[发明专利]一种锗硅沟道鳍式场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公布了一种锗硅沟道鳍式场效应晶体管及其制备方法。该锗硅沟道鳍式场效应晶体管通过热氧化形成体在绝缘层上(BOI)结构，切断了源漏间的泄漏电流通道，能够有效抑制器件的泄漏电流，并且比SGOI FinFET具有更小的埋氧层面积，可以改善散热效果。另外，在氧化过程中利用锗聚集技术有利于提高沟道中锗组分，提高载流子迁移率，从而提高开态电流。

技术领域

本发明涉及一种锗硅沟道鳍式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

随着集成电路的迅速发展，半导体器件的特征尺寸不断缩小。当器件的特征尺寸进入纳米尺度领域后，受到物理机制、工艺技术等方面的限制，传统硅基平面器件面临严重的短沟道效应、迁移率退化等问题。为了解决这些问题，人们提出了双栅、多栅等器件结构，并引入高迁移率沟道材料来提高器件性能。鳍式场效应晶体管(FinFET)能够有效抑制短沟道效应，具有栅控能力好、开态电流大、与CMOS工艺兼容等优点。锗硅材料具有比硅更高的载流子迁移率，可以提高器件的开态电流。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。

目前锗硅沟道FinFET主要是在SGOI衬底实现的，但是由于氧化硅埋氧层的热导率约为硅的1％，导致器件散热性较差，且成本较高。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种锗硅沟道鳍式场效应晶体管及其制备方法，该方法通过热氧化形成体在绝缘层上(Body-on-Insulator,BOI)结构，切断了源漏间的泄漏电流通道，能够有效抑制器件的泄漏电流，并且比SGOIFinFET具有更小的埋氧层面积，可以改善散热效果。另外，在氧化过程中利用锗聚集技术有利于提高沟道中锗组分，提高载流子迁移率，从而提高开态电流。

本发明提供的鳍式场效应晶体管，包括半导体衬底，在半导体衬底上具有凸起的Fin条，在Fin条侧壁和顶部表面具有横跨Fin条的栅极结构，与栅极结构接触的Fin条部分构成沟道区，其特征在于，沟道区为锗硅材料，沟道长度小于Fin条长度；源、漏位于沟道区两端；Fin条两端的半导体与衬底相连；Fin条与半导体衬底之间有一层局域埋氧层，形成BOI结构，该局域埋氧层的宽度不大于Fin条宽度。

本发明还提供了一种锗硅沟道鳍式场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1)在半导体衬底上形成锗硅材料的凸起Fin条；

2)在Fin条与半导体衬底之间形成局域埋氧层，该局域埋氧层的宽度不大于Fin条宽度；

3)在Fin条侧壁和顶部表面形成栅极结构，并在栅极结构的侧面形成侧墙；

4)光刻定义源漏区图形，掺杂并退火形成源漏。

上述制备方法中，步骤1)中所述半导体衬底常用的为体硅衬底，但不局限于体硅衬底，形成Fin条的方法具体可包括：

1-1)在半导体衬底上生长锗硅或锗硅/锗叠层的半导体外延层；

1-2)定义器件有源区，并形成器件之间的隔离；

1-3)在步骤1-1)形成的半导体外延层上淀积硬掩膜，光刻定义Fin条图形，干法刻蚀硬掩膜和半导体外延层，停止在衬底表面，去掉光刻胶，形成Fin条。

所述步骤1-1)中所述半导体外延层的厚度可以为5～200nm，其厚度决定了Fin条的高度。

所述步骤1-1)中生长半导体外延层的工艺可以采用分子束外延(Molecule BeamEpitaxy,MBE)、化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition,CVD)等方法。