本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，且具體而言，涉及一種半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)：

隨著MOS器件特征尺寸的不斷等比例縮小，集成電路集成度不斷提高，傳統(tǒng)硅材料的平面CMOS器件想要提高器件的性能是很困難的。尤其是當(dāng)進(jìn)入22納米工藝技術(shù)時(shí)代后，平面器件會(huì)出現(xiàn)短溝道效應(yīng)和漏致勢(shì)壘降低(DIBL)效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致器件的關(guān)態(tài)電流急劇增加和產(chǎn)生很大的漏電流。為了解決上述問(wèn)題，出現(xiàn)了雙柵、Fin、三柵以及環(huán)柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，能夠有效的解決短溝道效應(yīng)和漏致勢(shì)壘降低(DIBL)效應(yīng)，增強(qiáng)了柵對(duì)溝道的控制。為了提高器件的性能，III-V族半導(dǎo)體材料比硅材料更加優(yōu)越，尤其是具有較高的遷移率，但是III-V族的界面態(tài)密度很高，導(dǎo)致界面上散射比較嚴(yán)重，從而影響到溝道里的遷移率。

由于III-V族器件需要III-V族材料作為襯底片，在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)增加成本，同時(shí)III-V族材料的襯底片比硅的襯底片更容易損壞。

需要用新的方法或技術(shù)不僅降低界面態(tài)密度，而且抑制短溝道效應(yīng)和漏致勢(shì)壘降低(DIBL)效應(yīng)，使得器件擁有較高的遷移率的同時(shí)，還能夠降低成本并且延長(zhǎng)壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明提供了一種類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，用于降低界面態(tài)密度，抑制器件的短溝道效應(yīng)和漏致勢(shì)壘降低(DIBL)效應(yīng)。

(二)技術(shù)方案

基于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：

S1、在襯底上生長(zhǎng)氧化層，并在氧化層上進(jìn)行凹槽刻蝕；

S2、在S1中氧化層上生長(zhǎng)緩沖層，所述緩沖層形成于S1的凹槽中并且其表面凸出于凹槽；

S3、在S2中緩沖層的上方和兩側(cè)依次生長(zhǎng)摻雜層、勢(shì)壘層、高遷移率溝道層、界面控制層；

S4、在晶體管的源漏區(qū)域，在S3中界面控制層的上方和兩側(cè)依次生長(zhǎng)界面延伸層、高摻雜源漏歐姆層和源漏金屬層；

S5、在晶體管柵極區(qū)域，在S3中界面控制層的上方和兩側(cè)、以及靠近源漏區(qū)域的側(cè)面形成高K柵介質(zhì)層和金屬層。

上述方法中，襯底以硅、鍺、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、氮化鋁、磷化銦或碳化硅為材料。

上述方法中，氧化層為材料氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉿或氧化鋅。

上述方法中，緩沖層在凹槽內(nèi)和凹槽外凸出部分的形狀可為正方體、梯形體或圓柱體。

上述方法中，緩沖層由III-V族材料組成，而且緩沖層的禁帶寬度大于高遷移率溝道層的禁帶寬度。上述方法中，摻雜層生長(zhǎng)在緩沖層上，摻雜層為N型或P型摻雜，勢(shì)壘層的禁帶寬度要大于高遷移率溝道層的禁帶寬度。

上述方法中，高遷移率溝道層的材料為砷化鎵、砷化銦、磷化銦、銻化銦或銻化鎵的，或者它們組成的化合物或者所述各種化合物形成的多元合金。

上述方法中，界面控制層的禁帶寬度應(yīng)大于高遷移率溝道的禁帶寬度，且二者材料應(yīng)晶格匹配。

上述方法中，源和漏區(qū)域上的界面延伸層是高摻雜源漏歐姆層和界面控制層的過(guò)渡。

上述方法中，高摻雜源漏歐姆層采用高摻雜的III-V族半導(dǎo)體材料。

上述方法中，高K柵介質(zhì)層所用材料的介電常數(shù)大于硅的介電常數(shù)，高K柵介質(zhì)材料為氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯或氧化釔或者它們的任意組合。

上述方法中，源漏金屬層選擇低電阻的金屬作為源漏電極，柵金屬層由功函數(shù)金屬層和低電阻金屬層組成。

(三)有益效果

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明可以在硅襯底上形成器件從而降低材料成本；

2、本發(fā)明利用界面控制層技術(shù)鈍化器件的界面，降低界面態(tài)密度，減小溝道中載流子散射，提高溝道的遷移率；

3、本發(fā)明采用類Fin結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制器件的短溝道效應(yīng)和DIBL效應(yīng)，界面控制層(介電常數(shù)比二氧化硅高)與高k介質(zhì)相結(jié)合降低有效氧化層厚度，增強(qiáng)柵極對(duì)溝道的控制力，從而提高了器件的開(kāi)關(guān)速度；源和漏區(qū)域之間凹槽的兩邊墻壁有高k介質(zhì)層，柵壓下能夠在源漏區(qū)域聚集電子，降低源漏區(qū)域的寄生電阻，提高器件的驅(qū)動(dòng)電流。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的一種類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一種類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管在X軸方向的截面圖；

圖3是一種類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管在Z軸方向的截面圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供的類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，利用原子層沉積(ALD)技術(shù)實(shí)現(xiàn)柵介質(zhì)和柵金屬的沉積，從而實(shí)現(xiàn)類Fin的柵結(jié)構(gòu)，可以提高III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流驅(qū)動(dòng)能力和柵控能力。

參照?qǐng)D1及圖2，以下具體介紹本發(fā)明的類Fin結(jié)構(gòu)III-V族半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)實(shí)施例的制備方法：

S1、在襯底101上生長(zhǎng)氧化層102，并在氧化層102上進(jìn)行凹槽刻蝕；

S2、在氧化層102上生長(zhǎng)緩沖層103，緩沖層103形成于S1的凹槽中并且其表面凸出于凹槽，且緩沖層103在凹槽內(nèi)和凹槽外凸出部分的形狀均為正方體；

S3、在緩沖層103的上方和兩側(cè)依次生長(zhǎng)摻雜層104、勢(shì)壘層105、高遷移率溝道層106、界面控制層107。其中，高遷移率溝道層106的禁帶寬度小于勢(shì)壘層105和緩沖層103的禁帶寬度；

S4、在晶體管的源漏區(qū)域，在界面控制層107的上方和兩側(cè)依次生長(zhǎng)界面延伸層108、高摻雜源漏歐姆層109和源漏金屬層111，其中，界面控制層106的禁帶寬度大于高遷移率溝道106，且界面控制層107和高遷移率溝道106的材料應(yīng)晶格匹配。界面延伸層108是高摻雜源漏歐姆層109和界面控制層107的過(guò)渡，高摻雜源漏歐姆層109采用高摻雜的III-V族半導(dǎo)體材料。源漏金屬層111選擇低電阻的金屬作為源漏電極；

S5、在所述晶體管柵極區(qū)域，在所述界面控制層107的上方和兩側(cè)、以及靠近源漏區(qū)域的側(cè)面形成高K柵介質(zhì)層110和金屬層112，其中高K柵介質(zhì)層110材料的介電常數(shù)大于硅的介電常數(shù)，柵金屬層112由功函數(shù)金屬層和低電阻金屬層組成。

上述實(shí)施例中襯底101材料可為為硅、鍺、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵、氮化鋁、磷化銦或碳化硅；氧化層102的材料可為氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉿或氧化鋅；摻雜層104可為N型或P型摻雜；高遷移率溝道層106選擇III-V族半導(dǎo)體材料砷化鎵、砷化銦、磷化銦、銻化銦或銻化鎵，或者它們組成的化合物或者所述各種化合物形成的多元合金；高K柵介質(zhì)層110的材料為氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯或氧化釔以及它們的任意組合；另緩沖層103用于匹配襯底101與勢(shì)壘層105之間的晶格，使失配應(yīng)力降到最低。

上述實(shí)施例中，緩沖層103在凹槽內(nèi)和凹槽外凸出部分的形狀還可為梯形體或圓柱體。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。