本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路制造技術(shù)的快速發(fā)展，促使集成電路中的半導(dǎo)體器件，尤其是MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬-氧化物-半導(dǎo)體)器件的尺寸不斷地縮小，以此滿足集成電路發(fā)展的微型化和集成化的要求，而晶體管器件是MOS器件中的重要組成部分之一。

對于半導(dǎo)體器件來說，隨著半導(dǎo)體器件的尺寸持續(xù)縮小，現(xiàn)有技術(shù)以氧化硅或氮氧化硅材料形成柵介質(zhì)層時(shí)，已無法滿足半導(dǎo)體器件對于性能的要求。尤其是以氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)層所形成的晶體管容易產(chǎn)漏電流以及雜質(zhì)擴(kuò)散等一系列問題，從而影響晶體管的閾值電壓，造成晶體管的可靠性和穩(wěn)定性下降。

為解決以上問題，一種以高K柵介質(zhì)層和金屬柵構(gòu)成的晶體管被提出，即高K金屬柵(HKMG，High K Metal Gate)晶體管。所述高K金屬柵晶體管采用高K(介電常數(shù))介質(zhì)材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅作為柵介質(zhì)材料，以金屬材料或金屬化合物材料替代傳統(tǒng)的多晶硅柵極材料，形成金屬柵。所述高K金屬柵晶體管能夠在縮小尺寸的情況下，能夠減小漏電流，降低工作電壓和功耗，以此提高晶體管的性能。

然而，隨著半導(dǎo)體器件的尺寸縮小，高K柵介質(zhì)層和金屬柵構(gòu)成的晶體管的缺點(diǎn)對半導(dǎo)體器件造成的不良影響也越發(fā)嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能改善。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，包括： 提供襯底，所述襯底表面均具有鰭部，所述襯底表面具有隔離層，所述隔離層覆蓋所述鰭部的部分側(cè)壁表面，且所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面；在部分隔離層以及部分鰭部的側(cè)壁和頂部表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有橫跨所述鰭部的開口，且所述開口暴露出部分鰭部側(cè)壁和頂部表面；采用氧化工藝在所述開口暴露出的鰭部側(cè)壁和頂部表面形成第一氧化層；采用第一退火工藝在所述第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間形成第二氧化層；在所述第一退火工藝之后，在所述第一氧化層表面形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層表面形成吸附層；在形成所述吸附層之后，進(jìn)行第二退火工藝；在第二退火工藝之后，形成填充滿開口的柵極層。

可選的，所述吸附層的材料為多晶硅。

可選的，還包括：在所述第二退火工藝之后，去除所述吸附層；在去除所述吸附層之后，在所述柵介質(zhì)層表面形成柵極層。

可選的，在所述第二退火工藝之后，在所述吸附層表面形成所述柵極層。

可選的，所述吸附層填充滿所述開口。

可選的，所述吸附層的材料為TiAlC。

可選的，還包括：在形成所述吸附層之前，在所述柵介質(zhì)層表面形成覆蓋層；在所述覆蓋層表面形成所述吸附層。

可選的，在第二退火工藝之后，在所述吸附層表面形成柵極層。

可選的，在所述第二退火工藝之后，去除所述吸附層；在去除所述吸附層之后，在所述覆蓋層表面形成柵極層。

可選的，所述覆蓋層的材料為TiN。

可選的，所述襯底包括P型區(qū)和N型區(qū)，所述P型區(qū)和N型區(qū)的襯底表面均具有鰭部；所述開口橫跨所述P型區(qū)和N型區(qū)的鰭部。

可選的，所述第二退火工藝為熱爐退火，退火溫度為500℃～600℃。

可選的，所述第一氧化層的形成工藝為化學(xué)氧化工藝、熱氧化工藝或原位蒸汽生成工藝。

可選的，所述第一退火工藝為激光退火工藝或閃光退火。

可選的，所述第一退火工藝的氣體包括氧氣，所述氧氣的體積百分比濃度為小于10ppm。

可選的，所述柵介質(zhì)層的材料為高K介質(zhì)材料。

可選的，所述介質(zhì)層的形成步驟包括：在部分隔離層和部分鰭部的側(cè)壁和頂部表面形成橫跨所述鰭部的偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括偽柵極層；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部內(nèi)形成源區(qū)和漏區(qū)；在形成所述源區(qū)和漏區(qū)之后，在所述隔離層和鰭部表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層表面與所述偽柵極層的頂部表面齊平；去除所述偽柵極層，在所述介質(zhì)層內(nèi)形成開口。

可選的，所述偽柵極結(jié)構(gòu)還包括位于鰭部側(cè)壁和頂部表面的偽柵介質(zhì)層；在去除所述偽柵極層之后，去除所述偽柵介質(zhì)層。

可選的，所述柵極層的形成步驟包括：在所述介質(zhì)層表面和所述開口內(nèi)形成填充滿所述開口的柵極膜；平坦化所述柵極膜直至暴露出所述介質(zhì)層表面為止，形成所述柵極層。

可選的，在形成所述柵極膜之前，還包括在所述介質(zhì)層表面、以及開口的側(cè)壁和底部表面形成功函數(shù)膜；在平坦化所述柵極膜之后，平坦化所述功函數(shù)膜直至暴露出所述介質(zhì)層表面為止，形成功函數(shù)層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的形成方法中，采用第一退火工藝形成的第二氧化層位于第一氧化層與鰭部的側(cè)壁和頂部表面之間，能夠消除第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間的缺陷，以此消除第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間的電荷陷阱，以改善P型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。其次，由于所述吸附層具有吸附氧空位或懸掛鍵的能力，因此，所形成的吸附層能夠在第二退火工藝過程中，將第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷吸出，以此消除第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的電荷陷阱，以此改善N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。綜上，以所述方法形成的鰭式場效應(yīng)晶體管，無論是P型鰭式場效應(yīng)晶體管還是N型鰭式場效應(yīng)晶體管，偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)均能夠得到抑制，使得所形成的 鰭式場效應(yīng)晶體管漏電流減少、短溝道效應(yīng)得到抑制、溝道電流提高且功耗較低，所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能提高。

附圖說明

圖1是一種用于形成鰭式場效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖11是本發(fā)明一實(shí)施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12至圖14是本發(fā)明另一實(shí)施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所述，隨著半導(dǎo)體器件的尺寸縮小，高K柵介質(zhì)層和金屬柵構(gòu)成的晶體管的缺點(diǎn)對半導(dǎo)體器件造成的不良影響也越發(fā)嚴(yán)重。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對于鰭式場效應(yīng)晶體管來說，隨著鰭部尺寸的縮小，鰭部的密度提高，使得解決鰭式場效應(yīng)晶體管的短溝道效應(yīng)的控制問題、溝道電流的提高問題、以及低功耗問題尤為重要。而無論是對于P型鰭式場效應(yīng)晶體管還是N型鰭式場效應(yīng)晶體管來說，抑制偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)(Bias Temperature Instability，簡稱BTI)是解決上述問題的有效途徑之一。造成偏壓溫度不穩(wěn)定性的原因之一在于自鰭部至高K柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷所產(chǎn)生的各種載流子陷阱。

請參考圖1，圖1是一種用于形成鰭式場效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。形成如圖1所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟包括：提供襯底100，所述襯底100表面具有鰭部101，所述襯底表面具有隔離層102，所述隔離層102覆蓋部分鰭部101的側(cè)壁表面，且所述隔離層102的表面低于所述鰭部100的頂部表面；形成橫跨所述鰭部100的偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)覆蓋部分鰭部101的側(cè)壁和頂部表面，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括偽柵極層；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部101內(nèi)形成源區(qū)和漏區(qū)；在形成源區(qū)和漏區(qū)之后，在所述隔離層和鰭部101表面形成介質(zhì)層103，所述介質(zhì)層103的表面與所述偽柵極層的頂部表面齊平；去除所述偽柵極層，在所述介質(zhì)層103內(nèi)形成暴露出部分鰭部101側(cè)壁和頂部表面的開口；采用氧化工藝在所述開口底部形成界面層 104；在所述界面層104表面形成高K柵介質(zhì)層105；在所述高K柵介質(zhì)層105上形成填充滿所述開口的柵極層106。

其中，所述鰭部101的頂部表面的晶向通常為<100>晶向，而所述鰭部101的側(cè)壁表面的晶向通常為<110>晶向，所述鰭部101的側(cè)壁表面原子密度更高，則所述鰭部101的側(cè)壁表面容易在制程中產(chǎn)生更多的懸掛鍵，所述懸掛鍵不僅容易吸附雜質(zhì)，還容易在鰭部101與界面層104的界面處形成電荷陷阱，進(jìn)而使得所形成的P型鰭式場效應(yīng)晶體管容易產(chǎn)生偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

此外，由于鰭部101的側(cè)壁和頂部表面具有較多的懸掛鍵，容易使采用氧化工藝形成的界面層104內(nèi)具有較多雜質(zhì)或缺陷，繼而容易使所形成的高K柵介質(zhì)層105內(nèi)也具有缺陷，所述高K柵介質(zhì)層105內(nèi)的缺陷容易形成電荷陷阱，從而使得所形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管容易產(chǎn)生偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，包括：提供襯底，所述襯底表面均具有鰭部，所述襯底表面具有隔離層，所述隔離層覆蓋所述鰭部的部分側(cè)壁表面，且所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面；在部分隔離層以及部分鰭部的側(cè)壁和頂部表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有橫跨所述鰭部的開口，且所述開口暴露出部分鰭部側(cè)壁和頂部表面；采用氧化工藝在所述開口暴露出的鰭部側(cè)壁和頂部表面形成第一氧化層；采用第一退火工藝在所述第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間形成第二氧化層；在所述第一退火工藝之后，在所述第一氧化層表面形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層表面形成吸附層；在形成所述吸附層之后，進(jìn)行第二退火工藝；在第二退火工藝之后，形成填充滿開口的柵極層。

其中，采用第一退火工藝形成的第二氧化層位于第一氧化層與鰭部的側(cè)壁和頂部表面之間，能夠消除第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間的缺陷，以此消除第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間的電荷陷阱，以改善P型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。其次，由于所述吸附層具有吸附氧空位或懸掛鍵的能力，因此，所形成的吸附層能夠在第二退火工藝過程中，將第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷吸出，以此消除第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的電荷陷阱，以此改 善N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。綜上，以所述方法形成的鰭式場效應(yīng)晶體管，無論是P型鰭式場效應(yīng)晶體管還是N型鰭式場效應(yīng)晶體管，偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)均能夠得到抑制，使得所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管漏電流減少、短溝道效應(yīng)得到抑制、溝道電流提高且功耗較低，所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能提高。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

圖2至圖11是本發(fā)明一實(shí)施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

請參考圖2，提供襯底200，所述襯底200表面均具有鰭部201，所述襯底表面具有隔離層202，所述隔離層202覆蓋所述鰭部201的部分側(cè)壁表面，且所述隔離層202的表面低于所述鰭部201的頂部表面。

在本實(shí)施例中，所述襯底200包括P型區(qū)203和N型區(qū)204，所述P型區(qū)203和N型區(qū)204的襯底200表面均具有鰭部201；所述P型區(qū)203用于形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管，所述N型區(qū)204用于形成N型鰭式場效應(yīng)晶體管。

在本實(shí)施例中，所述襯底200和鰭部201的形成步驟包括：提供半導(dǎo)體基底；在所述半導(dǎo)體基底表面形成掩膜層，所述掩膜層覆蓋需要形成鰭部201的半導(dǎo)體基底表面；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)形成溝槽，形成襯底200以及位于襯底200表面的鰭部201；在形成所述鰭部201之后，去除所述掩膜層。在其它實(shí)施例中，還能夠在后續(xù)形成所述隔離層202之后，去除所述掩膜層。

所述半導(dǎo)體基底為體襯底或絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底；所述體襯底為硅襯底、鍺襯底和硅鍺襯底；所述絕緣體上半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅襯底或絕緣體上鍺襯底。在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體基底為單晶硅襯底，所述多晶硅襯底表面的晶向?yàn)?lt;100>，即所述鰭部201和襯底200的材料為單晶硅，且所形成的鰭部201頂部表面的晶向?yàn)?lt;100>，側(cè)壁表面的晶向?yàn)?lt;110>。

為了縮小所述鰭部201的尺寸、以及相鄰鰭部之間的距離，所述掩膜層 能夠采用多重圖形化掩膜工藝形成。所述多重圖形化掩膜工藝包括：自對準(zhǔn)雙重圖形化(Self-aligned Double Patterned，SaDP)工藝、自對準(zhǔn)三重圖形化(Self-aligned Triple Patterned)工藝、或自對準(zhǔn)四重圖形化(Self-aligned Double Double Patterned，SaDDP)工藝。

在另一實(shí)施例中，所述鰭部201的形成步驟包括：采用外延工藝在襯底200表面形成鰭部層；刻蝕所述鰭部層，在所述鰭部層內(nèi)形成若干溝槽，相鄰溝槽支架內(nèi)的鰭部層形成鰭部201。所述基底200為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅襯底、絕緣體上鍺襯底、玻璃襯底或III-V族化合物襯底，例如氮化鎵襯底或砷化鎵襯底等。所述鰭部層的材料為硅、鍺、碳化硅或硅鍺。

所述隔離層202用于隔離相鄰的鰭部201。所述隔離層202的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低K介質(zhì)材料(介電常數(shù)大于或等于2.5、小于3.9)、超低K介質(zhì)材料(介電常數(shù)小于2.5)中的一種或多種組合。本實(shí)施例中，所述隔離層202的材料為氧化硅。

所述隔離層202的形成步驟包括：在所述襯底200和鰭部201表面形成隔離膜；平坦化所述隔離膜直至暴露出所述鰭部201的頂部表面為止；在平坦化所述隔離膜之后，回刻蝕所述隔離膜，暴露出部分鰭部201的側(cè)壁表面，形成隔離層202。

所述隔離膜的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝，例如流體化學(xué)氣相沉積(FCVD，F(xiàn)lowable Chemical Vapor Deposition)工藝、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝或高深寬比化學(xué)氣相沉積工藝(HARP)；所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝；所述回刻蝕工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。

請參考圖3和圖4，圖4是圖3沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖4沿BB’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在部分隔離層202以及部分鰭部201的側(cè)壁和頂部表面形成介質(zhì)層205，所述介質(zhì)層205內(nèi)具有橫跨所述鰭部201的開口206，且所述開口206暴露出部分鰭部201側(cè)壁和頂部表面。

在本實(shí)施例中，所述襯底200包括P型區(qū)203和N型區(qū)204，且P型區(qū)203和N型區(qū)204的襯底200表面均具有鰭部201，則分別在所述P型區(qū)203 和N型區(qū)204的介質(zhì)層205內(nèi)形成開口206，所述開口206分別暴露出所述P型區(qū)203和N型區(qū)204的鰭部201的部分側(cè)壁和頂部表面。

所述介質(zhì)層205的形成步驟包括：在部分隔離層202和部分鰭部201的側(cè)壁和頂部表面形成橫跨所述鰭部的偽柵極結(jié)構(gòu)，所述偽柵極結(jié)構(gòu)包括偽柵極層；在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部201內(nèi)形成源區(qū)和漏區(qū)；在形成所述源區(qū)和漏區(qū)之后，在所述隔離層202和鰭部201表面形成介質(zhì)層205，所述介質(zhì)層205表面與所述偽柵極層的頂部表面齊平；去除所述偽柵極層，在所述介質(zhì)層205內(nèi)形成開口206。

在本實(shí)施例中，所述偽柵極結(jié)構(gòu)還包括：位于鰭部201側(cè)壁和頂部表面的偽柵介質(zhì)層；所述偽柵極層位于所述偽柵介質(zhì)層表面；位于所述偽柵極層側(cè)壁表面的側(cè)墻。而且，在去除所述偽柵極層之后，還包括去除所述偽柵介質(zhì)層。

所述偽柵極層的材料為多晶硅；所述偽柵介質(zhì)層的材料為氧化硅；所述側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種組合。所述偽柵極結(jié)構(gòu)的形成步驟包括：采用沉積或氧化工藝在所述鰭部201的側(cè)壁和底部表面形成偽柵介質(zhì)膜；在所述偽柵介質(zhì)膜表面沉積偽柵極膜；對所述偽柵極膜進(jìn)行平坦化；在所述平坦化工藝之后，在所述偽柵極膜表面形成掩膜層，所述掩膜層覆蓋需要形成偽柵極層的部分偽柵極膜表面；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述偽柵極層，直至暴露出鰭部201的側(cè)壁和頂部表面以及隔離層202表面為止，形成偽柵極層和偽柵介質(zhì)層；在形成偽柵極層和偽柵介質(zhì)層之后，采用沉積工藝和回刻蝕工藝在所述偽柵極層的側(cè)壁表面形成側(cè)墻。

在一實(shí)施例中，所述源區(qū)和漏區(qū)以離子注入工藝形成。在另一實(shí)施例中，所述源區(qū)和漏區(qū)的形成步驟還包括：在所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部內(nèi)形成凹槽；采用選擇性外延沉積工藝在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層；在所述應(yīng)力層內(nèi)摻雜離子，形成源區(qū)和漏區(qū)；所述摻雜工藝為離子注入工藝、原位摻雜工藝中的一種或兩種組合；在所述P型區(qū)203內(nèi)，所述應(yīng)力層的材料為硅鍺，所述應(yīng)力層內(nèi)摻雜的離子為P型離子，且所述P型區(qū)203內(nèi)的應(yīng)力層為Σ型應(yīng)力層；在所述N型區(qū)內(nèi)，所述應(yīng)力層的材料為碳化硅，所述應(yīng)力層內(nèi)摻雜的離子為N型離子。

所述介質(zhì)層205的形成步驟包括：在所述隔離層202表面、鰭部201的側(cè)壁和頂部表面、以及偽柵極結(jié)構(gòu)表面形成介質(zhì)膜；平坦化所述介質(zhì)膜直至暴露出所述偽柵極層的頂部表面為止，形成所述介質(zhì)層205。

所述介質(zhì)膜的形成步驟為化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。所述介質(zhì)層205的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k介質(zhì)材料(介電系數(shù)為大于或等于2.5、小于3.9，例如多孔氧化硅、或多孔氮化硅)或超低k介質(zhì)材料(介電系數(shù)小于2.5，例如多孔SiCOH)。

在本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層205的材料為氧化硅；所述介質(zhì)膜的形成工藝為流體化學(xué)氣相沉積(Flowable Chemical Vapor Deposition，簡稱FCVD)工藝、高密度等離子沉積(High Density Plasma，簡稱HDP)工藝、等離子體增強(qiáng)沉積工藝中的一種或多種。

去除所述偽柵極層的工藝為干法刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝中的一種或兩種組合。去除所述偽柵介質(zhì)層的工藝為濕法刻蝕工藝或各向同性的干法刻蝕工藝。

在本實(shí)施例中，所述偽柵極層的材料為多晶硅，去除所述偽柵極層的工藝為各向異性的干法刻蝕工藝，參數(shù)包括：氣體包括碳氟氣體、HBr和Cl₂中的一種或兩種、以及載氣，所述碳氟氣體包括CF₄、CHF₃、CH₂F₂、CH₃F，所述載氣為惰性氣體，例如He，氣體流量為50sccm～400sccm，壓力為3毫托～8毫托，偏置功率150瓦～800瓦。在另一實(shí)施例中，去除所述偽柵極層的工藝為濕法刻蝕工藝，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕液為氫氟酸溶液。

在本實(shí)施例中，去除所述偽柵介質(zhì)層的各向同性干法刻蝕工藝能夠?yàn)镾ICONI工藝。所述SICONI工藝在各個(gè)不同方向上的刻蝕速率均勻，能夠去除位于鰭部201側(cè)壁和頂部表面的偽柵介質(zhì)層，而且對所述鰭部201側(cè)壁和頂部表面的損傷較小。

請參考圖5，采用氧化工藝在所述開口206暴露出的鰭部201側(cè)壁和頂部表面形成第一氧化層207。

所述第一氧化層207作為后續(xù)形成的柵介質(zhì)層與鰭部201表面之間的界面層，用于增強(qiáng)柵介質(zhì)層與鰭部201之間的結(jié)合強(qiáng)度。

所述第一氧化層207的材料為氧化硅，形成工藝為化學(xué)氧化工藝、熱氧化工藝或原位蒸汽生成(In-situ Steam Generation，簡稱ISSG)工藝；所述第一氧化層207的厚度為5納米～10納米。

在本實(shí)施例中，所述第一氧化層207的形成工藝為化學(xué)氧化工藝；所述化學(xué)氧化工藝的步驟包括：采用通入臭氧的水溶液對所述鰭部201暴露出的側(cè)壁和頂部表面進(jìn)行氧化，在所述鰭部201的側(cè)壁和頂部表面形成第一氧化層。其中，在所述通入臭氧的水溶液中，臭氧在水中的濃度為1％～15％。

采用化學(xué)氧化工藝形成第一氧化層的速率較慢，而且形成的第一氧化層厚度有限，可以避免在短時(shí)間內(nèi)形成厚度過厚的氧化膜，因此，能夠使所形成的第一氧化層厚度較薄、且厚度較易控制。

由于在前序形成鰭部201以及去除偽柵介質(zhì)層的過程中，容易在所述鰭部201的頂部和側(cè)壁表面形成懸掛鍵。而且，當(dāng)采用化學(xué)氧化工藝形成所述第一氧化層207時(shí)，所述懸掛鍵不僅更容易在第一氧化層207和鰭部201表面之間的界面處產(chǎn)生缺陷；所述懸掛鍵還容易吸附雜質(zhì)，所述雜質(zhì)容易擴(kuò)散入第一氧化層207內(nèi)以及鰭部201內(nèi)。所述第一氧化層207和鰭部201表面之間的缺陷和雜質(zhì)容易引起P型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)，降低P型鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。

為了消除所述第一氧化層207和鰭部201表面之間的缺陷和雜質(zhì)的不良影響，后續(xù)需要在所述第一氧化層207和鰭部201之間形成第二氧化層208。

請參考圖6，采用第一退火工藝在所述第一氧化層207與鰭部201側(cè)壁和頂部表面之間形成第二氧化層208。

所述第二氧化層208通過第一退火工藝形成，所述第一退火工藝在含有氧氣的氣氛中進(jìn)行，且所形成的第二氧化層208位于第一氧化層207與鰭部201之間。所述第二氧化層208的材料為氧化硅，且所述第二氧化層208中的氧離子的原子百分比濃度高于第一氧化層207，所形成的第二氧化層208能夠用于消除位于第一氧化層207與鰭部201之間的缺陷，由此消除第一氧化層207與鰭部201界面處的電荷陷阱。

在本實(shí)施例中，由于P型區(qū)203用于形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管，而第 一氧化層207與鰭部201界面處的電荷陷阱減少能夠抑制所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)，使P型區(qū)203形成的P型鰭式場效應(yīng)晶體管的性能提高。

在本實(shí)施例中，所述第一退火工藝為激光退火工藝或閃光退火工藝，退火時(shí)間為微秒級至毫秒級。所述激光退火(laser anneal)工藝或閃光退火(flash anneal)工藝的退火時(shí)間較短，能夠避免所形成的第二氧化層208的厚度過厚。

所述第一退火工藝的氣體包括氧氣，所述氧氣的體積百分比濃度小于10ppm；所述氧氣的體積百分比濃度較低，同樣有利于抑制所形成的第二氧化層208厚度，避免所形成的第二氧化層208厚度過厚。而所形成的第二氧化層208厚度較薄，有利于縮小所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的尺寸。

在一實(shí)施例中，在所述第一退火工藝之后，還包括采用濕法刻蝕工藝去除部分厚度的第一氧化層207，以避免所述第一氧化層207的厚度過厚。所述濕法刻蝕工藝的刻蝕液為氫氟酸溶液，所述氫氟酸溶液中，氫氟酸與水的體積比小于或等于1:50。

請參考圖7，在所述第一退火工藝之后，在所述第一氧化層206表面形成柵介質(zhì)層209。

所述柵介質(zhì)層209的材料為高k介質(zhì)材料(介電系數(shù)大于3.9)；所述高k介質(zhì)材料包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦或氧化鋁。在本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層209的材料為氧化鉿(HfO₂)。

所述柵介質(zhì)層209的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。在本實(shí)施例中，采用沉積工藝形成的柵介質(zhì)層209還位于介質(zhì)層205表面、開口206的側(cè)壁表面、以及第一氧化層207表面。在本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層209采用原子層沉積工藝形成，所述原子層沉積工藝具有良好的階梯覆蓋能力，能夠使所形成的柵介質(zhì)層209厚度均勻、且與開口206的側(cè)壁和第一氧化層207表面結(jié)合緊密。

由于所述第一氧化層207內(nèi)以及表面具有缺陷和雜質(zhì)，因此所形成的柵介質(zhì)層209與所述第一氧化層207的界面處也具有缺陷和雜質(zhì)，而且容易使 所形成的柵介質(zhì)層209內(nèi)部也產(chǎn)生缺陷，尤其容易產(chǎn)生氧空位。所述柵介質(zhì)層209與第一氧化層207的界面處的缺陷以及所述柵介質(zhì)層209內(nèi)部的氧空位會(huì)形成電荷陷阱，容易造成N型區(qū)204形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管產(chǎn)生偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

為了避免柵介質(zhì)層209與所述第一氧化層207的界面處、以及柵介質(zhì)層209內(nèi)部的缺陷的不良影響，后續(xù)需要形成吸附層用于吸出所述缺陷或雜質(zhì)。

請參考圖8，在所述柵介質(zhì)層209表面形成吸附層210。

所述吸附層210用于吸出位于柵介質(zhì)層209與第一氧化層207界面處以及位于柵介質(zhì)層209內(nèi)部的缺陷，以消除電荷陷阱，抑制所形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

在本實(shí)施例中，所述吸附層210的材料為多晶硅，且所述吸附層填充滿所述開口206(如圖7所示)，在后續(xù)形成柵極層之前，需要去除所述吸附層210以重新暴露出所述開口206。

所述吸附層210的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝；所述化學(xué)氣相沉積工藝的參數(shù)包括：工藝氣體包括硅源氣體(SiH₄或SiH₂Cl₂)和含氫氣體(例如HCl和H₂)，硅源氣體的流量為1標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘～1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，所述HCl的流量為1標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘～1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，H₂的流量為0.1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘～50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，溫度為500攝氏度～800攝氏度，氣壓為1托～100托。

在其它實(shí)施例中，所述吸附層不填充滿所述開口，所述吸附層的厚度較小(例如小于或等于30納米)，所述吸附層保形地覆蓋于所述柵介質(zhì)層表面；而且，在后續(xù)形成柵極層之前，保留去除所述吸附層。

請參考圖9，在形成所述吸附層210之后，進(jìn)行第二退火工藝。

所述第二退火工藝用于驅(qū)動(dòng)所述吸附層210自所述鰭部201表面、所述第一氧化層207內(nèi)部和表面、以及柵介質(zhì)層209內(nèi)吸附缺陷和雜質(zhì)，以消除第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處以及柵介質(zhì)層209內(nèi)部的缺陷。

在本實(shí)施例中，所述吸附層210的材料為多晶硅，多晶硅具有良好的吸附氧空位的效果，從而能夠從第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處以及柵 介質(zhì)層209內(nèi)部吸附氧空位，改善N型區(qū)204形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

在本實(shí)施例中，所述第二退火工藝為熱爐退火(furnace anneal)，退火溫度為500℃～600℃，氣體為惰性氣體。在本實(shí)施例中，所述第二退火工藝的溫度為550℃。由于所述退火溫度較低，則不會(huì)促使所述鰭部201表面被繼續(xù)氧化，從而控制第二氧化層208的厚度，而且不易造成所述吸附層210的氧化，有利于后續(xù)徹底去除所述吸附層210，且不易在柵介質(zhì)層209表面產(chǎn)生殘留。

在所述第二退火工藝中，位于第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處的氧空位、以及位于柵介質(zhì)層209內(nèi)部的氧空位能夠被吸出至所述多晶硅的吸附層210表面，從而消除所述第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處和柵介質(zhì)層209內(nèi)缺陷。同時(shí)，由于所述第二氧化層208內(nèi)氧的原子百分比濃度較高，在所述第二退火工藝中，氧離子能夠受到熱驅(qū)動(dòng)而釋出直至由吸附層210吸附，而所述氧離子能夠填補(bǔ)所述第一氧化層207和柵介質(zhì)層209內(nèi)的氧空位，不僅能夠消除缺陷，還能夠降低第二氧化層208和第一氧化層的電學(xué)厚度。從而能夠抑制N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

請參考圖10，在所述第二退火工藝之后，去除所述吸附層210(如圖9所示)。

在本實(shí)施例中，所述吸附層210填充滿所述開口206，為了后續(xù)能夠在所述開口206內(nèi)形成柵極層，需要去除所述吸附層210。

去除所述吸附層210的工藝為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝。在本實(shí)施例中，去除所述吸附層210的工藝為濕法刻蝕工藝，所述濕法刻蝕工藝對所述柵介質(zhì)層209表面的損傷較??；所述吸附層210的材料為多晶硅，去除所述吸附層210的濕法刻蝕工藝的刻蝕液為四甲基氫氧化銨溶液。

由于第二氧化層208、第一氧化層207或柵介質(zhì)層209中釋出的氧離子會(huì)吸附于所述吸附層210表面，隨著所述吸附層210被去除，由所述氧離子形成的氧化層也會(huì)同時(shí)被去除。

請參考圖11，在去除所述吸附層之后，在所述柵介質(zhì)層209表面形成填充滿開口206(如圖10所示)的柵極層212。

在本實(shí)施例中，在形成所述柵極層212之前，還包括：在所述柵介質(zhì)層209表面形成覆蓋層(未圖示)。

所述覆蓋層的材料包括TiN、TaN中的一種或兩種；所述覆蓋層的厚度為3納米～8納米，本實(shí)施例中為5納米。所述覆蓋層的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。在本實(shí)施例中，所述覆蓋層的形成工藝為原子層沉積工藝。所述覆蓋層用于阻止后續(xù)形成的柵極層212或功函數(shù)層的材料向所述柵介質(zhì)層209內(nèi)擴(kuò)散。

在另一實(shí)施例中，在柵介質(zhì)層表面形成所述覆蓋層之后，再于所述覆蓋層表面形成吸附層；在形成吸附層之后，進(jìn)行第二退火工藝；在進(jìn)行第二退火工藝之后，在所述覆蓋層和吸附層表面形成柵極層。

在本實(shí)施例中，在進(jìn)行第二退火工藝之后，去除所述吸附層。在另一實(shí)施例中，所述吸附層不填充滿所述開口，且所述吸附層保形地覆蓋于柵介質(zhì)層表面，則在所述第二退火工藝之后，還能夠直接在所述吸附層表面形成所述柵極層和覆蓋層。

所述柵極層212的形成步驟包括：在所述介質(zhì)層205表面和所述開口206內(nèi)形成填充滿所述開口206的柵極膜；平坦化所述柵極膜直至暴露出所述介質(zhì)層205表面為止，形成所述柵極層212。

所述柵極層212的材料包括銅、鎢、鋁或銀；所述柵極層212的形成工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、原子層沉積工藝、電鍍工藝或化學(xué)鍍工藝。所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝(CMP)。

在一實(shí)施例中，在形成所述柵極膜之前，還包括在所述介質(zhì)層205表面、以及開口206的側(cè)壁和底部表面形成功函數(shù)膜；在所述功函數(shù)膜表面形成柵極膜；在平坦化所述柵極膜之后，平坦化所述功函數(shù)膜直至暴露出所述介質(zhì)層205表面為止，形成功函數(shù)層。

由于所述P型區(qū)203用于形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管，所述N型區(qū)204用于形成N型鰭式場效應(yīng)晶體管，所述功函數(shù)層的形成步驟還包括：在所述覆蓋層表面形成P型功函數(shù)膜；去除N型區(qū)204的P型功函數(shù)膜；在去除N型區(qū)204的P型功函數(shù)膜之后，在所述覆蓋層和P型功函數(shù)膜表面形成N型 功函數(shù)膜；在所述N型功函數(shù)膜表面形成柵極膜，所述柵極膜填充滿所述開口206；平坦化所述柵極膜、P型功函數(shù)膜、N型功函數(shù)膜、覆蓋層和柵介質(zhì)層209，直至暴露出介質(zhì)層205表面為止。其中，所述P型功函數(shù)材料包括TiN；所述N型功函數(shù)材料包括TiAl。

綜上，本實(shí)施例中，采用第一退火工藝形成的第二氧化層位于第一氧化層與鰭部的側(cè)壁和頂部表面之間，能夠消除第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間的缺陷，以此消除第一氧化層與鰭部側(cè)壁和頂部表面之間的電荷陷阱，以改善P型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。其次，由于所述吸附層的材料為多晶硅，所述吸附層具有吸附氧空位或懸掛鍵的能力，因此，所形成的吸附層能夠在第二退火工藝過程中，將第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷吸出，以此消除第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的電荷陷阱，以此改善N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。綜上，以所述方法形成的鰭式場效應(yīng)晶體管，無論是P型鰭式場效應(yīng)晶體管還是N型鰭式場效應(yīng)晶體管，偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)均能夠得到抑制，使得所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管漏電流減少、短溝道效應(yīng)得到抑制、溝道電流提高且功耗較低，所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能提高。

圖12至圖14是本發(fā)明另一實(shí)施例的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

在圖2至圖7所述步驟的基礎(chǔ)上，請繼續(xù)參考圖12，在所述柵介質(zhì)層209表面形成吸附層310。

在本實(shí)施例中，所述吸附層310的材料為TiAlC。而且，在形成所述吸附層310之前，在所述柵介質(zhì)層209表面形成覆蓋層311；在所述覆蓋層311表面形成所述吸附層310；所述覆蓋層311的材料為TiN。

所述覆蓋層311的厚度為3納米～8納米，本實(shí)施例中為5納米。所述覆蓋層311的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。在本實(shí)施例中，所述覆蓋層311的形成工藝為原子層沉積工藝。所述覆蓋層311用于阻止后續(xù)形成的柵極層或功函數(shù)層的材料向所述柵介質(zhì)層209內(nèi)擴(kuò)散。

由于所述吸附層310的材料為TiAlC，其中的Al離子有助于吸出位于柵介質(zhì)層209與第一氧化層207界面處以及位于柵介質(zhì)層209內(nèi)部的缺陷，以消除電荷陷阱，抑制所形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

而且，由于所述吸附層310的材料中含有C離子，所述C離子有利于抑制所述吸附層310內(nèi)的Al離子擴(kuò)散，防止Al離子擴(kuò)散到所述柵介質(zhì)層209、第一氧化層207或第二氧化層208內(nèi)，以此保證所述第一氧化層207、第二氧化層208和柵介質(zhì)層209的介電系數(shù)穩(wěn)定，從而保證了所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的閾值電壓穩(wěn)定可控。

所述吸附層310的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝；本實(shí)施例中，所述吸附層310的形成工藝為原子層沉積工藝。所述吸附層310的厚度小于或等于1納米；所述吸附層310的厚度較薄，即使后續(xù)保留所述吸附層，對所形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能影響也有限。

請參考圖13，在形成所述吸附層310之后，進(jìn)行第二退火工藝。

所述第二退火工藝用于驅(qū)動(dòng)所述吸附層310自所述鰭部201表面、所述第一氧化層207內(nèi)部和表面、以及柵介質(zhì)層209內(nèi)吸附缺陷和雜質(zhì)，以消除第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處以及柵介質(zhì)層209內(nèi)部的缺陷。

在本實(shí)施例中，所述吸附層310的材料為TiAlC，其中的Al離子能夠吸附氧空位，能夠從第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處以及柵介質(zhì)層209內(nèi)部吸附氧空位，改善N型區(qū)204形成的N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

在本實(shí)施例中，所述第二退火工藝為熱爐退火(furnace anneal)，退火溫度為500℃～600℃，氣體為惰性氣體。在本實(shí)施例中，所述第二退火工藝的溫度為550℃。由于所述退火溫度較低，則不會(huì)促使所述鰭部201表面被繼續(xù)氧化，從而控制第二氧化層208的厚度，而且不易造成所述吸附層310的氧化，有利于后續(xù)徹底去除所述吸附層310，且不易在柵介質(zhì)層209表面產(chǎn)生殘留。而且，由于所述退火溫度較低，不會(huì)引起覆蓋層311的TiN材料發(fā)生結(jié)晶，能夠使TiN材料保持非晶狀態(tài)，以此避免閾值電壓發(fā)生偏移。

在所述第二退火工藝中，位于第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處的 氧空位、以及位于柵介質(zhì)層209內(nèi)部的氧空位能夠被吸出至所述多晶硅的吸附層310表面，從而消除所述第一氧化層207與柵介質(zhì)層209界面處和柵介質(zhì)層209內(nèi)缺陷。

同時(shí)，由于所述第二氧化層208內(nèi)氧的原子百分比濃度較高，在所述第二退火工藝中，氧離子能夠受到熱驅(qū)動(dòng)而釋出直至由吸附層310吸附，而所述氧離子能夠填補(bǔ)所述第一氧化層207和柵介質(zhì)層209內(nèi)的氧空位，不僅能夠消除缺陷，還能夠降低第二氧化層208和第一氧化層的電學(xué)厚度。從而能夠抑制N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。

請參考圖14，在第二退火工藝之后，在所述吸附層310表面形成填充滿開口206(如圖13所示)的柵極層312。

在本實(shí)施例中，在形成所述柵極層312之前，保留所述吸附層310。在另一實(shí)施例中，在所述第二退火工藝之后，去除所述吸附層；在去除所述吸附層之后，在所述覆蓋層表面形成柵極層。

所述柵極層312的形成步驟包括：在所述介質(zhì)層205表面和所述開口206內(nèi)形成填充滿所述開口206的柵極膜；平坦化所述柵極膜直至暴露出所述介質(zhì)層205表面為止，形成所述柵極層312。

所述柵極層312的材料包括銅、鎢、鋁或銀；所述柵極層212的形成工藝包括化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝、原子層沉積工藝、電鍍工藝或化學(xué)鍍工藝。所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝(CMP)。

在一實(shí)施例中，在形成所述柵極膜之前，還包括在所述介質(zhì)層205表面、以及開口206的側(cè)壁和底部表面形成功函數(shù)膜；在所述功函數(shù)膜表面形成柵極膜；在平坦化所述柵極膜之后，平坦化所述功函數(shù)膜直至暴露出所述介質(zhì)層205表面為止，形成功函數(shù)層。

由于所述P型區(qū)203用于形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管，所述N型區(qū)204用于形成N型鰭式場效應(yīng)晶體管，所述功函數(shù)層的形成步驟還包括：在所述覆蓋層311表面形成P型功函數(shù)膜；去除N型區(qū)204的P型功函數(shù)膜；在去除N型區(qū)204的P型功函數(shù)膜之后，在所述覆蓋層311和P型功函數(shù)膜表面形成N型功函數(shù)膜；在所述N型功函數(shù)膜表面形成柵極膜，所述柵極膜填充 滿所述開口206；平坦化所述柵極膜、P型功函數(shù)膜、N型功函數(shù)膜、覆蓋層311和柵介質(zhì)層209，直至暴露出介質(zhì)層205表面為止。其中，所述P型功函數(shù)材料包括TiN；所述N型功函數(shù)材料包括TiAl。

綜上，本實(shí)施例中，所述吸附層的材料為TiAlC，由于所述吸附層具有吸附氧空位或懸掛鍵的能力，因此，所形成的吸附層能夠在第二退火工藝過程中，將第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的缺陷吸出，以此消除第一氧化層與柵介質(zhì)層界面處缺陷、以及柵介質(zhì)層內(nèi)的電荷陷阱，改善N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)。所形成的P型鰭式場效應(yīng)晶體管或N型鰭式場效應(yīng)晶體管的偏壓溫度不穩(wěn)定效應(yīng)能夠得到抑制。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。