[发明专利]具有限定在类金刚石形状半导体结构中的沟道的FinFET器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有限定在类金刚石形状半导体结构中的沟道的FinFET器件。

背景技术

随着半导体产业在追求更大的器件密度、更卓越的性能以及更低的成本方面已发展到了纳米技术工艺节点，对制造和设计两者的挑战已引起了三维设计如非平面多栅极晶体管、环绕栅极场效应晶体管(GAA FET)以及鳍状场效应晶体管(FinFET)的发展。例如，典型的FinFET是用例如在衬底的硅层中蚀刻的从衬底延伸的薄“鳍片”(或鳍片结构)制造的。在垂直鳍片中形成FinFET的沟道。在鳍片上方提供栅极(例如缠绕)。在沟道的两侧上具有栅极是有益的，容许沟槽从两侧进行栅极控制。为了达到更好的器件性能包括更高的载流子迁移率以及更好质量的鳍片材料之间界面，研究和开发不仅探索了鳍片的材料，还探索了鳍片的形状。尽管现有FinFET以及制造FinFET的方法大体上已足以实现它们的预期用途，但在各方面仍不是完全令人满意的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种FinFET器件包括：具有第一半导体材料的半导体衬底；具有所述第一半导体材料的鳍片结构，位于所述半导体衬底的上面，其中所述鳍片结构具有第一晶面取向的顶面；具有第二半导体材料的类金刚石形状结构，被设置在所述鳍片结构的所述顶面上方，其中所述类金刚石形状结构具有至少一个第二晶面取向的表面；栅极结构，被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极结构使源极区和漏极区分隔开；以及沟道区，被限定在所述源极区和所述漏极区之间的所述类金刚石形状结构中。

在上述FinFET器件中，其中，所述第一晶面取向是(100)晶面取向，以及所述第二晶面取向是(111)晶面取向。

在上述FinFET器件中，其中，所述第一半导体材料是硅。

在上述FinFET器件中，其中所述第二半导体材料是锗。

在上述FinFET器件中，其中，所述类金刚石形状结构具有两个为所述第二晶面取向的表面，所述第二晶面取向是(111)晶向。

在上述FinFET器件中，其中，所述类金刚石形状结构具有四个为所述第二晶面取向的表面，所述第二晶面取向是(111)晶向。

在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括介电层，所述介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述介电层包含GeO₂。

在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括栅极介电层，所述栅极介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极介电层包括GeO₂层和Y₂O₃层。

在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括栅极介电层，所述栅极介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极介电层包括GeO₂层和Y₂O₃层，其中，所述栅极结构包括栅电极，所述栅电极被设置在所述栅极介电层的上方。

在上述FinFET器件中，其中，所述栅极结构包括栅极介电层，所述栅极介电层被设置在所述类金刚石形状结构的上方，其中所述栅极介电层包括GeO₂层和Y₂O₃层，其中，所述栅极结构包括栅电极，所述栅电极被设置在所述栅极介电层的上方，其中，所述栅电极材料包括多晶硅材料和铝材料之一。

在上述FinFET器件中，其中，所述源极区和所述漏极区包括硅外延层。

根据本发明的另一方面，还提供了一种方法，包括：提供具有第一半导体材料的衬底，其中，所述衬底具有在隔离部件之间设置的具有所述第一半导体材料的鳍片结构；使所述鳍片结构凹进以形成沟槽，其中凹进的鳍片结构具有为(100)晶向的表面；以及从所述沟槽内的所述凹进的鳍片结构的所述表面外延生长第二半导体材料，从而在所述鳍片结构上方形成类金刚石形状半导体结构，其中所述类金刚石形状半导体结构具有至少一个为(111)晶向的面。

在所述方法中，其中，所述第一半导体材料包括Si，以及所述第二半导体材料包括锗。

在所述方法中，其中，使鳍片结构凹进以形成沟槽包括形成具有径直垂直轮廓的沟槽。

在所述方法中，其中，使鳍片结构凹进以形成沟槽包括形成具有径直垂直轮廓的沟槽，并且所述方法进一步包括蚀刻所述隔离部件以改造具有径直垂直轮廓的所述沟槽，其中所述沟槽具有楔形轮廓部分，所述楔形轮廓部分被设置在径直垂直轮廓部分的上方。