[发明专利]具有相容电介质层的有源区域

说明书

技术领域

本发明属于半导体结构领域。

背景技术

在过去数十年，利用掺杂晶体硅作为有源区域(如沟道区域)并 利用非晶二氧化硅作为电介质区域(如栅极电介质层)而制造了诸如 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS-FET)的半导体器件。硅/二 氧化硅配对的妙处在于，可以经由在有氧的情况下加热晶体硅衬底而 直接在晶体硅衬底的表面上形成二氧化硅。此工艺很好控制，并且可 以可靠地提供薄至2-3个单层厚的二氧化硅薄膜。

但是，为了实现越来越快速的半导体器件，希望利用晶体硅以外 的沟道材料。要注意一点，很少有其它半导体材料(如果有)能形成 象晶体硅/二氧化硅配对那样相容的表面非晶氧化物层。这使得利用硅 以外的沟道材料相当令人气馁。因此，本文描述一种形成具有相容的 电介质层的有源区域的方法和所得结构。

附图说明

图1A-B示出表示根据本发明的一个实施例包含具有相容的电介 质层的有源区域的半导体结构的横截面图。

图2A-N示出表示根据本发明的一个实施例包含具有相容的电介 质层的有源区域的平面MOS-FET的形成的横截面图。

图3A-C示出表示根据本发明的一个实施例包含具有相容的电介 质层的有源区域的三栅极MOS-FET的形成的横截面图。

具体实施方式

描述半导体器件的制造方法和所得器件。在以下描述中，阐述了 众多具体细节，如具体的尺寸和化学法，以便充分理解本发明。本领 域的技术人员将明白，在没有这些具体细节的情况下，也可实现本发 明。在其它情况下，没有详细描述诸如图案化步骤或湿化学清洗的熟 知的处理步骤，以免不必要地使本发明晦涩难懂。此外，将明白，图 中示出的各个实施例只是说明性的表示，而不一定按比例绘制。

本文公开包含具有相容的电介质层的有源区域的半导体结构及 其形成方法。经由在氧化工艺中消耗半导体衬底的上表面来使氧化物 可控地热生长或自然生长，可提供可靠的电介质层。但是，希望在保 留可靠电介质层的同时，还希望用不同的半导体材料来取代半导体衬 底中直接位于可靠电介质层下方的那部分。这样在随后用不同的半导 体材料来取代半导体衬底中直接位于电介质层下方的那一部分可使 得能够形成具有可靠的电介质层的新的有源区域。因此，可形成这样 的结构，其中直接在不同的第二半导体材料上保留包含第一半导体材 料的氧化物的电介质层。在第二半导体材料的氧化物的特性比第一半 导体材料的氧化物的特性差、但仍希望加入第二半导体材料的情况 中，这种方法和所得结构尤其有益。此外，可以用第三半导体材料来 取代第二半导体材料的一部分，以便赋予第二半导体材料的晶格结构 单轴应变。加入最佳的半导体材料来形成有源区域以及对该有源区域 施加单轴应变这两者的组合可使半导体器件的沟道区域中的电荷载 流子迁移率增大。因此，可实现高性能半导体器件的优化。

经由氧化工艺来可控地消耗半导体衬底的上表面可在该衬底的 表面上提供可靠(即，厚度均匀且成分一致)的电介质层。例如，在 晶体硅衬底的表面上热或自然生长二氧化硅可提供薄至3-10埃(即， 1-3个单层)的可靠电介质层。所得氧化物层可用作半导体器件中的 栅极电介质层或其组件。根据本发明的一个实施例，通过在有诸如 O₂、H₂O或O₃的氧化剂的情况下加热晶体硅衬底来在晶体硅衬底的 表面上形成二氧化硅层。根据本发明的一个备选实施例，在原子层沉 积(ALD)腔室中将晶体硅衬底暴露至水脉冲后形成自然的二氧化硅 层。可通过直接在自然的二氧化硅层上方沉积高K电介质材料层来形 成双层电介质层。