[发明专利]半导体装置及其形成方法

说明书

提供半导体装置及其形成方法。半导体装置包含第一全环绕式栅极晶体管位于基底的第一区上方以及第二全环绕式栅极晶体管位于基底的第二区上方。第一全环绕式栅极晶体管包含多个第一通道元件沿垂直于基底的顶表面的第一方向堆叠以及第一栅极结构位于多个第一通道元件上方。第二全环绕式栅极晶体管包含多个第二通道元件沿平行于基底的顶表面的第二方向堆叠以及第二栅极结构位于多个第二通道元件上方。多个第一通道元件和多个第二通道元件包含具有第一晶面和不同于第一晶面的第二晶面的半导体材料。第一方向垂直于第一晶面，且第二方向垂直于第二晶面。

技术领域

本公开实施例涉及半导体技术，且特别涉及半导体装置及其形成方法。

背景技术

集成电路(integrated circuit，IC)产业已经历了快速成长。在集成电路材料和设计上的技术进步产生了数代集成电路，每一代都比前一代具有更小且更复杂的电路。在集成电路的发展史中，功能密度(即每一芯片区互连的装置数目)增加，同时几何尺寸(即制造过程中所产生的最小的组件(或线路))缩小。此元件尺寸微缩化的制程提供增加生产效率与降低相关费用的益处。

举例来说，随着集成电路(IC)技术朝更小的技术节点发展，已引进多栅极装置通过增加栅极通道耦合、降低关态电流及减少短通道效应(short-channel effects，SCEs)来改善栅极控制。多栅极装置一般代表具有栅极结构或栅极结构的一部分设置于通道区的多于一面上方的装置。鳍式场效晶体管(Fin-like field effect transistors，FinFETs)和全环绕式栅极(gate-all-around，GAA)晶体管(两者也被称为非平面晶体管)为高效能且低漏电应用的已流行且有潜力的候选的多栅极装置的范例。鳍式场效晶体管具有由栅极在多于一面围绕的升高的通道，举例来说，栅极围绕从基底延伸的半导体材料的“鳍”的顶部和侧壁。相较于平面晶体管，此配置提供通道的较佳控制以及大幅地减少短通道效应(特别来说，通过减少次临界漏电流(即在关态的鳍式场效晶体管的源极与漏极之间的耦合)来达到)。全环绕式栅极晶体管具有可部分延伸或完全延伸于通道区周围的栅极结构，以在两面或更多面上提供入口至通道区。栅极围绕晶体管的通道区可由纳米线、纳米片、其他纳米结构及/或其他合适的结构形成。在一些实施例中，此通道区包含垂直堆叠或水平排列的多个纳米线或纳米片。当垂直堆叠时，栅极围绕晶体管可被称为垂直栅极围绕(vertical GAA，VGAA)晶体管。当水平排列时，栅极围绕晶体管可被称为水平栅极围绕(horizontal GAA，HGAA)晶体管。

发明内容

在一些实施例中，提供半导体装置，半导体装置包含第一全环绕式栅极晶体管，位于基底的第一区上方，第一全环绕式栅极晶体管包含多个第一通道元件，沿垂直于基底的顶表面的第一方向堆叠；第一栅极结构，位于多个第一通道元件上方；及两个第一源极/漏极部件，将多个第一通道元件夹设于中间；以及第二全环绕式栅极晶体管，位于基底的第二区上方，第二全环绕式栅极晶体管包含多个第二通道元件，沿平行于基底的顶表面的第二方向堆叠；第二栅极结构，位于多个第二通道元件上方；及两个第二源极/漏极部件，将多个第二通道元件夹设于中间，其中多个第一通道元件和多个第二通道元件包含具有第一晶面和不同于第一晶面的第二晶面的半导体材料，且其中第一方向垂直于第一晶面，且第二方向垂直于第二晶面。

在一些其他实施例中，提供半导体装置，半导体装置包含第一全环绕式栅极晶体管，位于基底的第一区上方，第一全环绕式栅极晶体管包含多个第一通道元件，沿垂直于基底的顶表面的第一方向堆叠；及N型源极/漏极部件；以及第二全环绕式栅极晶体管，位于基底的第二区上方，第二全环绕式栅极晶体管包含多个第二通道元件，沿平行于基底的顶表面的第二方向堆叠；及P型源极/漏极部件，其中多个第一通道元件和多个第二通道元件包含具有第一晶面和不同于第一晶面的第二晶面的硅，其中第一方向垂直于第一晶面，且第二方向垂直于第二晶面。