[发明专利]具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，在衬底上形成鳍结构，鳍结构的底部具有第一掺杂区；S2，在衬底上形成环绕并接触第一掺杂区的底部侧墙；S3，在底部侧墙上形成环绕并接触鳍结构的栅堆叠结构，鳍结构的顶部突出栅堆叠结构设置；S4，在栅堆叠结构上形成环绕并接触鳍结构的顶部侧墙，并在鳍结构表面形成第二掺杂区，至少部分第二掺杂区突出于顶部侧墙设置，第一掺杂区与第二掺杂区构成场效应晶体管的源/漏极。上述制备方法放松了对器件物理栅长以及沟道厚度的限制，不需要采用先进的光刻技术，而且占用的版图面积更小，减小了器件的电阻和电容，从而减低器件功耗，提升开关速度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着MOSFET器件尺寸的缩减(<3nm)，短沟道效应导致的器件漏电需要抑制，同时还要提高栅控能力，稳定器件的驱动电流，于是新的器件结构，如FinFET，GAA，NanosheetFET等器件被相继提出。

然而，现有技术中Nanosheet FET的制备工艺流程复杂，而具有垂直纳米线(vertical nanowire)的场效应晶体管的驱动电流由于受制于纳米线密度，为了实现较大驱动电流需要较大的版图面积，从而增大了器件的电阻和电容，使器件功耗增大，开关速度降低；并且，对于现有技术中的水平GAA结构的环栅纳米线或者FinFET，由于对器件物理栅长以及沟道厚度的限制，制备工艺中需要采用先进的光刻技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提场效应晶体管供一种具有垂直沟道的场效应晶体管及其制备方法，以解决现有技术中的场效应晶体管为实现较大驱动电流而导致功耗增大、开关速度降低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有垂直沟道的场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1，在衬底上形成鳍结构，鳍结构的底部具有第一掺杂区；S2，在衬底上形成环绕并接触第一掺杂区的底部侧墙；S3，在底部侧墙上形成环绕并接触鳍结构的栅堆叠结构，鳍结构的顶部突出栅堆叠结构设置；S4，在栅堆叠结构上形成环绕并接触鳍结构的顶部侧墙，并在鳍结构表面形成第二掺杂区，至少部分第二掺杂区突出于顶部侧墙设置，第一掺杂区与第二掺杂区构成场效应晶体管的源/漏极。

进一步地，在步骤S1之前，制备方法还包括在衬底表面形成注入区的步骤，在步骤S1中，在注入区表面形成鳍结构，使注入区与鳍结构接触。

进一步地，步骤S1包括以下步骤：S11，在衬底上顺序沉积形成层叠的第一掺杂材料层和沟道材料层；S12，顺序刻蚀沟道材料层和第一掺杂材料层，以形成鳍结构，刻蚀后的第一掺杂材料层构成第一掺杂区。

进一步地，在步骤S12中，采用自对准双重成像技术对沟道材料层和第一掺杂材料层进行刻蚀，以形成鳍结构。

进一步地，步骤S2包括以下步骤：S21，在衬底上沉积形成覆盖鳍结构的第一绝缘介质层，优选形成第一绝缘介质层的材料选自氮化硅、氧化硅形和低k介质中的任一种；S22，回刻第一绝缘介质层，以使部分鳍结构裸露，剩余的第一绝缘介质层构成环绕第一掺杂区的底部侧墙。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：S31，在衬底上沉积形成覆盖鳍结构的高k介质；S32，在衬底上沉积形成覆盖高k介质的栅极材料层；回刻栅极材料层和高k介质，以使鳍结构的顶部裸露，剩余的栅极材料层构成环栅结构，环栅结构与剩余的高k介质构成环绕并接触鳍结构的栅堆叠结构。

进一步地，步骤S4包括以下步骤：S41，在衬底上沉积形成覆盖鳍结构的第二绝缘介质层，对第二绝缘介质层进行平坦化处理，以使鳍结构的上表面裸露，剩余的第二绝缘介质层构成顶部侧墙；S42，在鳍结构裸露的表面上外延并掺杂，以形成第二掺杂区。