N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法
【專利摘要】一種N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法,其中,一種N型鰭式場(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)體襯底具有鰭部;形成橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu);在所述鰭部表面形成摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層;在所述第一半導(dǎo)體材料層上形成摻雜有勢(shì)壘降低離子的第二半導(dǎo)體材料層;在所述第二半導(dǎo)體材料層上形成金屬層;對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理,形成接觸電阻減小層。采用本發(fā)明的方法形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管降低了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極上的寄生電阻,提高了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
【專利說明】
N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造,尤其涉及N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更低的技術(shù)節(jié)點(diǎn)的發(fā)展,漸漸開始從平面CMOS晶體管向三維鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)過渡。FinFET中,柵極結(jié)構(gòu)至少可以從兩側(cè)對(duì)溝道進(jìn)行控制,具有比平面MOSFET器件強(qiáng)得多的柵對(duì)溝道的控制能力,能夠很好的抑制短溝道效應(yīng)。而且相對(duì)其它器件具有更好的與現(xiàn)有的集成電路生產(chǎn)技術(shù)的兼容性。
[0003]參考圖1至圖5,現(xiàn)有技術(shù)中的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法如下:
[0004]首先,參考圖1和圖2,提供半導(dǎo)體襯底10,所述半導(dǎo)體襯底10具有鰭部11。具體如下:
[0005]所述半導(dǎo)體襯底10包括具有至少兩個(gè)分立的凸起結(jié)構(gòu)的娃襯底101和位于凸起結(jié)構(gòu)之間的絕緣層102,絕緣層102低于所述凸起結(jié)構(gòu)。高于絕緣層102的凸起結(jié)構(gòu)為鰭部
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[0006]接著,形成橫跨鰭部11的柵極結(jié)構(gòu)12。其中柵極結(jié)構(gòu)12包括柵氧層121和位于柵氧層121之上的柵極層122。
[0007]接著,在半導(dǎo)體襯底10、鰭部11的頂部和側(cè)壁、柵極結(jié)構(gòu)12的頂部和側(cè)壁形成側(cè)墻材料層13’。
[0008]接著,參考圖3,在柵極結(jié)構(gòu)12的周圍形成柵極結(jié)構(gòu)側(cè)墻(圖未示),此時(shí),鰭部11的周圍形成側(cè)墻13a,側(cè)墻13a包括位于底部的氧化硅側(cè)墻131和位于氧化硅側(cè)墻131上的氮化硅側(cè)墻132。
[0009]接著,參考圖4,在鰭部11頂面原位摻雜生長(zhǎng)有源漏離子的碳化硅層14,形成了 N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極。其中,源漏離子為磷離子。
[0010]接著,參考圖5,在碳化硅層14的表面外延生長(zhǎng)硅帽(Si Cap)層15。
[0011]接著,在硅帽層15上形成金屬層(圖未示),對(duì)金屬層進(jìn)行退火,金屬層與硅帽層熔合形成金屬硅化物層(圖未示)。
[0012]采用現(xiàn)有技術(shù)的方法形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能不佳。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明解決的問題是采用現(xiàn)有技術(shù)的方法形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能不佳。
[0014]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:
[0015]提供半導(dǎo)體襯底,所述半導(dǎo)體襯底具有鰭部;
[0016]形成橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu);
[0017]在所述鰭部表面形成摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層;
[0018]在所述第一半導(dǎo)體材料層上形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層;
[0019]在所述第二半導(dǎo)體材料層上形成金屬層;
[0020]對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理,形成接觸電阻減小層。
[0021]可選的,所述摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層的形成方法包括:在所述第一半導(dǎo)體材料層上原位摻雜生長(zhǎng)有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層,或者,
[0022]在所述第一半導(dǎo)體材料層上外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體材料層;
[0023]對(duì)所述外延生長(zhǎng)的第二半導(dǎo)體材料層進(jìn)行勢(shì)皇降低離子注入。
[0024]可選的,所述勢(shì)皇降低離子包括硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種。
[0025]可選的,所述勢(shì)皇降低離子為硫離子、砸離子、砷離子、銻離子中的至少一種時(shí),所述勢(shì)皇降低離子摻雜劑量為大于等于lE13atom/cm2且小于等于lE15atom/cm
[0026]所述勢(shì)皇降低離子為鍺離子時(shí),所述勢(shì)皇降低離子摻雜劑量為大于等于lE13atom/cm2且小于等于 lE14atom/cm2。
[0027]可選的,形成第二半導(dǎo)體材料層的過程還包括對(duì)所述第二半導(dǎo)體材料層摻雜有磷離子。
[0028]可選的,所述磷離子的摻雜劑量大于所述勢(shì)皇降低離子的摻雜劑量。
[0029]可選的,所述第一半導(dǎo)體材料層和第二半導(dǎo)體材料層的材料為娃或碳化娃。
[0030]可選的,所述接觸電阻減小層的材料為金屬硅化物。
[0031]可選的,形成所述柵極結(jié)構(gòu)步驟之后,形成第一半導(dǎo)體材料層的步驟之前還包括:
[0032]在所述鰭部周圍形成鰭部側(cè)墻;
[0033]降低所述鰭部側(cè)墻的高度至預(yù)設(shè)高度。
[0034]可選的,所述預(yù)設(shè)高度為大于等于原始鰭部高度的三分之一且小于等于原始鰭部高度的三分之二。
[0035]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,包括:
[0036]具有鑛部的半導(dǎo)體襯底;
[0037]橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu);
[0038]位于所述鰭部表面的摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層;
[0039]位于所述第一半導(dǎo)體材料層上的接觸電阻減小層;
[0040]所述接觸電阻減小層的底部界面具有電偶極子層。
[0041]可選的,所述電偶極子層包括硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種的電偶極子層。
[0042]可選的,所述接觸電阻減小層的材料為金屬硅化物。
[0043]可選的,所述第一半導(dǎo)體材料層的材料為娃或碳化娃。
[0044]可選的,所述接觸電阻減小層與所述第一半導(dǎo)體材料層之間具有第二半導(dǎo)體材料層,所述第二半導(dǎo)體材料層的材料為摻雜有磷離子的硅或碳化硅。
[0045]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):
[0046]在形成接觸電阻減小層的退火處理的過程中,摻入第二半導(dǎo)體材料層的勢(shì)皇降低離子會(huì)發(fā)生在接觸電阻減小層的固溶度值小,在第二半導(dǎo)體材料層的固溶度值大的現(xiàn)象。因此,形成接觸電阻減小層的過程中,大量的勢(shì)皇降低離子會(huì)在接觸電阻減小層的底部邊界析出,并且在接觸電阻減小層的底部邊界形成電偶極子(dipole)層。該電偶極子層會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和電子運(yùn)動(dòng)方向相同的電場(chǎng),從而降低了肖特基勢(shì)皇寬度和高度,進(jìn)而降低了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極上的寄生電阻,提高了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
【附圖說明】
[0047]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體襯底及在其上形成有柵極結(jié)構(gòu)和側(cè)墻材料層的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0048]圖2是沿圖1中AA方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
[0049]圖3至圖5是繼圖2的步驟之后形成的現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面流程結(jié)構(gòu)示意圖;
[0050]圖6是本發(fā)明中的半導(dǎo)體襯底及在其上形成有柵極結(jié)構(gòu)和側(cè)墻材料層的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0051]圖7是沿圖6中BB方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
[0052]圖8至圖11是繼圖7的步驟之后形成的本發(fā)明具體實(shí)施例的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面流程結(jié)構(gòu)示意圖;
【具體實(shí)施方式】
[0053]發(fā)明人發(fā)現(xiàn),采用現(xiàn)有技術(shù)的方法形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能不佳的原因?yàn)樵谠礃O和漏極上形成的金屬硅化物層的寄生電阻太大。
[0054]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。
[0055]首先,參考圖6和圖7,提供半導(dǎo)體襯底20,所述半導(dǎo)體襯底20具有鰭部21。
[0056]本實(shí)施例中,所述半導(dǎo)體襯底20包括具有至少兩個(gè)分立的凸起結(jié)構(gòu)的硅襯底201和位于凸起結(jié)構(gòu)之間的絕緣層202,絕緣層202低于所述凸起結(jié)構(gòu)。高于絕緣層202的凸起結(jié)構(gòu)為鰭部21。其中,絕緣層202的材料為氧化硅。
[0057]其他實(shí)施例中,所述半導(dǎo)體襯底還可以為絕緣體上硅襯底,所述絕緣體上硅襯底包括底部硅層、位于底部硅層上的絕緣層、位于絕緣層上的頂部硅層。刻蝕頂部硅層形成鰭部。
[0058]具體為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知技術(shù),在此不再贅述。
[0059]接著,繼續(xù)參考圖6和圖7,形成橫跨所述鰭部21的柵極結(jié)構(gòu)22。
[0060]本實(shí)施例中,所述柵極結(jié)構(gòu)22包括柵介質(zhì)層221和位于所述柵介質(zhì)層221上的柵極層222。柵介質(zhì)層221的材料為氧化硅時(shí),柵極層222的材料為多晶硅。柵介質(zhì)層221的材料為高k柵介質(zhì)層時(shí),柵極層222的材料為金屬。其中,高k柵介質(zhì)層的材料為Hf02、A1203、Zr02、HfS1、HfS1N、HfTaO 和 HfZrO。
[0061 ] 柵極結(jié)構(gòu)22的具體形成方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的熟知技術(shù)。
[0062]接著,結(jié)合參考圖7和圖8,在柵極結(jié)構(gòu)22的周圍形成柵極側(cè)墻(圖未示),在鰭部21的周圍形成鰭部側(cè)墻23a。
[0063]具體形成方法如下:參考圖7,在半導(dǎo)體襯底20、鰭部21的頂部和側(cè)壁、柵極結(jié)構(gòu)22的頂部和側(cè)壁形成側(cè)墻材料層23’。側(cè)墻材料層23’包括底部的氧化硅層231’和位于底部的氧化硅層231’上的氮化硅層232’。氮化硅層232’之所以在外側(cè),是因?yàn)椋鑼?32’的硬度和機(jī)械強(qiáng)度較高,后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)側(cè)墻中,在外側(cè)的氮化硅層231’能夠更好的保護(hù)柵極結(jié)構(gòu)22在后續(xù)工藝步驟中不受損傷。氧化硅層231’為氮化硅層的應(yīng)力緩沖層。
[0064]接著,參考圖8,對(duì)側(cè)墻材料層23’進(jìn)行回刻,形成柵極結(jié)構(gòu)側(cè)墻和鰭部側(cè)墻23a。柵極結(jié)構(gòu)側(cè)墻與鰭部側(cè)墻23a的組成成分相同。以鰭部側(cè)墻23a為例,鰭部側(cè)墻23a包括位于內(nèi)側(cè)的氧化硅側(cè)墻231和位于氧化硅側(cè)墻231上的氮化硅側(cè)墻232。如果沒有氧化硅側(cè)墻231的存在,氮化硅側(cè)墻232會(huì)對(duì)鰭部21產(chǎn)生較大應(yīng)力,再加上鰭部21的尺寸較小,該較大應(yīng)力會(huì)使鰭部21中的硅產(chǎn)生位錯(cuò),從而嚴(yán)重影響后續(xù)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0065]接著,結(jié)合參考圖9,降低鰭部側(cè)墻23a的高度至預(yù)設(shè)高度Hl。
[0066]其中,所述預(yù)設(shè)高度小于鰭部高度。
[0067]本實(shí)施例中,降低鰭部側(cè)墻23a的高度至預(yù)設(shè)高度Hl的方法為干法刻蝕。先干法刻蝕去除氮化硅側(cè)墻232至預(yù)設(shè)高度Hl,接著,干法刻蝕去除氧化硅側(cè)墻231至剩余的氮化硅側(cè)墻232處。
[0068]其他實(shí)施例中,也可以將氧化硅側(cè)墻231和氮化硅側(cè)墻232同時(shí)干法刻蝕去除至預(yù)設(shè)高度Hl,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0069]具體方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知技術(shù)。
[0070]之所以將鰭部側(cè)墻23a的高度降低的原因如下:在鰭部21上會(huì)原位摻雜生長(zhǎng)或外延生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體材料層,而正因?yàn)楹罄m(xù)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的類型為N型,則第一半導(dǎo)體材料層的材料為碳化硅。而碳化硅在鰭部21的生長(zhǎng)過程是非常緩慢的。降低部分高度的鰭部側(cè)墻23a,可以使鰭部的頂部完全露出,從而容易提高在鰭部21上生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體材料層的速度,進(jìn)而還可以加大第一半導(dǎo)體材料層的體積,以提高后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0071]本實(shí)施例中,所述預(yù)設(shè)高度Hl為大于等于原始鰭部高度的三分之一且小于等于原始鰭部高度的三分之二。之所以將鰭部側(cè)墻23a的高度降低至預(yù)設(shè)高度H1,原因如下:如果將鰭部側(cè)墻23a的高度降低的高度太大,則后續(xù)在鰭部21上形成的第一半導(dǎo)體材料層的體積會(huì)過大,容易造成相鄰的鰭部21上生長(zhǎng)形成的第一半導(dǎo)體材料層相互連接的現(xiàn)象。如果將鰭部側(cè)墻23a的高度降低的高度過小,則在相鄰的鰭部21上生長(zhǎng)形成的第一半導(dǎo)體材料層的速度會(huì)很慢,從而影響后續(xù)形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。另一方面,在該位置處生長(zhǎng)形成的第一半導(dǎo)體材料層能夠?qū)系朗┘幼罴研Ч睦瓚?yīng)力,而且生長(zhǎng)的時(shí)間最短。
[0072]其他實(shí)施例中,所述預(yù)設(shè)高度Hl等于原始鰭部高度,也就是說,不將鰭部高度側(cè)墻高度降低,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0073]其他實(shí)施例中,鰭部側(cè)墻的材料只為氧化硅層,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0074]接著,參考圖10,在露出的所述鰭部21表面形成摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層24。
[0075]本實(shí)施例中,第一半導(dǎo)體材料層24的材料為碳化娃。摻雜在第一半導(dǎo)體材料層24的源漏離子為磷離子。
[0076]本實(shí)施例中,形成摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層24的方法為:原位摻雜生長(zhǎng)。之所以采用原位摻雜生長(zhǎng)的方法形成摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層24,是因?yàn)椋撋L(zhǎng)工藝相對(duì)于離子注入工藝容易控制,能夠?qū)崿F(xiàn)梯度摻雜。
[0077]所述原位摻雜生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體材料層后,對(duì)第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行源漏離子注入,之后,對(duì)第一半導(dǎo)體材料進(jìn)行退火,形成源極和漏極。
[0078]具體形成工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員的熟知技術(shù),在此不再贅述。
[0079]其他實(shí)施例中,也可以在露出的鰭部上外延生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體材料層。之后,對(duì)第一半導(dǎo)體材料層進(jìn)行源漏離子注入和退火。也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0080]形成第一半導(dǎo)體材料層后,第一半導(dǎo)體材料層24對(duì)后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管廣生拉應(yīng)力,以提尚后續(xù)形成的N型鑛式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0081]接著,參考圖11,在所述第一半導(dǎo)體材料層24上形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層25。
[0082]本實(shí)施例中,第二半導(dǎo)體材料層25的材料為硅。則勢(shì)皇降低離子包括硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種。其他實(shí)施例中,第二半導(dǎo)體材料層的材料為碳化硅,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0083]本實(shí)施例中,形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層25的方法為:原位摻雜生長(zhǎng)。在外延生長(zhǎng)硅材料的過程中原位摻入含硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種摻雜氣體
[0084]之所以采用原位摻雜生長(zhǎng)的方法形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層25,是因?yàn)椋粨诫s生長(zhǎng)工藝相對(duì)于離子注入工藝容易控制,可以實(shí)現(xiàn)梯度摻雜。另一方面可以防止向第二半導(dǎo)體材料層注入勢(shì)皇降低離子過程中的對(duì)第二半導(dǎo)體材料層晶格造成損傷。
[0085]本實(shí)施例中,采用原位摻雜生長(zhǎng)的方法形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層25的同時(shí),還在第二半導(dǎo)體材料層25中摻雜有磷離子。而且,磷離子的摻雜劑量大于勢(shì)皇降低離子的摻雜劑量。原因如下:磷離子的摻入可以使磷離子處于第二半導(dǎo)體材料層25晶格中的非替代位上,形成接觸電阻減小層的退火處理過程中,磷離子被激活,占據(jù)第二半導(dǎo)體材料層的晶格。因?yàn)?,第二半?dǎo)體材料層25的接觸電阻與摻入磷離子的劑量(Nd,n-type doping concentrat1n)成反比,所以在第二半導(dǎo)體材料層25中摻雜有磷離子,并且增大磷離子的摻雜劑量可中,以降低第二半導(dǎo)體材料層25的接觸電阻。
[0086]其他實(shí)施例中,采用原位摻雜生長(zhǎng)的方法形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層的同時(shí),不在第二半導(dǎo)體材料層中摻雜有磷離子,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因?yàn)?,后續(xù)的退火工藝中,第一半導(dǎo)體材料層中的磷離子會(huì)擴(kuò)散至第二半導(dǎo)體材料層。
[0087]其他實(shí)施例中,也可以在露出的鰭部上外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體材料層。之后,對(duì)第二半導(dǎo)體材料層進(jìn)行勢(shì)皇降低離子注入。
[0088]接著,在第二半導(dǎo)體材料層25上形成金屬層(圖未示)。
[0089]本實(shí)施例中,金屬層的材料為鎳金屬。鎳金屬層的方法為化學(xué)氣相沉積法或者為物理濺射法。本實(shí)施例中,之所以選擇鎳金屬,是因?yàn)?后續(xù)退火工藝中形成的鎳硅化物顆粒比較小,低電阻相被完全成核并且長(zhǎng)大。另外,正因?yàn)殒嚬杌镱w粒比較小,它的電接觸也比較容易形成。
[0090]其他實(shí)施例中,金屬層還可以為鈷金屬、鉬金屬、鉑金屬、鉭金屬、鈦金屬或鎢金屬等難熔金屬,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0091]接著,對(duì)金屬層進(jìn)行退火處理,形成接觸電阻減小層(圖未示)。
[0092]本實(shí)施例中,所述接觸電阻減小層的材料為金屬硅化物。具體材料為鈷硅化物(NiSi2)。退火處理為快速熱退火(RTA)處理。具體溫度范圍為大于等于150°C且小于等于900。。。
[0093]形成接觸電阻減小層的過程如下:金屬層與第二半導(dǎo)體材料層在一起發(fā)生反應(yīng),具體為金屬層與第二半導(dǎo)體材料層熔合形成硅化物,也就是說,形成接觸電阻減小層,以減小后續(xù)在源極和漏極上形成的金屬插塞與源極和漏極之間的接觸電阻。
[0094]本實(shí)施例中,第二半導(dǎo)體材料層25的厚度大于接觸電阻減小層的厚度。正因?yàn)?,第二半?dǎo)體材料層25內(nèi)摻雜有磷離子,才使第二半導(dǎo)體材料層25的阻值減小。后續(xù)工藝形成的源極插塞和漏極插塞與對(duì)應(yīng)的源極和漏極之間的接觸電阻值也不會(huì)受到影響。本實(shí)施例中,形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層25的原因如下:
[0095]在形成接觸電阻減小層的退火處理的過程中,摻入第二半導(dǎo)體材料層25的勢(shì)皇降低離子會(huì)發(fā)生在接觸電阻減小層的固溶度值小,在第二半導(dǎo)體材料層25的固溶度值大的現(xiàn)象。因此,形成接觸電阻減小層的過程中,大量的勢(shì)皇降低離子會(huì)在接觸電阻減小層的底部邊界析出。也就是說,會(huì)在接觸電阻減小層與第二半導(dǎo)體材料層25的界面析出,并且在接觸電阻減小層與第二半導(dǎo)體材料層25的界面形成電偶極子(dipole)層,該電偶極子層會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和電子運(yùn)動(dòng)方向相同的電場(chǎng),從而降低了第二半導(dǎo)體材料層25內(nèi)的載流子向金屬躍迀的勢(shì)皇寬度和高度至載流子可以直接向金屬躍進(jìn),也就是說,降低了肖特基勢(shì)皇寬度和肖特基勢(shì)皇高度(Schottky Barrier Height,ΦΒη),進(jìn)而降低了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極上的寄生電阻P C,提高了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0096]需要說明的是,(I)摻入第二半導(dǎo)體材料層的勢(shì)皇降低離子為硫離子、砸離子、砷離子和銻離子中的至少一種時(shí),勢(shì)皇降低離子的劑量為大于等于lE13atom/cm2且小于等于lE15atom/cm2。其中,當(dāng)勢(shì)皇降低離子為一種以上的離子種類時(shí),則勢(shì)皇降低離子的劑量為一種以上離子的總劑量。勢(shì)皇降低離子的劑量如果太大,容易在第二半導(dǎo)體材料層25內(nèi)引入過多的晶格缺陷,從而影響后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。勢(shì)皇降低離子的劑量如果太小,降低了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極上的寄生電阻的效果不是最佳。
[0097](2)如果勢(shì)皇降低離子為鍺離子,則摻入鍺離子的第二半導(dǎo)體材料層25在退火工藝不容易形成金屬硅化物層。因此,摻入至第二半導(dǎo)體材料層25的鍺離子的劑量要小。本實(shí)施例為大于等于lE13atom/cm2且小于等于lE14atom/cm 2。如果摻入第二半導(dǎo)體材料層25的鍺離子的劑量太大,除了會(huì)在第二半導(dǎo)體材料層25內(nèi)引入過多的缺陷外,還不利于后續(xù)金屬硅化物的形成。如果摻入第二半導(dǎo)體材料層25的鍺離子的劑量太小降低了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極上的寄生電阻的效果不是最佳。
[0098](3)如果勢(shì)皇降低離子為鍺離子與其他勢(shì)皇降低離子的混合物,則勢(shì)皇降低離子的總劑量為大于等于lE13atom/cm2且小于等于lE15atom/cm2。其中,相對(duì)于其他勢(shì)皇降低離子,鍺離子的劑量的含量最少。
[0099](4)為什么不在第一半導(dǎo)體材料層中摻雜勢(shì)皇降低離子的原因如下:只有在形成硅化物的快速熱退火處理的過程中,勢(shì)皇降低離子只在接觸電阻減小層與第二半導(dǎo)體材料層的界面析出,并且在接觸電阻減小層與第二半導(dǎo)體材料層的界面形成電偶極子。因此,如果在第一半導(dǎo)體材料層中摻雜勢(shì)皇降低離子,并不會(huì)被析出,從而也不會(huì)產(chǎn)生電偶極子。
[0100]當(dāng)然,其他實(shí)施例中,接觸電阻減小層的厚度等于第二半導(dǎo)體材料層的厚度也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。則形成接觸電阻減小層的過程中,大量的勢(shì)皇降低離子會(huì)在接觸電阻減小層的底部邊界析出。也就是說,會(huì)在接觸電阻減小層與第一半導(dǎo)體材料層24的界面析出,并且在接觸電阻減小層與第一半導(dǎo)體材料層24的界面形成電偶極子(dipole)層,該電偶極子層會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和電子運(yùn)動(dòng)方向相同的電場(chǎng),從而降低了第一半導(dǎo)體材料層24內(nèi)的載流子向金屬躍迀的勢(shì)皇寬度,也就是說,降低了肖特基勢(shì)皇寬度,進(jìn)而降低了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極上的寄生電阻,提高了后續(xù)形成的N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0101]參考圖11,本發(fā)明還提供一種N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括:
[0102]具有鰭部21的半導(dǎo)體襯底20 ;
[0103]橫跨所述鰭部21的柵極結(jié)構(gòu)(圖未示);
[0104]位于所述鰭部21表面的摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層24 ;
[0105]位于所述第一半導(dǎo)體材料層24上的接觸電阻減小層;
[0106]所述接觸電阻減小層的底部界面具有電偶極子層。
[0107]本實(shí)施例中,所述電偶極子層包括硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種的電偶極子層。
[0108]本實(shí)施例中,所述接觸電阻減小層的材料為金屬硅化物。
[0109]本實(shí)施例中,所述第一半導(dǎo)體材料層24的材料為娃或碳化娃。
[0110]本實(shí)施例中,所述接觸電阻減小層與所述第一半導(dǎo)體材料層24之間具有第二半導(dǎo)體材料層25,所述第二半導(dǎo)體材料層25的材料為摻雜有磷離子的硅或碳化硅。
[0111]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法,其特征在于,包括: 提供半導(dǎo)體襯底,所述半導(dǎo)體襯底具有鰭部; 形成橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu); 在所述鰭部表面形成摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層; 在所述第一半導(dǎo)體材料層上形成摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層; 在所述第二半導(dǎo)體材料層上形成金屬層; 對(duì)所述金屬層進(jìn)行退火處理,形成接觸電阻減小層。2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述摻雜有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層的形成方法包括: 在所述第一半導(dǎo)體材料層上原位摻雜生長(zhǎng)有勢(shì)皇降低離子的第二半導(dǎo)體材料層,或者, 在所述第一半導(dǎo)體材料層上外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體材料層; 對(duì)所述外延生長(zhǎng)的第二半導(dǎo)體材料層進(jìn)行勢(shì)皇降低離子注入。3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述勢(shì)皇降低離子包括硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種。4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述勢(shì)皇降低離子為硫離子、砸離子、砷離子、銻離子中的至少一種時(shí),所述勢(shì)皇降低離子摻雜劑量為大于等于lE13atom/cm2且小于等于 lE15atom/cm2; 所述勢(shì)皇降低離子為鍺離子時(shí),所述勢(shì)皇降低離子摻雜劑量為大于等于lE13atom/cm2且小于等于lE14atom/cm2。5.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,形成第二半導(dǎo)體材料層的過程還包括對(duì)所述第二半導(dǎo)體材料層摻雜有磷離子。6.如權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,所述磷離子的摻雜劑量大于所述勢(shì)皇降低離子的摻雜劑量。7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一半導(dǎo)體材料層和第二半導(dǎo)體材料層的材料為硅或碳化硅。8.如權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,所述接觸電阻減小層的材料為金屬硅化物。9.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,形成所述柵極結(jié)構(gòu)步驟之后,形成第一半導(dǎo)體材料層的步驟之前還包括: 在所述鰭部周圍形成鰭部側(cè)墻; 降低所述鰭部側(cè)墻的高度至預(yù)設(shè)高度。10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于,所述預(yù)設(shè)高度為大于等于原始鰭部高度的三分之一且小于等于原始鰭部高度的三分之二。11.一種N型鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括: 具有鰭部的半導(dǎo)體襯底; 橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu); 位于所述鰭部表面的摻雜有源漏離子的第一半導(dǎo)體材料層; 位于所述第一半導(dǎo)體材料層上的接觸電阻減小層; 其特征在于,所述接觸電阻減小層的底部界面具有電偶極子層。12.如權(quán)利要求11所述的晶體管,其特征在于,所述電偶極子層包括硫離子、砸離子、砷離子、銻離子和鍺離子中的至少一種的電偶極子層。13.如權(quán)利要求11所述的晶體管,其特征在于,所述接觸電阻減小層的材料為金屬硅化物。14.如權(quán)利要求11所述的晶體管,其特征在于,所述第一半導(dǎo)體材料層的材料為硅或碳化娃。15.如權(quán)利要求11所述的晶體管,其特征在于,所述接觸電阻減小層與所述第一半導(dǎo)體材料層之間具有第二半導(dǎo)體材料層,所述第二半導(dǎo)體材料層的材料為摻雜有磷離子的硅或碳化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK105826188SQ201510005631
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日
【發(fā)明人】李勇, 居建華, 陳林林
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司