基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例處于半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域中，具體來說，處于基于量子阱的半導(dǎo)體器件以及形成基于量子阱的半導(dǎo)體器件的方法的領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去數(shù)十年，集成電路中的特征的按比例縮小一直是不斷成長的半導(dǎo)體工業(yè)背后的驅(qū)動(dòng)力。按比例縮小到越來越小的特征使得在半導(dǎo)體芯片的有限固定面積上的功能單元的密度能夠增加。例如，縮小晶體管尺寸允許在芯片上結(jié)合增加數(shù)量的存儲(chǔ)器件，有助于制造具有增加的容量的產(chǎn)品。但是，不斷地爭取更多容量不是沒有問題的。優(yōu)化各器件的性能的必要性變得越來越明顯。
[0003]在外延生長的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)、例如在II1-V材料系統(tǒng)中形成的量子阱器件，由于低的有效質(zhì)量連同通過增量摻雜而降低的雜質(zhì)散射，在晶體管溝道中提供異常高的載流子迀移率。這些器件提供高驅(qū)動(dòng)電流性能，并且看來有希望用于將來的低功率、高速邏輯應(yīng)用。
【附圖說明】
[0004]圖1示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0005]圖2示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0006]圖3是流程圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
[0007]圖4A示出截面圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
[0008]圖4B示出截面圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
[0009]圖4C示出截面圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
[0010]圖4D示出截面圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
[0011]圖4E示出截面圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
[0012]圖4F示出截面圖，表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的制造中的操作。
【具體實(shí)施方式】
[0013]描述基于量子阱的半導(dǎo)體器件以及形成基于量子阱的半導(dǎo)體器件的方法。在以下描述中，提出諸如材料體系和器件特性之類的許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)清楚，即使沒有這些具體細(xì)節(jié)，也可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在其它情況下，沒有詳細(xì)描述諸如圖案化過程之類的眾所周知的特征，以免不必要地影響對本發(fā)明的實(shí)施例的理解。此外，要理解，附圖中所示的各種實(shí)施例是說明性表示，而不一定按比例繪制。
[0014]本文所公開的是基于量子阱的半導(dǎo)體器件。在一個(gè)實(shí)施例中，基于量子阱的半導(dǎo)體器件包括布置在襯底之上并且具有量子阱溝道區(qū)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。源和漏材料區(qū)布置在量子阱溝道區(qū)之上。溝槽布置在源和漏材料區(qū)中，將源區(qū)與漏區(qū)分離。勢皇層布置在溝槽中在源區(qū)與漏區(qū)之間。柵介電層布置在溝槽中在勢皇層之上。柵電極布置在溝槽中在柵介電層之上。在一個(gè)實(shí)施例中，基于量子阱的半導(dǎo)體器件包括布置在襯底之上并且具有量子阱溝道區(qū)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。勢皇層直接布置在量子阱溝道區(qū)上。源和漏材料區(qū)布置在勢皇層之上。溝槽布置在源和漏材料區(qū)中，將源區(qū)與漏區(qū)分離。柵介電層布置在溝槽中在源區(qū)與漏區(qū)之間。柵電極布置在溝槽中在柵介電層之上。
[0015]本文還公開的是形成基于量子阱的半導(dǎo)體器件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括提供布置在襯底之上并且包括量子阱溝道區(qū)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。源和漏材料區(qū)在量子阱溝道區(qū)之上形成。溝槽在源和漏材料區(qū)中形成，以便提供與漏區(qū)分離的源區(qū)。柵介電層在溝槽中在源區(qū)與漏區(qū)之間形成。柵電極在溝槽中在柵介電層之上形成。
[0016]按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，柵-最后(gate-last)流程用于制造II1-V族或鍺量子阱場效應(yīng)晶體管(QWFET)器件。這種方式可實(shí)現(xiàn)下列特征中的一個(gè)或多個(gè):(I)首先生長包括源和漏材料的所有材料，然后在源和漏材料中蝕刻溝道，以便容納柵電極，(2)源和漏生長得到簡化，因?yàn)椴辉傩枰偕L，并且可實(shí)現(xiàn)量子阱與摻雜源和漏之間的勢皇的可能消除，(3)高帶隙勢皇材料和高K柵電介質(zhì)在工藝流程中可稍后沉積，并且可通過原子層沉積(ALD)或金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MO-CVD)來沉積，以及(4)柵-最后流程可使最低熱預(yù)算能夠應(yīng)用于柵材料或者實(shí)現(xiàn)對那個(gè)操作的更準(zhǔn)確控制，因?yàn)樵摬僮髟诩庸ち鞒痰哪莻€(gè)部分中是最后的。
[0017]在本文所示的各種實(shí)施例中，關(guān)鍵特征可包括柵溝槽的蝕刻、通過ALD或MOCVD進(jìn)行的柵材料的沉積、以及外電阻(Rext)的整體減小，因?yàn)樵谝恍?shí)施例中，在源和漏區(qū)中不存在勢皇，并且源和漏區(qū)是高度摻雜的II1-V族或鍺材料。在一個(gè)實(shí)施例中，本文所述的方式使得在源和漏區(qū)中能夠避免形成位錯(cuò)和雜質(zhì)，否則，如果在蝕刻過程之后再生長源和漏區(qū)就可能發(fā)生這種情況。在一個(gè)實(shí)施例中，本文所述方式中的一些方式使得能夠在工藝流程中的流水線處理結(jié)尾時(shí)沉積勢皇材料，從而降低柵電極材料的有害熱影響。在一個(gè)實(shí)施例中，本文所述方式中的一些方式使得能夠僅在柵疊層區(qū)之下、在柵疊層與量子阱之間、而不是在源/漏區(qū)與量子阱之間形成勢皇層。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本文所述的柵-最后方式中的一個(gè)或多個(gè)方式使得能夠使用在大約500攝氏度以上原本會(huì)惡化、例如在源和漏退火過程所需的溫度下原本會(huì)惡化的勢皇材料。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)方面，半導(dǎo)體器件包括量子阱溝道區(qū)和僅覆蓋量子阱溝道區(qū)的一部分的勢皇層。圖1示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于量子阱的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0019]參照圖1，基于量子阱的半導(dǎo)體器件100包括布置在襯底102之上并且包括量子阱溝道區(qū)106的異質(zhì)結(jié)構(gòu)104。源和漏材料區(qū)108布置在量子阱溝道區(qū)106之上。溝槽110布置在源和漏材料區(qū)108中，將源區(qū)108A與漏區(qū)108B分離。勢皇層112布置在溝槽110中在源區(qū)108A與漏區(qū)108B之間。柵介電層114布置在溝槽110中在勢皇層112之上。柵電極116布置在溝槽110中在柵介電層114之上。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，異質(zhì)結(jié)構(gòu)104可定義為一個(gè)或多個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體層的疊層，例如圖1所示的疊層。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽110暴露量子阱溝道區(qū)106的頂面，并且勢皇層112直接布置在量子阱溝道區(qū)106的暴露面上，如圖1所示。但是，在另一個(gè)實(shí)施例中，源和漏材料區(qū)108直接布置在量子阱溝道區(qū)106上(如圖所示)，溝槽110僅部分地布置到源和漏材料區(qū)108中，從而留下源和漏材料區(qū)108在溝槽110的底部的部分(未示出)，以及勢皇層112直接布置在源和漏材料區(qū)108在溝槽110的底部的部分上(未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，量子阱溝道區(qū)106包括II1-V族材料，并且源和漏材料區(qū)108包括摻雜II1-V族材料區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，柵介電層114由諸如但不限于氧化鋁(Al2O3)或氧化鉿(HfO2)的高K材料組成。在一個(gè)實(shí)施例中，柵電極116是金屬柵電極。在一個(gè)實(shí)施例中，量子阱溝道區(qū)106包括II1-V族材料，并且源和漏材料區(qū)108包括摻雜II1-V族材料區(qū)，柵介電層114由諸如但不限于氧化鋁(Al2O3)或氧化鉿(HfO2)的高K材料組成，以及柵電極116是金屬柵電極。
[0021]襯底102可由適合于半導(dǎo)體器件制造的材料組成。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底102是由可包括