双沟道FinFET器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种双沟道FinFET器件及其制造方法。

背景技术：

MOSFET(金属氧化半导体场效应晶体管)是大部分半导体器件的主要构件，当沟道长度小于100nm时，传统的MOSFET中，由于围绕有源区的半导体衬底的半导体材料使源极和漏极区间互动，漏极与源极的距离也随之缩短，产生短沟道效应，这样一来栅极对沟道的控制能力变差，栅极电压夹断(pinch off)沟道的难度也越来越大，如此便使亚阀值漏电(Subthrehhold leakage)现象更容易发生。

FinFET器件称为鳍式场效晶体管(Fin Field-EffectTransistor；FinFET)是一种新的互补式金氧半导体(CMOS)晶体管。FinFET器件是通常构建在大块半导体基板或绝缘体上半导体(SOI)基板上的非平面的结构，其结构通常在绝缘体上硅(SOI)基片上形成，包括狭窄而孤立的硅条(即垂直型的沟道结构，也称鳍片)，鳍片两侧带有栅极结构。FinFET器件是场效应晶体管(FET)，其可以包括垂直半导体鳍片，而不是具有围绕鳍片卷绕的单态、双态或三态栅极的平面的半导体表面。由于FinFET具有功耗低，尺寸更小的优点，现已受到业界的广泛重视。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双沟道FinFET器件及其制造方法，形成双沟 道，利用石墨烯作为界面钝化层能够有效的抑制界面互扩散行为。

为了实现上述目的本发明提出了一种双沟道FinFET器件，包括：基片、第一沟道、源漏区、第一钝化层、第二沟道、第二钝化层及栅极结构，其中，所述第一沟道及源漏区均形成在所述基片内，所述源漏区分别位于所述第一沟道的两端，所述第一钝化层、第二沟道、第二钝化层及栅极结构依次形成在所述第一沟道及源漏区上，所述第一钝化层和第二钝化层为氟化石墨烯，第二沟道为石墨烯。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件中，所述栅极结构包括栅介质层、栅极及侧墙，所述栅介质层形成在所述第二钝化层上，所述栅极形成在所述栅介质层上，所述侧墙形成在所述栅介质层及栅极的两侧。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件中，所述栅介质层为二氧化硅、氧化铝、氧化锆或氧化铪，其厚度范围是1nm～3nm。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件中，所述栅极材质为NiAu或CrAu，其厚度范围是100nm～300nm。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件中，还包括源漏电极，所述源漏电极形成在所述侧墙的两侧，位于所述源漏区之上。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件中，所述基片为绝缘体上硅或者绝缘体上锗。

在本发明中，还提出了一种双沟道FinFET器件的制造方法，包括步骤：

提供基片，所述基片上形成有鳍形结构；

在所述鳍形结构上依次形成第一钝化层、第二沟道、第二钝化层、栅介质层及栅极，所述第一钝化层和第二钝化层均为氟化石墨烯，第二沟道为石墨烯；

在所述基片内形成源漏区，所述源漏区位于所述栅极两侧的基片内；

在所述栅极及栅介质层两侧形成侧墙。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述第一钝化层的形成步骤包括：

在所述鳍形结构表面形成石墨烯；

对所述石墨烯进行氟化处理，形成氟化石墨烯作为第一钝化层。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述第二沟道及第二钝化层的形成步骤包括：

在所述第一钝化层表面形成石墨烯；

对所述石墨烯进行表面部分氟化处理，形成氟化石墨烯作为第二钝化层，所述石墨烯作为第二沟道。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述氟化处理采用CF₄或C₄F₈对石墨烯进行等离子体处理。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，采用CVD、PVD、ALD、ALE、MBE、MOCVD、UHCVD、RTCVD或者MEE工艺形成石墨烯。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述基片的形成步骤包括：

提供绝缘体上硅或者绝缘体上锗，并进行N型或者P型离子注入形成阱区；

对所述绝缘体上硅或者绝缘体上锗进行干法刻蚀，形成鳍形结构。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述栅介质层采用CVD、ALD或者MOCVD工艺形成。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述栅极采用PVD、MOCVD或者ALD工艺形成。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述栅极的形成步骤包括：

在所述栅介质层表面形成金属层；

采用干法刻蚀所述金属层及栅介质层，形成栅极，所述栅极及栅介质层位于所述第一沟道上方。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，注入N型离子或者P型离子至所述基片内形成源漏区。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，在形成所述侧墙之后，在所述侧墙两侧的第二钝化层表面形成源漏区电极。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，所述源漏区电极包括Ti和形成在Ti表面的Au。

进一步的，在所述的双沟道FinFET器件的制造方法中，在所述双沟道FinFET器件的源漏区形成肖特基接触。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：石墨烯与基片之间具有良好的界面性质，当对石墨烯进行单侧氟化后所得到的氟化石墨烯不仅具有高的致密性与结构强度，而且可以从金属性半导体转变为二维绝缘材料，因此将氟化石墨烯作为界面钝化层应用于FET器件中。由于氟化石墨烯能够有效抑制界面互扩散行为，尤其是抑制氧原子向基片的扩散，避免不稳定氧化物以及界面缺陷所导致的电荷陷阱的形成，使器件性能得到很大提升，栅极漏电流能够大幅度降低。

附图说明

图1为本发明一实施例中双沟道FinFET器件的制造方法的流程图；

图2至图11为本发明一实施例中双沟道FinFET器件制备过程中沿沟道方向的剖面示意图；

图12至图18为本发明一实施例中双沟道FinFET器件制备过程中沿垂直沟道方向的剖面示意图；

图19为本发明一实施例中双沟道FinFET器件未开启时的能带原理示意图；

图20为本发明一实施例中N型双沟道FinFET器件开启时的能带原理示意图；

图21为本发明一实施例中P型双沟道FinFET器件开启时的能带原理示意图；

图22为本发明一实施例中具有肖特基特性的双沟道FinFET器件未开启时的能带原理示意图；

图23为本发明一实施例中具有肖特基特性的双沟道FinFET器件开启时的能带原理示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的双沟道FinFET器件及其制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在本实施例中，提出了一种双沟道FinFET器件，包括：基片、第一沟道、源漏区、第一钝化层、第二沟道、第二钝化层及栅极结构，其中，所述第一沟道及源漏区均形成在所述基片内，所述源漏区分别位于所述第一沟道的两端，所述第一钝化层、第二沟道、第二钝化层及栅极结构依次形成在所述第一沟道及源漏区上，所述第一钝化层和第二钝化层为氟化石墨烯，第二沟道为石墨烯。

其中，所述栅极结构包括栅介质层、栅极及侧墙，所述栅介质层形成在所述第二钝化层上，所述栅极形成在所述栅介质层上，所述侧墙形成在所述栅介质层及栅极的两侧。

在本实施例中，双沟道FinFET器件还包括源漏电极，所述源漏电极形成在所述侧墙的两侧，位于所述源漏区之上。

请参考图1，在本实施例中，还提出了一种双沟道FinFET器件的制造方法，用于形成上文所述的双沟道FinFET器件，包括步骤：

S100：提供基片，所述基片上形成有鳍形结构；

S200：在所述鳍形结构上依次形成第一钝化层、第二沟道、第二钝化层、栅介质层及栅极，所述第一钝化层和第二钝化层均为氟化石墨烯，第二沟道为石墨烯；

S300：在所述基片内形成源漏区，所述源漏区位于所述栅极两侧的基片内；

S400：在所述栅极及栅介质层两侧形成侧墙。

具体的，请参考图2，提出了所述基片为绝缘体上硅(SOI)或者绝缘体上锗(GOI)，在本实施例中，采用的基片为GOI，包括硅衬底100、形成在硅衬底100上的二氧化硅层200以及形成在二氧化硅层200上的锗层300，接着，采用离子注入法，在锗层300内注入，形成阱区，可以形成为N型阱区或者P型阱区。

请结合图2和图12，接着对所述锗层300进行干法刻蚀，采用干法刻蚀，从而形成鳍形结构310。

接着，请参考图3和图13，在所述鳍形结构310表面形成第一钝化层410，所述第一钝化层410的材质为氟化石墨烯，其形成步骤包括：

在所述鳍形结构310表面形成石墨烯；

对所述石墨烯进行氟化处理，形成氟化石墨烯作为第一钝化层410。

其中，所述石墨烯采用CVD、PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)、ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)、ALE(Atomic Layer Epitaxy，原子层外延)、MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)、MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)、UHCVD(Ultra-High vacuum CVD epitaxy，超高真空气相沉积)、RTCVD (Reduced-Temperature CVD epitaxy，降温气相沉积)或者MEE(Migration EnhancedEpitaxy，迁移增强外延沉积)等工艺形成。其中，石墨烯材质可以通过选择性生长在锗层300的表面，而不形成在二氧化硅层200的表面。

请参考图4和图14，在形成石墨烯后，采用CF₄或C₄F₈对石墨烯进行等离子体(Plasmatreatment)氟化处理，从而形成氟化石墨烯，当对石墨烯进行单侧氟化后所得到的氟化石墨烯不仅具有高的致密性与结构强度，而且可以从金属性半导体转变为二维绝缘材料，能够很好的作为钝化层。

接着，请参考图5和图15，在第一钝化层410上形成多层石墨烯420，接着，同样采用CF₄或C₄F₈对多层石墨烯420进行等离子体(Plasma treatment)氟化处理，从而在多层石墨烯420的表面形成氟化石墨烯，作为第二钝化层430，中间未被氟化的多层石墨烯420作为第二沟道(如图6及图16所示)。

接着，请参考图7和图17，在所述第二钝化层430表面依次形成高k值的栅介质层500以及金属层600，其中，所述栅介质层500材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆或氧化铪，其厚度范围是1nm～3nm，例如是2nm，其可以采用CVD、MOCVD、ALD等工艺形成；所述金属层600材质为NiAu或CrAu，其厚度范围是100nm～300nm，例如是200nm，其可以采用PVD、MOCVD或者ALD等工艺形成，所述金属层600用于后续形成栅极。

接着，请参考图8和图18，采用干法刻蚀等工艺依次刻蚀所述金属层600及栅介质层500，形成栅极结构，所述栅极结构包括位于栅介质层500上的栅极610。

接着，请参考图9，采用离子注入形成N型或者P型LDD结构，获得源漏区700，所述源漏区700形成在锗层300内，并位于栅极610的两侧，源漏区700之间的锗层300作为第一沟道。

接着，请参考图10，在所述栅极610及栅介质层500的两侧形成侧墙800，所述侧墙800的材质为氮化硅。

接着，请参考图11，在所述侧墙800的两侧及第二钝化层430的表面形成 源漏区电极，其中，源漏区电极包括Ti 910和形成在Ti 910表面的Au 920。

在形成双沟道FinFET器件时，器件未开启时的能带示意图如图19所示，当N型双沟道FinFET器件开启时，其会产生较多的电子440，从而有利于器件的开启速度(如图20所示)，同样的，P型双沟道FinFET器件开启时，其会产生较多的空穴450，从而有利于器件的开启速度(如图21所示)。

此外，在本实施例中，还可以形成具有肖特基特性的双沟道FinFET器件，具体的，在器件的源漏区形成具备肖特基接触特性的源漏双沟道FinFET器件时，当器件未开启时，其能带示意图如图22所示，当器件被开启时，其能带如图23所示，其中，电子440的迁移如图箭头所示，由源极向漏极进行迁移。

综上，在本发明实施例提供的双沟道FinFET器件及其制造方法中，石墨烯与基片之间具有良好的界面性质，当对石墨烯进行单侧氟化后所得到的氟化石墨烯不仅具有高的致密性与结构强度，而且可以从金属性半导体转变为二维绝缘材料，因此将氟化石墨烯作为界面钝化层应用于FET器件中。由于氟化石墨烯能够有效抑制界面互扩散行为，尤其是抑制氧原子向基片的扩散，避免不稳定氧化物以及界面缺陷所导致的电荷陷阱的形成，使器件性能得到很大提升，栅极漏电流能够大幅度降低。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。