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的形成方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成鳍部；在所述鳍部和半导体衬底表面形成含碳半导体层；在所述含碳半导体层表面形成石墨烯层；对所述石墨烯层进行表面修复处理，消除所述石墨烯层的缺陷；在部分所述石墨烯层上形成隔离层，所述隔离层表面低于鳍部的顶部表面；在所述石墨烯层表面形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖位于鳍部顶部及侧壁上的部分石墨烯层。所述方法可以提高鳍式场效应晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用，以获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应晶体管(Fin FET)作为一种多栅器件得到了广泛的关注。同时，随着集成电路领域器件尺寸的不断减小，硅材料逐渐接近其加工的极限。半导体业界纷纷提出超越硅技术(Beyond Silicon)，其中具有较大开发潜力的石墨烯受到广泛的关注。石墨烯(Graphene)是一种单层蜂窝晶体点阵上的碳原子组成的二维晶体，单层石墨烯的厚度约为0.35纳米。实验证明，石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳定性，还具有出色的电学性能，例如0.4 μ m左右的弹道输运特性，高载流子迁移率，室温下的量子霍尔效应等等。石墨烯优越的电学性能使发展石墨烯基的晶体管和集成电路成为可能，并有可能取代硅成为新一代的主流半导体材料。使用石墨烯材料作为鳍式场效应晶体管的沟道材料能够进一步提高鳍式场效应晶体管的性能，所以，如何形成高质量的石墨烯材料应用于鳍式场效应晶体管，以提高鳍式场效应晶体管的性能，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种场效应晶体管及其形成方法，提高鳍式场效应晶体管的性能。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:提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成鳍部；在所述鳍部和半导体衬底表面形成含碳半导体层；在所述含碳半导体层表面形成石墨烯层；对所述石墨烯层进行表面修复处理，消除所述石墨烯层的缺陷；在部分所述石墨烯层表面形成隔离层，所述隔离层表面低于鳍部的顶部表面；在所述石墨烯层表面形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖位于鳍部顶部及侧壁上的部分石墨烯层。可选的，所述含碳半导体层的材料为SiC。可选的，形成所述石墨烯层的方法包括:对所述含碳半导体层进行退火，使所述含碳半导体层表面部分厚度内的硅原子逸出，剩余碳原子形成石墨烯层，所述退火在真空或Ar氛围下进彳丁,压强为1mbar?900mbar,温度为150CTC?2000°C，时间为1min?20min。可选的，表面修复处理的方法包括:将所述石墨烯层浸没于氢氟酸溶液中，然后取出，用去离子水清洗，所述氢氟酸溶液的质量浓度为0.5%?2%，浸没时间为1s?30s。可选的，还包括:在进行表面修复处理后，对所述石墨烯层进行氢化处理。 可选的，所述氢化处理的方法包括:在H2氛围下进行退火，退火温度为600 V?1000°C，时间为 30min ?200min。可选的，所述氢化处理为等离子体氢化工艺。可选的，所述栅极结构包括栅介质层和位于栅介质层表面的栅极。可选的，形成所述隔离层和栅极结构的方法包括:在所述石墨烯层表面形成栅介质层；然后在所述栅介质层表面形成隔离层；再在所述隔离层、栅介质层表面形成横跨所述鳍部的栅极。可选的，所述隔离层的材料为氧化硅，所述栅介质层的材料为氧化铝、氧化铪、氧化锆或硅氧化铪，所述栅极的材料为铝、钨、钛、氮化钛或钼。可选的，所述石墨烯层为单层或者双层的石墨烯结构。为解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供一种采用上述方法形成的鳍式场效应晶体管，包括:半导体衬底；位于半导体衬底上的鳍部；位于所述鳍部和半导体衬底表面的含碳半导体层；位于所述含碳半导体层表面的石墨烯层；位于部分石墨烯层上的隔离层，所述隔离层表面低于鳍部的顶部表面；位于所述石墨烯层表面的横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖位于鳍部顶部及侧壁上的部分石墨烯层。可选的，所述含碳半导体层的材料为SiC。可选的，所述石墨烯层为氢化石墨烯层。可选的，所述栅极结构包括栅介质层和位于栅介质层表面的栅极。可选的，所述栅介质层位于石墨烯层的表面，所述隔离层位于栅介质层表面，所述栅极位于隔离层、栅介质层的表面。可选的，所述隔离层的材料为氧化硅，所述栅介质层的材料为氧化铝、氧化铪、氧化锆或硅氧化铪，所述栅极的材料为铝、钨、钛、氮化钛或钼。可选的，所述石墨烯层为单层或者双层的石墨烯结构。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:本专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法中，在半导体衬底上形成鳍部之后，在鳍部表面形成含碳半导体层，在所述含碳半导体层表面形成石墨烯层，然后对所述石墨烯层，进行修复处理，消除所述石墨烯层的缺陷，从而进一步提高所述石墨烯层的载流子迁移率。再在所述石墨烯层表面形成隔离层和栅极结构，形成鳍式场效应晶体管。由于所述鳍式场效应晶体管采用石墨烯层作为沟道材料，从而可以提高沟道区域的载流子迁移率，提高形成的鳍式场效应晶体管的性能。进一步的，在对所述石墨烯层进行修复处理之后，进一步对所述石墨烯层进行氢化处理，使石墨烯层的性能从金属性向半导体性转变，从而可以提高形成的晶体管的性能。所述H原子会与石墨烯层内的碳原子之间形成C-H化学键，氢化后的C-C原子轨道由Sp2杂化转化为SP3杂化，引起费米能级的迁移，从而使禁带宽度增大。可以通过控制石墨烯层的氢化程度，调整所述石墨烯层的禁带宽度，从而调整鳍式场效应晶体管的场效应特性和阈值电压，使其满足晶体管的要求。进一步的，在形成所述隔离层以及栅极结构过程中，首先在石墨烯层表面形成栅介质层之后，再在所述栅介质层表面形成隔离层，然后在隔离层和栅介质层表面形成栅极。首先在所述石墨烯层表面形成栅介质层，可以对所述石墨烯层起到保护作用，避免在形成隔离层的过程中，对石墨烯层造成损伤，影响所述石墨烯层的性能。本专利技术的鳍式场效应晶体管包括:半导体衬底，位于半导体衬底表面的鳍部，在所述鳍部和半导体衬底表面的含碳半导体层；位于含碳半导体层表面的石墨烯层；位于石墨烯层表面的隔离层；位于所述石墨烯层上的横跨所述鳍部的栅极结构。所述鳍式场效应晶体管采用石墨烯层作为沟道材料，能够有效提高鳍式场效应晶体管的载流子迁移率，从而提高所述鳍式场效应晶体管的性能。进一步的，所述石墨烯层为氢化石墨烯层，所述石墨烯层的C原子与H原子形成C-H键，使得所述石墨烯层具有一定的禁带宽度，能够调整鳍式场效应晶体管的场效应特性和阈值电压。【附图说明】图1至图8是本专利技术的实施例的鳍式场效应晶体管的形成过程的结构示意图。【具体实施方式】如
技术介绍
中所述，现有采用石墨烯作为沟道材料形成的鳍式场效应晶体管的性能有待进一步的提闻。目前在鳍部上形成的石墨烯层的质量较差，石墨烯层表面的原子无序性较高，石墨烯层内的缺陷较多，导致所述石墨烯层内的载流子的迁移率下降，从而影响形成的鳍式场效应晶体管的性能。本专利技术的实施例中，以含碳的半导体层作为基底形成石墨烯层，并且对所述石墨西层进行表面处理，消除所述石墨烯层的缺陷，再在所述石墨烯层表面形成栅极结构，可以提高所述石墨烯层的质量，提高形成的鳍式场效应晶体管的性能。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。请参考图1，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100上形成鳍部101。所述半导体衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导体衬底100可以是体材料也可以是复合结本文档来自技高网...

【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：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成鳍部；在所述鳍部和半导体衬底表面形成含碳半导体层；在所述含碳半导体层表面形成石墨烯层；对所述石墨烯层进行表面修复处理，消除所述石墨烯层的缺陷；在部分所述石墨烯层上形成隔离层，所述隔离层表面低于鳍部的顶部表面；在所述石墨烯层表面形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖位于鳍部顶部及侧壁上的部分石墨烯层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，
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