[發明專利]一種具有異質柵介質的納米片晶體管及制備方法

在審

• 申請號: 202011502515.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112736141A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 李高鵬
• 申請（專利權）人: 西安國微半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/15;H01L29/51;H01L21/336
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

1.一種具有異質柵介質的納米片晶體管，其特征在于，包括：襯底、源區、漏區、柵極材料以及平行設置的多個納米片溝道層；其中，

所述柵極材料包覆所述多個納米片溝道層形成圍柵結構；

所述源區、所述圍柵結構以及所述漏區沿溝道方向依次設置于所述襯底之上，且三者分別設有電極；所述溝道方向為從所述源區指向所述漏區的方向；

所述柵極材料與所述納米片溝道層的相鄰面之間、與所述襯底的相鄰面之間均設置有異質柵介質層；所述異質柵介質層包括沿所述溝道方向連續設置的多種柵介質材料，所述多種柵介質材料的相對介電常數隨所述溝道方向逐漸降低；

所述源區通過第一隔離介質與柵區實現隔離；所述漏區通過所述第一隔離介質與所述柵區實現隔離；所述柵區包括所述柵極材料和所述異質柵介質層。

2.根據權利要求1所述的納米片晶體管，其特征在于，所述源區和所述漏區均包括：外延體硅和第二隔離介質；

所述外延體硅的內側表面與所述納米片溝道層、所述第一隔離介質相接觸；

所述第二隔離介質附著于所述外延體硅的剩余表面。

3.根據權利要求1所述的納米片晶體管，其特征在于，所述異質柵介質層包括：沿所述溝道方向連續設置的二氧化鉿HfO₂材料和二氧化硅SiO₂材料。

4.根據權利要求1所述的納米片晶體管，其特征在于，所述柵極材料包括：氮化鈦TiN。

5.根據權利要求1所述的納米片晶體管，其特征在于，所述納米片溝道層的材質包括IV族半導體材料或III-V族半導體材料。

6.根據權利要求1所述的納米片晶體管，其特征在于，所述第一隔離介質包括：氮化硅Si₃N₄。

7.一種具有異質柵介質的納米片晶體管的制備方法，其特征在于，包括：

步驟1：在襯底上交替淀積多層的犧牲材料和多個納米片溝道層以形成超晶格結構；所述超晶格結構中，所述多個納米片溝道層平行設置；

步驟2：在所述超晶格結構的上表面中段制作偽柵極堆疊層，并在所述中段的兩側淀積第一隔離介質；

步驟3：以所述偽柵極堆疊層為掩膜版對所述超晶格結構兩端的犧牲材料進行刻蝕，以使每個所述納米片溝道層下方的犧牲材料相對于該納米片溝道層向內避讓形成凹槽；

步驟4：向所述凹槽內填充所述第一隔離介質；

步驟5：在所述超晶格結構的兩側制作源區和漏區；

步驟6：刻蝕掉所述偽柵極堆疊層以及所述犧牲材料，形成裸露間隙；所述裸露間隙用于制作柵區；

步驟7：基于多個預設掩膜版，在所述裸露間隙中，沿預設的溝道方向在所述納米片溝道層的表面連續淀積多種柵介質材料，以在所述納米片溝道層的表面形成異質柵介質層；其中，所述多種柵介質材料的相對介電常數隨所述溝道方向逐漸降低；所述溝道方向為從所述源區指向所述漏區的方向；

步驟8：向所述裸露間隙的剩余空間中填充柵極材料，并使所述柵極材料包覆所述多個納米片溝道層形成圍柵結構；

步驟9：在所述源區、所述漏區以及所述圍柵結構上分別制作電極。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述異質柵介質層包括：沿所述溝道方向連續設置的二氧化鉿HfO₂材料和與二氧化硅SiO₂材料。

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟5包括：

在所述超晶格結構的兩側制作外延體硅；其中，所述外延體硅的內側表面與所述納米片溝道層、所述第一隔離介質相接觸；

在兩側所述外延體硅的剩余表面淀積第二隔離介質，得到所述源區和所述漏區。

10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述柵極材料包括：氮化鈦TiN。