本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種雙溝道FinFET器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

MOSFET(金屬氧化半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)是大部分半導(dǎo)體器件的主要構(gòu)件，當(dāng)溝道長度小于100nm時，傳統(tǒng)的MOSFET中，由于圍繞有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體材料使源極和漏極區(qū)間互動，漏極與源極的距離也隨之縮短，產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，這樣一來柵極對溝道的控制能力變差，柵極電壓夾斷(pinch off)溝道的難度也越來越大，如此便使亞閥值漏電(Subthrehhold leakage)現(xiàn)象更容易發(fā)生。

FinFET器件稱為鰭式場效晶體管(Fin Field-EffectTransistor；FinFET)是一種新的互補式金氧半導(dǎo)體(CMOS)晶體管。FinFET器件是通常構(gòu)建在大塊半導(dǎo)體基板或絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基板上的非平面的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)通常在絕緣體上硅(SOI)基片上形成，包括狹窄而孤立的硅條(即垂直型的溝道結(jié)構(gòu)，也稱鰭片)，鰭片兩側(cè)帶有柵極結(jié)構(gòu)。FinFET器件是場效應(yīng)晶體管(FET)，其可以包括垂直半導(dǎo)體鰭片，而不是具有圍繞鰭片卷繞的單態(tài)、雙態(tài)或三態(tài)柵極的平面的半導(dǎo)體表面。由于FinFET具有功耗低，尺寸更小的優(yōu)點，現(xiàn)已受到業(yè)界的廣泛重視。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙溝道FinFET器件及其制造方法，形成雙溝 道，利用石墨烯作為界面鈍化層能夠有效的抑制界面互擴散行為。

為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明提出了一種雙溝道FinFET器件，包括：基片、第一溝道、源漏區(qū)、第一鈍化層、第二溝道、第二鈍化層及柵極結(jié)構(gòu)，其中，所述第一溝道及源漏區(qū)均形成在所述基片內(nèi)，所述源漏區(qū)分別位于所述第一溝道的兩端，所述第一鈍化層、第二溝道、第二鈍化層及柵極結(jié)構(gòu)依次形成在所述第一溝道及源漏區(qū)上，所述第一鈍化層和第二鈍化層為氟化石墨烯，第二溝道為石墨烯。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、柵極及側(cè)墻，所述柵介質(zhì)層形成在所述第二鈍化層上，所述柵極形成在所述柵介質(zhì)層上，所述側(cè)墻形成在所述柵介質(zhì)層及柵極的兩側(cè)。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件中，所述柵介質(zhì)層為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿，其厚度范圍是1nm～3nm。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件中，所述柵極材質(zhì)為NiAu或CrAu，其厚度范圍是100nm～300nm。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件中，還包括源漏電極，所述源漏電極形成在所述側(cè)墻的兩側(cè)，位于所述源漏區(qū)之上。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件中，所述基片為絕緣體上硅或者絕緣體上鍺。

在本發(fā)明中，還提出了一種雙溝道FinFET器件的制造方法，包括步驟：

提供基片，所述基片上形成有鰭形結(jié)構(gòu)；

在所述鰭形結(jié)構(gòu)上依次形成第一鈍化層、第二溝道、第二鈍化層、柵介質(zhì)層及柵極，所述第一鈍化層和第二鈍化層均為氟化石墨烯，第二溝道為石墨烯；

在所述基片內(nèi)形成源漏區(qū)，所述源漏區(qū)位于所述柵極兩側(cè)的基片內(nèi)；

在所述柵極及柵介質(zhì)層兩側(cè)形成側(cè)墻。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述第一鈍化層的形成步驟包括：

在所述鰭形結(jié)構(gòu)表面形成石墨烯；

對所述石墨烯進行氟化處理，形成氟化石墨烯作為第一鈍化層。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述第二溝道及第二鈍化層的形成步驟包括：

在所述第一鈍化層表面形成石墨烯；

對所述石墨烯進行表面部分氟化處理，形成氟化石墨烯作為第二鈍化層，所述石墨烯作為第二溝道。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述氟化處理采用CF₄或C₄F₈對石墨烯進行等離子體處理。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，采用CVD、PVD、ALD、ALE、MBE、MOCVD、UHCVD、RTCVD或者MEE工藝形成石墨烯。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述基片的形成步驟包括：

提供絕緣體上硅或者絕緣體上鍺，并進行N型或者P型離子注入形成阱區(qū)；

對所述絕緣體上硅或者絕緣體上鍺進行干法刻蝕，形成鰭形結(jié)構(gòu)。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述柵介質(zhì)層采用CVD、ALD或者MOCVD工藝形成。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述柵極采用PVD、MOCVD或者ALD工藝形成。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述柵極的形成步驟包括：

在所述柵介質(zhì)層表面形成金屬層；

采用干法刻蝕所述金屬層及柵介質(zhì)層，形成柵極，所述柵極及柵介質(zhì)層位于所述第一溝道上方。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，注入N型離子或者P型離子至所述基片內(nèi)形成源漏區(qū)。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，在形成所述側(cè)墻之后，在所述側(cè)墻兩側(cè)的第二鈍化層表面形成源漏區(qū)電極。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，所述源漏區(qū)電極包括Ti和形成在Ti表面的Au。

進一步的，在所述的雙溝道FinFET器件的制造方法中，在所述雙溝道FinFET器件的源漏區(qū)形成肖特基接觸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：石墨烯與基片之間具有良好的界面性質(zhì)，當(dāng)對石墨烯進行單側(cè)氟化后所得到的氟化石墨烯不僅具有高的致密性與結(jié)構(gòu)強度，而且可以從金屬性半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S絕緣材料，因此將氟化石墨烯作為界面鈍化層應(yīng)用于FET器件中。由于氟化石墨烯能夠有效抑制界面互擴散行為，尤其是抑制氧原子向基片的擴散，避免不穩(wěn)定氧化物以及界面缺陷所導(dǎo)致的電荷陷阱的形成，使器件性能得到很大提升，柵極漏電流能夠大幅度降低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中雙溝道FinFET器件的制造方法的流程圖；

圖2至圖11為本發(fā)明一實施例中雙溝道FinFET器件制備過程中沿溝道方向的剖面示意圖；

圖12至圖18為本發(fā)明一實施例中雙溝道FinFET器件制備過程中沿垂直溝道方向的剖面示意圖；

圖19為本發(fā)明一實施例中雙溝道FinFET器件未開啟時的能帶原理示意圖；

圖20為本發(fā)明一實施例中N型雙溝道FinFET器件開啟時的能帶原理示意圖；

圖21為本發(fā)明一實施例中P型雙溝道FinFET器件開啟時的能帶原理示意圖；

圖22為本發(fā)明一實施例中具有肖特基特性的雙溝道FinFET器件未開啟時的能帶原理示意圖；

圖23為本發(fā)明一實施例中具有肖特基特性的雙溝道FinFET器件開啟時的能帶原理示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的雙溝道FinFET器件及其制造方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

在本實施例中，提出了一種雙溝道FinFET器件，包括：基片、第一溝道、源漏區(qū)、第一鈍化層、第二溝道、第二鈍化層及柵極結(jié)構(gòu)，其中，所述第一溝道及源漏區(qū)均形成在所述基片內(nèi)，所述源漏區(qū)分別位于所述第一溝道的兩端，所述第一鈍化層、第二溝道、第二鈍化層及柵極結(jié)構(gòu)依次形成在所述第一溝道及源漏區(qū)上，所述第一鈍化層和第二鈍化層為氟化石墨烯，第二溝道為石墨烯。

其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層、柵極及側(cè)墻，所述柵介質(zhì)層形成在所述第二鈍化層上，所述柵極形成在所述柵介質(zhì)層上，所述側(cè)墻形成在所述柵介質(zhì)層及柵極的兩側(cè)。

在本實施例中，雙溝道FinFET器件還包括源漏電極，所述源漏電極形成在所述側(cè)墻的兩側(cè)，位于所述源漏區(qū)之上。

請參考圖1，在本實施例中，還提出了一種雙溝道FinFET器件的制造方法，用于形成上文所述的雙溝道FinFET器件，包括步驟：

S100：提供基片，所述基片上形成有鰭形結(jié)構(gòu)；

S200：在所述鰭形結(jié)構(gòu)上依次形成第一鈍化層、第二溝道、第二鈍化層、柵介質(zhì)層及柵極，所述第一鈍化層和第二鈍化層均為氟化石墨烯，第二溝道為石墨烯；

S300：在所述基片內(nèi)形成源漏區(qū)，所述源漏區(qū)位于所述柵極兩側(cè)的基片內(nèi)；

S400：在所述柵極及柵介質(zhì)層兩側(cè)形成側(cè)墻。

具體的，請參考圖2，提出了所述基片為絕緣體上硅(SOI)或者絕緣體上鍺(GOI)，在本實施例中，采用的基片為GOI，包括硅襯底100、形成在硅襯底100上的二氧化硅層200以及形成在二氧化硅層200上的鍺層300，接著，采用離子注入法，在鍺層300內(nèi)注入，形成阱區(qū)，可以形成為N型阱區(qū)或者P型阱區(qū)。

請結(jié)合圖2和圖12，接著對所述鍺層300進行干法刻蝕，采用干法刻蝕，從而形成鰭形結(jié)構(gòu)310。

接著，請參考圖3和圖13，在所述鰭形結(jié)構(gòu)310表面形成第一鈍化層410，所述第一鈍化層410的材質(zhì)為氟化石墨烯，其形成步驟包括：

在所述鰭形結(jié)構(gòu)310表面形成石墨烯；

對所述石墨烯進行氟化處理，形成氟化石墨烯作為第一鈍化層410。

其中，所述石墨烯采用CVD、PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積)、ALD(Atomic layer deposition，原子層沉積)、ALE(Atomic Layer Epitaxy，原子層外延)、MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)、MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)、UHCVD(Ultra-High vacuum CVD epitaxy，超高真空氣相沉積)、RTCVD (Reduced-Temperature CVD epitaxy，降溫氣相沉積)或者MEE(Migration EnhancedEpitaxy，遷移增強外延沉積)等工藝形成。其中，石墨烯材質(zhì)可以通過選擇性生長在鍺層300的表面，而不形成在二氧化硅層200的表面。

請參考圖4和圖14，在形成石墨烯后，采用CF₄或C₄F₈對石墨烯進行等離子體(Plasmatreatment)氟化處理，從而形成氟化石墨烯，當(dāng)對石墨烯進行單側(cè)氟化后所得到的氟化石墨烯不僅具有高的致密性與結(jié)構(gòu)強度，而且可以從金屬性半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S絕緣材料，能夠很好的作為鈍化層。

接著，請參考圖5和圖15，在第一鈍化層410上形成多層石墨烯420，接著，同樣采用CF₄或C₄F₈對多層石墨烯420進行等離子體(Plasma treatment)氟化處理，從而在多層石墨烯420的表面形成氟化石墨烯，作為第二鈍化層430，中間未被氟化的多層石墨烯420作為第二溝道(如圖6及圖16所示)。

接著，請參考圖7和圖17，在所述第二鈍化層430表面依次形成高k值的柵介質(zhì)層500以及金屬層600，其中，所述柵介質(zhì)層500材質(zhì)為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿，其厚度范圍是1nm～3nm，例如是2nm，其可以采用CVD、MOCVD、ALD等工藝形成；所述金屬層600材質(zhì)為NiAu或CrAu，其厚度范圍是100nm～300nm，例如是200nm，其可以采用PVD、MOCVD或者ALD等工藝形成，所述金屬層600用于后續(xù)形成柵極。

接著，請參考圖8和圖18，采用干法刻蝕等工藝依次刻蝕所述金屬層600及柵介質(zhì)層500，形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括位于柵介質(zhì)層500上的柵極610。

接著，請參考圖9，采用離子注入形成N型或者P型LDD結(jié)構(gòu)，獲得源漏區(qū)700，所述源漏區(qū)700形成在鍺層300內(nèi)，并位于柵極610的兩側(cè)，源漏區(qū)700之間的鍺層300作為第一溝道。

接著，請參考圖10，在所述柵極610及柵介質(zhì)層500的兩側(cè)形成側(cè)墻800，所述側(cè)墻800的材質(zhì)為氮化硅。

接著，請參考圖11，在所述側(cè)墻800的兩側(cè)及第二鈍化層430的表面形成 源漏區(qū)電極，其中，源漏區(qū)電極包括Ti 910和形成在Ti 910表面的Au 920。

在形成雙溝道FinFET器件時，器件未開啟時的能帶示意圖如圖19所示，當(dāng)N型雙溝道FinFET器件開啟時，其會產(chǎn)生較多的電子440，從而有利于器件的開啟速度(如圖20所示)，同樣的，P型雙溝道FinFET器件開啟時，其會產(chǎn)生較多的空穴450，從而有利于器件的開啟速度(如圖21所示)。

此外，在本實施例中，還可以形成具有肖特基特性的雙溝道FinFET器件，具體的，在器件的源漏區(qū)形成具備肖特基接觸特性的源漏雙溝道FinFET器件時，當(dāng)器件未開啟時，其能帶示意圖如圖22所示，當(dāng)器件被開啟時，其能帶如圖23所示，其中，電子440的遷移如圖箭頭所示，由源極向漏極進行遷移。

綜上，在本發(fā)明實施例提供的雙溝道FinFET器件及其制造方法中，石墨烯與基片之間具有良好的界面性質(zhì)，當(dāng)對石墨烯進行單側(cè)氟化后所得到的氟化石墨烯不僅具有高的致密性與結(jié)構(gòu)強度，而且可以從金屬性半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S絕緣材料，因此將氟化石墨烯作為界面鈍化層應(yīng)用于FET器件中。由于氟化石墨烯能夠有效抑制界面互擴散行為，尤其是抑制氧原子向基片的擴散，避免不穩(wěn)定氧化物以及界面缺陷所導(dǎo)致的電荷陷阱的形成，使器件性能得到很大提升，柵極漏電流能夠大幅度降低。

上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。