組合qwfinfet及其形成方法
【專利說明】組合QWFINFET及其形成方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請涉及于2011年8月30日提交的標(biāo)題為“FinFET Device Having A ChannelDefined In A Diamond-like Shape Semiconductor Structure，，的序列號為 13/220，979的美國專利申請；2008年5月13日提交的標(biāo)題為“FinFET with A V-shaped Channel”的序列號為12/119,515的美國專利申請；2005年10月26日提交的標(biāo)題為“Method OfForming A Semiconductor Structure Using A Non-Oxygen Chalcogen Passivat1nTreatment”的序列號為11/259，165的美國專利申請；2005年11月18日提交的標(biāo)題為“Semiconductor Devices Having Faceted Channels And Methods Of Fabricating SuchDevices"的序列號為11/281,599的美國專利申請；以及2009年7月9日提交的標(biāo)題為“High Performance 3D FET Structures, And Methods For Forming The Same UsingPreferential Crystallographic Etching”的序列號為 12/500，396 的美國專利申請,其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速的發(fā)展。IC材料和設(shè)計的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了一代又一代1C，每代IC都具有比前一代IC更小和更復(fù)雜的電路。在IC演進(jìn)的過程中，在幾何尺寸(即，可以使用制造工藝創(chuàng)建的最小組件(或線))減小的同時，功能密度(即，單位芯片面積上的互連器件的數(shù)量)通常增加。該按比例縮小工藝通常通過提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本提供益處。
[0005]這種按比例縮小也增加了處理和制造IC的復(fù)雜性，并且為了實現(xiàn)這些進(jìn)步，需要IC處理和制造過程中的類似發(fā)展。例如，已經(jīng)引入諸如鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)的三維晶體管以替換平面晶體管。雖然現(xiàn)有的FinFET器件及該FinFET器件的制造方法通常足以用于它們的預(yù)期目，但是它們不能在所有方面都完全符合要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種量子阱鰭式場效應(yīng)晶體管(QWFinFET)，包括:半導(dǎo)體鰭，位于襯底上方；組合量子阱(QW)結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體鰭的上方,其中，所述組合QW結(jié)構(gòu)包括:QW結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體鰭的頂部上方；和所述半導(dǎo)體鰭的中間部分，所述半導(dǎo)體鰭和所述QW結(jié)構(gòu)包括不同的半導(dǎo)體材料；以及柵極堆疊件，位于所述組合QW結(jié)構(gòu)上方。
[0007]在該QWFinFET中，所述鰭的中間部分的高度與所述QW結(jié)構(gòu)的高度的比率小于約0.6,但是大于O。
[0008]在該QWFinFET中，所述鰭的半導(dǎo)體材料包括硅(Si)。
[0009]在該QWFinFET中，所述柵極堆疊件包括高k/金屬柵極堆疊件。
[0010]在該QWFinFET中，所述QW結(jié)構(gòu)包括多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。
[0011]在該QWFinFET中，所述QW材料的組分不同于所述半導(dǎo)體鰭材料的組分。
[0012]在該QWFinFET中，所述鰭的頂部具有頂面輪廓,其頂面輪廓在第一鰭頂點處具有第一鰭面和第二鰭面。
[0013]在該QWFinFET中，所述QW結(jié)構(gòu)具有頂部輪廓并設(shè)置在所述鰭的頂部上方，其頂部輪廓在第一 QW頂點處具有第一 QW面和第二 QW面。
[0014]在該QWFinFET中，所述鰭的頂部具有頂部輪廓，其頂部輪廓具有由第三鰭面和第四鰭面所形成的溝槽頂點。
[0015]在該QWFinFET中，所述QW結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述鰭的頂部上方并具有菱形形狀。
[0016]在該QWFinFET中，所述鰭的頂部具有頂部輪廓，其頂部輪廓在所述頂部輪廓的最高點處具有鰭頂點。
[0017]在該QWFinFET中，所述QW結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述鰭的頂部上方并具有部分菱形形狀。
[0018]在該QWFinFET中，所述鰭的中間部分包括上部和下部，所述鰭的上部和下部由不同的半導(dǎo)體材料形成。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:鰭，從半導(dǎo)體襯底向上延伸；QW結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述鰭的頂部上方，所述QW結(jié)構(gòu)包括不同于所述鰭的半導(dǎo)體材料；以及柵極堆疊件，設(shè)置在所述QW結(jié)構(gòu)上方，包括包裹所述QW結(jié)構(gòu)，并且延伸到所述鰭的中間部分。
[0020]在該半導(dǎo)體器件中，所述鰭的中間部分的高度與所述QW的高度的比率小于約0.6，但是大于約O。
[0021]在該半導(dǎo)體器件中，所述鰭包括第一半導(dǎo)體材料，并且所述QW結(jié)構(gòu)包括成對的第二半導(dǎo)體材料和第三半導(dǎo)體材料，所述第二半導(dǎo)體材料和所述第三半導(dǎo)體材料具有比所述第一半導(dǎo)體材料更高的遷移率，并且所述第一半導(dǎo)體材料具有比所述第二半導(dǎo)體材料和所述第三半導(dǎo)體更低的界面陷阱密度。
[0022]在該半導(dǎo)體器件中，所述QW結(jié)構(gòu)包括:SiGex, X = 15%?100%,其中，x表示Ge組分的原子百分比；或InxGayAsz，其中，X表示In組分的原子百分比，y表示Ga組分的原子百分比，z表示As組分的原子百分比。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括:在襯底上方形成半導(dǎo)體鰭；在所述半導(dǎo)體鰭之間形成淺溝槽隔離(STI)區(qū)；在所述半導(dǎo)體鰭的頂部上方形成量子阱(QW)結(jié)構(gòu)；使所述STI區(qū)凹進(jìn)以暴露所述半導(dǎo)體鰭的位于所述QW結(jié)構(gòu)下方的中間部分；以及形成包裹所述QW結(jié)構(gòu)和所述半導(dǎo)體鰭的中間部分的柵極堆疊件。
[0024]在該方法中，形成所述QW結(jié)構(gòu)包括:使所述STI區(qū)凹進(jìn)以暴露所述半導(dǎo)體鰭的頂部；以及在所述半導(dǎo)體鰭的頂部上方外延生長成對半導(dǎo)體材料，其中，所述成對半導(dǎo)體材料不同于所述半導(dǎo)體鰭的半導(dǎo)體材料。
[0025]在該方法中，將所述半導(dǎo)體鰭的中間部分的高度與所述QW結(jié)構(gòu)的高度的比率控制為小于約0.6,但是大于約O。
【附圖說明】
[0026]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，通過以下詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，圖中的各個部件未按比例繪出。事實上，為了清楚的討論，示出的部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0027]圖1、圖2、圖3、圖4A至圖4E以及圖5A和圖5B是根據(jù)一些實施例的示例性量子阱(QW) FinFET器件的截面圖。
[0028]圖6是根據(jù)一些實施例的示例性QWFinFET器件的圖解立體圖。
[0029]圖7是沿著圖6中的線A-A所截取的示例性QWFinFET器件的截面圖。
[0030]圖8是根據(jù)一些實施例的用于制造QWFinFET器件的示例性方法的流程圖。
[0031]圖9是根據(jù)一些實施例的用于制造QWFinFET器件的另一示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]以下公開內(nèi)容提供了許多用于實現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的不同實施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實例，并不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括以直接接觸的方式形成第一部件和第二部件的實施例，并且還可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。此外，本公開內(nèi)容可在各個實例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身不指定所討論的各種實施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0033]而且，為了便于描述，諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”
等空間相對術(shù)語在本文中可以用于描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對術(shù)語旨在包括器件在使用或操作過程中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且本文中所使用的空間相對描述符可以同樣地進(jìn)行相應(yīng)的解釋。
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