半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。在單晶掩埋絕緣體層上形成單晶半導(dǎo)體鰭片。在形成跨騎所述單晶半導(dǎo)體鰭片的柵極電極之后，可以用在單晶掩埋絕緣體層上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料進(jìn)行選擇性外延以形成連續(xù)半導(dǎo)體材料部分。所述連續(xù)半導(dǎo)體材料部分中的沉積的半導(dǎo)體材料的厚度可以被選擇為使得，所述沉積的半導(dǎo)體材料部分的側(cè)壁不合并，而是通過(guò)直接在所述單晶掩埋絕緣體層的水平表面上生長(zhǎng)的沉積的半導(dǎo)體材料的水平部分導(dǎo)電地彼此連接。通過(guò)所述連續(xù)半導(dǎo)體材料部分和圓柱形接觸過(guò)孔結(jié)構(gòu)，可以提供鰭片場(chǎng)效應(yīng)晶體管的接觸電阻和寄生電容的同時(shí)減小。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且尤其涉及包括襯底模板化(templated)的外延源極/漏極接觸結(jié)構(gòu)的鰭片場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在包括“鰭片化”源極/漏極區(qū)的半導(dǎo)體器件中，在低外電阻和低寄生電容之間存在折衷。未合并的源極/漏極區(qū)相對(duì)于合并的源極/漏極區(qū)提供較大的接觸面積和較低的接觸電阻，但是需要條接觸(bar contact)，而條接觸增加了柵極電極的寄生電容。合并的源極/漏極區(qū)允許使用圓柱形過(guò)孔結(jié)構(gòu)并且改善了布局中的可布線性并且減小了柵極-接觸寄生電阻，但是增加了接觸電阻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在單晶掩埋絕緣體層上形成單晶半導(dǎo)體鰭片。在形成跨騎所述單晶半導(dǎo)體鰭片的柵極電極之后，可以用在單晶掩埋絕緣體層上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料進(jìn)行選擇性外延以形成連續(xù)半導(dǎo)體材料部分。所述連續(xù)半導(dǎo)體材料部分中的沉積的半導(dǎo)體材料的厚度可以被選擇為使得，所述沉積的半導(dǎo)體材料部分的側(cè)壁不合并，而是通過(guò)直接在所述單晶掩埋絕緣體層的水平表面上生長(zhǎng)的沉積的半導(dǎo)體材料的水平部分導(dǎo)電地彼此連接。通過(guò)所述連續(xù)半導(dǎo)體材料部分和圓柱形接觸過(guò)孔結(jié)構(gòu)，可以提供鰭片場(chǎng)效應(yīng)晶體管的接觸電阻和寄生電容的同時(shí)減小。
[0004]根據(jù)本公開的另一個(gè)方面，提供了一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。在單晶電介質(zhì)層上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分。形成跨騎所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的柵極電極。通過(guò)與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)地沉積半導(dǎo)體材料，直接在所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的端部子部分上形成連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分。
[0005]根據(jù)本公開的另一方面，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括包含單晶電介質(zhì)層的襯底。至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分位于所述單晶電介質(zhì)層上。柵極電極跨騎所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分。連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分與所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的端部子部分接觸，并且具有與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1A是根據(jù)本公開第一實(shí)施例在形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0007]圖1B是沿著圖1A的垂直面B-B'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0008]圖1C是沿著圖1A的垂直面C-C'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0009]圖2A是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例，在形成半導(dǎo)體鰭片之后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0010]圖2B是沿著圖2A的垂直面B-B'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。[0011]圖2C沿著圖2A的垂直面C-C'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0012]圖3A是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例，在去除構(gòu)圖的光致抗蝕劑層之后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0013]圖3B是沿著圖3A的垂直面B-B'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0014]圖3C沿著圖3A的垂直面C-C'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0015]圖4A是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例在形成柵極疊層和柵極隔離物之后的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0016]圖4B是沿著圖4A的垂直面B-B'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0017]圖4C是沿著圖4A的垂直面C-C'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0018]圖5A是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例，在形成外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分之后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖，該半導(dǎo)體材料部分電短路多個(gè)半導(dǎo)體鰭片。
[0019]圖5B是沿著圖5A的垂直面B-B'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0020]圖5C是沿著圖5A的垂直面C-C'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0021]圖6A是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例在形成源極區(qū)和漏極區(qū)之后的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0022]圖6B是沿著圖6A的垂直面B-B'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0023]圖6C是沿著圖6A的垂直面C-C'的該第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0024]圖7A是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例在去除半導(dǎo)體鰭片的物理暴露部分之后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0025]圖7B是沿著圖7A的垂直面B-B'的該第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0026]圖7C是沿著圖7A的垂直面C-C'的該第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0027]圖8A是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例，在形成外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分之后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖，該半導(dǎo)體材料部分電短路多個(gè)半導(dǎo)體鰭片。
[0028]圖SB是沿著圖8A的垂直面B-B'的該第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0029]圖SC是沿著圖8A的垂直面C-C'的該第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0030]圖9A是根據(jù)本公開第三實(shí)施例在形成包含半導(dǎo)體鰭片的結(jié)構(gòu)之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0031]圖9B是沿著圖9A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0032]圖9C是沿著圖9A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0033]圖1OA是根據(jù)本公開第三實(shí)施例在去除構(gòu)圖的光致抗蝕劑層之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0034]圖1OB是沿著圖1OA的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0035]圖1OC是沿著圖1OA的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0036]圖1lA是根據(jù)本公開第三實(shí)施例在形成懸置半導(dǎo)體鰭片之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0037]圖1lB是沿著圖1lA的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。[0038]圖1lC是沿著圖1lA的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0039]圖12A是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例，在形成半導(dǎo)體納米線之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0040]圖12B是沿著圖12A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0041]圖12C是沿著圖12A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0042]圖13A是根據(jù)本公開第三實(shí)施例在形成柵極電介質(zhì)層之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0043]圖13B是沿著圖13A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0044]圖13C是沿著圖13A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0045]圖14A是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例，在形成柵極電極之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0046]圖14B是沿著圖14A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0047]圖14C是沿著圖14A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0048]圖15A是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例，在形成柵極隔離物之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0049]圖15B是沿著圖15A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0050]圖15C是沿著圖15A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0051]圖16A是根據(jù)本公開第三實(shí)施例在去除柵極電介質(zhì)層的物理暴露部分之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0052]圖16B是沿著圖16A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0053]圖16C是沿著圖16A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0054]圖17A是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例，在形成外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖，該半導(dǎo)體材料部分電短路多個(gè)半導(dǎo)體鰭片。
[0055]圖17B是沿著圖17A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0056]圖17C是沿著圖17A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0057]圖18A是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例，在形成源極/漏極區(qū)之后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0058]圖18B是沿著圖18A的垂直面B-B'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0059]圖18C是沿著圖18A的垂直面C-C'的該第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0060]圖19A是根據(jù)本公開的第四實(shí)施例在去除半導(dǎo)體鰭片的物理暴露部分之后的第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。
[0061]圖19B是沿著圖19A的垂直面B-B'的該第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0062]圖19C是沿著圖19A的垂直面C-C'的該第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0063]圖20A是根據(jù)本公開的第四實(shí)施例，在形成外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分之后的第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖，該半導(dǎo)體材料部分電短路多個(gè)半導(dǎo)體鰭片。
[0064]圖20B是沿著圖20A的垂直面B-B'的該第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖。
[0065]圖20C是沿著圖20A的垂直面C-C'的該第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的垂直橫截面視圖?！ぁ揪唧w實(shí)施方式】
[0066]如上所述，本公開涉及包括襯底模板化的外延源極/漏極接觸結(jié)構(gòu)的鰭片場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。現(xiàn)在利用附圖詳細(xì)描述本公開的各方面。注意在不同的實(shí)施例中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。附圖不一定按比例繪制。
[0067]參考圖1A-1C，根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底，該襯底包括單晶電介質(zhì)層20和頂部半導(dǎo)體部分30，該頂部半導(dǎo)體部分30通過(guò)構(gòu)圖頂部半導(dǎo)體層以在其中嵌入淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22而形成。
[0068]在一個(gè)實(shí)施例中，單晶電介質(zhì)層20可以設(shè)于處理(handle)襯底10上。包括電介質(zhì)材料的頂部半導(dǎo)體層可以設(shè)于單晶電介質(zhì)層20上。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部半導(dǎo)體可以具有與單晶電介質(zhì)層20的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。此外，處理襯底10可以是單晶的，并且單晶電介質(zhì)層20可以與處理襯底10的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)。
[0069]在一個(gè)實(shí)施例中，單晶電介質(zhì)層20可以通過(guò)在處理襯底10上外延沉積晶體電介質(zhì)材料而形成。在這種情況下，處理襯底10包括單晶半導(dǎo)體材料、單晶電介質(zhì)材料或單晶導(dǎo)電材料。此處使用的半導(dǎo)體材料是指在298.15K和Iatm下導(dǎo)電率在從1.0xl(T50hm-cm到1.0xlO5Ohm-Cm的范圍內(nèi)的材料。此處使用的電介質(zhì)材料是指在298.15K和Iatm下導(dǎo)電率小于1.0xlO^5Ohm-Cm的材料。此處使用的導(dǎo)電材料是指在298.15K和Iatm下導(dǎo)電率大于1.0xlO5Ohm-Cm的材料。
[0070]在一個(gè)實(shí)施例中，處理襯底10可以是磷化銦(InP)單晶襯底，單晶電介質(zhì)層20可以是本征砷化銦鋁(InxAlhAs),并且頂部半導(dǎo)體層可以是單晶II1-V化合物半導(dǎo)體材料層。X的值可以隨著與處理襯底10和單晶電介質(zhì)層20之間的界面的垂直距離變化，或者可以是常數(shù)。X的值可以在0.2到0.8的范圍內(nèi)，當(dāng)然也可以采用更小和更大的值，只要能夠貫穿形成單晶電介質(zhì)層20的外延沉積工藝保持單晶電介質(zhì)層20的單晶結(jié)構(gòu)即可。例如，X的值在與處理襯底10的界面處可以被選擇為約0.52，并且可以逐漸變化以便提供與隨后要沉積以形成頂部半導(dǎo)體層的II1-V化合物半導(dǎo)體材料相同的晶格常數(shù)。通常，單晶電介質(zhì)層20可以包括至少一種III族元素和至少一種V族元素的化合物。
[0071]在一個(gè)實(shí)施例中，頂部半導(dǎo)體層可以包括本征砷化銦鎵(InyGai_yAS)，其中y的值可以在0.2到0.8的范圍內(nèi)，當(dāng)然也可以采用y的更小和更大的值。在一個(gè)實(shí)施例中，y的值可以大于0.53。
[0072]該處理襯底10的厚度可以為30微米到2mm，當(dāng)然也可以采用更小和更大的厚度。該單晶電介質(zhì)層20的厚度可以為IOOnm到100微米，當(dāng)然也可以采用更小和更大的厚度。該頂部半導(dǎo)體層的厚度可以為30nm到IOOOnm,當(dāng)然也可以采用更小和更大的厚度。
[0073]以橫向圍繞頂部半導(dǎo)體層的一部分的圖形穿過(guò)頂部半導(dǎo)體層形成淺溝槽。通過(guò)用諸如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅的電介質(zhì)材料填充淺溝槽、并且隨后除去頂部半導(dǎo)體層的頂表面上的該電介質(zhì)材料,形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22。例如，可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積該電介質(zhì)材料。例如可以通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，進(jìn)行頂部半導(dǎo)體層的頂表面上的電介質(zhì)材料的去除。被淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22橫向圍繞的頂部半導(dǎo)體層的剩余部分構(gòu)成頂部半導(dǎo)體部分30，從上文中可見該頂部半導(dǎo)體部分30可以具有矩形形狀。
[0074]頂部半導(dǎo)體部分30可以是本征的或者可以用摻雜劑摻雜。如果頂部半導(dǎo)體部分30被摻雜，則頂部半導(dǎo)體部分30的摻雜類型在此處稱為第一導(dǎo)電類型。
[0075]參考圖2A-2C，光致抗蝕劑層37被施加于頂部半導(dǎo)體部分30以及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22上，并且被光刻曝光以在頂部半導(dǎo)體部分30上形成鰭片圖形。
[0076]通過(guò)采用光致抗蝕劑層37作為蝕刻掩模的各向異性蝕刻，蝕刻該半導(dǎo)體部分的物理暴露部分。在一個(gè)實(shí)施例中，該各向異性蝕刻可以對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22的電介質(zhì)材料有選擇性。頂部半導(dǎo)體部分30的剩余部分可以構(gòu)成半導(dǎo)體鰭片30F。每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F可以具有水平矩形橫截面形狀，該形狀具有長(zhǎng)于一對(duì)寬度方向邊緣的一對(duì)長(zhǎng)度方向邊緣。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭片30F可以具有相同的矩形水平橫截面形狀。每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的寬度——其為半導(dǎo)體鰭片30F的水平矩形橫截面形狀的一對(duì)寬度方向邊緣之間的橫向距離一可以為20nm到lOOnm，當(dāng)然也可以采用更小和更大的寬度。一對(duì)鄰近的半導(dǎo)體鰭片30F之間的間隔可以為20nm-300nm，當(dāng)然也可以采用更小和更大的間隔。每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F是位于單晶電介質(zhì)層20上的半導(dǎo)體材料部分。每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F可以與單晶電介質(zhì)層20的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)。
[0077]參考圖3A-3F，可以相對(duì)于半導(dǎo)體鰭片30F和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22選擇性地去除光致抗蝕劑層37。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭片30F可以是具有沿著水平長(zhǎng)度方向延伸的平行垂直壁的多個(gè)半導(dǎo)體鰭片，該水平長(zhǎng)度方向即半導(dǎo)體鰭片30F的水平矩形橫截面形狀的長(zhǎng)度方向邊緣的方向。該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F中的每一個(gè)可以是單晶的，并且可以與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)20可以與該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F中的每一個(gè)的垂直表面接觸，該垂直表面是半導(dǎo)體材料部分。在一個(gè)實(shí)施例中，該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F中的每一個(gè)可以沿著水平長(zhǎng)度方向延伸，并且在垂直于該水平長(zhǎng)度方向的垂直面內(nèi)可以具有基本矩形的垂直橫截面形狀。該基本矩形垂直橫截面形狀的高度是半導(dǎo)體鰭片30F的高度，并且該基本矩形垂直橫截面形狀的寬度是半導(dǎo)體鰭片30F的寬度。[0078]參考圖4A-4C，可以在該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F上形成至少一個(gè)柵極疊層。該至少一個(gè)柵極疊層中的每一個(gè)包括跨騎每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的一部分的柵極電介質(zhì)50和柵極電極52。每個(gè)柵極電介質(zhì)50可以包括介電常數(shù)大于7.9的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)材料和/或諸如氧化硅、氮化硅和/或氧氮化硅的常規(guī)柵極電介質(zhì)材料。每個(gè)柵極電極52包括至少一種導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料可以是金屬材料和/或摻雜半導(dǎo)體材料。例如通過(guò)沉積連續(xù)電介質(zhì)層、柵極金屬層、柵極導(dǎo)體層和柵極硬掩模層的疊層，在柵極疊層層上施加和構(gòu)圖光致抗蝕劑層，采用連續(xù)電介質(zhì)層作為蝕刻停止層通過(guò)各向異性蝕刻穿過(guò)柵極導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移光致抗蝕劑層中的圖形，以及通過(guò)濕法蝕刻或干法蝕刻相對(duì)于半導(dǎo)體鰭片30F選擇性地去除連續(xù)電介質(zhì)層的物理暴露部分，形成每個(gè)柵極疊層(50、52 )。
[0079]例如，可以通過(guò)沉積電介質(zhì)材料層并且各向異性蝕刻該電介質(zhì)材料層，圍繞每個(gè)柵極疊層(50、52)形成柵極隔離物56。該電介質(zhì)材料層的每個(gè)剩余的垂直部分構(gòu)成柵極隔離物56。每個(gè)柵極隔離物56橫向圍繞包括柵極電介質(zhì)50和柵極電極52的柵極疊層(50、52)。
[0080]參考圖5A-5C，通過(guò)例如選擇性外延沉積半導(dǎo)體材料，形成外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分。將半導(dǎo)體材料選擇性地沉積在單晶表面上，而不沉積在非晶體表面上?？梢酝ㄟ^(guò)向其中裝載了第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理室中同時(shí)或交替流動(dòng)反應(yīng)劑氣體和蝕刻劑氣體，進(jìn)行半導(dǎo)體材料的選擇性沉積。單晶表面上的沉積在沒有任何孵化期的情況下進(jìn)行，而在非晶體表面上需要有限的孵化時(shí)間來(lái)成核。通過(guò)選擇大于非晶體表面上的凈成核速率并且小于晶體表面上的沉積速率的蝕刻速率，單晶半導(dǎo)體材料可以僅沉積在晶體表面上而不沉積在非晶體表面上。所沉積的半導(dǎo)體材料可以是例如II1-V化合物半導(dǎo)體材料，該II1-V化合物半導(dǎo)體材料與單晶電介質(zhì)層20和半導(dǎo)體鰭片30F晶格匹配，或具有允許在單晶電介質(zhì)層20和半導(dǎo)體鰭片30F上的外延沉積的晶格失配。
[0081]晶體表面包括半導(dǎo)體鰭片30F和單晶電介質(zhì)層20的物理暴露表面。非晶體表面包括淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22、該至少一個(gè)柵極隔離物56和該至少一個(gè)柵極電極52的表面。
[0082]每個(gè)外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分是連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分，該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分包括與單晶電介質(zhì)層20的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)的單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分可以包括例如:沉積在每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的第一端部的第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A、沉積在每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的第二端部的第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B、以及沉積在成對(duì)的柵極疊層(50、52)之間的第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60C。
[0083]在一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以包括提供用于傳導(dǎo)電力的導(dǎo)電路徑的摻雜半導(dǎo)體材料。每個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)電短路多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F。第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A和第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B直接形成在每個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的端部子部分上，該子部分是半導(dǎo)體材料部分。此處使用的“子部分”是指包括至少另一部分的較大部分的一部分。第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A和第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B具有與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。
[0084]參考圖6A-6C，進(jìn)行至少離子注入過(guò)程或退火過(guò)程之一，以對(duì)半導(dǎo)體鰭片30F的位于每個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)下方的部分進(jìn)行摻雜。將半導(dǎo)體鰭片30F的摻雜部分轉(zhuǎn)化成源極/漏極區(qū)30SD。此處使用的“源極/漏極”區(qū)可以是源極區(qū)、漏極區(qū)、或者能夠根據(jù)操作模式用作源極區(qū)或漏極區(qū)的區(qū)域。半導(dǎo)體鰭片30F的未被該離子注入過(guò)程和/或退火過(guò)程摻雜的每個(gè)子部分可以構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體區(qū)30B。
[0085]在一個(gè)實(shí)施例中，該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F中的每一個(gè)的位于柵極電極52下方的子部分可以具有第一導(dǎo)電類型的摻雜，并且該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F中的每一個(gè)的端部子部分(例如，圖6B中的左側(cè)源極/漏極區(qū)30SD和右側(cè)源極/漏極區(qū)30SD)可以具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜。例如，第一導(dǎo)電類型可以是P型，并且第二導(dǎo)電類型可以是η型,或者反之亦然。
[0086]每一個(gè)半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)可以是單晶的，并且可以與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)。每一個(gè)半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)是半導(dǎo)體材料部分。作為第一半導(dǎo)體材料部分的第一半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)和作為第二半導(dǎo)體材料部分的第二半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)可以沿著寬度方向彼此橫向間隔開，該寬度方向是在平面C-C'內(nèi)的水平方向。與第一半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)接觸的連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的第一垂直子部分60V1與連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的第二垂直子部分60V2橫向間隔開，該第二垂直子部分60V2與第二半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)接觸并且面對(duì)第一垂直子部分60V1。
[0087]每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的單晶結(jié)構(gòu)可以與半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)外延對(duì)準(zhǔn)。連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的底部子部分60BT的頂表面位于該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)的最頂表面下方。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22橫向圍繞該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)。該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片(30B、30SD)的垂直表面與該淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22接觸。
[0088]參考圖7A-7C，通過(guò)去除半導(dǎo)體鰭片30F的物理暴露部分，從圖4A—4C的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)得到根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如可以通過(guò)相對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22的電介質(zhì)材料、該至少一個(gè)柵極電極52和該至少一個(gè)柵極隔離物56具有選擇性的各向異性蝕刻，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體鰭片30F的物理暴露部分的去除。因此，通過(guò)各向異性蝕刻去除該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的未被該至少一個(gè)柵極電極52或該至少一個(gè)柵極隔離物56覆蓋的物理暴露部分。在去除了該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的物理暴露部分之后，該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的端部表面與該至少一個(gè)柵極隔離物56的外側(cè)壁垂直一致。
[0089]參考圖8A-8C，直接在每一個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的端部子部分上形成連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分，該子部分是半導(dǎo)體材料部分。該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分可以包括例如:第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A、第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B和第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60C。可以通過(guò)與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)地沉積半導(dǎo)體材料形成該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)?？梢砸耘c第一實(shí)施例中相同的方式通過(guò)選擇性外延形成該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)。所沉積的半導(dǎo)體材料可以是例如II1-V化合物半導(dǎo)體材料，該II1-V化合物半導(dǎo)體材料與單晶電介質(zhì)層20和半導(dǎo)體鰭片30F晶格匹配，或具有允許在單晶電介質(zhì)層20和半導(dǎo)體鰭片30F上的外延沉積的晶格失配。
[0090]第一、第二和第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)中的每一個(gè)與該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F中的每一個(gè)的端部子部分接觸，并且具有與單晶電介質(zhì)層20以及該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以與電短路多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分外延對(duì)準(zhǔn)。每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的底部子部分60BT的頂表面位于該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的最頂表面下方。
[0091]每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)直接沉積在該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F的與該至少一個(gè)柵極隔離物56的外側(cè)壁垂直一致的每個(gè)端部表面上。第一和第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B)可以形成為具有在沿著包括水平長(zhǎng)度方向的垂直面(例如，沿著垂直面B-B')的垂直橫截面視圖中具有L型垂直橫截面形狀。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22橫向圍繞該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F。
[0092]在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以在利用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的原位摻雜的情況下被沉積，或者可以被注入第二導(dǎo)電類型的摻雜劑。在這種情況下，每一個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F可以用作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體區(qū)，并且每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以用作至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極區(qū)。每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括多個(gè)用作該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體的半導(dǎo)體鰭片30F。
[0093]參考圖9A-9C，從圖1A-1C的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以得到根據(jù)本公開的第三實(shí)施例的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如，可以將光致抗蝕劑層37施加于頂部半導(dǎo)體部分30和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22上。對(duì)光致抗蝕劑層37進(jìn)行光刻曝光以在頂部半導(dǎo)體部分30上形成鰭片和落著襯墊(landing pad)的圖形。通過(guò)相對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22的電介質(zhì)材料具有選擇性的各向異性蝕刻，將光致抗蝕劑層37中的圖形轉(zhuǎn)移到頂部半導(dǎo)體部分30中。
[0094]頂部半導(dǎo)體部分30的剩余部分是包括與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)的單晶半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料部分。頂部半導(dǎo)體部分30的剩余部分包括位于一端的第一襯墊部分30P1、位于相對(duì)端的第二襯墊部分30P2、以及連接第一襯墊部分30P1和第二襯墊部分30P2的多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F。第一襯墊部分30P1、第二襯墊部分30P2和該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F在此處統(tǒng)稱為包含半導(dǎo)體鰭片的結(jié)構(gòu)(30F、30P1、30P2)。
[0095]第一半導(dǎo)體襯墊30P1和第二半導(dǎo)體襯墊30P2是單晶的，并且與單晶電介質(zhì)層20的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)。該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F橫向接觸該第二和第二半導(dǎo)體襯墊(30P1、30P2)。
[0096]參考圖10A-10C，使單晶電介質(zhì)層20的頂表面的物理暴露部分凹陷。在使單晶電介質(zhì)層20的頂表面的物理暴露部分凹陷期間，第一和第二半導(dǎo)體襯墊(30P1、30P2)可以用作蝕刻掩模。
[0097]參考圖11A-11C，例如，通過(guò)灰化，相對(duì)于包含半導(dǎo)體鰭片的結(jié)構(gòu)(30F、30P1、30P2)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22選擇性地去除光致抗蝕劑層37。
[0098]在一個(gè)實(shí)施例中，可以進(jìn)行各向同性蝕刻以去除單晶電介質(zhì)層20的物理暴露的表面部分。該各向同性蝕刻可以是相對(duì)于包含半導(dǎo)體鰭片的結(jié)構(gòu)(30F、30P1、30P2)的半導(dǎo)體材料選擇性地去除單晶電介質(zhì)層20的電介質(zhì)材料的濕法蝕刻或干法蝕刻。從該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F下方并且從被淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22圍繞的區(qū)域內(nèi)的第一和第二襯墊部分(30PU30P2)的周邊部分下方，去除單晶電介質(zhì)層20的部分。半導(dǎo)體鰭片30F變得通過(guò)第一和第二襯墊部分(30P1、30P2)懸置在單晶電介質(zhì)層20的凹陷表面上方。
[0099]參考圖12A-12C，通過(guò)退火將該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F轉(zhuǎn)化成多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N。例如，可以在從850°C到1150°C的范圍內(nèi)在升高的溫度下在含氫氣環(huán)境中退火該第三半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該多個(gè)半導(dǎo)體鰭片30F可以被轉(zhuǎn)化成多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N。此處使用的半導(dǎo)體納米線是這樣一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其以基本相同的橫截面形狀沿著長(zhǎng)度方向延伸使得該基本相同的橫截面形狀中的最大尺寸不超過(guò)lOOnm。
[0100]在退火之后，每條半導(dǎo)體納米線30N可以具有沿著與該多個(gè)半導(dǎo)體納米線30的長(zhǎng)度方向垂直的平面的非矩形垂直橫截面形狀。例如，該多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N可以具有如圖12C中所示的圓形或橢圓形垂直橫截面形狀。該半導(dǎo)體納米線30N的每個(gè)第一端部附著于第一半導(dǎo)體襯墊30P1，并且該半導(dǎo)體納米線30N的每個(gè)第二端部附著于第二半導(dǎo)體襯墊30P2。包含半導(dǎo)體鰭片結(jié)構(gòu)(30F、30P1、30P2 )被轉(zhuǎn)化成包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30P、30P1、30P2)。
[0101]參考圖13A-13C，可以至少在包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30P、30P1、30P2)的物理暴露表面上形成柵極電介質(zhì)層50L。另外，柵極電介質(zhì)層50L可以形成在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22的物理暴露表面上和/或單晶電介質(zhì)層20的物理暴露表面上。柵極電介質(zhì)層50可以包括介電常數(shù)大于7.9的高介電常數(shù)(高k)電介質(zhì)材料和/或諸如氧化硅、氮化硅和/或氧氮化硅的常規(guī)柵極電介質(zhì)材料?？梢酝ㄟ^(guò)將包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30P、30P1、30P2)中的半導(dǎo)體材料的表面部分轉(zhuǎn)化成諸如電介質(zhì)氧化物、電介質(zhì)氮化物和/或電介質(zhì)氧氮化物的電介質(zhì)材料，形成柵極電介質(zhì)層50L。作為備選或作為補(bǔ)充，可以通過(guò)共形地沉積諸如金屬氧化物、金屬氮化物和/或金屬氧氮化物的電介質(zhì)材料形成柵極電介質(zhì)層50L。例如可以通過(guò)熱氧化、熱氮化、等離子體氧化和/或等離子體氮化，進(jìn)行半導(dǎo)體材料的表面部分到電介質(zhì)材料的轉(zhuǎn)化。例如可以通過(guò)原子層沉積(ALD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)，進(jìn)行電介質(zhì)材料的沉積。
[0102]參考圖14A-14C，可以在該多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N上形成至少一個(gè)柵極電極52。每個(gè)柵極電極跨騎在每個(gè)半導(dǎo)體納米線30N的一部分上。每個(gè)柵極電極52包括至少一種導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料可以是金屬材料和/或摻雜半導(dǎo)體材料?？梢酝ㄟ^(guò)沉積至少一個(gè)導(dǎo)電材料層并且構(gòu)圖該導(dǎo)電材料層形成該至少一個(gè)柵極電極52，例如采用光致抗蝕劑層(未示出)的光刻構(gòu)圖并且通過(guò)各向異性蝕刻將光致抗蝕劑層中的圖形轉(zhuǎn)移到該導(dǎo)電材料層中來(lái)構(gòu)圖該導(dǎo)電材料層。隨后可以去除光致抗蝕劑層。可選地，在該各向異性蝕刻期間可以采用柵極電介質(zhì)層50L作為蝕刻停止層。每個(gè)柵極電極圍繞多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N并且包括位于半導(dǎo)體納米線30N下方的部分。
[0103]參考圖15A-15C，例如可以通過(guò)沉積電介質(zhì)材料層并且各向異性蝕刻該電介質(zhì)材料層，圍繞每個(gè)柵極疊層(50、52)形成柵極隔離物56。該電介質(zhì)材料層的每個(gè)剩余的垂直部分構(gòu)成柵極隔離物56。每個(gè)柵極隔離物56橫向圍繞柵極電極52。
[0104]參考圖16A-16C，例如，通過(guò)蝕刻，相對(duì)于包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)選擇性地去除柵極電介質(zhì)層50L的物理暴露部分。該蝕刻可以是濕法蝕刻或干法蝕亥IJ。柵極電介質(zhì)層50L的每個(gè)剩余部分是橫向圍繞半導(dǎo)體納米線30N的柵極電介質(zhì)50。每個(gè)柵極電極52圍繞該多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N中的每一條。
[0105]參考圖17A-17C，通過(guò)例如選擇性外延沉積半導(dǎo)體材料，形成外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分。將半導(dǎo)體材料選擇性地沉積在單晶表面上，而不沉積在非晶體表面上?？梢酝ㄟ^(guò)向其中裝載了第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理室中同時(shí)或交替流動(dòng)反應(yīng)劑氣體和蝕刻劑氣體，進(jìn)行半導(dǎo)體材料的選擇性沉積。單晶上的沉積在沒有任何孵化期的情況下進(jìn)行，而在非晶體表面上需要有限的孵化時(shí)間來(lái)成核。通過(guò)選擇大于非晶體表面上的凈成核速率并且小于晶體表面上的沉積速率的蝕刻速率，單晶半導(dǎo)體材料可以僅沉積在晶體表面上而不沉積在非晶體表面上。所沉積的半導(dǎo)體材料可以是例如II1-V化合物半導(dǎo)體材料，該II1-V化合物半導(dǎo)體材料與單晶電介質(zhì)層20和半導(dǎo)體納米線30N晶格匹配，或具有允許在單晶電介質(zhì)層20和半導(dǎo)體納米線30N上的外延沉積的晶格失配。
[0106]晶體表面包括半導(dǎo)體納米線30N和單晶電介質(zhì)層20的物理暴露表面。非晶體表面包括淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22、該至少一個(gè)柵極隔離物56和該至少一個(gè)柵極電極52的表面。
[0107]每個(gè)外延對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分是連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分，該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分包括與單晶電介質(zhì)層20的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)的單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分可以包括例如:沉積在每個(gè)半導(dǎo)體納米線30N的第一端部的第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A、沉積在每個(gè)半導(dǎo)體納米線30N的第二端部的第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B、以及沉積在成對(duì)的柵極疊層(50、52)之間的第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60C。
[0108]在一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以包括提供用于傳導(dǎo)電力的導(dǎo)電路徑的摻雜半導(dǎo)體材料。每個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)電短路多個(gè)半導(dǎo)體納米線30F。第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A和第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B直接形成在每個(gè)半導(dǎo)體納米線30N的端部子部分上，該子部分是半導(dǎo)體材料部分。第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A和第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B具有與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。
[0109]每一個(gè)半導(dǎo)體納米線30N是半導(dǎo)體材料部分。在一個(gè)實(shí)施例中，第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60C的與第一半導(dǎo)體納米線30N接觸的第一子部分可以與第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60C的與第二半導(dǎo)體納米線30N接觸的第二子部分橫向間隔開。每一個(gè)半導(dǎo)體納米線30N可以是單晶的，并且每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的單晶結(jié)構(gòu)可以與半導(dǎo)體納米線30N外延對(duì)準(zhǔn)。
[0110]每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)與單晶電介質(zhì)層20之間的水平界面相對(duì)于單晶電介質(zhì)層20與第一和第二半導(dǎo)體襯墊(30P1、30P2)之間的水平界面垂直凹陷。
[0111]該多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N沿著水平長(zhǎng)度方向延伸，并且具有沿著該水平長(zhǎng)度方向的統(tǒng)一垂直橫截面形狀。該統(tǒng)一垂直橫截面形狀可以具有彎曲的周邊。例如，該統(tǒng)一垂直橫截面形狀可以是圓形或橢圓形。該多個(gè)半導(dǎo)體納米線30N的最底表面可以位于該單晶電介質(zhì)層20的最頂表面上。
[0112]參考圖18A-18C，進(jìn)行至少離子注入過(guò)程或退火過(guò)程之一，以對(duì)包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的位于每個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)下方的部分進(jìn)行摻雜。包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的該被離子注入過(guò)程或退火過(guò)程摻雜的部分被轉(zhuǎn)化成源極/漏極區(qū)30SD。半導(dǎo)體納米線30N的未被該離子注入過(guò)程和/或退火過(guò)程摻雜的每個(gè)子部分可以構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體區(qū)30B。
[0113]在一個(gè)實(shí)施例中，包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30SD、30B)的位于柵極電極52下方的每個(gè)子部分可以是具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的體區(qū)30B。包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30SD、30B)端部子部分(例如，圖6B中的左側(cè)源極/漏極區(qū)30SD和右側(cè)源極/漏極區(qū)30SD)可以具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜。例如，第一導(dǎo)電類型可以是P型，并且第二導(dǎo)電類型可以是η型，或者反之亦然。
[0114]每一個(gè)包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30SD、30B)可以由單晶半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并且可以與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)。每一個(gè)半導(dǎo)體納米線是半導(dǎo)體材料部分。作為第一半導(dǎo)體材料部分的第一半導(dǎo)體納米線和作為第二半導(dǎo)體材料部分的第二半導(dǎo)體納米線可以沿著寬度方向彼此橫向間隔開，該寬度方向是在平面C-C'內(nèi)的水平方向。連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B或60C)的與第一半導(dǎo)體納米線接觸的第一子部分與連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B或60C)的與第二半導(dǎo)體納米線接觸的第二子部分橫向間隔開橫向間隙G。橫向間隙G是第一子部分和第二子部分之間的最小尺度。
[0115]每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的單晶結(jié)構(gòu)可以與包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30SD、30B)外延對(duì)準(zhǔn)。連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的底部子部分60BT的頂表面位于該多個(gè)半導(dǎo)體納米線的最頂表面下方。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22橫向圍繞該多個(gè)半導(dǎo)體納米線。該包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30SD、30B)的垂直表面與該淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22接觸。
[0116]參考圖19A-19C，通過(guò)去除包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的物理暴露部分，從圖16A-16C的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)得到根據(jù)本公開的第四實(shí)施例的第四示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如可以通過(guò)相對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22的電介質(zhì)材料、該至少一個(gè)柵極電極52和該至少一個(gè)柵極隔離物56具有選擇性的各向異性蝕刻，實(shí)現(xiàn)包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的物理暴露部分的去除。因此，通過(guò)各向異性蝕刻去除該包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的未被該至少一個(gè)柵極電極52或該至少一個(gè)柵極隔離物56覆蓋的物理暴露部分。包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的剩余部分構(gòu)成多個(gè)物理分離的半導(dǎo)體材料部分，該半導(dǎo)體材料部分在此處稱為體區(qū)30B。在去除了該包含半導(dǎo)體納米線的結(jié)構(gòu)(30N、30P1、30P2)的物理暴露部分之后，該體區(qū)30N的端部表面與該至少一個(gè)柵極隔離物56的外側(cè)壁一致。
[0117]參考圖20A-20C，直接在每一個(gè)體區(qū)30B的端部子部分上形成連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分，該子部分是半導(dǎo)體材料部分。該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分可以包括例如:第一連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60A、第二連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60B和第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分60C?？梢酝ㄟ^(guò)與單晶電介質(zhì)層20外延對(duì)準(zhǔn)地沉積半導(dǎo)體材料形成該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)?？梢砸耘c第三實(shí)施例中相同的方式通過(guò)選擇性外延形成該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)。所沉積的半導(dǎo)體材料可以是例如II1-V化合物半導(dǎo)體材料，該II1-V化合物半導(dǎo)體材料與單晶電介質(zhì)層20和該體區(qū)晶格匹配，或具有允許在單晶電介質(zhì)層20和該體區(qū)上的外延沉積的晶格失配。
[0118]第一、第二和第三連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)中的每一個(gè)與該多個(gè)體區(qū)30B中的端部子部分接觸，并且具有與單晶電介質(zhì)層20以及該體區(qū)30B的單晶結(jié)構(gòu)外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)與電短路多個(gè)體區(qū)30B的連續(xù)半導(dǎo)體材料部分外延對(duì)準(zhǔn)。每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)的底部子部分60BT的頂表面位于該多個(gè)體區(qū)30B的最頂表面下方。
[0119]每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)直接沉積在多個(gè)體區(qū)30B的與該至少一個(gè)柵極隔離物56的外側(cè)壁垂直一致的端部表面上。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)22橫向圍繞該多個(gè)體區(qū)30B。
[0120]在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以在利用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的原位摻雜的情況下被沉積，或者可以被注入第二導(dǎo)電類型的摻雜劑。與同一對(duì)連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)接觸的多個(gè)體區(qū)30B構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體。每一個(gè)該連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分(60A、60B、60C)可以用作至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極區(qū)。[0121]在本公開的各種實(shí)施例中，單晶電介質(zhì)層20的凹陷頂表面提供了單晶表面，在該單晶表面上可以外延對(duì)準(zhǔn)地沉積單晶半導(dǎo)體材料。此外，至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的單晶表面用作附加的單晶表面，在該附加的單晶表面上可以外延對(duì)準(zhǔn)地沉積單晶半導(dǎo)體材料。因此，所沉積的單晶半導(dǎo)體材料與單晶電介質(zhì)層10和至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分外延對(duì)準(zhǔn)?？梢栽谠粨诫s的情況下沉積所沉積的單晶半導(dǎo)體材料，或者可以通過(guò)離子注入隨后對(duì)沉積的單晶半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜，以形成摻雜的半導(dǎo)體材料部分，該摻雜的半導(dǎo)體材料部分可以是至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極區(qū)。
[0122]盡管已經(jīng)就特定實(shí)施例描述了本公開，但是顯然，考慮到前面的描述，大量備選方案、修改和變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。本文中描述的每一個(gè)實(shí)施例可以獨(dú)立地或者與任何其它實(shí)施例結(jié)合實(shí)施，除非另外明確說(shuō)明或者明顯不兼容。因此，本公開意圖包含落入本公開和后面的權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)所有這些備選方案、修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括: 在單晶電介質(zhì)層上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分； 形成跨騎所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的柵極電極；以及 通過(guò)與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)地沉積半導(dǎo)體材料，直接在所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的端部子部分上形成連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分具有第一導(dǎo)電類型的摻雜，并且所述方法還包括用與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜劑對(duì)所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的所述端部子部分進(jìn)行摻雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括:使所述單晶電介質(zhì)層的頂表面的一部分凹陷，其中所述連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分直接形成在所述單晶電介質(zhì)層的所述頂表面的所述凹陷部分上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分是具有平行的垂直側(cè)壁的多個(gè)半導(dǎo)體鰭片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體鰭片中的每一個(gè)是單晶的，并且與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括:在所述單晶電介質(zhì)層上形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的垂直表面與所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)沿著水平長(zhǎng)度方向延伸，在與所述水平長(zhǎng)度方向垂直的垂直面內(nèi)具有基本矩形的垂直橫截面形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括: 形成橫向圍繞所述柵極電極的柵極隔離物；以及 去除所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的未被所述柵極電極或所述柵極隔離物覆蓋的物理暴露部分，其中在所述物理暴露部分的去除之后，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的端部表面與所述柵極隔離物的外側(cè)壁垂直一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分是多個(gè)半導(dǎo)體納米線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括:在所述單晶電介質(zhì)層上形成第一半導(dǎo)體襯墊和第二半導(dǎo)體襯墊，其中所述半導(dǎo)體納米線的每個(gè)第一端部附著于所述第一半導(dǎo)體襯墊，并且所述半導(dǎo)體納米線的每個(gè)第二端部附著于所述第二半導(dǎo)體襯墊。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括: 形成與所述第一和第二半導(dǎo)體襯墊橫向接觸的多個(gè)半導(dǎo)體鰭片； 從所述多個(gè)半導(dǎo)體鰭片下方去除所述單晶電介質(zhì)層的部分；以及 通過(guò)退火將所述多個(gè)半導(dǎo)體鰭片轉(zhuǎn)化成多個(gè)半導(dǎo)體納米線。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述柵極電極圍繞所述多個(gè)半導(dǎo)體納米線中的每一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體納米線沿著水平長(zhǎng)度方向延伸，并且具有沿著所述水平長(zhǎng)度方向的統(tǒng)一垂直橫截面形狀。
14.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 包括單晶電介質(zhì)層的襯底； 位于所述單晶電介質(zhì)層上的至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分； 跨騎所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的柵極電極；以及連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分，其與所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的端部子部分接觸并且具有與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)的單晶結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的位于所述柵極電極下方的子部分具有第一導(dǎo)電類型的摻雜，并且所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)的所述端部子部分具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分中的每一個(gè)是單晶的，并且與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分是多個(gè)半導(dǎo)體材料部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述連續(xù)單晶半導(dǎo)體部分的底部子部分的頂表面位于所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分的最頂表面下方。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括:淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其位于所述單晶電介質(zhì)層上方并且橫向圍繞所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分是具有平行的垂直側(cè)壁的多個(gè)半導(dǎo)體鰭片。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體鰭片中的每一個(gè)是單晶的，并且與所述單晶電介質(zhì)層外延對(duì)準(zhǔn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體材料部分是多個(gè)半導(dǎo)體納米線。
23.根據(jù)權(quán)利要求2·2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米線的每個(gè)第一端部附著于第一半導(dǎo)體襯墊，并且所述半導(dǎo)體納米線的每個(gè)第二端部附著于第二半導(dǎo)體襯墊。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體納米線的最底表面位于所述單晶電介質(zhì)層的最頂表面上。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體納米線沿著水平長(zhǎng)度方向延伸，并且具有沿著所述水平長(zhǎng)度方向的統(tǒng)一垂直橫截面形狀。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103855031SQ201310625869
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】A·巴蘇, J·B·常, M·A·古羅恩, A·馬宗達(dá) 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司