本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鰭式場效應(yīng)晶體管及所述鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法。

背景技術(shù)：

mos晶體管通過在柵極施加電壓，調(diào)節(jié)通過溝道區(qū)域的電流來產(chǎn)生開關(guān)信號。但隨著半導(dǎo)體器件關(guān)鍵尺寸的縮小，傳統(tǒng)的平面式mos晶體管對溝道電流的控制能力變?nèi)酰斐蓢?yán)重的漏電流。

鰭式場效應(yīng)晶體管(finfet)是一種新興的多柵器件，請參考圖1，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。所述鰭式場效應(yīng)晶體管包括：半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有凸起的鰭部14，所述鰭部14一般是通過對半導(dǎo)體襯底10刻蝕后得到；介質(zhì)層11，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底10的表面以及鰭部14的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)12，橫跨在所述鰭部14上，覆蓋所述鰭部14的頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)12包括柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層上的柵電極(未示出)。

此外，iii-v族化合物由于具有穩(wěn)定性好、電子遷移率高、以及光吸收系數(shù)較高等優(yōu)點，也被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的制造中?，F(xiàn)有技術(shù)中也有采用iii-v族化合物制成鰭式場效應(yīng)晶體管的報道，但是存在形成工藝復(fù)雜的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)形成鰭式場效應(yīng)晶體管的工藝復(fù)雜。

為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方 法，所述方法包括：提供基底，所述基底上具有凸起的鰭部；在所述鰭部周圍的基底上形成隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)的材料包括還原氧化石墨烯，所述隔離結(jié)構(gòu)的頂表面低于所述鰭部的頂表面；形成覆蓋所述鰭部的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層內(nèi)形成源區(qū)和漏區(qū)，在所述源區(qū)和漏區(qū)之間的半導(dǎo)體層上形成柵極結(jié)構(gòu)。

可選地，在所述鰭部周圍的基底上形成隔離結(jié)構(gòu)包括：將氧化石墨烯分散在溶劑中形成氧化石墨烯溶液；將所述氧化石墨烯溶液旋涂在所述基底的表面形成氧化石墨烯層；還原所述氧化石墨烯層，形成還原氧化石墨烯層，所述還原氧化石墨烯層構(gòu)成所述隔離結(jié)構(gòu)。

可選地，還原所述氧化石墨烯層采用高溫?zé)崽幚砉に嚮蛘叩蜏鼗瘜W(xué)還原工藝。

可選地，所述鰭部的材料為inp，所述半導(dǎo)體層的材料為ingaas。

可選地，還包括，在形成所述隔離結(jié)構(gòu)前，形成覆蓋所述鰭部的過渡層，所述過渡層的晶格常數(shù)介于所述鰭部的晶格常數(shù)和所述半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間。

可選地，所述過渡層的材料為inalas。

可選地，所述半導(dǎo)體層和過渡層采用外延工藝形成。

對應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了采用上述方法形成的鰭式場效應(yīng)晶體管，所述鰭式場效應(yīng)晶體管包括：基底，所述基底上具有凸起的鰭部；位于所述鰭部周圍基底上的隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)的材料包括還原氧化石墨烯，所述隔離結(jié)構(gòu)的頂表面低于所述鰭部的頂表面；覆蓋所述鰭部的半導(dǎo)體層；位于所述半導(dǎo)體層內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)，和位于所述源區(qū)和漏區(qū)之間的半導(dǎo)體層上的柵極結(jié)構(gòu)。

可選地，所述鰭部的材料為inp，所述半導(dǎo)體層的材料為ingaas。

可選地，所述鰭式場效應(yīng)晶體管還包括：位于所述鰭部和所述半導(dǎo)體層之間的過渡層，所述過渡層的晶格常數(shù)介于所述鰭部的晶格常數(shù)和所述半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間。

可選地，所述過渡層的材料為inalas。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法中，在形成凸出于基底表面的鰭部之后，采用包括有還原氧化石墨烯的材料形成隔離結(jié)構(gòu)。由于所述還原氧化石墨烯材料的隔離結(jié)構(gòu)可以使用溶液旋涂的方法形成，無需進(jìn)行化學(xué)機械拋光和回刻蝕的工藝，降低了工藝復(fù)雜度。且所述還原氧化石墨烯材料的介電常數(shù)小于氧化硅，與傳統(tǒng)的隔離結(jié)構(gòu)相比，可以減少金屬間的寄生電容和連線間的串?dāng)_，有利于集成電路性能的提升。

對應(yīng)地，本發(fā)明的鰭式場效應(yīng)晶體管也具有上述優(yōu)點。

附圖說明

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖7示出了本發(fā)明一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法中所形成的中間結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)鰭式場效應(yīng)晶體管的形成工藝復(fù)雜。

本發(fā)明的發(fā)明人研究了現(xiàn)有技術(shù)采用iii-v族化合物形成鰭式場效應(yīng)晶體管的方法，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有工藝中，在形成包含iii-v族化合物的鰭部之后，為了在基底的表面形成隔離結(jié)構(gòu)需要多步工藝。例如，首先通過沉積工藝形成氧化物材料層；再對所述氧化物材料層進(jìn)行化學(xué)機械拋光，去除所述鰭部頂表面上的氧化物材料層；還需要對所述氧化物材料層進(jìn)行回刻蝕，使得所述氧 化物材料層的頂表面低于所述鰭部的頂表面，才能形成氧化物隔離結(jié)構(gòu)。上述工藝復(fù)雜，成本高，且化學(xué)機械拋光和刻蝕工藝也可能對鰭部造成損傷，影響良率。

基于以上研究，本發(fā)明實施例提供了一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法。所述方法在形成凸出于基底表面的鰭部之后，采用包括有還原氧化石墨烯(rgo：reducedgrapheneoxide)的材料形成隔離結(jié)構(gòu)，由于形成還原氧化石墨烯的隔離結(jié)構(gòu)可以使用溶液旋涂的方法形成，無需進(jìn)行化學(xué)機械拋光和回刻蝕的工藝，降低了工藝復(fù)雜度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。

需要說明的是，提供這些附圖的目的是有助于理解本發(fā)明的實施例，而不應(yīng)解釋為對本發(fā)明的不當(dāng)?shù)南拗啤榱烁宄鹨?，圖中所示尺寸并未按比例繪制，可能會做放大、縮小或其他改變。

本發(fā)明下面的實施例中，將以形成ingaas鰭式場效應(yīng)晶體管為例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。但需要說明的是，本發(fā)明的技術(shù)方案也適用于形成其他半導(dǎo)體材料的鰭式場效應(yīng)晶體管，尤其是，iii-v族半導(dǎo)體材料的鰭式場效應(yīng)晶體管。

首先，參考圖2和圖3，其中圖3是圖2沿aa1方向剖視圖，提供基底200，所述基底上具有凸起的鰭部210。

本實施例中，所述基底200為inp晶圓，所述鰭部210通過對所述基底200的刻蝕后形成，所述鰭部210的材料也為inp。

但由于inp晶圓成本較高，在另一些實施例中，所述基底200也可以為硅晶圓或者其他材料的晶圓，所述鰭部210通過外延工藝形成于所述基底200上。例如，在一具體實施例中，可以采用(100)晶面的硅晶圓，在所述硅晶 圓上形成隔離結(jié)構(gòu)及位于隔離結(jié)構(gòu)之間的硅鰭部；對所述硅鰭部進(jìn)行回刻蝕，形成位于隔離結(jié)構(gòu)之間的凹槽；接著，采用外延工藝形成填充所述凹槽的inp材料；接著，對所述inp材料進(jìn)行平坦化處理，使其頂表面與隔離結(jié)構(gòu)的頂表面齊平；隨后，對所述隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行回刻蝕，暴露出所述inp材料層，形成inp鰭部。

接著，參考圖4，形成覆蓋所述鰭部210的過渡層220，其中，所述過渡層220的晶格常數(shù)介于所述鰭部210的晶格常數(shù)和后續(xù)形成的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間。

本實施例中，所述鰭部210的材料為inp，后續(xù)形成的半導(dǎo)體層的材料為ingaas，用于形成ingaas鰭式場效應(yīng)晶體管。但是，由于ingaas材料與inp材料的晶格常數(shù)并不完全匹配，如果直接在所述inp鰭部210上形成ingaas材料的半導(dǎo)體層，由于晶格失配會在所述半導(dǎo)體層中存在較大的殘余應(yīng)力，該殘余應(yīng)力會在所述半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生不良影響，例如，大的殘余應(yīng)力將會使得所述半導(dǎo)體層在生長過程中產(chǎn)生裂紋甚至開裂，還有可能在所述半導(dǎo)體層中引入大量的缺陷，降低薄膜質(zhì)量。

因此，本實施例中，在所述鰭部210上形成所述半導(dǎo)體層和隔離結(jié)構(gòu)之前，先在所述鰭部210上形成過渡層220。所述過渡層220的晶格常數(shù)介于所述鰭部210和后續(xù)形成的半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)之間，可以釋放所述鰭部210和所述半導(dǎo)體層之間由于晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力。本實施例中，所述鰭部210的材料為inp，所述半導(dǎo)體層的材料為ingaas，則所述過渡層220的材料可以為inalas。在一具體實施例中，所述鰭部210的材料為inp，所述過渡層220的材料為in0.52al0.48as，所述半導(dǎo)體層的材料為in0.75ga0.25as。

需要說明的是，本發(fā)明對所述鰭部210，所述過渡層220，所述半導(dǎo)體層的材料和組分不做具體限定，在其他實施例中，也可以根據(jù)具體工藝選擇適 當(dāng)?shù)牟牧虾徒M分。

本實施例中，所述過渡層220采用外延工藝形成，例如分子束外延工藝或者化學(xué)氣相沉積工藝，所述過渡層220覆蓋所述基底200和所述鰭部210的整個表面。

接著，參考圖5，在所述鰭部210周圍的基底200上形成隔離結(jié)構(gòu)230，所述隔離結(jié)構(gòu)230的材料包括還原氧化石墨烯，所述隔離結(jié)構(gòu)230的頂表面低于所述鰭部210的頂表面。

本實施例中，在所述鰭部210上還形成有過渡層220，因此所述隔離結(jié)構(gòu)230位于所述過渡層220之上。由于在具體的半導(dǎo)體制造過程中，在所述基底200上會同時形成多個鰭式場效應(yīng)晶體管，所述隔離結(jié)構(gòu)230可用于隔離相鄰的鰭式場效應(yīng)晶體管。

本實施例中，所述隔離結(jié)構(gòu)230的材料包括還原氧化石墨烯(rgo：reducedgrapheneoxide)。具體地，形成所述隔離結(jié)構(gòu)230的工藝包括以下步驟。

首先，將氧化石墨烯(go：grapheneoxide)分散在溶劑中形成氧化石墨烯溶液(或者氧化石墨烯溶膠)。氧化石墨烯可以通過化學(xué)氧化剝離石墨而得到，工藝簡單，成本低，因此，利用氧化石墨烯再經(jīng)還原制備石墨烯已成為低本錢、大量制備石墨烯的一個重要途徑。所述溶劑可以為去離子水或者有機溶劑，所述有機溶劑可以為乙二醇。將所述氧化石墨烯置于溶劑后，可以進(jìn)行超聲處理，使得氧化石墨烯與溶劑混合均勻。

接著，將所述氧化石墨烯溶液旋涂在所述基底200的表面形成氧化石墨烯層。本實施例中，在所述基底200和鰭部210上還外延生長有過渡層220，則旋涂工藝后，所述氧化石墨烯溶液位于所述過渡層220的表面上。旋涂工藝后，對所述氧化石墨烯溶液烘干以形成氧化石墨烯層，通過控制旋涂氧化 石墨烯溶液的量可以控制后續(xù)形成的隔離結(jié)構(gòu)230的高度。

再接著，還原所述氧化石墨烯層，形成還原氧化石墨烯層，所述還原氧化石墨烯層構(gòu)成所述隔離結(jié)構(gòu)230。在一些實施例中，還原所述氧化石墨烯層可以采用高溫?zé)崽幚砉に嚮蛘叩蜏鼗瘜W(xué)還原工藝。所述高溫?zé)崽幚砉に囃ǔＴ诙栊曰蛘哌€原氣氛中進(jìn)行，由于溫度較高，要求基底200及其上材料能夠耐受高溫。所述低溫化學(xué)還原可以在低于100攝氏度的條件下進(jìn)行，可以采用肼類還原劑或者金屬氫化物類還原劑等。在其他一些實施例中，還可以采用電化學(xué)還原、光催化還原等方法對所述氧化石墨烯層進(jìn)行還原。

與現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效應(yīng)晶體管中形成隔離結(jié)構(gòu)的方法相比，本發(fā)明實施例中直接采用旋涂的工藝形成所述氧化石墨烯層，再經(jīng)過還原處理后直接形成所述隔離結(jié)構(gòu)230，無需進(jìn)行化學(xué)機械拋光和回刻蝕的工藝，降低了工藝復(fù)雜度。

此外，所述還原氧化石墨烯的介電常數(shù)低于氧化硅，例如，可以為3.5。與氧化硅材料的隔離結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明實施例的隔離結(jié)構(gòu)230還可以減少金屬間的寄生電容和連線間的串?dāng)_，有利于集成電路性能的提升。

接著，參考圖6，形成覆蓋所述鰭部210的半導(dǎo)體層240。

本實施例中，所述鰭部210上還形成有過渡層220，因此，所述半導(dǎo)體層240形成于所述過渡層220表面上。所述半導(dǎo)體層240后續(xù)用于形成鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)域，本實施例中，所述半導(dǎo)體層240的材料為ingaas。在另外一些實施例中，所述半導(dǎo)體層240還可以為其他半導(dǎo)體材料或者其他組分的iii-v族化合物半導(dǎo)體，本發(fā)明對此不作限定。

具體地，可以采用外延工藝直接在所述過渡層220上生長所述半導(dǎo)體層240。由于外延工藝的選擇性較高，僅在具有相同或相似的晶格結(jié)構(gòu)上進(jìn)行外延生長，因此所述半導(dǎo)體層240僅形成于所述鰭部210上的過渡層220的表 面，而不會形成于所述隔離結(jié)構(gòu)230上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施中用于形成溝道區(qū)域的半導(dǎo)體層240采用外延工藝形成，可以精確控制所述半導(dǎo)體層240的厚度，且可以使得半導(dǎo)體層240的厚度較薄，例如可以為5～20nm。在較薄的半導(dǎo)體層240內(nèi)，量子限域(quantumconfinement)效應(yīng)可以有效改善短溝道效應(yīng)，提高晶體管的驅(qū)動電流。從而無需為了減小側(cè)壁散射而對所述半導(dǎo)體層240進(jìn)行鈍化處理，使得本發(fā)明實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成工藝更加簡單。

接著，參考圖7，在所述半導(dǎo)體層240內(nèi)形成源區(qū)241和漏極242，在所述源區(qū)241和漏區(qū)242之間的半導(dǎo)體層240上形成柵極結(jié)構(gòu)250。

形成所述源區(qū)241、漏區(qū)242和所述柵極結(jié)構(gòu)250的具體工藝可以參考現(xiàn)有工藝，在此不再贅述。所述源區(qū)241和所述漏區(qū)242位于所述鰭部210延伸方向的兩端，所述柵極結(jié)構(gòu)250可以包括高介電常數(shù)的柵介質(zhì)層和金屬柵極，形成hkmg結(jié)構(gòu)。

對應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了采用上述方法形成的一種鰭式場效應(yīng)晶體管。參考上述方法所涉及的圖7，所述鰭式場效應(yīng)晶體管包括：基底200，所述基底200上具有凸起的鰭部210；位于所述鰭部210周圍基底200上的隔離結(jié)構(gòu)230，所述隔離結(jié)構(gòu)230的材料包括還原氧化石墨烯，所述隔離結(jié)構(gòu)230的頂表面低于所述鰭部210的頂表面；覆蓋所述鰭部210的半導(dǎo)體層240；位于所述鰭部240內(nèi)的源區(qū)241和漏區(qū)242，以及位于所述源區(qū)241和漏區(qū)242之間的半導(dǎo)體層240上的柵極結(jié)構(gòu)250。

本實施例中，所述鰭部210的材料為inp，所述半導(dǎo)體層240的材料為ingaas。在所述鰭部210和所述半導(dǎo)體層240之間還具有過渡層220，所述過渡層220的晶格常數(shù)介于所述鰭部210的晶格常數(shù)和所述半導(dǎo)體層240的晶格常數(shù)之間，用于釋放由于所述鰭部210和所述半導(dǎo)體層240之間的晶格差 異導(dǎo)致的應(yīng)力。具體地，所述過渡層220的材料可以為inalas。

對應(yīng)地，本發(fā)明實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管也具有上述方法的優(yōu)點，具體可參考對方法部分的描述，在此不再贅述。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。