[发明专利]一种阶梯负电容层鳍式场效应晶体管及其制备方法

说明书

本申请涉及一种阶梯负电容层鳍式场效应晶体管及其制备方法。该晶体管包括：半导体衬底，覆盖于半导体衬底上表面的埋氧层，位于埋氧层上方的鳍式有源区，鳍式有源区从埋氧层表面的第一方向上鳍式凸起，鳍式有源区的长度与半导体衬底的长度相同，鳍式有源区的宽度小于半导体衬底宽度，鳍式有源区包括源区、沟道区和漏区，鳍式有源区的源区和漏区之间的沟道区的上表面和第一方向上的左右两个侧表面覆盖了栅氧化层，栅氧化层上覆盖三向负电容层，三向负电容层的厚度顺着第一方向阶梯性增厚或变薄，三向负电容层上覆盖了金属层。提高的饱和区电流以及降低的亚阈值摆幅，从而降低晶体管的功耗并提升晶体管性能。

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种阶梯负电容层鳍式场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着技术规模的不断扩大，下一代低功耗电路和系统需要能够克服玻尔兹曼极限并在室温下具有低于理论极限值60mV/dec的新型半导体器件。负电容鳍式场效应晶体管(FinFET)正成为实现这一突破的强有力器件。但是目前负电容FinFET对于栅极电压的放大效应在源端后漏端是一致的，栅极对沟道的控制能力不强，因此改善晶体管的亚阈值特性或减小静态功耗有限，使得晶体管的性能提升有限。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够使栅极电压通过三向负电容层在鳍式沟道区产生区线性放大作用，提高鳍式场效应晶体管的栅控能录，降低器件的亚阈值摆幅并提升饱和区电流的阶梯负电容层鳍式场效应晶体管及其制备方法。

一种阶梯负电容层鳍式场效应晶体管，所述晶体管包括半导体衬底(1)，覆盖于所述半导体衬底(1)上表面的埋氧层(2)，位于所述埋氧层(2)上方的鳍式有源区，所述鳍式有源区从所述埋氧层(2)表面的第一方向上鳍式凸起，所述鳍式有源区的长度与所述半导体衬底(1)的长度相同，所述鳍式有源区的宽度小于所述半导体衬底(1)宽度，所述鳍式有源区包括源区(5)、沟道区和漏区(6)，所述鳍式有源区的源区(5)和漏区(6)之间的沟道区的上表面和第一方向上的左右两个侧表面覆盖了栅氧化层(4)，所述栅氧化层(4)上覆盖三向负电容层(7)，所述三向负电容层的厚度顺着第一方向阶梯性增厚或变薄，所述三向负电容层上覆盖了金属层(8)。

在其中一个实施例中，所述三向负电容层(7)为负电容材料。

在其中一个实施例中，所述三向负电容层(7)的厚度阶梯数为n，其中，n≥2。

在其中一个实施例中，所述金属层(8)覆盖于所述三向负电容层(7)上，并向垂直于第一方向的第二方向上延伸至所述埋氧层(2)的两边，形成第二方向上的条状金属层(8)。

一种阶梯负电容层鳍式场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

利用智能剥离技术形成具有衬底、埋氧化层和顶层的三层结构；

利用自对准双重成像技术在所述顶层上刻蚀，保留所述埋氧层表面顺着的第一方向鳍式凸起的顶层材料，去除鳍式凸起的顶层材料以外的顶层材料；

通过原位氧化生长法，在鳍式凸起的中间段上形成均匀的二氧化硅作为栅氧化层，所述鳍式凸起分为三段；

用光刻胶保护栅氧化层区域，通过大剂量的离子注入在栅氧化层光刻胶未保护区域的所述鳍式凸起的另外两段的表面，一段形成源区，一段形成漏区；

通过掩膜保护除栅氧化层表面以外的区域，利用化学气相沉积、原子层沉积或溅射工艺，在整个栅氧化层的表面淀积负电容材料，形成负电容材料层；

将负电容材料层划分为第一区域和第二区域，通过掩膜保护除负电容材料层表面的第二区域以外的区域，利用化学气相沉积、原子层沉积或溅射工艺，在第一区域再次淀积负电容材料，使第二区域的负电容材料层的厚度相对第一区域的负电容材料层的厚度更厚，得到顺着第一方向阶梯性增厚或变薄的三向负电容层；