[发明专利]半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及场效应器件。更特别地，本发明涉及性能增强的场效应器件。

背景技术

场效应器件例如场效应晶体管通常用于半导体电路中。场效应晶体管如此常用是由于低功耗、相对容易制造场效应晶体管、以及相对容易按比例缩小场效应晶体管。

虽然场效应晶体管易于制造且易于按比例缩小到日益更小的尺寸，然而场效应晶体管在缩小到日益更小的尺寸时并不是完全没有问题。特别地，场效应晶体管在缩小到日益更小的尺寸时经常易受短沟道效应(short channeleffect，SCE)的影响。短沟道效应是电效应，其在栅电极部分或全部失去对半导体基板内沟道区域的电控制时出现。这种栅电极对沟道区域的失去控制随沟道长度的缩短而增多。

可用来控制SCE的一种方法是在MOSFET的沟道区域中使用超薄绝缘体上半导体(UT-SOI)结构。然而，UT-SOI中电荷载流子迁移率降低了。接着，电荷载流子迁移率降低引起器件性能不期望地降低。因此，期望的是MOSFET结构拥有UT-SOI沟道尺寸(以获得对SCE的良好控制)而同时保持可接受的载流子迁移率和合意的性能。

在半导体制造领域中已知具有理想特性的各种半导体结构及其制造方法。

例如，Doris等人在美国公开No.2006/0001095中教导了一种以一方式在超薄绝缘体上半导体基板内内制造场效应晶体管的方法，其最小化了场效应晶体管的阈值电压变化。为达到前面所述的结果，这个特别的方法包括在场效应晶体管内结合栅极长度的变化改变绝缘体上半导体的厚度。

另外，Zhu等人在美国公开No.2005/0090066和美国专利No.6939751中教导了一种场效应晶体管结构，包括用增强外延控制制造的凸起的源极/漏极区域。为达到前面所述的结果，这个特别的场效应晶体管结构在制造凸起的源极/漏极区域时在硅层上使用了硅锗合金层。

此外，Chen等人在美国专利No.6924517中教导了一种场效应晶体管结构，其制造在超薄绝缘体上半导体基板内以提供性能增强的场效应晶体管。这个特别的场效应晶体管结构通过使用分隔源极/漏极区域的比较薄的沟道区域实现前面所述的目的，该源极/漏极区域凹陷到比该比较薄的沟道区域更大的深度。

此外，Doris等人在美国专利No.6914303中教导了一种具有降低的沟道电阻和降低的热预算(thermal budget)的超薄沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法。这个特殊方法通过在制造金属氧化物半导体场效应晶体管时使用多个补偿间隔层实现前面所述的目的。

此外，Wu在美国专利No.6117712中教导了一种在绝缘体上半导体基板上制造场效应晶体管的方法，以提供具有超短沟道的场效应晶体管。

最后，Maszara在美国专利No.5250454中教导了一种在场效应晶体管器件内形成凸起的源极/漏极区域的方法。这个特别的方法使用了形成在单晶非凸起的源极/漏极区域上的非晶半导体材料层的外延再结晶。

半导体结构和器件尺寸一定会继续减小，结果，期望的是以减小的尺寸具有增强的性能的半导体结构。特别期望的是以减小的尺寸制造且还具有减小的短沟道效应而没有载流子迁移率减小的场效应器件，例如场效应晶体管。还期望的是以减小的尺寸制造具有前面所述增强的性能特点的半导体结构的相关方法。

发明内容

本发明提供包括半导体器件的半导体结构，该半导体结构在缩小的半导体结构尺寸下具有增强的SCE控制。本发明还提供该半导体结构的制造方法。具体地，该半导体结构包括具有倒置V形沟道区域的半导体器件，该倒置的V形沟道区域赋予在半导体结构内制造的例如场效应晶体管的场效应器件增强的性能。

根据本发明的半导体结构包括半导体器件，其具有由栅极电介质从栅电极分隔开的倒置V形沟道区域。

根据本发明的另一半导体结构包括位于基板之上且具有第一平坦表面和在与第一平坦表面相对的第二界面内的倒置V形槽口(notch)的半导体层。该半导体结构还包括位于第一平坦表面上的第一栅极电介质和位于第一栅极电介质上并与倒置V形槽口对准的第一栅电极。该半导体结构还包括位于该倒置V形槽口上的第二栅极电介质和位于该第二栅极电介质上并填充该倒置V形槽口的第二倒置V形栅电极。