[发明专利]全环绕栅极晶体管的制备方法

说明书

本发明提供一种多层悬空的纳米片堆叠结构及全环绕栅极晶体管的制备方法。所述多层悬空的纳米片堆叠结构的制备方法包括：在Si衬底上外延生长Si/Si_1‑xGe_x超晶格与硅间隔层交替层叠的堆叠结构，其中0x≤1；将氧离子注入到所述堆叠结构的图形化区域内的每一Si/Si_1‑xGe_x超晶格中；对所述堆叠结构进行退火以在每一超晶格中形成局部埋氧层；采用选择性腐蚀工艺去除所述局部埋氧层。所述多层悬空的纳米片堆叠结构的制备方法实现了工艺上的突破，降低了工艺复杂度；多层纳米片作为多层沟道，可以进一步提高器件的驱动电流以及器件的集成度。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件结构及其制备方法；特别是，涉及一种全环绕栅场效应晶体管的制备方法。

背景技术

随着极大规模集成电路(VLSI)和超大规模集成电路(ULSI)的迅速发展，半导体器件的尺寸按比例持续缩小。当场效应晶体管的导电沟道长度降低到十几纳米、甚至几纳米量级时，晶体管会出现一系列的短沟道效应。相较于常规的鳍式场效应晶体管(FinFET)，全环绕栅极(GAA)场效应晶体管由于沟道被栅极完全包围，大大提升了栅极与沟道的接触面积，显示出对沟道更好的控制能力。

具有环绕栅极结构的场效应晶体管一般具有纳米级的沟道尺寸，所述沟道为纳米线或纳米片的悬空结构，其节点通常小于10nm。现有的纳米线或纳米片的悬空结构的制备工艺中常采用Si/SiGe超晶格结构交替堆叠形成，需要通过超晶格刻蚀、SiGe的高选择比刻蚀、内侧墙工艺形成纵向堆叠的悬空沟道，对工艺精度要求高，纳米片结构加工工艺复杂。

因此，对全环绕栅极器件的制备工艺进行简化和改进是亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多层悬空的纳米片堆叠结构的制备方法，用于解决现有技术中全环绕栅极晶体管的制备工艺复杂、制造成本高等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多层悬空的纳米片堆叠结构的制备方法，所述制备方法包括：提供Si衬底；在所述Si衬底上外延生长多个周期交替的Si/Si_1-xGe_x超晶格和硅间隔层以得到Si/Si_1-xGe_x超晶格与硅间隔层交替层叠的堆叠结构，其中0x≤1；对所述堆叠结构的表面进行图形化处理，将氧离子注入到所述堆叠结构的图形化区域内的每一Si/Si_1-xGe_x超晶格中，注入的所述氧离子的浓度峰值位于每一Si/Si_1-xGe_x超晶格的中部；对所述堆叠结构进行退火以在每一Si/Si_1-xGe_x超晶格中形成局部埋氧层；和采用选择性腐蚀工艺去除所述局部埋氧层，以形成多层悬空的纳米片堆叠结构。

优选地，至少一Si/Si_1-xGe_x超晶格中的Ge含量与另一Si/Si_1-xGe_x超晶格中的Ge含量不同。

优选地，各Si/Si_1-xGe_x超晶格中的Ge含量相同。

优选地，Si/Si_1-xGe_x超晶格中的Si层和Si_1-xGe_x层各自具有10nm以下的厚度，且所述硅间隔层具有10nm-100nm的厚度。

优选地，在1000℃-1400℃的温度范围内执行所述退火。

优选地，以O₂与以下气体中的任一种的组合作为气氛执行所述退火：Ar和N₂。

优选地，所述O₂占气体总体积的含量以体积比计为1～15％。