[發明專利]垂直堆疊的環柵納米線晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201710927728.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107845684B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 朱正勇;朱慧瓏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 韓建偉;謝湘寧

1.一種垂直堆疊的環柵納米線晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，提供表面設置有溝道層（30）、第一犧牲層（20）和掩膜層（40）的襯底（10），所述第一犧牲層（20）與所述溝道層（30）沿遠離所述襯底（10）的方向依次交替層疊設置，所述掩膜層（40）設置在最外側的所述第一犧牲層（20）上；

S2，從各所述第一犧牲層（20）的裸露表面開始向內進行刻蝕，使所述第一犧牲層（20）的具有所述裸露表面的兩端相對于所述溝道層（30）向內凹入形成凹口（220），并在所述凹口（220）中填充介電材料；

S3，使所述凹口（220）中填充的所述介電材料形成第二犧牲層（50），且所述溝道層（30）與所述第二犧牲層（50）沿垂直于所述襯底（10）表面的方向交替層疊設置；

S4，刻蝕部分所述溝道層（30）和部分所述第二犧牲層（50），形成與所述襯底（10）連通的多個相互隔離的第一溝槽，剩余的所述溝道層（30）形成納米線陣列，并去除剩余的所述第二犧牲層（50），所述第二犧牲層（50）被去除形成的孔洞和各所述第一溝槽形成環繞所述納米線陣列的第二溝槽；

S5，在所述第二溝槽的表面以及所述第二溝槽中所述納米線陣列的表面設置柵氧層（80），所述柵氧層（80）構成的容納空間中填充柵極材料，形成環繞所述納米線陣列的柵堆疊結構；以及

S6，形成分別與所述納米線陣列的兩端連接的源極（110）和漏極（120），

所述步驟S2包括以下步驟：

S21，使所述第一犧牲層（20）的裸露表面發生自限制氧化反應形成犧牲氧化層，并刻蝕去除所述犧牲氧化層以形成所述凹口（220）；

S22，在所述襯底（10）上沉積介電材料以形成第二犧牲預備層（510），部分所述介電材料填充于所述凹口（220）中。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1包括以下過程：

S11，在所述襯底（10）表面依次交替形成第一犧牲預備層（210）和溝道預備層（310）；

S12，在與所述襯底（10）距離最大的所述第一犧牲預備層（210）表面形成掩膜預備層（410）；

S13，采用圖形轉移工藝去除所述掩膜預備層（410）的部分、各所述第一犧牲預備層（210）的部分和各所述溝道預備層（310）的部分，得到所述掩膜層（40）、所述溝道層（30）和所述第一犧牲層（20）。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟S2中，在室溫下使所述第一犧牲層（20）設置于含氧溶劑中，以使所述第一犧牲層（20）的裸露表面發生自限制氧化反應形成所述犧牲氧化層。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟S2中，采用濕法刻蝕工藝去除所述犧牲氧化層。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，采用氫氟酸溶液對所述犧牲氧化層進行濕法刻蝕。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下步驟：

S31，向下刻蝕去除所述掩膜層（40）、所述第一犧牲層（20）以及部分所述溝道層（30），以形成與所述襯底（10）連通的第三溝槽（230）；

S32，在所述第三溝槽（230）中填充第一介電層（60）；

S33，所述第二犧牲預備層（510）具有未被所述第一介電層（60）覆蓋的第一裸露表面，去除與所述第一裸露表面對應的部分所述第二犧牲預備層（510），以得到填充于所述凹口（220）中的所述第二犧牲層（50）。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下步驟：

S41，在所述襯底（10）上形成第二介電層（70），并使與最外側的所述第二犧牲層（50）的表面與所述第二介電層（70）的表面齊平；

S42，采用圖形轉移工藝去除所述第二犧牲層（50）的部分和所述溝道層（30）的部分，以形成所述納米線陣列和所述第一溝槽；以及

S43，去除剩余的所述第二犧牲層（50），以使各所述第一溝槽相互連通形成所述第二溝槽。