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

背景技術(shù)：

mos晶體管是現(xiàn)代集成電路中最重要的元件之一。mos晶體管的基本結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，位于柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源區(qū)和位于柵極結(jié)構(gòu)另一側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的漏區(qū)。mos晶體管的工作原理是：通過(guò)在柵極結(jié)構(gòu)施加電壓，調(diào)節(jié)通過(guò)柵極結(jié)構(gòu)底部溝道的電流來(lái)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的平面式的mos晶體管對(duì)溝道電流的控制能力變?nèi)?，造成?yán)重的漏電流。而鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(finfet)是一種新興的多柵器件，一般包括凸出于半導(dǎo)體襯底表面的鰭部，覆蓋部分所述鰭部的頂部表面和側(cè)壁表面的柵極結(jié)構(gòu)，位于柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的鰭部?jī)?nèi)的源區(qū)和位于柵極結(jié)構(gòu)另一側(cè)的鰭部?jī)?nèi)的漏區(qū)。

然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，避免鰭部表面的表面電荷量較多，從而避免鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管閾值電壓的差異性較大。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部；在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的隔離層，所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平；刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面，所述鰭部表面具有第一表面電荷；對(duì)所述鰭部進(jìn)行表面電荷處理，使所述鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。

可選的，所述第二表面電荷的電荷量和第一表面電荷的電荷量的比例為 50:100～1:100。

可選的，所述表面電荷處理的工藝為：對(duì)所述鰭部進(jìn)行化學(xué)下游刻蝕。

可選的，所述化學(xué)下游刻蝕的參數(shù)為：采用的氣體為no、n2或ar，等離子體化功率為100瓦～1000瓦，刻蝕溫度為-50攝氏度～50攝氏度。

可選的，所述表面電荷處理的工藝為：對(duì)所述鰭部進(jìn)行第一退火處理。

可選的，所述第一退火處理為尖峰退火或快速熱退火。

可選的，所述第一退火處理采用的氣體為nh3、n2或no，退火溫度為1000攝氏度～2000攝氏度。

可選的，所述表面電荷處理的工藝為：對(duì)所述鰭部進(jìn)行灰化處理。

可選的，所述灰化處理的參數(shù)為：采用的氣體為nh3、n2或no，溫度為250攝氏度～350攝氏度，時(shí)間為60秒～1200秒。

可選的，所述表面電荷處理的工藝為：在所述鰭部表面形成電荷吸附層；在所述電荷吸附層中摻雜第一吸附原子后，對(duì)所述電荷吸附層和鰭部進(jìn)行第二退火處理；去除所述電荷吸附層。

可選的，所述電荷吸附層的材料為氮化鈦或氮化鉭。

可選的，所述第一吸附原子為al、hf或la。

可選的，在所述電荷吸附層中摻雜第一吸附原子后，還包括：在所述電荷吸附層表面形成多晶硅層；在所述多晶硅層中摻雜第二吸附原子后，對(duì)所述電荷吸附層、多晶硅層和鰭部進(jìn)行第二退火處理；去除所述電荷吸附層和多晶硅層。

可選的，所述第二吸附原子為p。

可選的，刻蝕所述隔離層的工藝為濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝。

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)：

由于刻蝕所述隔離層后，對(duì)所述鰭部進(jìn)行了表面電荷處理，所述表面電荷處理前鰭部表面的具有第一表面電荷，所述表面電荷處理后鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量，即 通過(guò)表面電荷處理，使得鰭部表面的表面電荷量降低，從而使得不同鰭部表面的表面電荷量的差異性減小，因此對(duì)應(yīng)的不同鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓的差異性減小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖；

圖2至圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖；

圖7為本發(fā)明第三實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖；

圖8為本發(fā)明第四實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖；

圖9至圖12是本發(fā)明第四實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)中，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法為：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部；在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的頂部表面的隔離層，所述隔離層的整個(gè)表面高于所述鰭部的頂部表面；平坦化所述隔離層直至暴露出所述鰭部的頂部表面，使所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平；刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面。

研究發(fā)現(xiàn)，上述方法中，刻蝕所述隔離層的過(guò)程中，無(wú)論采用干法刻蝕工藝還是采用濕法刻蝕工藝，均會(huì)在鰭部表面引入表面電荷，而對(duì)于不同的鰭部表面，在鰭部的各個(gè)方向的尺寸均相同的情況下，鰭部表面的表面電荷量的差異性不能控制，使得鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管閾值電壓的差異性較大。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部；在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的隔離層，所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平；刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面，所述鰭部表面 具有第一表面電荷；對(duì)所述鰭部進(jìn)行表面電荷處理，使所述鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。降低了鰭部的表面電荷的電荷量，從而降低了鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管閾值電壓的差異性。

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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。

第一實(shí)施例

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖，包括步驟：

步驟s11：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部。

步驟s12：在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的隔離層，所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平。

步驟s13：刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面，所述鰭部表面具有第一表面電荷。

步驟s14：對(duì)所述鰭部進(jìn)行化學(xué)下游刻蝕，使所述鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。

下面結(jié)合附圖對(duì)上述各個(gè)步驟進(jìn)行說(shuō)明。

參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100表面具有鰭部110。

所述半導(dǎo)體襯底100為后續(xù)形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供工藝平臺(tái)。

所述半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅，多晶硅或非晶硅；半導(dǎo)體襯底100也可以是硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料；所述半導(dǎo)體襯底100還可以是其它半導(dǎo)體材料，這里不再一一舉例。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為硅。

形成所述鰭部110的步驟為：在半導(dǎo)體襯底100表面形成圖案化的掩膜層101，所述圖案化的掩膜層101定義鰭部110的位置；以所述圖案化的掩膜層101為掩膜刻蝕部分厚度的半導(dǎo)體襯底100，形成鰭部110。所述圖案化的掩膜層101的材料例如可以為氮化硅。

由于所述鰭部110通過(guò)刻蝕半導(dǎo)體襯底100而形成，所以鰭部110和半導(dǎo)體襯底100的材料相同，本實(shí)施例中，所述鰭部110的材料均為硅。在其它實(shí)施例中，所述鰭部110的材料可以與半導(dǎo)體襯底100的材料不相同。

本實(shí)施例中，形成鰭部110后，保留定義鰭部110的位置的圖案化的掩膜層101，在后續(xù)平坦化工藝中作為刻蝕停止層，避免對(duì)鰭部110頂部表面造成損傷。在其它實(shí)施例中，形成鰭部110后，可以不保留定義鰭部110的位置的圖案化的掩膜層101。

參考圖3，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成覆蓋鰭部110側(cè)壁的隔離層120，所述隔離層120的整個(gè)表面高于所述鰭部110的頂部表面。

所述隔離層120的材料為氧化硅、碳氧化硅或氮氧化硅。本實(shí)施中，所述隔離層120的材料為氧化硅。

形成所述隔離層120的工藝為沉積工藝，如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)工藝、亞常壓化學(xué)氣相沉積(sacvd)工藝或流體化學(xué)氣相沉積(fcvd)工藝。

本實(shí)施例中，所述隔離層120還覆蓋所述圖案化的掩膜層101。

參考圖4，平坦化所述隔離層120直至暴露出鰭部110的頂部表面，使得隔離層120的表面與鰭部110的頂部表面齊平。

平坦化所述隔離層120的工藝為化學(xué)機(jī)械掩膜工藝。

需要說(shuō)明的是，由于本實(shí)施例中，平坦化所述隔離層120的過(guò)程中，圖案化的掩膜層101作為刻蝕停止層，避免對(duì)鰭部110頂部表面造成損傷，首先平坦化所述隔離層120直至暴露出圖案化的掩膜層101的表面，然后去除所述圖案化的掩膜層101。

接著，參考圖5，刻蝕所述隔離層120，使所述隔離層120的表面低于所述鰭部110的頂部表面，所述鰭部110的表面具有第一表面電荷。

刻蝕所述隔離層120的工藝為濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝。

當(dāng)采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述隔離層120時(shí)，采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液，氫氟酸的體積百分比濃度為0.1％～1.0％，刻蝕溫度為20攝氏度～30攝 氏度。

當(dāng)采用干法刻蝕工藝刻蝕所述隔離層120時(shí)，所述干法刻蝕工藝可以為各向異性干法刻蝕工藝或各向同性干法刻蝕工藝，采用的刻蝕氣體為cf4和o2。

所述第一表面電荷的電荷量的絕對(duì)范圍與鰭部110的表面面積和第一表面電荷的電荷密度有關(guān)。第一表面電荷的電荷量等于鰭部110的表面積與第一表面電荷的電荷密度的乘積。具體的，第一表面電荷的電荷密度受到刻蝕工藝參數(shù)的影響。本實(shí)施例中，第一表面電荷的電荷密度為0.5e14庫(kù)侖/cm²～1.5e14庫(kù)侖/cm²，如0.5e14庫(kù)侖/cm²、1e14庫(kù)侖/cm²、1.5e14庫(kù)侖/cm²。

由于在刻蝕所述隔離層120的過(guò)程中，容易在鰭部110表面引入表面電荷，后續(xù)形成橫跨所述鰭部110的柵極結(jié)構(gòu)后，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于鰭部110在各個(gè)方向的尺寸均相同的情況下，由于不能控制不同鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭部110表面的表面電荷的電荷量的差異性，使得鰭部110表面的表面電荷的電荷量較大，因此造成不同鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓差異性較大。故需要對(duì)所述鰭部110進(jìn)行表面電荷處理，以降低鰭部110表面的表面電荷，使得對(duì)于鰭部110在各個(gè)方向的尺寸均相同的情況下，不同鰭部110的表面電荷的差異性減小。

為了方便說(shuō)明，將刻蝕所述隔離層120后所述鰭部110表面具有的表面電荷稱為第一表面電荷；將進(jìn)行表面電荷處理后鰭部110表面具有的表面電荷稱為第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。

所述第二表面電荷的電荷量和第一表面電荷的電荷量的比例為50:100～1:100。選擇此比例范圍的意義為：若所述第二表面電荷的電荷量和第一表面電荷的電荷量的比例大于50:100，使得第二表面電荷的電荷量過(guò)大，從而不能有效的改善鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管閾值電壓的差異性；若所述第二表面電荷和第一表面電荷的比例小于1:100，在工藝上實(shí)現(xiàn)的難度較大。

本實(shí)施例中，所述表面電荷處理的工藝為：對(duì)所述鰭部110進(jìn)行化學(xué)下游刻蝕。

所述化學(xué)下游刻蝕的特點(diǎn)為：(1)在遠(yuǎn)端引入用于刻蝕的等離子體，所述等離子體擴(kuò)散至鰭部110表面，與鰭部110的表面進(jìn)行作用；(2)對(duì)鰭部110進(jìn)行作用的過(guò)程是各向同性的；(2)不需要施加偏壓。

具體的，所述化學(xué)下游刻蝕的參數(shù)為：采用的氣體為no、n2或ar，等離子體化功率為100瓦～1000瓦，刻蝕溫度為-50攝氏度～50攝氏度。

所述化學(xué)下游刻蝕中刻蝕溫度選擇為-50攝氏度～50攝氏度的意義在于：由于在所述化學(xué)下游刻蝕中，采用的等離子體存在電子溫度。若所述電子溫度過(guò)高，會(huì)引起鰭部110表面非晶化，導(dǎo)致鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管溝道中的電子遷移率下降，故需要將刻蝕溫度降低，避免所述等離子體的電子溫度過(guò)高；若刻蝕溫度過(guò)低，在工藝上難以實(shí)現(xiàn)。故本實(shí)施中，所述化學(xué)下游刻蝕中刻蝕溫度選擇為-50攝氏度～50攝氏度。

第二實(shí)施例

圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖，包括步驟：

步驟s21：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部。

步驟s21的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s11的實(shí)施。

步驟s22：在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的隔離層，所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平。

步驟s22的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s12的實(shí)施。

步驟s23：刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面，所述鰭部表面具有第一表面電荷。

步驟s23的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s13的實(shí)施。

步驟s24：對(duì)所述鰭部進(jìn)行第一退火處理，使所述鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。

由于在刻蝕所述隔離層的過(guò)程中，容易在鰭部表面引入表面電荷，后續(xù)造成不同鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓差異性較大，故需要對(duì)所述鰭部進(jìn)行表面電荷處理，以降低鰭部表面的表面電荷的電荷量。本實(shí)施例中，所述表 面電荷處理的工藝為：對(duì)所述鰭部進(jìn)行第一退火處理。

所述第一退火處理為尖峰退火或快速熱退火。

所述第一退火處理采用的氣體為nh3、n2或no，退火溫度為1000攝氏度～2000攝氏度。

第三實(shí)施例

圖7為本發(fā)明第三實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖，包括步驟：

步驟s31：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部。

步驟s31的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s11的實(shí)施。

步驟s32：在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的隔離層，所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平。

步驟s32的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s12的實(shí)施。

步驟s33：刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面，所述鰭部表面具有第一表面電荷。

步驟s33的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s13的實(shí)施。

步驟s34：對(duì)所述鰭部進(jìn)行灰化處理，使所述鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。

由于在刻蝕所述隔離層的過(guò)程中，容易在鰭部表面引入表面電荷，后續(xù)造成不同鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓差異性較大，故需要對(duì)所述鰭部進(jìn)行表面電荷處理，以降低鰭部表面的表面電荷的電荷量。本實(shí)施例中，所述表面電荷處理的工藝為：對(duì)所述鰭部進(jìn)行灰化處理。

所述灰化處理的參數(shù)為：采用的氣體為nh3、n2或no，溫度為250攝氏度～350攝氏度，時(shí)間為60秒～1200秒。

第四實(shí)施例

圖8為本發(fā)明第四實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的流程圖，包括步驟：

步驟s41：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有鰭部。

步驟s41的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s11的實(shí)施。

步驟s42：在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋鰭部側(cè)壁的隔離層，所述隔離層的表面與所述鰭部的頂部表面齊平。

步驟s42的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s12的實(shí)施。

步驟s43：刻蝕所述隔離層，使所述隔離層的表面低于所述鰭部的頂部表面，所述鰭部表面具有第一表面電荷。

步驟s43的實(shí)施參照第一實(shí)施例中步驟s13的實(shí)施。

步驟s44：在所述鰭部表面形成電荷吸附層。

步驟s45：在所述電荷吸附層中摻雜第一吸附原子。

步驟s46：對(duì)所述電荷吸附層和鰭部進(jìn)行第二退火處理，使所述鰭部表面具有第二表面電荷，所述第二表面電荷的電荷量小于第一表面電荷的電荷量。

步驟s47：去除所述電荷吸附層。

圖9至圖12是本發(fā)明第四實(shí)施例中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖9，圖9為在圖5基礎(chǔ)上形成的結(jié)構(gòu)示意圖，在所述鰭部表面形成電荷吸附層130。

所述電荷吸附層130的材料為氮化鈦或氮化鉭。形成所述電荷吸附層的工藝為沉積工藝，如等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、亞常壓化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。

參考圖10，在所述電荷吸附層130中摻雜第一吸附原子。

采用離子注入工藝在所述電荷吸附層130中摻雜第一吸附原子。所述第一吸附原子為al、hf或la。

參考圖11，摻雜第一吸附原子后，對(duì)所述電荷吸附層130和鰭部110進(jìn)行第二退火處理。

所述第二退火處理的參數(shù)為：采用的氣體為ar或n2，溫度為700攝氏度 ～800攝氏度。

在第二退火處理的過(guò)程中，所述鰭部110表面的表面電荷擴(kuò)散至電荷吸附層130中，從而減少鰭部110表面的表面電荷。

接著參考圖12，去除所述電荷吸附層。

去除所述電荷吸附層130的工藝為濕刻工藝。

第五實(shí)施例

第五實(shí)施例與第四實(shí)施例的區(qū)別在于：在所述電荷吸附層中摻雜第一吸附原子后，還包括：在所述電荷吸附層表面形成多晶硅層；在所述多晶硅層中摻雜第二吸附原子后，對(duì)所述電荷吸附層、多晶硅層和鰭部進(jìn)行第二退火處理；去除所述電荷吸附層和多晶硅層。關(guān)于第五實(shí)施例與第四實(shí)施例相同的部分，不再詳述。

形成所述多晶硅層的工藝為沉積工藝，如等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。

第二吸附原子為p(磷)。在所述多晶硅層中摻雜第二吸附原子的工藝為離子注入工藝。

由于在所述電荷吸附層表面形成多晶硅層且在所述多晶硅層中摻雜第二吸附原子，在第二退火處理的過(guò)程中，進(jìn)一步的促進(jìn)了鰭部表面的表面電荷擴(kuò)散至電荷吸附層和多晶硅層中，使得鰭部表面的表面電荷能夠更多的分布在電荷吸附層和多晶硅層中，從而使得鰭部表面的表面電荷進(jìn)一步的降低。

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)。