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一種制作鰭式場效應管的翅片結構的方法.pdf

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一種 制作 場效應 結構 方法
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申請專利號:

CN201110226535.7

申請日:

2011.08.09

公開號:

CN102931061B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 21/28申請日:20110809|||公開
IPC分類號: H01L21/28; H01L21/336 主分類號: H01L21/28
申請人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
發明人: 張海洋; 王冬江
地址: 201203 上海市浦東新區張江路18號
優先權:
專利代理機構: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018 代理人: 牛崢;王麗琴
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110226535.7

授權公告號:

102931061B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.03.20|||2013.02.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種制作鰭式場效應管(FinFET)的翅片結構的方法,采用石墨烯作為制作翅片結構的材料,相比于現有技術采用硅作為翅片結構,其不會熱能釋放FinFET70%~80%的能量,因此,可以不使翅片結構以熱能的方式釋放能量,提高FinFET的工作能量。

權利要求書

權利要求書一種制作鰭式場效應管FinFET的翅片結構方法,其特征在于,該方法包括:
提供由體硅區及隱埋氧化層構成的襯底,在襯底上沉積鎳層后,提供具有翅片結構的印章,采用具有翅片結構的印章壓印鎳層,形成具有翅片結構的壓印鎳層;
在具有翅片結構的壓印鎳層沉積石墨烯層,在石墨烯層表面旋涂聚乙烯甲基異丁烯酸酯PMMA層,覆蓋住石墨烯層表面;
采用鹽酸濕洗工藝去除鎳層,留下PMMA層及石墨烯層;
采用酸洗工藝去除PMMA層,高溫退火石墨烯層,在襯底的隱埋氧化層上形成由石墨烯層構成的翅片結構。
如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述構成的翅片結構為半圓柱體結構。
如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述鎳層的厚度為翅片結構的厚度。
如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述沉積石墨烯層的過程為:在反應腔中通入丁烷CH4和氫氣H2,化學反應后沉積得到石墨烯層。
如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述采用酸洗工藝去除PMMA層的酸洗材料為丙酮。
一種制作鰭式場效應管FinFET的器件層的方法,其特征在于,改方法包括:
A、采用權利要求1~4任一項的方法制作翅片結構;
B、將翅片結構的中間區域采用光刻工藝或壓印工藝去除掉;
C、在剩余的翅片結構表面依次沉積柵極介質層及多晶硅層;
D、采用光刻和刻蝕工藝在翅片結構的中間區域形成柵極,翅片結構的兩端分別作為源極和漏極;
E、對形成的柵極、源極及漏極采用離子注入方式進行摻雜,得到FinFET的器件層。

說明書

說明書一種制作鰭式場效應管的翅片結構方法
技術領域
本發明涉及半導體器件的制作技術,特別涉及一種制作鰭式場效應管(FinFET)的翅片結構方法。
背景技術
隨著半導體技術的發展,半導體器件的性能穩步提高。半導體器件的性能提高主要通過不斷縮小半導體器件的特征尺寸來實現,半導體器件的特征尺寸已經縮小到納米級別。半導體器件在這種特征尺寸下,傳統平面制作半導體器件的方法,也就是單柵半導體器件的制作方法已經無法適用了,所以出現了多柵半導體器件的制作方法。與單柵半導體器件的制作方法相比較,多柵半導體器件具有更強的短溝道抑制能力、更好的亞閾特性,更高的驅動能力以及能帶來更高的電路密度。
目前,鰭式場效應管(FinFET)作為多柵半導體器件的代表被廣泛使用,FinFET分為雙柵FinFET和三柵FinFET,其中的雙柵FinFET被廣泛使用。
圖1為現有技術雙柵FinFET的制作方法流程圖,結合圖2a~圖2e所示的現有技術雙柵FinFET的制作過程剖面結構示意圖,對制作方法進行詳細說明:
步驟101、提供硅上半導體(SOI,semiconductor on insulator)晶體為襯底材料的襯底11,該襯底11是由體硅區1、隱埋氧化層2及單晶硅3構成,如圖2a所示;
步驟102、在該襯底11上形成具有翅片結構圖案的掩膜12,如圖2b所示;
在該步驟中,具有翅片結構圖案的掩膜12可以為氮化硅層,形成過程為:在襯底11上沉積掩膜12,在掩膜12涂覆光阻膠層后,采用具有翅片結構的光罩曝光涂覆光阻膠層后顯影,在光阻膠層上形成翅片結構圖案的光阻膠層,然后以具有翅片結構圖案的光阻膠層為掩膜,刻蝕掩膜12,得到具有翅片結構圖案的掩膜12;
在該步驟中,也可以采用納米壓印方式形成具有翅片結構圖案的掩膜12;
在圖2b的圓圈中為具有翅片結構圖案的掩膜12立體結構圖;
步驟103、以具有翅片結構圖案的掩膜12為遮擋,刻蝕襯底11中的單晶硅3,得到翅片結構13后,去除剩余的掩膜12,如圖2c所示;
在圖2c的圓圈中為翅片結構13的立體結構圖;
步驟104、在翅片結構13的中間區域采用離子注入方式進行高摻雜后退火,得到高摻雜區,然后采用腐蝕溶劑清洗翅片結構13,腐蝕掉中間區域的高摻雜區,未摻雜區未被腐蝕掉,如圖2d所示;
在圖2d的圓圈為已經經過中間區域摻雜及腐蝕后的翅片結構13的立體結構圖;
步驟105、在剩余的翅片結構13表面依次沉積柵極介質層及多晶硅層,然后采用光刻和刻蝕工藝再翅片13的中間區域形成柵極,如圖2e所示;
在本步驟中,翅片的兩端分別作為源極和漏極;
在圖2e的圓圈為立體結構示意圖;
步驟106、對柵極、源極及漏極采用離子注入方式進行摻雜,得到FinFET的器件層,在圖中未示出。
圖1中的步驟102~步驟103用于制作FinFET器件層的翅片結構,由于半導體器件的特征尺寸越來越小,所以翅片結構的特征尺寸也趨于越來越小,也就是翅片結構在厚度上越來越薄,制作完成的FinFET在工作時,其在翅片結構會以熱能的方式釋放能量,這會浪費FinFET的大部分電能,造成FinFET電能損失。
發明內容
有鑒于此,本發明提供一種制作FinFET的翅片結構方法,該方法能夠不使翅片結構以熱能的方式釋放能量,提高FinFET的工作能量。
為達到上述目的,本發明實施的技術方案具體是這樣實現的:
一種制作鰭式場效應管FinFET的翅片結構方法,該方法包括:
提供由體硅區及隱埋氧化層構成的襯底,在襯底上沉積鎳層后,提供具有翅片結構的印章,采用具有翅片結構的印章壓印鎳層,形成具有翅片結構的壓印鎳層;
在具有翅片結構的壓印鎳層沉積石墨烯層,在石墨烯層表面旋涂聚乙烯甲基異丁烯酸酯PMMA層,覆蓋住石墨烯層表面;
采用鹽酸濕洗工藝去除鎳層,留下PMMA層及石墨烯層;
采用酸洗工藝去除PMMA層,高溫退火石墨烯層,在襯底的隱埋氧化層上形成由石墨烯層構成的翅片結構。
所述構成的翅片結構為半圓柱體結構。
所述鎳層的厚度為翅片結構的厚度。
所述沉積石墨烯層的過程為:在反應腔中通入丁烷CH4和氫氣H2,化學反應后沉積得到石墨烯層。
所述采用酸洗工藝去除PMMA層的酸洗材料為丙酮。
一種制作鰭式場效應管FinFET的器件層的方法,改方法包括:
A、采用上述方法的任一種方法制作翅片結構;
B、將翅片結構的中間區域采用光刻工藝或壓印工藝去除掉;
C、在剩余的翅片結構表面依次沉積柵極介質層及多晶硅層;
D、采用光刻和刻蝕工藝在翅片結構的中間區域形成柵極,翅片結構的兩端分別作為源極和漏極;
E、對形成的柵極、源極及漏極采用離子注入方式進行摻雜,得到FinFET的器件層。
由上述技術方案可見,本發明采用石墨烯作為制作翅片結構的材料,相比于現有技術采用硅作為翅片結構,其不會熱能釋放FinFET70%~80%的能量,因此,可以不使翅片結構以熱能的方式釋放能量,提高FinFET的工作能量。
附圖說明
圖1為現有技術雙柵FinFET的制作方法流程圖;
圖2a~圖2e為現有技術雙柵FinFET的制作過程剖面結構示意圖;
圖3為本發明提供的制作FinFET的翅片結構方法流程圖;
圖4a~圖4f為本發明提供的制作FinFET的翅片結構過程剖面示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下參照附圖并舉實施例,對本發明作進一步詳細說明。
在背景技術中,由于FinFET中翅片結構的材料為硅的自身本質特性,使得FinFET在工作時翅片結構會產生熱能,從而消耗掉FinFET的70%~80%的電能,也就是說,供給FinFET的70%~80%的電能并沒有產生工作效應,而是被翅片產生的熱能給消耗掉了,這浪費了FinFET的電能且使得FinFET的工作效率變低。
為了克服上述問題,本發明將FinFET中翅片結構所采用的材料更改,更改為石墨烯,由于石墨烯自身特性不會在FinFET工作時產生熱能,所以FinFET的工作電能也不會損失。由于石墨烯自身特性不會在FinFET工作時產生熱能,所以可以提高FinFET的頻率,進行高頻提升。石墨烯是由碳原子按六邊形晶格整齊排布而成的碳單質,結構非常穩定,其中各個碳原子間的連接非常柔韌,當施加外力時,碳原子面就彎曲變形,這樣碳原子就不需要重新排列來適應外力,使得石墨烯比金剛石還要堅硬,同時其拉伸力也很高。
圖3為本發明提供的制作FinFET的翅片結構方法流程圖,結合圖4a~圖4f為本發明提供的制作FinFET的翅片結構過程剖面示意圖,進行詳細說明:
步驟301、提供SOI晶體為襯底材料的襯底40,該襯底40是由體硅區1及隱埋氧化層2構成,在襯底40上沉積鎳(Ni)層41后,提供具有翅片結構的印章42,如圖4a所示;
在本步驟中,隱埋氧化層2的材料為氧化硅;
在本步驟中,翅片結構可以為像現有技術那樣的長方體結構,也可以為本發明采用的半圓柱體結構,這里不限定;
在后續步驟中,要采用納米壓印方式在Ni層41上,所以要提供該印章42;
納米壓印方式是采用高分辨率電子束等方法將結構復雜的納米級結構圖案制作在印章上,然后用具有納米級結構圖案的印章使得金屬材料變形而在金屬材料上形成納米級結構圖案。在具體實現上,可以采用熱壓印方式,即納米級結構圖案被轉移到熱化的金屬材料上,然后金屬材料固化后,形成納米級結構圖案;也可以采用紫外壓印工藝,即通過紫外光聚合將納米級結構圖案固化到金屬材料上,在這里,金屬材料為鎳,也可以采用其他金屬材料,這里不限定;
在本步驟中,Ni層41的沉積后的為翅片結構厚度;
步驟302、采用具有翅片結構的印章42壓印Ni層41,形成具有翅片結構的壓印Ni層41,如圖4b所示;
步驟303、在具有翅片結構的壓印Ni層41沉積石墨烯層43,如圖4c所示;
在本步驟中,在反應腔中通入丁烷(CH4)和氫氣(H2),然后反應后在Ni層41沉積得到石墨烯層43,沉積得到的石墨烯層43的厚度根據需要確定,范圍為單層碳原子到多層碳原子,這里不限定;
步驟304、在石墨烯層43表面旋涂聚乙烯甲基異丁烯酸酯(PMMA,Poly Methyl methacrylate)層44,覆蓋住石墨烯層43表面,如圖4d所示;
在本步驟中,PMMA層44的作用為:在后續去處Ni層41時保護石墨烯層43;
步驟305、采用鹽酸濕洗工藝去除Ni層41,留下PMMA層44及石墨烯層43,如圖4e所示;
在本步驟中,鹽酸不會對PMMA有影響;
步驟306、采用酸洗工藝去除PMMA層44,然后高溫退火石墨烯層43,在襯底40的隱埋氧化層2上形成由石墨烯層42構成的翅片結構,該翅片結構為半圓柱體結構,如圖4f所示;
在本步驟中,采用高溫退火是為了保證由石墨烯層42構成的具有半圓柱體結構的翅片結構與隱埋氧化層2結合更緊密。
在本步驟中,酸洗工藝采用的材料為丙酮,不會對石墨烯層43產生影響。
在襯底41上制作完具有半圓柱體結構且由石墨烯層43形成的翅片結構后,首先將翅片結構的中間區域采用光刻工藝或壓印工藝去除掉,再次在剩余的翅片結構表面依次沉積柵極介質層及多晶硅層,然后采用光刻和刻蝕工藝在翅片結構的中間區域形成柵極,翅片結構的兩端分別作為源極和漏極;最后對形成的柵極、源極及漏極采用離子注入方式進行摻雜,得到FinFET的器件層。
以上舉較佳實施例,對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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