半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明構(gòu)思涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高載流子的迀移率，對于可以利用II1-V族化合物形成晶體管的溝道的技術(shù)，已經(jīng)進行了研宄。
[0003]然而，如果具有高介電常數(shù)(高-K)的柵極絕緣層直接形成在II1-V族化合物上，則可能形成不穩(wěn)定的界面。因此，在操作時，晶體管會具有高密度的界面陷阱電荷(DIT)，這使晶體管的性能退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式提供一種具有提高的產(chǎn)品可靠性的半導(dǎo)體器件。
[0005]本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式還提供一種制造具有提高的產(chǎn)品可靠性的半導(dǎo)體器件的方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括:半導(dǎo)體襯底，包括III族元素和V族元素；以及柵極結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體襯底上。半導(dǎo)體襯底包括:第一區(qū)，接觸柵極結(jié)構(gòu)的底表面；以及第二區(qū)，設(shè)置在第一區(qū)之下。III族元素在第一區(qū)中的濃度低于V族元素在第一區(qū)中的濃度，III族元素在第二區(qū)中的濃度基本上等于V族元素在第二區(qū)中的濃度。
[0007]在一些實施方式中，III族元素為Ga、In和Al中的至少一種，V族元素為P、As和Sb中的至少一種。
[0008]在一些實施方式中，III族元素在第一區(qū)中的濃度從第一區(qū)的頂表面朝向第一區(qū)的底表面增加。
[0009]在一些實施方式中，III族元素在第一區(qū)的頂表面處的濃度為10%或更小。
[0010]在一些實施方式中，第一區(qū)的頂表面包括5%或更少的氧原子。
[0011]在一些實施方式中，第一區(qū)具有I至20nm的厚度。
[0012]在一些實施方式中，柵極結(jié)構(gòu)包括接觸第一區(qū)的柵極絕緣層和設(shè)置在柵極絕緣層上的柵極電極。
[0013]在一些實施方式中，柵極絕緣層為凹入形的，柵極電極設(shè)置在柵極絕緣層上。
[0014]在一些實施方式中，該半導(dǎo)體器件還包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底中在第一和第二區(qū)的一側(cè)或多側(cè)的源極/漏極區(qū)。
[0015]在一些實施方式中，第一區(qū)與源極/漏極區(qū)間隔開。
[0016]在一些實施方式中，該半導(dǎo)體器件還包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底之下的襯底。
[0017]在一些實施方式中，襯底不包括III族元素和V族元素。
[0018]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括:襯底；鰭，在第一方向上從襯底向上突出，并且包括第一材料和第二材料；以及在鰭上與鰭相交的柵極結(jié)構(gòu)。鰭包括設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)之下的溝道區(qū)，第一材料在溝道區(qū)中的濃度從溝道區(qū)的表面朝向溝道區(qū)的內(nèi)部增加。
[0019]在一些實施方式中，第一材料包括III族元素，第二材料包括V族元素。
[0020]在一些實施方式中，第二材料在溝道區(qū)中的濃度從溝道區(qū)的表面朝向溝道區(qū)的內(nèi)部減少。
[0021]在一些實施方式中，第一材料的濃度與第二材料的濃度之間的差異從溝道區(qū)的表面朝向溝道區(qū)的內(nèi)部減小。
[0022]在一些實施方式中，在溝道區(qū)的表面處，第二材料的濃度高于第一材料的濃度。
[0023]在一些實施方式中，第一材料在溝道區(qū)的表面處的濃度為10%或更小。
[0024]在一些實施方式中，柵極結(jié)構(gòu)包括接觸溝道區(qū)的柵極絕緣層和設(shè)置在柵極絕緣層上的柵極電極。
[0025]在一些實施方式中，該半導(dǎo)體器件還包括覆蓋柵極電極的覆蓋層。
[0026]在一些實施方式中，該半導(dǎo)體器件還包括形成在鰭中在柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)或多側(cè)的源極/漏極區(qū)，其中在鰭的接觸源極/漏極區(qū)的表面處，第一材料的濃度基本上等于第二材料的濃度。
[0027]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括:提供包括III族元素和V族元素的半導(dǎo)體襯底；通過氧化半導(dǎo)體襯底的頂表面而形成氧化物層；去除氧化物層；以及在半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)。
[0028]在一些實施方式中，III族元素為Ga、In和Al中的至少一種，V族元素為P、As和Sb中的至少一種。
[0029]在一些實施方式中，該方法還包括在形成氧化物層之前，通過清洗半導(dǎo)體襯底的頂表面而去除自然氧化物層。
[0030]在一些實施方式中，氧化物層包括比V族元素的氧化物多的III族元素的氧化物。
[0031]在一些實施方式中，氧化半導(dǎo)體襯底的頂表面包括在5atm或更高且在300°C或更高氧化半導(dǎo)體襯底的頂表面30分鐘至2小時。
[0032]在一些實施方式中，氧化半導(dǎo)體襯底的頂表面包括在600°C或更高的高溫下氧化半導(dǎo)體襯底的頂表面30分鐘至2小時。
[0033]在一些實施方式中，在去除氧化物層之后，在半導(dǎo)體襯底的頂表面處，V族元素的濃度高于III族元素的濃度。
[0034]在一些實施方式中，形成柵極結(jié)構(gòu)還包括形成接觸半導(dǎo)體襯底的柵極絕緣層以及在柵極絕緣層上形成柵極電極。
[0035]在一些實施方式中，去除氧化物層包括利用濕蝕刻去除氧化物層。
[0036]在一些實施方式中，該方法還包括:在形成氧化物層之前，在半導(dǎo)體襯底中形成源極/漏極區(qū)，其中形成氧化物層包括通過氧化半導(dǎo)體襯底的在源極/漏極區(qū)之間的頂表面來形成氧化物層。
[0037]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括:形成鰭，鰭從襯底向上突出并且以基本上相等的濃度包括第一材料和第二材料；清洗鰭的溝道區(qū)；通過氧化鰭的溝道區(qū)形成氧化物層；通過去除氧化物層暴露溝道區(qū)；以及形成柵極結(jié)構(gòu)以覆蓋溝道區(qū)。形成氧化物層包括氧化比鰭的第二材料多的鰭的第一材料，在溝道區(qū)的表面處，第二材料的濃度高于第一材料的濃度。
[0038]在一些實施方式中，第一材料包括III族元素，第二材料包括V族元素。
[0039]在一些實施方式中，氧化溝道區(qū)在5atm或更高且在300°C或更高執(zhí)行30分鐘至2小時。
[0040]在一些實施方式中，該方法還包括:在形成鰭之后，形成與鰭相交并且覆蓋溝道區(qū)的虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)；在虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)或多側(cè)形成源極/漏極區(qū)；以及通過去除虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)暴露鰭的溝道區(qū)。
[0041]在一些實施方式中，形成柵極結(jié)構(gòu)包括:形成接觸溝道區(qū)的表面的柵極絕緣層以及在柵極絕緣層上形成柵極電極。
[0042]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括:半導(dǎo)體襯底，包括III族元素和V族元素；以及柵極結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體襯底上。半導(dǎo)體襯底包括:第一區(qū)，接觸柵極結(jié)構(gòu)的底表面；以及第二區(qū)，設(shè)置在第一區(qū)之下。在半導(dǎo)體襯底的表面處，V族元素的濃度高于III族元素的濃度。
[0043]在一些實施方式中，III族元素在第一區(qū)中的濃度從第一區(qū)的頂表面朝向第一區(qū)的底表面增加。
[0044]在一些實施方式中，III族元素在第二區(qū)中的濃度基本上等于V族元素在第二區(qū)中的濃度。
[0045]在一些實施方式中，III族元素在第一區(qū)中的濃度低于V族元素在第一區(qū)中的濃度。
[0046]在一些實施方式中，III族元素為Ga、In和Al中的至少一種，V族元素為P、As和Sb中的至少一種。
【附圖說明】
[0047]本發(fā)明構(gòu)思的以上和其它特征和優(yōu)點將從如附圖中示出的本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)選實施方式的更具體描述而明顯，在附圖中相同的附圖標記遍及不同的視圖指代相同的部件。附圖不必按比例繪制，而是重點放在示出本發(fā)明構(gòu)思的原理。
[0048]圖1為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0049]圖2為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0050]圖3為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0051]圖4為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0052]圖5為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0053]圖6為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的透視圖。
[0054]圖7和圖8為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的圖6的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0055]圖9為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的透視圖。
[0056]圖10為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體器件的透視圖。
[0057]圖11和圖12為圖10的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0058]圖13和圖14分別為半導(dǎo)體裝置的電路圖和布局圖，該半導(dǎo)體裝置包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式制造的圖1至圖12的半導(dǎo)體器件中的任一個。
[0059]圖15為電子系統(tǒng)的框圖，該電子系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式制造的圖1至圖12的半導(dǎo)體器件中的任一個。
[0060]圖16和圖17為示出半導(dǎo)體系統(tǒng)的示例的圖示，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式制造的圖1至圖12的半導(dǎo)體器件可以被應(yīng)用于該半導(dǎo)體系統(tǒng)。
[0061]圖18、圖20、圖21、圖22、圖24、圖26和圖27為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的制造圖1的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的截面圖。
[0062]圖19為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的圖18的半導(dǎo)體襯底的濃度的曲線圖。
[0063]圖23為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的圖22的半導(dǎo)體襯底的濃度的曲線圖。
[0064]圖25為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)和第二區(qū)中的第一材料和第二材料的濃度的曲線圖。
[0065]圖28為示出本發(fā)明構(gòu)思的效果的曲線圖。
[0066]圖29至圖35為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的制造圖3的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的截面圖。
[0067]圖36至圖39和圖55為示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施方式的制造圖6的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的透視圖。
[0068]圖40、圖42、圖43、圖45、圖47、圖49、圖51和圖53為沿著圖39的線A-A截取的截面圖。
[0069]圖41、圖44、圖46、圖48、圖50、圖52和圖54為沿著圖39的線B-B截取的截面圖。
[0070]圖56為沿著圖55的線A-A截取的截面圖。
[0071]圖57為沿著圖55的線B-B截取的截面圖。
【具體實施方式】
[0072]在下文將參照附圖更全面地描述不同的示例實施方式，在附圖中示出一些示例實施方式。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以許多不同的形式實施，而不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施方式。
[0073]在此使用的術(shù)語僅用于描述具體的示例實施方式，而不意欲限制本發(fā)明構(gòu)思。當在此使用時，單數(shù)形式“一”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另行清楚地表示。將進一步理解，術(shù)語“包括”和/或“包含”在本說明書中被使用時，其表示所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。
[0074]將理解，當一元件或?qū)颖环Q為“在”另一元件或?qū)印吧稀?、“連接到”或“聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r，它可以直接在另一元件或?qū)由?、直接連接到或直接聯(lián)接到另一元件或?qū)?，或者可以存在居間元件或?qū)印Ｏ喾?，當一元件或?qū)颖环Q為“直接在”另一元件或?qū)印吧稀?、“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r，則沒有居間元件或?qū)哟嬖?。相同的附圖標記始終指代相同的元件。當在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列舉項目的一個或多個的任意和所有組合。
[0075]將理解，雖然術(shù)語第一、第二等可以被用于此來描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅被用于區(qū)分一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部分。因而，以下討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分，而不脫離本發(fā)明構(gòu)思的教導(dǎo)。
[0076]為了便于描述，可以在此使用空間關(guān)系術(shù)語，諸如“在……下面”、“在……之下”、“下”、“在……之上”、“上”等來描述一個元件或特征與另一元件(或多個元件)或特征(或多個特征)如圖中所示的關(guān)系。將理解，空間關(guān)系術(shù)語旨在包含除了圖中所描繪的取向之夕卜，裝置在使用或操作中的不同取向。例如，如果在圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件可以取向為在所述其它元件或特征“之上”。因而，示例術(shù)語“在……之下”可以涵蓋上和下兩種取向。裝置可以被另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)，并且在此使用的空間關(guān)系描述語可以被相應(yīng)地解釋。
[0077]在此參考截面圖示描述示例實施方式，其中截面圖示是理想化的示例實施方式(和中間結(jié)構(gòu))的示意性圖示。因此，由于例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示形狀的偏離是可以預(yù)期的。因而，示例實施方式不應(yīng)被理解為限于在此示出的區(qū)域的特定形狀，而是將包括例如由制造引起的形狀的偏離。例如，被示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣一般將具有圓化或彎曲的特征和/或注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣地，通過注入形成的埋入?yún)^(qū)可導(dǎo)致埋入?yún)^(qū)與通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因而，在圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不旨在示出裝置的區(qū)域的實際形狀，并且不旨在限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。
[0078]雖然一些截面圖的相應(yīng)平面圖和/或透視圖可能沒有被示出，但是在此示出的器件結(jié)構(gòu)的截面圖提供對于多個器件結(jié)構(gòu)的支持，該多個器件結(jié)構(gòu)如將在平面圖中示出的那樣沿著兩個不同的方向延伸和/或如將在透視圖中示出的那樣沿著三個不同的方向延伸。所述兩個不同的方向可以彼此正交或者可以不彼此正交。所述三個不同的方向可以包括可以與所述兩個不同的方向正交的第三方向。多個器件結(jié)構(gòu)可以被集成在同一電子器件中。例如，當器件結(jié)構(gòu)(例如，存儲單元結(jié)構(gòu)或晶體管結(jié)構(gòu))被示出在截面圖中時，電子器件可以包括多個器件結(jié)構(gòu)(例如，存儲單元結(jié)構(gòu)或晶體管結(jié)構(gòu))，如將通過電子器件的平面圖示出的。多個器件結(jié)構(gòu)可以被布置成陣列和/或二維圖案。
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