[发明专利]一种竖直结构锗沟道场效应晶体管器件的制造方法

说明书

本发明公开了一种竖直结构锗沟道场效应晶体管器件的制造方法。首先在衬底上沉积锗薄膜和镍薄膜，并通过退火形成镍锗合金薄膜作为器件的源极；其次在源极上沉积第一绝缘层薄膜、氮化铪薄膜和第二绝缘层薄膜；刻蚀第一绝缘层薄膜、氮化铪薄膜和第二绝缘层薄膜形成沟道孔洞，并氧化沟道孔洞内壁的氮化铪生成氧氮化铪或氧化铪，作为器件的栅绝缘层；在沟道孔洞中沉积非晶锗，并通过退火使锗结晶形成器件的沟道；最后在沟道上方沉积镍薄膜并退火形成镍锗合金作为器件的漏极。本发明采用先制备栅极堆垛再制备沟道的方法，充分降低了制备竖直结构器件过程中的工艺难度，降低了工艺成本，制得的器件具有驱动电流大、集成密度高等优势。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及一种高性能竖直结构锗沟道场效应晶体管器件的制造方法。

背景技术

硅沟道场效应晶体管(Si MOSFET)是现代集成电路最基本的组成单元，是集成电路实现运算、存储等功能的基础。衡量MOSFET器件性能高低最主要的指标是器件的开启电流，通过缩小MOSFET器件沟道长度的方法能够提升器件的性能。经过半个世纪的技术进步，MOSFET器件的特征尺寸越来越小，目前量产级的MOSFET器件沟道长度已达到20nm。进一步缩小器件尺寸的方法将导致严重的短沟道效应，难以进一步提升集成电路性能。为了解决这一问题，提出了锗沟道MOSFET(Ge MOSFET)器件技术。利用锗比硅更高的载流子迁移率，可以在不缩小器件尺寸的前提下持续提升MOSFET器件性能。国内外各大企业及科研机构均将Ge MOSFET器件技术作为下一代高性能集成电路器件的候选方案之一。经过近年来的快速发展，Ge MOSFET器件技术取得了显著进步，主要体现在器件的开启电流已显著高于传统Si MOSFET器件，显示了GeMOSFET器件技术广阔的应用前景。

除了增大更大的器件开启电流，提升器件的集成度也是获得更高集成电路性能的有效手段。传统的MOSFET器件中沟道处于平行于衬底表面，由于器件的源极、漏极、沟道等区域的面积无法持续缩小，限制了MOSFET器件的集成密度。利用竖直结构的MOSFET器件(沟道垂直于衬底表面)，能够充分减小器件的投影面积，提升器件的集成度。竖直结构锗沟道场效应晶体管的源极、沟道和漏极区域自下而上堆叠，栅极堆垛环绕竖直沟道的四周。这样的结构特点导致传统的先制备沟道再制备栅极堆垛的方法难以形成竖直结构的锗沟道场效应晶体管。因此，本发明提出一种先制备栅极堆垛再制备沟道的方法，实现竖直结构锗沟道场效应晶体管的制备。

发明内容

本发明的目的在于针对现有硅沟道场效应晶体管器件的不足，提供一种基于竖直沟道结构的锗沟道效应晶体管器件的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种竖直结构锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，该方法包括如下步骤：

(1)在衬底上依次沉积锗薄膜和镍薄膜，并通过退火形成镍锗合金薄膜作为器件的源极；

(2)在源极上依次沉积第一绝缘层薄膜、氮化铪薄膜和第二绝缘层薄膜；

(3)刻蚀第一绝缘层薄膜、氮化铪薄膜和第二绝缘层薄膜形成沟道孔洞，并氧化沟道孔洞内壁的氮化铪生成氧氮化铪或氧化铪，作为器件的栅绝缘层；

(4)在沟道孔洞中沉积非晶锗，并通过退火使锗结晶形成器件的沟道；

(5)在沟道上方沉积镍薄膜并退火形成镍锗合金作为器件的漏极，最终形成竖直结构锗沟道场效应晶体管器件。

进一步地，所述衬底材料包含但不限于硅、硅表面沉积氧化硅、石英、蓝宝石；所述第一绝缘层和第二绝缘层的材料包含但不限于氧化硅、氮化硅、氧化铝和氧化铪。

进一步地，所述步骤(1)中，沉积锗薄膜和镍薄膜的方法为热蒸镀或溅射；退火的方法为热退火、闪光灯退火或激光退火；所述步骤(2)中，沉积第一绝缘层和第二绝缘层的方法为原子层沉积；沉积氮化铪薄膜的方法为原子层沉积或溅射。