晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了跟上摩爾定律的腳步，半導(dǎo)體器件的特征尺寸逐漸減小。由于小尺寸下短溝道效應(yīng)和柵極漏電流的問(wèn)題使晶體管的開(kāi)關(guān)性能變壞，因此通過(guò)縮小傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的物理尺寸來(lái)提高性能已經(jīng)面臨一些困難。
[0003]為了抑制短溝道效應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展了納米線(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NanowireField-Effect Transistor, NWFET)技術(shù)。
[0004]NWFET具有一維納米線(xiàn)溝道，通常采用圍柵結(jié)構(gòu)，柵極可以從多個(gè)方向?qū)λ鲆痪S納米線(xiàn)溝道進(jìn)行調(diào)制，從而可增強(qiáng)柵極的調(diào)制能力，改善閾值特性。
[0005]由此可見(jiàn)，NWFET可以抑制短溝道效應(yīng)，使場(chǎng)效應(yīng)晶體管尺寸可以進(jìn)一步減??；NWFET的所述圍柵結(jié)構(gòu)改善了柵極調(diào)控能力，從而緩解了減薄柵介質(zhì)厚度的需求，進(jìn)而可以減小柵極的漏電流。
[0006]然而，現(xiàn)有的NWFET技術(shù)存在溝道區(qū)載流子遷移率較小的問(wèn)題，而現(xiàn)有技術(shù)一些提高載流子遷移率的制造方法較為復(fù)雜，如何能在簡(jiǎn)化制程的同時(shí)優(yōu)化晶體管性能成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種晶體管及其制造方法，在簡(jiǎn)化制程的同時(shí)能優(yōu)化晶體管的性能。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管的制造方法，包括:提供基底，所述基底包括第二半導(dǎo)體層以及依次位于所述第二半導(dǎo)體層上的介質(zhì)層、第一半導(dǎo)體層；圖形化所述第一半導(dǎo)體層，形成源極部、漏極部以及位于所述源極部和漏極部之間的鰭；去除位于所述鰭下方的部分介質(zhì)層，使所述鰭懸空于剩余介質(zhì)層上；對(duì)所述鰭執(zhí)行氧化處理并去除氧化層的步驟兩次以上，以形成納米線(xiàn)；在所述納米線(xiàn)上形成圍柵結(jié)構(gòu)；對(duì)所述納米線(xiàn)兩端的源極部、漏極部進(jìn)行摻雜，以形成源極和漏極。
[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種晶體管，包括:基底，所述基底包括硅層以及依次位于所述硅層上的介質(zhì)層、鍺硅層；所述鍺硅層和部分介質(zhì)層中形成有凹槽，位于所述凹槽兩側(cè)的所述鍺硅層分別用作源極或漏極；位于所述源極和漏極之間與所述源極和漏極相接觸的鍺納米線(xiàn)，用作晶體管的溝道區(qū)；填充于所述凹槽且覆蓋所述納米線(xiàn)的圍柵結(jié)構(gòu)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]對(duì)于含硅元素的鰭，對(duì)所述鰭執(zhí)行至少兩次所述氧化處理和去除氧化層的步驟，可以消耗鰭中部分硅元素的含量，從而使得去除的納米線(xiàn)中的硅，例如形成材料為鍺的納米線(xiàn)，鍺材料的納米線(xiàn)用作溝道區(qū)可以提高晶體管中載流子遷移率，進(jìn)而優(yōu)化晶體管的性倉(cāng)泛。
[0012]此外，形成氧化硅和去除氧化層的工藝可以與現(xiàn)有常規(guī)工藝實(shí)現(xiàn)良好的兼容性，簡(jiǎn)化晶體管的制程。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明晶體管制造方法一實(shí)施例的流程示意圖；
[0014]圖2至圖13是圖1所示晶體管制造方法各步驟對(duì)應(yīng)的晶體管的側(cè)面示意圖；
[0015]圖14是本發(fā)明晶體管一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖15是圖14所示晶體管沿FF’剖線(xiàn)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)有技術(shù)的納米線(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管雖然抑制了短溝道效應(yīng)，但是現(xiàn)有技術(shù)中晶體管溝道區(qū)的載流子遷移率還不符合要求，晶體管的性能不夠優(yōu)良。
[0018]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管的制造方法。參考圖1，示出了本發(fā)明晶體管的制造方法一實(shí)施例的流程示意圖。所述制造方法大致包括以下步驟:
[0019]步驟SI，提供基底，所述基底包括第二半導(dǎo)體層以及依次位于所述第二半導(dǎo)體層上的介質(zhì)層、第一半導(dǎo)體層；
[0020]步驟S2，圖形化所述第一半導(dǎo)體層，形成源極部、漏極部以及位于所述源極部和漏極部之間的鰭；
[0021]步驟S3，去除位于所述鰭下方的部分介質(zhì)層，使所述鰭懸空于剩余介質(zhì)層上；
[0022]步驟S4，對(duì)所述鰭執(zhí)行氧化處理并去除氧化層的步驟兩次以上；
[0023]步驟S5，對(duì)執(zhí)行了氧化處理和去除氧化層步驟之后的鰭進(jìn)行退火處理，以形成納米線(xiàn)；
[0024]步驟S6，在所述納米線(xiàn)上形成圍柵結(jié)構(gòu)；
[0025]步驟S7，對(duì)所述納米線(xiàn)兩端的源極部、漏極部進(jìn)行摻雜，以形成源極和漏極。
[0026]本實(shí)施例對(duì)于含硅元素的鰭，對(duì)所述鰭執(zhí)行至少兩次所述氧化處理和去除氧化層的步驟，可以消耗鰭中部分硅元素的含量，從而使得去除的納米線(xiàn)中的硅，例如形成材料為鍺的納米線(xiàn)，鍺材料的納米線(xiàn)用作溝道區(qū)可以提高晶體管中載流子遷移率，進(jìn)而優(yōu)化晶體管的性能。
[0027]此外，形成氧化硅和去除氧化層的工藝可以與現(xiàn)有常規(guī)工藝實(shí)現(xiàn)良好的兼容性，簡(jiǎn)化晶體管的制程。
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)上述實(shí)施例的步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參考圖2至圖13是圖1所示晶體管制造方法各步驟對(duì)應(yīng)的晶體管的側(cè)面示意圖。需要說(shuō)明的是，此處以P型晶體管為例進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明對(duì)此不作限制，本發(fā)明晶體管還可以是N型晶體管。
[0029]結(jié)合參考圖2和圖3，圖3為圖2沿00’剖線(xiàn)的剖視圖。執(zhí)行步驟SI，提供基底。本實(shí)施例中，所述基底包括娃襯底100、位于所述娃襯底100上的介質(zhì)層101、位于所述介質(zhì)層101上的第一半導(dǎo)體層102。
[0030]具體地，所述硅襯底100可以是體硅或絕緣體上硅。所述介質(zhì)層101的材料可以是為氧化硅。所述第一半導(dǎo)體層102為包含硅元素的半導(dǎo)體材料，具體地，所述第一半導(dǎo)體層102的材料為鍺硅。
[0031]所述第一半導(dǎo)體層102后續(xù)用于形成納米線(xiàn)、源極和漏極。如果第一半導(dǎo)體層102的厚度過(guò)小，容易使納米線(xiàn)的橫截面的較小或者使晶體管源極和漏極的尺寸過(guò)小，進(jìn)而影響晶體管的性能；如果第一半導(dǎo)體層102的厚度過(guò)大，則容易增大最終形成的晶體管的尺寸。所述第一半導(dǎo)體層102的厚度在10?10nm的范圍內(nèi)。
[0032]此外，第一半導(dǎo)體層102用于形成鍺材料的納米線(xiàn)，和鍺硅材料的源極和漏極，如果第一半導(dǎo)體層102中鍺的質(zhì)量百分比過(guò)小，則增加制作納米線(xiàn)的難度，如果第一半導(dǎo)體層102中鍺的質(zhì)量百分比過(guò)大，會(huì)影響晶體管源極和漏極的性能，可選的，第一半導(dǎo)體層102中鍺的質(zhì)量百分比在15?85%的范圍內(nèi)。
[0033]結(jié)合參考圖4和圖5，圖5為圖4沿AA’剖線(xiàn)的剖視圖。執(zhí)行步驟S2，圖形化所述第一半導(dǎo)體層102，形成源極部1031、漏極部1032、位于所述源極部1031、漏極部1032之間的鰭1033。
[0034]本實(shí)施例中，圖形化所述第一半導(dǎo)體層102，以形成一“H”型結(jié)構(gòu)。具體地包括:兩個(gè)相互平行第一條狀圖案，以及位于兩個(gè)第一條狀圖案之間、與所述第一條狀圖案相垂直的第二條狀圖案；其中所述第一條狀圖案用作所述源極部1031或漏極部1032 ;所述第二條狀圖案用作所述鰭1033。
[0035]本實(shí)施例中，所述鰭1033為橫截面為正方形的柱形結(jié)構(gòu)。所述鰭1033包括兩個(gè)
(100)晶面的表面和兩個(gè)(I 10)晶面的表面。
[0036]結(jié)合參考圖6和圖7，圖7為圖6沿BB’剖線(xiàn)的剖視圖。執(zhí)行步驟S3，去除位于所述鰭1033下方的部分介質(zhì)層101，使所述鰭1033懸空于剩余介質(zhì)層101上。
[0037]圖形化所述介質(zhì)層101，在所述鰭1033的下方形成通道106，從而使所述鰭1033懸空于剩余介質(zhì)層101上，使所述鰭1033與剩余介質(zhì)層101不相接觸。
[0038]具體地，所述介質(zhì)層101的材料為二氧化硅，可以通過(guò)稀釋的氫氟酸(Dilute HF，DHF)去除部分介質(zhì)層101,或者可以通過(guò)緩沖氧化層刻蝕(Buffered Oxide Etchant, BOE)的方式去除部分介質(zhì)層101。
[0039]結(jié)合參考圖8和圖9，其中圖9為圖8沿CC’線(xiàn)的剖視圖，執(zhí)行步驟S4，對(duì)所述鰭1033執(zhí)行氧化處理并去除氧化層的步驟兩次以上。
[0040]需要說(shuō)明的是，此處氧化處理和去除氧化層的步驟是針對(duì)鰭1033進(jìn)行的，可以在這個(gè)過(guò)程中對(duì)第一半導(dǎo)體層102的兩個(gè)相互平行第一條狀圖案進(jìn)行遮擋，以減少對(duì)第一條狀圖案的影響。
[0041]具體地，通過(guò)氧化處理可以在鰭1033表面形成氧化層，本實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體層的材料為鍺硅，也就是說(shuō)鰭1033的材料為鍺硅。由于硅更容易被氧化，因此通過(guò)氧化處理可以在鰭1033表面形成氧化硅材料的氧化層1034。
[0042]之后，通過(guò)DHF或BOE可以去除所述氧化硅材料的氧化層1034。
[0043]所述氧化處理和去除氧化層的步驟，可以將鍺硅材料的鰭1033中的硅元素消耗掉一部分，而使鰭1033中鍺的含量增加。
[0044]此外，由于橫截面為正方形的柱形結(jié)構(gòu)的鰭1033的頂角處與氧氣相接觸的接觸角較大，氧化時(shí)形成的氧化層1034厚度較大，相應(yīng)地，鰭1033頂角處在去除氧化層時(shí)被去除量也較大；相反地，鰭1033非頂角處的表面與氧氣的相接觸的接觸角較小,氧化時(shí)形成的氧化層1034的厚度較小，因而去除氧化層時(shí)被去除的量也較小。因而，通過(guò)所述氧化處理和去除氧化層的步驟可以使鰭1033的表面逐漸圓化。
[0045]通過(guò)兩次以上的氧化處理和去除氧化層的步驟，可以使鰭1033成為鍺材料的鰭，還可以使得鰭1033成為圓柱形結(jié)構(gòu)。
[0046]可選地，氧化處理和去除氧化層的步驟的重復(fù)次數(shù)與鰭1033中鍺元素的含量有關(guān)，鰭1033中鍺的質(zhì)量百分比含量越大，即硅的質(zhì)量百分比含量越小，氧化處理和去除氧化層步驟的重復(fù)次數(shù)越少；而鰭1033中鍺的質(zhì)量百分比含量越小，即硅的質(zhì)量百分比含量越大，則氧化處理和去除氧化層的重復(fù)步驟次數(shù)越多。
[0047]例如:第一半導(dǎo)體層102中鍺的百分比含量為15?85%，則執(zhí)行氧化處理和去除氧化層步驟的次數(shù)為4?5次。
[0048]請(qǐng)結(jié)合參考圖10和圖11，圖11為圖10沿DD’剖線(xiàn)的示意圖，執(zhí)行步驟S5，進(jìn)行退火處理，以形成納米線(xiàn)1035。
[0049]氧化處理和去除氧化層步驟會(huì)影響鰭1033表面的光滑度，通過(guò)退火處理可以使形成的納米線(xiàn)1035具有接近圓弧面的表面，進(jìn)而完成圓化處理。
[0050]具體地，所述退火步驟包括:在氦氣、氫氣或氘氣的氣體環(huán)境中，溫度超過(guò)800°C?1000°C的條件下進(jìn)行退火。
[0051]鍺材料用作晶體管的溝道區(qū)，可以提高晶體管溝道區(qū)的載流子遷移率。
[0052]此外，由于納米線(xiàn)1035為圓柱形結(jié)構(gòu)，因此納米線(xiàn)1035用作溝道時(shí)一方面可以減小漏電流，另一方面也可以提高載流子的遷移率。
[0053]需要說(shuō)明的是，如果納米線(xiàn)1035的直徑過(guò)小會(huì)影響溝道區(qū)載流子的遷移率；如果納米線(xiàn)1035的直徑過(guò)大則會(huì)影響晶體管的尺寸。因此，可選的，所述納米線(xiàn)1035的直徑在5?50nm的范圍內(nèi)。