鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】一種鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件，其中鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法包括：提供基底，在所述基底上形成有偽柵極；在所述偽柵極兩側(cè)的基底中形成源極、漏極；在所述基底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層上表面與偽柵極上表面持平；去除所述偽柵極，在所述層間介質(zhì)層中形成偽柵溝槽；對所述偽柵溝槽底部的基底部分進行圖形化，在所述源極與漏極之間形成鰭部，所述鰭部兩端分別連接源極、漏極；在所述偽柵溝槽中形成橫跨鰭部的高K柵介質(zhì)層和柵極。本技術(shù)方案為先形成偽柵極，再形成鰭部，避免形成偽柵極過程中的鰭部高度對柵極高度的影響，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位柵極高度，柵極高度與預(yù)定義高度基本相符，鰭式場效應(yīng)晶體管中的信號傳遞可靠。
【專利說明】鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，隨著集成電路的特征尺寸不斷減小，以及對集成電路更高信號傳遞速度的要求，晶體管需要在尺寸逐漸減小的同時具有更高的驅(qū)動電流。為順應(yīng)這種要求，現(xiàn)有技術(shù)提出了鰭式場效應(yīng)晶體管。
[0003]鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)包括:位于基底上的鰭部；橫跨鰭部的柵極；位于柵極兩側(cè)鰭部中的源極、漏極，源極與柵極之間、漏極與柵極之間相互隔開。相比于CMOS晶體管，鰭式場效應(yīng)晶體管為位于基底上的類似立體結(jié)構(gòu)，它的特征尺寸更小，更能滿足高集成度的要求。而且，鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極與鰭部的上表面相對，柵極與鰭部的兩個相對的側(cè)壁表面也相對，則在工作時，與柵極接觸的鰭部的上表面和兩個相對的側(cè)壁表面均能形成溝道區(qū)，這提升了載流子的遷移率。
[0004]由于鰭式場效應(yīng)晶體管的諸多優(yōu)點，對其形成方法也得到越來越多研究。
[0005]下面，簡單介紹現(xiàn)有的具有金屬柵極的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法:
[0006]參照圖1，提供基底10，在基底10上形成有絕緣層20，在絕緣層20上形成有鰭部30，絕緣層20起到絕緣隔離作用；
[0007]參照圖2，在絕緣層20上形成多晶硅層40，位于絕緣層20上的多晶硅層40上表面高于鰭部30上表面；
[0008]參照圖3,化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Planarizat1n, CMP)多晶娃層40，使得多晶硅層40上表面光滑、平坦，對多晶硅層40進行CMP也用于調(diào)節(jié)多晶硅層40的高度，對應(yīng)地，實現(xiàn)對金屬柵極高度的調(diào)整；
[0009]參照圖4，對多晶硅層40 (參照圖3)進行圖形化，形成橫跨鰭部30的多晶硅層作為偽柵極41，之后，在偽柵極41兩側(cè)的鰭部中分別進行離子摻雜，在鰭部兩端分別形成源極、漏極(未示出)；
[0010]參照圖5，在絕緣層20上形成層間介質(zhì)層50，層間介質(zhì)層50上表面與偽柵極上表面基本持平；之后，去除偽柵極形成偽柵溝槽，在偽柵溝槽中填充金屬柵極42。
[0011]但是，使用現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明解決的問題是，使用現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能不佳。
[0013]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，該鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法包括:
[0014]提供基底，在所述基底上形成有偽柵極；
[0015]在所述偽柵極兩側(cè)的基底中形成源極、漏極；
[0016]在所述基底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層上表面與偽柵極上表面持平；
[0017]去除所述偽柵極，在所述層間介質(zhì)層中形成偽柵溝槽；
[0018]對所述偽柵溝槽底部的基底部分進行圖形化，在所述源極與漏極之間形成鰭部，所述鰭部兩端分別連接源極、漏極；
[0019]在所述偽柵溝槽中形成橫跨鰭部的高K柵介質(zhì)層和位于高K柵介質(zhì)層上的柵極。
[0020]可選地，所述偽柵極的形成方法包括:
[0021 ] 在所述基底上形成偽柵極材料層；
[0022]對所述偽柵極材料層進行圖形化，在所述基底上形成偽柵極。
[0023]可選地，所述偽柵極的材料為多晶硅或無定形碳。
[0024]可選地，在形成所述偽柵極之前，在所述基底上形成掩模線，所述掩模線覆蓋源極、漏極位置的基底部分，和覆蓋源極、漏極之間的基底部分，所述偽柵極橫跨掩模線。
[0025]可選地，所述基底為絕緣體上硅基底，所述絕緣體上硅基底包括底部硅層、位于所述底部硅層上的絕緣層和位于所述絕緣層上的頂部硅層；
[0026]所述源極、漏極位于所述偽柵極兩側(cè)掩模線下的頂部硅層中；
[0027]對所述偽柵溝槽底部的基底部分進行圖形化的方法包括:以所述層間介質(zhì)層和掩模線為掩模，刻蝕偽柵溝槽底部未被掩模線覆蓋的頂部硅層部分，至暴露絕緣層，偽柵溝槽底部掩模線下的剩余頂部硅層作為鰭部。
[0028]可選地，在形成所述鰭部后，使用氫等離子體，或使用氫等離子體和氮等離子體刻蝕鰭部側(cè)壁，去除所述鰭部側(cè)壁的凸部，所述凸部是在刻蝕偽柵溝槽底部的未被掩模線覆蓋的頂部硅層過程中形成。
[0029]可選地，對氫氣進行等離子體化形成氫等離子體；
[0030]對氫氣進行等離子體化的功率范圍是IW?500W ;在刻蝕鰭部側(cè)壁過程中，射頻頻率范圍是2MHz?10MHz ;氫氣的流量范圍是1sccm?500sccm。
[0031]可選地，在形成所述源極、漏極之前，在所述偽柵極兩側(cè)形成第一側(cè)墻。
[0032]可選地，在形成所述鰭部后，在所述第一側(cè)墻下的基底側(cè)壁形成第二側(cè)墻。
[0033]可選地，所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在形成所述高K柵介質(zhì)層和柵極前，以所述第二側(cè)墻為掩模，在所述鰭部表面外延生長鍺硅層。
[0034]可選地，在所述偽柵溝槽中形成高K柵介質(zhì)層和柵極的方法包括:
[0035]形成高K介質(zhì)材料層，所述高K介質(zhì)材料層覆蓋層間介質(zhì)層和偽柵溝槽，在所述高K介質(zhì)材料層上形成柵極材料層，所述柵極材料層填充滿偽柵溝槽；
[0036]去除高出所述層間介質(zhì)層上表面的高K介質(zhì)材料層和柵極材料層，剩余高K介質(zhì)材料層作為高K柵介質(zhì)層，剩余柵極材料層作為柵極。
[0037]可選地，所述基底包括第一區(qū)和第二區(qū)，在所述第一區(qū)中形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在所述第二區(qū)中形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為N型鰭式場效應(yīng)晶體管；
[0038]所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部和N型鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部同步形成。
[0039]可選地，所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料與N型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料不同。
[0040]本發(fā)明還提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管，該鰭式場效應(yīng)晶體管包括:
[0041]基底；
[0042]位于所述基底上的層間介質(zhì)層；
[0043]位于所述層間介質(zhì)層中的偽柵溝槽；
[0044]位于所述偽柵溝槽兩側(cè)基底中的源極、漏極；
[0045]位于所述偽柵溝槽底部的鰭部，所述鰭部兩端分別連接源極、漏極；
[0046]位于所述偽柵溝槽中橫跨鰭部的高K柵介質(zhì)層和位于高K柵介質(zhì)層上的柵極。
[0047]可選地，還包括位于源極、漏極和鰭部上表面的掩模線，所述層間介質(zhì)層和高K柵介質(zhì)層覆蓋掩模線。
[0048]可選地，在所述偽柵溝槽中柵極兩側(cè)具有第一側(cè)墻。
[0049]可選地，在所述第一側(cè)墻下的基底側(cè)壁具有第二側(cè)墻。
[0050]可選地，所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在所述鰭部表面具有鍺硅層。
[0051]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括:
[0052]基底，所述基底包括第一區(qū)和和第二區(qū)；
[0053]位于第一區(qū)的上述任一所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，第一區(qū)的所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管；
[0054]位于第二區(qū)的上述任一所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，第二區(qū)的所述鰭式場效應(yīng)晶體管為N型場效應(yīng)晶體管。
[0055]可選地，所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料與N型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料不同。
[0056]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:
[0057]在形成偽柵極后，形成層間介質(zhì)層；之后，去除偽柵極形成偽柵溝槽；在偽柵溝槽底部形成連接源極與漏極的鰭部。與現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效應(yīng)晶體管的先形成鰭部，再形成偽柵極相比，本技術(shù)方案為先形成偽柵極，再形成鰭部。這樣，避免了形成偽柵極過程中的鰭部高度對偽柵極高度的影響，并進一步避免對柵極高度的影響，使得柵極高度是可以準(zhǔn)確定位的，柵極高度與預(yù)定義高度基本相符，則鰭式場效應(yīng)晶體管中的信號傳遞可靠、穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1?圖5是現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖6是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖7是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0061]圖8是沿圖7的切線AA所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖9第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0063]圖10是沿圖9的切線BB所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖11是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0065]圖12是沿圖11的切線CC所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖13是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0067]圖14是沿圖13的切線DD所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068]圖15是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0069]圖16是沿圖15的切線EE所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0070]圖17是沿圖15的切線FF所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0071]圖18是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0072]圖19是沿圖18的切線GG所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073]圖20是沿圖18的切線HH所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0074]圖21是第一實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖；
[0075]圖22是沿圖21的切線JJ所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0076]圖23是沿圖21的切線KK所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0077]圖24?圖28是第二實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管在形成過程中的俯視示意圖。

【具體實施方式】
[0078]經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)，參照圖2，由于鰭部30高出絕緣層20上表面，沉積形成的多晶硅層40上表面凹凸不平，鰭部30上的多晶硅層要明顯高于絕緣層20上的多晶硅層。結(jié)合參照圖3，在對多晶硅層40進行CMP過程，由于多晶硅層40上表面凹凸不平，呈波浪形，在研磨“凸出表面”時，也在少量研磨“凹陷表面”，至多晶硅層40上表面平坦時，很難確定被研磨掉的多晶硅層的厚度。
[0079]當(dāng)無法確定被研磨掉的多晶硅層的厚度，剩余多晶硅層的厚度亦不能被確定，相應(yīng)的，偽柵極的高度不能確定，由此對金屬柵極的高度也很難得到準(zhǔn)確定位。如果被研磨掉的多晶硅層的厚度較大，對應(yīng)形成的金屬柵極的高度會低于預(yù)定義高度；如果被研磨掉的多晶硅層的厚度較小，對應(yīng)形成的金屬柵極的高度高于預(yù)定義高度。這樣，最終得到的金屬柵極的高度與預(yù)定義的高度不符?？紤]到集成電路的高集成度，柵極高度的少許變化，就可能會對柵極中的信號傳遞的可靠性造成影響，造成鰭式場效應(yīng)晶體管中的信號傳遞不可靠，造成鰭式場效應(yīng)晶體管的性能不佳。
[0080]為解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案提出了一種新的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法。使用本技術(shù)方案的方法，鰭部在去除偽柵極之后形成，避免了鰭部的高度影響金屬柵極的高度準(zhǔn)確定位。
[0081]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
[0082]第一實施例
[0083]參照圖6，提供基底100，所述基底100為絕緣體上硅基底，所述基底100包括底部硅層101、位于底部硅層101上的絕緣層102和位于絕緣層102上的頂部硅層103。
[0084]在具體實施例中，所述絕緣層102的材料為氧化硅，起到絕緣隔離作用。
[0085]參照圖7、圖8，圖7為俯視示意圖，圖8為沿圖7的切線AA所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述基底100上形成掩模線104，掩模線104位于頂部硅層103上，掩模線104覆蓋源極、漏極位置的基底部分，和覆蓋源極與漏極之間的鰭部位置的基底部分。
[0086]在具體實施例中，形成掩模線104的方法包括:
[0087]在頂部娃層103上形成掩模材料層，掩模材料為氧化娃,可使用化學(xué)氣相沉積或熱氧化生長法形成掩模材料層，或者掩模材料為氮化硅，可使用化學(xué)氣相沉積法形成掩模材料層；
[0088]對掩模材料層進行圖形化，刻蝕掩模材料層形成掩模線104。
[0089]繼續(xù)參照圖7、圖8，在基底100上形成橫跨掩模線104的偽柵極110，在偽柵極110兩側(cè)側(cè)壁形成第一側(cè)墻111，偽柵極110、第一側(cè)墻111位于頂部硅層103上。
[0090]在具體實施例中，在所述基底100上形成偽柵極110和第一側(cè)墻111的方法包括:
[0091]在所述基底100上形成偽柵極材料層，偽柵極材料為多晶硅或無定形碳，在本實施例中，偽柵極材料為無定形碳，無定形碳具有良好的流動性，使用旋涂(spin-on)工藝形成偽柵極材料層，在其他實施例中，當(dāng)偽柵極材料為多晶硅，使用化學(xué)氣相沉積形成偽柵極材料層；
[0092]由于掩模線104的厚度非常小，因此掩模線104的厚度對偽柵極材料層上表面平坦度的影響是微乎其微的，偽柵極材料層的上表面基本是平坦的，在使用化學(xué)機械研磨偽柵極材料層以調(diào)節(jié)偽柵極高度時，研磨掉的偽柵極材料層的厚度是可控的；
[0093]對所述偽柵極材料層進行圖形化，干法刻蝕偽柵極材料層，在所述基底100上形成偽柵極110，偽柵極110的高度符合預(yù)期定義高度；
[0094]在形成偽柵極110后，沉積側(cè)墻材料層，所述側(cè)墻材料層覆蓋頂部硅層103、掩模線104和偽柵極110 ；
[0095]回刻蝕側(cè)墻材料層，去除頂部硅層103上、偽柵極110上表面和掩模線104上的側(cè)墻材料層，剩余偽柵極110兩側(cè)側(cè)壁的側(cè)墻材料層作為第一側(cè)墻111。
[0096]參照圖9、圖10，圖9為俯視示意圖，圖10為沿圖9的切線BB所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在偽柵極110兩側(cè)的掩模線下的頂部硅層103中形成源極105、漏極106。
[0097]在具體實施例中，在偽柵極110兩側(cè)的頂部硅層103中形成源極105、漏極106的方法為:
[0098]在所述基底100上形成圖形化的光刻膠層，圖形化的光刻膠層的窗口暴露掩模線104的位置；
[0099]以圖形化的光刻膠層和第一側(cè)墻111為掩模，對掩模線104進行離子注入，離子穿過掩模線104擴散至頂部硅層，在掩模線104下的頂部硅層中形成離子重摻雜，偽柵極110兩側(cè)具有離子重摻雜的頂部硅層分別作為源極105、漏極106。
[0100]在具體實施例中，源極105、漏極106中的摻雜類型與待形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的類型有關(guān)。在本實施例中，待形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，源極105、漏極106中的摻雜類型為P型摻雜。在其他實施例中，若待形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為N型鰭式場效應(yīng)晶體管，則源極、漏極中的摻雜類型為N型摻雜。
[0101]參照圖11、圖12，圖11是俯視示意圖，圖12是沿圖11的切線CC所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述基底100上形成層間介質(zhì)層107，所述層間介質(zhì)層107上表面與偽柵極110上表面和第一側(cè)墻111上表面基本持平。
[0102]在具體實施例中，層間介質(zhì)層107的材料為氧化硅。形成層間介質(zhì)層107的方法包括:化學(xué)氣相沉積氧化娃層，氧化娃層覆蓋頂部娃層103、掩模線104、偽柵極110和第一側(cè)墻111 ;去除高出偽柵極110上表面的氧化硅層，具體可以使用化學(xué)機械研磨或回刻蝕，剩余氧化硅層作為層間介質(zhì)層107。
[0103]參照圖13、圖14，圖13為俯視示意圖，圖14是沿圖13的切線DD所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，去除偽柵極110(參照圖11、圖12)，在層間介質(zhì)層107中形成偽柵溝槽108，偽柵溝槽108底部為頂部硅層103和掩模線104。具體地，偽柵溝槽108位于兩相對的第一側(cè)墻111之間。
[0104]在具體實施例中，去除偽柵極的方法為:以層間介質(zhì)層107和掩模線104為掩模，刻蝕去除偽柵極，至暴露頂部硅層103和掩模線104?？涛g去除偽柵極的方法為干法刻蝕或濕法刻蝕。若使用干法刻蝕，在干法刻蝕去除偽柵極后，還可進一步濕法刻蝕去除殘留物，該殘留物是在干法刻蝕去除偽柵極過程中產(chǎn)生的。
[0105]參照圖15?圖17，圖15為俯視示意圖，圖16為沿圖15的切線EE所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖17為沿圖15的切線FF所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中切線EE與切線FF相互垂直。
[0106]對偽柵溝槽108底部的基底部分進行圖形化，去除未被掩模線104覆蓋的頂部硅層部分，剩余掩模線下的頂部硅層部分作為鰭部109，所述鰭部109兩端分別連接源極105、漏極106。
[0107]在具體實施例中，對偽柵溝槽108底部的基底部分進行圖形化的方法包括:以層間介質(zhì)層107和掩模線104為掩模，刻蝕未被掩模線104覆蓋的頂部硅層部分，至暴露絕緣層102，偽柵溝槽108下的剩余頂部硅層作為鰭部109。
[0108]在具體實施例中，在形成鰭部109后，可選擇使用氫等離子體，或使用氫等離子體和氮等離子體刻蝕鰭部109側(cè)壁，去除鰭部109側(cè)壁的凸部(未示出)，凸部是在刻蝕偽柵溝槽108底部的未被掩模線104覆蓋的頂部硅層過程中形成的，使得鰭部109側(cè)壁光滑。
[0109]經(jīng)研究，相比于使用氫等離子體和氮等離子體刻蝕鰭部109側(cè)壁，只使用氫等離子體刻蝕鰭部109側(cè)壁可以獲得較大刻蝕速率。因此，可根據(jù)側(cè)壁凸部分布情形進行選擇，當(dāng)凸部尺寸較大且分布密集，可只使用氫等離子體刻蝕鰭部側(cè)壁，這樣能在較短時間內(nèi)充分去除鰭部側(cè)壁凸部；當(dāng)凸部尺寸很小或分布稀疏，可使用氫等離子體和氮等離子體刻蝕鰭部側(cè)壁，防止對鰭部側(cè)壁造成過多刻蝕。
[0110]在本實施例中，使用氫等離子體刻蝕鰭部側(cè)壁。對氫氣進行等離子體化形成氫等離子體，對氫氣進行等離子體化的功率范圍是IW?500W ;在刻蝕未被掩模線覆蓋的頂部硅層過程中，射頻頻率范圍是2MHz?10MHz ;氫氣的流量范圍是1sccm?500sccm。
[0111]在本實施例中，待形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管。參照圖18?圖20，圖18是俯視示意圖，圖19是沿圖18的切線GG所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖20是沿圖18的切線HH所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中切線GG與切線HH相互垂直。
[0112]在第一側(cè)墻111下的頂部硅層103兩側(cè)側(cè)壁形成第二側(cè)墻112 ;以第二側(cè)墻112、掩模線104和層間介質(zhì)層107為掩模，在鰭部109側(cè)壁外延生長鍺硅層113，其中偽柵溝槽108中暴露的絕緣層102也起到掩模作用。
[0113]鍺硅相比于硅具有較高的載流子遷移率，后續(xù)鍺硅層可作為鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)，溝道區(qū)中的載流子遷移率較高，顯著提升P型鰭式場效應(yīng)晶體管中信號傳遞速率。另外，在生長鍺硅層之前，鰭部109側(cè)壁的凸部被去除，使得鰭部109側(cè)壁表面光滑，減小了鰭部109側(cè)壁線條邊緣粗糙度(Line Edge Roughness，LER)，避免較大LER對鍺近帶隙寬度的影響，確保鍺硅層113具有較大載流子遷移率。
[0114]參照圖21?圖23，圖21是俯視示意圖，圖22是沿圖21的切線JJ所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖23是沿圖21的切線KK所在剖切面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在偽柵溝槽108(參照圖18、圖19)中形成高K柵介質(zhì)層(未示出)和位于高K柵介質(zhì)層上的柵極114。
[0115]在具體實施例中，在偽柵溝槽中形成高K柵介質(zhì)層和柵極114的方法包括:
[0116]形成高K介質(zhì)材料層，高K介質(zhì)材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的材料，高K介質(zhì)材料層覆蓋層間介質(zhì)層和溝槽；
[0117]在高K介質(zhì)材料層上形成柵極材料層，在本實施例中，柵極材料為金屬，使用濺射工藝形成柵極材料層，在其他實施例中，柵極材料也可為其他可行材料，柵極材料層覆蓋高K介質(zhì)材料層、填充滿偽柵溝槽；
[0118]去除高出層間介質(zhì)層107上表面的高K介質(zhì)材料層和柵極材料層，具體使用化學(xué)機械研磨或回刻蝕高K介質(zhì)材料層和柵極材料層，偽柵溝槽中的剩余高K介質(zhì)材料層作為高K柵介質(zhì)層，剩余柵極材料層作為柵極114，在本實施例中，柵極114為金屬柵極。
[0119]在本實施例中，高K柵介質(zhì)層在形成偽柵溝槽后形成。在其他實施例中，還可以是:在形成偽柵極之前，沉積高K介質(zhì)材料層，高K介質(zhì)材料層覆蓋基底和掩模線；之后對高K介質(zhì)材料層進行圖形化，在對應(yīng)偽柵極位置形成高K柵介質(zhì)層。
[0120]結(jié)合參照圖5，現(xiàn)有的鰭式場效應(yīng)晶體管的源極、漏極位于柵極兩側(cè)的鰭部中，在將源極、漏極分別通過導(dǎo)電插塞與其他器件結(jié)構(gòu)連接時，由于鰭部線寬較小，導(dǎo)電插塞底部可能超出鰭部表面，這會增大源極上的導(dǎo)電插塞與源極、漏極上的導(dǎo)電插塞與漏極之間的電阻。使用本實施例形成的鰭式場效應(yīng)晶體管，鰭部僅分布在柵極114下，而源極、漏極在鰭部兩側(cè)的頂部硅層中，頂部硅層的表面尺寸遠大于的鰭部表面尺寸，這樣，位于源極、漏極上的導(dǎo)電插塞與源極、漏極表面能形成有效接觸，減小導(dǎo)電插塞與源極、漏極表面之間的電阻。
[0121]第二實施例
[0122]在第二實施例中，在同一基底上同時形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管和N型鰭式場效應(yīng)晶體管。所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管和N型鰭式場效應(yīng)晶體管組成一個反相器或其他半導(dǎo)體器件。
[0123]參考第一實施例的方案，第二實施例的形成鰭式場效應(yīng)晶體管的方法包括:
[0124]參照圖24，基底300包括第一區(qū)I和第二區(qū)II，在第一區(qū)I將形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在第二區(qū)II將形成N型鰭式場效應(yīng)晶體管；
[0125]參照圖24，在第一區(qū)I形成第一掩模線314和在第二區(qū)I形成第二掩模線324，第一掩模線314和第二掩模線324同步形成，第一掩模線314定義P型鰭式場效應(yīng)晶體管的第一源極、第一漏極和第一鰭部的位置，第二掩模線324定義N型鰭式場效應(yīng)晶體管的第二源極、第二漏極和第二鰭部的位置；
[0126]參照圖24，在基底300上形成偽柵極310，在偽柵極310兩側(cè)側(cè)壁分別形成第一側(cè)墻311，偽柵極310和第一側(cè)墻311橫跨第一掩模線314和第二掩模線324 ；
[0127]在偽柵極310兩側(cè)的第一掩模線314下的基底中形成第一源極、第一漏極(未示出)，在偽柵極310兩側(cè)的第二掩模線324下的基底中形成第二源極、第二漏極(未示出)，第一源極、第一漏極中的摻雜類型為P型摻雜，第二源極、第二漏極中的摻雜類型為N型摻雜，第一源極、第一漏極的形成步驟和第二源極、第二漏極的形成步驟是分別完成的；
[0128]參照圖25，圖25為俯視示意圖，形成層間介質(zhì)層307，層間介質(zhì)層30層間介質(zhì)層307覆蓋偽柵極310兩側(cè)的基底部分、第一硬掩模線和第二硬掩模線，第一硬掩模線和第二硬掩模線不可見，層間介質(zhì)層307上表面與偽柵極310上表面持平；
[0129]參照圖26，去除偽柵極310 (參照圖25)，形成偽柵溝槽，該偽柵溝槽分為第一區(qū)I的第一偽柵溝槽和第二區(qū)的第二偽柵溝槽(未示出)，第一偽柵溝槽將用于形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管的第一柵極，第二溝槽將用于形成N型鰭式場效應(yīng)晶體管的第二柵極；
[0130]參照圖27，圖27為俯視示意圖，去除偽柵溝槽中未被第一掩模線和第二掩模線覆蓋的頂部硅層，暴露基底的絕緣層302，第一掩模線314下的剩余頂部硅層部分作為第一鰭部，第二掩模線324下的剩余頂部硅層作為第二鰭部，第一鰭部和第二鰭部是同步形成；
[0131]參照圖28，在偽柵溝槽中形成P型鰭式場效應(yīng)晶體管的第一柵極319和N型鰭式場效應(yīng)晶體管的第二柵極329，在本實施例中，第一柵極319和第二柵極329可以是同一種材料，這時第一柵極和第二柵極可以在同一步驟中形成；
[0132]在其他實施例中，第一柵極319和第二柵極329的材料也可不相同，第一柵極319和第二柵極329是在不同步驟中分別形成的，根據(jù)不同的材料，調(diào)節(jié)第一柵極319和第二柵極329的電學(xué)參數(shù)，改善晶體管的性能，如第一柵極319的材料為鑰，具有較高功函數(shù)，第二柵極329可以為鑰金屬層和位于鑰金屬層上的鉭金屬層構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，鉭相比于鑰具有較低功函數(shù)。
[0133]在本實施例中，第一柵極319和第二柵極329是相互連接的，P型鰭式場效應(yīng)晶體管和N型鰭式場效應(yīng)晶體管共同構(gòu)成一個反相器或其他協(xié)作工作的器件結(jié)構(gòu)。在其他實施例中，第一柵極319和第二柵極329之間也可是相互隔開的。
[0134]除與第一實施例的區(qū)別之處外，在本實施例中其它未詳細說明的內(nèi)容或可替換方案可參考第一實施例的內(nèi)容，在本實施例中不再贅述。
[0135]參照圖21?圖23，本發(fā)明還提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管，該鰭式場效應(yīng)晶體管包括:
[0136]基底100，基底100為絕緣體上硅基底，絕緣體上硅基底包括底部硅層101、位于底部硅層101上的絕緣層102和位于絕緣層102上的頂部硅層103 ；
[0137]位于基底100上的層間介質(zhì)層107 ；
[0138]位于層間介質(zhì)層107中的偽柵溝槽(未示出)；
[0139]位于偽柵溝槽兩側(cè)頂部硅層中的源極、漏極(未示出)；
[0140]位于所述偽柵溝槽底部的鰭部109，所述鰭部109兩端分別連接源極、漏極；
[0141]位于偽柵溝槽中橫跨鰭部109的高K柵介質(zhì)層(未示出)和位于高K柵介質(zhì)層上的柵極114。
[0142]在具體實施例中，所述鰭式場效應(yīng)晶體管還包括:位于源極、漏極和鰭部109上表面的掩模線104，層間介質(zhì)層107覆蓋掩模線104。
[0143]在具體實施例中，在偽柵溝槽中柵極114兩側(cè)具有第一側(cè)墻111，在第一側(cè)墻111下的頂部硅層側(cè)壁具有第二側(cè)墻112。
[0144]在具體實施例中，所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在鰭部109表面具有鍺硅層113。
[0145]參照圖28，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括:
[0146]基底，基底為絕緣體上硅基底，所述基底包括第一區(qū)I和第二區(qū)II ；
[0147]位于第一區(qū)I的上述鰭式場效應(yīng)晶體管，第一區(qū)I的鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管；
[0148]位于第二區(qū)II的上述鰭式場效應(yīng)晶體管，第二區(qū)II的鰭式場效應(yīng)晶體管為N型鰭式場效應(yīng)晶體管。
[0149]在具體實施例中，P型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料與N型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料可以相同，也可以不相同。
[0150]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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，包括: 提供基底，在所述基底上形成有偽柵極； 在所述偽柵極兩側(cè)的基底中形成源極、漏極； 在所述基底上形成層間介質(zhì)層，所述層間介質(zhì)層上表面與偽柵極上表面持平； 去除所述偽柵極，在所述層間介質(zhì)層中形成偽柵溝槽； 對所述偽柵溝槽底部的基底部分進行圖形化，在所述源極與漏極之間形成鰭部，所述鰭部兩端分別連接源極、漏極； 在所述偽柵溝槽中形成橫跨所述鰭部的高K柵介質(zhì)層和位于高K柵介質(zhì)層上的柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述偽柵極的形成方法包括: 在所述基底上形成偽柵極材料層； 對所述偽柵極材料層進行圖形化，在所述基底上形成偽柵極。
3.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述偽柵極的材料為多晶硅或無定形碳。
4.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，在形成所述偽柵極之前，在所述基底上形成掩模線，所述掩模線覆蓋源極、漏極位置的基底部分，和覆蓋源極、漏極之間的基底部分，所述偽柵極橫跨掩模線。
5.如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述基底為絕緣體上硅基底，所述絕緣體上硅基底包括底部硅層、位于所述底部硅層上的絕緣層和位于所述絕緣層上的頂部硅層； 所述源極、漏極位于所述偽柵極兩側(cè)掩模線下的頂部硅層中； 對所述偽柵溝槽底部的基底部分進行圖形化的方法包括:以所述層間介質(zhì)層和掩模線為掩模，刻蝕偽柵溝槽底部未被掩模線覆蓋的頂部硅層部分，至暴露絕緣層，偽柵溝槽底部掩模線下的剩余頂部硅層作為鰭部。
6.如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，在形成所述鰭部后，使用氫等離子體，或使用氫等離子體和氮等離子體刻蝕鰭部側(cè)壁，去除所述鰭部側(cè)壁的凸部，所述凸部是在刻蝕偽柵溝槽底部的未被掩模線覆蓋的頂部硅層過程中形成。
7.如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，對氫氣進行等離子體化形成氫等離子體； 對氫氣進行等離子體化的功率范圍是IW?500W ;在刻蝕鰭部側(cè)壁過程中，射頻頻率范圍是2MHz?10MHz ;氫氣的流量范圍是1sccm?500sccm。
8.如權(quán)利要求1或4所述的形成方法，其特征在于，在形成所述源極、漏極之前，在所述偽柵極兩側(cè)形成第一側(cè)墻。
9.如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于，在形成所述鰭部后，在所述第一側(cè)墻下的基底側(cè)壁形成第二側(cè)墻。
10.如權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于，所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在形成所述高K柵介質(zhì)層和柵極前，以所述第二側(cè)墻為掩模，在所述鰭部表面外延生長鍺硅層。
11.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述偽柵溝槽中形成高K柵介質(zhì)層和柵極的方法包括: 形成高K介質(zhì)材料層，所述高K介質(zhì)材料層覆蓋層間介質(zhì)層和偽柵溝槽，在所述高K介質(zhì)材料層上形成柵極材料層，所述柵極材料層填充滿偽柵溝槽； 去除高出所述層間介質(zhì)層上表面的高K介質(zhì)材料層和柵極材料層，偽柵溝槽中的剩余高K介質(zhì)材料層作為高K柵介質(zhì)層，剩余柵極材料層作為柵極。
12.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述基底包括第一區(qū)和第二區(qū)，在所述第一區(qū)中形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在所述第二區(qū)中形成的鰭式場效應(yīng)晶體管為N型鰭式場效應(yīng)晶體管； 所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部和N型鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部同步形成。
13.如權(quán)利要求12所述的形成方法，其特征在于，所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料與N型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料不同。
14.一種鰭式場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括: 基底； 位于所述基底上的層間介質(zhì)層； 位于所述層間介質(zhì)層中的偽柵溝槽； 位于所述偽柵溝槽兩側(cè)基底中的源極、漏極； 位于所述偽柵溝槽底部的鰭部，所述鰭部兩端分別連接源極、漏極； 位于所述偽柵溝槽中橫跨鰭部的高K柵介質(zhì)層和位于高K柵介質(zhì)層上的柵極。
15.如權(quán)利要求14所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，其特征在于，還包括位于源極、漏極和鰭部上表面的掩模線，所述層間介質(zhì)層和高K柵介質(zhì)層覆蓋掩模線。
16.如權(quán)利要求14或15所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，其特征在于，在所述偽柵溝槽中柵極兩側(cè)具有第一側(cè)墻。
17.如權(quán)利要求16所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，其特征在于，在所述第一側(cè)墻下的基底側(cè)壁具有第二側(cè)墻。
18.如權(quán)利要求17所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管，在所述鰭部表面具有鍺硅層。
19.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括: 基底，所述基底包括第一區(qū)和和第二區(qū)； 位于第一區(qū)的權(quán)利要求14?18任一項所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，第一區(qū)的所述鰭式場效應(yīng)晶體管為P型鰭式場效應(yīng)晶體管； 位于第二區(qū)的權(quán)利要求14?17任一項所述的鰭式場效應(yīng)晶體管，第二區(qū)的所述鰭式場效應(yīng)晶體管為N型場效應(yīng)晶體管。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述P型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料與N型鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極的材料不同。
【文檔編號】H01L29/78GK104425279SQ201310398738
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】張海洋, 王冬江 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司