[发明专利]鳍式场效应晶体管及其形成方法

说明书

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；在半导体衬底上形成鳍部，所述鳍部的侧壁与半导体衬底表面之间具有第一倾斜角；在半导体衬底表面形成隔离层，高于隔离层的部分鳍部作为第一部分鳍部，被隔离层覆盖的部分鳍部作为第二部分鳍部；对第一部分鳍部的侧壁进行刻蚀，使第一部分鳍部的侧壁与半导体衬底表面之间的具有第二倾斜角，第二倾斜角小于第一倾斜角；在第一部分鳍部侧壁表面形成含碳半导体层；在含碳半导体层表面形成石墨烯层；在隔离层表面形成横跨鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分第一部分鳍部侧壁上的石墨烯层及部分鳍部顶部。所述方法可以提高形成的鳍式场效应晶体管的性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。

背景技术

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0.4μm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。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种鳍式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，本发明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，所述鳍部的侧壁与半导体衬底表面之间具有第一倾斜角；在所述半导体衬底表面形成隔离层，所述隔离层的表面低于鳍部的顶部表面并覆盖部分鳍部的侧壁表面，高于隔离层的部分鳍部作为第一部分鳍部，被隔离层覆盖的部分鳍部作为第二部分鳍部；对第一部分鳍部的侧壁进行刻蚀，使第一部分鳍部的侧壁与半导体衬底表面之间的具有第二倾斜角，所述第二倾斜角小于第一倾斜角；在所述第一部分鳍部侧壁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；在所述隔离层表面形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分第一部分鳍部侧壁上的石墨烯层及部分第一部分鳍部顶部。

可选的，所述第二倾斜角的范围为50°～70°。

可选的，所述第一倾斜角的范围为80°～90°。

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氛围下进行，压强为10mbar～900mbar，温度为1500℃～2000℃，时间为10min～20min。

可选的，对第一部分鳍部的侧壁进行刻蚀的方法包括：在鳍部的顶部表面形成掩膜层，所述掩膜层的宽度小于鳍部的顶部宽度，所述掩膜层两侧暴露出部分鳍部顶部；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一部分鳍部，使所述第一部分鳍部的侧壁倾斜度减小。

可选的，所述石墨烯层为单层或者双层的石墨烯结构。