[发明专利]一种具有异质栅介质的纳米片晶体管及制备方法

权利要求书

1.一种具有异质栅介质的纳米片晶体管，其特征在于，包括：衬底、源区、漏区、栅极材料以及平行设置的多个纳米片沟道层；其中，

所述栅极材料包覆所述多个纳米片沟道层形成围栅结构；

所述源区、所述围栅结构以及所述漏区沿沟道方向依次设置于所述衬底之上，且三者分别设有电极；所述沟道方向为从所述源区指向所述漏区的方向；

所述栅极材料与所述纳米片沟道层的相邻面之间、与所述衬底的相邻面之间均设置有异质栅介质层；所述异质栅介质层包括沿所述沟道方向连续设置的多种栅介质材料，所述多种栅介质材料的相对介电常数随所述沟道方向逐渐降低；

所述源区通过第一隔离介质与栅区实现隔离；所述漏区通过所述第一隔离介质与所述栅区实现隔离；所述栅区包括所述栅极材料和所述异质栅介质层。

2.根据权利要求1所述的纳米片晶体管，其特征在于，所述源区和所述漏区均包括：外延体硅和第二隔离介质；

所述外延体硅的内侧表面与所述纳米片沟道层、所述第一隔离介质相接触；

所述第二隔离介质附着于所述外延体硅的剩余表面。

3.根据权利要求1所述的纳米片晶体管，其特征在于，所述异质栅介质层包括：沿所述沟道方向连续设置的二氧化铪HfO₂材料和二氧化硅SiO₂材料。

4.根据权利要求1所述的纳米片晶体管，其特征在于，所述栅极材料包括：氮化钛TiN。

5.根据权利要求1所述的纳米片晶体管，其特征在于，所述纳米片沟道层的材质包括IV族半导体材料或III-V族半导体材料。

6.根据权利要求1所述的纳米片晶体管，其特征在于，所述第一隔离介质包括：氮化硅Si₃N₄。

7.一种具有异质栅介质的纳米片晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：在衬底上交替淀积多层的牺牲材料和多个纳米片沟道层以形成超晶格结构；所述超晶格结构中，所述多个纳米片沟道层平行设置；

步骤2：在所述超晶格结构的上表面中段制作伪栅极堆叠层，并在所述中段的两侧淀积第一隔离介质；

步骤3：以所述伪栅极堆叠层为掩膜版对所述超晶格结构两端的牺牲材料进行刻蚀，以使每个所述纳米片沟道层下方的牺牲材料相对于该纳米片沟道层向内避让形成凹槽；

步骤4：向所述凹槽内填充所述第一隔离介质；

步骤5：在所述超晶格结构的两侧制作源区和漏区；

步骤6：刻蚀掉所述伪栅极堆叠层以及所述牺牲材料，形成裸露间隙；所述裸露间隙用于制作栅区；

步骤7：基于多个预设掩膜版，在所述裸露间隙中，沿预设的沟道方向在所述纳米片沟道层的表面连续淀积多种栅介质材料，以在所述纳米片沟道层的表面形成异质栅介质层；其中，所述多种栅介质材料的相对介电常数随所述沟道方向逐渐降低；所述沟道方向为从所述源区指向所述漏区的方向；

步骤8：向所述裸露间隙的剩余空间中填充栅极材料，并使所述栅极材料包覆所述多个纳米片沟道层形成围栅结构；

步骤9：在所述源区、所述漏区以及所述围栅结构上分别制作电极。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述异质栅介质层包括：沿所述沟道方向连续设置的二氧化铪HfO₂材料和与二氧化硅SiO₂材料。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：

在所述超晶格结构的两侧制作外延体硅；其中，所述外延体硅的内侧表面与所述纳米片沟道层、所述第一隔离介质相接触；

在两侧所述外延体硅的剩余表面淀积第二隔离介质，得到所述源区和所述漏区。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述栅极材料包括：氮化钛TiN。