全环绕栅极场效应晶体管及其制备方法、制造设备与流程

本技术涉及半导体，特别涉及一种全环绕栅极场效应晶体管及其制备方法、制造设备。

背景技术：

1、一种传统的全环绕栅极场效应晶体管(gate allaround field effecttransistor，gaafet)集成工艺流程中，需在源漏极区域生长形成源漏极。通常利用源漏极中材料的晶格常数差异来产生对沟道方向的压应力，以提高全环绕栅极场效应晶体管中的载流子迁移率。全环绕栅极场效应晶体管包括堆叠结构，堆叠结构中的牺牲层两侧设有内部隔离部(inner spacer)，以防止栅极与源漏极短路。由于内部隔离部的存在，源漏极生长时所依附的堆叠结构上的侧面并不是完全单晶结构界面。因此，在源漏极的生长过程中通常会产生大量的缺陷，而无法提供压应力给沟道。以p型金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)为例，若源漏极不提供压力给沟道，会影响pmosfet中的空穴迁移率，进而影响pmosfet管的性能。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种能够减少源漏栅极生长缺陷的全环绕栅极场效应晶体管及其制备方法、制造设备。

2、第一方面，本技术实施例提供一种全环绕栅极场效应晶体管的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

3、提供预制体，所述预制体包括在第一方向层叠设置的基底及结构单元，所述结构单元在所述第一方向包括堆叠结构及功能结构，所述堆叠结构位于所述功能结构与所述基底之间，所述堆叠结构包括在所述第一方向交替设置的沟道层与牺牲层，所述牺牲层包括牺牲部及内部隔离部，所述内部隔离部在不同于所述第一方向的第二方向设于所述牺牲部的侧部；

4、对所述预制体进行预清洗；

5、在所述沟道层的第二方向上的侧面及内部隔离部在第二方向背离所述牺牲部的侧面上形成非晶膜层；

6、采用退火工艺将所述堆叠结构上的非晶膜层转化为单晶膜层；

7、在所述单晶膜层生长单晶部以得到单晶源漏极。

8、由于先在沟道层的第二方向上的侧面及内部隔离部在第二方向背离牺牲部的侧面上形成非晶膜层，后通过退火工艺将非晶膜层转化为单晶膜层，再在单晶膜层生长单晶部而形成了单晶源漏极。由于单晶部在生长过程中所依附的堆叠结构的界面上生长有单晶膜层，大大减少了单晶源漏极形成过程中缺陷的产生，单晶源漏极能够向沟道层提供应力，进而提高了全环绕栅极场效应晶体管的载流子迁移率。

9、对所述预制体进行预清洗后再在堆叠结构上形成非晶膜层，减少了外延生长表界面上自然氧化生成氧化物和杂质，有助于全环绕栅极场效应晶体管源漏极区域无缺陷外延生长，保证了制备的晶体管的性能。

10、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述结构单元的数量为至少两个，每相邻的两个结构单元之间形成有沟槽，所述基底包括朝向所述沟槽设置的第一界面，所述沟道层在所述第二方向上的侧面为第二界面，所述第二界面朝向所述沟槽设置，所述内部隔离部包括朝向所述沟槽设置的第三界面，所述第一界面、所述第二界面及所述第三界面围成所述沟槽的至少部分侧面。

11、由于相邻的两个结构单元之间设有沟槽，在制备全环绕栅极场效应晶体管时，可以先在沟槽的侧面上形成非晶膜层，将非晶膜层转化为单晶膜层，再在单晶膜层上生长单晶源漏极。沟槽上单晶薄膜界面有利于单晶源漏极的生长，从而实现无缺陷源漏极生长。

12、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述沟道层的数量为至少两个，所述在所述沟道层的第二方向上的侧面及所述内部隔离部在所述第二方向背离所述牺牲部的侧面上形成非晶膜层，包括，采用外延生长工艺在所述第二界面上形成所述非晶膜层；将所述至少两个沟道层上的非晶膜层合并形成连续非晶膜层，采用退火工艺将所述堆叠结构上的非晶膜层转化为单晶膜层，包括，采用退火工艺将连续非晶膜层转化为单晶膜层。

13、外延生长工艺可以选择性地进行生长，采用外延生长工艺选择性地先在沟道层的侧面形成非晶膜层，将至少两个沟道层上的非连续性的非晶膜层合并为连续非晶膜层，再将连续非晶膜层转化为单晶膜层，可以实现在沟道内壁生长质量较高的单晶外延薄膜。

14、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述制备方法还包括，采用所述外延生长工艺在所述第一界面形成单晶膜层；所述将所述至少两个沟道层上的非晶膜层合并形成连续非晶膜层，还包括，所述连续非晶膜层与所述第一界面上的单晶膜层相连接；在所述单晶膜层生长单晶部以得到单晶源漏极，包括，在所述第一界面、所述第二界面及所述第三界面上的单晶膜层上生长单晶部。

15、第一界面、第二界面、第三界面的单晶膜层上生长单晶部，即单晶部所接触的界面均为单晶结构界面，进一步有利于减少单晶源漏极生长过程中的缺陷，提高了单晶源漏极的品质。

16、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述在所述沟道层的第二方向上的侧面及所述内部隔离部在所述第二方向背离所述牺牲部的侧面上形成非晶膜层，包括，采用沉积工艺在所述第二界面、所述第三界面、所述功能结构背离所述基底的一面、所述功能结构朝向所述沟槽的一面上形成非晶膜层；所述采用退火工艺将所述堆叠结构上的非晶膜层转化为单晶膜层，包括，将所述第二界面、所述第三界面上的非晶膜层转化为单晶膜层；所述在将所述第二界面、所述第三界面上的非晶膜层转化为单晶膜层之后，所述制备方法还包括，去除所述功能结构背离所述基底的一面及所述功能结构朝向所述沟槽的一面上的非晶膜层。

17、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述采用沉积工艺在所述第二界面、所述第三界面、所述功能结构背离所述基底的一面、所述功能结构朝向所述沟槽的一面上形成非晶膜层，还包括，采用沉积工艺在所述第一界面形成非晶膜层，所述将所述第二界面、所述第三界面上的非晶膜层转化为单晶膜层，还包括，将所述第一界面上的非晶膜层转化为单晶膜层。

18、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述基底包括在第一方向层叠设置的衬底及介电层，所述介电层位于所述衬底与所述堆叠结构之间，所述第一界面位于所述介电层朝向所述沟槽的一侧，所述采用沉积工艺在所述第二界面、所述第三界面、所述功能结构背离所述基底的一面、所述功能结构朝向所述沟槽的一面上形成非晶膜层，还包括，采用沉积工艺在所述第一界面形成非晶膜层，所述去除所述功能结构背离所述基底的一面及所述功能结构朝向所述沟槽的一面上的非晶膜层，还包括，去除所述第一界面上的非晶膜层。

19、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述去除所述功能结构背离所述基底的一面及所述功能结构朝向所述沟槽的一面上的非晶膜层，包括，采用回刻工艺去除所述功能结构背离所述基底的一面及所述功能结构朝向所述沟槽的一面上的非晶膜层以形成中间结构体，所述去除所述功能结构背离所述基底的一面及所述功能结构朝向所述沟槽的一面上的非晶膜层之后，及所述在所述单晶膜层生长单晶部从而得到单晶源漏极之前，所述制备方法还包括，对所述中间结构体进行预清洗。

20、对所述中间结构体进行预清洗后再在单晶膜层上形成源漏极，减少了外延生长表界面上氧化生成的氧化物和杂质，有助于全环绕栅极场效应晶体管源漏极区域无缺陷外延生长。

21、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述第一界面为si(100)，所述第二界面为si(110)。

22、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述牺牲部包括si,ge，化合物半导体，合金半导体中的至少一种。

23、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述非晶膜层包括si，ge，化合物半导体，合金半导体中的一种。

24、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述功能结构包括功能部及主隔离部，所述功能部设置在所述堆叠结构背离所述衬底的一侧，所述主隔离部覆盖在所述功能部上，所述功能部为栅极或伪栅极的一种。

25、根据第一方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述功能部为伪栅极的情况下，所述制备方法还包括，去除所述伪栅极；在所述伪栅极的原位置上形成栅极，所述栅极设置在所述堆叠结构背离所述衬底的一侧，所述主隔离部覆盖在所述栅极上。

26、第二方面，本技术实施例提供一种全环绕栅极场效应晶体管，所述全环绕栅极场效应晶体管采用第一方面所述的制备方法制备得到。

27、第三方面，本技术实施例提供一种全环绕栅极场效应晶体管，包括基底、结构单元及单晶源漏极，所述结构单元与所述基底沿第一方向层叠设置，所述结构单元包括在所述第一方向层叠设置的堆叠结构及功能结构，所述堆叠结构位于所述功能结构与所述基底之间，所述堆叠结构包括在所述第一方向交替设置的牺牲层与沟道层，所述牺牲层包括牺牲部及内部隔离部，所述内部隔离部在不同于所述第一方向的第二方向设置在所述牺牲部的侧部，所述单晶源漏极与所述沟道层在所述第二方向上的侧面相贴合，所述单晶源漏极与所述内部隔离部在所述第二方向上的背离所述牺牲部的侧部相贴合。

28、根据第三方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述结构单元的数量为至少两个，相邻的两个结构单元之间形成有沟槽，所述基底包括朝向所述沟槽设置的第一界面，所述沟道层在所述第二方向上的侧面为第二界面，所述第二界面朝向所述沟槽设置，所述内部隔离部包括朝向所述沟槽设置的第三界面，所述第一界面、所述第二界面及所述第三界面围成所述沟槽的至少部分侧面，所述单晶源漏极贴附在所述第一界面、所述第二界面及所述第三界面。

29、根据第三方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述牺牲部包括si，ge，化合物半导体，合金半导体中的至少一种。

30、根据第三方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述单晶源漏极包括si，ge，化合物半导体，合金半导体中的至少一种。

31、第四方面，本技术实施例提供一种制造设备，所述制造设备用于将预制体制备为全环绕栅极场效应晶体管，所述预制体包括在第一方向层叠设置的基底及结构单元，所述结构单元在所述第一方向包括堆叠结构及功能结构，所述堆叠结构位于所述功能结构与所述基底之间，所述堆叠结构包括在所述第一方向交替设置的沟道层与牺牲层，所述牺牲层包括牺牲部及内部隔离部，所述内部隔离部在不同于所述第一方向的第二方向设于所述牺牲部的侧部；所述制造设备包括预清洗装置、生长装置及退火装置，所述预清洗装置用于对所述预制体进行预清洗；所述生长装置用于在所述沟道层的第二方向上的侧面及内部隔离部在第二方向背离所述牺牲部的侧面上形成非晶膜层；

32、所述退火装置用于将所述堆叠结构上的非晶膜层转化为单晶膜层；

33、所述生长装置还用于在所述单晶膜层生长单晶部以得到单晶源漏极。

34、本技术提供的制造设备，由于先通过生长装置在沟道层的第二方向上的侧面及内部隔离部在第二方向背离牺牲部的侧面上形成非晶膜层，后通过退火装置将非晶膜层转化为单晶膜层，再通过生长装置在单晶膜层生长单晶部而形成了单晶源漏极，这减小了单晶源漏极形成过程中缺陷的产生，单晶源漏极能够向沟道层提供应力，进而提高了全环绕栅极场效应晶体管的载流子迁移率。

35、预清洗装置对所述预制体进行预清洗后再在堆叠结构上形成非晶膜层，减少了外延生长表界面上自然氧化生成氧化物和杂质，有助于全环绕栅极场效应晶体管源漏极区域无缺陷外延生长，保证了制备的晶体管的性能。

36、根据第四方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述结构单元的数量为至少两个，每相邻的两个结构单元之间形成有沟槽，所述基底包括朝向所述沟槽设置的第一界面，所述沟道层在所述第二方向上的侧面为第二界面，所述第二界面朝向所述沟槽设置，所述内部隔离部包括朝向所述沟槽设置的第三界面，所述第一界面、所述第二界面及所述第三界面围成所述沟槽的至少部分侧面。

37、所述沟道层的数量为至少两个。

38、所述生长装置用于：采用外延生长工艺在所述第二界面上形成所述非晶膜层及在所述第一界面上形成单晶膜层；将所述至少两个沟道层上的非晶膜层在所述第一界面与所述第三界面合并形成连续非晶膜层，所述连续非晶膜层与所述单晶膜层相连接。

39、根据第四方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述生长装置还用于采用所述外延生长工艺在所述第一界面形成单晶膜层，所述将所述至少两个沟道层上的非晶膜层合并形成连续非晶膜层，还包括，所述连续非晶膜层与所述第一界面上的单晶膜层相连接。

40、根据第四方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述结构单元的数量为至少两个，每相邻的两个结构单元之间形成有沟槽，所述基底包括朝向所述沟槽设置的第一界面，所述沟道层在所述第二方向上的侧面为第二界面，所述第二界面朝向所述沟槽设置，所述内部隔离部包括朝向所述沟槽设置的第三界面，所述第一界面、所述第二界面及所述第三界面围成所述沟槽的至少部分侧面。

41、所述生长装置包括第一生长模块及第二生长模块，所述第一生长模块用于采用沉积工艺在所述第一界面、所述第二界面、所述第三界面、所述功能结构背离所述基底的一面、所述功能结构朝向所述沟槽的一面上形成非晶膜层。

42、所述制造设备还包括去除装置，所述去除装置用于去除所述功能结构背离所述基底的一面及所述功能结构朝向所述沟槽的一面上的非晶膜层以形成中间结构体。

43、所述预清洗装置还用于对所述中间结构体进行预清洗。

44、所述第二生长模块用于在所述单晶膜层生长单晶部以得到单晶源漏极。

45、根据第四方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述第一生长模块还用于在所述第一界面形成非晶膜层，所述退火装置还用于将所述第一界面上的非晶膜层转化为单晶膜层。

46、根据第四方面，本技术的一种可能的实现方式中，所述基底包括在第一方向层叠设置的衬底及介电层，所述介电层位于所述衬底与所述堆叠结构之间，所述第一界面位于所述介电层朝向所述沟槽的一侧，所述第一生长模块还用于在所述第一界面形成非晶膜层，所述去除装置还用于去除所述第一界面上的非晶膜层。