[发明专利]一种堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构及制作方法

摘要

本发明公开了一种堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，包括：半导体衬底，上下堆叠设于所述半导体衬底上的围栅纳米线N型场效应管和围栅纳米线P型场效应管，所述围栅纳米线N型场效应管和围栅纳米线P型场效应管之间以介质层相隔离。本发明可实现独立控制CMOS中的N型场效应管和P型场效应管，能有效消除短沟道效应和量子效应产生的不利影响，避免平行CMOS器件中可能存在的闩锁效应，提高器件的性能，并可明显缩小CMOS器件的面积占比。本发明还公开了一种堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构的制作方法。

主权项

1.一种堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，包括：半导体衬底，上下堆叠设于所述半导体衬底上的围栅纳米线N型场效应管和围栅纳米线P型场效应管，所述围栅纳米线N型场效应管和围栅纳米线P型场效应管之间以介质层相隔离。

2.根据权利要求1所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述半导体衬底为SOI衬底。

3.根据权利要求1所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述围栅纳米线N型场效应管和围栅纳米线P型场效应管分别包括：由纳米线形成的沟道，横跨沟道的栅极，以及位于沟道两侧纳米线端部的源漏极。

4.根据权利要求3所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述沟道由一至多个纳米线平行排布所构成，所述栅极为高K材料金属栅极，所述介质层为低K材料。

5.根据权利要求4所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述纳米线材料为Si、SiGe或III‑V族材料，所述围栅纳米线N型场效应管的源漏极由设于纳米线两端的掺杂C的Si材料形成，所述围栅纳米线P型场效应管的源漏极由设于纳米线两端的SiGe材料形成。

6.根据权利要求4所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述高K材料为二氧化铪，所述金属栅极材料为钨，所述低K材料为SiOC。

7.根据权利要求1或4所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述栅极两侧具有侧墙。

8.根据权利要求1所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，所述围栅纳米线N型场效应管位于围栅纳米线P型场效应管的下方或上方。

9.一种堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构的制作方法，其特征在于，包括围栅纳米线N型场效应管芯片和围栅纳米线P型场效应管芯片的制作和连接；其中

所述围栅纳米线N型场效应管芯片的制作包括：

提供一第一体硅衬底，在所述第一体硅衬底上依次淀积底层SiGe层、中间Si层和上层SiGe层，构成超晶格；

刻蚀超晶格，形成一至多个Fin结构，并形成横跨Fin的赝栅极；

从Fin的两端向内刻蚀Fin的底层SiGe层和上层SiGe层材料，直至赝栅极的边缘，使Fin的中间Si层露出，形成Si纳米线；

在赝栅极两侧形成侧墙，并在侧墙两侧生长掺杂C的Si材料，将露出的Si纳米线两端包围，以形成N型场效应管的源漏极；

将赝栅极剥离，并去除赝栅极位置上Fin的底层SiGe层和上层SiGe层材料，使Fin的中间Si层露出，形成作为沟道的Si纳米线；

在沟道位置的Si纳米线表面依次形成栅氧层和高K材料层，并形成横跨Fin的金属栅极；

所述围栅纳米线P型场效应管芯片的制作包括：

提供一第二体硅衬底，在所述第一体硅衬底上依次淀积底层SiGe层、中间Si层和上层SiGe层，构成超晶格；

刻蚀超晶格，形成一至多个Fin结构，并形成横跨Fin的赝栅极；

从Fin的两端向内刻蚀Fin的底层SiGe层和上层SiGe层材料，直至赝栅极的边缘，使Fin的中间Si层露出，形成Si纳米线；

在赝栅极两侧形成侧墙，并在侧墙两侧生长SiGe材料，将露出的Si纳米线两端包围，以形成P型场效应管的源漏极；

将赝栅极剥离，并去除赝栅极位置上Fin的底层SiGe层和上层SiGe层材料，使Fin的中间Si层露出，形成作为沟道的Si纳米线；

在沟道位置的Si纳米线表面依次形成栅氧层和高K材料层，并形成横跨Fin的金属栅极；

将形成的围栅纳米线N型场效应管芯片和围栅纳米线P型场效应管芯片以上下堆叠方式移植到一SOI衬底上，去除第一体硅衬底和第二体硅衬底，并在围栅纳米线N型场效应管芯片和围栅纳米线P型场效应管芯片之间形成低K材料介质层作为隔离层；

将围栅纳米线N型场效应管芯片、围栅纳米线P型场效应管芯片和SOI衬底通过键合进行连接。

10.根据权利要求9所述的堆叠式围栅纳米线CMOS场效应管结构，其特征在于，将所述围栅纳米线N型场效应管或围栅纳米线P型场效应管与SOI衬底直接相连。