[发明专利]一种高迁移率沟道双纳米线场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公布了一种高迁移率沟道双纳米线场效应晶体管及其制备方法。首先在Fin条底部、顶部和侧壁形成锗扩散阻挡层，对锗硅Fin条进行氧化，利用锗硅在氧化硅上氧化时趋于形成纳米线结构的特点，在Fin条顶部和底部分别形成纳米线结构；同时，利用锗聚集技术，使锗向Fin条顶部和底部扩散，提高沟道中锗组分，进而提高载流子迁移率，从而提高驱动电流。另外，双纳米线结构可以在提高驱动电流的同时节省芯片面积。

技术领域

本发明涉及一种高迁移率沟道双纳米线场效应晶体管及其制备方法，属于超大规模集成电路制造技术领域。

背景技术

集成电路产业一直遵循着摩尔定律不断前进。当器件的特征尺寸进入纳米尺度，受到短沟道效应、寄生效应等问题的影响，器件性能不再随尺寸的缩小以预测的程度提高。因此，新结构器件成为重要的解决方案。其中，围栅纳米线场效应晶体管具有最强的栅控能力和输运特性，被认为是10nm技术节点之后最有潜力的器件结构。首先，围栅硅纳米线器件的沟道完全被栅包裹，使整个沟道区的电势得到控制，减少泄漏电流。其次，围栅纳米线沟道中的量子限域效应使得反型层远离沟道表面，散射减少，有利于提高迁移率。

为了进一步提高器件的驱动能力，高迁移率沟道材料，如锗硅、锗和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，也受到了广泛关注。因此，多栅器件与高迁移率沟道材料相结合是未来的主要趋势。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种高迁移率沟道双纳米线场效应晶体管及其制备方法。首先在Fin条底部、顶部和侧壁形成锗扩散阻挡层，对锗硅Fin条进行氧化，利用锗硅在氧化硅上氧化时趋于形成纳米线结构的特点，在Fin条顶部和底部分别形成纳米线结构；同时，利用锗聚集技术，使锗向Fin条顶部和底部扩散，提高沟道中锗组分，进而提高载流子迁移率，从而提高驱动电流。另外，双纳米线结构可以在提高驱动电流的同时节省芯片面积。

本发明提供的高迁移率沟道双纳米线场效应晶体管，包括半导体衬底和半导体衬底上悬空的双纳米线，其特征在于，该双纳米线为锗硅材料，纳米线的中部为沟道，沟道被栅介质层和栅电极围绕形成围栅结构，沟道长度小于纳米线长度；源、漏位于沟道两端；纳米线两端的半导体材料与衬底之间有一层氧化硅绝缘层。

本发明还提供一种高迁移率沟道双纳米线场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1)在半导体衬底上淀积一层氧化硅，在氧化硅上形成单晶锗硅层，定义器件有源区；

2)在单晶锗硅层上淀积硬掩膜，通过光刻定义Fin条图形，刻蚀硬掩膜，露出Fin条两侧的单晶锗硅层表面，然后刻蚀单晶锗硅层至一定深度，去除光刻胶；

3)淀积侧墙材料并干法刻蚀，在单晶锗硅Fin条两侧形成侧墙；

4)继续刻蚀单晶锗硅层和底部的氧化硅，停止在半导体衬底表面；

5)对Fin条进行热氧化，在Fin条中形成一层氧化层，热氧化过程中锗向Fin条顶部和底部扩散，聚集形成两条高锗组分的锗硅纳米线，两条锗硅纳米线被氧化硅包裹；

6)湿法腐蚀硬掩膜、侧墙和热氧化产生的氧化硅，使纳米线悬空；

7)进行多次牺牲氧化及氧化层腐蚀，使纳米线变圆、变细；

8)围绕两条纳米线形成围栅结构，掺杂并退火形成源漏。

上述制备方法中，步骤1)中淀积的氧化硅作为氧化过程中锗扩散的底部阻挡层。所述半导体衬底可以是体硅衬底、体锗衬底、超薄硅膜SOI衬底等，若为超薄硅膜SOI衬底，可以在衬底上直接外延单晶锗硅层。