[发明专利]具有用于应力的不同沟道几何形状的堆叠纳米线晶体管结构

说明书

纳米线晶体管结构具有第一器件区域，第一器件区域具有包括半导体材料的第一主体，第一主体具有第一横截面形状。第二器件区域具有第二主体，第二主体具有与第一横截面形状不同的第二横截面形状。第一器件部分垂直地位于第二器件部分的上方或下方，其中主体在源极和漏极之间水平延伸。第一栅极结构环绕第一主体，并且第二栅极结构环绕第二主体。可以使用纳米线的几何形状的差异来独立于第二器件部分优化第一器件部分中的性能。

背景技术

半导体器件是利用诸如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等半导体材料的电子特性的电子部件。场效应晶体管(FET)是包括三个端子的半导体器件：栅极、源极和漏极。FET使用由栅极施加的电场来控制沟道的导电性，电荷载流子(例如，电子或空穴)通过该沟道在源极和漏极之间流动。在电荷载流子是电子的情况下，FET被称为n沟道器件，而在电荷载流子是空穴的情况下，FET被称为p沟道器件。一些FET具有称为主体或衬底的第四端子，其可用于偏置晶体管。另外，金属氧化物半导体FET(MOSFET)包括栅极和沟道之间的栅极电介质。MOSFET也可称为金属绝缘体半导体FET(MISFETS)或绝缘栅FET(IGFET)。互补MOS(CMOS)结构使用p沟道MOSFET(PMOS)和n沟道MOSFET(NMOS)器件的组合来实施逻辑门和其他数字电路。

FinFET是围绕薄带半导体材料(通常称为鳍状物)构建的MOSFET晶体管。FinFET器件的导电沟道主要位于鳍状物的与栅极电介质相邻的外部部分上。具体地，电流沿着鳍状物的两个侧壁(垂直于衬底表面的侧部)/在鳍状物的两个侧壁内以及沿着鳍状物的顶部(平行于衬底表面的侧部)行进。因为这种配置的导电沟道包括鳍状物的三个不同的平面区域(例如，顶部和两侧)，所以这种FinFET设计有时被称为三栅极晶体管。纳米线晶体管(有时称为全环栅极(GAA)或纳米带晶体管)与基于鳍状物的晶体管被相类似地构造，但是代替鳍式沟道区处的栅极与鳍状物的三个侧部接触，栅极材料通常围绕或包围每个纳米线(因此，全环栅极)。纳米线FET可以具有在源极和漏极之间延伸的一个或多个纳米线。

附图说明

图1A示出了通过根据本公开内容实施例的晶体管结构的栅极结构截取的横截面图，其中晶体管结构具有上部器件部分和下部器件部分，上部器件部分具有第一横截面形状的纳米线，而下部器件部分具有不同的第二横截面形状的纳米线。

图1B示出了根据本公开内容实施例的图1A的晶体管结构的横截面图，其是通过三个器件的沟道截取的并且示出纳米线的不同横截面形状。

图2A示出了通过根据本公开内容实施例的晶体管结构的栅极结构截取的横截面图，其中晶体管结构具有上部器件部分和下部器件部分，上部器件部分具有第一横截面形状的纳米线，而下部器件部分具有不同的第二横截面形状的纳米线。

图2B示出了根据本公开内容实施例的图2A的晶体管结构的横截面图，其是通过三个器件的沟道截取的并且示出纳米线的不同横截面形状以及每个器件部分中的纳米线之间的不同垂直间隔。

图3A示出了通过根据本公开内容的另一实施例的晶体管结构的栅极结构截取的横截面图，其中晶体管结构具有上部器件部分和下部器件部分，上部器件部分具有第一横截面形状的纳米线，而下部器件部分具有不同的第二横截面形状的纳米线。

图3B示出了根据本公开内容实施例的图3A的晶体管结构的横截面图，其是通过三个器件的沟道截取的并且示出纳米线的不同横截面形状以及上部器件部分中的纳米线之间的空隙。

图4A示出了通过根据本公开内容的另一实施例的晶体管结构的栅极结构截取的横截面图，其中上部和下部器件部分中的纳米线具有不同的横截面形状，并且上部器件部分中的功函数材料在纳米线之间是连续的。

图4B示出了根据本公开内容实施例的图4A的晶体管结构的横截面图，其是通过三个器件的沟道截取的并且示出纳米线的不同横截面形状以及功函数层的不同应用。