本發明涉及半導體，尤其是涉及一種堆疊多晶或類單晶納米片器件及其制備方法。

背景技術：

1、隨著半導體技術的飛速發展，特別是在先進制程節點下，器件的微型化與性能提升成為研究的重點。在這一背景下，溝道結構作為決定晶體管性能的關鍵因素之一，其設計與制造工藝的創新顯得尤為重要。傳統的溝道結構主要包括納米線與納米片兩種形式，二者各有優劣，但在性能驅動方面，納米片結構因其更大的接觸面積和更高效的電荷傳輸特性而展現出更為顯著的優勢。

2、然而，納米片堆疊制造工藝的復雜性及其伴隨的高成本問題一直是制約其廣泛應用的主要瓶頸。傳統的納米片堆疊制造通常采用外延工藝，該工藝通過精確控制材料的生長，在襯體上交替形成溝道層與犧牲層，隨后通過化學或物理方法去除犧牲層，留下所需的納米片結構。盡管這種方法能夠制備出高質量的納米片，但其高昂的成本以及對設備精度的極高要求限制了其在大規模生產中的應用。

3、此外，傳統納米片堆疊制造工藝還存在一個不可忽視的問題——襯體的寄生溝道效應。寄生溝道的存在會嚴重影響晶體管的性能，導致漏電流的增加和功耗的上升，進而降低器件的整體效率和可靠性。

4、鑒于此，探索新的納米片制造工藝，以降低成本、提高生產效率，并有效抑制寄生溝道效應，成為本領域技術人員亟須解決的一項技術問題。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種堆疊多晶或類單晶納米片器件及其制備方法，該方法不僅簡化了傳統外延工藝的復雜性，降低了生產成本，還有效解決了寄生溝道效應的問題。

2、第一方面，本發明提供一種堆疊多晶或類單晶納米片器件的制備方法，包括以下步驟：

3、在襯底上形成多層堆疊納米片結構；

4、通過光刻與刻蝕工藝，定義有源區，并形成柵結構；

5、在柵結構的一側刻蝕出金屬誘導窗口，通過金屬誘導多層堆疊非晶納米片晶化成多晶或類單晶納米片溝道；

6、在柵結構的另一側刻蝕出接觸孔，并形成第二級硅化物；

7、通過互連通孔工藝，完成堆疊多晶或類單晶納米片器件的集成。

8、作為本技術方案優選地，包括以下步驟：

9、s1、在襯底上依次沉積sio2/a-si疊層、sio2/a-gesi或sio2/a-ge疊層，并對a-si、a-gesi或a-ge層進行離子注入和減??；

10、s2、重復步驟s1，在sio2/a-si疊層、sio2/a-gesi或sio2/a-ge疊層上形成多個堆疊結構；

11、s3、通過光刻與刻蝕工藝定義有源區，沉積si3n4并進行平坦化處理；

12、s4、刻蝕出柵結構，形成溝道區域的邊界，并依次沉積柵介質層和柵電極材料，形成柵結構；

13、s5、在柵結構的一側刻蝕出金屬誘導窗口，并于金屬誘導窗口中沉積ni，經退火處理和酸洗，得到第一級硅化物；

14、s6、對第一級硅化物進行退火處理，使第一級硅化物沿a-si、a-gesi或a-ge納米片擴散至sin/a-si、sin/a-gesi或sin/a-ge界面，誘導a-si、a-gesi或a-ge結晶成多晶或類單晶；

15、s7、在柵結構的另一側刻蝕出接觸孔，并于金屬誘導窗口中沉積ni，經退火處理和酸洗，得到第二級硅化物；

16、s8、通過互連通孔工藝，完成堆疊多晶或類單晶納米片器件的集成。

17、作為本技術方案優選地，步驟s1中，對于a-si層，所述離子注入時，注入離子為p，能量為10-20kev，劑量為5e14/cm2；

18、所述減薄時，通過刻蝕工藝將a-si層減薄至8-12nm。

19、作為本技術方案優選地，步驟s2中，堆疊結構中sio2的厚度小于步驟s1中sio2的厚度。

20、作為本技術方案優選地，所述柵介質層的材料包括二氧化硅、氮化硅和高k材料中的任意一種。

21、作為本技術方案優選地，步驟s4中，所述柵電極材料包括多晶硅、重摻雜的多晶硅和金屬柵極材料中的任意一種。

22、作為本技術方案優選地，步驟s5和步驟s7中，所述退火處理時，控制溫度為300-450℃，時間為1-10min。

23、作為本技術方案優選地，步驟s5和步驟s7中，所述酸洗時，使用王水去除未反應的ni。

24、作為本技術方案優選地，步驟s6中，所述退火處理時，控制溫度為350-575℃，時間為12-24h。

25、第二方面，本發明還公開了上述制備方法制備得到的堆疊多晶或類單晶納米片器件，也理應屬于本發明的保護范圍。

26、本發明堆疊多晶或類單晶納米片器件的制備方法，至少具備以下有益效果：

27、首先，通過金屬誘導晶化過程，本發明能夠將多層堆疊的納米片結構轉化為多晶或類單晶納米片溝道，相較于非晶態或低晶態材料，多晶或類單晶材料具有更高的載流子遷移率和更低的電阻率，從而能夠顯著提升器件的導電性能和運行速度；此外，類單晶納米片溝道還具有出色的結構穩定性和熱穩定性，有助于提升器件在長時間工作和高溫環境下的性能穩定性。其次，本發明采用光刻與刻蝕工藝來定義有源區和形成柵結構，精確的圖形化技術能夠確保器件結構的精確性和一致性，為后續的晶化和接觸孔形成步驟奠定堅實的基礎，由此通過金屬誘導窗口的刻蝕和金屬誘導晶化過程，實現了對納米片結構的局部晶化控制，避免了全局晶化可能帶來的材料浪費和工藝復雜性。此外，堆疊納米片結構本身就能夠實現高度的器件集成，而本發明通過互連通孔工藝進一步完成了堆疊多晶或類單晶納米片器件的集成，使得器件在保持高性能的同時，能夠實現更高的集成度和更小的尺寸，對于滿足現代電子設備對高性能、小型化和低功耗的需求具有重要意義。最后，雖然本發明的制備過程涉及多個精細步驟，但通過優化工藝參數和流程控制，可以實現高效的批量制備，從而降低單個器件的制備成本。同時，由于堆疊納米片結構能夠實現高度的器件集成，因此可以在相同的芯片面積上制備更多的器件，進一步提高生產效率并降低成本。

28、因此，本發明提供的堆疊多晶或類單晶納米片器件的制備方法在提升器件性能、優化制備工藝、提升器件集成度、增強器件可靠性和降低制備成本等方面均展現出了顯著的技術優勢。不僅簡化了傳統外延工藝的復雜性，降低了生產成本，還有效解決了寄生溝道效應的問題，為先進制程節點下高性能晶體管的制造提供了一種切實可行的解決方案。

技術特征：

1.一種堆疊多晶或類單晶納米片器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，對于a-si層，所述離子注入時，注入離子為p，能量為10-20kev，劑量為5e14/cm2；

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，堆疊結構中sio2的厚度小于步驟s1中sio2的厚度。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述柵介質層的材料包括二氧化硅、氮化硅和高k材料中的任意一種。

6.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述柵電極材料包括多晶硅、重摻雜的多晶硅和金屬柵極材料中的任意一種。

7.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s5和步驟s7中，所述退火處理時，控制溫度為300-450℃，時間為1-10min。

8.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s5和步驟s7中，所述酸洗時，使用王水去除未反應的ni。

9.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s6中，所述退火處理時，控制溫度為350-575℃，時間為12-24h。

10.一種堆疊多晶或類單晶納米片器件，其特征在于，根據權利要求1-9任一項所述的制備方法制備得到。

技術總結
本發明涉及半導體技術領域，尤其是涉及一種堆疊多晶或類單晶納米片器件及其制備方法，包括以下步驟：在襯底上形成多層堆疊納米片結構；通過光刻與刻蝕工藝，定義有源區，并形成柵結構；在柵結構的一側刻蝕出金屬誘導窗口，通過金屬誘導多層堆疊非晶納米片晶化成多晶或類單晶納米片溝道；在柵結構的另一側刻蝕出接觸孔，并形成第二級硅化物；通過互連通孔工藝，完成堆疊多晶或類單晶納米片器件的集成。本發明不僅簡化了傳統外延工藝的復雜性，降低了生產成本，還有效解決了寄生溝道效應的問題，為先進制程節點下高性能晶體管的制造提供了一種切實可行的解決方案。

技術研發人員：劉金彪,毛淑娟,孫祥烈,高建峰,羅軍
受保護的技術使用者：北京超弦存儲器研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28