[发明专利]一种纳米片场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳米片场效应晶体管及其制备方法，方法包括在半导体衬底上形成纳米片层及牺牲层，并在纳米片层和牺牲层中形成绝缘隔离结构，然后通过干法刻蚀去除牺牲层并且刻蚀绝缘隔离结构，形成纳米片支撑部。在纳米片和纳米片支撑部的表面形成连续的栅绝缘层并且在连接部外侧的栅绝缘层之间形成第二栅栅绝缘层。在栅绝缘层和第二栅绝缘层之间形成金属栅极。本发明中去除牺牲层，及刻蚀绝缘隔离结构形成纳米片支撑结构在同一设备中进行，由此，免除结构的运输或移动，避免纳米片因物理震动等因素而损坏。栅绝缘层进一步增加了纳米片的稳固性。另外，本发明的方法均采用干法刻蚀，避免纳米片因化学试剂造成的损伤。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体地涉及一种纳米片场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

在集成电路中，低功率高运行性能的场效应晶体管通常具有如下特点：(1)具有高迁移率的半导体衬底；(2)越来越大的沟道宽度及越来越小的沟道长度；(3)具有大电容Ci的栅极绝缘层；(4)减少有源区沟道和栅极绝缘层界面处的界面陷阱；(5)减小电极和半导体层之间的接触电阻。近年来，场效应晶体管结构发生了从平面型到鳍型或纳米线等3D结构的显著变化。

新型纳米片场效应晶体管，例如叉型纳米片场效应晶体管，因为形成的栅极延迟效应减小，所以具有良好的足迹特性。然而，形成例如叉型纳米片等新型纳米片结构存在诸多困难。例如，在去除纳米片堆栈结构上的牺牲层时，会发生纳米片损伤。另外，纳米片非常脆弱并且对湿式化学试剂及物理震动等非常的敏感，容易在形成栅极绝缘层的预处理过程中发生纳米片损伤。

发明内容

鉴于现有技术中形成例如叉型纳米片的堆栈结构中存在的不足，本发明提供一种纳米片场效应晶体管及其制备方法，采用干法刻蚀去除纳米片之间的牺牲层并且通过各向同性刻蚀在绝缘隔离结构中形成纳米片的支撑结构，由此使得纳米片结构更加稳固，有利于后续结构的形成。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种纳米片场效应晶体管制备方法，包括：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底上交替沉积牺牲层及纳米片层，在所述牺牲层和所述纳米片层中形成绝缘隔离结构，所述绝缘隔离结构将所述牺牲层及所述纳米片层隔离成相互间隔的垂直于所述半导体衬底的柱状结构；

对所述绝缘隔离结构进行图形化，并形成垂直于所述半导体衬底的至少一个牺牲栅极；

在所述牺牲栅极的两侧外延形成沿第一方向延伸的源/漏极；

干法刻蚀去除所述牺牲栅极以及所述纳米片之间的所述牺牲层；

刻蚀与所述纳米片接触一侧的所述绝缘隔离结构，以在所述绝缘隔离结构与所述纳米片之间形成支撑所述纳米片的绝缘隔离结构支撑部；

在所述纳米片、所述纳米片支撑部及形成所述绝缘隔离结构支撑部的所述绝缘隔离结构形成的空隙中形成栅极结构；

其中，干法刻蚀去除所述牺牲层以及刻蚀与所述纳米片接触一侧的所述绝缘隔离结构形成所述绝缘隔离结构支撑部的的步骤在同一设备中进行。

可选地，在所述第一方向上，所述牺牲栅极及所述绝缘隔离结构形成在所述柱状结构的两侧。

可选地，形成所述牺牲栅极包括以下步骤：

对所述绝缘隔离结构进行图形化，形成至少一个栅极开口；

在所述栅极开口的底部及侧壁沉积绝缘牺牲层；

在所述绝缘牺牲层上填充栅极牺牲材料，形成所述牺牲栅极；

在所述第一方向上，所述栅极开口及所述绝缘隔离结构形成在所述牺牲层及所述纳米片层的所述柱状结构的两侧。

可选地，在所述牺牲栅极的两侧外延形成沿第一方向延伸的源/漏极包括以下步骤：