu)和技術(shù)來增強半導(dǎo)體裝置的性能，比如通過增強電荷載流子的遷移率來增強半導(dǎo)體裝置的性能。例如，currie等人的美國專利申請no.2003/0057416公開了硅的應(yīng)變材料層、硅-鍺以及松弛硅并且還包括無雜質(zhì)區(qū)域(否則將會引起性能退化)。上部硅層中產(chǎn)生的雙軸應(yīng)變改變載流子遷移率，從而允許較高速和/或較低功耗裝置。fitzgerald等人的已公布的美國專利申請no.2003/0034529公開了同樣基于類似應(yīng)變硅技術(shù)的cmos反相器。

takagi的美國專利no.6,472,685b2公開了一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括夾于硅層間的硅碳層，以使得第二硅層的導(dǎo)帶和價帶受到拉伸應(yīng)變。具有較小的有效質(zhì)量并且已被施加到柵極電極的電場感應(yīng)的電子被限制在第二硅層中，因此，可以肯定n溝道m(xù)osfet具有更高的遷移率。

ishibashi等人的美國專利no.4,937,204公開了一種超晶格，其中多層(少于8個單層，且包含部分或雙金屬半導(dǎo)體層或二元化合物半導(dǎo)體層)交替地并且外延地生長。主電流流動方向垂直于超晶格層。

wang等人的美國專利no.5,357,119公開了具有通過減少超晶格中的合金散射獲得的較高遷移率的硅-鍺短周期超晶格。按照這些原則，candelaria的美國專利no.5,683,934公開了包括溝道層的增強遷移率mosfet，該溝道層包含硅和在硅晶格中以一定比例替代性出現(xiàn)的第二材料的合金，這將溝道層置于拉伸應(yīng)力下。

tsu的美國專利no.5,216,262公開了包括兩個勢壘區(qū)和夾于勢壘之間的薄外延生長的半導(dǎo)體層的量子阱結(jié)構(gòu)。每個勢壘區(qū)包括厚度通常在2到6個單層范圍內(nèi)的交替的sio2/si層。硅的更厚部分夾于勢壘之間。

同樣tsu于2000年9月6日在applliedphysicsandmaterialsscience&processing的第391-402頁在線發(fā)表的題目為“phenomenainsiliconnanostructuredevices”的文章公開了硅和氧的半導(dǎo)體-原子超晶格(sas)。si/o超晶格被公開為在硅量子以及發(fā)光裝置中是有用的。具體地，構(gòu)建和測試了綠色電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。二極管結(jié)構(gòu)中電流流動是垂直的，即垂直于sas層。公開的sas可以包括由吸附物(諸如氧原子、以及co分子)分開的半導(dǎo)體層。在吸收的氧單層上硅的生長被描述為具有相當?shù)腿毕菝芏鹊耐庋?。一個sas結(jié)構(gòu)包括1.1nm厚的硅部分(即，大約8個硅原子層)以及具有兩倍于此硅厚度的另一個結(jié)構(gòu)。luo等人在physicsreviewletters,vol.89,no.7(2002年8月12日)發(fā)表的題目為“chemicaldesignofdirect-gaplight-emittingsilicon”的文章進一步討論了tsu的發(fā)光sas結(jié)構(gòu)。

wang、tsu和lofgren的已公開的國際申請wo02/103,767a1公開了薄硅和氧、碳、氮、磷、銻、砷或者氫的勢壘構(gòu)成塊，從而使垂直地流過晶格的電流降低了超過四個量級。絕緣層/勢壘層允許低缺陷外延硅接著沉積到絕緣層。

mears等人的已公開的英國專利申請2,347,520公開了非周期性光子帶隙(apbg)結(jié)構(gòu)的原理可能適合于電子帶隙工程。具體地，該申請公開了可以設(shè)定材料參數(shù)(例如，能帶極小值的位置、有效質(zhì)量等等)來產(chǎn)生具有期望的能帶結(jié)構(gòu)特性的新非周期性材料。還公開了可以對材料進行設(shè)計的其它參數(shù)(諸如電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率)。

盡管由這些結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)勢，但是用于在各種半導(dǎo)體裝置中集成先進半導(dǎo)體材料的進一步的發(fā)展可能是希望的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種用于制備半導(dǎo)體裝置的方法可以包括：在襯底中形成多個間隔開的淺溝槽隔離(sti)區(qū)，在一對sti區(qū)之間的襯底上形成虛設(shè)柵極，在所述虛設(shè)柵極的相對側(cè)并在所述一對sti區(qū)之間的襯底中形成源極和漏極區(qū)，以及在襯底上形成圍繞所述虛設(shè)柵極的電介質(zhì)層。該方法可以進一步包括去除所述虛設(shè)柵極和所述虛設(shè)柵極下面的襯底的部分以限定在所述源極和漏極區(qū)之間的襯底中的溝道凹陷部，以及在所述溝道凹陷部中形成包括多個堆疊的層組的超晶格溝道。所述超晶格溝道的每個層組可以包括限定基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的多個堆疊的基礎(chǔ)半導(dǎo)體單層和約束在相鄰的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的晶格內(nèi)的至少一個非半導(dǎo)體單層。該方法還可以包括在所述超晶格溝道之上形成替換柵極并去除所述電介質(zhì)層。

更具體地，該方法可以進一步包括在所述一對sti區(qū)之間的襯底中執(zhí)行阱注入。此外，形成所述替換柵極包括在所述超晶格溝道之上形成高k電介質(zhì)層，并在所述高k電介質(zhì)層之上形成金屬柵極電極。

舉例來說，每個基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分可以包含硅、鍺等。還舉例來說，所述至少一個非半導(dǎo)體單層可以包含選自包括氧、氮、氟和碳-氧的組的非半導(dǎo)體。

此外，所述超晶格溝道可以進一步包括在最上面的層組上的基礎(chǔ)半導(dǎo)體帽層。此外，來自相對的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的至少一些半導(dǎo)體原子通過其間的所述至少一個非半導(dǎo)體單層被化學(xué)地束縛在一起。

一種相關(guān)的半導(dǎo)體裝置可以包括：在其中具有溝道凹陷部的襯底，在所述襯底中的多個間隔開的淺溝槽隔離(sti)區(qū)，以及在所述襯底中間隔開并在一對sti區(qū)之間的源極和漏極區(qū)。超晶格溝道可以在所述襯底的溝道凹陷部中并在源極和漏極區(qū)之間延伸，所述超晶格溝道包括多個堆疊的層組，并且所述超晶格溝道的每個層組包括限定基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的多個堆疊的基礎(chǔ)半導(dǎo)體單層和約束在相鄰的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的晶格內(nèi)的至少一個非半導(dǎo)體單層。替換柵極可以在所述超晶格溝道之上。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于在半導(dǎo)體裝置中使用的超晶格的高倍放大的示意性截面圖。

圖2是圖1中示出的超晶格的一部分的透視示意性原子圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的超晶格的另一個實施例的高倍放大的示意性截面圖。

圖4a是對現(xiàn)有技術(shù)中的體硅和圖1-2中示出的4/1si/o超晶格兩者從伽馬點(g)計算的能帶結(jié)構(gòu)的圖表。

圖4b是對現(xiàn)有技術(shù)中的體硅和圖1-2中示出的4/1si/o超晶格兩者從z點計算的能帶結(jié)構(gòu)的圖表。

圖4c是對現(xiàn)有技術(shù)中的體硅和圖3中示出的5/1/3/1si/o超晶格兩者從伽馬點和z點計算的能帶結(jié)構(gòu)的圖表。

圖5是根據(jù)示例實施例的包括覆在超晶格溝道層上的替換金屬柵極的半導(dǎo)體裝置的截面圖。

圖6-圖13是例示制備圖5的半導(dǎo)體裝置的方法的一系列截面圖。

圖14是對應(yīng)于圖5-圖13中例示的方法的流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖在下文中更完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式來體現(xiàn)并且不應(yīng)該解釋為局限于本文闡述的實施例。相反，提供這些實施例以使得本公開將是透徹且完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完整地傳達本發(fā)明的范圍。同樣的附圖標記始終指代同樣的要素，并且主要符號被用來指示不同實施例中的類似要素。

本發(fā)明涉及在原子或分子層面控制半導(dǎo)體材料的性質(zhì)。進一步地，本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體裝置中使用的改進材料的確定、創(chuàng)造以及使用。

申請人從理論上闡明(但不希望束縛于此)本文描述的特定超晶格降低了電荷載流子的有效質(zhì)量，并且這從而導(dǎo)致更高的電荷載流子遷移率。在文獻中，用各種定義來描述有效質(zhì)量。作為有效質(zhì)量的改進的測量，申請人分別針對電子和空穴使用“電導(dǎo)率倒數(shù)有效質(zhì)量張量(conductivityreciprocaleffectivemasstensor)”me^-1和mh^-1，對于電子定義為：

以及對于空穴定義為：

其中f是費米狄拉克分布，ef是費米能級，t是溫度，e(k，n)是電子在與波矢k和第n個能帶對應(yīng)的態(tài)中的能量，下標i和j指的是笛卡爾坐標系x、y、z，在布里淵區(qū)(b.z.)進行積分，并且分別對于電子和空穴的能量在費米能級以上或以下的能帶進行求和。

申請人對電導(dǎo)率倒數(shù)有效質(zhì)量張量的定義使得材料的電導(dǎo)率的張量分量比電導(dǎo)率倒數(shù)有效質(zhì)量張量的相應(yīng)分量的較大值更大。再次，申請人從理論上闡明(但不希望束縛于此)本文描述的超晶格設(shè)置電導(dǎo)率倒數(shù)有效質(zhì)量張量的值以便增強材料的導(dǎo)電性質(zhì)(諸如一般針對電荷載流子輸運的優(yōu)選方向)。適當張量參數(shù)元(appropriatetensorelement)的逆也被稱為電導(dǎo)率有效質(zhì)量。換句話說，為了表征半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)，使用如上描述并在預(yù)期的載流子輸運方向上計算的電子/空穴的電導(dǎo)率有效質(zhì)量來區(qū)分改進的材料。

申請人已經(jīng)確認了用于在半導(dǎo)體裝置中使用的改進的材料或結(jié)構(gòu)。更具體地，申請人已經(jīng)確認了具有電子和/或空穴的適當?shù)碾妼?dǎo)率有效質(zhì)量比硅的相應(yīng)值小得多的能帶結(jié)構(gòu)的材料或結(jié)構(gòu)。除這些結(jié)構(gòu)的增強的遷移率特性之外，如將會在下面進一步討論的，還可以以它們提供壓電、熱電、和/或鐵電的性質(zhì)這樣的方式來形成或使用它們，這些性質(zhì)對于用在很多不同類型的裝置中是有益的。

現(xiàn)在參照圖1和圖2，材料或結(jié)構(gòu)以超晶格25的形式，超晶格25的結(jié)構(gòu)被在原子或分子層面控制，并且可以使用已知的原子或分子層沉積的技術(shù)來形成。超晶格25包括以堆疊關(guān)系布置的多個層組45a-45n，也許具體參考圖1的示意性截面圖能最好理解。

超晶格25的每個層組45a-45n例示性地包括限定相應(yīng)的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分46a-46n的多個堆疊的基礎(chǔ)半導(dǎo)體單層46和其上的能帶修改層50。為了清晰地例示，通過圖1中的點畫指示能帶修改層50。

能帶修改層50例示性地包括約束在相鄰的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的晶格內(nèi)的一個非半導(dǎo)體單層。“約束在相鄰的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分的晶格內(nèi)”意味著：來自相對的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分46a-46n的至少一些半導(dǎo)體原子通過其間的非半導(dǎo)體單層50被化學(xué)地束縛在一起，如圖2所示。如下面將進一步討論的，一般來說，通過原子層沉積技術(shù)來控制沉積在半導(dǎo)體部分46a-46n上的非半導(dǎo)體材料的量以使得不是所有可用的半導(dǎo)體鍵合位點(即，小于全部或100％覆蓋)被到非半導(dǎo)體原子的鍵占據(jù)，可以實現(xiàn)這種配置。因此，隨著半導(dǎo)體材料的另外單層46沉積在非半導(dǎo)體單層50上或之上，新沉積的半導(dǎo)體原子將會占據(jù)在非半導(dǎo)體單層之下的半導(dǎo)體原子的其余空位鍵合位點。

在其它實施例中，可以是多于一個這樣的非半導(dǎo)體單層。應(yīng)該注意，在此對非半導(dǎo)體或半導(dǎo)體單層的引述意味著：用于該單層的材料以體形成則會是非半導(dǎo)體或半導(dǎo)體。也就是說，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，諸如硅的材料的單個單層可能并不必然展現(xiàn)出與它形成為體或相對厚的層的情況下的相同的性質(zhì)。

申請人從理論上闡明(但不希望束縛于此)：能帶修改層50和相鄰的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分46a-46n使得超晶格25在平行層的方向上對于電荷載流子具有比以其它方式出現(xiàn)的低的適當電導(dǎo)率有效質(zhì)量。以另一種方式考慮，該平行方向與堆疊方向是正交的。能帶修改層50還可以使得超晶格25具有常見能帶結(jié)構(gòu)，同時還有益地起在垂直地位于超晶格之上和之下的層或區(qū)之間的絕緣體的作用。

此外，該超晶格結(jié)構(gòu)還可以有益地作為對在垂直地位于超晶格25之上和之下的層之間的摻雜劑和/或材料擴散的阻擋物。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，這些性質(zhì)可以因此有益地允許超晶格25提供針對高k電介質(zhì)的界面，該界面不僅減少高k材料擴散進入溝道區(qū)，而且還可以有益地降低不期望的散射效應(yīng)并且改進裝置遷移率。

還可以從理論上闡明，包括超晶格25的半導(dǎo)體裝置基于比以其它方式存在的更低的電導(dǎo)率有效質(zhì)量，可以享有更高的電荷載流子遷移率。在一些實施例中，作為由本發(fā)明獲得的能帶工程的結(jié)果，超晶格25可以進一步具有基本上直接帶隙，這例如對光電裝置尤其有益。

超晶格25還例示性地包括在上部層組45n上的帽層52。該帽層52可以包含多個基礎(chǔ)半導(dǎo)體單層46。帽層52可以具有2到100個基礎(chǔ)半導(dǎo)體的單層，并且，更優(yōu)選地具有10到50個單層。

每個基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分46a-46n可以包含選自包括iv族半導(dǎo)體、iii-v族半導(dǎo)體以及ii-vi族半導(dǎo)體的組的基礎(chǔ)半導(dǎo)體。當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，術(shù)語“iv族半導(dǎo)體”還包括iv-iv族半導(dǎo)體。更具體地，例如，基礎(chǔ)半導(dǎo)體可以包括硅和鍺中的至少一種。

例如，每個能帶修改層50可以包含選自包括氧、氮、氟、碳和碳-氧的組的非半導(dǎo)體。該非半導(dǎo)體通過下一層的沉積仍然是合乎期望地?zé)岱€(wěn)定的，從而促進制造。在其它實施例中，非半導(dǎo)體可以是與給定半導(dǎo)體工藝相兼容的另外的無機或有機的元素或化合物，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的。更具體地，例如，基礎(chǔ)半導(dǎo)體可以包含硅和鍺中的至少一種。

應(yīng)該注意的是，術(shù)語“單層”意在包括單原子層以及單分子層。還需注意的是，由單個單層提供的能帶修改層50也意在包括其中不是所有可能的位點都被占據(jù)(即，少于全部或100％覆蓋)的單層。例如，特別參考圖2的原子圖示，例示了用于硅作為基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料和氧作為能帶修改材料的4/1重復(fù)結(jié)構(gòu)。在例示的示例中，用于氧的可能位點只有一半被占據(jù)。

在其它實施例和/或以不同的材料，這種一半占據(jù)將不一定會是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的情況。事實上，甚至在這個示意圖中也可以看到，給定單層中的個別氧原子并沒有如原子沉積領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到的那樣精確地沿著平面對齊。舉例來說，優(yōu)選的占據(jù)范圍是從可能的氧位點被占滿的大約八分之一到一半，盡管在其它特定實施例中可以使用其它數(shù)字。

當前在傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝中廣泛使用硅和氧，并且因此，制造商們很容易能夠使用本文描述的這些材料。原子或單層沉積現(xiàn)在同樣被廣泛使用。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，根據(jù)本發(fā)明的包含超晶格25的半導(dǎo)體裝置可以非常容易被采納和實施。

申請人從理論上闡明(但不希望被束縛于此)，對于超晶格(諸如si/o超晶格)，例如，硅單層的數(shù)量理想地應(yīng)該是7或者更小以便超晶格的能帶始終是一致或者相對均勻的，以獲得期望的優(yōu)點。圖1和圖2中示出的si/o的4/1重復(fù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被模型化來指示電子和空穴在x方向的增強的遷移率。例如，電子的計算的電導(dǎo)率有效質(zhì)量(對于體硅，各向同性)是0.26，且對于4/1si/o超晶格它在x方向上是0.12，得到了0.46的比率。類似地，對于空穴的計算，對體硅產(chǎn)生了0.36的值以及對4/1si/o超晶格產(chǎn)生0.16的值，得到了0.44的比率。

盡管這種方向性優(yōu)選特征在某些半導(dǎo)體裝置中可能是期望的，但是其它裝置可能得益于在任何平行于層組的方向上的遷移率更加均勻地增加。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，具有對于電子或空穴兩者或者僅僅這些類型的電荷載流子的一種的遷移率的增大也可以是有益的。

對于超晶格25的4/1si/o實施例的較低電導(dǎo)率有效質(zhì)量可以比以其它方式發(fā)生的電導(dǎo)率有效質(zhì)量的2/3小，并且這適用于電子和空穴兩者。當然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，超晶格25可以進一步包含至少一種類型的導(dǎo)電性摻雜劑。

事實上，現(xiàn)在附加地參考圖3，現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的具有不同性質(zhì)的超晶格25’的另一個實施例。在這個實施例中，例示了3/1/5/1的重復(fù)模式。更具體地，最低的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分46a’具有三個單層，并且第二低的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分46b’具有5個單層。在超晶格25’中始終以這個模式重復(fù)。能帶修改層50’各自可以包括單個單層。對于這樣的包括si/o的超晶格25’，電荷載流子遷移率的增強獨立于在層平面的取向。圖3中未特別提到的那些其它項與以上參照圖1討論的項類似，并且不需要在此進一步的討論。

在一些裝置實施例中，超晶格的所有基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分可以是相同數(shù)量的單層那樣厚。在其它實施例中，至少一些基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分可以是不同數(shù)量的單層那樣厚。在另外的其它實施例中，所有的基礎(chǔ)半導(dǎo)體部分可以是不同數(shù)量的單層那樣厚。

在圖4a-圖4c中，呈現(xiàn)了使用密度泛函理論(dft)計算的能帶結(jié)構(gòu)。在本領(lǐng)域眾所周知，dft低估了帶隙的絕對值。因此帶隙之上的所有能帶可以被移動適當?shù)摹凹舻缎拚?scissorscorrection)”。然而，已知能帶的形狀是可靠得多的。應(yīng)該考慮此來解釋垂直能量軸。

圖4a示出了對體硅(由連續(xù)線表示)和圖1示出的4/1si/o超晶格25(由虛線表示)從伽馬點(g)計算的能帶結(jié)構(gòu)。各方向涉及4/1si/o結(jié)構(gòu)的單元晶胞而不是傳統(tǒng)的硅晶胞，盡管圖中的(001)方向確實對應(yīng)于傳統(tǒng)硅單元晶胞的(001)方向，并因此，示出了硅導(dǎo)帶最小值的期望位置。圖中的(100)和(010)方向?qū)?yīng)于傳統(tǒng)硅單元晶胞的(110)和(-110)方向。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，圖中硅的能帶被折疊以將它們表示在4/1si/o結(jié)構(gòu)的適當?shù)垢褡臃较蛏稀?/p>

可以看到，4/1si/o結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶最小值位于的伽馬點處，與體硅(si)形成對照，而價帶最小值發(fā)生在(001)方向上布里淵區(qū)的邊緣(我們稱之為z點)處。還應(yīng)該注意到，相比于硅導(dǎo)帶最小值的曲率，4/1si/o結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶最小值的曲率更大，這是因為由附加的氧層引入的擾動導(dǎo)致的能帶分裂。

圖4b示出了對體硅(連續(xù)線)和4/1si/o超晶格25(虛線)兩者從z點計算的能帶結(jié)構(gòu)。這個圖例示了(100)方向上價帶的增強的曲率。

圖4c示出了對體硅(連續(xù)線)和圖3的超晶格25’的5/1/3/1si/o結(jié)構(gòu)(虛線)兩者從伽馬點和z點計算的能帶結(jié)構(gòu)。由于5/1/3/1si/o結(jié)構(gòu)的對稱性，在(100)和(010)方向計算的能帶結(jié)構(gòu)是等價的。因此，預(yù)期電導(dǎo)率有效質(zhì)量和遷移率在平行于層的平面(即，垂直于(001)堆疊方向)中是各向同性的。注意，在5/1/3/1si/o示例中，導(dǎo)帶最小值和價帶最大值兩者都在z點處或者靠近z點。

盡管增大的曲率是降低的有效質(zhì)量的指示，但是也可以通過電導(dǎo)率倒數(shù)有效質(zhì)量張量的計算來取得合適的對比和區(qū)別。這使得申請人進一步從理論上闡明：5/1/3/1超晶格25’應(yīng)該大體上是直接帶隙的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，光躍遷的合適的矩陣元是直接和非直接帶隙行為之間差別的另一個指示。

使用上述手段，可以為特定的目的選擇具有改進的能帶結(jié)構(gòu)的材料。如圖5所示，一個這樣的示例是半導(dǎo)體裝置100中的超晶格材料層125，在半導(dǎo)體裝置100中超晶格材料定位在替換柵極105下面的溝道凹陷部104中。當在半導(dǎo)體裝置100的溝道區(qū)中利用時，上述超晶格材料層125的量子限制性質(zhì)可以提供顯著的優(yōu)點，諸如偏置溫度不穩(wěn)定性(bti)可靠性的改進和載流子遷移率提升(以及相應(yīng)的nmos性能的改進)以及提供“后溝道”集成選擇，“后溝道”集成選擇意味著溝道在形成源極/漏極和虛設(shè)柵極之后形成，如以下將進一步討論的。此外，還如上所述的，超晶格材料還可以幫助減小溝道區(qū)中的泄露。

在例示的示例中，半導(dǎo)體裝置100是平面mosfet裝置，其可以用于例如nmos、pmos或cmos裝置中。然而，應(yīng)當注意，圖5所示的超晶格/柵極結(jié)構(gòu)也可以用在其它配置中，諸如垂直裝置(例如，finfet等)中。半導(dǎo)體裝置100例示性地包括硅襯底106、在襯底中間隔開的源極和漏極區(qū)107、108以及在襯底的溝道凹陷部104中定位在源極和漏極區(qū)之間的超晶格材料層125。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的，可以包括淺溝槽隔離(sti)區(qū)109以將源極和漏極區(qū)107、108與襯底106上的其它裝置隔離。在例示的示例中，柵極105是包括金屬柵極電極110和高k電介質(zhì)層111的高k替換金屬柵極，并且如示出的橫向地在源極和漏極區(qū)107、108之間、定位在超晶格溝道層125之上。裝置100的溝道可以完全地或部分地限定在超晶格溝道層125內(nèi)，或者在一些實施例中，它還可以在超晶格溝道層下面延伸。

現(xiàn)將參考圖6-圖14描述用于制備半導(dǎo)體裝置100的示例方法。可以在塊201-塊202執(zhí)行sti和阱模塊制備以形成起始襯底或晶片(圖6)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的。然后可以在塊203(圖6)處在襯底106上形成“虛設(shè)柵極”113，“虛設(shè)柵極”113覆在將變成溝道區(qū)的位置上。更具體地，虛設(shè)柵極113形成可以包括在襯底106和sti區(qū)109(圖7)之上形成毯狀多晶硅半導(dǎo)體層112(例如，多晶硅)，然后圖案化多晶硅層以限定虛設(shè)柵極(圖8)。然后在塊204(圖9)處，虛設(shè)柵極113可以用于對準源極和漏極107、108注入。

可以將電介質(zhì)層114(例如，sio2)形成為覆在源極和漏極區(qū)107、108以及sti區(qū)109上并圍繞虛設(shè)柵極113，如圖10所示。然后可以去除虛設(shè)柵極113(塊205)以由替換金屬柵極105取代。此外，蝕刻虛設(shè)柵極113可以向下延伸到襯底106中以產(chǎn)生溝道凹陷部104，如圖11所示。然后在塊206處，如圖12所示，可以使用上述技術(shù)和配置在溝道凹陷部104中形成超晶格層125。然后如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的，如圖13所示(塊207)，可以通過沉積高k電介質(zhì)層111和金屬柵極電極110形成替換金屬柵極105。然后如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的，可以針對給定的裝置類型適當?shù)貓?zhí)行進一步的半導(dǎo)體裝置處理。例如，可以去除電介質(zhì)層114，并可以形成相應(yīng)的源極/漏極觸件127、128，例如如圖5所示。

上述金屬柵極實現(xiàn)可以相應(yīng)地不僅提供上述bti可靠性改進和載流子遷移率提升的優(yōu)點，還可以提供在柵極形成和溝道集成方面的集成靈活性。如上所述，超晶格溝道層125可以有利地在源極和漏極107、108形成之后形成，這可能在超晶格溝道層不經(jīng)歷與源極/漏極形成和虛設(shè)柵極113處理相關(guān)的各種處理步驟方面是期望的。此外，上述步驟可以重新排序以提供“前柵極”選擇，而不是以上闡述的示例性“后柵極”方式。這種處理靈活性可能例如對于32nm節(jié)點或以下的cmos實現(xiàn)是有利的，但是本文描述的配置也可以與其它裝置尺寸一起使用。

得益于前面描述和相關(guān)附圖呈現(xiàn)的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到多種修改和其它實施例。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限制于所公開的具體實施例，并且意圖將那些修改和實施例包括在本公開和以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。