鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，所述鳍式场效应晶体管包括：基底；位于所述基底上的鳍部；位于所述鳍部侧壁和上表面的缓冲层；位于所述缓冲层上的GaN层，所述缓冲层用于减小GaN层内的应力；位于所述GaN层上的栅介质层；位于所述栅介质层上的栅极，所述栅极横跨所述鳍部。本技术方案提供的鳍式场效应晶体管的阈值电压稳定、驱动电流大、功耗小，而且能在较高温度下工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及到一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，半导体器件的关键尺寸在不断地缩小。当器件的关键尺寸持续减小时，常规的MOS场效应晶体管会因为关键尺寸太小而导致短沟道效应等缺点。鳍式场效应晶体管（FinFET）由于具有较大的沟道区，且能克服短沟道效应而得到了广泛的应用。现有技术中，鳍式场效应晶体管的形成方法包括：参考图1，提供基底10。参考图2，在所述基底10上形成鳍部11。形成所述鳍部11的方法包括：在所述基底10上形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层定义鳍部的位置；然后以所述图形化的掩膜层为掩膜，刻蚀部分厚度的所述基底10，形成鳍部11，并去除所述图形化的掩膜层。参考图3，形成栅极结构20，所述栅极结构20横跨所述鳍部11。所述栅极结构20包括栅介质层和位于栅介质层上的栅极。形成栅极结构20后，还包括形成源极和漏极。所述鳍部11源、漏极之间的区域作为沟道区。当鳍式场效应晶体管的关键尺寸持续减小时，若鳍部11的材料为Si，由于Si的电子迁移率低，会导致沟道区中的载流子迁移率低。所述鳍式场效应晶体管的驱动电流小，而且功耗增大。因此，需要使用电子迁移率更高的材料来代替Si制作鳍部11。现有技术中，通常采用SiGe或Ge来代替Si制作鳍部11，但是由于Ge的能带隙太窄，而使得沟道区对鳍部11的形貌很敏感，而鳍部11的形貌在鳍部11尺寸不断减小的情况下难以保持各处一致，进而使最终形成的鳍式场效应晶体管的阈值电压不稳定。所以，现有技术中不能得到驱动电流大、功耗小，且阈值电压稳定的鳍式场效应晶体管。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术中，不能得到驱动电流大、功耗小，且阈值电压稳定的鳍式场效应晶体管。为解决上述问题，本专利技术提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成鳍部；在所述鳍部侧壁和上表面形成缓冲层；在所述缓冲层上形成GaN层，所述缓冲层用于减小GaN层内的应力；在所述GaN层上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成横跨所述鳍部的栅极。可选的，形成所述鳍部的方法包括：在所述基底上形成具有窗口的光刻胶；通过所述窗口刻蚀部分厚度的所述基底，在基底上形成鳍部；在基底上形成鳍部后，去除所述光刻胶。可选的，所述基底为绝缘体上硅基底，所述绝缘体上硅基底包括：底部衬底、位于底部衬底上的介质层和位于介质层上的顶部硅层；被刻蚀的部分厚度的基底为顶部硅层。可选的，形成所述具有窗口的光刻胶的方法包括：在所述基底上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光显影，形成具有窗口的光刻胶；形成窗口后，对所述窗口的侧壁进行修整。可选的，形成鳍部的方法包括：使用沉积法或外延生长法在所述基底上形成鳍部材料层；在所述鳍部材料层上形成具有窗口的光刻胶；通过所述窗口刻蚀所述鳍部材料层，刻蚀至所述鳍部材料层下表面，形成鳍部；形成鳍部后，去除所述光刻胶。可选的，所述鳍部材料层的材料为Si、Ge或蓝宝石。可选的，形成所述具有窗口的光刻胶的方法包括：在所述鳍部材料层上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光显影，形成具有窗口的光刻胶；形成窗口后，对所述窗口的侧壁进行修整。可选的，对所述窗口的侧壁进行修整的方法为Ar或He等离子体溅射。可选的，形成鳍部后，形成缓冲层前，还包括：对所述鳍部的上表面和侧壁进行自由基氧化，使所述鳍部的上表面和侧壁形成氧化层；使用HCl和HF的水溶液去除所述氧化层。可选的，所述自由基氧化的温度为400℃，压强为1Torr，功率为4kW，所述自由基氧化的气源为Ar和O2，所述Ar的流速为1200sccm，所述O2的流速为400sccm。可选的，形成所述缓冲层的方法为外延生长、化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积法。可选的，所述缓冲层的材料为AlN或掺杂有p型杂质的GaN。可选的，形成所述GaN层的方法为外延生长、化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积法。本专利技术还提供一种鳍式场效应晶体管，包括：基底；位于所述基底上的鳍部；位于所述鳍部侧壁和上表面的缓冲层；位于所述缓冲层上的GaN层，所述缓冲层用于减小GaN层内的应力；位于所述GaN层上的栅介质层；位于所述栅介质层上的栅极，所述栅极横跨所述鳍部。可选的，所述缓冲层的材料为AlN或掺杂有p型杂质的GaN。可选的，所述鳍部的材料为Si、Ge或蓝宝石。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本技术方案的鳍式场效应晶体管使用GaN层形成沟道区，GaN的电子迁移率（1500cm2/Vs）高于Si的电子迁移率（700cm2/Vs），因此本专利技术的鳍式场效应晶体管的驱动电流增大，功耗下降。其次，GaN的能带隙较宽，由GaN层形成的沟道区对形貌的敏感度下降，有利于得到阈值电压稳定的鳍式场效应晶体管。而且GaN层形成在缓冲层上，所述缓冲层有利于减小所述GaN层内的应力，也有利于得到阈值电压稳定的鳍式场效应晶体管。再次，由于GaN的最高工作温度（700℃）大于Si的最高工作温度（300℃），有利于鳍式场效应晶体管在高温下工作。附图说明图1至图3是现有技术中鳍式场效应晶体管形成方法各制作阶段的立体结构示意图；图4至图10是本专利技术第一实施例中鳍式场效应晶体管形成方法各制作阶段的立体结构示意图；图11和图12是本专利技术第二实施例中鳍式场效应晶体管的鳍部形成方法各制作阶段的立体结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。第一实施例本实施例提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：参考图4，提供基底110。在具体实施例中，所述基底110的材料可以为硅、硅锗、绝缘体上硅（silicon on insulator，简称SOI）等常规的半导体材料。所述基底110还可以根据需要掺杂形成p型或n型基底。然后，在所述基底110上形成鳍部。形成所述鳍部的方法包括：参考图5，使用沉积法或外延生长法在所述基底110上形成鳍部材料层121。在具体实施例中，所述鳍部材料层121的材料为Si、Ge或蓝宝石。参考图6，在所述鳍部材料层121上形成具有窗口（未作标记）的光刻胶130。形成所述具有窗口的光刻胶130的方法包括：在所述鳍部材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成鳍部；在所述鳍部侧壁和上表面形成缓冲层；在所述缓冲层上形成GaN层，所述缓冲层用于减小GaN层内的应力；在所述GaN层上形成栅介质层；在所述栅介质层上形成横跨所述鳍部的栅极。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底上形成鳍部；
在所述鳍部侧壁和上表面形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成GaN层，所述缓冲层用于减小GaN层内的应力；
在所述GaN层上形成栅介质层；
在所述栅介质层上形成横跨所述鳍部的栅极。
2.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所
述鳍部的方法包括：
在所述基底上形成具有窗口的光刻胶；
通过所述窗口刻蚀部分厚度的所述基底，在基底上形成鳍部；
在基底上形成鳍部后，去除所述光刻胶。
3.如权利要求2所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述基
底为绝缘体上硅基底，所述绝缘体上硅基底包括：底部衬底、位于底部衬
底上的介质层和位于介质层上的顶部硅层；
被刻蚀的部分厚度的基底为顶部硅层。
4.如权利要求2所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所
述具有窗口的光刻胶的方法包括：
在所述基底上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光显影，形成具有窗口的光刻胶；
形成窗口后，对所述窗口的侧壁进行修整。
5.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成鳍
部的方法包括：
使用沉积法或外延生长法在所述基底上形成鳍部材料层；
在所述鳍部材料层上形成具有窗口的光刻胶；
通过所述窗口刻蚀所述鳍部材料层，刻蚀至所述鳍部材料层下表面，形
成鳍部；
形成鳍部后，去除所述光刻胶。
6.如权利要求5所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍
部材料层的材料为Si、Ge或蓝宝石。
7.如权利要求5所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所
述具有窗口的光刻胶的方法包括：
在所述鳍部材料层上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光显影，形成具有窗口的光刻胶；

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，王冬江，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31