[发明专利]垂直堆叠的环栅纳米线晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种垂直堆叠的环栅纳米线晶体管及其制备方法。该方法中先使第一牺牲层与沟道层沿远离衬底的方向交替层叠设置，最外层的第一牺牲层上形成掩膜层，然后使第一牺牲层的裸露表面发生自限制氧化反应形成牺牲氧化层，去除牺牲氧化层，并根据所需栅长重复上述形成牺牲氧化层以及刻蚀牺牲氧化层的步骤，从而通过上述至少一次的自限制氧化反应和对牺牲氧化层的刻蚀的工艺步骤使各第一牺牲层两侧的凹口能够具有基本相同的长度，然后通过在上述凹口中形成栅氧层和栅极，使最终形成的垂直堆叠的环栅纳米线晶体管能够具有相同的栅长，有效地避免了栅长差异对器件性能参数的影响，提高了垂直堆叠的环栅纳米线晶体管的应用竞争力。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种垂直堆叠的环栅纳米线晶体管及其制备方法。

背景技术

现有技术中的环栅纳米线晶体管(GAA-NWFET)由于其具有的优异的栅控能力和工艺兼容性，使其在CMOS电路中具有广阔的应用前景。

为了在相同面积衬底上获得尽可能高的驱动电流，通常需要在垂直衬底方向上堆叠多个GAA-NWFET，然而，在上述垂直堆叠多个GAA-NWFET的实施工艺中，由于需要采用各向同性刻蚀工艺来定义晶体管的栅长，使各GAA-NWFET的栅长不能得到精确控制，导致垂直堆叠的环栅纳米线晶体管的栅长存在差异，进而严重限制了垂直堆叠的环栅纳米线晶体管的实际应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种垂直堆叠的环栅纳米线晶体管及其制备方法，以解决现有技术中垂直堆叠的环栅纳米线晶体管由于栅长差异而导致性能降低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种垂直堆叠的环栅纳米线晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1，提供表面设置有沟道层、第一牺牲层和掩膜层的衬底，第一牺牲层与沟道层沿远离衬底的方向依次交替层叠设置，掩膜层设置在最外侧的第一牺牲层上；S2，从各第一牺牲层的裸露表面开始向内进行刻蚀，使第一牺牲层的具有裸露表面的两端相对于沟道层向内凹入形成凹口，并在凹口中填充介电材料；S3，使凹口中填充的介电材料形成第二牺牲层，且沟道层与第二牺牲层沿垂直于衬底表面的方向交替层叠设置；S4，刻蚀部分沟道层和部分第二牺牲层，形成与衬底连通的多个相互隔离的第一沟槽，剩余的沟道层形成纳米线阵列，并去除剩余的第二牺牲层，第二牺牲层被去除形成的孔洞和各第一沟槽形成环绕纳米线阵列的第二沟槽；S5，在第二沟槽的表面以及第二沟槽中纳米线阵列的表面设置栅氧层，栅氧层构成的容纳空间中填充有栅极材料，形成环绕纳米线阵列的栅堆叠结构；以及S6，形成分别与纳米线阵列的两端连接的源极和漏极。

进一步地，步骤S1包括以下过程：S11，在衬底表面依次交替形成第一牺牲预备层和沟道预备层；S12，在与衬底距离最大的第一牺牲预备层表面形成掩膜预备层；S13，采用图形转移工艺去除掩膜预备层的部分、各第一牺牲预备层的部分和各沟道预备层的部分，得到掩膜层、沟道层和第一牺牲层。

进一步地，步骤S2包括以下步骤：S21，使第一牺牲层的裸露表面发生自限制氧化反应形成牺牲氧化层，并刻蚀去除牺牲氧化层以形成凹口；S22，在衬底上沉积介电材料以形成第二牺牲预备层，部分介电材料填充于凹口中。

进一步地，在步骤S2中，在室温下使第一牺牲层设置于含氧溶剂中，以使第一牺牲层的裸露表面发生自限制氧化反应形成牺牲氧化层。

进一步地，在步骤S2中，采用湿法刻蚀工艺去除牺牲氧化层，优选采用氢氟酸溶液对牺牲氧化层进行湿法刻蚀。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：S31，向下刻蚀去除掩膜层、第一牺牲层以及部分沟道层，以形成与衬底连通的第三沟槽；S32，在第三沟槽中填充第一介电层；S33，第二牺牲预备层具有未被第一介电层覆盖的第一裸露表面，去除与第一裸露表面对应的部分第二牺牲预备层，以得到填充于凹口中的第二牺牲层。