鰭式場效應晶體管及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種鰭式場效應晶體管及其形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體制造技術的飛速發展，半導體器件朝著更高的元件密度，以及更高的集成度的方向發展。晶體管作為最基本的半導體器件目前正被廣泛應用，因此隨著半導體器件的元件密度和集成度的提高，平面晶體管的柵極尺寸也越來越短，傳統的平面晶體管對溝道電流的控制能力變弱，產生短溝道效應，產生漏電流，最終影響半導體器件的電學性倉泛。
[0003]為了克服晶體管的短溝道效應，抑制漏電流，現有技術提出了鰭式場效應晶體管(Fin FET)。鰭式場效應晶體管是一種常見的多柵器件。
[0004]如圖1所示，是一種鰭式場效應晶體管的立體結構示意圖，包括:半導體襯底100 ；位于半導體襯底100表面的鰭部101 ;位于半導體襯底100表面的介質層102，所述介質層102覆蓋部分所述鰭部101的側壁，且介質層102表面低于鰭部101頂部；位于介質層102表面、以及鰭部101的頂部和側壁表面的柵極結構103 ;位于所述柵極結構103兩側的鰭部101內的源區104a和漏區104b O
[0005]然而，隨著半導體器件尺寸的縮小，鰭式場效應晶體管的性能變差，需要尋求進一步提高鰭式場效應晶體管性能的方法。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題是，防止鰭式場效應晶體管產生短溝道效應、以及漏電流，提高鰭式場效應晶體管的性能。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種鰭式場效應晶體管的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面具有鰭部，所述鰭部表面的材料為晶態材料；在所述襯底表面形成隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部頂部，且所述隔離層覆蓋部分鰭部的側壁，所述隔離層的材料為非晶態材料；在所述隔離層表面和鰭部的側壁和頂部表面形成溝道層，所述溝道層的材料為拓撲絕緣材料；在所述溝道層表面形成柵介質層；在所述柵介質層表面形成橫跨所述鰭部的柵極層。
[0008]可選的，所述拓撲絕緣材料為Bi2Te3、Bi2Se3或Sb2Te3。
[0009]可選的，所述溝道層的形成工藝包括兩次外延工藝。
[0010]可選的，所述兩次外延沉積工藝均為分子束外延工藝。
[0011]可選的，所述兩次外延工藝包括:第一次外延工藝，所述第一次外延工藝具有第一工藝溫度；在所述第一次外延工藝之后，進行第二次外延工藝，所述第二次外延工藝具有第二工藝溫度，且所述第二工藝溫度高于所述第一工藝溫度。
[0012]可選的，所述鰭部表面的材料為氧化鋁、硅或氧化硅。
[0013]可選的，所述鰭部表面的材料為氧化鋁，所述鰭部頂部表面的氧化鋁具有(0001)晶面。
[0014]可選的，所述柵介質層的材料包括高K介質材料。
[0015]可選的，所述高K介質材料包括:氧化鋁、氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鑭招、氧化錯、氧化錯娃、氮氧化錯娃、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋇銀鈦、氧化鋇鈦、氧化銀鈦、氧化釔、氧化鉛鈧鉭、鈮酸鉛鋅中的一種或多種組合。
[0016]可選的，所述柵介質層的材料還包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種。
[0017]可選的，所述柵極層的材料為多晶硅。
[0018]可選的，還包括:在所述柵介質層表面形成介質層，所述介質層的表面與所述柵極層的表面齊平；去除所述柵極層，在所述介質層內形成開口 ；在所述開口內形成柵極。
[0019]可選的，所述柵極的材料包括金屬，所述金屬為鎢、鈦、鉭、釕、鋯、鈷、銅、鋁、鉛、鉬、錫、銀、金中的一種或多種。
[0020]可選的，所述柵極的材料還包括金屬化合物，所述金屬化合物為氮化鈦、氮化鉭、硅化鎢、氮化鎢、氧化釕、硅化鈷、硅化鎳中的一種或多種。
[0021 ] 可選的，所述柵極的材料為碳納米管材料或導電碳材料。
[0022]可選的，所述柵極內具有摻雜離子。
[0023]可選的，所述鰭部的形成工藝包括:提供基底；在所述基底表面形成掩膜層，所述掩膜層覆蓋需要形成鰭部的對應區域；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述基底，在所述基底內形成溝槽，相鄰溝槽之間的基底形成鰭部，位于所述鰭部底部的基底形成襯底；在刻蝕所述基底之后，去除所述掩膜層。
[0024]可選的，所述隔離層的材料為氧化硅；所述隔離層的形成工藝包括:在所述襯底和鰭部表面形成隔離膜；平坦化所述隔離膜，直至暴露出鰭部的頂部表面為止；在平坦化工藝之后，回刻蝕所述隔離膜，并暴露出所述鰭部的部分側壁表面，形成隔離層。
[0025]可選的，還包括:在形成所述柵極層之后，在所述柵極層兩側的鰭部表面形成源區和漏區。
[0026]相應的，本發明還提供一種采用上述任一項方法所形成的鰭式場效應晶體管，包括:襯底，所述襯底表面具有鰭部，所述鰭部表面的材料為晶態材料；位于所述襯底表面的隔離層，所述隔離層的表面低于鰭部頂部，且所述隔離層覆蓋部分鰭部的側壁，所述隔離層為非晶態材料；位于所述隔離層表面和鰭部的側壁和頂部表面的溝道層，所述溝道層的材料為拓撲絕緣材料；位于所述溝道層表面的柵介質層；位于所述柵介質層表面的柵極層，所述柵極層橫跨所述鰭部。
[0027]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
[0028]本發明的形成方法中，在隔離層和鰭部表面形成溝道層，而所述溝道層用于形成鰭式場效應晶體管的溝道區。所述溝道層的材料為拓撲絕緣材料，所述拓撲絕緣材料的表面是無能帶間隙的金屬態，能夠導電，而所述拓撲絕緣材料的內部是有能帶間隙的絕緣體，因此，以所述拓撲絕緣材料形成溝道層時，能夠以所述溝道層與柵介質層相接觸的表面作為允許載流子遷移的晶體管溝道，而且，由于所述拓撲絕緣材料僅允許載流子在表面遷移，因此，所述晶體管溝道的厚度極薄，能夠有效地抑制短溝道效應、防止漏電流的產生，保證了所形成的鰭式場效應晶體管的性能更為穩定。而且，所述拓撲絕緣材料表面的導電能力不受表面具體結構形貌的影響，也不受雜質影響，因此，所述溝道層的導電能力穩定，有利于使所形成的鰭式場效應晶體管的性能保持穩定。
[0029]此外，由于所述鰭部表面的材料為晶態材料，因此在所述鰭部的側壁和頂部表面形成的溝道層也能夠具有良好的晶態結構，使得所形成的溝道層表面呈良好的金屬態，則位于鰭部的側壁和頂部表面的溝道層表面導電能力穩定。由于所述隔離層為非晶態材料，使得形成于所述隔離層表面的溝道層的晶格狀態雜亂，造成隔離層表面溝道層表面的無法形成良好的金屬態，則隔離層表面的溝道層導電能力較差。由于所述鰭部表面的溝道層用于形成晶體管的溝道區，而隔離層表面的溝道層需要具有電隔離的能力，因此在所述隔離層和鰭部表面形成溝道層，既能夠保證所形成的溝道區的性能，又能夠保證相鄰鰭部之間的溝道層能夠電隔離。因此，能夠避免所形成的鰭式場效應晶體管之間發生漏電，保證所形成的鰭式場效應晶體管的性能穩定。
[0030]進一步，所述溝道層的形成工藝包括兩次外延工藝。在所述兩次外延工藝中，第一次外延工藝具有第一工藝溫度，所述第一工藝溫度較低，能夠形成階梯覆蓋能力較好的拓撲絕緣材料，使得所述溝道層均勻地覆蓋于隔離層表面以及鰭部的側壁和頂部表面，并且能夠緊密地與隔離層以及鰭部的表面接觸。在所述第一次外延工藝之后，進行第二次外延工藝，所述第二次外延工藝具有第二工藝溫度，且所述第二工藝溫度高于所述第一工藝溫度，因此，所述第二次外延工藝能夠在鰭部的側壁和頂部表面形成晶格結構整齊的拓撲絕緣材料，使鰭部側壁和頂部表面形成的拓撲絕緣材料致密均勻，具有良好的表面導電能力、以及內部絕緣能力，能夠使所形成的晶體管的溝道區性能更佳。
[0031]進一步，所述鰭部表面的材料為氧化鋁，且所述鰭部頂部表面的氧化鋁具有
(0001)晶面。在所述晶態的氧化鋁材料表面能夠形成具有良好的階梯覆蓋能力的拓撲絕緣材料，從而能夠在鰭部的側壁和頂部表面形成厚度均勻的溝道層，且所形成的溝道層與鰭部表面緊密接觸，從而能夠使所形成的鰭式場效應晶體管的性能穩定，有效地抑制漏電流的產生。而且，能夠使所形成的溝道層具有良好的晶格結構，從而保證了所形成的溝道層表面呈導電能力良好的金屬態，使所形成的晶體管性能穩定。
[0032]本發明的結構中，所述襯底表面和鰭部的