本發(fā)明涉及半導體制作領(lǐng)域，特別涉及一種鰭式場效應晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)：

隨著半導體工藝技術(shù)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，Critical Dimension)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，鰭式場效應晶體管(Fin FET)作為常規(guī)器件的替代得到了廣泛的關(guān)注。

現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場效應晶體管，包括：半導體襯底，所述半導體襯底上形成有凸出的鰭部，鰭部一般是通過對半導體襯底刻蝕后得到的；隔離層，覆蓋所述半導體襯底的表面以及鰭部的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)，橫跨在所述鰭部上，覆蓋所述鰭部的頂端和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層上的柵電極；位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)。

現(xiàn)有鰭式場效應晶體管的性能仍有待提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提高形成的鰭式場效應晶體管的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明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，所述半導體襯底內(nèi)形成有若干第一凹槽；

在所述半導體襯底上形成硅鍺層，所述硅鍺層填充滿第一凹槽；

刻蝕去除部分厚度的硅鍺層，在所述硅鍺層中形成若干第二凹槽；

對所述第二凹槽側(cè)壁和底部的硅鍺層進行平坦化處理；

進行平坦化處理后，在所述第二凹槽中形成填充滿第二凹槽的磷化銦層；

回刻蝕去除磷化銦層之間的硅鍺層，暴露出磷化銦層的側(cè)壁表面；

在所述磷化銦層的頂部和側(cè)壁表面上形成銦鎵砷層；

在所述銦鎵砷層表面上形成高K介質(zhì)層；

在所述高K介質(zhì)層上形成金屬柵電極。

可選的，所述硅鍺層的厚度為15～550納米。

可選的，所述硅鍺層的形成過程為：采用外延工藝形成覆蓋所述半導體襯底且填充滿第一凹槽的硅鍺材料層；平坦化所述硅鍺材料層，形成硅鍺層。

可選的，在刻蝕所述硅鍺層之前，在所述硅鍺層的表面形成圖形化的硬掩膜層。

可選的，所述圖形化的硬掩膜層的厚度為10～100nm，圖形化的硬掩膜層的材料為氧化硅或氮化硅。

可選的，所述硅鍺層中形成的第二凹槽的深度為10～500nm，寬度為5～50nm。

可選的，刻蝕所述硅鍺層采用各向異性的干法刻蝕工藝。

可選的，所述各向異性的異性的干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體為Cl₂或NF₃，腔室壓力為2～50mtorr，源功率為50～1500W，偏置功率為10～1000W，腔室溫度為20～100攝氏度。

可選的，所述平坦化處理的過程為采用含氫氣體的退火處理。

可選的，含氫氣體的退火處理的退火處理采用的氣體包括H₂，H₂的流量為100～200sccm，退火溫度為700～1100℃，退火時間為2～10min。

可選的，所述磷化銦層的形成工藝為分子束外延。

可選的，回刻蝕所述硅鍺采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液、雙氧水溶液和醋酸溶液的混合溶液。

可選的，所述刻蝕溶液由體積百分比濃度為5％～6％的氫氟酸溶液、體積百分比濃度為25％～35％的雙氧水溶液以及體積百分比濃度為97％～99.8％的醋酸溶液以1:1；1的體積混合而成。

可選的，所述銦鎵砷層的厚度為1～10nm。

可選的，銦鎵砷層的形成工藝為分子束外延工藝。

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：

本發(fā)明的鰭式場效應晶體管的形成方法，在所述半導體襯底內(nèi)形成有若干第一凹槽；在所述半導體襯底上形成硅鍺層，所述硅鍺層填充滿第一凹槽；刻蝕去除部分厚度的硅鍺層，在所述硅鍺層中形成若干第二凹槽；對所述第二凹槽側(cè)壁和底部的硅鍺層進行平坦化處理；進行平坦化處理后，在所述第二凹槽中形成填充滿第二凹槽的磷化銦層；回刻蝕去除磷化銦層之間的硅鍺層，暴露出磷化銦層的側(cè)壁表面；在所述磷化銦層的頂部和側(cè)壁表面上形成銦鎵砷層；在所述銦鎵砷層表面上形成高K介質(zhì)層；在所述高K介質(zhì)層上形成金屬柵電極。所述硅鍺層作為形成磷化銦層的緩沖層，以減少形成磷化銦層時的缺陷，在硅鍺層層形成第二凹槽后，對第二凹槽進行平坦化處理，使得第二凹槽的側(cè)壁具有平坦的表面，在第二凹槽中形成磷化銦層時，使得形成的磷化銦層的與硅鍺層接觸的兩側(cè)側(cè)壁具有平坦的表面，所述磷化銦層作為形成銦鎵砷層的緩沖層，由于磷化銦層具有平坦的表面，使得磷化銦層的頂部和側(cè)壁表面上形成銦鎵砷層也具有平坦的表面，銦鎵砷層與高K介質(zhì)層的接觸界面良好，銦鎵砷層中作為溝道層時，銦鎵砷層中載流子的遷移率提升。

進一步，含氫氣體的退火處理的退火處理采用的氣體包括H₂，H₂的流量為100～200sccm，退火溫度為700～1100℃，退火時間為2～10min，使得對第二凹槽的側(cè)壁表面的平坦化效果較好。

附圖說明

圖1～圖9為本發(fā)明實施例鰭式場效應晶體管形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)有鰭式場效應晶體管的性能仍有待提升，比如現(xiàn)有鰭式場效應晶體管載流子遷移率還有待提升。

為此本發(fā)明提供了一種鰭式場效應晶體管及其形成方法，本發(fā)明的鰭式 場效應晶體管的形成方法，在所述半導體襯底內(nèi)形成有若干第一凹槽；在所述半導體襯底上形成硅鍺層，所述硅鍺層填充滿第一凹槽；刻蝕去除部分厚度的硅鍺層，在所述硅鍺層中形成若干第二凹槽；對所述第二凹槽側(cè)壁和底部的硅鍺層進行平坦化處理；進行平坦化處理后，在所述第二凹槽中形成填充滿第二凹槽的磷化銦層；回刻蝕去除磷化銦層之間的硅鍺層，暴露出磷化銦層的側(cè)壁表面；在所述磷化銦層的頂部和側(cè)壁表面上形成銦鎵砷層；在所述銦鎵砷層表面上形成高K介質(zhì)層；在所述高K介質(zhì)層上形成金屬柵電極。所述硅鍺層作為形成磷化銦層的緩沖層，以減少形成磷化銦層時的缺陷，在硅鍺層層形成第二凹槽后，對第二凹槽進行平坦化處理，使得第二凹槽的側(cè)壁具有平坦的表面，在第二凹槽中形成磷化銦層時，使得形成的磷化銦層的與硅鍺層接觸的兩側(cè)側(cè)壁具有平坦的表面，所述磷化銦層作為形成銦鎵砷層的緩沖層，由于磷化銦層具有平坦的表面，使得磷化銦層的頂部和側(cè)壁表面上形成銦鎵砷層也具有平坦的表面，銦鎵砷層與高K介質(zhì)層的接觸界面良好，銦鎵砷層中作為溝道層時，銦鎵砷層中載流子的遷移率提升。

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。在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發(fā)明的保護范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

圖1～圖9為本發(fā)明實施例鰭式場效應晶體管形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

請參考圖1，提供半導體襯底200，所述半導體襯底200內(nèi)形成有若干第一凹槽201。

所述半導體襯底200可以是硅或者絕緣體上硅(SOI)，所述半導體襯底200也可以是鍺、鍺硅、砷化鎵或者絕緣體上鍺或其他合適的材料，本實施中所述半導體襯底200的材料為硅。

所述半導體襯底200內(nèi)形成有若干第一凹槽201，所述第一凹槽201的數(shù)量至少為1個，所述第一凹槽201的作用后續(xù)在形成硅鍺層時將硅鍺層中的線狀缺陷約束在第一凹槽內(nèi)，防止在第一凹槽201外的硅鍺層中形成線狀缺 陷。

所述第一凹槽201的形成過程為：在所述半導體襯底表面上形成圖形化的掩膜層(圖中未示出)，所述圖形化的掩膜層中具有暴露出半導體襯底表面的若干開口，所述圖形化的材料為硬掩膜材料(比如氮化硅等)或光刻膠材料；以所述圖形化的掩膜為掩膜刻蝕所述半導體襯底，在所述半導體襯底200中形成第一凹槽201。

參考圖2，在所述半導體襯底200上形成硅鍺層203，所述硅鍺層203填充滿第一凹槽201(參考圖1)。

所述硅鍺層203作為后續(xù)形成磷化銦層時的緩沖層，由于硅鍺材料與磷化銦材料具有相似的晶格，使得磷化銦容易在硅鍺材料上外延生長，使得形成磷化銦層中的缺陷較少，并使得與硅鍺層接觸的磷化銦層表面保持較好的界面形貌。

所述硅鍺層203的形成過程為：采用外延工藝形成覆蓋所述半導體襯底200且填充滿第一凹槽的硅鍺材料層；平坦化所述硅鍺材料層，形成硅鍺層203。

所述硅鍺層203的形成工藝為外延工藝，硅鍺層203的厚度為1000～10000埃。

參考圖3和圖4，刻蝕去除部分厚度的硅鍺層203，在所述硅鍺層203中形成若干第二凹槽205。

在刻蝕所述硅鍺層203之前，在所述硅鍺層203的表面形成圖形化的硬掩膜層204，所述硬掩膜層204具有暴露出硅鍺層203表面的若干開口，所述硬掩膜層204作為刻蝕硅鍺層203時的掩膜。

在一實施例中，所述圖形化的硬掩膜層204的厚度為10～100nm，圖形化的硬掩膜層204的材料為氧化硅或氮化硅，或者也可以為其他合適的材料。

所述第二凹槽205限定了后續(xù)形成的磷化銦層的形狀，所述第二凹槽205為后續(xù)磷化銦層的形成提供了空間，所述第二凹槽205的深度小于半導體襯底200上的硅鍺層的厚度，使得第二凹槽205的底部和側(cè)壁均是硅鍺材料， 以保證磷化銦層的生長環(huán)境。

在一實施例中，所述硅鍺層203中形成的第二凹槽205的深度為10～500nm，寬度為5～50nm。

刻蝕所述硅鍺層203采用各向異性的干法刻蝕工藝。

在一實施例中，所述各向異性的異性的干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體為Cl₂或NF₃，腔室壓力為2～50mtorr，源功率為50～1500W，偏置功率為10～1000W，腔室溫度為20～100攝氏度，以減少第二凹槽205側(cè)壁和底部粗糙度，以利于后續(xù)平坦化工藝的進行或者減小后續(xù)進行平坦化工藝的難度。

參考圖5，對所述第二凹槽205側(cè)壁和底部的硅鍺層進行平坦化處理21。

對第二凹槽205進行平坦化處理的目的是使得第二凹槽的側(cè)壁和底部具有平坦的表面，后續(xù)在第二凹槽中生長磷化銦層時，為磷化銦層的生長提供了良好的界面環(huán)境，使得與第二凹槽接觸部分的磷化銦層側(cè)壁和底部具有平坦的表面。

本實施例中，所述平坦化處理21的過程為采用含氫氣體的退火處理。在本發(fā)明的其他實施例中可以采用其他合適的平坦化工藝。

在一具體的實施例中，所述含氫氣體的退火處理的退火處理采用的氣體包括H₂，H₂的流量為100～200sccm，退火溫度為700～1100℃，退火時間為2～10min，在700～1100℃的溫度下，第二凹槽205側(cè)壁表面的凸起的硅鍺材料處于熔融狀態(tài)并且氫氣的作用下遷移，從而使得對第二凹槽的側(cè)壁表面的平坦化效果較好。

參考圖6，進行平坦化處理后，在所述第二凹槽205(參考圖3)中形成填充滿第二凹槽的磷化銦層206。

本實施例中，所述形成的磷化銦層206還填充滿圖形化的硬掩膜層204中的開口。

所述磷化銦層206作為后續(xù)形成銦鎵砷層的緩沖層，以提高形成的銦鎵砷層界面性能，減少形成的銦鎵砷層中的缺陷。

所述磷化銦層206的形成工藝為分子束外延。

硅鍺層作為磷化銦層生長的緩沖層，由于第二凹槽205的側(cè)壁和底部具有平坦的表面為磷化銦層的生長提供了平坦的表面，使得形成的磷化銦層206表面的平坦度較高，另外采用分子束外延形成磷化銦層，分子束外延形成磷化銦層時的生長速度較慢，中性粒子(原子或分子)一個一個地堆積在第二凹槽側(cè)壁和底部表面上進行生長，并按晶體排列一層層的在第二凹槽的側(cè)壁和底部表面上形成薄膜，進一步提高了形成的磷化銦層與第二凹槽接觸面的表面平坦度。

參考圖7，回刻蝕去除磷化銦層206之間的硅鍺層，暴露出磷化銦層206的側(cè)壁表面。

在回刻蝕去除磷化銦層206之間的硅鍺層之前，去除硅鍺層上的圖形化的硬掩膜層204(參考圖7)。

去除所述圖形化的硬掩膜層204采用濕法刻蝕工藝或其他合適的工藝。在一實施例中，去除圖形化的硬掩膜層204的濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為磷酸溶液或氫氟酸溶液。

回刻蝕所述硅鍺層采用各向同性的濕法刻蝕工藝或各向同性的干法刻蝕工藝，以干凈的去除磷化銦層206之間的硅鍺層，防止磷化銦層206的側(cè)壁存在硅鍺材料的殘留，為后續(xù)磷化銦層的形成提供了良好的表面。在一具體實施例中，去除磷化銦層206之間的硅鍺層的濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液、雙氧水溶液和醋酸溶液的混合溶液，所述刻蝕溶液由體積百分比濃度為5％～6％的氫氟酸溶液、體積百分比濃度為25％～35％的雙氧水溶液以及體積百分比濃度為97％～99.8％的醋酸溶液以1:1；1的體積混合而成。

參考圖8，在所述磷化銦層206的頂部和側(cè)壁表面上形成銦鎵砷層207；在所述銦鎵砷層207表面上形成高K介質(zhì)層208。

所述銦鎵砷層207作為鰭式場效應晶體管的溝道層，以提高載流子的遷移率。

所述銦鎵砷層207的形成工藝為分子束外延。

前述形成的磷化銦層206具有平坦的表面，因而為銦鎵砷層207提供了平坦的生長表面，有利于提高形成的銦鎵砷層207的表面平坦度，另外采用 分子束外延形成銦鎵砷層207，分子束外延形成銦鎵砷層時的生長速度較慢，中性粒子(原子或分子)一個一個地堆積在磷化銦層206表面上進行生長，并按晶體排列一層層的在磷化銦層206表面上形成薄膜，使得最終形成銦鎵砷層207的表面平坦度較高。

銦鎵砷層207的表面平坦度提高，使得銦鎵砷層207與后續(xù)形成的高K介質(zhì)層的界面接觸性能較高，有利于提高銦鎵砷層207中電子的遷移率。

銦鎵砷層207中In:Ga:As原子比例為0.53:0.47:1，以使的電子的遷移率較大。

所述高K介質(zhì)層208的材料為HfO₂、TiO₂、HfZrO、HfSiNO、Ta₂O₅、ZrO₂、ZrSiO₂、Al₂O₃、SrTiO₃或BaSrTiO。本實施例中，所述高K介質(zhì)層208的材料為Al₂O₃。

所述高K介質(zhì)層208的形成工藝為化學氣相沉積或原子層沉積。

參考圖9，形成覆蓋所述高K介質(zhì)層208的金屬柵電極210。

所述金屬柵電極210的材料為W、Al、Cu、Ti、Ag、Au、Pt、Ni其中一種或幾種。

所述金屬柵電極210至少覆蓋一個磷化銦層206。

本發(fā)明實施例還提供了一種鰭式場效應晶體管，請參考圖9，包括：

半導體襯底200，所述半導體襯底200內(nèi)形成有若干第一凹槽；

位于所述半導體襯底200上的硅鍺層203，所述硅鍺層203填充滿第一凹槽；

位于硅鍺層203上若干分立的磷化銦層206；

覆蓋磷化銦層206的頂部和側(cè)壁表面的銦鎵砷層207；

位于銦鎵砷層207表面上的高K介質(zhì)層208；

覆蓋所述高K介質(zhì)層208的金屬柵電極210。

在一實施例中，所述銦鎵砷層207的厚度為1～10nm

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)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。