[發明專利]半導體器件及其制造方法

在審

• 申請號: 202210084499.3
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114551352A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 江國誠;陳燕銘;鄭嶸健;王志豪;程冠倫
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8234
• 分類號: H01L21/8234;H01L27/088
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

公開了一種半導體結構、半導體器件及其制造方法。一種示例性制造方法包括：在半導體襯底的正面形成第一類型外延層與第二類型外延層的堆疊件；對堆疊進行圖案化以形成鰭狀結構；在鰭狀結構的側壁上沉積介電層；以及使介電層凹陷以暴露鰭狀結構的頂部部分。該凹陷介電層的頂面位于堆疊件的底面上方。該示例性制造方法還包括：在鰭狀結構的頂部部分上方形成柵極結構；從半導體襯底的背面蝕刻半導體襯底；以及穿過溝槽蝕刻至少最底第一類型外延層和最底第二類型外延層。

技術領域

本發明的實施例涉及半導體器件及其制造方法。

背景技術

半導體集成電路(IC)行業經歷了指數式增長。IC材料和設計的技術進步已生產出幾代IC，其中，每一代具有都比上一代更小、更復雜的電路。在IC的發展過程中，功能密度(即每個芯片區互連器件的數量)普遍增加，而其幾何尺寸(即使用制造工藝中可制造的最小元件(或線路))則在減小。這種按比例縮小工藝一般通過提高生產效率和降低相關成本帶來效益。這種按比例縮小也增加了加工和制造IC的復雜度。

例如，隨著IC技術朝著更小的技術節點發展，已經引入了多柵極金屬氧化物半導體場效應晶體管(多柵極MOSFET或多柵極器件)，以通過增加柵極-溝道耦合、減小截止狀態電流和減小短溝道效應(SCE)改進柵極控制。多柵極器件通常是指使柵極結構(也稱為柵極堆疊件)或其一部分設置在溝道區的多個側上方的器件。鰭式場效應晶體管(FinFET)和多橋溝道(MBC)晶體管是多柵極器件的示例，這些器件已成為高性能和低泄漏應用的流行和有希望的候選者。FinFET的高邊溝道在多個側的上方被柵極結構環繞(例如，柵極環繞從襯底延伸的半導體材料“鰭”的頂部和側壁)。MBC晶體管的柵極結構可部分或全部圍繞溝道區延伸，以提供對兩側或更多側溝道區的訪問。由于MBC晶體管的柵極結構圍繞溝道區，因此MBC晶體管也可被稱為環繞柵極晶體管(SGT)或全環繞柵極(GAA)晶體管。

IC芯片不同區或電路不同部分的MBC晶體管具有不同的功能，諸如輸入/輸出(I/O)功能和核心功能。這些不同的功能要求晶體管具有不同的結構。同時，具有類似的工藝和類似的工藝窗口來制造這些不同的晶體管以降低成本和提高產量是有利的。例如，IC芯片可包括用于高性能計算(HPC)單元或中央處理單元(CPU)的高功率區，這需要具有強大電流驅動能力的MBC晶體管來實現高運行速度，并且IC芯片可包括用于I/O或片上系統(SoC)單元的低功率區，這需要具有較小電流驅動能力的MBC晶體管來實現低電容和低泄漏性能。因此，在一個IC芯片中，不同區的MBC晶體管的溝道構件的數量需求可能不同。通常，具有更多溝道構件的MBC晶體管提供更強的電流驅動能力，反之亦然。因此，在IC演進的過程中，如何在一個IC芯片上實現適合不同應用的不同溝道構件的數量是半導體行業面臨的挑戰。同時，具有類似的工藝和類似的工藝窗口來制造這些不同的晶體管以降低成本和提高產量是有利的。因此，盡管現有的半導體器件通常足以滿足其預期目的，但它們并非在所有方面令人滿意。

發明內容

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種制造半導體器件的方法，包括：在半導體襯底的正面形成第一類型外延層與第二類型外延層的堆疊件，第一類型外延層與第二類型外延層具有不同的材料組分，第一類型外延層與第二類型外延層在豎直方向上交替設置；對堆疊件進行圖案化以形成鰭狀結構；在鰭狀結構的側壁上沉積介電層；使介電層凹陷以暴露鰭狀結構的頂部部分，其中，凹陷介電層的頂面位于堆疊件的底面上方；在鰭狀結構的頂部部分上方形成柵極結構；從半導體襯底的背面蝕刻半導體襯底，從而在介電層之間形成溝槽，溝槽暴露堆疊件的底面；以及穿過溝槽蝕刻至少最底第一類型外延層和最底第二類型外延層。