[发明专利]含锗鳍与化合物半导体鳍的集成

说明书

本发明提供含锗鳍与化合物半导体鳍的集成。在绝缘体层上形成含锗层和电介质帽层的叠层。该叠层被图案化以形成含锗半导体鳍和其上具有电介质帽结构的含锗芯结构。电介质掩蔽层被沉积和图案化以掩蔽含锗半导体鳍，同时使所述含锗芯结构的侧壁物理暴露。通过选择性外延化合物半导体材料，在每个含锗芯结构的周围形成环形化合物半导体鳍。每个含锗芯的中心部可被去除以使所述环形化合物半导体鳍的内侧壁物理暴露。可在所述环形化合物半导体鳍的物理暴露表面上形成高迁移率化合物半导体层。电介质掩蔽层和鳍帽电介质可被去除以提供含锗半导体鳍和化合物半导体鳍。

技术领域

本公开涉及半导体结构，具体地，涉及包括化合物半导体鳍的半导体结构及其制造方法。

背景技术

finFET是包括位于半导体鳍(fin)中的沟道的场效应晶体管，所述鳍具有大于宽度的高度。finFET采用半导体鳍的垂直表面以在不增加器件物理布局面积的情况下有效地增加器件面积。如果鳍的横向宽度足够薄，则基于鳍的器件与全耗尽模式操作兼容。由于这些原因，可在高级半导体芯片中采用基于鳍的器件以提供高性能器件。

含锗半导体材料和化合物半导体材料在器件性能的不同方面提供独特的优点。然而，含锗半导体鳍和化合物半导体鳍在硅衬底上的形成已成为一项挑战，这是因为锗和化合物半导体材料相对于硅具有大的晶格失配。

公开内容

在绝缘体层上形成含锗层和电介质帽(cap)层的叠层。该叠层被图案化(pattern)以形成含锗半导体鳍和其上具有电介质帽结构的含锗芯 (mandrel)结构。电介质掩蔽层被沉积和图案化以掩蔽含锗半导体鳍，同时使所述含锗芯结构的侧壁物理暴露。通过选择性外延化合物半导体材料，在每个含锗芯结构的周围形成环形化合物半导体鳍。每个含锗芯的中心部可被去除以使所述环形化合物半导体鳍的内侧壁物理暴露。可采用所述含锗芯结构的剩余部分作为锚定(anchor)结构，该锚定结构提供对所述绝缘体层的粘附。可在所述环形化合物半导体鳍的物理暴露表面上形成高迁移率化合物半导体层。电介质掩蔽层和鳍帽电介质可被去除以提供含锗半导体鳍和化合物半导体鳍。

根据本公开的一方面，一种半导体结构包括：环形化合物半导体鳍，其包含化合物半导体材料并且位于绝缘体层上；以及含锗半导体材料部的对，其与所述环形化合物半导体鳍的侧壁接触。

根据本公开的另一方面，提供一种形成半导体结构的方法。在绝缘体层上形成含锗芯结构。通过化合物半导体材料的选择性外延，在所述含锗芯结构周围形成包含化合物半导体材料的环形化合物半导体鳍。去除所述含锗芯结构的一部分。所述含锗芯结构的剩余部分构成与所述环形化合物半导体鳍的侧壁接触的含锗半导体材料部的对。

附图说明

图1A是根据本公开的实施例在包括含锗半导体层的绝缘体上半导体 (SOI)衬底上形成电介质帽层之后，示例性半导体结构的自顶向下视图。

图1B是示例性半导体结构沿图1A的垂直平面B–B’的垂直截面图。

图2A是根据本公开的实施例在形成含锗半导体鳍和电介质鳍帽的叠层以及含锗半导体部和电介质材料部的叠层之后，示例性半导体结构的自顶向下视图。

图2B是示例性半导体结构沿图2A的垂直平面B–B’的垂直截面图。

图3A是根据本公开的实施例在形成电介质材料层之后，示例性半导体结构的自顶向下视图。

图3B是示例性半导体结构沿图3A的垂直平面B–B’的垂直截面图。

图4A是根据本公开的实施例在形成有机平面化层(OPL)、抗反射涂层(ARC)和光致抗蚀剂层并且对光致抗蚀剂层进行光刻图案化之后，示例性半导体结构的自顶向下视图。

图4B是示例性半导体结构沿图4A的垂直平面B–B’的垂直截面图。