半导体器件及其制造方法

申请号 CN201310470307.3 申请日 2013-10-10 公开(公告)号 CN103730502A 公开(公告)日 2014-04-16
申请人 三星电子株式会社; 首尔大学校产学协力团; 发明人 宣敏喆; 朴炳国;
摘要 本 发明 提供一种 半导体 器件及其制造方法。该半导体器件具有形成在 基板 上的各个区域中的环栅器件。环栅器件具有处于不同 水 平面处的 纳米线 。第一区域中的环栅器件的 阈值 电压 基于相邻的第二区域中的有源层的厚度。第二区域中的有源层可以处于与第一区域中的纳米线基本上相同的水平面处。因此,第一区域中的纳米线可以具有基于第二区域中的有源层的厚度的厚度,或者所述厚度可以不同。当包括超过一个的有源层时,不同区域中的纳米线可以设置在不同的高度处和/或可以具有不同的厚度。
权利要求

1.一种半导体器件,包括:
基板,包括彼此分离的第一区域和第二区域;
在所述基板上的结构,该结构具有在所述第二区域中处于第一平面处的至少一个牺牲层和至少一个有源层;
在所述第一区域中包括第一纳米线的第一环栅器件;以及
在所述第二区域中包括第二纳米线的第二环栅器件,其中所述第一纳米线处于所述第一水平面处,并且其中所述第二纳米线处于与所述第一纳米线的所述第一水平面不同的第二水平面处。
2.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的第一阈值电压不同于所述第二环栅器件的第二阈值电压。
3.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第二纳米线在所述第二区域中的所述有源层上。
4.如权利要求1所述的半导体器件,其中:
所述第一纳米线在所述第一区域中的有源层上,
所述第二纳米线在所述第二区域中的所述有源层上,以及
所述第二区域中的所述有源层比所述第一区域中的所述有源层高。
5.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第二区域不包括在所述第一区域中的有源层的水平面上的纳米线。
6.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一区域中的有源层的厚度不同于所述第二区域中的所述有源层的厚度。
7.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一纳米线的厚度等于所述第二区域中的所述有源层的厚度。
8.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一纳米线的厚度不同于所述第二纳米线的厚度。
9.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的第一栅极和所述第二环栅器件的第二栅极彼此分离。
10.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的源/漏区域是升高的源/漏区域。
11.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述有源层包括Si,所述牺牲层包括SiGe。
12.如权利要求1所述的半导体器件,其中:
所述基板包括第三区域,
包括第三纳米线的第三环栅器件在所述第三区域中,以及
所述第三纳米线在所述第三区域中的有源层上,所述第三区域中的所述有源层处于与所述第二区域中的所述有源层不同的水平面处。
13.如权利要求12所述的半导体器件,其中所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的有源层具有不同的宽度并且堆叠在所述基板上,并且其中所述第一区域、所述第二区域或所述第三区域中的一个中的至少一个有源层不被包括在所述第一区域、所述第二区域或所述第三区域中的另一个中。
14.如权利要求1所述的半导体器件,其中:
所述第二区域具有邻近所述第二纳米线的另一纳米线,以及
所述第二环栅器件的栅极施加相同的信号到所述第二纳米线和所述第二区域中的所述另一纳米线。
15.如权利要求1所述的半导体器件,还包括:
层,在所述第一环栅器件上。
16.如权利要求1所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的阈值电压基于所述第二区域中的所述有源层的厚度。
17.一种半导体器件,包括:
结构,具有顺序地形成在基板上的第一牺牲层、第一有源层、第二牺牲层和第二有源层,其中所述第一有源层的第一宽度大于所述第二有源层的第二宽度,使得所述第一有源层相对于所述第二有源层朝向一侧突出;以及
第一环栅器件,在所述第一有源层的突出部分上并且包括第一纳米线,其中所述第一纳米线的厚度等于所述第二有源层的厚度。
18.如权利要求17所述的半导体器件,还包括:
第二环栅器件,在所述第二有源层上并且包括第二纳米线。
19.如权利要求18所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的第一阈值电压不同于所述第二环栅器件的第二阈值电压。
20.如权利要求18所述的半导体器件,其中所述第一纳米线的第一厚度不同于所述第二纳米线的第二厚度。
21.如权利要求18所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的第一栅极与所述第二环栅器件的第二栅极分离。
22.如权利要求17所述的半导体器件,其中所述有源层包括Si,所述牺牲层包括SiGe。
23.如权利要求17所述的半导体器件,其中所述第一环栅器件的源/漏区域是升高的源/漏区域。
24.一种半导体器件,包括:
基板上的结构,该结构包括交替地堆叠在彼此上的多个牺牲层和多个有源层,所述牺牲层具有不同的宽度并且所述有源层具有不同的宽度,从而在所述基板上形成多个台阶层;以及
在所述结构上的多个环栅器件,其中所述多个环栅器件设置在所述多个台阶层中的相应台阶层上。
25.如权利要求24所述的半导体器件,其中所述多个环栅器件具有不同厚度的多个纳米线。
26.如权利要求24所述的半导体器件,其中所述多个环栅器件的每个具有不同的阈值电压。
27.一种半导体器件,包括:
在基板上的牺牲层;
在所述牺牲层上的有源层;
在所述有源层上的绝缘层;
在所述绝缘层上的纳米线;以及
在所述绝缘层上以围绕所述纳米线的栅极,其中所述纳米线和所述有源层具有不同的宽度和不同的厚度。

说明书全文

半导体器件及其制造方法

技术领域

[0001] 这里描述的一个或多个实施例涉及半导体器件。

背景技术

[0002] 为了利用按比例缩小技术来增加半导体器件的密度,已经进行了多种尝试。一种按比例缩小技术包括形成环栅结构(gate-all-around structure),其中在基板上栅极形成为围绕纳米线。由于环栅结构利用三维的沟道,所以能够容易地进行按比例缩小并且能够改善电流控制而没有增加栅极的长度。此外,能够有效地抑制短沟道效应(SCE),其中沟道区的电势受到漏电压的影响。发明内容
[0003] 实施例涉及具有不同的阈值电压、减小的寄生电容和/或应结构的半导体器件以及制造该半导体器件的方法。
[0004] 根据一个实施例,半导体器件包括:基板,包括彼此分离的第一区域和第二区域;基板上的结构,该结构具有至少一个牺牲层和至少一个有源层;在第一区域中包括第一纳米线的第一环栅器件;以及在第二区域中包括第二纳米线的第二环栅器件。第一纳米线可以处于与第二区域中的有源层基本上相同的平面处,第二纳米线可以处于与第一纳米线的水平面不同的水平面处。第一环栅器件的阈值电压可以基于第二区域中的有源层的厚度。此外,第一环栅器件的第一阈值电压可以不同于第二环栅器件的第二阈值电压,第二纳米线可以在第二区域中的有源层上。
[0005] 此外,第一纳米线可以在第一区域中的有源层上,第二纳米线可以在第二区域中的有源层上,第二区域中的有源层可以比第一区域中的有源层高。第二区域可以不包括在第一区域中的有源层的水平面上的纳米线。
[0006] 此外,第一区域中的有源层的厚度可以不同于第二区域中的有源层的厚度。第一纳米线的厚度可以基本上等于第二区域中的有源层的厚度,和/或第一纳米线的厚度不同于第二纳米线的厚度。
[0007] 此外,第一环栅器件的第一栅极和第二环栅器件的第二栅极彼此分离。第一环栅器件的源/漏区域可以升高或嵌入的源/漏区域。有源层可以包括Si,牺牲层包括SiGe。
[0008] 此外,基板可以包括第三区域,包括第三纳米线的第三环栅器件可以在第三区域中,第三纳米线可以在第三区域中的有源层上,第三区域中的有源层处于与第二区域中的有源层不同的水平面处。第一、第二和第三区域中的有源层可以具有不同的宽度并且可以堆叠在基板上。第一、第二或第三区域中的一个中的至少一个有源层可以不被包括在第一、第二或第三区域中的另一个中。
[0009] 此外,第二区域可以具有邻近第二纳米线的另一纳米线,第二环栅器件的栅极可以施加相同的信号到第二纳米线和第二区域中的另一纳米线。此外,应力层可以被包括在第一环栅器件上。
[0010] 根据另一实施例,半导体器件包括具有顺序地形成在基板上的第一牺牲层、第一有源层、第二牺牲层和第二有源层的结构。第一有源层的第一宽度可以大于第二有源层的第二宽度,使得第一有源层相对于第二有源层朝向一侧突出。第一环栅器件可以在第一有源层的突出部分上并且可以包括第一纳米线。第一纳米线的厚度可以基本上等于第二有源层的厚度。
[0011] 此外,第二环栅器件可以位于第二有源层上并且可以包括第二纳米线。第一环栅器件的第一阈值电压可以不同于第二环栅器件的第二阈值电压。第一纳米线的第一厚度可以不同于第二纳米线的第二厚度。
[0012] 此外,第一环栅器件的第一栅极与第二环栅器件的第二栅极分离。有源层可以包括Si,牺牲层包括SiGe。此外,第一环栅器件的源/漏区域可以是升高的源/漏区域。
[0013] 根据另一个实施例,一种半导体器件包括:基板上的结构,该结构包括交替地堆叠在彼此上的多个牺牲层和多个有源层,牺牲层具有不同的宽度并且有源层具有不同的宽度,从而在基板上形成多个台阶层;以及在该结构上的多个环栅器件,其中多个环栅器件设置在多个台阶层中的相应台阶层上。多个环栅器件可以具有不同厚度的多个纳米线,多个环栅器件的每个可以具有不同的阈值电压。
[0014] 根据另一个实施例,一种半导体器件包括:在基板上的牺牲层;在牺牲层上的有源层;在有源层上的绝缘层;在绝缘层上的纳米线;以及在绝缘层上以围绕纳米线的栅极,其中纳米线和有源层具有不同的宽度和不同的厚度。附图说明
[0015] 通过参照附图详细描述示例性实施例,特征将对于本领域普通技术人员变得明显,附图中:
[0016] 图1示出半导体器件的第一实施例;
[0017] 图2示出沿图1的线A-A和B-B截取的截面图;
[0018] 图3示出半导体器件的第二实施例;
[0019] 图4示出沿图3的线A-A、B-B和C-C截取的截面图;
[0020] 图5示出半导体器件的第三实施例;
[0021] 图6示出半导体器件的第四实施例;
[0022] 图7示出半导体器件的第五实施例;
[0023] 图8示出半导体器件的第六实施例;
[0024] 图9示出半导体器件的第七实施例;
[0025] 图10示出半导体器件的第八实施例;
[0026] 图11示出半导体器件的第九实施例;
[0027] 图12至图16示出包括在制造半导体器件的第二实施例的方法的一个实施例中的操作;
[0028] 图17A至图17D示出包括在制造半导体器件的第二实施例的方法的一个实施例中的操作;
[0029] 图18示出可包括半导体器件的一个或多个上述实施例的电子系统的一个实施例;以及
[0030] 图19A和图19B示出可包括半导体器件的一个或多个上述实施例或另外地与半导体器件的一个或多个上述实施例一起使用的半导体系统的实施例。

具体实施方式

[0031] 在下文将参照附图更充分地描述示例实施例;然而,它们可以以不同的形式实施,而不应被解释为限于这里阐述的实施例。而是,提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整,并将示例性实施方式充分传达给本领域技术人员。因此,在一些实施例中,没有详细描述已知的方法、过程、部件和电路,以避免不必要地使本说明书的方面模糊。
[0032] 在附图中,为了图示的清晰,层和区域的尺寸可以被夸大。还将理解,当称一层或元件在另一层或基板“上”时,它可以直接在另一层或基板上,或者还可以存在中间层。此外,将理解,当一层被称为在另一层“下面”时,它可以直接在另一层下面,也可以存在一个或多个中间层。此外,还将理解,当称一层在两个层“之间”时,它可以是这两个层之间的唯一层,或者还可以存在一个或多个中间层。相同的附图标记始终指代相同的元件。
[0033] 将理解,虽然这里可以使用术语第一、第二等描述各种元件、组件、区域、层和/或部分,但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区别开。因此,以下讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分而不背离本发明的教导。
[0034] 这里所采用的术语仅是为了描述特定实施例的目的,并非要限制本发明。当在这里使用时,除非上下文另有明确表述,否则单数形式“一”和“该”均同时旨在包括复数形式。还将理解的是,术语“包括”、“包含”和/或“含有”,当在本说明书中使用时,其表明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。
[0035] 除非另行定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有本发明所属领域内的普通技术人员所通常理解的同样的含义。还将理解的是,诸如通用词典中所定义的术语,除非这里加以明确定义,否则应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义,而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。
[0036] 根据一个或多个实施例,半导体器件实现多个阈值电压(多Vt)选择,所述操作可以被用于例如功率控制和/或实现其他的性能目标。
[0037] 图1示出半导体器件的第一实施例,图2示出此器件沿线A-A和B-B截取的截面图。如这些图中所示,半导体器件1包括基板100、结构215、第一环栅器件101和第二环栅器件102。
[0038] 基板100可以包括彼此分离的第一区域I和第二区域II。基板100可以由例如从Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs和InP组成的组中选出的一种或多种半导体材料制成。此外,基板100可以是体或绝缘体上硅(SOI)。备选地,基板100可以是具有形成在基底基板上的外延层的基板。
[0039] 第一区域I和第二区域II可以彼此水平地分离,即第一区域I和第二区域II不是彼此垂直地分离(例如,不是堆叠在彼此上)。
[0040] 结构215形成在基板100上并且可以包括交替地堆叠在彼此上的一个或多个牺牲层211以及一个或多个有源层212。也就是说,一个或多个牺牲层211以及一个或多个有源层212可以在第三方向Z2上堆叠。在图1中,为了说明的目的而示出单个牺牲层211和单个有源层212。然而,在其他实施例中,在基板上可以包括多个交替的牺牲层和有源层。根据一个实施例,结构215可以被用于形成环栅器件101和102的纳米线。
[0041] 根据一个实施例,结构215可以具有台阶形状。结构215的第一层可以形成在第一区域I和第二区域II中,结构215的第二层可以形成在第二区域II中。台阶形状可以包括其中牺牲层211和有源层212交替地堆叠的叠层。
[0042] 有源层212可以由例如从Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs和InP组成的组中选出的一种或多种半导体材料制成。此外,牺牲层211可以由与有源层212不同的材料制成。此外,牺牲层211可以具有比有源层212高的蚀刻选择性。例如,有源层212可以包括Si,牺牲层211可以包括SiGe,但是本实施例的方面不限于此。
[0043] 有源层212/牺牲层211可以例如是从Ge/GaAs、Ge/InGaAs、Ge/GeSn、GeSn/III-V、AlGaAs/GaAs、AlGaAs/InGaP、GaN/InN和AlN/InN组成的组中选择的至少一种。此外,当有源层212通过侧向外延生长(ELO)方法形成时,牺牲层211可以是由例如SiO2、SiON或SiN制成的绝缘层。
[0044] 绝缘层113可以形成在第一区域I上,绝缘层213可以形成在第二区域II上。绝缘层113和213可以由化物、氮化物、氮氧化物和高k材料中的至少一种制成。例如,高k材料可以包括HfO2、ZrO2和Ta2O5。
[0045] 第一环栅器件101可以形成在第一区域I上。第一环栅器件101可以包括第一源/漏区域161、连接在第一源/漏区域161之间的第一纳米线119、形成为围绕第一纳米线119的第一栅极绝缘层145、以及第一栅极147。第一纳米线119可以例如形成为在第二方向Y1上延伸,第一栅极147可以形成为在第一方向X1上延伸。此外,如所示的,第一纳米线119具有圆形的截面形状,但是在其他实施例中纳米线119可以具有不同的形状。例如,第一纳米线119可以具有椭圆形、矩形或正方形的截面形状。
[0046] 第二环栅器件102可以形成在第二区域II上并且堆叠在结构215上。第二环栅器件102包括第二源/漏区域261、连接在第二源/漏区域261之间的第二纳米线219、形成为围绕第二纳米线219的第二栅极绝缘层245、以及第二栅极247。第二纳米线219可以例如形成为在第二方向Y2上延伸,第二栅极247可以形成为在第一方向X2上延伸。第二纳米线219可以具有与纳米线119相同的形状或不同的形状。例如,纳米线219可以具有圆形、椭圆形、矩形或正方形的截面形状。
[0047] 第一环栅器件101和第二环栅器件102可以具有不同的形状和/或可以形成不同类型的器件。在一个实施例中,第一和第二环栅器件101和102可以形成相同类型的器件,但是在其他实施例中器件101和102可以形成不同类型的器件。例如,第一环栅器件101和第二环栅器件102可以是MOSFET、无结的MOSFET、隧道FET或场效应晶体管,或者可以具有不同类型的晶体管结构。
[0048] 根据第一实施例,第二环栅器件102可以形成在与第一环栅器件101不同的水平面处。例如,如所示的,第二环栅器件102可以处于比第一环栅器件101高的位置。结果,第一纳米线119和第二纳米线219可以形成在不同的水平面处。在其他实施例中,反之可以是可行的,即,第二环栅器件102可以处于比第一环栅器件低的位置。
[0049] 在至少一个实施例中,第一纳米线119可以形成在与有源层212基本上相同的水平面处。如下面更详细描述的,第一纳米线119可以通过图案化有源层212形成。因此,第一纳米线119的厚度T1可以与有源层212的厚度TS1基本上相同。如果第一纳米线119具有圆形的截面形状,则第一纳米线119的厚度T1可以对应于圆的直径。此外,第二纳米线219可以形成在与区域I或区域II或另一相邻区域(没有在这里示出)中的另一有源层基本上相同的水平面处。
[0050] 第一纳米线119的厚度T1可以与第二纳米线219的厚度T2相同或不同。例如,如图2所示,第一纳米线119的厚度T1可以大于第二纳米线219的厚度T2。此外,第二纳米线219的厚度T2可以与有源层212的厚度TS1相同或不同。此外,第一环栅器件101的第一阈值电压可以与第二环栅器件102的第二阈值电压相同或不同。例如,第一环栅器件101可以是低阈值电压(低Vt)晶体管,第二环栅器件102可以是常规阈值电压(常规Vt)晶体管。然而,在其他实施例中,反之可以是可行的。此外,器件101和102的阈值电压可以是不同的,特别是在第二纳米线219的厚度T2不同于有源层212的厚度TS1的情形下。
[0051] 如下面更详细地描述的,在第一纳米线119利用有源层212形成的情形下,第一纳米线119的厚度T1可以通过调节有源层212的厚度TS1来调节。也就是说,第一环栅器件101的第一阈值电压能够通过调节有源层212的厚度TS1来调节。
[0052] 现在将描述形成在第二区域II上的第二环栅器件102的形状。第二环栅器件102包括顺序地形成在基板上的牺牲层211、有源层212、绝缘层213、形成在绝缘层213上的第二纳米线219以及形成在绝缘层213上从而围绕第二纳米线219的第二栅极247。有源层212的宽度可以大于第二纳米线219的宽度,如图2所示。在这种情况下,有源层212的厚度TS1和第二纳米线219的厚度T2彼此不同。在其他实施例中,T2和TS1可以相同。此外,在一些实施例中,有源层212的宽度可以与第二纳米线219的宽度相同或小于第二纳米线219的宽度。
[0053] 如果纳米线形成在第二区域II上与第一纳米线119相同的水平面处,则不必要的寄生电容可能形成在第二纳米线219和另一纳米线之间。为了防止形成寄生电容,根据至少一个实施例,纳米线不形成在第二区域II中与第一纳米线119相同的水平面处。换句话说,牺牲层211和有源层212可以堆叠在第二区域II上以位于第二纳米线219下面。因此,根据第一实施例的半导体器件1可以由此减小或最小化不必要的寄生电容的形成。
[0054] 此外,在至少一个实施例中,第一环栅器件101的第一栅极147和第二环栅器件102的第二栅极247可以彼此物理地和电性地分离。
[0055] 此外,在至少一个实施例中,第一源/漏区域161或第二源/漏区域261可以形成为被抬高的源/漏区域。在制造第一环栅器件101和第二环栅器件102中,第一环栅器件101和第二环栅器件102的下面的层可以被完全地去除,由此利用例如外延法形成抬高的源/漏区域。在其他实施例中,源/漏区域161可以是嵌入的源/漏区域,例如嵌入在一个或多个绝缘层中。
[0056] 图3示出半导体器件的第二实施例,图4示出沿图3的线A-A、B-B和C-C截取的截面图。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图1和图2中所示的上述实施例之间的差异。
[0057] 参照图3和图4,在第二实施例的半导体器件2中,基板100可以包括第一区域I、第二区域II和第三区域III。第一环栅器件101形成在第一区域I中,第二环栅器件102形成在第二区域II中,第三环栅器件103形成在第三区域III中。
[0058] 像上述实施例中一样,结构215和315可以配置为使得一个或多个牺牲层211和311以及一个或多个有源层212和312交替地堆叠在彼此上。结构215和315可以具有台阶形状。结构215和315的每个的第一层可以形成在第一区域I、第二区域II和第三区域III中,结构215和315的每个的第二层可以形成在第二区域II和第三区域III中,结构
215和315的每个的第三层可以形成在第三区域III中。
[0059] 换句话说,结构215和315分别包括顺序地堆叠在彼此上的牺牲层211和有源层212以及顺序地堆叠在彼此上的牺牲层311和有源层312。有源层212的宽度可以大于有源层312的宽度,从而有源层212相对于有源层312朝向一侧突出。也就是说,有源层312可以仅形成在第三区域III中,有源层212可以形成在第二区域II和第三区域III中。
[0060] 第三环栅器件103形成在第三区域III中。第三环栅器件103包括第三源/漏区域361、连接在第三源/漏区域361之间的第三纳米线319、形成为围绕第三纳米线319的第三栅极绝缘层345、以及第三栅极347。第三纳米线319可以例如形成为在第二方向Y3上延伸,第三栅极347可以形成为在第一方向X3上延伸。在示出的实施例中,第三纳米线319具有圆形的截面形状。然而,在其他实施例中,第三纳米线319可以具有另一形状诸如,例如椭圆形、矩形或正方形的截面形状。此外,第一、第二和第三纳米线可以具有相同或不同的形状。
[0061] 在根据第二实施例的半导体器件2中,第一至第三环栅器件101至103可以形成在相同或不同的水平面处。在示出的实施例中,第三环栅器件103处于比第二环栅器件102高的位置,第二环栅器件102可以处于比第一环栅器件101高的位置。具体地,第一至第三纳米线119至319可以形成在不同的水平面处。在其他实施例中,第三纳米线319可以形成在比第二纳米线219和/或第一纳米线119低的水平面处。
[0062] 此外,第一纳米线119可以形成在与有源层212相同的水平面处,第二纳米线219可以形成在与有源层312相同的水平面处,第三纳米线319可以形成在与这里未示出的另一有源层相同的水平面处。第一纳米线119可以通过图案化有源层212形成,第二纳米线219可以通过图案化有源层312形成。在这种情况下,第一纳米线119的厚度T1可以与有源层212的厚度TS1基本上相同,第二纳米线219的厚度T2可以与有源层312的厚度TS2基本上相同。在其他实施例中,T1可以不同于TS1和/或T2可以不同于TS2。
[0063] 此外,第一纳米线119的厚度T1、第二纳米线219的厚度T2和第三纳米线319的厚度T3可以彼此相同或不同。在示出的实施例中,第一纳米线119的厚度T1大于第二纳米线219的厚度T2,第二纳米线219的厚度T2大于第三纳米线319的厚度T3。
[0064] 以这种布置,第一环栅器件101的第一阈值电压、第二环栅器件102的第二阈值电压和第三环栅器件103的第三阈值电压可以彼此不同。例如,第一环栅器件101可以是低阈值电压(低Vt)晶体管,第二环栅器件102可以是常规阈值电压(常规Vt)晶体管,第三环栅器件103可以是高阈值电压(高Vt)晶体管。在其他实施例中,第一、第二和第三阈值电压中的任何两个或所有可以相同。
[0065] 现在将描述形成在第三区域III中的第三环栅器件103的形状的示例。在此示例中,第三环栅器件103包括顺序地形成在基板上的牺牲层211、有源层212、牺牲层311、有源层312、绝缘层313、形成在绝缘层313上的第三纳米线319以及形成在绝缘层313上从而围绕第三纳米线319的第三栅极347。由于有源层312的宽度大于第三纳米线319的宽度,所以有源层312的厚度TS2和第三纳米线319的厚度T3彼此不同。
[0066] 图5示出半导体器件的第三实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图3和图4所示的上述实施例之间的差异。
[0067] 参照图5,在根据第三实施例的半导体器件3中,第一纳米线119的厚度T1、第二纳米线219的厚度T2和第三纳米线319的厚度T3可以彼此不同。如所示的,第三纳米线319的厚度T3可以大于第二纳米线219的厚度T2,第二纳米线219的厚度T2可以大于第一纳米线119的厚度T1。
[0068] 因此,第一环栅器件101的第一阈值电压、第二环栅器件102的第二阈值电压和第三环栅器件103的第三阈值电压可以彼此不同。例如,第三环栅器件103可以是低阈值电压(低Vt)晶体管,第二环栅器件102可以是常规阈值电压(常规Vt)晶体管,第一环栅器件101可以是高阈值电压(高Vt)晶体管,但是本实施例的方面不限于此。
[0069] 图6示出半导体器件的第四实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图3至图5所示的上述实施例之间的差异。
[0070] 参照图6,在根据第四实施例的半导体器件4中,第三环栅器件103可以包括堆叠在彼此上的多个第三纳米线319a和319b。多个第三栅极绝缘层345a和345b可以形成为分别围绕第三纳米线319a和319b。第三栅极347可以形成为围绕堆叠的多个第三纳米线319a和319b并且可以施加相同的信号到多个第三纳米线319a和319b。
[0071] 如上所述,由于第三环栅器件103采用堆叠的多个第三纳米线319a和319b,所以能够增大电流驱动能力。堆叠的多个第三纳米线319a和319b可以具有相同或不同的厚度T3。此外,尽管两个纳米线在区域III中示出,但是在其他实施例中三个或更多的第三纳米线319a和319b可以堆叠在区域III中。
[0072] 此外,在至少一个实施例中,第一环栅器件101可以包括堆叠在彼此上的多个第一纳米线,和/或第二环栅器件102可以包括堆叠在彼此上的第二纳米线。
[0073] 图7示出半导体器件的第五实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图6所示的上述实施例之间的差异。
[0074] 参照图7,在根据第五实施例的半导体器件5中,第一、第二和第三环栅器件101、102和103具有多个纳米线,例如,器件101具有堆叠在彼此上的纳米线119a和119b,器件
102具有堆叠在彼此上的纳米线219a和219b,器件103具有堆叠在彼此上的纳米线319a和319b。
[0075] 以这种布置,第一栅极147可以形成为围绕堆叠的多个第一纳米线119a和119b并且可以施加相同的信号到多个第一纳米线119a和119b。此外,第二栅极247可以形成为围绕堆叠的多个第二纳米线219a和219b并且可以施加相同的信号到多个第二纳米线219a和219b。
[0076] 由于第一环栅器件101和第二环栅器件102采用堆叠的多个纳米线119a和119b以及219a和219b,所以能够增大电流驱动能力。
[0077] 堆叠的第一纳米线119a和119b以及堆叠的第二纳米线219a和219b可以利用结构215和315形成,其中牺牲层211a、211b、311a和311b以及有源层212a、212b、312a和312b交替地堆叠。如所示的,堆叠的牺牲层211a、211b、311a和311b以及堆叠的有源层
212a、212b、312a和312b的数目可以根据堆叠的第一纳米线119a和119b以及第二纳米线
219a和219b的数目而增加。
[0078] 在示出的实施例中,第一纳米线119a和119b的每个的厚度T1可以与有源层212a和212b的每个的厚度TS1基本上相同。第二纳米线219a和219b的每个的厚度T2可以与有源层312a和312b的每个的厚度TS2基本上相同。此外,堆叠的多个第一纳米线119a和119b可以具有相同或不同的厚度T1。此外,堆叠的多个第二纳米线219a和219b可以具有相同或不同的厚度T2。例如,第一环栅器件101可以包括n个堆叠的第一纳米线119a和
119b,其中n是自然数,第二环栅器件102可以包括m个堆叠的第二纳米线219a和219b,其中m是自然数。n个第一纳米线119a和119b可以形成在与n个有源层212a和212b相同或不同的水平面处,m个第二纳米线219a和219b可以形成与m个有源层312a和312b相同或不同的水平面处。这里,n个有源层212a和212b以及m个有源层312a和312b可以彼此不同。n个有源层212a和212b以及m个有源层312a和312b可以都不彼此交叠。
[0079] 图8示出半导体器件的第六实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图7所示的上述实施例之间的差异。
[0080] 参照图8,在根据第六实施例的半导体器件6中,第一环栅器件101可以包括水平地布置的第一纳米线119a和119b,第二环栅器件102可以包括水平地布置的第二纳米线219a和219b,第三环栅器件103可以包括水平地布置的第三纳米线319a和319b。
[0081] 由于第一环栅器件101、第二环栅器件102和第三环栅器件103采用多个第一纳米线119a和119b、多个第二纳米线219a和219b以及多个第三纳米线319a和319b,所以能够增加电流驱动能力。由于水平地布置的多个纳米线119a、119b、219a、219b、319a和319b被提供,所以半导体器件6会具有增大的尺寸。
[0082] 图9示出半导体器件的第七实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图1和图2所示的上述实施例之间的差异。
[0083] 参照图9,在根据第七实施例的半导体器件7中,第一环栅器件101的第一栅极147的顶表面可以基本上平行于第二环栅器件102的第二栅极247的顶表面。导电层形成为充分地覆盖第一区域I和第二区域II、被平坦化和图案化,由此形成第一栅极147和第二栅极247。在这种情况下,第一栅极147的顶表面和第二栅极247的顶表面可以基本上彼此平行。
[0084] 图10示出半导体器件的第八实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图1和图2所示的上述实施例之间的差异。
[0085] 参照图10,在根据第八实施例的半导体器件8中,应力层169和269可以分别形成在第一环栅器件101和第二环栅器件102上。应力层169和269可以为例如SiN层。应力层169和269可以基于例如键合的比率(bonding ratio)而施加张应力或压应力。例如,如果应力层是SiN层,这些层可以基于SiN层中N-H与Si-H键合的比率而提供张应力或压应力。在一个实施例中,如果N-H键合/Si-H键合的比率在1至5的范围内,则每个SiN层提供张应力。而且,如果N-H键合/Si-H键合的比率在5至20的范围内,则每个SiN层提供压应力。第一环栅器件101和第二环栅器件102的电流量能够通过利用应力层169和269调节应力而被调节。
[0086] 结果,在根据第八实施例的半导体器件8中,多个阈值电压能够通过调节纳米线119和219的厚度而实现。此外,由于具有多个阈值电压的环栅器件101和102彼此水平地分离,而不是被堆叠,因此可以容易地实现应力技术。
[0087] 图11示出半导体器件的第九实施例。为了方便说明,以下的描述将集中在当前实施例与图1和图2所示的上述实施例之间的差异。
[0088] 参照图11,在根据第九实施例的半导体器件9中,基板100还包括第四区域IV。这里,具有除了环栅结构之外的结构的半导体器件可以形成在第四区域IV上。例如,在图11中,平面晶体管形成在第四区域IV上。平面晶体管可以包括栅极410和间隔物415。
[0089] 在根据第九实施例的半导体器件9中,体晶片位于结构215下面。因此,一般的器件制造工艺能够容易地应用于除了具有结构215的第一区域I或第二区域II之外的区域。
[0090] 图12至图16示出包括在用于制造根据上面讨论的第二实施例的半导体器件的方法的实施例中的操作。参照图12,该方法包括在基板100上限定第一至第三区域I至III,其中第一至第三区域I至III彼此分离。接着,多个牺牲层2211、2311和2411以及多个有源层2212、2312和2412交替地堆叠在基板100上。
[0091] 有源层2212、2312和2412可以例如由从Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs和InP组成的组中选出的一种或多种半导体材料制成。牺牲层2211、2311和2411可以由与有源层2212、2312和2412不同的材料制成。
[0092] 此外,牺牲层2211、2311和2411可以具有比有源层2212、2312和2412高的蚀刻选择性。例如,有源层2212、2312和2412可以包括Si,牺牲层2211、2311和2411可以包括SiGe。此外,有源层2212、2312和2412/牺牲层2211、2311和2411可以例如是从由Ge/GaAs、Ge/InGaAs、Ge/GeSn、GeSn/III-V、AlGaAs/GaAs、AlGaAs/InGaP、GaN/InN和AlN/InN组成的组中选择的至少一种。此外,当有源层2212、2312和2412通过侧向外延生长(ELO)方法形成时,牺牲层2211、2311和2411可以是由例如SiO2、SiON或SiN制成的绝缘层。
[0093] 接着,通过图案化多个牺牲层2211、2311和2411以及多个有源层2212、2312和2412,多个牺牲层2211、2311和2411以及多个有源层2212、2312和2412可以配置为具有台阶形状。牺牲层2211和有源层2212可以设置在第一区域I上,牺牲层2211和2311以及有源层2212和2312可以设置在第二区域II上,牺牲层2211、2311和2411、有源层2212、
2312和2412可以设置在第三区域III上。
[0094] 参照图13,一个或多个牺牲层2211、2311和2411中的一些被选择性地去除。结果,被去除的区域2502、2503和2504分别形成在第一区域I、第二区域II和第三区域III上。一个或多个牺牲层2211、2311和2411中的一些的选择性去除可以利用化学干蚀刻法(W)进行。例如,当有源层2212、2312和2412由Si制成并且牺牲层2211、2311和2411由SiGe制成时,处理条件可以包括350mTorr的压力、处于室温的温度、700W的微波功率以及处理气体中的80sccm的CF4气体、12sccm的O2气体和12sccm的N2气体等。在上述处理条件下,当有源层2212、2312和2412被以5埃每秒的速率蚀刻时,牺牲层2211、2311和2411可以被以200埃每秒的速率蚀刻。
[0095] 参照图14,多个绝缘层2512、2513和2514分别形成在所去除的区域2502、2503和2504中。绝缘层2512、2513和2514可以由氧化物、氮化物、氮氧化物或高k材料中的至少一种制成。
[0096] 参照图15,一个或多个有源层2212、2312和2412中的一些通过利用多个绝缘层2512、2513和2514而被图案化。结果,有源图案1119、1219和1319可以形成在多个绝缘层
2512、2513和2514上。
[0097] 参照图16,一个或多个有源图案1119、1219和1319周围的绝缘层2512、2513和2514被去除。例如,图15所示的所得产品被修整。该修整可以例如是湿蚀刻或清洗。由于有源图案1119、1219和1319具有小的宽度,所以蚀刻溶液或清洗液可以渗入有源图案
1119、1219和1319的下部中。结果,位于有源图案1119、1219和1319的下部的绝缘层2512、
2513和2514能够被去除。此外,有源图案1119、1219和1319可以通过蚀刻溶液或清洗液而被部分地蚀刻以变成纳米线119、219和319。
[0098] 再次参照图3和图4,栅极绝缘层145、245和345以及栅极147、247和347形成为围绕纳米线119、219和319。结果,完成第一环栅器件101、第二环栅器件102以及第三环栅器件103。
[0099] 图17A至17D示出包括在制造根据上面讨论的第二实施例的半导体器件的方法的另一个实施例中的操作。
[0100] 参照图17A,基板100具有限定在其上的第一至第三区域I至III,第一至第三区域I至III彼此分离。接着,多个绝缘层2612、2613和2614以及多个有源层2212、2312和2412交替地堆叠在基板100上。有源层2212、2312和2412可以例如由从Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs和InP组成的组中选出的一种或多种半导体材料制成。多个绝缘层
2612、2613和2614可以由例如SiO2、SiON或SiN制成。
[0101] 在绝缘层2612、2613和2614上形成有源层2212、2312和2412可以通过利用例如侧向外延生长(ELO)方法进行。
[0102] 接着,多个有源层2212、2312和2412在第一至第三区域I至III上被蚀刻至不同的深度,由此在第一至第三区域I至III上形成第一至第三有源图案1119至1319。更具体地,参照图17B,有源图案1319通过图案化顶部有源层2412而形成在第三区域III上。参照图17C,有源图案1219通过图案化次顶部有源层2312而形成在第二区域II上。参照图17D,有源图案1119通过图案化底部有源层2212而形成在第一区域I上。
[0103] 参照图16,图15所示的所得产品被修整。该修整可以是例如湿蚀刻或清洗。有源图案1119、1219和1319可以通过蚀刻溶液或清洗液而被部分地蚀刻以变成纳米线119、219和319。
[0104] 如上所述,多个绝缘层2612、2613和2614以及多个有源层2212、2312和2412被交替地堆叠。然后,为了实现所需要的阈值电压(Vt),有源层2212、2312和2412被适当地蚀刻,由此形成纳米线119、219和319。
[0105] 图18示出包括根据这里描述的一个或多个实施例的半导体器件的电子系统的实施例。参照图18,电子系统1100包括控制器1110、输入/输出装置(I/O)1120、存储器1130、接口1140和总线1150。控制器1110、I/O1120、存储器1130和/或接口1140可以通过总线1150而彼此连接。总线1150可以对应于通过其传输数据的路径。
[0106] 控制器1110可以包括微处理器数字信号处理器、微控制器和能够执行与这些器件执行的功能类似的功能的逻辑器件中的至少一个。I/O1120可以包括例如键区、键盘和/或显示装置。存储器1130可以存储数据和/或指令。接口1140可以发送数据到通信网络/从通信网络接收数据。接口1140可以是有线或无线的。例如,接口1140可以包括天线或有线/无线收发器。
[0107] 尽管没有示出,但是电子系统1100还可以包括高速的DRAM和/或SRAM作为操作存储器,用于改善控制器1110的操作。根据本发明构思的实施例的FIN场效应晶体管器件可以被包括在存储器1130中或可以被提供为控制器1110或I/O1120的部分。
[0108] 电子系统1100可以应用于个人数字助理(PDA)、便携式计算机、上网本、无线电话、移动电话、数字音乐播放器、存储卡或能够在无线环境中发送和/或接收信息的任何类型的电子设备。
[0109] 图19A和图19B示出其他半导体系统,其可以包括根据这里描述的实施例的半导体器件。在图19A中,该系统是平板PC,在图19B中,该系统是笔记本计算机。其他系统的示例包括个人数字助理、平板或pod型装置、智能手机、导航装置和便携式媒体播放器以及其他类型的信息或电子终端。
[0110] 在以上实施例中,环栅器件被描述为耦接到纳米线。然而,这些环栅器件可以延伸成完全地围绕对应的纳米线,或者,在一些实施例中,一个或多个环栅器件可以不完全地外接纳米线。
[0111] 通过总结和回顾,半导体器件可以形成为具有位于基板上的相应数目的区域中的多个环栅器件。每个区域可以具有处于与相邻区域中的有源层相应的水平面处的一个或多个纳米线。结果,纳米线可以设置在不同的水平面处。此外,任何一个区域中的环栅器件可以基于例如这些区域中的有源层和/或纳米线的厚度的差异而具有与相邻区域中的环栅器件不同的栅值电压。此外,由于一个区域中的纳米线处于与另一区域中的纳米线不同的水平面处,所以可以实现寄生电容的减小,并且同时实现改善的电流控制。
[0112] 这里已经公开了示例实施例,尽管采用了特定术语,但是它们仅以一般性和描述性含义被使用和被解释,而不是为了限制的目的。在有些情况下,如对本申请所提交领域的普通技术人员将是显然的,结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独地使用或与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件结合地使用,除非另外特别地指示。因此,本领域技术人员将理解,可以进行形式和细节上的不同变化,而不背离本发明的精神和范围,本发明的范围由权利要求书阐明。
[0113] 2012年10月10日提交并且名称为“半导体器件及其制造方法”(“Semiconductor Device and Fabricating Method Thereof”)的韩国专利申请No.10-2012-0112510通过引用整体地结合于此。
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