鰭式場效應晶體管及其形成方法
【專利摘要】一種鰭式場效應晶體管及其形成方法，其中，鰭式場效應晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底表面覆蓋有外延本征層，所述外延本征層表面形成有硬掩膜層，所述硬掩膜層具有暴露出外延本征層的開口；沿所述開口干法刻蝕所述外延本征層形成鰭部，所述鰭部頂部的寬度小于其表面的部分硬掩膜層的寬度，且所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度；通過所述開口向所述鰭部內(nèi)摻雜離子，使摻雜后的離子主要分布于鰭部的中部，少量離子分布于鰭部的底部。本發(fā)明實施例形成的鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小，晶體管的性能穩(wěn)定。
【專利說明】鰭式場效應晶體管及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造【技術領域】，尤其涉及一種鰭式場效應晶體管及其形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體工藝技術的不斷發(fā)展，工藝節(jié)點逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應用，以獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當器件的特征尺寸(CD，CriticalDimension)進一步下降時，即使采用后柵工藝，常規(guī)的MOS場效應管的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)無法滿足對器件性能的需求，多柵器件作為常規(guī)器件的替代得到了廣泛的關注。
[0003]鰭式場效應晶體管(Fin FET)是一種常見的多柵器件，圖1示出了現(xiàn)有技術的一種鰭式場效應晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，包括:半導體襯底10，所述半導體襯底10上形成有凸出的鰭部14，鰭部14 一般是通過對半導體襯底10刻蝕后得到的；介質(zhì)層11，覆蓋所述半導體襯底10的表面以及鰭部14的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)12，橫跨在所述鰭部14上，覆蓋所述鰭部14的頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)12包括柵介質(zhì)層(圖中未示出)和位于柵介質(zhì)層上的柵電極(圖中未示出)。對于Fin FET，鰭部14的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)12相接觸的部分都成為溝道區(qū)，即具有多個柵，有利于增大驅(qū)動電流，改善器件性倉泛。
[0004]然而隨著工藝節(jié)點的進一步減小，現(xiàn)有技術的鰭式場效應晶體管的器件性能存在問題。
[0005]更多關于鰭式場效應晶體管的結(jié)構(gòu)及形成方法請參考專利號為“US7868380B2”的
美國專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種性能優(yōu)越的鰭式場效應晶體管及其形成方法。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明的實施例提供了一種鰭式場效應晶體管的形成方法，包括:提供半導體襯底，所述半導體襯底表面覆蓋有外延本征層，所述外延本征層表面形成有硬掩膜層，所述硬掩膜層具有暴露出外延本征層的開口 ；沿所述開口干法刻蝕所述外延本征層形成鰭部，所述鰭部頂部的寬度小于其表面的部分硬掩膜層的寬度，且所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度；通過所述開口向所述鰭部內(nèi)摻雜離子，使鰭部的頂部為本征層，鰭部的中部和底部具有摻雜離子。
[0008]可選地，所述鰭部頂部的寬度為所述鰭部表面的硬掩膜層的寬度的1/3-2/3。
[0009]可選地，所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角為80度-85度。
[0010]可選地，摻雜離子時離子注入的方向于所述硬掩膜層表面垂直。
[0011]可選地，所述干法刻蝕所述外延本征層的氣體包括:SF6、CF4或CF3。
[0012]可選地，刻蝕所述外延本征層的氣體還包括HBr和He。
[0013]可選地，當刻蝕氣體為HBr、SF6和He時，刻蝕所述外延本征層的工藝參數(shù)范圍為:刻蝕功率為1100瓦-1250瓦，偏置功率為200瓦-220瓦，刻蝕壓強為10毫托-20毫托。
[0014]可選地，所述外延本征層的厚度為20納米-30納米。
[0015]可選地，所述半導體襯底的材料為單晶硅，所述外延本征層的材料為單晶硅、鍺硅、鍺、氮化硅或II1-V族化合物。
[0016]可選地，所述半導體襯底表面的晶面指數(shù)為(100)，且所述半導體襯底的晶向為〈110〉。
[0017]可選地，沿所述開口干法刻蝕所述外延本征層，形成鰭部的同時，還包括:形成位于所述鰭部表面的聚合物層；待形成鰭部后，在摻雜離子前，采用過氧化氫和磷酸去除所述鰭部側(cè)壁的聚合物層。
[0018]可選地，所述硬掩膜層具有第一開口和多個第二開口，所述第二開口的寬度小于第一開口的寬度。
[0019]可選地，沿所述第一開口和第二開口刻蝕所述外延本征層形成鰭部，所述鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，且所述第一子鰭部與半導體襯底表面的夾角、第二子鰭部的側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度。
[0020]可選地，還包括:向鰭部內(nèi)摻雜離子后，去除所述硬掩膜層；形成位于所述半導體襯底表面的絕緣層。
[0021]可選地，所述絕緣層表面低于所述第二子鰭部頂部，但高于所述第一子鰭部表面；或者所述絕緣層表面低于所述第一子鰭部表面；或者與所述第一子鰭部表面齊平。
[0022]可選地，還包括:在所述絕緣層表面形成橫跨所述鰭部頂部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；形成覆蓋所述柵介質(zhì)層的柵電極層；形成位于所述柵介質(zhì)層和柵電極層兩側(cè)的鰭部內(nèi)的源極和漏極。
[0023]相應的，本發(fā)明的實施例還提供了一種鰭式場效應晶體管，包括:
[0024]半導體襯底；位于所述半導體襯底表面的鰭部，所述鰭部側(cè)壁與所述半導體襯底表面的夾角小于90度；所述鰭部的頂部為本征層，鰭部的中部和底部具有摻雜離子。
[0025]可選地，所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角為80度-85度。
[0026]可選地，所述鰭部的高度為20納米-30納米。
[0027]可選地，所述半導體襯底的材料為單晶硅，所述鰭部的材料為單晶硅、鍺硅、鍺、氮化硅或II1-V族化合物。
[0028]可選地，所述半導體襯底表面的晶面指數(shù)為(100)，且所述半導體襯底的晶向為〈110〉。
[0029]可選地，所述鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，所述第一子鰭部的側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角、所述第二子鰭部的側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角為80度-85度。
[0030]可選地，還包括:位于所述半導體襯底表面的絕緣層，所述絕緣層表面低于所述第二子鰭部頂部，但高于所述第一子鰭部表面；或者所述絕緣層表面與所述第一子鰭部表面齊平；或者所述絕緣層表面低于所述第一子鰭部表面。
[0031]可選地，還包括:位于所述絕緣層表面、且橫跨所述鰭部的頂部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；覆蓋所述柵介質(zhì)層的柵電極層；位于所述柵介質(zhì)層和柵電極層兩側(cè)的鰭部內(nèi)的源極和漏極。
[0032]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0033]由于形成的鰭部頂部的寬度小于其表面的部分硬掩膜層的寬度，且鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度，摻雜離子時離子受所述部分硬掩膜層的遮擋，不會摻雜到鰭部頂部，所述鰭部的頂部仍然為本征層，形成的鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小，晶體管的性能穩(wěn)定。而所述鰭部的中部和底部具有摻雜離子，以提高晶體管溝道區(qū)的載流子遷移率。
[0034]進一步的，摻雜離子時離子注入的方向與所述硬掩膜層表面垂直，位于鰭部頂部的部分硬掩膜層能夠更有效的遮擋摻雜的離子，鰭部的頂部不具有摻雜的離子的部分厚度更大，即本征層的厚度更大，鰭式場效應晶體管的柵極漏電流更小，晶體管的性能更穩(wěn)定。
[0035]進一步的，干法刻蝕形成的鰭部側(cè)壁與半導體襯底之間的夾角為80度-85度，鰭部側(cè)壁較為光滑，無需再采用濕法刻蝕對鰭部側(cè)壁進行光滑處理。不僅節(jié)省了工藝步驟，而且，避免了兩次刻蝕工藝尤其是濕法刻蝕鰭部側(cè)壁的同時，對半導體襯底的晶格造成損壞。形成的鰭式場效應晶體管的性能優(yōu)越。
[0036]更進一步的，所述鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，利于后續(xù)形成柵極寬度大于等于多個第二子鰭部側(cè)壁和頂部長度總和的鰭式場效應晶體管，鰭式場效應晶體管的柵極寬度大，更利于形成性能穩(wěn)定的鰭式場效應晶體管。
[0037]鰭式場效應晶體管中，鰭部的頂部為本征層,不具有摻雜離子,鰭式場效應晶體管的柵極漏電流??；而鰭部中部和底部具有摻雜離子，提高了鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率，晶體管的性能穩(wěn)定。
[0038]鰭式場效應管的鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，鰭式場效應管的柵極寬度大于等于第二子鰭部側(cè)壁的長度總和，增加了鰭式場效應管的柵極寬度，進一步提高了鰭式場效應晶體管的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是現(xiàn)有技術的鰭式場效應晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2是現(xiàn)有技術的鰭式場效應晶體管的鰭部內(nèi)摻雜離子的濃度分布示意圖；
[0041]圖3-圖9是本發(fā)明實施例的鰭式場效應晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖10是本發(fā)明實施例的鰭式場效應晶體管的鰭部內(nèi)摻雜離子的濃度分布示意圖。
【具體實施方式】
[0043]正如【背景技術】所述，現(xiàn)有技術的鰭式場效應晶體管的性能不穩(wěn)定。
[0044]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，影響鰭式場效應晶體管的性能穩(wěn)定性的原因有多個，其中一個原因是:現(xiàn)有技術在半導體襯底表面形成鰭部14 (如圖1所示)后，由所述鰭部14的頂部表面向鰭部14內(nèi)部進行摻雜離子，以提高鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)載流子遷移率時，如圖2中所示，圖2中X軸代表鰭部14內(nèi)的摻雜離子的濃度，Y軸代表鰭部14內(nèi)任一點到鰭部14頂部的距離，理想摻雜情況下，希望摻雜后的離子濃度在鰭部14內(nèi)的分布情況如曲線100所示，摻雜離子集中在鰭部14的中段部位，而鰭部14兩端的離子濃度較少，且分布均勻；然而，實際摻雜后的離子濃度在鰭部14內(nèi)的分布情況如曲線110所示，所述鰭部14的中段部位的離子濃度最高，并且鰭部14內(nèi)的離子濃度由中段部位向兩端逐漸減小(doping tail)，所述鰭部14頂部也會不可避免的存在較多的摻雜離子，采用所述頂部具有較多摻雜離子的鰭部14形成的鰭式場效應晶體管，其柵極漏電流增加，鰭式場效應管的性能不穩(wěn)定。
[0045]另外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術為提高鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率，通常選擇晶面為(110)的半導體襯底，后續(xù)刻蝕半導體襯底形成剖面形狀為矩形的鰭部。形成所述矩形的鰭部的工藝過程包括:首先干法刻蝕半導體襯底形成側(cè)壁粗糙的鰭部；然后，采用濕法刻蝕工藝對所述鰭部的側(cè)壁(相當于繼續(xù)刻蝕外延本征層)進行處理，最終形成具有光滑側(cè)壁的鰭部。然而，上述方法形成鰭部的過程中采用了兩次刻蝕工藝，尤其是濕法刻蝕鰭部側(cè)壁時，極易造成半導體襯底的晶格損傷，影響鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率，導致形成的鰭式場效應晶體管的性能降低。
[0046]經(jīng)過進一步研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果以硬掩膜層為掩膜，刻蝕外延本征層形成的鰭部頂部寬度小于其表面的部分硬掩膜層的寬度，且所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度，尤其是在82度時(約晶面指數(shù)為(551)的晶面)時，鰭部側(cè)壁光滑。一方面，后續(xù)摻雜離子時所述鰭部頂部由于受硬掩膜層的遮擋，不會具有摻雜離子，摻雜離子主要分布于鰭部的中部，少部分摻雜離子則分布于鰭部的底部，減小了柵極漏電流；另一方面，當干法刻蝕外延本征層形成的鰭部，所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度時，所述鰭部的側(cè)壁較為光滑，無需再對其側(cè)壁進行濕法刻蝕工藝，半導體襯底的晶格損傷較小，鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率高，形成的鰭式場效應晶體管的性能優(yōu)越。
[0047]更進一步的，發(fā)明人提供了一種鰭式場效應晶體管及其形成方法，不僅形成的鰭式場效應晶體管的性能優(yōu)越，而且節(jié)省了工藝步驟。
[0048]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0049]具體的，請參考圖3-圖10，圖3-圖9示出了本發(fā)明實施例的鰭式場效應晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖10示出了本發(fā)明實施例的鰭部內(nèi)摻雜離子的濃度分布示意圖。
[0050]請參考圖3，提供半導體襯底200，所述半導體襯底200表面覆蓋有外延本征層201，所述外延本征層201表面形成有硬掩膜層203，所述硬掩膜層203具有暴露出外延本征層201的第一開口 205和第二開口 207。
[0051]所述半導體襯底200用于為后續(xù)工藝提供工作平臺。所述半導體襯底200為半導體材料?？紤]到提高后續(xù)鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率，所述半導體襯底200表面的晶面指數(shù)為(100)，且所述半導體襯底200的晶向為〈110〉。
[0052]在本發(fā)明的實施例中，所述半導體襯底200的材料為單晶硅，且其晶向為〈110〉，所述單晶硅表面的晶面指數(shù)為(100)，利于后續(xù)形成溝道區(qū)的載流子遷移率的鰭式場效應晶體管。
[0053]所述外延本征層201用于后續(xù)形成鰭部。所述外延本征層201的材料為單晶硅、鍺娃、鍺、氮化娃、碳化娃或II1-V族化合物。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在選擇外延本征層201的材料時，若選擇相同刻蝕工藝條件下，外延本征層201的刻蝕速率大于半導體襯底200的刻蝕速率的材料，那么后續(xù)刻蝕外延本征層201的過程中，當刻蝕到半導體襯底200時則會自動停止，有助于節(jié)省工藝步驟。進一步的，由于相同刻蝕工藝條件下，單晶鍺娃(SiGe)、鍺(Ge)、碳化硅(SiC)或II1-V族化合物(例如鎵化砷(GaAs)等)的刻蝕速率均大于單晶硅的刻蝕速率。因此，在半導體襯底200的材料為單晶硅的情況下，所述外延本征層201的材料優(yōu)選為單晶鍺硅、鍺、碳化硅或II1-V族化合物。在本發(fā)明的實施例中，所述外延本征層201的材料為單晶鍺硅。
[0054]為使后續(xù)由所述外延本征層201形成的鰭部質(zhì)量好，不易斷裂，所述外延本征層201的厚度為20納米-30納米。在本發(fā)明的實施例中，所述外延本征層201的厚度為30納米。
[0055]所述硬掩膜層203的材料為氮化硅，所述硬掩膜層203內(nèi)具有暴露出外延本征層201的開口，用于后續(xù)作為刻蝕外延本征層201形成鰭部時的掩膜。在本發(fā)明的實施例中，由于后續(xù)形成多個相互分離的鰭部，且每一所述鰭部由位于所述半導體襯底200表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部構(gòu)成，所述硬掩膜層203內(nèi)具有不同寬度的第一開口 205和第二開口 207，所述第二開口 207的寬度小于所述第一開口 205的寬度。
[0056]本發(fā)明的實施例中，第一開口 205的寬度大于9納米，例如15納米，用于定義出相鄰鰭部間的區(qū)域，第二開口 207的寬度小于9納米，例如5納米，用于定義出相鄰子鰭部間的區(qū)域。
[0057]由于所述硬掩膜層203的形成工藝已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。
[0058]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述硬掩膜層203內(nèi)的第一開口 205和第二開口 207的寬度還可以為其他大小，只要沿第一開口 205刻蝕外延本征層201時形成的鰭部相互分立(即相鄰的第一子鰭部相互分立)，沿第二開口 207刻蝕外延本征層201時形成的第二子鰭部的高度小于外延本征層201的厚度即可。
[0059]需要說明的是，本發(fā)明的技術方案中，所述寬度指的是平行于半導體襯底表面方向的尺寸。
[0060]請參考圖4，以所述硬掩膜層203為掩膜，刻蝕所述外延本征層201 (如圖3所示)形成鰭部209和位于所述鰭部209表面的聚合物層211，所述鰭部209頂部的寬度小于其表面的部分硬掩膜層203a的寬度，且所述鰭部209側(cè)壁與半導體襯底200表面的夾角小于90度。
[0061]刻蝕所述外延本征層201形成鰭部209的工藝為干法刻蝕工藝。所述干法刻蝕工藝采用的氣體包括:SF6、CF4*CF3。為加快刻蝕速率，刻蝕所述外延本征層201的氣體還包括HBr和He。在本發(fā)明的實施例中，所述干法刻蝕采用的刻蝕氣體為HBr、SF6和He。
[0062]考慮到后續(xù)會沿硬掩膜層203的開口向所述鰭部209內(nèi)摻雜離子，為使摻雜離子不分布在鰭部209頂部。所述鰭部209頂部的寬度小于其表面的硬掩膜層203a的寬度，且所述鰭部209側(cè)壁與所述半導體襯底200表面的夾角小于90度。較佳的，所述鰭部209頂部的寬度為所述鰭部209表面的硬掩膜層203a的寬度的1/3-2/3，所述鰭部209頂部不具有摻雜離子部分的厚度大。并且，為避免半導體襯底200表面的晶格損傷，所述鰭部209側(cè)壁與半導體襯底200表面間的夾角為80度-85度。[0063]經(jīng)過反復研究，本發(fā)明的實施例中，當所述刻蝕氣體為HBr、SF6和He時，干法刻蝕所述外延本征層201形成鰭部209的工藝參數(shù)范圍為:刻蝕功率為1100瓦-1250瓦，偏置功率為200瓦-220瓦，刻蝕壓強為10毫托-20毫托。此參數(shù)范圍內(nèi)，形成的鰭部209頂部的寬度為其表面的部分硬掩膜層203a的寬度的1/3-2/3，且所述鰭部209側(cè)壁與半導體襯底200表面間的夾角為80度-85度，較佳的，為82度，不僅利于形成柵極漏電流小的鰭式場效應晶體管。而且，形成的鰭部209側(cè)壁表面光滑，無需額外進行濕法刻蝕的步驟，有效節(jié)省了工藝。
[0064]并且，由于在上述刻蝕工藝條件下，外延本征層201的刻蝕速率大于半導體襯底200的刻蝕速率，刻蝕外延本征層201形成鰭部209a的過程中，當刻蝕到半導體襯底200時，刻蝕速率明顯變小，半導體襯底200相當于干法刻蝕工藝的刻蝕停止層，本領域技術人員可以有效停止刻蝕工藝，而不會繼續(xù)刻蝕半導體襯底200。
[0065]為增加形成的鰭式場效應晶體管的柵極寬度(gate width)，所述鰭部209包括形成于所述半導體襯底200表面的第一子鰭部209a，和形成于所述第一子鰭部209a表面的多個第二子鰭部20%，后續(xù)鰭式場效應晶體管的柵極寬度大于等于多個第一子鰭部209a的側(cè)壁長度之和。
[0066]請參考圖5，圖5為圖4在處的放大示意圖(為繪圖方便，圖5中未示出覆蓋于第二子鰭部209b側(cè)壁的聚合物層211)。為使后續(xù)摻雜的離子不分布在第二子鰭部209b的頂部，在本發(fā)明的實施例中，所述第二子鰭部209b頂部的寬度W1小于第二子鰭部209b表面的部分硬掩膜層203a的寬度W2。優(yōu)選的，所述第二子鰭部209b的寬度W1為所述部分硬掩膜203a的寬度W2的1/3-2/3。后續(xù)所述第二子鰭部209b頂部不具有摻雜離子部分的厚度大。
[0067]請繼續(xù)參考圖4，本發(fā)明的實施例中，形成多個分立的鰭部209的工藝步驟與刻蝕每一鰭部209形成第一子鰭部209a和第二子鰭部209b的工藝步驟同時進行，有效節(jié)省了工藝步驟。形成第一子鰭部209a和第二子鰭部209b與形成鰭部209的工藝參數(shù)相同，干法刻蝕后，第一子鰭部209a的側(cè)壁與半導體襯底200表面、所述第二子鰭部209b的側(cè)壁與半導體襯底200表面的夾角均為80度-85度，較佳的，為82度。由于本發(fā)明實施例形成的第一子鰭部209a和第二子鰭部209b的側(cè)壁光滑，無需額外對第一子鰭部209a和第二子鰭部209b的側(cè)壁進行濕法刻蝕。
[0068]需要說明的是，沿所述開口干法刻蝕所述外延本征層201，形成鰭部209的同時，還包括:形成位于所述鰭部209表面的聚合物層211。所述聚合物層211為刻蝕外延本征層201形成子鰭部209a的過程中，所述刻蝕氣體中的成分(主要是碳或硫)與外延本征層的材料發(fā)生反應后形成的聚合物(polyma)。
[0069]本發(fā)明的實施例中，所述聚合物層211覆蓋所述第一子鰭部209a和第二子鰭部209b表面。在刻蝕外延本征層201形成第二子鰭部209b的過程中，聚合物逐漸在第二子鰭部209b的側(cè)壁聚集，以阻礙本發(fā)明實施例中干法刻蝕的進行，當?shù)诙遇挷?09b的整個側(cè)壁都被聚合物覆蓋時，干法刻蝕過程自動停止。本發(fā)明的實施例中，形成第二子鰭部20%時也無需額外形成刻蝕阻擋層，節(jié)省了工藝步驟。
[0070]需要說明的是，由于聚合物首先沉積在鰭部209的側(cè)壁，而未聚集在底部，本領域技術人員知道通過調(diào)整外延本征層201的厚度、第一開口 205的寬度尺寸以及鰭部209的側(cè)壁與半導體襯底200表面的夾角，形成多個分立的鰭部209。
[0071]請參考圖6，通過所述硬掩膜層203的第一開口 205和第二開口 207，向所述鰭部209內(nèi)摻雜離子220，使鰭部209的頂部為本征層，鰭部209的中部和底部具有摻雜離子。
[0072]本發(fā)明的實施例中，摻雜離子前，還包括:采用過氧化氫(H2O2)和磷酸(H3PO4)去除所述鰭部209側(cè)壁的聚合物層211 (請參考圖4)，以利于將離子摻雜入鰭部209的中部和底部。
[0073]如前文所述，考慮到鰭部209頂部存在較多的摻雜離子時，鰭式場效應晶體管的柵極漏電流增加，鰭式場效應管的性能不穩(wěn)定。本發(fā)明的實施例中，為避免所述鰭部209頂部存在較多摻雜的離子，除了將第二子鰭部20%頂部的寬度設置為小于其表面的部分硬掩膜層203a的寬度外，還可以對摻雜離子220時離子注入的方向進行限定。例如，本發(fā)明的實施例中，摻雜離子220時離子注入的方向與硬掩膜層203表面垂直。
[0074]請結(jié)合參考圖6和10，圖10為本發(fā)明的實施例中鰭部209內(nèi)部摻雜離子的分布示意圖。其中，X1軸代表鰭部209內(nèi)的摻雜離子的濃度,Y1軸代表鰭部內(nèi)任一點到鰭部209頂部的距離，曲線300代表了鰭部209內(nèi)各點的離子濃度分布。通過圖10可知，本發(fā)明的實施例中，摻雜的離子主要分布于鰭部209的中部，還有少量的離子分布于鰭部209的底部，而不易進入鰭部209頂部(第二子鰭部209b頂部)，即鰭部209的頂部為本征層。后續(xù)形成的鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小，性能穩(wěn)定。
[0075]請參考圖7，待摻雜離子的工藝結(jié)束后，去除所述硬掩膜層203 (如圖6所示)。
[0076]由于去除所述硬掩膜層203的工藝已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。
[0077]請參考圖8，在本發(fā)明的一個實例中，去除所述硬掩膜層203后，形成位于所述半導體襯底200表面的絕緣層213a，所述絕緣層213a表面高于所述第一子鰭部209a表面，低于所述第二子鰭部20%表面。隨后，在所述絕緣層213a表面形成橫跨所述第二子鰭部20%的側(cè)壁和頂部的柵介質(zhì)層215a ;形成覆蓋所述柵介質(zhì)層215a表面的柵電極層217a ；形成位于所述柵電極層217a、柵介質(zhì)層215a兩側(cè)的源極(未圖示)和漏極(未圖示)。該實例中每個第二子鰭部20%均對應于一個鰭式場效應晶體管，其柵極寬度為暴露于絕緣層213a表面的單個第二子鰭部209b的側(cè)壁和頂部長度之和。
[0078]請參考圖9，在本發(fā)明的另一個實例中，去除所述硬掩膜層203 (如圖6所示)后，形成位于所述半導體襯底200表面的絕緣層213b，所述絕緣層213b表面與所述第一子鰭部209a表面齊平,或低于所述第一子鰭部209a表面。隨后,在所述絕緣層213b表面形成橫跨所述第二子鰭部20%的側(cè)壁和頂部的柵介質(zhì)層215b ;形成覆蓋所述柵介質(zhì)層215b表面的柵電極層217b ;形成位于所述柵電極層217b、柵介質(zhì)層215b兩側(cè)的源極(未圖示)和漏極(未圖示)。圖9的實例中每一鰭部209對應于一個鰭式場效應晶體管,所述鰭式場效應晶體管的柵極寬度大于等于每一鰭部209內(nèi)的多個第二子鰭部209b的側(cè)壁和頂部長度之和，所述鰭式場效應晶體管的柵極寬度大，鰭式場效應晶體管的性能好。
[0079]上述兩個實例，通過形成不同厚度的絕緣層，則可以得到柵極寬度不同的鰭式場效應管，為本領域技術人員提供了更多的選擇。
[0080]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，也可以先形成絕緣層213a或213b，然后再去除硬掩膜層203，在此不再贅述。
[0081]上述步驟完成之后，本發(fā)明實施例的鰭式場效應晶體管的制作完成。由于第二子鰭部頂部的寬度小于位于其表面的部分硬掩膜層的寬度，后續(xù)摻雜離子時，離子主要分布于第二子鰭部的中部，少部分離子分布于第二子鰭部和第一子鰭部的底部。而第二子鰭部頂部由于有硬掩膜層的遮擋，摻雜離子不會分布在第二子鰭部的頂部。所述頂部不具有摻雜離子的鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小，性能穩(wěn)定。并且，本發(fā)明實施例形成的鰭式場效應晶體管的柵極寬度大，形成工藝簡單。
[0082]請繼續(xù)參考圖7，相應的，發(fā)明人還提供了一種鰭式場效應晶體管，包括:
[0083]半導體襯底200 ；
[0084]位于所述半導體襯底200表面的鰭部209，所述鰭部209側(cè)壁與所述半導體襯底200表面的夾角小于90度；
[0085]所述鰭部209的頂部為本征層，鰭部209的中部和底部具有摻雜離子。
[0086]其中，所述半導體襯底200為半導體材料?？紤]到提高后續(xù)鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率，所述半導體襯底200表面的晶面指數(shù)為(100)，且所述半導體襯底200的晶向為〈110〉。
[0087]在本發(fā)明的實施例中，所述半導體襯底200的材料為單晶硅，且其晶向為〈110〉，所述單晶硅表面的晶面指數(shù)為(100)，利于后續(xù)形成溝道區(qū)的載流子遷移率的鰭式場效應
晶體管。
[0088]所述鰭部209的材料為單晶硅、鍺硅、鍺、氮化硅、碳化硅或II1-V族化合物；所述鰭部209的高度為20納米-30納米；所述鰭部209的側(cè)壁與半導體襯底200表面的夾角小于90度，例如為80度-85度；所述鰭部209為多個，且相互分立。
[0089]在本發(fā)明的實施例中，所述鰭部209包括位于所述半導體襯底200表面的第一子鰭部209a，和位于所述第一子鰭部209a表面的多個第二子鰭部209b，利于形成柵極寬度大的鰭式場效應晶體管。所述第一子鰭部209a的側(cè)壁與半導體襯底200表面的夾角、第二子鰭部209b的側(cè)壁與半導體襯底200表面的夾角為80度-85度，較佳的，為82度，所述第一子鰭部209a和第二子鰭部209b的側(cè)壁光滑。所述鰭部209的材料為單晶鍺硅，所述鰭部209的高度為30納米。
[0090]所述鰭部209內(nèi)摻雜有離子，為獲得較小的柵極漏電流，摻雜的所述離子主要分布于鰭部209的中部，少部分離子分布于鰭部209的底部，而所述鰭部209的頂部幾乎不具有離子，為本征層。
[0091]請參考圖10，圖10示出了本發(fā)明的實施例中鰭部209內(nèi)摻雜離子的濃度分布示意圖。由圖10可知，摻雜的離子主要分布于第二子鰭部209b的中部，少部分離子分布于第二子鰭部209b的底部和第一子鰭部209a內(nèi)，鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小。更多關于離子分布的描述請參考前文鰭式場效應晶體管的形成方法中的相關描述，在此不再贅述。
[0092]需要說明的是，本發(fā)明的實施例中，所述鰭式場效應晶體管還包括:位于所述半導體襯底表面的絕緣層，用于隔離相鄰的鰭部。
[0093]請繼續(xù)參考圖8，圖8中絕緣層213a表面高于所述第一子鰭部209a表面，低于所述第二子鰭部209b表面。圖8中鰭式場效應晶體管還包括:位于所述絕緣層213a表面、且橫跨所述第二子鰭部20%的側(cè)壁和頂部的柵介質(zhì)層215a ;覆蓋所述柵介質(zhì)層215a表面的柵電極層217a ;位于所述柵電極層217a、柵介質(zhì)層215a兩側(cè)的源極(未圖示)和漏極(未圖示)。該實例中每個第二子鰭部20%均對應于一個鰭式場效應晶體管，其柵極寬度為暴露于絕緣層213a表面的單個第二子鰭部209b的側(cè)壁和頂部長度之和。
[0094]請繼續(xù)參考圖9，在本發(fā)明的另一個實例中，所述絕緣層213b表面與所述第一子鰭部209a表面齊平，或低于所述第一子鰭部209a表面。圖9中鰭式場效應晶體管還包括:位于所述絕緣層213b表面、且橫跨所述第二子鰭部20%的側(cè)壁和頂部的柵介質(zhì)層215b ；覆蓋所述柵介質(zhì)層215b表面的柵電極層217b ;位于所述柵電極層217b、柵介質(zhì)層215b兩側(cè)的源極(未圖不)和漏極(未圖不)。圖9的實例中每一鰭部209對應于一個鰭式場效應晶體管，所述鰭式場效應晶體管的柵極寬度大于等于每一鰭部209內(nèi)的多個第二子鰭部20%的側(cè)壁和頂部長度之和，所述鰭式場效應晶體管的柵極寬度大，鰭式場效應晶體管的性能好。
[0095]上述兩個實例，絕緣層的厚度不同，鰭式場效應管的柵極寬度不同，為本領域技術人員提供了更多的選擇。
[0096]需要說明的是，所述鰭式場效應晶體管還包括:覆蓋所述第一子鰭部和第二子鰭部側(cè)壁的聚合物層211(請參考圖4)。所述聚合物層211由干法刻蝕氣體與外延本征層201反應的產(chǎn)物，主要為包含碳或硫的聚合物，所述聚合物難以被干法刻蝕去除。因此，所述聚合物層211有助于使干法刻蝕外延本征層的過程自動停止。
[0097]本發(fā)明實施例中，摻雜的離子主要分布于第二子鰭部的中部，少量離子分布于第二子鰭部的底部和第一子鰭部內(nèi)，鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小，晶體管的性能穩(wěn)定。而且，鰭式場效應晶體管內(nèi)具有多個第二子鰭部，鰭式場效應晶體管的柵極寬度大于等于多個第二子鰭部的側(cè)壁和頂部長度之和，柵極寬度增加，進一步提高了鰭式場效應晶體管的性能。
[0098]綜上，由于形成的鰭部頂部的寬度小于其表面的部分硬掩膜層的寬度，且鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度，摻雜離子時離子受所述部分硬掩膜層的遮擋，不會摻雜到鰭部頂部，所述鰭部的頂部仍然為本征層，形成的鰭式場效應晶體管的柵極漏電流小，晶體管的性能穩(wěn)定。而所述鰭部的中部和底部具有摻雜離子，以提高晶體管溝道區(qū)的載流子遷移率。
[0099]進一步的，摻雜離子時離子注入的方向與所述硬掩膜層表面垂直，位于鰭部頂部的部分硬掩膜層能夠更有效的遮擋摻雜的離子，鰭部的頂部不具有摻雜的離子的部分厚度更大，即本征層的厚度更大，鰭式場效應晶體管的柵極漏電流更小，晶體管的性能更穩(wěn)定。
[0100]進一步的，干法刻蝕形成的鰭部側(cè)壁與半導體襯底之間的夾角為80度-85度，鰭部側(cè)壁較為光滑，無需再采用濕法刻蝕對鰭部側(cè)壁進行光滑處理。不僅節(jié)省了工藝步驟，而且，避免了兩次刻蝕工藝尤其是濕法刻蝕鰭部側(cè)壁的同時，對半導體襯底的晶格造成損壞。形成的鰭式場效應晶體管的性能優(yōu)越。
[0101]更進一步的，所述鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，利于后續(xù)形成柵極寬度大于等于多個第二子鰭部側(cè)壁和頂部長度總和的鰭式場效應晶體管，鰭式場效應晶體管的柵極寬度大，更利于形成性能穩(wěn)定的鰭式場效應晶體管。
[0102]鰭式場效應晶體管中，鰭部的頂部為本征層,不具有摻雜離子,鰭式場效應晶體管的柵極漏電流?。欢挷恐胁亢偷撞烤哂袚诫s離子，提高了鰭式場效應晶體管的溝道區(qū)的載流子遷移率，晶體管的性能穩(wěn)定。[0103]鰭式場效應管的鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，鰭式場效應管的柵極寬度大于等于第二子鰭部側(cè)壁的長度總和，增加了鰭式場效應管的柵極寬度，進一步提高了鰭式場效應晶體管的性能。
[0104]本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導體襯底，所述半導體襯底表面覆蓋有外延本征層，所述外延本征層表面形成有硬掩膜層，所述硬掩膜層具有暴露出外延本征層的開口 ； 沿所述開口干法刻蝕所述外延本征層形成鰭部，所述鰭部頂部的寬度小于其表面的部分硬掩膜層的寬度，且所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度； 通過所述開口向所述鰭部內(nèi)摻雜離子，使鰭部的頂部為本征層，鰭部的中部和底部具有慘雜尚子。
2.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述鰭部頂部的寬度為所述鰭部表面的部分硬掩膜層的寬度的1/3-2/3。
3.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角為80度-85度。
4.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，摻雜離子時離子注入的方向與所述硬掩膜層表面垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述干法刻蝕所述外延本征層的氣體包括:sf6、CF4或cf3。
6.如權(quán)利要求5所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，刻蝕所述外延本征層的氣體還包括HBr和He。
7.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，當刻蝕氣體為HBr、SF6和He時，刻蝕所述外延本征層的工藝參數(shù)范圍為:刻蝕功率為1100瓦-1250瓦，偏置功率為200瓦-220瓦，刻蝕壓強為10暈托-20暈托。
8.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述外延本征層的厚度為20納米-30納米。
9.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述半導體襯底的材料為單晶硅，所述外延本征層的材料為單晶硅、鍺硅、鍺、氮化硅或II1-V族化合物。
10.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述半導體襯底表面的晶面指數(shù)為(100)，且所述半導體襯底的晶向為〈110>。
11.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，沿所述開口干法刻蝕所述外延本征層，形成鰭部的同時，還包括:形成位于所述鰭部表面的聚合物層；待形成鰭部后，在摻雜離子前，采用過氧化氫和磷酸去除所述鰭部側(cè)壁的聚合物層。
12.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜層具有第一開口和多個第二開口，所述第二開口的寬度小于第一開口的寬度。
13.如權(quán)利要求12所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，沿所述第一開口和第二開口刻蝕所述外延本征層形成鰭部，所述鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，且所述第一子鰭部與半導體襯底表面的夾角、第二子鰭部的側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角小于90度。
14.如權(quán)利要求13所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，還包括:向鰭部內(nèi)摻雜離子后，去除所述硬掩膜層；形成位于所述半導體襯底表面的絕緣層。
15.如權(quán)利要求14所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述絕緣層表面低于所述第二子鰭部頂部，但高于所述第一子鰭部表面；或者所述絕緣層表面低于所述第一子鰭部表面；或者與所述第一子鰭部表面齊平。
16.如權(quán)利要求14所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，還包括:在所述絕緣層表面形成橫跨所述鰭部頂部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；形成覆蓋所述柵介質(zhì)層的柵電極層；形成位于所述柵介質(zhì)層和柵電極層兩側(cè)的鰭部內(nèi)的源極和漏極。
17.—種鰭式場效應晶體管，其特征在于，包括: 半導體襯底； 位于所述半導體襯底表面的鰭部，所述鰭部側(cè)壁與所述半導體襯底表面的夾角小于90度； 所述鰭部的頂部為本征層，鰭部的中部和底部具有摻雜離子。
18.如權(quán)利要求17所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，所述鰭部側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角為80度-85度。
19.如權(quán)利要求17所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，所述鰭部的高度為20納米-30納米。
20.如權(quán)利要求17所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，所述半導體襯底的材料為單晶硅，所述鰭部的材料為單晶硅、鍺硅、鍺、氮化硅或II1-V族化合物。
21.如權(quán)利要求17所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，所述半導體襯底表面的晶面指數(shù)為(100 )，且所述半導體襯底的晶向為〈110>。
22.如權(quán)利要求17所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，所述鰭部包括位于所述半導體襯底表面的第一子鰭部，和位于所述第一子鰭部表面的多個第二子鰭部，所述第一子鰭部的側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角、所述第二子鰭部的側(cè)壁與半導體襯底表面的夾角為80度_85度。
23.如權(quán)利要求22所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，還包括:位于所述半導體襯底表面的絕緣層，所述絕緣層表面低于所述第二子鰭部頂部，但高于所述第一子鰭部表面；或者所述絕緣層表面與所述第一子鰭部表面齊平；或者所述絕緣層表面低于所述第一子鰭部表面。
24.如權(quán)利要求23所述的鰭式場效應晶體管，其特征在于，還包括:位于所述絕緣層表面、且橫跨所述鰭部的頂部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層；覆蓋所述柵介質(zhì)層的柵電極層；位于所述柵介質(zhì)層和柵電極層兩側(cè)的鰭部內(nèi)的源極和漏極。
【文檔編號】H01L29/10GK103579002SQ201210276076
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月3日
【發(fā)明者】三重野文健 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司