本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件用于諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和其他電子設(shè)備的各種電子應(yīng)用中。通常通過(guò)在半導(dǎo)體襯底上方順序地沉積絕緣或介電層、導(dǎo)電層和半導(dǎo)體材料層，然后使用光刻技術(shù)圖案化各種材料層以在其上形成電路組件和元件來(lái)制造半導(dǎo)體器件。諸多集成電路通常被制造在單個(gè)半導(dǎo)體晶圓上，并且通過(guò)沿著劃線(xiàn)在集成電路之間切割來(lái)分割晶圓上的單獨(dú)的管芯。單獨(dú)的管芯通常被獨(dú)立封裝(例如)在多芯片模塊中、或以其他類(lèi)型的封裝進(jìn)行獨(dú)立封裝。

因?yàn)樵谧非蟾叩钠骷芏?、更高的性能和更低的成本中半?dǎo)體工業(yè)已經(jīng)發(fā)展為納米技術(shù)工藝節(jié)點(diǎn)，所以來(lái)自制造和設(shè)計(jì)問(wèn)題的挑戰(zhàn)已導(dǎo)致諸如鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)的三維設(shè)計(jì)的發(fā)展。finfet被制造成帶有從襯底延伸的薄垂直“鰭件”(或鰭結(jié)構(gòu))。finfet的溝道形成在該垂直鰭件中。柵極提供在鰭件上方。finfet的優(yōu)點(diǎn)可包括降低了短溝道效應(yīng)和較高的電流。

盡管現(xiàn)有的finfet器件和制造finfet器件的方法已通常滿(mǎn)足它們的期望目的，但是它們不能完全滿(mǎn)足所有方面的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)，包括：氧化層，形成在襯底上方；鰭結(jié)構(gòu)，形成在氧化層上方，其中，鰭結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體層制成，并且半導(dǎo)體層包括第一部分、第二部分和第三部分，第二部分位于第一部分和第三部分之間，并且其中，第一部分、第二部分和第三部分構(gòu)造u型溝槽，并且第二部分位于u型溝槽下方；以及柵極結(jié)構(gòu)，形成在u型溝槽中。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)，包括：氧化層，形成在襯底上方；源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)，形成在氧化層上方，其中，源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)構(gòu)造u型溝槽，并且溝道區(qū)形成在u型溝槽的底面下方；以及柵極結(jié)構(gòu)，填充在u型溝槽的一部分中。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上方形成氧化層；在氧化層上方形成半導(dǎo)體層；圖案化半導(dǎo)體層以在氧化層上方形成鰭結(jié)構(gòu)；去除鰭結(jié)構(gòu)的一部分以在鰭結(jié)構(gòu)中形成u型溝槽；在u型溝槽上形成柵極結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，沒(méi)有按比例繪制各種部件。實(shí)際上，為了清楚地討論，可以任意地增加或減小各種部件的尺寸。

圖1a至圖1d示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的立體表示。

圖1c’示出了圖1c的finfet器件結(jié)構(gòu)的改良結(jié)構(gòu)。

圖2a至圖2e示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的finfet器件結(jié)構(gòu)100b的立體表示。

圖3b至圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的finfet器件結(jié)構(gòu)的立體表示。

圖4b至圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的finfet器件結(jié)構(gòu)的立體表示。

圖5b至圖5c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段的截面表示。

具體實(shí)施方式

下列發(fā)明提供了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的多種不同實(shí)施例或?qū)嵗?。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考符號(hào)和/或字符。這種重復(fù)用于簡(jiǎn)化和清楚，并且其本身不表示所述多個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

描述了實(shí)施例的一些變化。貫穿各個(gè)視圖和示出的實(shí)施例，相同的參考字符用于指代相同的元件。應(yīng)該理解，在該方法之前、期間和之后可提供附加操作，并且對(duì)于該方法的其他實(shí)施例可代替或去除所述操作中的一些操作。

提供了形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。圖1a至圖1d示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)100a的各個(gè)階段的立體表示。

參照?qǐng)D1a，提供了襯底102。襯底102可由硅或其他半導(dǎo)體材料制成?？蛇x地或附加地，襯底102可包括諸如鍺的其他元素半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，襯底102由諸如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦的化合物半導(dǎo)體制成。在一些實(shí)施例中，襯底102由諸如硅鍺、碳化硅鍺、磷化砷鎵或磷化鎵銦的合金半導(dǎo)體制成。在一些實(shí)施例中，襯底102包括外延層。

然后，在襯底102上形成氧化層104。在一些實(shí)施例中，在襯底102上形成埋氧層。

然后，在氧化層104上方形成半導(dǎo)體層106。氧化層104形成在襯底102和半導(dǎo)體層106之間以阻止器件和襯底102之間通常產(chǎn)生的寄生電容。

半導(dǎo)體層106由硅(si)、碳(c)、鍺(ge)、硅鍺(sige)、碳化硅鍺(sigec)、和多晶半導(dǎo)體或它們的組合制成。通過(guò)諸如化學(xué)汽相沉積(cvd)工藝、物理汽相沉積(pvd)工藝、原子層沉積(ald)工藝、旋轉(zhuǎn)涂覆工藝的沉積工藝或其他適合的工藝形成半導(dǎo)體層106。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)在氧化層104上方形成作為半導(dǎo)體層106的硅層構(gòu)造出絕緣體上硅(soi)襯底。在一些實(shí)施例中，通過(guò)低壓化學(xué)汽相沉積(lpcvd)沉積硅層。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106具有在約200nm至約600nm范圍內(nèi)的厚度。

在實(shí)施圖1b的操作之前，半導(dǎo)體層106可選地?fù)诫s有摻雜劑。摻雜劑可以是諸如砷(as)、磷(p)或銻(sb)的n型摻雜劑或諸如硼(b)或硼氟(bf2)的p型摻雜劑。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106具有在約1e14原子/cm²至約5e15原子/cm²范圍內(nèi)的摻雜濃度。如果摻雜濃度低于1e14原子/cm²，那么離子電流可能太低。如果摻雜濃度大于5e15原子/cm²，那么離子電流可能太高。

通過(guò)離子注入工藝、等離子體浸沒(méi)離子注入(piii)工藝、氣體和/或固體源擴(kuò)散工藝、另一種合適的工藝或它們的組合可實(shí)現(xiàn)摻雜。半導(dǎo)體層106還可暴露給退火工藝，諸如，快速熱退火工藝。退火工藝用于活化摻雜劑。退火工藝包括快速熱退火(rta)和/或激光退火工藝。

如圖1b所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，形成半導(dǎo)體層106之后，半導(dǎo)體層106被圖案化以在氧化層上方形成鰭結(jié)構(gòu)。

當(dāng)俯視觀(guān)察時(shí)，鰭結(jié)構(gòu)形成在第一塊結(jié)構(gòu)和第二塊結(jié)構(gòu)之間。鰭結(jié)構(gòu)彼此平行。溝槽110形成在兩個(gè)相鄰的鰭結(jié)構(gòu)之間。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用可調(diào)整鰭結(jié)構(gòu)的數(shù)量。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)圖案化工藝圖案化半導(dǎo)體層106。圖案化工藝包括光刻工藝和蝕刻工藝。光刻工藝包括光刻膠涂覆(例如，旋轉(zhuǎn)涂覆)、軟烘焙、掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘焙、顯影光刻膠、沖洗和干燥(例如，硬烘焙)。蝕刻工藝包括干蝕刻工藝或濕蝕刻工藝。

如圖1c所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在氧化層104上方形成鰭結(jié)構(gòu)之后，去除鰭結(jié)構(gòu)的一部分以在鰭結(jié)構(gòu)中形成u型溝槽112。在一些實(shí)施例中，去除鰭結(jié)構(gòu)的中間部分。

形成u型溝槽112之后，根據(jù)半導(dǎo)體層106的功能，將其劃分為三個(gè)部分。半導(dǎo)體層106包括第一部分106a、第二部分106b和第三部分106c。第一部分106a鄰接u型溝槽112的一個(gè)側(cè)壁，并且第三部分106c鄰接u型溝槽112的相對(duì)側(cè)壁。第二部分106b形成在u型溝槽112的底面下方。

如圖1c所示，u型溝槽112的底面和u型槽112的側(cè)壁之間的第一角度θ1的范圍在約85度至約95度之間。換言之，u型槽112的側(cè)壁基本垂直于u型溝槽112的底面。

第二部分106b形成在第一部分106a和第三部分106c之間。第二部分106b直接形成在u型溝槽112的下方，并且第一部分106a和第三部分106c是u型溝槽112的側(cè)壁。

第一部分106a被配置為源極結(jié)構(gòu)，第二部分106b被配置為溝道區(qū)(或被稱(chēng)為主體區(qū))以及第三部分106c被配置為漏極結(jié)構(gòu)。換言之，源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)構(gòu)造成u型溝槽112，并且溝道區(qū)直接形成在u型溝槽112的底面下方。源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)突出于氧化層104。

在一些實(shí)施例中，第一部分106a(或第三部分106c)具有從氧化層104的頂面至第一部分106a(或第三部分106c)的頂面測(cè)量所得的第一高度h1。在一些實(shí)施例中，第一高度h1的范圍在約30nm至約100nm的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，第二部分106b具有從氧化層104的頂面至u型溝槽112的底面測(cè)量所得的第二高度h2。換言之，第二部分106b具有厚度h2。在一些實(shí)施例中，第二高度h2的范圍在約1nm至約20nm之間。如果第二高度h2小于1nm，那么finfet結(jié)構(gòu)器件100的性能可降低并且制造工藝可能困難。如果第二高度h2大于20nm，那么可增加漏電。在一些實(shí)施例中，第二高度(h2)小于第一高度(h1)。

在一些實(shí)施例中，u型溝槽112具有從第一部分106a的側(cè)壁至第三部分106c的側(cè)壁測(cè)量所得的溝槽長(zhǎng)度l1。在一些實(shí)施例中，溝槽長(zhǎng)度l1的范圍在約1nm至約1000nm的范圍內(nèi)。

通過(guò)實(shí)施蝕刻工藝形成u型溝槽112。在一些實(shí)施例中，蝕刻工藝是干蝕刻工藝。在一些實(shí)施例中，通過(guò)反應(yīng)離子蝕刻(rie)工藝形成u型溝槽112。如果蝕刻工藝是濕蝕刻工藝，那么很難控制蝕刻量和溝槽的形狀。此外，濕蝕刻工藝可改變第二部分106b的厚度。與濕蝕刻工藝相比，干蝕刻工藝是各向異性蝕刻工藝并且很容易控制。因此，第二部分106b具有均勻的厚度。通過(guò)形成第二部分106b(或溝槽區(qū))的均勻厚度，抑制finfet器件結(jié)構(gòu)100的性能的變化。

應(yīng)該注意，第一部分106a、第二部分106b和第三部分106c同時(shí)形成。換言之，源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)都由相同的材料制成，并且因此獲得無(wú)結(jié)模式finfet器件結(jié)構(gòu)100a。在一些其他實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體層106摻雜有n型摻雜劑或p型摻雜劑時(shí)，第一部分106a、第二部分106b和第三部分106c摻雜有導(dǎo)電類(lèi)型相同的且濃度相同或大致相同的摻雜劑。無(wú)結(jié)模式晶體管的優(yōu)勢(shì)在于消除了所有的摻雜劑擴(kuò)散和統(tǒng)計(jì)分布問(wèn)題。無(wú)結(jié)模式晶體管的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于在finfet器件結(jié)構(gòu)100a中沒(méi)有電子反應(yīng)和沒(méi)有能力耗散。

因?yàn)榈诙糠?06b(溝道區(qū))具有小厚度，所以獲得了超薄體(utb)finfet器件結(jié)構(gòu)100a。應(yīng)該注意，通過(guò)使用超薄體(utb)控制漏電，該utb明顯小于柵極長(zhǎng)度l2(圖1d)。

圖1c’示出了圖1c的finfet器件結(jié)構(gòu)100a的改良結(jié)構(gòu)。如圖1c’所示，u型溝槽112具有傾斜側(cè)壁，并且具有窄底面和寬開(kāi)口。u型溝槽112的溝槽長(zhǎng)度l1’是水平方向上的開(kāi)口的長(zhǎng)度。在一些實(shí)施例中，u型溝槽112的底面和u型溝槽112的側(cè)壁之間的第二角度θ2的范圍在約90度至約145度之間。

形成u型溝槽112之后，柵極結(jié)構(gòu)118形成在u型溝槽112中和半導(dǎo)體層106上。然后，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，圖案化柵極結(jié)構(gòu)118以形成如圖1d所示的t型結(jié)構(gòu)。t型結(jié)構(gòu)用于制造將于之后形成的接觸結(jié)構(gòu)(未示出)。在柵極結(jié)構(gòu)中還可存在有許多其他層，例如，覆蓋層、界面層、間隔件元件、和/或其他合適的部件。

柵極結(jié)構(gòu)118包括柵極介電層114和柵電極層116。柵極介電層114可以是單層或多層。在一些實(shí)施例中，柵極介電層114可以是將由真柵極介電層代替的偽柵極介電層。在一些實(shí)施例中，柵極介電層114由氧化硅(siox)、氮化硅(sixny)、氮氧化硅(sion)或它們的組合制成。在一些實(shí)施例中，柵極介電層114由高k介電材料制成。高k介電材料的實(shí)例包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鉿-氧化鋁合金、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鉿鉭、氧化鉿鈦、氧化鉿鋯等、或它們的組合。

在一些實(shí)施例中，如圖1d所示，介電層114由二氧化硅(sio2)制成，并且其通過(guò)消耗半導(dǎo)體層106的一部分形成。應(yīng)該注意，介電層114只形成在半導(dǎo)體層106上方，但不在氧化層104上方。因此，柵電極層116的一部分直接形成在氧化層上且與其直接接觸。在一些其他實(shí)施例中，通過(guò)熱氧化工藝、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(pecvd)工藝或通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆工藝沉積柵極介電層112。

在一些其他實(shí)施例中，當(dāng)介電層114由高k介電層制成時(shí)，介電層114不僅形成在半導(dǎo)體層106上而且也形成在氧化層104上。在一些其他實(shí)施例中，當(dāng)介電層114由高k介電層制成時(shí)，介電層114通過(guò)原子層沉積(ald)工藝形成。

柵電極層116可以是單層或多層。在一些實(shí)施例中，柵電極層116可以是將由真柵電極層代替的偽柵電極層。在一些其他實(shí)施例中，柵電極層116由多晶硅或?qū)щ姴牧现瞥伞?dǎo)電材料可以是鋁(al)、銅(cu)、鎢(w)、鈦(ti)、鉭(ta)、或其他可用的材料。

通過(guò)諸如化學(xué)汽相沉積(cvd)、物理汽相淀積(pvd)、原子層沉積(ald)、高密度等離子體cvd(hdpcvd)、金屬有機(jī)cvd(mocvd)、或等離子體增強(qiáng)cvd(pecvd)的沉積工藝形成柵電極層116。

應(yīng)該注意，柵極結(jié)構(gòu)118填充在u型溝槽112中且延伸在半導(dǎo)體層106的第一部分106a的一部分和第三部分106c的一部分上方。此外，柵電極層116的一部分直接形成在氧化層104上。柵電極層116在鰭結(jié)構(gòu)的中間部分上方橫穿。

在一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)118的柵極長(zhǎng)度l2的范圍在約1nm至約1000nm的范圍內(nèi)。如果柵極長(zhǎng)度l2小于1nm，那么制造工藝可能很難。如果柵極長(zhǎng)度l2大于1000nm，那么離子電流可能太小。

應(yīng)該注意，柵極結(jié)構(gòu)118的柵極長(zhǎng)度l2小于u型溝槽112的溝槽長(zhǎng)度l1。因?yàn)闇系绤^(qū)(半導(dǎo)體層106的第二部分106b)的厚度h2明顯小于柵極長(zhǎng)度l2，所以很好地控制漏電。此外，提高了finfet器件結(jié)構(gòu)100a的性能。

然后，層間介電(ild)結(jié)構(gòu)(未示出)形成在柵極結(jié)構(gòu)118上方以及半導(dǎo)體層116和氧化層104上方。

ild結(jié)構(gòu)120可包括由諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、正硅酸乙酯(teos)、磷硅酸玻璃(psg)、硼磷硅酸鹽玻璃(bpsg)、低k介電材料的多種介電材料、和/或其他可用的介電材料制成的多層。低k介電材料的實(shí)例包括，但不限于，氟化硅玻璃(fsg)、碳摻雜的氧化硅、非晶氟化碳、聚對(duì)二甲苯、雙對(duì)氯甲基苯(bcb)、或聚酰亞胺。ild結(jié)構(gòu)120可以通過(guò)化學(xué)汽相沉積(cvd)、物理汽相沉積(pvd)、原子層沉積(ald)、旋轉(zhuǎn)涂覆、或其他可用的工藝形成。

之后，finfet器件結(jié)構(gòu)100a可繼續(xù)經(jīng)歷其他工藝以形成其他結(jié)構(gòu)或器件。在一些實(shí)施例中，金屬化包括諸如常見(jiàn)的通孔或接觸件的垂直互連件，和諸如金屬線(xiàn)的水平互連件。各種互連部件可實(shí)現(xiàn)包括銅、鎢和/或硅化物的各種導(dǎo)電材料。

圖2a至圖2e示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)100a的各個(gè)階段的截面表示。

如圖2a所示，氧化層104和半導(dǎo)體層106順序地形成在襯底102上方。在一些實(shí)施例中，二氧化硅(sio2)層生長(zhǎng)在襯底102上，并且硅(si)層通過(guò)低壓化學(xué)汽相沉積(lpcvd)工藝沉積在二氧化硅層上方。

在氧化層104上方形成半導(dǎo)體層106之后，半導(dǎo)體層106可以可選地?fù)诫s有摻雜劑。摻雜劑可以是n型或p型摻雜劑。

之后，圖案化半導(dǎo)體層106以在兩個(gè)塊結(jié)構(gòu)之間形成鰭結(jié)構(gòu)。兩個(gè)塊結(jié)構(gòu)具有有助于形成接觸結(jié)構(gòu)(未示出)的大面積。鰭結(jié)構(gòu)彼此平行。溝槽110形成在兩個(gè)相鄰鰭結(jié)構(gòu)之間。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用可調(diào)整鰭結(jié)構(gòu)的數(shù)量。

之后，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，如圖2b所示，u型溝槽112形成在鰭結(jié)構(gòu)的中間部分中。因此，半導(dǎo)體層106被劃分為三個(gè)部分，包括第一部分106a、第二部分106b和第三部分106c。換言之，第一部分106a、第二部分106b和第三部分106c構(gòu)造成u型溝槽112。

在一些實(shí)施例中，第一部分106a被配置為源極結(jié)構(gòu)，第二部分106b被配置為溝道區(qū)(或主體區(qū))、以及第三部分106c被配置為漏極結(jié)構(gòu)。如上所述，半導(dǎo)體層106可摻雜有摻雜劑。一旦半導(dǎo)體層106被摻雜，第一部分106a(源極結(jié)構(gòu))、第二部分106b(溝道區(qū))和第三部分106c(漏極結(jié)構(gòu))同時(shí)摻雜有摻雜劑。因此，獲得無(wú)結(jié)模式晶體管。無(wú)結(jié)模式晶體管的優(yōu)勢(shì)在于消除了所有摻雜劑擴(kuò)散和統(tǒng)計(jì)分布問(wèn)題。無(wú)結(jié)模式晶體管的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于finfet器件結(jié)構(gòu)100a中沒(méi)有電子反應(yīng)和沒(méi)有能量耗散。

應(yīng)該注意，第二部分106b直接位于u型溝槽112的底面下方。第二部分106b(還被稱(chēng)為溝道區(qū))非常薄并且具有第二高度h2。在一些實(shí)施例中，第二高度h2的范圍在約1nm至約20nm的范圍內(nèi)。

應(yīng)該注意，u型溝槽112通過(guò)干蝕刻工藝形成并且很容易控制u型溝槽112的形狀。此外，u型溝槽112具有均勻的第二高度h2(溝道區(qū)的厚度)以抑制finfet器件結(jié)構(gòu)100a的性能的變化。

u型溝槽112具有從第一部分106a的側(cè)壁至第三部分106c的側(cè)壁測(cè)量獲得的溝槽長(zhǎng)度l1。u型溝槽112被配置成設(shè)置柵極結(jié)構(gòu)118，并且柵極長(zhǎng)度l2小于u型溝槽112的溝槽長(zhǎng)度l1。在一些實(shí)施例中，柵極長(zhǎng)度l2的范圍在約1至約1000nm的范圍內(nèi)。如果柵極長(zhǎng)度l2小于1nm，那么制造工藝可能很難。如果柵極長(zhǎng)度l2大于1000nm，那么離子電流可能太小。

之后，如圖2c所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，柵極介電層114和柵電極層116順序地沉積在u型溝槽112和半導(dǎo)體層106上。

之后，如圖2d所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，圖案化柵電極層116。柵極結(jié)構(gòu)118的一部分填充在u型溝槽112中并且柵極結(jié)構(gòu)118的一部分延伸在半導(dǎo)體層106的第一部分106a的一部分或第三部分106c的一部分上方。

如圖2e所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，形成柵極結(jié)構(gòu)118之后，介電層形成在柵極結(jié)構(gòu)118和半導(dǎo)體層106上方。之后，對(duì)ild結(jié)構(gòu)120實(shí)施拋光工藝直到暴露出柵極結(jié)構(gòu)118的頂面。

應(yīng)該注意，柵極長(zhǎng)度l2小于u型溝槽112的溝槽長(zhǎng)度l1。當(dāng)在柵極結(jié)構(gòu)118的按比例縮小柵極長(zhǎng)度l2處實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，最小化短溝道效應(yīng)(sce)。此外，具有超薄體(utb)的finfet器件結(jié)構(gòu)100a具有高ion/ioff電流，因?yàn)槌◇w(utb)提供良好的柵極控制能力。finfet器件結(jié)構(gòu)100a具有較低的漏致勢(shì)壘降低(dibl)(0mv/v)以及降低的亞閾值擺幅(ss)值(諸如約100mv/dec.)。通過(guò)使漏電流產(chǎn)生十進(jìn)制變化(decadechange)所需的柵極電壓增加量來(lái)限定亞閾值擺幅(ss)值。

此外，finfet器件結(jié)構(gòu)100a具有高飽和電流。在finfet器件結(jié)構(gòu)100a中，大部分電子穿過(guò)超薄體(utb)的中間面積(諸如半導(dǎo)體層106的第二部分106b)以及finfet器件結(jié)構(gòu)100a的電流未穿過(guò)超薄體(utb)的表面。因此，降低了界面散射并且由此提高了遷移率。因此，finfet器件結(jié)構(gòu)100a具有高電子密度和快速的電子速度。

圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的finfet器件結(jié)構(gòu)100b的立體表示。

通過(guò)對(duì)圖1d的結(jié)構(gòu)實(shí)施拋光工藝可獲得圖3a的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，拋光工藝是化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝。

應(yīng)該注意，拋光工藝之后，柵極結(jié)構(gòu)118的頂面與半導(dǎo)體層106的第一部分106a的頂面或第三部分106c的頂面齊平。柵極結(jié)構(gòu)118完全填充在u型溝槽112中并且延伸在氧化層104的一部分上方。應(yīng)該注意，柵極結(jié)構(gòu)118的柵極長(zhǎng)度l2小于u型溝槽112的溝槽長(zhǎng)度l1，因此，柵極長(zhǎng)度l2的尺寸取決于溝槽長(zhǎng)度l1的尺寸。與圖1d相比，圖3a的柵極結(jié)構(gòu)具有較小的柵極長(zhǎng)度l2。

圖3b至圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)100b的各個(gè)階段的截面表示。除了柵極結(jié)構(gòu)118的形狀不同以外，finfet器件結(jié)構(gòu)100b與圖2e所示的finfet器件結(jié)構(gòu)100a相似或相同。用于形成finfet器件結(jié)構(gòu)100b的工藝和材料可與用于形成finfet器件結(jié)構(gòu)100a的工藝和材料相似或相同并且不再在本文中重復(fù)。

如圖3b所示，柵極結(jié)構(gòu)118完全填充在u型溝槽112中。

之后，如圖3c所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，ild結(jié)構(gòu)120形成在柵極結(jié)構(gòu)118和半導(dǎo)體層106上方。

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的finfet器件結(jié)構(gòu)100c的立體表示。柵電極層116形成在u型溝槽112的一部分中。應(yīng)該注意，u型溝槽112未完全被柵極結(jié)構(gòu)118填充。

圖4b至圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)100c的各個(gè)階段的截面表示。除了柵極結(jié)構(gòu)118的形狀不同外，finfet器件結(jié)構(gòu)100c與圖2e所示的finfet器件結(jié)構(gòu)100a相似或相同。用于形成finfet器件結(jié)構(gòu)100c的工藝和材料可與用于形成finfet器件結(jié)構(gòu)100a的工藝和材料相似或相同并且不再在本文中重復(fù)。

如圖4b所示，u型溝槽112具有溝槽長(zhǎng)度l1以及柵電極層116具有柵極長(zhǎng)度l2。溝槽長(zhǎng)度l1大于柵極長(zhǎng)度l2。在一些實(shí)施例中，柵極長(zhǎng)度l2約為溝槽長(zhǎng)度l1的一半。

柵電極層116形成之后，ild結(jié)構(gòu)120形成在u型溝槽112的另一部分中。

圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的finfet器件結(jié)構(gòu)100d的立體表示。除了柵極結(jié)構(gòu)118的形狀不同外，finfet器件結(jié)構(gòu)100d與圖4a所示的finfet器件結(jié)構(gòu)100c相似或相同。如圖5a所示，柵電極層116的頂面與半導(dǎo)體層106的頂面齊平。

圖5b至圖5c示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的形成finfet器件結(jié)構(gòu)100d的各個(gè)階段的截面表示。

如圖5b所示，柵電極層116填充u型溝槽112的一部分，并且u型溝槽112的一部分是空的。

之后，ild結(jié)構(gòu)120填充在u型溝槽112的空部分中。

如上所述，finfet器件結(jié)構(gòu)100a、100b、100c和100d具有超薄體(諸如半導(dǎo)體層106的第二部分106b)，并且已提高finfet器件結(jié)構(gòu)的性能。finfet器件結(jié)構(gòu)100a、100b、100c和100d具有高ion/ioff、可忽略的dibl、低ss值、高飽和電流、高電子密度和快的電子速度。

提供了形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及其形成方法的實(shí)施例。finfet結(jié)構(gòu)包括位于襯底上方的氧化層、以及位于氧化層上方的鰭結(jié)構(gòu)。鰭結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體層制成，并且鰭結(jié)構(gòu)包括源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)、和漏極結(jié)構(gòu)。源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)構(gòu)造了u型溝槽并且柵極結(jié)構(gòu)形成在u型溝槽中。溝道區(qū)具有薄厚度以形成具有超薄體(utb)的finfet器件結(jié)構(gòu)。finfet器件結(jié)構(gòu)具有高ion/ioff、可忽略的dibl、低ss值、高飽和電流、高電子密度和快的電子速度。因此，提高了finfet器件結(jié)構(gòu)的性能。

在一些實(shí)施例中，提供了finfet器件結(jié)構(gòu)。finfet器件結(jié)構(gòu)包括形成在襯底上方的氧化層以及形成在氧化層上方的鰭結(jié)構(gòu)。鰭結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體層制成，并且半導(dǎo)體層包括第一部分、第二部分和第三部分，第二部分位于第一部分和第三部分之間。第一部分、第二部分和第三部分構(gòu)造了u型溝槽，并且第二部分位于u型溝槽下方。finfet器件結(jié)構(gòu)還包括形成在u型溝槽中的柵極結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，提供了一種形成finfet器件結(jié)構(gòu)的方法。finfet器件結(jié)構(gòu)包括形成在襯底上方的氧化層和形成在氧化層上方的源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)。源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)構(gòu)造了u型溝槽，并且溝道區(qū)形成在u型溝槽的底面下方。finfet器件結(jié)構(gòu)還包括填充在u型溝槽的一部分中的柵極結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，提供了一種形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在襯底上方形成氧化層以及在氧化層上方形成半導(dǎo)體層。該方法還包括圖案化半導(dǎo)體層以在氧化層上方形成鰭結(jié)構(gòu)以及去除鰭結(jié)構(gòu)的一部分以在鰭結(jié)構(gòu)中形成u型溝槽。該方法還包括在u型溝槽上形成柵極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)，包括：氧化層，形成在襯底上方；鰭結(jié)構(gòu)，形成在氧化層上方，其中，鰭結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體層制成，并且半導(dǎo)體層包括第一部分、第二部分和第三部分，第二部分位于第一部分和第三部分之間，并且其中，第一部分、第二部分和第三部分構(gòu)造u型溝槽，并且第二部分位于u型溝槽下方；以及柵極結(jié)構(gòu)，形成在u型溝槽中。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二部分具有從氧化層的頂面至u型溝槽的底面測(cè)量所得的第二高度，并且厚度的范圍在約1nm至約20nm之間。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一部分具有第一高度，并且第二高度小于第一高度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一部分、第二部分和第三部分摻雜有導(dǎo)電類(lèi)型相同且濃度相同或大致相同的摻雜劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)在第一部分的一部分上方和第二部分的一部分上方延伸。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介電層和柵電極層，并且柵極介電層直接形成在第二部分上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)的頂面與半導(dǎo)體層的第一部分的頂面齊平。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)俯視觀(guān)察時(shí)，柵極結(jié)構(gòu)具有t型結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一部分被配置為源極結(jié)構(gòu)，第二部分被配置為溝道區(qū)，并且第三部分被配置為漏極結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)，包括：氧化層，形成在襯底上方；源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)，形成在氧化層上方，其中，源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)構(gòu)造u型溝槽，并且溝道區(qū)形成在u型溝槽的底面下方；以及柵極結(jié)構(gòu)，填充在u型溝槽的一部分中。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：層間介電(ild)結(jié)構(gòu)，填充在u型溝槽的另一部分中。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)在源極結(jié)構(gòu)的一部分上方或漏極結(jié)構(gòu)的一部分上方延伸。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)摻雜有導(dǎo)電類(lèi)型相同的摻雜劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，源極結(jié)構(gòu)、溝道區(qū)和漏極結(jié)構(gòu)由硅(si)、碳(c)、鍺(ge)、硅鍺(sige)、碳化硅鍺(sigec)、以及多晶半導(dǎo)體或它們的組合制成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，溝道區(qū)具有從氧化層的頂面至溝道區(qū)的頂面測(cè)量所得的厚度，并且厚度的范圍在約1nm至約20nm之間。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，柵極結(jié)構(gòu)的頂面與半導(dǎo)體層的第一部分的頂面齊平。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上方形成氧化層；在氧化層上方形成半導(dǎo)體層；圖案化半導(dǎo)體層以在氧化層上方形成鰭結(jié)構(gòu)；去除鰭結(jié)構(gòu)的一部分以在鰭結(jié)構(gòu)中形成u型溝槽；在u型溝槽上形成柵極結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在圖案化半導(dǎo)體層之前還包括：摻雜半導(dǎo)體層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，蝕刻鰭結(jié)構(gòu)的一部分以在鰭結(jié)構(gòu)中形成u型溝槽包括使用干蝕刻工藝。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括：去除柵極結(jié)構(gòu)的在u型溝槽外部的部分，其中，柵極結(jié)構(gòu)的頂面與半導(dǎo)體層的頂面齊平。

上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、更換以及改變。