本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鰭狀場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

iii-v族半導(dǎo)體材料，例如砷化鎵(gaas)及砷化銦(inas)具有較高的電子遷移率，因此用以傳導(dǎo)較高的驅(qū)動(dòng)電流。iii-v族金屬氧化半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(iii-vmosfet)的效能已證實(shí)具有顯著的提升，并達(dá)到低柵極漏電流、高溝道遷移率及高驅(qū)動(dòng)電流。于是，制造具有iii-v族材料的高效能mosfets是可行的。

互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(cmos)的微小化衍生出許多物理上的限制以及問題，因此三維的鰭狀場效應(yīng)晶體管(finfet)器件結(jié)構(gòu)為一種具前景的替代，使晶體管的尺寸縮小化超越10納米的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。finfet結(jié)構(gòu)可優(yōu)越地控制短溝道效應(yīng)，然而，iii-vfinfet的驅(qū)動(dòng)電流仍須改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種鰭狀場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種鰭狀場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括：提供襯底；沉積淺溝槽隔離(sti)層于該襯底上；沉積多個(gè)含氧介電層和多個(gè)絕緣層的交替層于該sti層上；經(jīng)由第一道蝕刻程序形成溝槽，該溝槽連通于該sti層和該些含氧介電層和該些絕緣層的該交替層；經(jīng)由第二道蝕刻程序選擇性蝕刻該溝槽的內(nèi)側(cè)壁的該交替層中的該些絕緣層，使該溝槽的該內(nèi)側(cè)壁具有多個(gè)垂直堆棧碗形的截面形狀；選擇性外延生長緩沖層于該溝槽中的該襯底上；選擇性外延生長iii-v族材料于該溝槽中的該緩沖層上；選擇性移除該些含氧介電層和該些絕緣層的該交替層；沉積高介電常數(shù)介電層于該sti層的上表 面和該iii-v族材料的周圍；及沉積導(dǎo)電材料于該高介電常數(shù)介電層的周圍，以形成柵極。

根據(jù)一實(shí)施例，沉積該淺溝槽隔離(sti)層于該襯底上的步驟包括：該sti層的厚度介于10至100納米之間。

根據(jù)一實(shí)施例，沉積該些含氧介電層和該些絕緣層的該交替層于該sti層的步驟包括：該些含氧介電層的材料為二氧化硅(sio2)、氟氧化硅(siof)、氮氧化硅(sion)、或其組合。

根據(jù)一實(shí)施例，沉積該些含氧介電層和該些絕緣層的該交替層于該sti層的步驟包括：該些含氧介電層的厚度分別為介于2至10納米之間。

根據(jù)一實(shí)施例，沉積該些含氧介電層和該些絕緣層的該交替層于該sti層的步驟包括：該些絕緣層的材料為磷硅酸鹽玻璃(psg)、硼硅酸鹽玻璃(bsg)、硼磷硅酸鹽玻璃(bpsg)、或其組合。

根據(jù)一實(shí)施例，沉積該些含氧介電層和該些絕緣層的該交替層于該sti層的步驟包括：該些絕緣層的厚度分別為介于5至10納米之間。

根據(jù)一實(shí)施例，選擇性外延生長該緩沖層于該溝槽中的該襯底上的步驟包括：該緩沖層的材料為砷化鎵(gaas)或硅鍺(sige)。

根據(jù)一實(shí)施例，選擇性外延生長該緩沖層于該溝槽中的該襯底上的步驟包括：該緩沖層的厚度介于10至100納米之間。

根據(jù)一實(shí)施例，選擇性外延生長該iii-v族材料于該溝槽中的該緩沖層上的步驟包括：該iii-v族材料為砷化銦鎵(ingaas)、砷化銦(inas)或銻化銦(insb)。

根據(jù)一實(shí)施例，經(jīng)由該第一道蝕刻程序形成該溝槽的步驟包括：該第一道蝕刻程序?yàn)椴捎酶墒轿g刻法。

根據(jù)一實(shí)施例，經(jīng)由該第二道蝕刻程序選擇性蝕刻該溝槽的內(nèi)側(cè)壁的該交替層中的該些絕緣層的步驟包括：該第二道蝕刻程序?yàn)椴捎脻袷轿g刻法。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種鰭狀場效應(yīng)晶體管，該鰭狀場效應(yīng)晶體管包括：襯底；淺溝槽隔離(sti)層，形成于該襯底上，該sti層具有溝槽；緩沖層，形成于該溝槽中的該襯底上；iii-v族材料，形成于該緩沖層上，且該iii-v族材料具有多個(gè)垂直堆棧碗形的截面形狀；高介電常數(shù)介電層，形成于該sti層的上表面和該iii-v族材料周圍；及導(dǎo)電材料，形成于該高介電常數(shù)介電層的周圍， 以作為柵極。

本發(fā)明提供的鰭狀場效應(yīng)晶體管，采用兩次選擇性蝕刻與兩次選擇性外延生長以形成多個(gè)垂直堆棧碗形的iii-v族鰭狀結(jié)構(gòu)，不僅可簡化制程，亦可以實(shí)現(xiàn)具高遷移率的溝道。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中制備鰭狀場效應(yīng)晶體管的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中sti層與交錯(cuò)層形成于襯底上的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中于連通于sti層和多個(gè)含氧介電層和多個(gè)絕緣層的交替層的溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中具有多個(gè)垂直堆棧碗形的截面形狀的溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中緩沖層形成于溝槽中的襯底上的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中iii-v族材料形成于溝槽中的緩沖層上的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例中選擇性移除多個(gè)含氧介電層和多個(gè)絕緣層的交替層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中沉積高介電常數(shù)介電層于sti層的上表面和iii-v族材料的周圍的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明一實(shí)施例中沉積導(dǎo)電材料于高介電常數(shù)介電層的周圍的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的鰭狀場效應(yīng)晶體管及其制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

下文結(jié)合附圖對本發(fā)明的鰭狀場效應(yīng)晶體管及其制備方法，圖1為制備鰭狀場效應(yīng)晶體管的方法流程圖，圖2～圖9為各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖，其制備過 程包括如下步驟：

執(zhí)行步驟s1，參考圖2所示，提供一襯底100。根據(jù)一實(shí)施例，襯底100為單晶硅襯底。

執(zhí)行步驟s2，再次參考圖2所示，沉積淺溝槽隔離(sti)層120于襯底100上。根據(jù)一實(shí)施例，sti層120為二氧化硅。根據(jù)一實(shí)施例，sti層120的厚度介于10至100納米之間。

執(zhí)行步驟s3，再次參考圖2所示，沉積多個(gè)含氧介電層130和多個(gè)絕緣層140的交替層150于sti層120上。根據(jù)一實(shí)施例，含氧介電層130的材料為二氧化硅(sio2)、氟氧化硅(siof)、氮氧化硅(sion)、或其組合。根據(jù)一實(shí)施例，每一層含氧介電層130的厚度為介于2至10納米之間。根據(jù)一實(shí)施例，絕緣層140的材料為磷硅酸鹽玻璃(psg)、硼硅酸鹽玻璃(bsg)、硼磷硅酸鹽玻璃(bpsg)、或其組合。根據(jù)一實(shí)施例，每一層絕緣層140的厚度為介于5至10納米之間。根據(jù)一實(shí)施例，步驟s2與s3分別采用化學(xué)氣相沉積(cvd)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(mocvd)、分子束外延(mbe)或原子層沉積(ald)等方式沉積sti層120、含氧介電層130與絕緣層140。

執(zhí)行步驟s4，參考圖3所示，經(jīng)由第一道蝕刻程序形成一溝槽210，溝槽210連通于sti層120和多個(gè)含氧介電層130和多個(gè)絕緣層140的交替層150。根據(jù)一實(shí)施例，第一道蝕刻程序?yàn)椴捎酶墒轿g刻法，且采用的氣體為cl2和ar的混合氣體，然不以此為限。

執(zhí)行步驟s5，參考圖4所示，經(jīng)由第二道蝕刻程序選擇性蝕刻溝槽210的內(nèi)側(cè)壁220的交替層150中的多個(gè)絕緣層140，使溝槽210的內(nèi)側(cè)壁220具有多個(gè)垂直堆棧碗形的截面形狀。根據(jù)一實(shí)施例，第二道蝕刻程序?yàn)椴捎脻袷轿g刻法，且使用的溶液為nh3和h2o的混合溶液、koh溶液或者是tmah溶液(羥化四甲銨，tetramethylazaniumhydroxide)。

執(zhí)行步驟s6，參考圖5所示，選擇性外延生長緩沖層300于溝槽210中的襯底100上。根據(jù)一實(shí)施例，緩沖層300的材料為砷化鎵(gaas)或硅鍺(sige)。根據(jù)一實(shí)施例，緩沖層300的厚度大致與sti層120的厚度相同，也就是介于10至100納米之間。

執(zhí)行步驟s7，參考圖6所示，選擇性外延生長iii-v族材料400于溝槽210 中的緩沖層300上。根據(jù)一實(shí)施例，iii-v族材料400填滿緩沖層300上的溝槽210。根據(jù)一實(shí)施例，iii-v族材料400為砷化銦鎵(ingaas)、砷化銦(inas)或銻化銦(insb)。

執(zhí)行步驟s8，參考圖7所示，選擇性移除多個(gè)含氧介電層130和多個(gè)絕緣層140的交替層150，使iii-v族材料400暴露于sti層120上。

執(zhí)行步驟s9，參考圖8所示，沉積高介電常數(shù)(high-k)介電層500于sti層120的上表面和iii-v族材料400的周圍。根據(jù)一實(shí)施例，高介電常數(shù)介電層500之介電材料，例如tio2、hfo2、zro2等等。

執(zhí)行步驟s10，參考圖9所示，沉積導(dǎo)電材料600于高介電常數(shù)介電層500的周圍，以形成柵極。根據(jù)一實(shí)施例，采用微影與蝕刻技術(shù)以圖案化定義柵極。根據(jù)一實(shí)施例，步驟s9與s10分別采用化學(xué)氣相沉積(cvd)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(mocvd)、分子束外延(mbe)或原子層沉積(ald)等方式沉積高介電常數(shù)介電層500與導(dǎo)電材料600。根據(jù)一實(shí)施例，執(zhí)行步驟s10之后，外延生長或植入源極/漏極材料于襯底100上，以作為鰭狀場效應(yīng)晶體管的源極/漏極。

再次參考圖9，藉由上述方法步驟，本發(fā)明提供一種鰭狀場效應(yīng)晶體管1，包括襯底100、淺溝槽隔離(sti)層120、緩沖層300、iii-v族材料400、高介電常數(shù)介電層500及導(dǎo)電材料600。sti層120形成于襯底100上，sti層120具有溝槽210′。緩沖層300形成于溝槽210′中的襯底100上。iii-v族材料400形成于緩沖層300上，且iii-v族材料400具有多個(gè)垂直堆棧碗形的截面形狀。高介電常數(shù)介電層500形成于sti層120的上表面和iii-v族材料400的周圍。導(dǎo)電材料600形成于高介電常數(shù)介電層500的周圍，以作為柵極。此外，源極/漏極材料可藉由外延生長或植入于襯底100上，以作為鰭狀場效應(yīng)晶體管1的源極/漏極。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明申請專利范圍及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。