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(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝節(jié)點(diǎn)逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應(yīng)用，以獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當(dāng)器件的特征尺寸進(jìn)一步下降時(shí)，即使采用后柵工藝，常規(guī)的mos場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)無法滿足對(duì)器件性能的需求，多柵器件作為常規(guī)器件的替代得到了廣泛的關(guān)注。

鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種常見的多柵器件，如圖1所示，為現(xiàn)有的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底10；位于襯底10上的若干鰭部20；位于半導(dǎo)體襯底10表面的隔離層30，所述隔離層30的表面低于鰭部20的頂部表面，并且覆蓋鰭部20的部分側(cè)壁；位于隔離層30表面且橫跨所述鰭部20的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層41和位于所述柵介質(zhì)層41表面的柵極42。所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部20內(nèi)還形成有源極和漏極。為了提高鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)面積，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)通常橫跨多個(gè)鰭部20。

現(xiàn)有技術(shù)在形成所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的過程中，通長(zhǎng)會(huì)在柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)域與源極、漏極區(qū)域之間進(jìn)行口袋離子注入，所述口袋離子注入的摻雜離子類型與待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型相反，可以提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極之間的穿通電壓，從而抑制鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏穿通效應(yīng)，提高鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行的口袋離子注入的效果較差，口袋注入的摻雜離子很難進(jìn)入靠近源極區(qū)域、漏極區(qū)域中靠近溝道區(qū)域的部分，從而對(duì)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能改善有限，需要進(jìn)一步改善所述口袋離子注入的工藝，以進(jìn)一步提高鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

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(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，提高形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。

為解決上述問題，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)體襯底表面形成有兩個(gè)以上分立且平行排列的鰭部；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層，所述隔離層表面低于鰭部的頂部表面且覆蓋鰭部的部分側(cè)壁；在所述隔離層表面形成橫跨一個(gè)或多個(gè)鰭部的偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)覆蓋所述鰭部側(cè)壁和頂部；對(duì)所述鰭部進(jìn)行口袋離子注入，所述口袋離子注入方向垂直于鰭部的長(zhǎng)度方向；在偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻，然后對(duì)偽柵結(jié)構(gòu)和側(cè)墻兩側(cè)的鰭部進(jìn)行輕摻雜離子注入。

可選的，所述口袋離子注入方向與半導(dǎo)體襯底的法線之間的夾角為0°～20°。

可選的，所述口袋離子注入分成兩次，分別對(duì)鰭部的兩側(cè)進(jìn)行。

可選的，所述口袋離子注入的離子類型與待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型相反。

可選的，所述口袋離子注入在鰭部?jī)?nèi)形成口袋摻雜區(qū)，所述口袋摻雜區(qū)位于鰭部的沿寬度方向的中間位置。

可選的，還包括：在形成側(cè)墻之后，對(duì)鰭部進(jìn)行補(bǔ)充口袋離子注入。

可選的，所述補(bǔ)充口袋離子注入在輕摻雜離子注入之前進(jìn)行。

可選的，所述補(bǔ)充口袋離子注入在輕摻雜離子注入之后進(jìn)行。

可選的，所述補(bǔ)充口袋離子注入的方向在襯底表面的投影與鰭部的長(zhǎng)度方向之間的夾角小于90°。

可選的，所述偽柵結(jié)構(gòu)頂部具有硬掩膜層。

可選的，所述側(cè)墻的形成方法包括：形成覆蓋隔離層、鰭部、硬掩膜層的側(cè)墻材料層。

可選的，還包括：刻蝕所述側(cè)墻材料層，形成位于偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面的 側(cè)墻。

可選的，所述側(cè)墻的材料為氧化硅或氮化硅。

可選的，還包括：刻蝕偽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部，形成凹槽，在所述凹槽內(nèi)外延形成應(yīng)力層，作為源極和漏極。

可選的，所述應(yīng)力層的材料為sige、sic或sip。

可選的，采用原位摻雜工藝，在外延形成應(yīng)力層的過程中，對(duì)所述應(yīng)力層進(jìn)行n型或p型離子摻雜。

可選的，所述口袋離子注入的離子能量為0kev～60kev，劑量為1e13atom/cm²～1e14atom/cm²。

可選的，還包括去除所述偽柵結(jié)構(gòu)，形成橫跨鰭部的柵極結(jié)構(gòu)。

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)明的技術(shù)方案，在形成橫跨鰭部的偽柵結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行口袋離子注入，然后再形成側(cè)墻。所述口袋離子注入的所述口袋離子注入的方向與偽柵結(jié)構(gòu)平行，垂直與鰭部，從而可以避免鰭部長(zhǎng)度方向上對(duì)注入離子的阻擋作用，改善離子注入的陰影效應(yīng)。而且，由于偽柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁沒有形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)，平行于偽柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行口袋離子注入，可以使形成的口袋摻雜區(qū)與偽柵結(jié)構(gòu)之間的距離很小，通過擴(kuò)散即可以使的偽柵結(jié)構(gòu)下方具有口袋摻雜區(qū)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以減小所述口袋離子注入的劑量，從而降低形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電阻。

進(jìn)一步，可以通過調(diào)整所述口袋離子注入的離子能量，控制注入離子的深度，從而使得口袋摻雜區(qū)位于鰭部的沿寬度方向的中間位置，從而能起到最佳的防穿通效果。

進(jìn)一步，在形成側(cè)墻之后，還可以進(jìn)行補(bǔ)充口袋離子注入。由于所述輕摻雜離子注入的離子類型與口袋摻雜區(qū)內(nèi)的摻雜離子類型相反，在擴(kuò)散作用下，會(huì)導(dǎo)致口袋摻雜區(qū)內(nèi)的帶電離子濃度下降，從而進(jìn)行補(bǔ)充口袋離子注入可以彌補(bǔ)帶電離子濃度的下降，加強(qiáng)所述口袋摻雜區(qū)的防源漏穿通效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有的對(duì)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行的口袋離子注入進(jìn)入源極區(qū)域、漏極區(qū)域中靠近溝道區(qū)域的離子劑量較小，對(duì)源漏極的穿通現(xiàn)象改善有限。

研究發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有技術(shù)通常會(huì)在半導(dǎo)體襯底上形成若干相鄰的鰭部，并且，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)通常也會(huì)同時(shí)橫跨多個(gè)鰭部，以提高鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)面積。由于現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片的集成度都較高，所以，相鄰鰭部之間的間距也較小。為了改善短溝道效應(yīng)，通常會(huì)在柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成側(cè)墻之后，再進(jìn)行口袋離子注入。所述口袋離子注入需要將摻雜離子注入溝道區(qū)域與源漏極區(qū)域之間的鰭部?jī)?nèi)，所以，所述口袋離子注入的注入方向通常會(huì)與鰭部的高度方向以及鰭部的長(zhǎng)度方向之間具有一定的夾角，以將摻雜離子注入鰭部靠近柵極結(jié)構(gòu)的位置處。

由于所述鰭部為凸起的立體結(jié)構(gòu)，需要分別對(duì)源極和漏極的兩側(cè)進(jìn)行離子注入，現(xiàn)有在進(jìn)行離子注入的過程中，在離子注入方向與鰭部的高度方向支架的夾角一定的情況下，一般使得離子注入方向在半導(dǎo)體襯底上的投影與鰭部長(zhǎng)度方向之間的夾角為45°或90°，以便于對(duì)源極和漏極不同位置進(jìn)行離子注入時(shí)，方便調(diào)整注入的角度。

當(dāng)所述夾角為45°時(shí)，由于相鄰鰭部之間的距離較小，在進(jìn)行口袋離子注入的過程中，相鄰的鰭部會(huì)對(duì)注入的離子束有一定的遮擋作用，從而對(duì)離子注入產(chǎn)生陰影效應(yīng)，導(dǎo)致上述口袋離子注入到達(dá)溝道區(qū)域附近的數(shù)量減少，無法有效改善源漏穿通問題；而當(dāng)所述夾角為90°時(shí)，由于側(cè)墻的阻擋，又很難使的注入離子進(jìn)入溝道區(qū)域內(nèi)，不能有效改善源漏穿通效應(yīng)。

本申請(qǐng)的實(shí)施例，在形成橫跨鰭部的偽柵結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)行口袋離子注入，所述口袋離子注入方向垂直于鰭部的長(zhǎng)度方向，能夠改善陰影效應(yīng)。

本實(shí)施例中，所述口袋離子注入的方向與所述半導(dǎo)體襯底的法線之間的 夾角為0°～20°，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以根據(jù)所述鰭部的高度和相鄰鰭部之間的間距，調(diào)整所述口袋離子注入與半導(dǎo)體襯底法線之間的夾角。

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)的說明。

請(qǐng)參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100表面形成有兩個(gè)以上分立且平行排列的鰭部101；在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成隔離層200，所述隔離層200表面低于鰭部101的頂部表面且覆蓋鰭部101的部分側(cè)壁；在所述隔離層200表面形成橫跨一個(gè)或多個(gè)鰭部101的偽柵結(jié)構(gòu)300，所述偽柵結(jié)構(gòu)300覆蓋所述鰭部101側(cè)壁和頂部。

所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底100的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為單晶硅晶圓。

可以通過對(duì)半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行刻蝕在所述半導(dǎo)體襯底100上形成鰭部101，也可以在所述半導(dǎo)體襯底100上形成外延層之后，刻蝕所述外延層形成所述鰭部101。

本實(shí)施例中，以在半導(dǎo)體襯底100上形成五個(gè)鰭部101作為示例，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100上還可以形成有多個(gè)分立且平行排列的鰭部101。

所述隔離層200的材料可以是氧化硅、氮化硅、碳氧化硅等絕緣介質(zhì)材料，所述隔離層200作為相鄰鰭部101之間的隔離結(jié)構(gòu)，以及后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體襯底100之間的隔離結(jié)構(gòu)。

所述隔離層200的形成方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底100上沉積隔離材料，所述隔離材料覆蓋鰭部101，并且填充滿相鄰所述鰭部101之間的凹槽；以所述鰭部101頂部作為研磨停止層，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)所述隔離材料進(jìn)行平坦化處理，形成與鰭部101頂部表面齊平的隔離材料層；然后，對(duì)所述隔離材料層進(jìn)行回刻蝕，使所述隔離材料層的表面高度下降，形成表面 低于鰭部101頂部表面的隔離層200。

形成所述鰭部101之后，可以對(duì)所述鰭部101進(jìn)行離子摻雜，例如阱摻雜，閾值調(diào)整摻雜等。

所述偽柵結(jié)構(gòu)300包括：偽柵介質(zhì)層(圖中未示出)和位于所述偽柵介質(zhì)層表面的偽柵極。所述偽柵介質(zhì)層的材料為氧化硅，所述偽柵極的材料為多晶硅，后續(xù)采用后柵工藝，形成金屬柵極結(jié)構(gòu)以取代所述偽柵結(jié)構(gòu)300。

所述偽柵結(jié)構(gòu)還具有硬掩膜層，包括氮化硅層401和位于氮化硅層401表面的氧化硅層402。在形成所述偽柵結(jié)構(gòu)300之前，可以對(duì)鰭部表面進(jìn)行氧化處理，形成氧化層，作為偽柵介質(zhì)層。

所述偽柵結(jié)構(gòu)300的形成方法包括：在所述隔離層200表面形成偽柵介質(zhì)材料層，所述偽柵介質(zhì)材料層覆蓋所述隔離層200和鰭部101，在所述偽柵介質(zhì)材料層表面形成偽柵極材料層，然后在所述偽柵極材料層表面形成硬掩膜層，以所述硬掩膜層為掩膜，對(duì)所述偽柵極材料層和偽柵介質(zhì)材料層進(jìn)行圖形化，形成橫跨鰭部101的偽柵結(jié)構(gòu)300。

請(qǐng)參考圖3，對(duì)所述鰭部101進(jìn)行口袋離子注入，所述口袋離子注入方向垂直于鰭部101的長(zhǎng)度方向，且與所述半導(dǎo)體襯底100的法線之間的夾角為0°～20°。

所述偽柵結(jié)構(gòu)300一側(cè)的鰭部101為源極或漏極區(qū)域，所述口袋離子注入需要在晶體管的溝道區(qū)域與源極或漏極區(qū)域之間形成口袋摻雜區(qū)，且所述口袋離子注入的摻雜離子類型與待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型相反，以提高晶體管的源漏極穿通電壓。

所述口袋離子注入的方向與偽柵結(jié)構(gòu)300平行，垂直與鰭部101，從而可以避免鰭部101長(zhǎng)度方向上對(duì)注入離子的阻擋作用，而且，由于偽柵結(jié)構(gòu)300側(cè)壁沒有形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)，平行于偽柵結(jié)構(gòu)300進(jìn)行口袋離子注入，可以使形成的口袋摻雜區(qū)與偽柵結(jié)構(gòu)300之間的距離很小，通過擴(kuò)散即可以使的偽柵結(jié)構(gòu)下方具有口袋摻雜區(qū)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以減小所述口袋離子注入的劑量，從而降低形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電阻。

所述口袋離子注入的離子能量為0kev～60kev，劑量為1e13 atom/cm²～1e14atom/cm²。

本實(shí)施例中，所述口袋離子注入分成兩次進(jìn)行，分別對(duì)鰭部101的兩側(cè)進(jìn)行注入，這樣可以減少單次注入的離子劑量，從而減少對(duì)鰭部101的單側(cè)表面受到的注入損傷。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以僅在鰭部101的一側(cè)進(jìn)行上述口袋離子注入。

請(qǐng)參考圖4，為形成口袋摻雜區(qū)102之后，沿垂直鰭部101方向的剖面示意圖。

本實(shí)施例中，通過調(diào)整所述口袋離子注入的離子能量，控制注入離子的深度，從而使得口袋摻雜區(qū)102位于鰭部101的沿寬度方向的中間位置，從而能起到最佳的防穿通效果。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述口袋摻雜區(qū)102也可以是在其他位置。

請(qǐng)參考圖5，在所述偽柵結(jié)構(gòu)300(請(qǐng)參考圖4)側(cè)壁形成側(cè)墻500，然后對(duì)偽柵結(jié)構(gòu)和側(cè)墻200兩側(cè)的鰭部101進(jìn)行輕摻雜離子注入。

本實(shí)施例中，所述側(cè)墻500的形成方法包括：形成覆蓋隔離層200、鰭部101、硬掩膜401、402的側(cè)墻材料層。位于偽柵結(jié)構(gòu)300側(cè)壁表面的部分側(cè)墻材料層作為側(cè)墻500，本實(shí)施例中，保留了其他位置的側(cè)墻材料層。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以對(duì)所述側(cè)墻材料層進(jìn)行刻蝕，僅保留位于偽柵結(jié)構(gòu)300側(cè)壁上的側(cè)墻材料層，作為側(cè)墻500。

所述側(cè)墻500的材料可以為氧化硅或氮化硅，本實(shí)施例中，所述側(cè)墻500的材料為氮化硅。可以采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述側(cè)墻材料層。

形成所述側(cè)墻500之后，對(duì)所述偽柵結(jié)構(gòu)500及其側(cè)壁上的側(cè)墻500兩側(cè)的鰭部進(jìn)行輕摻雜離子注入，所述輕摻雜離子注入的離子類型與待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型一致，用于改善晶體管的短溝道效應(yīng)。

通過調(diào)整所述側(cè)墻500的厚度，可以限定形成的輕摻雜注入?yún)^(qū)與偽柵結(jié)構(gòu)500下方的溝道區(qū)域之間的距離。

請(qǐng)參考圖6為進(jìn)行所述輕摻雜離子注入，形成輕摻雜區(qū)103之后的沿鰭 部長(zhǎng)度方向的剖面示意圖。

所述口袋摻雜區(qū)101位于輕摻雜區(qū)103與溝道區(qū)域之間能夠防止源漏穿通問題。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，在形成所述側(cè)墻500之后，還可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)鰭部101進(jìn)行補(bǔ)充口袋離子注入。所述補(bǔ)充口袋離子注入在輕摻雜離子注入之前進(jìn)行，也可以在輕摻雜離子注入之后進(jìn)行。

由于所述輕摻雜離子注入的離子類型與口袋摻雜區(qū)102內(nèi)的摻雜離子類型相反，在擴(kuò)散作用下，會(huì)導(dǎo)致口袋摻雜區(qū)102內(nèi)的帶電離子濃度下降，從而進(jìn)行補(bǔ)充口袋離子注入可以彌補(bǔ)帶電離子濃度的下降，加強(qiáng)所述口袋摻雜區(qū)的防源漏穿通效果。

所述補(bǔ)充口袋離子注入的方向在襯底表面的投影與鰭部的長(zhǎng)度方向之間的夾角小于90°，以確保所述補(bǔ)充口袋離子注入的離子能夠進(jìn)入輕摻雜區(qū)103與偽柵結(jié)構(gòu)300下方的溝道區(qū)域之間。

本實(shí)施例中，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法還包括：刻蝕偽柵結(jié)構(gòu)300兩側(cè)的鰭部101，形成凹槽，在所述凹槽101內(nèi)外延形成應(yīng)力層，作為源極和漏極。

所述應(yīng)力層的材料可以為sige、sic或sip等，若所述待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管為p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則所述應(yīng)力層的材料可以為sige，若所述待形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管為n型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，則所述應(yīng)力層的材料為sip。

在外延形成應(yīng)力層的過程中，可以采用原位摻雜工藝，對(duì)所述應(yīng)力層進(jìn)形n型或p型離子摻雜，或?qū)π纬傻膽?yīng)力層進(jìn)行中摻雜離子注入，使所述應(yīng)力層為n型或p型摻雜。

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)。