具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，在衬底上形成鳍结构，鳍结构的底部具有第一掺杂区；S2，在衬底上形成环绕并接触第一掺杂区的底部侧墙；S3，在底部侧墙上形成环绕并接触鳍结构的栅堆叠结构，鳍结构的顶部突出栅堆叠结构设置；S4，在栅堆叠结构上形成环绕并接触鳍结构的顶部侧墙，并在鳍结构表面形成第二掺杂区，至少部分第二掺杂区突出于顶部侧墙设置，第一掺杂区与第二掺杂区构成场效应晶体管的源/漏极。上述制备方法放松了对器件物理栅长以及沟道厚度的限制，不需要采用先进的光刻技术，而且占用的版图面积更小，减小了器件的电阻和电容，从而减低器件功耗，提升开关速度。

【技术实现步骤摘要】
具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着MOSFET器件尺寸的缩减(<3nm)，短沟道效应导致的器件漏电需要抑制，同时还要提高栅控能力，稳定器件的驱动电流，于是新的器件结构，如FinFET，GAA，NanosheetFET等器件被相继提出。然而，现有技术中NanosheetFET的制备工艺流程复杂，而具有垂直纳米线(verticalnanowire)的场效应晶体管的驱动电流由于受制于纳米线密度，为了实现较大驱动电流需要较大的版图面积，从而增大了器件的电阻和电容，使器件功耗增大，开关速度降低；并且，对于现有技术中的水平GAA结构的环栅纳米线或者FinFET，由于对器件物理栅长以及沟道厚度的限制，制备工艺中需要采用先进的光刻技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提场效应晶体管供一种具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法，以解决现有技术中的场效应晶体管为实现较大驱动电流而导致功耗增大、开关速度降低的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种具有垂直沟道的场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1，在衬底上形成鳍结构，鳍结构的底部具有第一掺杂区；S2，在衬底上形成环绕并接触第一掺杂区的底部侧墙；S3，在底部侧墙上形成环绕并接触鳍结构的栅堆叠结构，鳍结构的顶部突出栅堆叠结构设置；S4，在栅堆叠结构上形成环绕并接触鳍结构的顶部侧墙，并在鳍结构表面形成第二掺杂区，至少部分第二掺杂区突出于顶部侧墙设置，第一掺杂区与第二掺杂区构成场效应晶体管的源/漏极。进一步地，在步骤S1之前，制备方法还包括在衬底表面形成注入区的步骤，在步骤S1中，在注入区表面形成鳍结构，使注入区与鳍结构接触。进一步地，步骤S1包括以下步骤：S11，在衬底上顺序沉积形成层叠的第一掺杂材料层和沟道材料层；S12，顺序刻蚀沟道材料层和第一掺杂材料层，以形成鳍结构，刻蚀后的第一掺杂材料层构成第一掺杂区。进一步地，在步骤S12中，采用自对准双重成像技术对沟道材料层和第一掺杂材料层进行刻蚀，以形成鳍结构。进一步地，步骤S2包括以下步骤：S21，在衬底上沉积形成覆盖鳍结构的第一绝缘介质层，优选形成第一绝缘介质层的材料选自氮化硅、氧化硅形和低k介质中的任一种；S22，回刻第一绝缘介质层，以使部分鳍结构裸露，剩余的第一绝缘介质层构成环绕第一掺杂区的底部侧墙。进一步地，步骤S3包括以下步骤：S31，在衬底上沉积形成覆盖鳍结构的高k介质；S32，在衬底上沉积形成覆盖高k介质的栅极材料层；回刻栅极材料层和高k介质，以使鳍结构的顶部裸露，剩余的栅极材料层构成环栅结构，环栅结构与剩余的高k介质构成环绕并接触鳍结构的栅堆叠结构。进一步地，步骤S4包括以下步骤：S41，在衬底上沉积形成覆盖鳍结构的第二绝缘介质层，对第二绝缘介质层进行平坦化处理，以使鳍结构的上表面裸露，剩余的第二绝缘介质层构成顶部侧墙；S42，在鳍结构裸露的表面上外延并掺杂，以形成第二掺杂区。进一步地，在步骤S4之后，制备方法还包括以下步骤：在衬底上沉积形成覆盖第二掺杂区的层间绝缘介质；形成分别与第一掺杂区、第二掺杂区和环栅结构接触的接触孔，并在接触孔中形成导电通道。根据本专利技术的另一方面，提供了一种具有垂直沟道的场效应晶体管，包括：衬底；鳍结构，位于衬底上，鳍结构的底部具有第一掺杂区；底部侧墙，位于衬底上，底部侧墙与第一掺杂区接触并环绕设置；栅堆叠结构，位于底部侧墙上，环栅结构与鳍结构接触并环绕设置，且鳍结构的顶部突出环栅结构设置；顶部侧墙，位于环栅结构上，顶部侧墙与鳍结构接触并环绕设置；第二掺杂区，位于鳍结构上，且至少部分第二掺杂区突出于顶部侧墙设置，第一掺杂区与第二掺杂区构成场效应晶体管的源/漏极。进一步地，场效应晶体管还包括位于衬底表面的注入区，鳍结构位于注入区表面。进一步地，栅堆叠结构包括环栅结构与高k介质，高k介质层与鳍结构接触并环绕设置，环栅结构与高k介质层接触并环绕设置。应用本专利技术的技术方案，提出了一种具有垂直沟道的场效应晶体管的制备方法，上述制备方法在采用传统鳍沟道结构的同时采用垂直沟道，使电流沿鳍高度方向传导，工艺流程简单；并且，相比于现有技术中的场效应晶体管，由于制备得到的器件结构的栅长由工艺中形成栅堆叠结构决定，不仅放松了对器件物理栅长以及沟道厚度的限制，不需要采用先进的光刻技术，而且占用的版图面积更小，版图面积的缩减就会减小器件的电阻和电容，从而减低器件功耗，提升开关速度。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了在本申请实施方式所提供的具有垂直沟道的场效应晶体管的制备方法中，在衬底表面形成注入区后的基体剖面结构示意图；图2示出了在图1所示的衬底上顺序沉积形成层叠的第一掺杂材料层和沟道材料层后的基体剖面结构示意图；图3示出了在图2所示的沟道材料层上顺序沉积形成层叠的第一牺牲材料层、第二牺牲材料层和第三牺牲材料层后的基体剖面结构示意图；图4示出了刻蚀图3所示的第二牺牲材料层和第三牺牲材料层以形成第三图形化牺牲层和第二图形化牺牲层后的基体剖面结构示意图；图5示出了在图4所示的衬底上沉积形成第四牺牲材料层后的基体剖面结构示意图；图6示出了刻蚀图5所示的第四牺牲材料层和第三图形化牺牲层以形成牺牲侧墙后的基体剖面结构示意图；图7示出了去除图6所示的第二图形化牺牲层后的基体剖面结构示意图；图8示出了以图7所示的牺牲侧墙为掩膜刻蚀形成第一图形化牺牲层、第一掺杂区和沟道层后的基体剖面结构示意图；图9示出了去除图8所示的牺牲侧墙和第一图形化牺牲层后的基体剖面结构示意图；图10示出了图8所示的基体俯视结构示意图；图11示出了在图9所示的衬底上沉积形成第一绝缘介质层后的基体剖面结构示意图；图12示出了刻蚀图11所示的第一绝缘介质层以形成底部侧墙后的基体剖面结构示意图；图13示出了在图12所示的衬底上沉积高k介质后的基体剖面结构示意图；图14示出了在图13所示的衬底上沉积形成栅极材料层后的基体剖面结构示意图；图15示出了刻蚀图14所示的栅极材料层以形成环栅结构后的基体剖面结构示意图；图16示出了图14所示的基体俯视结构示意图；图17示出了在图15所示的环栅结构上沉积形成顶部侧墙后的基体剖面结构示意图；图18示出了在图17所示的鳍结构表面形成第二掺杂区后的基体剖面结构示意图；图19示出了在图18所示的衬底上沉积形成层间绝缘介质后的基体剖面结构示意图；图20示出了图19所示的基体俯视结构示意图；图21示出了在图19所示的衬底上形成导电通道后的基体俯视结构示意图；以及图22示出了在本申请实施方式所提供的一种具有垂直沟道的场效应晶体管的剖面结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、衬底；20、注入区；30、鳍结构；310、第一掺杂区；311、第一掺杂材料层；320、沟道层；321、沟道材料层；411、第一牺牲材料层；412、第一图形化牺牲层；421、第二牺牲材料层；422、第二图形化牺牲层；431、第三牺牲材料层；432、第三图形化牺牲层；441、第四牺牲材料层；44本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有垂直沟道的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在衬底(10)上形成鳍结构(30)，所述鳍结构(30)的底部具有第一掺杂区(310)；S2，在衬底(10)上形成环绕并接触所述第一掺杂区(310)的底部侧墙(50)；S3，在所述底部侧墙(50)上形成环绕并接触所述鳍结构(30)的栅堆叠结构，所述鳍结构(30)的顶部突出所述栅堆叠结构设置；S4，在所述栅堆叠结构上形成环绕并接触所述鳍结构(30)的顶部侧墙(80)，并在所述鳍结构(30)表面形成第二掺杂区(90)，至少部分所述第二掺杂区(90)突出于所述顶部侧墙(80)设置，所述第一掺杂区(310)与所述第二掺杂区(90)构成所述场效应晶体管的源/漏极。

【技术特征摘要】
1.一种具有垂直沟道的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在衬底(10)上形成鳍结构(30)，所述鳍结构(30)的底部具有第一掺杂区(310)；S2，在衬底(10)上形成环绕并接触所述第一掺杂区(310)的底部侧墙(50)；S3，在所述底部侧墙(50)上形成环绕并接触所述鳍结构(30)的栅堆叠结构，所述鳍结构(30)的顶部突出所述栅堆叠结构设置；S4，在所述栅堆叠结构上形成环绕并接触所述鳍结构(30)的顶部侧墙(80)，并在所述鳍结构(30)表面形成第二掺杂区(90)，至少部分所述第二掺杂区(90)突出于所述顶部侧墙(80)设置，所述第一掺杂区(310)与所述第二掺杂区(90)构成所述场效应晶体管的源/漏极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，所述制备方法还包括在所述衬底(10)表面形成注入区(20)的步骤，在所述步骤S1中，在所述注入区(20)表面形成所述鳍结构(30)，使所述注入区(20)与所述鳍结构(30)接触。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11，在所述衬底(10)上顺序沉积形成层叠的第一掺杂材料层(311)和沟道材料层(321)；S12，顺序刻蚀所述沟道材料层(321)和所述第一掺杂材料层(311)，以形成所述鳍结构(30)，刻蚀后的所述第一掺杂材料层(311)构成所述第一掺杂区(310)。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S12中，采用自对准双重成像技术对所述沟道材料层(321)和所述第一掺杂材料层(311)进行刻蚀，以形成所述鳍结构(30)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S21，在所述衬底(10)上沉积形成覆盖所述鳍结构(30)的第一绝缘介质层(510)，优选形成所述第一绝缘介质层(510)的材料选自氮化硅、氧化硅形和低k介质中的任一种；S22，回刻所述第一绝缘介质层(510)，以使部分所述鳍结构(30)裸露，剩余的所述第一绝缘介质层(510)构成环绕所述第一掺杂区(310)的所述底部侧墙(50)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31，在所述衬底(10)上沉积形成覆盖所述鳍结构(30)的高k介质(60)；S32，在所述衬底(10)上沉积形成覆盖所述高k介质(60)的栅极材料层(710...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯朝昭，殷华湘，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11