晶体管及其形成方法技术

一种晶体管及其形成方法，其中，该形成方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成悬空的纳米线；形成隔离层，所述隔离层覆盖纳米线底部的半导体衬底表面；形成覆盖所述纳米线表面的沟道层和覆盖所述沟道层表面的接触层；刻蚀所述接触层形成暴露出所述沟道层的沟槽；在所述沟槽内形成覆盖所述沟道层表面的势垒层；形成包裹所述势垒层并包裹部分所述接触层的栅极结构；形成位于接触层的源极和漏极，且所述源极和漏极分别位于栅极结构两侧。形成的晶体管对沟道控制能力较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度的提高，晶体管的栅极尺寸也越来越短。然而，晶体管的栅极尺寸变短会使晶体管产生短沟道效应，进而产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。现有技术的晶体管包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底表面栅绝缘层；覆盖所述栅绝缘层的栅电极层；位于所述半导体衬底表面、且位于所述栅绝缘层、栅电极层两侧的侧墙；分别位于所述侧墙两侧的半导体衬底内的源区和漏区。然而，随着工艺节点的进一步增加，现有技术中晶体管的短沟道效应进一步加剧，对沟道控制能力较差。现有技术亟需一种对沟道控制能力较高的晶体管。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种对沟道控制能力较好的晶体管及其形成方法。为解决上述问题，本专利技术提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成悬空的纳米线；形成隔离层，所述隔离层覆盖纳米线底部的半导体衬底表面；形成覆盖所述纳米线表面的沟道层；形成覆盖所述沟道层表面的接触层；刻蚀所述接触层形成暴露出所述沟道层的沟槽；在所述沟槽内形成覆盖所述沟道层表面的势垒层；形成包裹所述势垒层并包裹部分所述接触层的栅极结构；形成位于接触层的源极和漏极，且所述源极和漏极分别位于栅极结构两侧。可选的，所述纳米线的形成步骤包括：在所述半导体衬底内形成第一开
口；填充满所述第一开口形成半导体层；刻蚀所述半导体衬底，形成第二开口，所述第二开口与第一开口相连并暴露出半导体层的各边；氧化半导体层和第二开口暴露出的半导体衬底表面，形成包裹剩余的半导体层并覆盖半导体衬底的氧化层；去除氧化层，使得剩余的半导体层悬空于半导体衬底上方；去除氧化层后，对剩余的半导体层进行退火处理，形成位于第三开口内的纳米线。可选的，所述第一开口的形状为碗形或正多边形；所述半导体层的形状为碗形或正多边形。可选的，所述半导体层的材料为硅、硅锗、锗或碳化硅，且所述半导体层的材料不同于半导体衬底的材料。可选的，所述第二开口的形成工艺为选择性刻蚀工艺。可选的，所述氧化层的形成工艺为热氧化工艺或湿法氧化工艺。可选的，采用热氧化工艺形成所述氧化层时的工艺参数范围为：温度800摄氏度-1200摄氏度，氧气流量0.5升/分钟-5.0升/分钟，氧化时间30分钟-300分钟。可选的，所述氧化层的厚度为2.0纳米-20.0纳米。可选的，去除所述氧化层的工艺为湿法刻蚀工艺。可选的，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀剂为稀释的氢氟酸溶液，所述稀释的氢氟酸溶液中氢氟酸和水的体积比为1：(5-10)。可选的，所述退火处理采用的气体包括氢气或氦气，温度为650摄氏度～1100摄氏度，气压为0.665帕-1.01×105帕。可选的，所述退火处理工艺为单步退火或多步退火。可选的，所述隔离层的厚度范围为2纳米-100纳米。可选的，所述隔离层的形成工艺为沉积工艺或氧化工艺。可选的，所述沟道层和接触层的形成工艺为分子束外延沉积、原子层沉积或气相外延沉积。可选的，所述沟道层的材料为InGaAs、InAs、GaSb、InSb或GaAs，其内部掺杂有浓度为1×1015原子数每立方厘米-5×1017原子数每立方厘米的n型离子；所述接触层的材料为InGaAs、InAs、GaSb、InSb或GaAs，其内部掺杂有浓度为1×1019原子数每立方厘米-5×1019原子数每立方厘米的n型离子。可选的，所述沟道层的厚度为10纳米-100纳米；所述接触层的厚度为10纳米-200纳米。可选的，所述势垒层的材料为InP、InAlAs，其内部掺杂有浓度为1×1016原子数每立方厘米-8×1017原子数每立方厘米的n型离子。可选的，所述势垒层的厚度为1纳米-100纳米。相应的，本专利技术还提供了一种采用上述方法形成的晶体管，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底内的悬空的纳米线；覆盖所述纳米线底部的半导体衬底表面的隔离层；包裹所述纳米线表面的沟道层；位于所述沟道层表面的接触层；贯穿所述接触层厚度、并暴露出所述沟道层表面的沟槽；位于所述沟槽内并覆盖所述沟道层表面的势垒层；包裹所述势垒层并包裹部分所述接触层的栅极结构；位于接触层的源极和漏极，且所述源极和漏极分别位于栅极结构两侧。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：由于本专利技术实施例的晶体管以纳米线为基础形成栅极结构、源极和漏极，在对沟道进行控制时，可以从各个方向对该晶体管进行控制，因此，此种结构的晶体管对沟道区的控制能力更强。进一步的，在形成纳米线的过程中，先在半导体衬底内形成第一开口，再在第一开口内形成半导体层，之后刻蚀半导体衬底形成暴露出半导体层各边的第二开口，再通过氧化、刻蚀、退火的方式对半导体层进行处理，形成纳米线。此种方式形成的纳米线的质量更好，且形成工艺简单。更进一步的，第二开口采用选择性刻蚀工艺形成，有效节省了工艺步骤。附图说明图1-图19为是本专利技术实施例的晶体管的形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术中晶体管对沟道控制能力有待进一步提高。经过研究，为了克服晶体管的短沟道效应，抑制漏电流，本专利技术的一实施例中提出了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，其基本结构由一个调制掺杂异质结及其源漏结构组成，其中，所述异质结又由未被掺杂的量子阱层和位于量子阱层表面的势垒层组成。由于所述量子阱层未被掺杂，所以所述二维电子气(2-DEG)不受电离杂质的散射影响，迁移率非常高，可以有效提高器件的性能，抑制短沟道效应，降低阈值电压。经过进一步分析得知，在高工艺节点下，相比于具有二维结构的上述晶体管，具有三维结构的上述晶体管的亚阈值摆幅更小，这也就意味着，具有三维结构的高电子迁移率晶体管对沟道的控制能力更佳，因而其性能更优越。经过进一步分析得知，可以通过对三维结构的上述晶体管进一步改变，来改善高电子迁移率晶体管对沟道的控制能力，在此基础上，本申请提供了一种新的高电子迁移率晶体管，其基本结构为纳米线型，由于其可以从各个方向对沟道进行控制，因而对沟道的控制能力更强，形成的半导体器件的性能更加优越。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。首先，在半导体衬底内形成悬空的纳米线。具体地，请参考图1，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100内形成第一开口101。其中，所述半导体衬底100为硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、III-V族化合物衬底(例如氮化镓衬底或砷化镓衬底等)或玻璃衬底。并且，所述半导体衬底100内还具有浅沟槽隔离结构102，用于隔离相邻的区域；所述第一开口101用于为后续形成纳米线提供基础，为使后续形成的纳米线的截面更接近圆形，所述第一开口101的形状优选为正多边形，例如正方形、正六边
形(即sigma形)等，或者所述第一开口101的形状还可以为碗形(bowl)，只要利于后续形成截面为圆形的纳米线即可。在本专利技术的实施例中，以材料为硅的半导体衬底100、sigma形的第一开口101为例进行示范性说明。请参考图2，填充满所述第一开口101(图1所示)形成半导体层103。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成悬空的纳米线；形成隔离层，所述隔离层覆盖纳米线底部的半导体衬底表面；形成覆盖所述纳米线表面的沟道层；形成覆盖所述沟道层表面的接触层；刻蚀所述接触层形成暴露出所述沟道层的沟槽；在所述沟槽内形成覆盖所述沟道层表面的势垒层；形成包裹所述势垒层并包裹部分所述接触层的栅极结构；位于接触层的源极和漏极，且所述源极和漏极分别位于栅极结构两侧。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成悬空的纳米线；形成隔离层，所述隔离层覆盖纳米线底部的半导体衬底表面；形成覆盖所述纳米线表面的沟道层；形成覆盖所述沟道层表面的接触层；刻蚀所述接触层形成暴露出所述沟道层的沟槽；在所述沟槽内形成覆盖所述沟道层表面的势垒层；形成包裹所述势垒层并包裹部分所述接触层的栅极结构；位于接触层的源极和漏极，且所述源极和漏极分别位于栅极结构两侧。2.如权利要求1所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述纳米线的形成步骤包括：在所述半导体衬底内形成第一开口；填充满所述第一开口形成半导体层；刻蚀所述半导体衬底，形成第二开口，所述第二开口暴露出半导体层的各边；氧化半导体层和第二开口暴露出的半导体衬底表面，形成包裹剩余的半导体层并覆盖半导体衬底的氧化层；去除氧化层，使得剩余的半导体层悬空于半导体衬底上方；去除氧化层后，对剩余的半导体层进行退火处理，形成位于第三开口内的纳米线。3.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一开口的形状为碗形或正多边形；所述半导体层的形状为碗形或正多边形。4.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述半导体层的材料为硅、硅锗、锗或碳化硅，且所述半导体层的材料不同于半导体衬底的材料。5.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二开口的形成工艺为选择性刻蚀工艺。6.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述氧化层的形成工艺为热氧化工艺或湿法氧化工艺。7.如权利要求6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，采用热氧化工艺形成所述氧化层时的工艺参数范围为：温度800摄氏度-1200摄氏度，氧气流量0.5升/分钟-5.0升/分钟，氧化时间30分钟-300分钟。8.如权利要求6所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为2.0纳米-20.0纳米。9.如权利要求2所述的晶体管的形成方法，其特征在于，去除所述氧化层的工艺为湿法刻蚀工艺。10.如权利要求9所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀剂为稀释的氢氟酸溶液，所述稀释的氢氟酸溶液中氢氟酸和水的体积比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，
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