鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，所述鳍式场效应晶体管的形成方法包括：提供衬底，所述衬底表面具有鳍部，所述鳍部表面的材料为晶态材料；在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于鳍部顶部，且所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，所述隔离层为非晶态材料；在所述隔离层表面和鳍部的侧壁和顶部表面形成沟道层，所述沟道层的材料为拓扑绝缘材料；在所述沟道层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成横跨所述鳍部的栅极层。能够防止所形成的鳍式场效应晶体管产生短沟道效应、以及漏电流，提高鳍式场效应晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高的集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，平面晶体管的栅极尺寸也越来越短，传统的平面晶体管对沟道电流的控制能力变弱，产生短沟道效应，产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。为了克服晶体管的短沟道效应，抑制漏电流，现有技术提出了鳍式场效应晶体管(FinFET)。鳍式场效应晶体管是一种常见的多栅器件。如图1所示，是一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图，包括：半导体衬底100；位于半导体衬底100表面的鳍部101；位于半导体衬底100表面的介质层102，所述介质层102覆盖部分所述鳍部101的侧壁，且介质层102表面低于鳍部101顶部；位于介质层102表面、以及鳍部101的顶部和侧壁表面的栅极结构103；位于所述栅极结构103两侧的鳍部101内的源区104a和漏区104b。然而，随着半导体器件尺寸的缩小，鳍式场效应晶体管的性能变差，需要寻求进一步提高鳍式场效应晶体管性能的方法。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，防止鳍式场效应晶体管产生短沟道效应、以及漏电流，提高鳍式场效应晶体管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面具有鳍部，所述鳍部表面的材料为晶态材料；在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于鳍部顶部，且所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，所述隔离层的材料为非晶态材料；在所述隔离层表面和鳍部的侧壁和顶部表面形成沟道层，所述沟道层的材料为拓扑绝缘材料；在所述沟道层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成横跨所述鳍部的栅极层。可选的，所述拓扑绝缘材料为Bi2Te3、Bi2Se3或Sb2Te3。可选的，所述沟道层的形成工艺包括两次外延工艺。可选的，所述两次外延沉积工艺均为分子束外延工艺。可选的，所述两次外延工艺包括：第一次外延工艺，所述第一次外延工艺具有第一工艺温度；在所述第一次外延工艺之后，进行第二次外延工艺，所述第二次外延工艺具有第二工艺温度，且所述第二工艺温度高于所述第一工艺温度。可选的，所述鳍部表面的材料为氧化铝、硅或氧化硅。可选的，所述鳍部表面的材料为氧化铝，所述鳍部顶部表面的氧化铝具有(0001)晶面。可选的，所述栅介质层的材料包括高K介质材料。可选的，所述高K介质材料包括：氧化铝、氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧化镧铝、氧化锆、氧化锆硅、氮氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化钇、氧化铅钪钽、铌酸铅锌中的一种或多种组合。可选的，所述栅介质层的材料还包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。可选的，所述栅极层的材料为多晶硅。可选的，还包括：在所述栅介质层表面形成介质层，所述介质层的表面与所述栅极层的表面齐平；去除所述栅极层，在所述介质层内形成开口；在所述开口内形成栅极。可选的，所述栅极的材料包括金属，所述金属为钨、钛、钽、钌、锆、钴、铜、铝、铅、铂、锡、银、金中的一种或多种。可选的，所述栅极的材料还包括金属化合物，所述金属化合物为氮化钛、氮化钽、硅化钨、氮化钨、氧化钌、硅化钴、硅化镍中的一种或多种。可选的，所述栅极的材料为碳纳米管材料或导电碳材料。可选的，所述栅极内具有掺杂离子。可选的，所述鳍部的形成工艺包括：提供基底；在所述基底表面形成掩膜层，所述掩膜层覆盖需要形成鳍部的对应区域；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述基底，在所述基底内形成沟槽，相邻沟槽之间的基底形成鳍部，位于所述鳍部底部的基底形成衬底；在刻蚀所述基底之后，去除所述掩膜层。可选的，所述隔离层的材料为氧化硅；所述隔离层的形成工艺包括：在所述衬底和鳍部表面形成隔离膜；平坦化所述隔离膜，直至暴露出鳍部的顶部表面为止；在平坦化工艺之后，回刻蚀所述隔离膜，并暴露出所述鳍部的部分侧壁表面，形成隔离层。可选的，还包括：在形成所述栅极层之后，在所述栅极层两侧的鳍部表面形成源区和漏区。相应的，本专利技术还提供一种采用上述任一项方法所形成的鳍式场效应晶体管，包括：衬底，所述衬底表面具有鳍部，所述鳍部表面的材料为晶态材料；位于所述衬底表面的隔离层，所述隔离层的表面低于鳍部顶部，且所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，所述隔离层为非晶态材料；位于所述隔离层表面和鳍部的侧壁和顶部表面的沟道层，所述沟道层的材料为拓扑绝缘材料；位于所述沟道层表面的栅介质层；位于所述栅介质层表面的栅极层，所述栅极层横跨所述鳍部。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的形成方法中，在隔离层和鳍部表面形成沟道层，而所述沟道层用于形成鳍式场效应晶体管的沟道区。所述沟道层的材料为拓扑绝缘材料，所述拓扑绝缘材料的表面是无能带间隙的金属态，能够导电，而所述拓扑绝缘材料的内部是有能带间隙的绝缘体，因此，以所述拓扑绝缘材料形成沟道层时，能够以所述沟道层与栅介质层相接触的表面作为允许载流子迁移的晶体管沟道，而且，由于所述拓扑绝缘材料仅允许载流子在表面迁移，因此，所述晶体管沟道的厚度极薄，能够有效地抑制短沟道效应、防止漏电流的产生，保证了所形成的鳍式场效应晶体管的性能更为稳定。而且，所述拓扑绝缘材料表面的导电能力不受表面具体结构形貌的影响，也不受杂质影响，因此，所述沟道层的导电能力稳定，有利于使所形成的鳍式场效应晶体管的性能保持稳定。此外，由于所述鳍部表面的材料为晶态材料，因此在所述鳍部的侧壁和顶部表面形成的沟道层也能够具有良好的晶态结构，使得所形成的沟道层表面呈良好的金属态，则位于鳍部的侧壁和顶部表面的沟道层表面导电能力稳定。由于所述隔离层为非晶态材料，使得形成于所述隔离层表面的沟道层的晶格状态杂乱，造成隔离层表面沟道层表面的无法形成良好的金属态，则隔离层表面的沟道层导电能力较差。由于所述鳍部表面的沟道层用于形成晶体管的沟道区，而隔离层表面的沟道层需要具有电隔离的能力，因此在所述隔离层和鳍部表面形成沟道层，既能够保证所形成的沟道区的性能，又能够保证相邻鳍部之间的沟道层能够电隔离。因此，能够避免所形成的鳍式场效应晶体管之间发生漏电，保证所形成的鳍式场效应晶体管的性能稳定。进一步，所述沟道层的形成工艺包括两次外延工艺。在所述两次外延工<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，提供衬底，所述衬底表面具有鳍部，所述鳍部表面的材料为晶态材料；在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于鳍部顶部，且所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，所述隔离层的材料为非晶态材料；在所述隔离层表面和鳍部的侧壁和顶部表面形成沟道层，所述沟道层的材料为拓扑绝缘材料；在所述沟道层表面形成栅介质层；在所述栅介质层表面形成横跨所述鳍部的栅极层。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，
提供衬底，所述衬底表面具有鳍部，所述鳍部表面的材料为晶态材料；
在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于鳍部顶部，且所述
隔离层覆盖部分鳍部的侧壁，所述隔离层的材料为非晶态材料；
在所述隔离层表面和鳍部的侧壁和顶部表面形成沟道层，所述沟道层的
材料为拓扑绝缘材料；
在所述沟道层表面形成栅介质层；
在所述栅介质层表面形成横跨所述鳍部的栅极层。
2.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述拓
扑绝缘材料为Bi2Te3、Bi2Se3或Sb2Te3。
3.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述沟
道层的形成工艺包括两次外延工艺。
4.如权利要求3所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述两
次外延沉积工艺均为分子束外延工艺。
5.如权利要求3所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述两
次外延工艺包括：第一次外延工艺，所述第一次外延工艺具有第一工艺温
度；在所述第一次外延工艺之后，进行第二次外延工艺，所述第二次外延
工艺具有第二工艺温度，且所述第二工艺温度高于所述第一工艺温度。
6.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍
部表面的材料为氧化铝、硅或氧化硅。
7.如权利要求6所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍
部表面的材料为氧化铝，所述鳍部顶部表面的氧化铝具有(0001)晶面。
8.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述栅
介质层的材料包括高K介质材料。
9.如权利要求8所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述高
K介质材料包括：氧化铝、氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧

\t化镧铝、氧化锆、氧化锆硅、氮氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、氧化钡锶钛、
氧化钡钛、氧化锶钛、氧化钇、氧化铅钪钽、铌酸铅锌中的一种或多种组
合。
10.如权利要求8所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述栅
介质层的材料还包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种。
11.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述栅
极层的材料为多晶硅。
12.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31