[发明专利]一种负电容场效应晶体管及其制备方法、一种半导体器件

说明书

本发明涉及一种负电容场效应晶体管及其制备方法、一种半导体器件，负电容场效应晶体管包括：衬底；纳米片堆栈部，其设置在所述衬底上，形成多个导电沟道；纳米片堆栈部包括：纳米片形成的叠层及位于相邻纳米片之间的支撑结构，支撑结构是第一半导体形成的，纳米片是第二半导体形成的；所述纳米片的宽度大于支撑结构的宽度；环绕式栅极，其环绕于纳米堆栈部周围；所述环绕式栅极包括铁电层。负电容场效应晶体管可以显著降低器件的亚阈值摆幅；同时多层堆叠的纳米片结构可以增加负电容场效应晶体管的工作电流和栅控性能；具由支撑结构的纳米片降低了多层栅介质在纳米片间的填充要求，并可以有效减小器件的漏电特性。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种负电容场效应晶体管及其制备方法、一种半导体器件。

背景技术

自从摩尔定律提出半个世纪以来，半导体器件的尺寸不断微缩，电路集成度越来越高。然而，在室温下由于电子的玻尔兹曼分布特征，亚阈值摆幅(SS)极限值约60mV/dec，导致传统金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)集成电路的发展受到挑战。随着晶体管特征尺寸步入亚五纳米节点，功耗已经成为集成电路产业所面临的瓶颈性问题之一。其主要限制因素为亚阈值特性和驱动电压无法随特征尺寸同步改善。通过将铁电材料引入半导体器件形成负电容场效应晶体管(NC-FET)，将传统金属氧化物半导体场效应晶体管中的栅极绝缘介质替换为具有负电容特性的铁电薄膜材料，即可在不改变晶体管输运机制的前提下突破亚阈值摆幅极限，从而带来功耗降低等显著的器件性能提升。

但目前NC-FET主要处于实验研究阶段，这主要受到铁电负电容材料的稳定性、滞回现象、漏电流和更加精确的仿真模型等问题的限制。

同时，GAA stacked nanosheet FET的研究进展受到了学术界和产业界的广泛关注。不断更新的制备流程和关键工艺，以及优化后的器件结构是新型CMOS器件的热门研究方向。GAA stacked nanosheet FET具有环栅结构和水平纳米片(NS)作为导电沟道的新型器件。新型的Fishbone FET通过在堆叠纳米片器件增加支撑结构可在基本不影响器件亚阈值特性的情况下，大幅增加驱动电流；可维持源漏施加应力，提升器件迁移率；可不采用复杂的内侧墙工艺，减小器件制备复杂度和电学特性波动性；同时，通过和衬底的连接可以增加导电沟道散热，改善自热效应；可以通过调节支撑结构的宽度和高度调节器件阈值，工艺上也降低了高界面氧化层和金属栅极的填充要求，有利于实现多阈值调控。所以，如何稳定铁电材料的负电容，消除滞回现象，并将新型铁电材料和新型纳米结构晶体管相结合是负电容晶体管研究的关键突破点。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种负电容场效应晶体管及其制备方法、一种半导体器件，本发明采用了如下技术方案：

一种负电容场效应晶体管，其特征在于：包括：

衬底；

纳米片堆栈部，其设置在所述衬底上，形成多个导电沟道；纳米片堆栈部包括：纳米片形成的叠层及位于相邻纳米片之间的支撑结构，支撑结构是第一半导体形成的，纳米片是第二半导体形成的；所述纳米片的宽度大于支撑结构的宽度；

环绕式栅极，其环绕于纳米堆栈部周围；所述环绕式栅极包括铁电层。

同时本发明还公开了一种负电容场效应晶体管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

提供衬底；

在衬底上外延生长第一半导体、第二半导体的超晶格叠层；

刻蚀超晶格叠层，形成多个鳍片；

在鳍片上形成伪栅；

对鳍片上的第一半导体、第二半导体的超晶格叠层进行选择性移除形成多个导电沟道的纳米堆栈部，使得纳米堆栈部包括第二半导体形成的纳米片以及第一半导体形成的支撑结构，纳米片的宽度大于支撑结构的宽度，实现纳米片的沟道释放；