CN104157686A - 一种环栅场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
一种环栅场效应晶体管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104157686A CN104157686A CN201410392105.6A CN201410392105A CN104157686A CN 104157686 A CN104157686 A CN 104157686A CN 201410392105 A CN201410392105 A CN 201410392105A CN 104157686 A CN104157686 A CN 104157686A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- gate
- source
- metal
- vertical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 18
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 hafnium nitride Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910003855 HfAlO Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 claims 2
- 241000243321 Cnidaria Species 0.000 claims 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002353 field-effect transistor method Methods 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7839—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with Schottky drain or source contact
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
- H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
- H01L29/1037—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure and non-planar channel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66666—Vertical transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7827—Vertical transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
一种结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管，包括一个垂直方向的环状半导体沟道(4)，一个环状栅电极(6)，一个环状栅介质层(5)，一个源区(2)，一个漏区(3)，一个半导体衬底(1)；其中，源区(2)位于垂直沟道(4)的底部，与衬底(1)相接；漏区(3)位于垂直沟道(4)的顶部；栅介质层(5)和栅电极(6)呈环状围绕住垂直沟道(4)；源区(2)和漏区(3)分别与沟道(4)形成相同势垒高度的肖特基接触；源漏所用金属材料相同。该结构利用肖特基势垒源/漏结构降低了热预算、减小了串联电阻和寄生电容、简化了工艺要求，并利用垂直沟道、环形栅结构突破了集成加工光刻极限限制，提高了集成度。
Description
技术领域
本发明属于CMOS超大集成电路(ULSI)中的场效应晶体管逻辑器件与电路领域，具体涉及一种结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管及其制备方法。
背景技术
在摩尔定律的驱动下，传统MOSFET的特征尺寸不断缩小，如今已经到进入纳米尺度，随之而来，器件的短沟道效应等负面影响也愈加严重。漏致势垒降低、带带隧穿等效应使得器件关态漏泄电流不断增大。在对新型器件结构的研究中，源漏掺杂环栅(Gate All Aroundtransistor，GAA)结构是目前最受关注的一种。GAA器件具有更好的栅控特性，可以满足最尖锐的特性需求，从而适应器件尺寸缩小的需求，提高集成度。器件由于环形栅结构和纳米线沟道的特点，表现出很好的抑制短沟道效应性能。在制成水平沟道GAA器件的同时，可以注意到纳米线(NW)的排列方式决定了GAA结构存在应用垂直沟道的可能，目前已有关于掺杂源漏垂直沟道GAA器件的实验报道，相较水平沟道GAA器件，垂直沟道GAA器件的优势突出在两点：(1)可实现更高的集成度，(2)垂直沟道GAA的栅长不再由光刻能力决定，而是由栅材料的纵向厚度决定，这就可能突破集成加工的光刻极限。需要指出的是，此时单个垂直沟道GAA在栅长和栅宽(即纳米线的周长)两个维度都进入纳米尺度，而两个维度上都可以突破纳米加工的光刻极限。因此，垂直沟道GAA相较水平沟道GAA更具研发价值，也更富挑战性。
需要指出的是，垂直沟道的GAA结构具有良好的栅控能力，同样也面对着源漏设计的问题。对于传统的MOS场效应晶体管，为了抑制短沟道效应，必须采用超浅结和陡变掺杂的源/漏区，因而对热预算的要求极为苛刻。此外，纳米线的引入，使得GAA源漏设计较平面器件和多栅器件更为复杂。而High-K栅介质(介电常数K>3.9)与金属栅组合(HKMG)的热稳定问题，以及此后可能应用的SiGe、Ge和其他宽禁带材料对源漏设计同样存在热预算的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管及其制备方法。在保持了传统GAA各种优点的条件下，该结构利用肖特基势垒源/漏结构降低了热预算、减小了串联电阻和寄生电容、简化了工艺要求，并利用垂直沟道、环形栅结构突破了集成加工光刻极限限制，提高了集成度。
本发明提供的技术方案如下：
一种结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管，包括一个垂直方向的环状半导体沟道4，一个环状栅电极6，一个环状栅介质层5，一个源区2，一个漏区3，一个半导体衬底1；其中，源区2位于垂直沟道4的底部，与衬底1相接，漏区3位于垂直沟道4的顶部，栅介质层5和栅电极6呈环状围绕住垂直沟道4；源区2和漏区3分别与沟道4形成相同势垒高度的肖特基接触；源漏所用金属材料相同。
所述源区和漏区可为任何导电性良好的金属或金属与衬底材料形成的化合物。
本发明所述场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
(1)在半导体衬底上通过半导体线条应力限制氢化或氧化工艺获取垂直纳米线；
(2)在衬底与纳米线表面沉积双层介质并光刻加工窗口；
(3)湿法腐蚀暴露源端纳米线，金属和硅固相反应(Solid Phase Reaction，SPR)形成埋源区；
(4)高密度等离子体(HDP)淀积回刻介质至填满为源区固相反应(SPR)打开的加工窗口，选择性腐蚀纳米线上介质层后淀积HKMG(High-K栅介质与金属栅组合)层，并形成栅极引线；
(5)沉积介质至将栅电极覆盖，此时沉积的介质厚度对应于场效应晶体管器件的设计栅长；
(6)选择性腐蚀High-K栅介质及栅电极层至漏极纳米线漏出；
(7)沉积介质形成栅/漏隔离，用和源区相同的金属和Si固相反应(SPR)形成漏极结构；
(8)最后进入常规CMOS后道工序，包括淀积钝化层、开接触孔以及金属化等，即可制得所述的场效应晶体管。
上述的制备方法中，所述步骤(1)中的半导体衬底材料选自Si、Ge、SiGe、GaAs或其他II-VI，III-V和IV-IV族的二元或三元化合物半导体、绝缘体上的硅(SOI)或绝缘体上的锗(GOI)。
上述的制备方法中，所述步骤(2)中的双层介质层材料，外层选自SiNx，内层选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪等。
上述的制备方法中，所述步骤(3)和(7)中的SPR金属材料选自Pt、Er、Co、Ni以及其他可与衬底半导体材料通过退火形成化合物的金属。
上述的制备方法中，所述步骤(4)中的High-K栅介质与金属栅组合层材料选自典型组合HfO2/TiN，也包括其他的系列氧化物，如HfSiON、HfZrO、HfMgO、HfAlO等材料。
上述的制备方法中，所述步骤(4)和(5)中的介质层材料选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪等。
上述的制备方法中，所述步骤(7)中的介质层材料选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪等。
本发明的优点和积极效果：
(1)本发明继承了传统环栅结构晶体管的优点，例如良好的栅控能力、抑制短沟效应等；继承了垂直沟道结构的优点，突破纳米加工的光刻极限，极大提高了器件的集成度。
(2)本发明采用了肖特基势垒源/漏结构代替传统PN结，在High-K栅介质与金属栅组合层形成后不再需要注入和高温退火，彻底解决热稳定问题，也免除了潜在的GAA源漏的复杂掺杂设计，是一种具有优势的源漏解决方案。
(3)本发明采用了肖特基势垒源/漏结构，通过调制源漏结SBH的配置，可以有效的抑制短沟效应、减小串联电阻和寄生电容。
总而言之，该器件结构采用了垂直沟道结合肖特基势垒源/漏结构，在继承传统GAA的优点的基础上，抑制了短沟效应，降低了热预算，简化了工艺，并且提高了集成度。
附图说明
图1是本发明的垂直沟道肖特基势垒源漏环栅晶体管的器件示意图；
图2是半导体线条应力限制氢化/氧化工艺获取垂直纳米线后，沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图3是在衬底与纳米线表面沉积双层介质并光刻加工窗口后，沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图4是湿法腐蚀衬底上介质层后进行金属和Si固相反应(SPR)形成埋源区后，沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图5是在高密度等离子体(HDP)淀积回刻介质至填满为源区SPR打开的加工窗口，选择性腐蚀纳米线上介质层后淀积HKMG层，形成栅极引线，沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图6是沉积介质至将栅电极覆盖后，沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图7是选择性腐蚀High-K栅介质及栅电极层至漏极纳米线漏出，沉积介质形成栅/漏隔离后，沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图8是金属和Si固相反应(SPR)形成漏极结构后，本发明的垂直沟道肖特基势垒源漏环栅晶体管沿图1中AA’方向的器件剖面图；
图中：
1-----------半导体衬底 2-------------肖特基源区
3-----------肖特基漏区 4-------------沟道区
5-----------High-K栅介质层 6-------------Metal Gate栅电极层
7-----------二氧化硅介质层 8-------------SiNx介质层
具体实施方式
本发明提供了一种新型结构的场效应晶体管，具体为一种结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管(如图1所示)，包括一个垂直方向的环状半导体沟道4，一个环状栅电极6，一个环状栅介质层5，一个源区2，一个漏区3，一个半导体衬底1；其中，源区2位于垂直沟道4的底部，与衬底1相接，漏区3位于垂直沟道4的顶部，栅介质层5和栅电极6呈环状围绕住垂直沟道4；源区2和漏区3分别与沟道4形成肖特基接触。
所述源区和漏区可为任何导电性良好的金属或金属与衬底材料形成的化合物。
本发明制备方法的具体实例包括图2至图8所示的工艺步骤：
(1)在晶向为(100)的体硅硅片硅衬底1上采用Si线条应力限制氢化或氧化工艺获取垂直Si纳米线4，直径5nm，长度100nm，如图2所示；
(2)在衬底与纳米线表面沉积双层介质7(SiO2)和8(SiNx)，围绕纳米线光刻加工窗口(包含后续电极引出图形，不需要精细尺寸加工)，纳米线上方的硬刻蚀掩蔽层保证纳米线不会受损，如图3所示；
(3)打开上层介质8(SiNx)之后，湿法腐蚀去除底层介质7(SiO2)，至衬底表面，此过程对Si材料无损伤，在保证源端部分纳米线暴露出来后，进行金属和硅固相反应(SPR)，在暴露Si的对应区域形成源端硅化物2。此过程中，沟道区域的纳米线有介质包裹不会受到影响，如图4所示；
(4)采用高密度等离子体(HDP)淀积回刻介质7(SiO2)至填满为源区SPR打开的加工窗口，选择性腐蚀纳米线上包裹介质8(SiNx)，之后低温原子层沉积法(ALD法)沉积HKMG材料5和6(如HfO2/TiN)，对HKMG的图形化形成了栅极的引线(无需精细尺寸加工)，HKMG厚度约为20nm，如图5所示；
(5)沉积介质7(SiO2)至将栅电极覆盖起来(HDP法沉积)，此时沉积的介质厚度50nm对应了器件的设计栅长，如图6所示；
(6)选择性腐蚀HKMG，至漏极NW露出，沉积介质7(SiO2)形成栅/漏隔离，如图7所示；
(7)再进行金属(和步骤(3)中的金属为同一种金属)和硅固相反应(SPR)并完成图形化就可以获得漏极结构3。如图8所示；
(8)最后进入常规CMOS后道工序，包括淀积钝化层、开接触孔以及金属化等，即可制得所述的结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管。
Claims (9)
1.一种结合垂直沟道和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管，其特征是，包括一个垂直方向的环状半导体沟道(4)，一个环状栅电极(6)，一个环状栅介质层(5)，一个源区(2)，一个漏区(3)，一个半导体衬底(1)；
其中，源区(2)位于垂直沟道(4)的底部，与衬底(1)相接；漏区(3)位于垂直沟道(4)的顶部；栅介质层(5)和栅电极(6)呈环状围绕住垂直沟道(4)；源区(2)和漏区(3)分别与沟道(4)形成相同势垒高度的肖特基接触；源漏所用金属材料相同。
2.如权利要求1所述的环珊场效应晶体管，其特征是，所述源区和漏区为金属或金属与衬底材料形成的化合物。
3.一种环珊场效应晶体管的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在半导体衬底上通过半导体线条应力限制氢化或氧化工艺获取垂直纳米线；
(2)在衬底与纳米线表面沉积双层介质并光刻加工窗口；
(3)湿法腐蚀暴露源端纳米线，金属和硅固相反应形成埋源区；
(4)高密度等离子体淀积回刻介质至填满为源区固相反应打开的加工窗口，选择性腐蚀纳米线上介质层后淀积High-K栅介质与金属栅组合层，并形成栅极引线；
(5)沉积介质至将栅电极覆盖，此时沉积的介质厚度对应于场效应晶体管器件的设计栅长；
(6)选择性腐蚀High-K栅介质及栅电极层至漏极纳米线漏出；
(7)沉积介质形成栅/漏隔离，用和源区相同的金属和Si固相反应形成漏极结构；
(8)最后进入常规CMOS后道工序，包括淀积钝化层、开接触孔以及金属化，即可制得所述的场效应晶体管。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中的半导体衬底材料选自Si、Ge、SiGe、GaAs或其他II-VI，III-V和IV-IV族的二元或三元化合物半导体、绝缘体上的硅或绝缘体上的锗。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述步骤(2)中的双层介质层材料，外层选自SiNx，内层选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述步骤(3)和(7)中的固相反应金属材料选自Pt、Er、Co、Ni以及其他可与衬底半导体材料通过退火形成化合物的金属。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中的High-K栅介质与金属栅组合层材料选自HfO2/TiN，或HfSiON、HfZrO、HfMgO、HfAlO。
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述步骤(4)和(5)中的介质层材料选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪。
9.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，所述步骤(7)中的介质层材料选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410392105.6A CN104157686B (zh) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | 一种环栅场效应晶体管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410392105.6A CN104157686B (zh) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | 一种环栅场效应晶体管及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104157686A true CN104157686A (zh) | 2014-11-19 |
| CN104157686B CN104157686B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=51883145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410392105.6A Active CN104157686B (zh) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | 一种环栅场效应晶体管及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104157686B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106711227A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种垂直纳米线mosfet及其制造方法 |
| CN108897945A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-27 | 深港产学研基地 | 计算纳米线场效应晶体管沟道中等离子体波速度的方法 |
| CN111415996A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-07-14 | 南京南大光电工程研究院有限公司 | 核壳式结构GaN结型场效应管器件及其制备方法 |
| CN111668294A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-15 | 中国科学院微电子研究所 | 带导电层的竖直型半导体器件及其制造方法及电子设备 |
| CN112908952A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-04 | 深圳大学 | 一种环绕栅极场效应晶体管及其制备方法 |
| CN114242790A (zh) * | 2019-12-18 | 2022-03-25 | 电子科技大学 | 一种新型数字门集成电路的结构 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2804539B2 (ja) * | 1989-09-28 | 1998-09-30 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN1708864A (zh) * | 2002-10-29 | 2005-12-14 | 哈恩-迈特纳研究所柏林有限公司 | 场效应晶体管及其制造方法 |
| CN101465379A (zh) * | 2007-12-21 | 2009-06-24 | 海力士半导体有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN103531635A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-22 | 北京大学 | 一种基于纳米线的立式环栅晶体管及其制备方法 |
| US20140170821A1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Paul A. Nyhus | Patterning of vertical nanowire transistor channel and gate with directed self assembly |
-
2014
- 2014-08-11 CN CN201410392105.6A patent/CN104157686B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2804539B2 (ja) * | 1989-09-28 | 1998-09-30 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN1708864A (zh) * | 2002-10-29 | 2005-12-14 | 哈恩-迈特纳研究所柏林有限公司 | 场效应晶体管及其制造方法 |
| CN101465379A (zh) * | 2007-12-21 | 2009-06-24 | 海力士半导体有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| US20140170821A1 (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-19 | Paul A. Nyhus | Patterning of vertical nanowire transistor channel and gate with directed self assembly |
| CN103531635A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-22 | 北京大学 | 一种基于纳米线的立式环栅晶体管及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J.W.PENG，ET AL: "Improved carrier injection in gate-all-around Schottky barrier silicon nanowire field-effect transistors", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106711227A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种垂直纳米线mosfet及其制造方法 |
| CN106711227B (zh) * | 2016-12-07 | 2019-11-08 | 中国科学院微电子研究所 | 一种垂直纳米线mosfet及其制造方法 |
| CN108897945A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-27 | 深港产学研基地 | 计算纳米线场效应晶体管沟道中等离子体波速度的方法 |
| CN108897945B (zh) * | 2018-06-26 | 2022-06-21 | 深港产学研基地 | 计算纳米线场效应晶体管沟道中等离子体波速度的方法 |
| CN114242790A (zh) * | 2019-12-18 | 2022-03-25 | 电子科技大学 | 一种新型数字门集成电路的结构 |
| CN111415996A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-07-14 | 南京南大光电工程研究院有限公司 | 核壳式结构GaN结型场效应管器件及其制备方法 |
| CN111415996B (zh) * | 2020-05-14 | 2024-01-23 | 南京南大光电工程研究院有限公司 | 核壳式结构GaN结型场效应管器件及其制备方法 |
| CN111668294A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-15 | 中国科学院微电子研究所 | 带导电层的竖直型半导体器件及其制造方法及电子设备 |
| WO2021248973A1 (zh) * | 2020-06-12 | 2021-12-16 | 中国科学院微电子研究所 | 带导电层的竖直型半导体器件及其制造方法及电子设备 |
| CN111668294B (zh) * | 2020-06-12 | 2024-05-14 | 中国科学院微电子研究所 | 带导电层的竖直型半导体器件及其制造方法及电子设备 |
| CN112908952A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-04 | 深圳大学 | 一种环绕栅极场效应晶体管及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104157686B (zh) | 2017-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8587075B2 (en) | Tunnel field-effect transistor with metal source | |
| CN104253046B (zh) | 鳍式场效应晶体管及其形成方法 | |
| CN104157686B (zh) | 一种环栅场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN104465657B (zh) | 互补tfet 及其制造方法 | |
| CN104201205B (zh) | 一种芯‑壳场效应晶体管及其制备方法 | |
| US9607989B2 (en) | Forming self-aligned NiSi placement with improved performance and yield | |
| CN101908561B (zh) | 半导体器件以及制造半导体器件的方法 | |
| CN104201195B (zh) | 一种无结场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN102983168A (zh) | 带双扩散的条形栅隧穿场效应晶体管及其制备方法 | |
| US9343587B2 (en) | Field effect transistor with self-adjusting threshold voltage | |
| US11309406B2 (en) | Method of manufacturing an LDMOS device having a well region below a groove | |
| CN103489779B (zh) | 半导体结构及其制造方法 | |
| CN104362095B (zh) | 一种隧穿场效应晶体管的制备方法 | |
| CN110416311A (zh) | 一种非对称沟道介质环场效应晶体管 | |
| CN101719517A (zh) | 一种肖特基隧穿晶体管结构及其制备方法 | |
| CN104157687B (zh) | 一种垂直环栅隧穿晶体管及其制备方法 | |
| CN104134697B (zh) | 一种非对称肖特基源漏晶体管及其制备方法 | |
| CN104810405B (zh) | 一种隧穿场效应晶体管及制备方法 | |
| CN102364690B (zh) | 一种隧穿场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN102324434B (zh) | 一种肖特基势垒mos晶体管及其制备方法 | |
| CN104134701B (zh) | 一种杂质分凝肖特基源漏器件及其制备方法 | |
| CN104425606B (zh) | 隧穿场效应晶体管及其形成方法 | |
| Jönsson et al. | Balanced drive currents in 10–20 nm diameter nanowire All-III-V CMOS on Si | |
| TWI647823B (zh) | 一種互補電晶體元件結構及其製作方法 | |
| CN104241397A (zh) | 一种双层肖特基势垒mos晶体管及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |