[发明专利]多沟道全包围栅极器件及其制造方法

权利要求书

1.一种多沟道全包围栅极器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面上形成由第一半导体外延层与第二半导体外延层交替堆叠的周期结构，所述第一半导体外延层与所述半导体衬底、所述第二半导体外延层的材质不同，且所述周期结构的最底层和最顶层均为所述第一半导体外延层；

刻蚀所述周期结构至所述半导体衬底表面，以在所述周期结构中形成沟槽，剩余的所述周期结构在所述半导体衬底上形成多个鳍片，相邻的所述鳍片之间通过所述沟槽隔离；

在所述沟槽中填充隔离材料以形成隔离结构，并对所述隔离结构进行回刻蚀，以暴露出一定高度的鳍片作为沟道区；

形成围绕在所述沟道区暴露出的侧面和顶面上的虚拟栅极结构；

在所述虚拟栅极结构、隔离结构以及鳍片表面上覆盖层间介质层，并平坦化所述层间介质层至暴露出所述虚拟栅极结构顶部；

以所述层间介质层为掩膜，去除所述虚拟栅极结构以暴露出部分所述沟道区的周期结构表面；

采用选择性刻蚀工艺去除所述沟道区的周期结构中暴露出的第二半导体外延层，形成悬空且相互间隔的多层第一半导体外延层沟道；以及

在所述多层第一半导体外延层沟道的上表面以及所述多层第一半导体外延层沟道的第一半导体外延层之间和侧壁上形成高K介质层；

在所述高K介质层的暴露表面上形成金属导电层，以形成全包围所述多层第一半导体外延层沟道的金属栅极结构。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述半导体衬底表面上形成所述周期结构之前，对所述半导体衬底表面进行清洗。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，采用缓冲氧化物刻蚀液、稀释的氢氟酸溶液或者氩气等离子体对所述半导体衬底表面进行清洗。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一半导体外延层的材质为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、锑化铟、磷化镓、锑化镓、砷铟化铝、铟砷化镓、磷化锑镓或磷化铟；所述第二半导体外延层的材质为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、锑化铟、磷化镓、锑化镓、砷铟化铝、铟砷化镓、磷化锑镓或磷化铟。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述周期结构的各层均采用原子层沉积工艺形成。

6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述周期结构中的每层厚度均为1nm～4nm，所述周期结构的总体厚度为20nm～80nm。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在形成所述周期结构之后，对所述周期结构进行热退火处理。

8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，采用自对准双图像化程序技术刻蚀所述周期结构，以在所述半导体衬底上形成所述鳍片和所述沟槽。

9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，采用氯化氢气体作为主刻蚀气体，等离子体刻蚀所述周期结构，刻蚀停止在所述半导体衬底表面，以在所述半导体衬底上形成所述鳍片和所述沟槽。

10.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述虚拟栅极结构包括围绕在所述沟道区暴露出的侧面和顶面上的牺牲高K介质层以及覆盖在所述牺牲高K介质层表面的虚拟栅极层。

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述牺牲高K介质层的材质为氧化镧、一氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钡锆、氧化铪锆、氮氧化铪锆、氧化铪镧、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧硅、氧化铝硅、氧化铪钽、氧化铪钛、氧化铝或氮化硅；所述虚拟栅极层的材质为聚合物材料、单晶硅、非晶硅、多晶硅、多晶锗、非晶锗、单晶锗、锗化硅、氮化钛或氮化钽。

12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，采用氯化硼气体作为主刻蚀气体，并采用等离子体刻蚀工艺去除所述虚拟栅极结构中的所述牺牲高K介质层。

13.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述选择性刻蚀工艺为干法刻蚀工艺或者湿法刻蚀工艺。

14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述干法刻蚀工艺中采用溴化氢、氢气或氯气中的至少一种作为主刻蚀气体，来选择性去除所述沟道区的周期结构中的第二半导体外延层。