[发明专利]多沟道全包围栅极器件及其制造方法

摘要

本发明提供一种多沟道全包围栅极器件及其制造方法，所述制造方法，首先利用半导体衬底上的由材质不同的第二半导体外延层与第一半导体外延层交替堆叠的周期结构形成鳍片，之后在选择性去除该周期结构中的第二半导体外延层，从而获得了由多层悬空的所述第一半导体外延层构成的多层沟道，并最终形成了全包围所述多层沟道的金属栅极结构，该金属栅极结构以全包围的形式从四面有效地控制每一层沟道，相比于单沟道结构，增加了沟道的有效宽度以及有效面积，从而有效地提高了载流子迁移率，并抑制了短沟道效应、漏场和穿通等问题，提高了器件性能，工艺简单，可适用于10nm及以下技术节点的器件制造。

主权项

一种多沟道全包围栅极器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面上形成由第一半导体外延层与第二半导体外延层交替堆叠的周期结构，所述第一半导体外延层与所述半导体衬底、所述第二半导体外延层的材质不同，且所述周期结构的最底层和最顶层均为所述第一半导体外延层；刻蚀所述周期结构至所述半导体衬底表面，以在所述周期结构中形成沟槽，剩余的所述周期结构在所述半导体衬底上形成多个鳍片，相邻的所述鳍片之间通过所述沟槽隔离；在所述沟槽中填充隔离材料以形成隔离结构，并对所述隔离结构进行回刻蚀，以暴露出一定高度的鳍片作为沟道区；形成围绕在所述沟道区暴露出的侧面和顶面上的虚拟栅极结构；在所述虚拟栅极结构、隔离结构以及鳍片表面上覆盖层间介质层，并平坦化所述层间介质层至暴露出所述虚拟栅极结构顶部；以所述层间介质层为掩膜，去除所述虚拟栅极结构以暴露出部分所述沟道区的周期结构表面；采用选择性刻蚀工艺去除所述沟道区的周期结构中暴露出的第二半导体外延层，形成悬空且相互间隔的多层第一半导体外延层沟道；以及在所述多层第一半导体外延层沟道的上表面以及所述多层第一半导体外延层沟道的第一半导体外延层之间和侧壁上形成高K介质层；在所述高K介质层的暴露表面上形成金属导电层，以形成全包围所述多层第一半导体外延层沟道的金属栅极结构。