一种场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种场效应晶体管及其制备方法，该方法包括提供半导体衬底，在半导体衬底上形成凸起的条状结构，凸起的条状结构包括作为沟道区域的第一部分以及自所述第一部分的两端向两侧延伸的第二部分和第三部分；在形成凸起的条状结构的半导体衬底上保形沉积无定型材料形成熔覆层；对熔覆层进行结晶退火以形成包覆第二部分和第三部分的有源区涂层。本发明专利技术通过保形沉积在凸起的条状结构上形成无定型材料层，然后通过结晶退火使得无定型材料层结晶形成包覆凸起的条状结构的有源层。本发明专利技术的场效应晶体管，载流子迁移率大大提高。凸起的条状结构以及环绕式栅极增加了栅极对沟道的控制面积，提高了整个器件的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及场效应晶体管
，具体地涉及一种场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
在集成电路中，低功率高运行性能的场效应晶体管通常具有如下特点：(1)具有高迁移率的半导体衬底；(2)越来越大的沟道宽度及越来越小的沟道长度；(3)具有大电容Ci的栅极绝缘层；(4)减少有源区沟道和栅极绝缘层界面处的界面陷阱；(5)减小电极和半导体层之间的接触电阻。近年来了，场效应晶体管结构发生了从平面型到鳍型或纳米线等3D结构的显著变化，并且人们越来越倾向于形成环绕栅(Gate-All-Around，GAA)结构以及采用具有高迁移率的材料作为有源层，例如采用SiGe、Ge、GaAs等材料。对于鳍型场效应晶体管(finFET)或纳米线场效应晶体管，通常采用外延生长法形成有源层，由于晶体取向的生长率分化现象，外延生长法通常在鳍或纳米线外层形成具有类似钻状轮廓的多面体有源层，无法形成保形有源层。多面体有源层相较于保形有源层在电学性能上存在差异。
技术实现思路
鉴于现有技术中形成的多面体有源层在电学性能上的不足，本专利技术提供一种场效应晶体管及其制备方法，通过本专利技术的方法在上述器件中形成保形有源层，从而提高器件的整体电学性能。根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种场效应晶体管制备方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成凸起的条状结构，所述凸起的条状结构包括作为沟道区域的第一部分以及自所述第一部分的两端向两侧延伸的第二部分和第三部分；r>在形成所述半导体衬底的表面以及所述凸起的条状结构的所述第二部分和第三部分上保形沉积无定型材料形成熔覆层；对所述熔覆层进行结晶退火以形成包覆所述第二部分和所述第三部分的保形有源区涂层。可选地，所述凸起的条状结构包括鳍或者纳米线。可选地，在沉积所述无定型材料之前，还包括在所述沟道区域的外侧形成栅极结构，所述栅极结构围绕所述沟道区域形成环绕式栅极结构。可选地，所述结晶退火包括微波退火。可选地，所述结晶退火的退火温度介于450℃～750℃，退火时间大于等于1小时。可选地，通过热沉积方法沉积所述无定型材料，所述无定型材料的厚度介于2～4nm。可选地，所述无定型材料包括Si、SiGe、Ge、GaAs或者其中的两种或多种的组合。可选地，还包括：去除所述结晶过程中所述无定型材料在所述半导体衬底表面上形成的多晶颗粒。可选地，采用稀释的氢氟酸湿式腐蚀法去除所述半导体衬底表面上形成的多晶颗粒。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种场效应晶体管，包括：半导体衬底，所述半导体衬底上形成有凸起的条状结构，所述凸起的条状结构包括作为沟道区域的第一部分以及自所述沟道区域的两端向两侧延伸的第二部分和第三部分；栅极结构，形成在所述第一部分的外侧；有源区，位于所述第二部分和所述第三部分的外侧，并且保形包覆所述第二部分和所述第三部分；其中，所述有源区包括由保形沉积的无定型材料经结晶形成的有源区涂层。可选地，所述凸起的条状结构包括形成在所述半导体衬底上的鳍或者纳米线。可选地，所述栅极结构围绕所述沟道区域形成环绕式栅极结构。可选地，所述无定型材料包括Si、SiGe或Ge、GaAs或者其中的两种或多种的组合。如上所述，本专利技术的场效应晶体管及其制备方法具有如下技术效果：本专利技术方法通过保形沉积在凸起的条状结构上形成无定型材料层，然后通过结晶退火使得所述无定型材料结晶形成包覆凸起的条状结构的有源层。如上形成的保形有源层具有更好的电学性能。并且无定型材料的沉积通过常用的沉积方法便可实现，通过控制结晶退火的温度和时间，实现有源层的形成。本专利技术的方法同时包括去除绝缘体表面上的多晶颗粒的步骤，这样不会产生影响后续过程或整个器件的性能的异物，保证了器件的良率及使用性能。本专利技术的场效应晶体管均包括保形有源区涂层，载流子迁移率大大提高。另外，凸起的条状结构以及环绕式栅极等立体结构增加了栅极极对沟道的控制面积，使得栅控能力大大增强，从而可以有效抑制短沟效应，减小漏电流。由此提高了整个器件的电学性能。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1显示为现有技术中通过外延生长得到的有源层的结构示意图。图2显示为本专利技术实施例一提供场效应晶体管制备方法的流程图。图3显示为实施例一中在半导体衬底上形成鳍的结构示意图。图4显示为图3所示结构的立体结构示意图。图5显示为在图4所示结构上沉积栅极氧化物形成的结构的立体结构示意图。图6显示为实施例一中沉积无定型材料得到的结构示意图。图7显示为图5所示的无定形材料经结晶退火后得到的有源层的结构示意图。图8显示为图5所示的无定形材料结晶退火过程中在衬底表面上形成的多晶颗粒的示意图。图9显示为由实施例一的方法制得的场效应晶体管及实施例二提供的场效应晶体管的结构示意图。图10显示为实施例三中在半导体衬底上形成纳米线结构的结构示意图。图11显示为由实施例三的方法制得的场效应晶体管及实施例四提供的场效应晶体管的结构示意图。附图标记10半导体衬底100硅衬底101掩埋氧化物102鳍1021鳍的第一部分1022鳍的第二部分1023鳍的第三部分103无定形材料104SiGe合金105源极接触106漏极接触107栅极结构1071栅极氧化物1072金属栅极108间隔件20半导体衬底200硅衬底201掩埋氧化物202纳米线结构2021纳米线结构的第一部分2022纳米线结构的第二部分2023纳米线结构的第三部分204SiGe合金205源极接触206漏极接触207栅极结构2072金属栅极208间隔件具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。随着半导体器件尤其场效应晶体管的小型化，对半导体性能的要求也越来越高。因此，近年来，逐渐出现3D立体结构的场效应晶体管，例如具有鳍或纳米线结构的场效应晶体管。这类晶体管的有源层通常由外延生长法形成，如图1所示，由于晶体取向的生长率分化现象，外延生长法形成的有源区通常是不规则的形状，例如图1所示的多面体形。这样的有源区在电学性能方面存在不足。为解决现有技术中上述有源层及其形成方法的不足，本专利技术提供了finFET、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场效应晶体管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成凸起的条状结构，所述凸起的条状结构包括作为沟道区域的第一部分以及自所述第一部分的两端向两侧延伸的第二部分和第三部分；/n在形成所述半导体衬底的表面以及所述凸起的条状结构的所述第二部分和第三部分上保形沉积无定型材料形成熔覆层；/n对所述熔覆层进行结晶退火以形成包覆所述第二部分和所述第三部分的保形有源区涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种场效应晶体管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成凸起的条状结构，所述凸起的条状结构包括作为沟道区域的第一部分以及自所述第一部分的两端向两侧延伸的第二部分和第三部分；
在形成所述半导体衬底的表面以及所述凸起的条状结构的所述第二部分和第三部分上保形沉积无定型材料形成熔覆层；
对所述熔覆层进行结晶退火以形成包覆所述第二部分和所述第三部分的保形有源区涂层。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凸起的条状结构包括鳍或者纳米线。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在沉积所述无定型材料之前，在所述条状凸起结构作为所述沟道区域的所述第一部分的外侧形成栅极氧化物；
沉积所述无定型材料之后，在所述栅极氧化层的外侧形成栅电极，从而形成栅极结构；
所述栅极结构围绕所述沟道区域形成环绕式栅极结构。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述结晶退火包括微波退火。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述结晶退火的退火温度介于450℃～750℃，退火时间大于等于1小时。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过热沉积方法沉积所述无定型材料，所述无定型材料的厚度介于2～4nm。


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【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：芯恩青岛集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37