CN102931061B - 一种制作鳍式场效应管的翅片结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作鳍式场效应管(FinFET)的翅片结构的方法，采用石墨烯作为制作翅片结构的材料，相比于现有技术采用硅作为翅片结构，其不会热能释放FinFET70％～80％的能量，因此，可以不使翅片结构以热能的方式释放能量，提高FinFET的工作能量。

Description

一种制作鳍式场效应管的翅片结构的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种制作鳍式场效应管(FinFET)的翅片结构的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，半导体器件的性能稳步提高。半导体器件的性能提高主要通过不断缩小半导体器件的特征尺寸来实现，半导体器件的特征尺寸已经缩小到纳米级别。半导体器件在这种特征尺寸下，传统平面制作半导体器件的方法，也就是单栅半导体器件的制作方法已经无法适用了，所以出现了多栅半导体器件的制作方法。与单栅半导体器件的制作方法相比较，多栅半导体器件具有更强的短沟道抑制能力、更好的亚阈特性，更高的驱动能力以及能带来更高的电路密度。

目前，鳍式场效应管(FinFET)作为多栅半导体器件的代表被广泛使用，FinFET分为双栅FinFET和三栅FinFET，其中的双栅FinFET被广泛使用。

图1为现有技术双栅FinFET的制作方法流程图，结合图2a～图2e所示的现有技术双栅FinFET的制作过程剖面结构示意图，对制作方法进行详细说明：

步骤101、提供硅上半导体(SOI，semiconductor on insulator)晶体为衬底材料的衬底11，该衬底11是由体硅区1、隐埋氧化层2及单晶硅3构成，如图2a所示；

步骤102、在该衬底11上形成具有翅片结构图案的掩膜12，如图2b所示；

在该步骤中，具有翅片结构图案的掩膜12可以为氮化硅层，形成过程为：在衬底11上沉积掩膜12，在掩膜12涂覆光阻胶层后，采用具有翅片结构的光罩曝光涂覆光阻胶层后显影，在光阻胶层上形成翅片结构图案的光阻胶层，然后以具有翅片结构图案的光阻胶层为掩膜，刻蚀掩膜12，得到具有翅片结构图案的掩膜12；

在该步骤中，也可以采用纳米压印方式形成具有翅片结构图案的掩膜12；

在图2b的圆圈中为具有翅片结构图案的掩膜12立体结构图；

步骤103、以具有翅片结构图案的掩膜12为遮挡，刻蚀衬底11中的单晶硅3，得到翅片结构13后，去除剩余的掩膜12，如图2c所示；

在图2c的圆圈中为翅片结构13的立体结构图；

步骤104、在翅片结构13的中间区域采用离子注入方式进行高掺杂后退火，得到高掺杂区，然后采用腐蚀溶剂清洗翅片结构13，腐蚀掉中间区域的高掺杂区，未掺杂区未被腐蚀掉，如图2d所示；

在图2d的圆圈为已经经过中间区域掺杂及腐蚀后的翅片结构13的立体结构图；

步骤105、在剩余的翅片结构13表面依次沉积栅极介质层及多晶硅层，然后采用光刻和刻蚀工艺再翅片13的中间区域形成栅极，如图2e所示；

在本步骤中，翅片的两端分别作为源极和漏极；

在图2e的圆圈为立体结构示意图；

步骤106、对栅极、源极及漏极采用离子注入方式进行掺杂，得到FinFET的器件层，在图中未示出。

图1中的步骤102～步骤103用于制作FinFET器件层的翅片结构，由于半导体器件的特征尺寸越来越小，所以翅片结构的特征尺寸也趋于越来越小，也就是翅片结构在厚度上越来越薄，制作完成的FinFET在工作时，其在翅片结构会以热能的方式释放能量，这会浪费FinFET的大部分电能，造成FinFET电能损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种制作FinFET的翅片结构的方法，该方法能够不使翅片结构以热能的方式释放能量，提高FinFET的工作能量。

为达到上述目的，本发明实施的技术方案具体是这样实现的：

一种制作鳍式场效应管FinFET的翅片结构方法，该方法包括：

提供由体硅区及隐埋氧化层构成的衬底，在衬底上沉积镍层后，提供具有翅片结构的印章，采用具有翅片结构的印章压印镍层，形成具有翅片结构的压印镍层；

在具有翅片结构的压印镍层沉积石墨烯层，在石墨烯层表面旋涂聚乙烯甲基异丁烯酸酯PMMA层，覆盖住石墨烯层表面；

采用盐酸湿洗工艺去除镍层，留下PMMA层及石墨烯层；

采用丙酮去除PMMA层，高温退火石墨烯层，在衬底的隐埋氧化层上形成由石墨烯层构成的翅片结构。

所述构成的翅片结构为半圆柱体结构。

所述镍层的厚度为翅片结构的厚度。

所述沉积石墨烯层的过程为：在反应腔中通入甲烷CH₄和氢气H₂，化学反应后沉积得到石墨烯层。

一种制作鳍式场效应管FinFET的器件层的方法，改方法包括：

A、采用上述方法的任一种方法制作翅片结构；

B、将翅片结构的中间区域采用光刻工艺或压印工艺去除掉；

C、在剩余的翅片结构表面依次沉积栅极介质层及多晶硅层；

D、采用光刻和刻蚀工艺在翅片结构的中间区域形成栅极，翅片结构的两端分别作为源极和漏极；

E、对形成的栅极、源极及漏极采用离子注入方式进行掺杂，得到FinFET的器件层。

由上述技术方案可见，本发明采用石墨烯作为制作翅片结构的材料，相比于现有技术采用硅作为翅片结构，其不会热能释放FinFET70％～80％的能量，因此，可以不使翅片结构以热能的方式释放能量，提高FinFET的工作能量。

附图说明

图1为现有技术双栅FinFET的制作方法流程图；

图2a～图2e为现有技术双栅FinFET的制作过程剖面结构示意图；

图3为本发明提供的制作FinFET的翅片结构的方法流程图；

图4a～图4f为本发明提供的制作FinFET的翅片结构过程剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

在背景技术中，由于FinFET中翅片结构的材料为硅的自身本质特性，使得FinFET在工作时翅片结构会产生热能，从而消耗掉FinFET的70％～80％的电能，也就是说，供给FinFET的70％～80％的电能并没有产生工作效应，而是被翅片产生的热能给消耗掉了，这浪费了FinFET的电能且使得FinFET的工作效率变低。

为了克服上述问题，本发明将FinFET中翅片结构所采用的材料更改，更改为石墨烯，由于石墨烯自身特性不会在FinFET工作时产生热能，所以FinFET的工作电能也不会损失。由于石墨烯自身特性不会在FinFET工作时产生热能，所以可以提高FinFET的频率，进行高频提升。石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定，其中各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外力时，碳原子面就弯曲变形，这样碳原子就不需要重新排列来适应外力，使得石墨烯比金刚石还要坚硬，同时其拉伸力也很高。

图3为本发明提供的制作FinFET的翅片结构的方法流程图，结合图4a～图4f为本发明提供的制作FinFET的翅片结构过程剖面示意图，进行详细说明：

步骤301、提供SOI晶体为衬底材料的衬底40，该衬底40是由体硅区1及隐埋氧化层2构成，在衬底40上沉积镍(Ni)层41后，提供具有翅片结构的印章42，如图4a所示；

在本步骤中，隐埋氧化层2的材料为氧化硅；

在本步骤中，翅片结构可以为像现有技术那样的长方体结构，也可以为本发明采用的半圆柱体结构，这里不限定；

在后续步骤中，要采用纳米压印方式在Ni层41上，所以要提供该印章42；

纳米压印方式是采用高分辨率电子束等方法将结构复杂的纳米级结构图案制作在印章上，然后用具有纳米级结构图案的印章使得金属材料变形而在金属材料上形成纳米级结构图案。在具体实现上，可以采用热压印方式，即纳米级结构图案被转移到热化的金属材料上，然后金属材料固化后，形成纳米级结构图案；也可以采用紫外压印工艺，即通过紫外光聚合将纳米级结构图案固化到金属材料上，在这里，金属材料为镍，也可以采用其他金属材料，这里不限定；

在本步骤中，Ni层41的沉积后的为翅片结构厚度；

步骤302、采用具有翅片结构的印章42压印Ni层41，形成具有翅片结构的压印Ni层41，如图4b所示；

步骤303、在具有翅片结构的压印Ni层41沉积石墨烯层43，如图4c所示；

在本步骤中，在反应腔中通入甲烷(CH₄)和氢气(H₂)，然后反应后在Ni层41沉积得到石墨烯层43，沉积得到的石墨烯层43的厚度根据需要确定，范围为单层碳原子到多层碳原子，这里不限定；

步骤304、在石墨烯层43表面旋涂聚乙烯甲基异丁烯酸酯(PMMA，Poly Methyl methacrylate)层44，覆盖住石墨烯层43表面，如图4d所示；

在本步骤中，PMMA层44的作用为：在后续去处Ni层41时保护石墨烯层43；

步骤305、采用盐酸湿洗工艺去除Ni层41，留下PMMA层44及石墨烯层43，如图4e所示；

在本步骤中，盐酸不会对PMMA有影响；

步骤306、采用丙酮去除PMMA层44，然后高温退火石墨烯层43，在衬底40的隐埋氧化层2上形成由石墨烯层42构成的翅片结构，该翅片结构为半圆柱体结构，如图4f所示；

在本步骤中，采用高温退火是为了保证由石墨烯层42构成的具有半圆柱体结构的翅片结构与隐埋氧化层2结合更紧密。

在本步骤中，丙酮不会对石墨烯层43产生影响。

在衬底41上制作完具有半圆柱体结构且由石墨烯层43形成的翅片结构后，首先将翅片结构的中间区域采用光刻工艺或压印工艺去除掉，再次在剩余的翅片结构表面依次沉积栅极介质层及多晶硅层，然后采用光刻和刻蚀工艺在翅片结构的中间区域形成栅极，翅片结构的两端分别作为源极和漏极；最后对形成的栅极、源极及漏极采用离子注入方式进行掺杂，得到FinFET的器件层。

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种制作鳍式场效应管FinFET的翅片结构的方法，其特征在于，该方法包括：

提供由体硅区及隐埋氧化层构成的衬底，在衬底上沉积镍层后，提供具有翅片结构的印章，采用具有翅片结构的印章压印镍层，形成具有翅片结构的压印镍层；

在具有翅片结构的压印镍层沉积石墨烯层，在石墨烯层表面旋涂聚乙烯甲基异丁烯酸酯PMMA层，覆盖住石墨烯层表面；

采用盐酸湿洗工艺去除镍层，留下PMMA层及石墨烯层；

采用丙酮去除PMMA层，高温退火石墨烯层，在衬底的隐埋氧化层上形成由石墨烯层构成的翅片结构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构成的翅片结构为半圆柱体结构。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍层的厚度为翅片结构的厚度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积石墨烯层的过程为：在反应腔中通入甲烷CH₄和氢气H₂，化学反应后沉积得到石墨烯层。

5.一种制作鳍式场效应管FinFET的器件层的方法，其特征在于，该方法包括：

A、采用权利要求1～4任一项的方法制作翅片结构；

B、将翅片结构的中间区域采用光刻工艺或压印工艺去除掉；

C、在剩余的翅片结构表面依次沉积栅极介质层及多晶硅层；

D、采用光刻和刻蚀工艺在翅片结构的中间区域形成栅极，翅片结构的两端分别作为源极和漏极；

E、对形成的栅极、源极及漏极采用离子注入方式进行掺杂，得到FinFET的器件层。