[发明专利]垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法

权利要求书

1.一种垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，采用气-液-固方法制得所述垂直式环绕栅极场效应晶体管的纳米线，所述制备方法包括以下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上形成图案化的催化金属层；

升温加热，使所述催化金属层和与所述催化金属层接触部分的所述衬底共溶形成合金液滴；

采用化学气相沉积方法在所述合金液滴处生长纳米线；

其中，所述衬底为绝缘体上硅，包括衬底硅层、埋氧层和顶层硅层，所述制备方法还包括：

刻蚀所述顶层硅层，形成沟槽结构，刻蚀过程停止于所述沟槽结构内露出所述埋氧层，刻蚀后的所述顶层硅层在至少一部分所述纳米线的邻接区域形成有若干由所述沟槽结构隔离的有源区域；

对所述有源区域进行掺杂，作为所述垂直式环绕栅极场效应晶体管的源漏区域；

其中，在刻蚀所述顶层硅层的步骤之前，在采用化学气相沉积方法在所述合金液滴处生长纳米线的步骤之后，还包括：

在所述顶层硅层以及所述纳米线表面形成栅极多层结构；

以第一掩膜刻蚀所述栅极多层结构，直至露出所述顶层硅层，所述第一掩膜至少覆盖所述纳米线表面的所述栅极多层结构；

在所述顶层硅层的刻蚀步骤中，以第二掩膜刻蚀所述顶层硅层，所述有源区域内部分顶层硅层未被所述栅极多层结构覆盖，该未被所述栅极多层结构覆盖的顶层硅层用于在后道工序中形成第一源漏接触结构。

2.如权利要求1所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述纳米线为硅纳米线、锗掺杂硅纳米线、磷掺杂硅纳米线、掺杂硅纳米线或碳磷掺杂硅纳米线的任一种。

3.如权利要求1所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述催化金属层的材料为Au、Fe、Ni、Ga或Al的一种或多种。

4.如权利要求1所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述栅极多层结构包括依次设置的高k栅介质层、功函数金属群、扩散阻挡层和浅槽隔离衬垫层。

5.如权利要求1所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在形成所述栅极多层结构之后，还包括：

对所述顶层硅层及所述纳米线进行掺杂，形成源漏区域和导电沟道。

6.如权利要求1所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，后道工序中形成的第一源漏接触结构覆盖于所述顶层硅层有源区域的顶部和侧壁表面。

7.如权利要求1所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，还包括：

形成覆盖所述栅极多层结构的第一金属层间介质膜；

回刻蚀所述第一金属层间介质膜，露出至少一部分覆盖所述纳米线侧壁的所述栅极多层结构，形成第一金属层间介质层；

在所述纳米线顶部和侧壁表面的所述栅极多层结构上形成金属栅极膜；

刻蚀所述金属栅极膜，降低所述金属栅极膜的高度，形成金属栅极，使其顶部低于所述纳米线顶部。

8.如权利要求7所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在形成所述金属栅极膜之后，在刻蚀所述金属栅极膜之前，还包括：

形成覆盖所述金属栅极膜和所述第一金属层间介质层表面的金属层间介质衬垫层；

形成第二金属层间介质膜，所述第二金属层间介质膜覆盖所述金属层间介质衬垫层的侧壁和顶部表面；

平坦化所述第二金属层间介质膜，直至露出所述金属层的顶部表面，形成第二金属层间介质层。

9.如权利要求7所述的垂直式环绕栅极场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述栅极多层结构至少包括高k栅介质层和覆盖所述高k栅介质层的功函数金属群、扩散阻挡层；

在刻蚀所述金属栅极膜时，一并刻蚀去除所述纳米线顶部及侧壁未被所述金属栅极覆盖部分表面的所述栅极多层结构中的所述功函数金属群和所述扩散阻挡层。