鰭式場效應晶體管裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鰭式場效應晶體管裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，晶體管是集成電路中的關(guān)鍵元件。為了提高晶體管的工作速度，需要提高晶體管的驅(qū)動電流。又由于晶體管的驅(qū)動電流正比于晶體管的柵極寬度，因此要提高驅(qū)動電流，需要增加柵極寬度。但是，增加柵極寬度與半導體本身尺寸按比例縮小相沖突，于是發(fā)展出了鰭式場效應晶體管(FinFET)。
[0003]半導體工業(yè)為了追求更高的器件密度、更高的性能以及更低的成本，已進入納米技術(shù)工藝節(jié)點，來自制造以及設(shè)計問題的挑戰(zhàn)導致了諸如鰭式場效應晶體管(FinFET)的三維設(shè)計的發(fā)展。鰭式場效應晶體管可利用一般金屬氧化物半導體場效應晶體管的技術(shù)制造。典型的FinFET被制造為具有薄的、自襯底延伸的縱向“鰭”(或鰭狀結(jié)構(gòu))，該鰭或鰭狀結(jié)構(gòu)通過例如刻蝕掉襯底的硅層的一部分來制造。FinFET的溝道形成于這種縱向鰭狀件中。柵極設(shè)置在鰭狀件上方(例如，包裹)。溝道的兩邊均具有柵極，允許來自每一邊的溝道的柵極控制。另外，在FinFET的源極/漏極(S/D)部分中的、采用選擇性生長的鍺化硅(SiGe)的應變材料可用于增強載流子遷移率。
[0004]然而，現(xiàn)有的鰭式場效應晶體管的鰭狀結(jié)構(gòu)通常在靠近襯底的地方比較寬，遠離襯底的地方比較窄，從而減小了柵極和鰭狀結(jié)構(gòu)的接觸面積，降低了 FinFET的控制性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請旨在提供一種鰭式場效應晶體管裝置及其制造方法，能夠提高鰭式場效應晶體管的控制性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種鰭式場效應晶體管裝置，包括半導體襯底和設(shè)置在半導體襯底上的鰭狀結(jié)構(gòu)，鰭狀結(jié)構(gòu)包括支撐柱和加寬層，支撐柱設(shè)置在半導體襯底上，加寬層設(shè)置在支撐柱上。
[0007]進一步地，支撐柱的厚度是加寬層的1.5?2.5倍。
[0008]進一步地，加寬層的寬度是支撐柱的2.5?3.5倍。
[0009]進一步地，支撐柱位于加寬層的正下方。
[0010]進一步地，加寬層設(shè)置在支撐柱的遠離半導體襯底的一端，且加寬層的上表面為弧形面，弧形面沿遠離半導體襯底的方向凸起。
[0011]進一步地，鰭式場效應晶體管裝置還包括介質(zhì)層，介質(zhì)層設(shè)置在半導體襯底上并位于鰭狀結(jié)構(gòu)的外周。
[0012]進一步地，鰭狀結(jié)構(gòu)的厚度為介質(zhì)層的厚度的10?15倍。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鰭式場效應晶體管裝置的制造方法，在半導體襯底上生長出包括支撐柱和加寬層的鰭狀結(jié)構(gòu)，并使加寬層位于支撐柱上。
[0014]進一步地，在半導體襯底上生長鰭狀結(jié)構(gòu)的步驟包括:在半導體襯底上形成帶有通孔的刻蝕層；在通孔內(nèi)及通孔的外圍生長形成鰭狀結(jié)構(gòu)，鰭狀結(jié)構(gòu)的位于通孔內(nèi)的部分形成支撐柱，鰭狀結(jié)構(gòu)的位于通孔的外圍的部分形成加寬層。
[0015]進一步地，形成帶有通孔的刻蝕層的步驟包括:在半導體襯底上生長形成介質(zhì)層；在介質(zhì)層上生長形成掩膜層；在由介質(zhì)層和掩膜層形成的刻蝕層上刻蝕形成通孔。
[0016]進一步地，利用干法或濕法刻蝕形成通孔。
[0017]進一步地，利用化學氣相沉積或原子沉積形成鰭狀結(jié)構(gòu)。
[0018]進一步地，在生長形成鰭狀結(jié)構(gòu)的過程中進行原位摻雜。
[0019]進一步地,原位摻雜的濃度1E+13?lE+21atoms/cm3。
[0020]進一步地，原位摻雜的溫度為600°C?800°C。
[0021]進一步地，形成鰭狀結(jié)構(gòu)之后還包括:將掩膜層刻蝕掉。
[0022]進一步地，刻蝕掉掩膜層之后還包括:對鰭狀結(jié)構(gòu)進行拋光處理。
[0023]進一步地，利用H2或D2對鰭狀結(jié)構(gòu)進行拋光處理。
[0024]應用本申請的技術(shù)方案，鰭式場效應晶體管裝置包括半導體襯底和設(shè)置在半導體襯底上的鰭狀結(jié)構(gòu)。該鰭狀結(jié)構(gòu)包括支撐柱和加寬層，支撐柱設(shè)置在半導體襯底上，加寬層設(shè)置在支撐柱上。根據(jù)本申請的鰭式場效應晶體管裝置，由于鰭狀結(jié)構(gòu)包括支撐柱和設(shè)置在支撐柱上的加寬層，這樣加寬層的最大橫截面積大于支撐柱的最大橫截面積，當在鰭狀結(jié)構(gòu)的外周設(shè)置柵極時，鰭狀結(jié)構(gòu)與柵極的連接界面更加穩(wěn)定，并增大了柵極與鰭狀結(jié)構(gòu)的接觸面積，從而提高整個鰭式場效應晶體管的控制性能，使載流子輸運更加可靠且使柵極與外延層的界面穩(wěn)定性得到提高。
【附圖說明】
[0025]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0026]圖1示意性示出了本申請的一種優(yōu)選的鰭式場效應晶體管裝置的剖面圖；
[0027]圖2示意性示出了本申請的一種優(yōu)選的鰭式場效應晶體管裝置的制造方法的流程圖；
[0028]圖3示意性示出了本申請的一種在半導體襯底上形成刻蝕層之后的基體的剖面圖；
[0029]圖4示意性示出了在圖3所示的刻蝕層上刻蝕形成通孔后的基體的剖面圖；以及
[0030]圖5示意性示出了在圖4所示的通孔及通孔外圍形成鰭狀結(jié)構(gòu)后的基體的剖視圖。
[0031]附圖標記說明:
[0032]10、半導體襯底；20、鰭狀結(jié)構(gòu)；21、支撐柱；22、加寬層；221、弧形面；30、通孔；
40、刻蝕層；41、介質(zhì)層；42、掩I旲層。
【具體實施方式】
[0033]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。
[0034]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0035]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應當理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0036]在本申請中，術(shù)語“厚度”是指對于某個結(jié)構(gòu)，其橫截面上沿垂直于半導體襯底的方向的尺寸，術(shù)語“寬度”是指對于某個結(jié)構(gòu)，其橫截面上沿平行于半導體襯底的方向的尺寸。
[0037]下面將更詳細地描述根據(jù)本申請的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施方式的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在附圖中，為了清楚起見，擴大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
[0038]正如【背景技術(shù)】中所介紹的，現(xiàn)有的鰭式場效應晶體管裝置的鰭狀結(jié)構(gòu)通常是在半導體襯底上刻蝕掉一部分襯底而形成，這種在半導體襯底上刻蝕形成鰭式場效應晶體管的方式容易對半導體襯底造成損傷，從而降低了半導體器件的性能。現(xiàn)有技術(shù)中也有用外延生長的工藝來制作鰭式場效應晶體管裝置，而通常的方式是通過外延生長出柱狀或錐狀的鰭狀結(jié)構(gòu)，這種柱狀或錐狀的鰭狀結(jié)構(gòu)與柵極的接觸面積較小，使得整個鰭式場效益晶體管裝置的控制不夠靈敏，從而降低了整個鰭式場效應晶體管的調(diào)制性能。
[0039]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鰭式場效應晶體管裝置存在的上述缺陷，本申請?zhí)峁┝艘环N鰭式場效應晶體管裝置。下面結(jié)合附圖介紹本申請的鰭式場效應晶體管裝置的一種優(yōu)選的實施方式。
[0040]參見圖1所示，本申請的鰭式場效應晶體管裝置包括半導體襯底10和設(shè)置在半導體襯底10上的鰭狀結(jié)構(gòu)20，本實施方式中的半導體襯底10的材質(zhì)可以是硅也可以是其他半導體材料，鰭狀結(jié)構(gòu)20的材質(zhì)可以與半導體襯底10的一樣，還可以是經(jīng)原位摻雜處理之后的半導體材料。該鰭狀結(jié)構(gòu)20包括支撐柱21和加寬層22，支撐柱21設(shè)置在半導體襯底10上，加寬層22設(shè)置在支撐柱21上。根據(jù)本實施方式，由于鰭狀結(jié)構(gòu)20包括支撐柱21和設(shè)置在支撐柱21上的加寬層22，使得加寬層22的最大橫截面積大于支撐柱21的最大橫截面積，當在鰭狀結(jié)構(gòu)20的外周設(shè)置柵極時，鰭狀結(jié)構(gòu)20與柵極的連接更加穩(wěn)定，并增大了柵極與鰭狀結(jié)構(gòu)20的接觸面積，從而提高整個鰭式場效應晶體管的控制性能，使載流子輸運更加可靠且使柵極與鰭狀結(jié)構(gòu)20的連接界面穩(wěn)定性得到提高。
[0041]再次參見圖1所示的鰭式場效應晶體管裝置，支撐柱21的厚度是加寬層22的厚度的1.5?2.5倍，例如2倍。當在鰭狀結(jié)構(gòu)20的外周設(shè)置柵極之后，能夠進一步保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而提高鰭式場效應晶體管裝置的控制性能和結(jié)構(gòu)強度。
[0042]優(yōu)選地，加寬層22的寬度是支撐柱21的寬度的2.5?3.5倍，例如3倍。與支撐柱21和加寬層22的厚度比一樣，將加寬層22的寬度設(shè)置為支撐柱21的寬度的2.5?3.5倍，能夠提高整個鰭式場效應晶體管裝置的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時有效增加了柵極和鰭狀結(jié)構(gòu)20的接觸面積，提高了鰭式場效應晶體管裝置的控制性能。
[0043]優(yōu)選地，支撐柱21位于加寬層22的正下方，參見圖1所示。在鰭狀結(jié)構(gòu)20的外周設(shè)置柵極之后，由于支撐柱21設(shè)置在加寬層22的正下方，能夠使得整個柵極與鰭狀結(jié)構(gòu)20的配合更加緊密和穩(wěn)定，避免柵極與鰭狀結(jié)構(gòu)20因配合不均而造成整個鰭式場效應晶體管裝置的控制不良的問題，提高了鰭式場效應晶體管裝置控制性能。在本實施方式中，鰭狀結(jié)構(gòu)20的橫截面的呈T字形，如圖1所示，結(jié)構(gòu)簡單，易