[发明专利]环栅纳米线场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种环栅纳米线场效应晶体管及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，在衬底上形成与衬底隔离的第一鳍体，第一鳍体由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成；S2，将第一鳍体中的第二区域形成纳米线结构；S3，绕纳米线结构的裸露表面顺序形成层叠的界面氧化层、铁电层和栅极，以及，制备方法还包括以下步骤：在第一区域和第三区域中形成源/漏极，源/漏极与纳米线结构的两端连接。上述制备方法提高了器件的栅控能力，降低了器件的漏电流，减小了器件的源漏寄生电阻，且能够使器件的亚阈值斜率大大低于60mV/dec。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种环栅纳米线场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着器件不断萎缩，传统的鳍型场效应晶体管(FinFET)面临严重退化的亚阈值特性、急剧增加的源漏穿通漏电流和栅介质隧穿漏电流、提高驱动性能和降低系统功耗对工作电压的矛盾需求、以及工艺变异导致的电学参数统计涨落(Statistical Fluctuations)等多方面的严峻挑战。因此更加陡直的亚阈值斜率意味着可以得到更低的阈值电压和更低的功耗，而传统的MOSFET由于其物理特性的限制，其亚阈值斜率不能低于60mV/dec。

如何通过优化器件结构和制造工艺来提供更低的亚阈值斜率并优化栅控，仍是鳍型场效应晶体管必须要解决的技术难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种环栅纳米线场效应晶体管及其制备方法，以解决现有技术中鳍型场效应晶体管的亚阈值斜率较高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种环栅纳米线场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1，在衬底上形成与衬底隔离的第一鳍体，第一鳍体由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成；S2，将第一鳍体中的第二区域形成纳米线结构；S3，绕纳米线结构的裸露表面顺序形成层叠的界面氧化层、铁电层和栅极，以及，制备方法还包括以下步骤：在第一区域和第三区域中形成源/漏极，源/漏极与纳米线结构的两端连接。

进一步地，步骤S1包括以下步骤：S11，在衬底上形成鳍结构，鳍结构的两侧具有相对的凹槽；S12，将鳍结构氧化，其中凹槽对应的鳍结构的位置被完全氧化以使鳍结构形成独立的第一鳍体和第二鳍体，第一鳍体位于第二鳍体远离衬底的一侧；S13，在衬底上沉积绝缘材料，以形成覆盖第一鳍体和第二鳍体的第一隔离层；S14，对第一隔离层进行平坦化处理，以使第一隔离层与第一鳍体的上表面齐平。

进一步地，步骤S11包括以下过程：S111，在衬底上顺序形成第二隔离层、牺牲层和掩膜层；S112，采用图形化工艺去除部分牺牲层和掩膜层，以使部分第二隔离层表面裸露；S113，去除剩余的掩膜层，并在第二隔离层上形成覆盖于牺牲层两侧的第一侧墙；S114，去除剩余的牺牲层，并以第一侧墙为掩膜去除部分第二隔离层和部分衬底，与第一侧墙对应的部分衬底凸起形成鳍结构，同时鳍结构的两侧形成有凹槽，凹槽由鳍结构的1/3高度处延伸至2/3高度处。

进一步地，形成鳍结构的过程包括：采用各向异性刻蚀工艺去除部分第二隔离层和部分衬底，以使剩余的衬底具有凸起结构；采用各向同性刻蚀工艺在凸起结构的两侧形成凹槽；采用各向异性刻蚀工艺去除位于凹槽下方的部分衬底，以形成具有凹槽的鳍结构。

进一步地，在步骤S1与步骤S2之间，制备方法还包括以下步骤：从第一隔离层的表面开始刻蚀去除部分第一隔离层，以使部分第一鳍体裸露；在剩余的第一隔离层上形成跨部分第一鳍体的假栅堆叠，并在假栅堆叠的两侧形成跨部分第一鳍体的第二侧墙；去除假栅堆叠，位于第二侧墙之间的部分第一鳍体为第二区域。

进一步地，在去除假栅堆叠的步骤之前，在第一区域和第三区域中形成源/漏极，且使源/漏极与步骤S2中形成的纳米线结构的两端连接。