[发明专利]一种环栅结构场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体设计领域，尤其涉及一种环栅结构场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

早期的集成电路基本都是基于传统的平面型晶体管结构，所谓的平面型晶体管是指金属氧化物半导体场效应晶体管的源极、漏极、栅极和沟道的横截面处于同一平面上的晶体管。虽然平面型晶体管技术发展至今已经相当的成熟，成本也日趋低廉，但随着半导体器件特征尺寸按摩尔定律等比缩小，芯片集成度不断提高，短沟效应对性能影响严重，尤其是特征尺寸的缩小导致沟道效应显著增大，导致器件关态电流急剧增加。

为了延续摩尔定律的有效性，研究人员开发出了很多能够改善传统晶体管性能的技术，新的器件结构如双栅器件，FINFET(Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效应晶体管)等以及其制备方法在近年被广泛研究。其中，环栅结构场效应晶体管因为栅控能力更强，在抑止短沟效应，提高电流控制等方面的优越能力得到非常大的发展，而且环栅结构晶体管有比SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)更好的抗辐照效果，与硅工艺兼容，便于集成。但是随着半导体器件特征尺寸减小，出现半导体器件因为短沟效应对半导体的工作性能造成影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种环栅结构场效应晶体管及其制备方法，旨在解决随着半导体器件特征尺寸减小，出现半导体器件因为短沟效应对半导体的工作性能造成影响的问题。

本发明是这样实现的，一种环栅结构场效应晶体管，包括衬底、沉积在所述衬底上的二氧化硅层、分别沉积在所述二氧化硅层上的栅极、源极和漏极，所述栅极包括有源层、包围所述有源层的绝缘层及包围所述绝缘层的金属层，所述绝缘层采用高介电常数电介质材料。

进一步地，所述高介电常数电介质材料包括HfO₂、Si₃N₄、SiON、TiO₂、Al₂O₃、HfAlO、ZrO₂、LaAlO₃、WS₂中的一种。

进一步地，所述有源层采用二维半导体材料。

进一步地，所述二维半导体材料为MoS₂。

进一步地，所述金属层为TiN层或TaN层。

本发明还提供了一种环栅结构场效应晶体管的制备方法，包括：

在衬底上沉积预置厚度的二氧化硅层，在所述二氧化硅层上沉积预置厚度的第一金属层，并将栅极之外的所述第一金属层刻蚀掉，得到第一预置尺寸的金属片；

在所述二氧化硅层上生长第一高介电常数电介质层，在所述第一高介电常数电介质层上制备二维半导体薄膜，将沟道以外区域的二维半导体薄膜刻蚀掉，得到预置尺寸的二维半导体片；

在所述二维半导体片上生长第二高介电常数电介质层，将环栅以外的第二高介电常数电介质层刻蚀掉，露出所述金属片；

在所述金属片上生成预置厚度的第二金属层，以得到所述环栅结构场效应晶体管。

进一步地，所述在所述二氧化硅层上沉积预置厚度的第一金属层包括：

在所述二氧化硅层上用磁控溅射生长厚度为5～50nm的第一金属层。

进一步地，所述将栅极之外的所述第一金属层刻蚀掉包括：

利用湿法刻蚀或干法刻蚀将栅极之外的所述第一金属层刻蚀掉。

进一步地，所述第一金属层和所述第二金属层TiN层或TaN层，所述二维半导体薄膜为MoS₂薄膜。

进一步地，所述第一高介电常数电介质层和所述第二高介电常数电介质层为HfO₂、Si₃N₄、SiON、TiO₂、Al₂O₃、HfAlO、ZrO₂、LaAlO₃、WS₂中的一种。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例提供的环栅结构场效应晶体管使用高介电常数电介质材料作为绝缘层，具备良好的绝缘属性，可在栅极和衬底通道之间产生较高的场效应，能够使晶体管漏电量降低并减少器件的耗电和发热，使晶体管的尺寸进一步缩小。

附图说明

图1是本发明实施例提供的环栅结构场效应晶体管的俯视图；

图2是图1提供的环栅结构场效应晶体管的栅极的剖视图；