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具有高質(zhì)量外延層的半導(dǎo)體器件及其制造方法

文檔序號(hào):9868374閱讀:229來(lái)源:國(guó)知局
具有高質(zhì)量外延層的半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域,更具體地,涉及一種具有高質(zhì)量外延層的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展,期望以迀移率高于硅(Si)的半導(dǎo)體材料來(lái)制作高性能半導(dǎo)體器件如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。但是,難以形成高質(zhì)量的高迀移率半導(dǎo)體材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本公開的目的至少部分地在于提供一種具有高質(zhì)量外延層的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
[0004]根據(jù)本公開的一個(gè)方面,提供了一種半導(dǎo)體器件,包括:襯底;與襯底相隔開的鰭狀第一半導(dǎo)體層;至少部分環(huán)繞第一半導(dǎo)體層外周的第二半導(dǎo)體層;在襯底上形成的隔離層,隔離層至少部分地露出第二半導(dǎo)體層,露出的第二半導(dǎo)體層呈鰭狀延伸;以及在隔離層上形成的與第二半導(dǎo)體層相交的柵堆疊。
[0005]根據(jù)本公開的另一方面,提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法,包括:在襯底上形成鰭狀結(jié)構(gòu);在形成有鰭狀結(jié)構(gòu)的襯底上形成支撐層,并將該支撐質(zhì)層構(gòu)圖為從襯底表面延伸至鰭狀結(jié)構(gòu)的表面并因此將鰭狀結(jié)構(gòu)與襯底在物理上連接的支撐部;去除鰭狀結(jié)構(gòu)靠近襯底的一部分,以形成與襯底分離的第一半導(dǎo)體層;以及以第一半導(dǎo)體層為種子層,生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。
[0006]根據(jù)本公開的實(shí)施例,可以利用相對(duì)于襯底懸置的(薄)第一半導(dǎo)體層作為種子層,來(lái)生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層,第二半導(dǎo)體層可以具有高迀移率。這種懸置薄種子層可以使第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層中的應(yīng)力弛豫,從而有助于抑制第一半導(dǎo)體層或第二半導(dǎo)體層中的缺陷。
【附圖說(shuō)明】
[0007]通過(guò)以下參照附圖對(duì)本公開實(shí)施例的描述,本公開的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚,在附圖中:
[0008]圖1-16是示意性示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件流程的示意圖;
[0009]圖17-18是示意性示出了根據(jù)本公開另一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件流程中部分階段的示意圖;
[0010]圖19-20是示意性示出了根據(jù)本公開另一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件流程中部分階段的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下,將參照附圖來(lái)描述本公開的實(shí)施例。但是應(yīng)該理解,這些描述只是示例性的,而并非要限制本公開的范圍。此外,在以下說(shuō)明中,省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述,以避免不必要地混淆本公開的概念。
[0012]在附圖中示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的各種結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的,其中為了清楚表達(dá)的目的,放大了某些細(xì)節(jié),并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對(duì)大小、位置關(guān)系僅是示例性的,實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差,并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計(jì)具有不同形狀、大小、相對(duì)位置的區(qū)域/層。
[0013]在本公開的上下文中,當(dāng)將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時(shí),該層/元件可以直接位于該另一層/元件上,或者它們之間可以存在居中層/元件。另外,如果在一種朝向中一層/元件位于另一層/元件“上”,那么當(dāng)調(diào)轉(zhuǎn)朝向時(shí),該層/元件可以位于該另一層/元件“下”。
[0014]根據(jù)本公開的實(shí)施例,提供了一種具有懸置鰭結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。具體地,該器件的鰭相對(duì)于襯底懸置。在此,所謂“懸置”,是指鰭與襯底相分離。注意,鰭與襯底之間的間隔可以被其他材料(例如,隔離層)填充。鰭可以包括高迀移率半導(dǎo)體材料,以改善器件性能。在此,所謂的“高迀移率”是指相對(duì)于硅(Si)的迀移率要高。高迀移率半導(dǎo)體材料例如Ge、SiGe或II1-V族化合物半導(dǎo)體等。
[0015]鰭可以是在襯底上與襯底隔開的第一半導(dǎo)體層上(例如,外延)形成的第二半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層可以呈鰭狀,且相對(duì)于襯底懸置。于是,第二半導(dǎo)體層可以至少部分地環(huán)繞第一半導(dǎo)體層的外周形成,從而也呈鰭狀且隨后可以用作器件的鰭。在此,所謂“部分地環(huán)繞”,是指沿第一半導(dǎo)體層的縱向延伸方向可以存在一范圍,在該范圍內(nèi),第二半導(dǎo)體層可以完全包封第一半導(dǎo)體層的外表面。也即,在該范圍內(nèi),在與第一半導(dǎo)體層的縱向延伸方向垂直的截面上,第二半導(dǎo)體層可以形成閉合圖案(例如,與第一半導(dǎo)體層的截面形狀相對(duì)應(yīng)的矩形、多邊形等)。當(dāng)然,第一半導(dǎo)體層除了被支撐部覆蓋的表面之外,其余表面也可以被第二半導(dǎo)體層覆蓋。第一半導(dǎo)體層可以相對(duì)較薄(例如,厚度為約3?20nm),且相對(duì)于襯底懸置。這樣,在生長(zhǎng)過(guò)程中第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層中的應(yīng)力可以得以弛豫,且因此可以抑制或避免在第一半導(dǎo)體層或第二半導(dǎo)體層中產(chǎn)生缺陷。
[0016]第一半導(dǎo)體層可以經(jīng)支撐部物理連接到襯底并因此由襯底支撐。在第一半導(dǎo)體層的縱向延伸方向上,第一半導(dǎo)體層與支撐部相連接的部分的延伸范圍可以小于第一半導(dǎo)體層的縱向延伸長(zhǎng)度。這樣,當(dāng)僅觀察第一半導(dǎo)體層、襯底和支撐部之間的位置關(guān)系(不考慮其他層結(jié)構(gòu))時(shí),第一半導(dǎo)體層類似于一種懸梁構(gòu)造,支撐部類似于懸梁的錨定結(jié)構(gòu)(anchor)。
[0017]支撐部可以包括沿襯底表面延伸的橫向延伸部分以及沿大致垂直于襯底表面的方向延伸的豎直延伸部分,其中豎直延伸部分延伸至第一半導(dǎo)體層大致垂直于襯底表面的豎直側(cè)壁上。這樣,通過(guò)該支撐部,將第一半導(dǎo)體層物理連接到襯底上,并因此由襯底支撐。支撐部的豎直延伸部分可以在第一半導(dǎo)體層的相對(duì)兩側(cè)的豎直側(cè)壁上延伸,從而夾持第一半導(dǎo)體層。
[0018]支撐部可以設(shè)于鰭狀的第一半導(dǎo)體層的兩側(cè)端部之一或兩端,或設(shè)于鰭狀的第一半導(dǎo)體層的中部。
[0019]襯底上可以形成有隔離層,用以電隔離器件的柵堆疊和襯底。隔離層可以填充第一和第二半導(dǎo)體層與襯底之間的空間,并少部分地露出第二半導(dǎo)體層。例如,在第二半導(dǎo)體層下方,隔離層可以與第二半導(dǎo)體層相接;而在其余位置處,隔離層的頂面可以比第二半導(dǎo)體層面向襯底的底面要靠近襯底。在第二半導(dǎo)體層下方,隔離層可以具有底切。這樣,柵堆疊可以嵌入到該底切中,從而可以有效控制柵的底部。
[0020]這種半導(dǎo)體器件例如可以如下制作。具體地,可以在襯底上形成鰭狀結(jié)構(gòu)。隨后,當(dāng)去除該鰭狀結(jié)構(gòu)靠近襯底的一部分(“下部”)以得到第一半導(dǎo)體層時(shí),第一半導(dǎo)體層可以相對(duì)于襯底懸置。
[0021]為了支撐隨后將懸置的第一半導(dǎo)體層,可以形成支撐部。這種支撐部可以如下形成。具體地,可以在形成有鰭狀結(jié)構(gòu)的襯底上形成支撐層,并將該支撐層構(gòu)圖為從襯底表面延伸至鰭狀結(jié)構(gòu)的表面并因此將鰭狀結(jié)構(gòu)與襯底在物理上連接的支撐部。支撐層的構(gòu)圖可以利用掩模進(jìn)行。在垂直于鰭狀結(jié)構(gòu)縱向延伸方向的方向上,掩模在鰭狀結(jié)構(gòu)上方延伸超出鰭狀結(jié)構(gòu)的范圍(這樣,掩??梢哉诒沃螌釉邛挔罱Y(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底表面上延伸的部分,從而該部分隨后可以得以保留);而在鰭狀結(jié)構(gòu)的縱向延伸方向上,掩模在鰭狀結(jié)構(gòu)上方覆蓋鰭狀結(jié)構(gòu)的縱向延伸長(zhǎng)度的僅一部分(這樣,掩模遮蔽鰭狀結(jié)構(gòu)的縱向延伸范圍的僅一部分,從而該部分隨后可以與支撐部相連)。掩??梢愿采w鰭狀結(jié)構(gòu)的一側(cè)端部或兩側(cè)端部,或者覆蓋鰭狀結(jié)構(gòu)的中部,得到的支撐部可以相應(yīng)地位于鰭狀結(jié)構(gòu)的一側(cè)端部或兩側(cè)端部或者中部。
[0022]之后,可以去除鰭狀結(jié)構(gòu)的下部。這樣,第一半導(dǎo)體層相對(duì)于襯底類似于懸梁構(gòu)造,支撐部類似于懸梁的錨定結(jié)構(gòu)(anchor),將作為懸梁的第一半導(dǎo)體層錨定至襯底。
[0023]為了便于去除鰭狀結(jié)構(gòu)的下部,鰭狀結(jié)構(gòu)可以包括在襯底上依次形成的犧牲層和第一半導(dǎo)體層的疊層。例如,可以在襯底上依次形成犧牲層和第一半導(dǎo)體層,然后可以將第一半導(dǎo)體層和犧牲層構(gòu)圖為鰭狀結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)圖步驟可以進(jìn)行到襯底中,從而在襯底上與鰭狀結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的位置處可以具有突起。隨后,可以選擇性去除犧牲層。
[0024]由于第一半導(dǎo)體層懸置從而其表面露出,可以在其表面上生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層。于是,在充分生長(zhǎng)的情況下,第二半導(dǎo)體層可以覆蓋第一半導(dǎo)體層(被支撐部)露出的所有表面。這種第二半導(dǎo)體層可以同第一半導(dǎo)體層一樣呈鰭狀,且隨后可以充當(dāng)器件的鰭。
[0025]以鰭為基礎(chǔ),可以有多種方式來(lái)完成器件的制造。例如,可以在襯底上形成隔離層,并在隔離層上形成與第二半導(dǎo)體層相交的柵堆疊。隔離層可以填充第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層與襯底之間的空間,且至少部分地露出第二半導(dǎo)體層。隔離層可以通過(guò)淀積電介質(zhì)如氧化物并回蝕來(lái)得到。支撐部的材料可以不同于隔離層的材料,這樣在回蝕時(shí)不會(huì)破壞支撐部??梢詫⒏綦x層回蝕為使得在第二半導(dǎo)體層下方,隔離層與第二半導(dǎo)體層相接;而在其余位置處,隔離層的頂面比第
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