[发明专利]悬浮纳米线场效应晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及悬浮纳米线场效应晶体管及其形成方法。

背景技术

集成电路已经从单一的芯片上集成数十个器件发展为集成数百万器件。传统的集成电路的性能和复杂性已经远远超过了最初的想象。为了实现在复杂性和电路密度(在一定芯片面积上所能容纳的器件的数量)方面的提高，器件的特征尺寸，也称为“几何尺寸(geometry)”，随着每一代的集成电路已经越变越小。提高集成电路密度不仅可以提高集成电路的复杂性和性能，而且对于消费者来说也能降低消费。基于对集成电路芯片高密度、高速度、低功耗的需求，集成电路越来越向高密度、高速度、低功耗方向发展。

当集成电路中的场效应晶体管的特征尺寸减小到32nm以下时，传统的场效应晶体管的形成方法已不适应，提出了纳米线场效应晶体管。其中纳米线场效应晶体管是指沟道长度为纳米(nm)数量级的场效应晶体管，实际上，也就是沟道的长度短到与沟道的厚度可相比拟时的场效应晶体管。纳米线场效应晶体管具有高的电流开关比，同时受短沟道效应和漏致势垒降低效应影响较小。

图1～图4为现有技术中形成悬浮纳米线场效应晶体管的立体结构示意图，参考图1～图4，现有技术中，形成悬浮纳米线场效应晶体管的方法包括：

参考图1，提供衬底10，利用热氧化在衬底10上形成氧化硅层(thermal oxide)11，在氧化硅层11上形成栅极12。

参考图2，形成第一介质层13，覆盖所述栅极12和氧化硅层11，通常第一介质层13的材料为氧化硅；在第一介质层13上形成第二介质层14，第二介质层14的材料为氮化硅。在第二介质层14上形成多晶硅层15。

结合参考图2和图3，对所述多晶硅层15进行形成源极151和漏极152的离子掺杂；接着，形成覆盖源极151和漏极152的光刻胶层，以该光刻胶层为掩膜干法刻蚀多晶硅层15，在源极151和漏极152之间形成位于栅极12侧墙位置的纳米沟道153，该纳米沟道153未掺杂。

参考图4，湿法刻蚀去除纳米沟道153和第一介质层13之间的第二介质层14，使纳米沟道153呈悬置状态。

现有技术形成的悬浮纳米线场效应晶体管，当场效应晶体管处于关闭状态时，栅极和源极、漏极之间具有较大的漏电流。

现有技术中，有许多关于纳米场线效应晶体管的专利以及专利申请，例如公开号为US2011315950A1的美国专利申请，然而，均没有解决以上技术问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的悬浮纳米线场效应晶体管，当场效应晶体管处于关闭状态时，栅极和源极、漏极之间具有较大的漏电流。

为解决上述问题，本发明提供一种形成悬浮纳米线场效应晶体管的方法，包括：

提供衬底，所述衬底上形成有栅极；

在所述栅极周围形成第一侧墙和第二侧墙，所述第一侧墙位于第二侧墙和所述栅极之间，且所述第二侧墙的材料为金属；

形成源极和漏极，在垂直所述栅极延伸方向所述源极和漏极横跨所述栅极、第一侧墙、第二侧墙；

在所述第二侧墙裸露在外的表面形成石墨烯层；

去除源极和漏极之间的第二侧墙部分，使源极和漏极之间的石墨烯层部分呈悬浮状态，且所述源极和漏极之间的石墨烯层部分作为纳米沟道。

可选的，所述金属为镍。

可选的，在所述栅极周围形成第一侧墙和第二侧墙的方法包括：

形成介质层，覆盖所述栅极和衬底；

在所述介质层上形成金属层；

对所述金属层和介质层进行干法刻蚀形成第一侧墙和第二侧墙。

可选的，所述介质层为单层结构或叠层结构。

可选的，所述介质层为氧化硅层和氮化硅层的叠层结构，所述氮化硅层位于所述氧化硅层上。

可选的，形成金属层的方法为物理气相沉积或化学气相沉积。

可选的，形成源极和漏极、石墨烯层的方法包括：

在所述第二侧墙裸露在外的表面形成石墨烯层；

形成多晶硅层，覆盖所述衬底、栅极、第一侧墙、第二侧墙和石墨烯层；

图形化所述多晶硅层，形成源极区域和漏极区域；

对所述源极区域和漏极区域进行离子掺杂，形成源极和漏极。

可选的，形成源极和漏极、石墨烯层的方法包括：

形成多晶硅层，覆盖所述衬底、栅极、第一侧墙和第二侧墙；

图形化所述多晶硅层，形成源极区域和漏极区域；

对所述源极区域和漏极区域进行离子掺杂，形成源极和漏极；