本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field-effect-transistor，fet)結(jié)構(gòu)的方法，以及一種可通過所述方法獲得的fet結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide?semiconductor?field-effecttransistor，mosfet)是各種器件(如微處理器和存儲(chǔ)芯片)中的主要半導(dǎo)體組件。鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fin?field-effect?transistor，finfet)是一種特殊類型的mosfet，具有鰭狀溝道，所述鰭狀溝道在兩個(gè)或三個(gè)側(cè)面被柵極包圍。由于這種柵極設(shè)計(jì)，finfet比傳統(tǒng)的平面mosfet具有更好的可擴(kuò)展性。

2、納米片場(chǎng)效應(yīng)晶體管(nanosheet?field-effect?transistor，ns?fet)是另一種類型的mosfet，它包括水平堆疊的納米片，形成晶體管的溝道。在ns?fet中，柵極可以完全包圍納米片溝道，形成全環(huán)柵極(gate-all-around，gga)器件，即柵極位于溝道的所有四個(gè)側(cè)面的晶體管器件。這種全環(huán)柵極器件通常被視為下一代器件架構(gòu)，有助于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary?metal-oxide?semiconductor，cmos)器件進(jìn)一步擴(kuò)展，超出finfet的限制范圍。

3、提出叉片式納米片器件作為納米片器件的擴(kuò)展。在叉片式fet中，垂直納米片通過垂直介電隔離分離成pmos側(cè)和nmos側(cè)。叉片式fet設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步擴(kuò)展面積，并為優(yōu)化器件的有效寬度提供了更多的空間。然而，叉片式fet中的短溝道效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致性能損失。具體地，由于叉片式fet中的介電隔離，通常不可能在所有四個(gè)側(cè)面都有柵極的情況下完全包圍叉片式fet的納米片溝道。因此，叉片式fet不可以采用全環(huán)柵極設(shè)計(jì)，這潛在地限制了這些器件的進(jìn)一步擴(kuò)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述，本發(fā)明旨在提供一種用于處理fet結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法和可通過所述方法獲得的改進(jìn)的fet結(jié)構(gòu)，克服了上述限制和缺點(diǎn)。

2、這些和其它目的通過所附獨(dú)立權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。有利實(shí)現(xiàn)方式在從屬權(quán)利要求中進(jìn)一步定義。

3、本發(fā)明的第一方面提供了一種用于產(chǎn)生場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field-effecttransistor，fet)結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：(a)在襯底上生成第一結(jié)構(gòu)，所述第一結(jié)構(gòu)包括第一層疊層、第二層疊層和位于所述第一層疊層和所述第二層疊層之間的壁，其中，所述第一層疊層和所述第二層疊層分別包括以交替方式堆疊的一個(gè)或多個(gè)第一材料層和兩個(gè)或兩個(gè)以上第二材料層，并且所述壁是不導(dǎo)電的；(b)移除所述第一層疊層的所述一個(gè)或多個(gè)第一材料層以在所述第一層疊層中生成一個(gè)或多個(gè)空腔；(c)通過所述第一層疊層中的所述一個(gè)或多個(gè)空腔蝕刻到所述壁的一個(gè)側(cè)面，以使所述壁的所述側(cè)面凹陷，從而在所述第一層疊層與所述壁的凹陷側(cè)之間生成垂直空腔；(d)用柵極介電材料和柵極金屬填充所述第一層疊層中的所述空腔和所述垂直空腔。

4、這提供了具有叉片式納米片設(shè)計(jì)的fet結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，其中所述柵極可以完全包圍部分或全部納米片溝道。因此，所述fet結(jié)構(gòu)提供了一種全環(huán)柵極設(shè)計(jì)，可以減少性能損失，并使fet結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步擴(kuò)展。

5、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述柵極介電材料和所述柵極金屬在四個(gè)側(cè)面上包圍所述第一層疊層的所述第二材料層的部分或全部。

6、具體地，所述柵極介質(zhì)材料和所述柵極金屬也覆蓋在面對(duì)所述壁的所述側(cè)面的所述第二材料層。在納米片層與電介質(zhì)阻擋層之間沒有間隙的傳統(tǒng)叉片式fet中，這通常是不可能的。

7、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述壁由介電材料形成。

8、這提供了由不導(dǎo)電材料形成所述壁的優(yōu)點(diǎn)。例如，所述壁可以由氮化物材料形成，例如硅氮化物(si3n4)。

9、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述蝕刻到所述壁的所述側(cè)面的步驟包括對(duì)所述壁的各向同性蝕刻。

10、這提供了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即所述壁可以高效地從所述第一層疊層中凹陷，使得所述柵極材料可以完全包圍所述第一層疊層的剩余材料層。因此，所述fet結(jié)構(gòu)可以具有全環(huán)柵極設(shè)計(jì)。

11、各向同性蝕刻是指蝕刻性質(zhì)不依賴于蝕刻方向，即對(duì)于所有蝕刻方向，蝕刻速率基本相同。具體地，對(duì)所述壁的所述側(cè)面的所述各向同性蝕刻生成了所述壁的特征表面輪廓(欄桿形狀)。所述壁的所述欄桿輪廓在處理后的fet結(jié)構(gòu)中可見，并提供了所述方法的特征指紋。

12、在所述第一方面的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一材料層和所述第二材料層是納米層。

13、所述fet結(jié)構(gòu)可以是納米片fet，特別是叉片式納米片fet。

14、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述一個(gè)或多個(gè)第一材料層是一個(gè)或多個(gè)硅鍺(sige)層，所述兩個(gè)或兩個(gè)以上第二材料層是兩個(gè)或兩個(gè)以上硅(si)層。

15、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述一個(gè)或多個(gè)第一材料層是一個(gè)或多個(gè)硅(si)層，所述兩個(gè)或兩個(gè)以上第二材料層是兩個(gè)或兩個(gè)以上硅鍺(sige)層。

16、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述柵極金屬包括n型功函數(shù)金屬。

17、這提供了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以通過用所述n型功函數(shù)金屬包圍所述第一層疊層的所述剩余層來形成所述fet結(jié)構(gòu)的nmos側(cè)。

18、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一層疊層中的所述空腔的第一部分填充有n型功函數(shù)金屬，所述第一層疊層中的所述空腔的第二部分填充有p型功函數(shù)金屬。

19、這提供了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以在所述fet結(jié)構(gòu)的所述壁的一個(gè)側(cè)面上形成nmos和pmos結(jié)構(gòu)。因此，所述fet結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)互補(bǔ)的fet結(jié)構(gòu)，它包括相互堆疊的nmos和pmos結(jié)構(gòu)。

20、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述方法還包括：(e)移除所述第二層疊層的所述一個(gè)或多個(gè)第一材料層或所述兩個(gè)或兩個(gè)以上第二材料層以在所述第二層疊層中生成一個(gè)或多個(gè)空腔；(f)通過所述第二層疊層中的所述一個(gè)或多個(gè)空腔蝕刻到所述壁的另一個(gè)側(cè)面，以使所述壁的所述另一個(gè)側(cè)面從所述第二層疊層凹陷，從而在所述第二層疊層與所述壁的另一個(gè)凹陷側(cè)之間生成其它垂直空腔；(g)用其它柵極介電材料和其它柵極金屬填充所述第二層疊層中的所述空腔和所述其它垂直空腔。

21、這實(shí)現(xiàn)了所述柵極也可以完全包圍所述結(jié)構(gòu)的另一個(gè)側(cè)面的部分或全部納米片溝道的優(yōu)點(diǎn)。因此，所述fet結(jié)構(gòu)可以是在所述結(jié)構(gòu)的兩側(cè)(例如，nmos和pmos側(cè))具有全環(huán)柵極設(shè)計(jì)的叉片式fet結(jié)構(gòu)。

22、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，步驟(e)至(g)分別與步驟(b)至(d)同時(shí)進(jìn)行。

23、例如，其它柵極介電材料和/或其它柵極金屬可以與用于填充所述第一層疊層中的所述空腔的所述柵極介電材料和/或所述柵極金屬相同。

24、然而，也有可能僅步驟(e)和(f)分別與步驟(b)和(c)同時(shí)進(jìn)行。

25、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述其它柵極介電材料和所述其它柵極金屬在四個(gè)側(cè)面上包圍所述第二層疊層的剩余材料層的部分或全部。

26、具體地，所述其它柵極介質(zhì)材料和所述其它柵極金屬也覆蓋在面對(duì)所述壁的所述側(cè)面的所述第二層疊層的所述剩余材料層。所述蝕刻(步驟f)可以再次通過各向同性蝕刻產(chǎn)生特征欄桿形狀的壁來執(zhí)行。這里，剩余材料層可以是指在步驟(e)中未被移除的所述第二層疊層的材料層。

27、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述其它柵極金屬是p型功函數(shù)金屬。

28、這提供了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以通過用所述p型功函數(shù)金屬包圍所述第二層疊層的所述剩余層來形成所述fet結(jié)構(gòu)的pmos側(cè)。

29、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二層疊層中的所述空腔的第一部分填充有n型功函數(shù)金屬，所述第二層疊層中的所述空腔的第二部分填充有p型功函數(shù)金屬。

30、這提供了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即也可以在所述fet結(jié)構(gòu)的所述壁的另一個(gè)側(cè)面上形成nmos和pmos結(jié)構(gòu)。

31、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述襯底是摻雜硅(si)或包括摻雜硅(si)。

32、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述方法還包括：摻雜所述襯底的源區(qū)，以及摻雜所述襯底的漏區(qū)。

33、這提供了可以生成所述fet結(jié)構(gòu)的源極和漏極接觸的優(yōu)點(diǎn)。

34、在所述第一方面的一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述在所述襯底上形成所述第一結(jié)構(gòu)包括：在所述襯底上形成層疊層，其中，所述層疊層包括以交替方式堆疊的一個(gè)或多個(gè)第一材料層和兩個(gè)或兩個(gè)以上第二材料層；通過蝕刻在所述層疊層中形成溝槽，從而生成所述第一層疊層和所述第二層疊層；用一種或多種不導(dǎo)電材料填充所述溝槽，從而生成所述壁。

35、所述層疊層可以通過隨后使用合適的沉積技術(shù)(例如化學(xué)氣相沉積(chemicalvapour?deposition，cvd))在所述襯底上沉積所述第一材料層和所述第二材料層來形成。溝槽位置可以由所述層疊層上的硬掩模中的開口限定，所述溝槽可以通過蝕刻到所述層疊層中形成。

36、本發(fā)明的第二方面提供了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field-effect?transistor，fet)結(jié)構(gòu)，可通過根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法獲得。

37、所述fet結(jié)構(gòu)可以是納米片結(jié)構(gòu)或納米片fet結(jié)構(gòu)，特別是叉片式納米片fet結(jié)構(gòu)。

38、通過本發(fā)明的所述第一方面的方法產(chǎn)生的這種fet結(jié)構(gòu)顯示了該方法的清晰“指紋”。例如，通過使用各向同性蝕刻工藝蝕刻到所述壁的一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面，在所述壁的一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面產(chǎn)生特征性的欄桿形狀。在處理后的結(jié)構(gòu)中可以看到這種特征性的壁輪廓。例如，通過橫截面透射型電子顯微鏡(transmission?electron?microscope，tem)圖像的結(jié)構(gòu)檢查可以揭示這種特征性的欄桿形狀。