鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，所述方法包括：提供基底，所述基底上具有凸起的鳍部；形成覆盖所述鳍部的黑磷层；在所述鳍部周围的基底上形成隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；在所述黑磷层内形成源区和漏区，在所述源区和漏区之间的黑磷层上形成栅极结构。本发明专利技术的鳍式场效应晶体管形成方法的工艺简单，且所形成的鳍式场效应晶体管的应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管及所述鳍式场效应晶体管的形成方法。
技术介绍
MOS晶体管通过在栅极施加电压，调节通过沟道区域的电流来产生开关信号。但随着半导体器件关键尺寸的缩小，传统的平面式MOS晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管(FinFET)是一种新兴的多栅器件，请参考图1，图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图。所述鳍式场效应晶体管包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸起的鳍部14，所述鳍部14一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到；介质层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部14的侧壁的一部分；栅极结构12，横跨在所述鳍部14上，覆盖所述鳍部14的顶部和侧壁，栅极结构12包括栅介质层和位于栅介质层上的栅电极(未示出)。上述鳍式场效应晶体管通常基于硅材料形成，但随着半导体工艺向更小尺寸的发展，硅材料受限于其自身物理特性，已逐渐达到其性能极限。为了提高晶体管内载流子迁移率，多种新型材料也被用于晶体管的制造以替代传统的硅材料，例如石墨烯、金属硫化物等。但这些材料多处于理论研究阶段，要么难以集成于硅半导体工艺，要么制备工艺复杂，造成晶体管的性能不佳。因此，现有技术采用新型材料形成鳍式晶体管的工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术形成鳍式场效应晶体管的工艺复杂。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，所述方法包括：提供基底，所述基底上具有凸起的鳍部；形成覆盖所述鳍部的黑磷层；在所述鳍部周围的基底上形成隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；在所述黑磷层内形成源区和漏区，在所述源区和漏区之间的黑磷层上形成栅极结构。可选地，所述鳍部的材料为红磷，形成覆盖所述鳍部的黑磷层包括：以锡或者碘化锡作为矿化剂对所述鳍部进行热处理，在所述鳍部上形成黑磷层。可选地，形成覆盖所述鳍部的黑磷层包括：在所述鳍部上外延生长红磷层；对所述红磷层进行热处理，形成黑磷层。可选地，对所述红磷层进行热处理包括：在高压下将所述红磷加热至1000摄氏度；以每小时100摄氏度的速率将所述红磷冷却至600摄氏度。可选地，所述隔离结构的材料为氧化石墨烯。可选地，在所述鳍部周围的基底上形成隔离结构包括：将氧化石墨烯分散在溶剂中形成氧化石墨烯溶液；将所述氧化石墨烯溶液旋涂在所述基底的表面形成氧化石墨烯层。可选地，所述鳍式场效应晶体管的形成方法还包括还原所述氧化石墨烯层，形成还原氧化石墨烯层。可选地，所述鳍式场效应晶体管的形成方法还包括：对所述黑磷层进行减薄处理，使得所述黑磷层的厚度达到预设值。可选地，对所述黑磷层进行减薄处理采用氩气等离子体。可选地，所述鳍式场效应晶体管的形成方法还包括：在所述黑磷层上形成氧化铝钝化层。对应地，本专利技术实施例还提供了采用上述方法形成的鳍式场效应晶体管，所述鳍式场效应晶体管包括：基底，所述基底上具有凸起的鳍部；覆盖所述鳍部的黑磷层；位于所述鳍部周围基底上的隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；位于所述黑磷层内的源区和漏区，以及位于所述源区和漏区之间的黑磷层上的栅极结构。可选地，所述隔离结构的材料为氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯。可选地，所述鳍式场效应晶体管还包括：位于所述黑磷层上的氧化铝钝化层。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下优点：本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，在形成凸出于基底表面的鳍部之后，形成覆盖所述鳍部的黑磷层，在形成隔离结构后，在所述黑磷层中形成源区和漏区，以及在所述源区和漏区之间的黑磷层上形成栅极结构，从而形成了以黑磷为沟道材料的鳍式场效应晶体管，制作工艺简单。进一步地，由于黑磷材料的禁带宽度可调，使得本专利技术实施例的方法形成的鳍式场效应晶体管应用范围广。对应地，本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管也具有上述优点。附图说明图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的结构示意图；图2至图8示出了本专利技术一实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中所形成的中间结构的示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术采用新型材料形成鳍式场效应晶体管的工艺复杂。本专利技术的专利技术人研究了现有技术采用新型材料形成晶体管的方法，例如，采用石墨烯作为沟道材料形成晶体管，需要采用机械剥离的方法制备石墨烯材料，工艺复杂，不适合规模化生产。此外，虽然石墨烯材料具有很高的载流子迁移率，但是与半导体材料相比，其缺乏带隙(bandgap)。所述带隙使得半导体材料中的载流子仅在获得跨越所述带隙的能量时才能够导电，而石墨烯材料缺乏带隙，使得其一直处于导通的状态，而存在较大的漏电流，导致所形成的器件性能不佳。进一步地，本专利技术的专利技术人还研究了黑磷材料，发现黑磷材料具有较高的电子迁移率以及可调的带隙宽度，可以通过调节黑磷材料的厚度对带隙宽度进行调节，从而使得黑磷材料在晶体管制备方面具有较大的潜力。例如，由于黑磷为直接带隙材料且带隙可调，由黑磷材料制成的晶体管可以吸收从可见光到红外光的多种波长的光线，可应用于光电转换领域或者光电路(opticalcircuit)中。基于以上研究，本专利技术实施例提供了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，所述方法在形成凸出于基底表面的鳍部之后，再形成覆盖所述鳍部的黑磷层，后续形成隔离结构、源区和漏区后，在源区和漏区之间的黑磷层上形成栅极结构，从而形成以黑磷材料作为沟道材料的鳍式场效应晶体管。本专利技术的鳍式场效应晶体管形成方法的工艺简单；进一步地，由于黑磷材料的禁带宽度可调，使得本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管应用范围广。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，提供这些附图的目的是有助于理解本专利技术的实施例，而不应解释为对本专利技术的不当的限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。首先，参考图2和图3，其中图3是图2沿AA1方向剖视图，提供基底200，所述基底上具有凸起的鳍部210。本实施例中，所述基底200为红磷晶圆。所述红磷晶圆通常用于功率器件的制备中，可以通过商业途径获取。所述鳍部210通过对所述基底200的刻蚀后形成，因此，所述鳍部210的材料也为红磷。在另外一些实施例中，所述基底200也可以为其他的半导体材料，例如硅、锗、III-V族化合物等，或者也可以为绝缘材料，例如，玻璃或者蓝宝石等。通过在所述基底200上沉积或者外延红磷材料后进行刻蚀，也可以形成红磷材料的鳍部210。在另外一些实施例中，所述基底200为非红磷的半导体材料或者绝缘材料，通过对所述基底200的刻蚀形成所述鳍部210，所述鳍部210也为对应的半导体材料或者绝缘材料。例如，所述基底200和所述鳍部210的材料均为硅。通过刻蚀工艺形成凸出于所述基底200表面的鳍部210的工艺可以参考现有工艺，此处不再赘述。接着，参考图4，形成覆盖所述鳍部210的黑磷层220。本实施例中，所述鳍部210的材料为红磷，以锡(Sn)和/或碘化锡(SnI4)为矿化剂(mineralizationadditive)对所述鳍部210进行热处理，基于短程输运反应(shortwaytransport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，包括：提供基底，所述基底上具有凸起的鳍部；形成覆盖所述鳍部的黑磷层；在所述鳍部周围的基底上形成隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；在所述黑磷层内形成源区和漏区，在所述源区和漏区之间的黑磷层上形成栅极结构。

【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，包括：提供基底，所述基底上具有凸起的鳍部；形成覆盖所述鳍部的黑磷层；在所述鳍部周围的基底上形成隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；在所述黑磷层内形成源区和漏区，在所述源区和漏区之间的黑磷层上形成栅极结构。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，所述鳍部的材料为红磷，形成覆盖所述鳍部的黑磷层包括：以锡或者碘化锡作为矿化剂对所述鳍部进行热处理，在所述鳍部上形成黑磷层。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，形成覆盖所述鳍部的黑磷层包括：在所述鳍部上外延生长红磷层；对所述红磷层进行热处理，形成黑磷层。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，对所述红磷层进行热处理包括：在高压下将所述红磷加热至1000摄氏度；以每小时100摄氏度的速率将所述红磷冷却至600摄氏度。5.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，所述隔离结构的材料为氧化石墨烯。6.如权利要求5所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，在所述鳍部周围的基底上形成隔离结构包括：将氧化石...

【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，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31