[发明专利]一种半导体场效应晶体管结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种鳍型场效应晶体管的制备方法。

背景技术

随着集成电路产业按照Moore定律持续向前发展，CMOS器件的特征尺寸持续缩小，平面体硅CMOS结构器件遇到了严峻的挑战。为了克服这些问题，各种新结构器件应运而生。在众多新结构器件中，鳍型场效应晶体管(FinFET)被认为是最有可能替代平面体硅CMOS器件的新结构器件之一，成为国际研究的热点。

大部分FinFET结构器件主要制备在SOI衬底上，工艺较体硅衬底而言较为简单。但是SOI FinFET存在制备成本高，散热性差，有浮体效应，与CMOS工艺兼容性差等缺点。尤其是浮体效应对器件的性能有较大的影响。浮体效应主要包括：Kink效应、寄生双极晶体管效应、瞬态浮体效应、磁滞效应等。浮体效应会导致器件增益降低，噪声过冲，器件工作不稳定，使源漏击穿电压减小等一系列问题。另外，SOI FinFET器件由于BOX的存在还会降低器件的散热性能，引起自加热效应，使得迁移率、阈值电压、碰撞离化、泄漏电流、亚阈值斜率等受到温度的影响。

为了克服以上问题，推动FinFET结构器件尽快获得应用，需要进一步开展这方面的研究工作。这对于FinFET结构器件的应用以及半导体产业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的第一方面是一种半导体场效应晶体管结构，包括：鳍片，该鳍片位于埋层隔离介质层上，同时鳍片的沟道区域底部通过体接触与衬底相连；隔离介质层，该隔离介质层将鳍片除通过体接触与衬底相连的沟道区域之外的区域与衬底隔离开；体接触，该体接触将至少所述鳍片的所述沟道区域的一部分与衬底形成直接的物理和电学接触；栅电极，栅电极的方向与鳍片的方向垂直，鳍片与栅电极相交的区域形成沟道；栅电极与鳍片之间存在栅介质；源漏区域，位于沟道区域及栅电极的两侧。

本发明的第二方面是一种制备方法，包括：形成具有体接触孔的绝缘体上硅(SOI)结构的半导体衬底；在所述绝缘体上硅(SOI)结构的半导体衬底上形成鳍片；在所述鳍片顶部和侧面形成栅堆叠结构；在所述栅堆叠结构两侧的鳍片中形成源/漏结构；金属化。

为了实现上述目的，本发明的主要步骤包括：形成具有体接触孔的绝缘体上硅(SOI)结构的半导体衬底；在所述绝缘体上硅(SOI)结构的半导体衬底上形成鳍片；在所述鳍片顶部和侧面形成栅堆叠结构；在所述栅堆叠结构两侧的鳍片中形成源/漏结构；金属化。

优选地，形成具有体接触孔的绝缘体上硅(SOI)结构的半导体衬底的步骤包括：在半导体衬底上形成介质层；光刻、刻蚀所述介质层形成介质层岛及体接触孔；在半导体衬底上形成一层非晶硅材料；将非晶硅材料转变为单晶材料并进行化学机械抛光(CMP)形成具有体接触孔的绝缘体上硅(SOI)结构半导体衬底。

优选地，所述介质层包括SiO₂、TEOS、LTO或Si₃N₄，厚度为20-100nm。

优选地，在半导体衬底上形成一层非晶硅材料步骤中，所述非晶硅材料的形成可以采用低压化学气相淀积(LPCVD)、离子束溅射等方法；所述非晶硅材料的厚度为200nm-1000nm。

优选地，所述将非晶硅材料转变为单晶材料并进行化学机械抛光(CMP)形成具有体接触孔的绝缘体上硅(SOI)结构半导体衬底的步骤中，可以采用横向固相外延(LSPE)技术、激光再结晶法、卤素灯或条形加热器再结晶等方法将非晶硅材料转变为单晶材料。

优选地，所述在所述绝缘体上硅(SOI)结构的半导体衬底上形成鳍片的步骤包括：电子束曝光正性抗蚀剂并刻蚀所述局部埋层隔离介质层上方的硅衬底至埋层隔离介质层以嵌入所述半导体衬底形成至少两个凹槽，所述凹槽之间形成鳍片。

优选地，所述鳍片的厚度为10-60nm；

优选地，所述在所述鳍片顶部和侧面形成栅堆叠结构的步骤包括：在鳍片的顶部和侧面形成栅介质层和栅电极材料；光刻、刻蚀形成栅电极堆叠结构；

优选地，在所述栅堆叠结构两侧的鳍片中形成源/漏结构之前，所述方法进一步包括：在鳍片的两侧形成一次侧墙；进行倾角离子注入，以在所述鳍片中形成源/漏延伸区；或进行倾角离子注入，以在所述鳍片中形成晕环注入区。

优选地，所述在栅堆叠结构两侧的鳍片中形成源/漏结构步骤包括：在鳍片的两侧形成二次侧墙；离子注入形成源漏掺杂；形成源漏硅化物。

优选地，所述半导体衬底为体硅衬底。

从上述技术方案可以看出，本发明有以下有益效果：