[发明专利]半导体器件及其形成方法

说明书

提供了半导体器件及其形成方法。根据本发明的半导体器件包括：沟道构件，包括第一沟道层和第一沟道层上方的第二沟道层；以及栅极结构，在沟道构件上方。该第一沟道层包括硅、锗、III‑V族半导体或II‑VI族半导体，并且第二沟道层包括二维材料。

技术领域

本申请的实施例涉及半导体器件及其形成方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)行业已经经历了指数式增长。IC材料和设计的技术进步已生产出多代IC，其每一代都比上一代具有更小且更复杂的电路。在IC的发展过程中，功能密度(即每个芯片区互连器件的数量)普遍增加，而其几何尺寸(即使用制造工艺中可制造的最小元件(或线路))已经减小。这种按比例缩小工艺一般通过提高生产效率和降低相关成本来提供益处。这种按比例缩小也增加了处理和制造IC的复杂度。

例如，随着集成电路(IC)技术向更小的技术节点发展，已经引入了多栅极器件，以通过增加栅极-沟道耦合、减小截止状态电流和减小短沟道效应(SCE)改进栅极控制。多栅极器件通常是指使栅极结构或其一部分布置在沟道区的多于一侧上方的器件。鳍式场效应晶体管(FinFET)和多桥沟道(MBC)晶体管是多栅极器件的实例，这些器件已成为高性能和低泄漏应用的流行和有前景的候选者。FinFET的升高的沟道在多于一侧上由栅极包裹(例如，栅极包裹从衬底延伸的半导体材料“鳍”的顶部和侧壁)。MBC晶体管的栅极结构可部分或全部围绕沟道区延伸，以在两侧或更多侧上提供对沟道区提供访问。由于MBC晶体管的栅极结构围绕沟道区，因此MBC晶体管也可被称为包裹栅极晶体管(SGT)或全环栅(GAA)晶体管。MBC晶体管的沟道区可由纳米线、纳米片、其他纳米结构和/或其他合适的结构形成。沟道区的形状也已赋予MBC晶体管可选名称，诸如纳米片晶体管或纳米线晶体管。随着持续按比例缩小，MBC晶体管可能无法提供令人满意的驱动电流。因此，尽管常规多栅极结构通常对于其预期目的可能已经足够，但它们不是在所有方面都已令人满意。

发明内容

本申请的一些实施例提供了一种半导体器件，包括：沟道构件，包括第一沟道层和所述第一沟道层上方的第二沟道层；以及栅极结构，在所述沟道构件上方，其中，所述第一沟道层包括硅、锗、III-V族半导体或II-VI族半导体，其中，所述第二沟道层包括二维材料。

本申请的另一些实施例提供了一种半导体器件，包括：第一晶体管，在第一器件区中，所述第一晶体管包括：第一沟道构件，包括第一沟道层和所述第一沟道层上方的第二沟道层；以及第一栅极结构，在所述第一沟道构件上方；以及第二晶体管，在第二器件区中，所述第二晶体管包括：第二沟道构件，包括第三沟道层；以及第二栅极结构，在所述第二沟道构件上方，其中，所述第一沟道层和所述第三沟道层包括硅、锗、III-V族半导体或II-VI族半导体，其中，所述第二沟道层包括第一二维材料。

本申请的又一些实施例提供了一种形成半导体器件的方法，包括：提供包括半导体结构的工件，其中，所述半导体结构包括硅、锗、III-V族半导体或II-VI族半导体；在所述半导体结构上方沉积二维材料层，其中，所述二维材料包括石墨烯、硫化钨(WS₂)、碲化钨(WTe₂)、硒化钨(WSe₂)、硫化钼(MoS₂)、碲化钼(MoTe₂)、黑磷或硒化钼(MoSe₂)；以及在所述二维材料层上方形成栅极结构。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制，并且仅用于说明目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出根据本发明的一个或多个方面的半导体器件的立体图。

图2示出根据本发明的一个或多个方面的制造半导体器件的第一方法的流程图。

图3A至图3D示出根据本发明的一个或多个方面的图2中的第一方法的各个制造阶段的工件的局部截面图。