本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)：

mos晶體管是現(xiàn)代集成電路中最重要的元件之一。mos晶體管的基本結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)，位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源漏區(qū)。mos晶體管通過在柵極結(jié)構(gòu)施加電壓，調(diào)節(jié)通過柵極結(jié)構(gòu)底部溝道的電流來產(chǎn)生開關(guān)信號。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的平面式的mos晶體管對溝道電流的控制能力變?nèi)?，造成?yán)重的漏電流。鰭式場效應(yīng)晶體管(finfet)是一種新興的多柵器件，它一般包括凸出于半導(dǎo)體襯底表面的鰭部，覆蓋部分所述鰭部的頂部和側(cè)壁的柵極結(jié)構(gòu)，位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部內(nèi)的源漏區(qū)。

形成鰭式場效應(yīng)晶體管的方法包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面具有凸起的鰭部和橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋部分所述鰭部的頂部表面和側(cè)壁；在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)側(cè)壁表面形成側(cè)墻；以側(cè)墻和柵極結(jié)構(gòu)為掩膜對柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部進行離子注入形成重?fù)诫s的源漏區(qū)。

然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法，避免隨著特征尺寸的減小而出現(xiàn)的柵極結(jié)構(gòu)電場控制能力降低，短溝道效應(yīng)嚴(yán)重。

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，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上由下到上依次形成若干層犧牲單元層，所述犧牲單元層包括底層犧牲層和位于底層犧牲層上的頂層犧牲層；在所述若干層犧牲單元層上形成保護層，所述保護層的材料和所述底層犧牲層的材料相同；采用各向異性干刻工藝刻蝕所述保護層和犧牲單元層直至暴露出半 導(dǎo)體襯底表面，形成貫穿所述保護層和犧牲單元層厚度的溝槽；對所述溝槽側(cè)壁的犧牲單元層和保護層進行濕法刻蝕，所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率大于對底層犧牲層的刻蝕速率；在濕法刻蝕后的溝槽內(nèi)填充滿鰭部，使所述鰭部的側(cè)壁具有凸起；去除所述保護層和犧牲單元層。

可選的，所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率與所述濕法刻蝕對底層犧牲層的刻蝕速率的比值為10:1～25:1。

可選的，所述濕法刻蝕的參數(shù)為：采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液，所述氫氟酸的體積百分比濃度為0.1％～1.0％，刻蝕溫度為20攝氏度～25攝氏度。

可選的，所述底層犧牲層和所述頂層犧牲層的材料不同。

可選的，所述底層犧牲層的材料為氮化硅；所述頂層犧牲層的材料為氧化硅。

可選的，所述底層犧牲層和所述頂層犧牲層的材料相同，且所述底層犧牲層的表觀密度大于所述頂層犧牲層的表觀密度。

可選的，所述底層犧牲層的材料為氧化硅，形成所述底層犧牲層的工藝為等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝；所述頂層犧牲層的材料為氧化硅，形成所述頂層犧牲層的工藝為亞大氣壓化學(xué)氣相沉積工藝。

可選的，所述底層犧牲層的材料為氧化硅，形成所述底層犧牲層的工藝為等離子體增強原子層沉積工藝；所述頂層犧牲層的材料為氧化硅，形成所述頂層犧牲層的工藝為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。

可選的，各層底層犧牲層的厚度為5nm～10nm。

可選的，各層頂層犧牲層的厚度為5nm～10nm。

可選的，所述鰭部的材料為硅、鍺或鍺化硅。

可選的，形成所述鰭部的工藝為選擇性外延生長工藝。

可選的，還包括：形成橫跨鰭部的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋部分鰭部的頂部表面和側(cè)壁。

本發(fā)明還提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底；鰭部，位于 所述半導(dǎo)體襯底上，所述鰭部的側(cè)壁具有凸起。

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：

由于所述溝槽側(cè)壁為層疊交錯分布的底層犧牲層和頂層犧牲層，且對溝槽側(cè)壁的犧牲單元層和保護層進行濕法刻蝕的過程中，所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率大于對頂層犧牲層的刻蝕速率，使得溝槽向頂層犧牲層凹陷的程度比向底層犧牲層凹陷的程度大，從而使得所述溝槽的側(cè)壁具有凸出部分。而所述溝槽的形貌定義出鰭部的側(cè)壁形貌，當(dāng)向所述溝槽內(nèi)填充滿鰭部后，使得形成的鰭部的側(cè)壁具有凸起。由于鰭部的側(cè)壁具有凸起，使得鰭部中溝道的有效長度增加，且鰭部的側(cè)壁具有和所述凸起對應(yīng)的凹進區(qū)域，所述凹進區(qū)域?qū)?yīng)的鰭部寬度較小，使得后續(xù)在形成橫跨鰭部的柵極結(jié)構(gòu)后，柵極結(jié)構(gòu)對鰭部的電場控制能力增強，進一步的降低了短溝道效應(yīng)。

附圖說明

圖1至圖6是本發(fā)明一實施例中鰭式場效應(yīng)晶體管形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

針對現(xiàn)有技術(shù)中形成的鰭式場效應(yīng)晶體管進行分析，鰭式場效應(yīng)晶體管的鰭部通常通過對半導(dǎo)體襯底進行圖形化而形成，鰭部的側(cè)壁形貌為平面式。隨著特征尺寸的進一步增加，尤其技術(shù)節(jié)點降低到10nm以下的時候，現(xiàn)有技術(shù)中的鰭式場效應(yīng)晶體管的短溝道效應(yīng)嚴(yán)重。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種形成鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，在所述半導(dǎo)體襯底上由下到上依次形成若干層犧牲單元層，所述犧牲單元層包括底層犧牲層和位于底層犧牲層上的頂層犧牲層，然后在所述若干層犧牲單元層上形成保護層；采用各向異性干刻工藝刻蝕所述保護層和犧牲單元層直至暴露出半導(dǎo)體襯底表面，形成貫穿所述保護層和犧牲單元層厚度的溝槽；對所述溝槽側(cè)壁的犧牲單元層和保護層進行濕法刻蝕，且對頂層犧牲層的刻蝕速率大于對底層犧牲層的刻蝕速率；在濕法刻蝕后的溝槽內(nèi)填充滿鰭部，使所述鰭部的側(cè)壁具有凸起；去除所述保護層和犧牲單元層。側(cè)壁具有凸起的鰭部能夠增強柵極結(jié)構(gòu)的電場控制能力，進一步改善短溝道效應(yīng)。

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(xì)的說明。

圖1至圖6是本發(fā)明一實施例中鰭式場效應(yīng)晶體管形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100。

所述半導(dǎo)體襯底100為形成鰭式場效應(yīng)晶體管提供工藝平臺。

所述半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅，多晶硅或非晶硅；半導(dǎo)體襯底100也可以是硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料。本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為硅。

參考圖2，在所述半導(dǎo)體襯底100上由下到上依次形成若干層犧牲單元層，所述犧牲單元層包括底層犧牲層和位于底層犧牲層上的頂層犧牲層。

本實施例中，以兩層犧牲單元層作為示例，在其它實施例中，可以根據(jù)工藝設(shè)計的需要選擇犧牲單元層的層數(shù)。

本實施例中，兩層的犧牲單元層包括第一犧牲單元層110和位于第一犧牲單元層110上的第二犧牲單元層120。其中，第一犧牲單元層110包括第一底層犧牲層111和位于第一底層犧牲層111上的第一頂層犧牲層112；第二犧牲單元層120包括第二底層犧牲層121和位于第二底層犧牲層121上的第二頂層犧牲層122。

所述底層犧牲層和所述頂層犧牲層需要選擇合適的材料，使得后續(xù)濕法刻蝕的過程中，對頂層犧牲層的刻蝕速率大于對底層犧牲層的刻蝕速率。

在一個實施例中，所述底層犧牲層和所述頂層犧牲層不同，具體的，所述頂層犧牲層的材料可以為氧化硅，所述底層犧牲層的材料可以為氮化硅，形成所述頂層犧牲層和底層犧牲層的工藝為沉積工藝，如等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、亞大氣壓化學(xué)氣相沉積工藝、低壓化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。

在另一個實施例中，所述底層犧牲層和所述頂層犧牲層相同，此時，所述頂層犧牲層的形成工藝和所述底層犧牲層的形成工藝不同，使得所述頂層 犧牲層的表觀密度小于所述底層犧牲層的表觀密度，從而使得后續(xù)濕法刻蝕的過程中，對所述頂層犧牲層的刻蝕速率大于對所述底層犧牲層的刻蝕速率。具體的，所述頂層犧牲層和所述底層犧牲層的材料可以為氧化硅。

所述表觀密度反應(yīng)了材料的疏松程度。

當(dāng)所述頂層犧牲層和所述底層犧牲層的材料均為氧化硅時，所述頂層犧牲層的形成工藝為亞大氣壓化學(xué)氣相沉積(sacvd)工藝，參數(shù)為：采用的反應(yīng)前軀物為正硅酸乙酯(teos)和o3，正硅酸乙酯的流量為3g/min～8g/min，o3的流量為15000sccm～30000sccm，腔室壓強為570torr～630torr，溫度為420攝氏度～550攝氏度；所述底層犧牲層的形成工藝為等離子體增強化學(xué)氣相沉積(pecvd)工藝，參數(shù)為：采用的反應(yīng)前軀物為正硅酸乙酯(teos)和o2，正硅酸乙酯的流量為4g/min～8g/min，o2的流量為3500sccm～5000sccm，源射頻功率為800瓦～1500瓦，腔室壓強為5torr～10torr，溫度為350攝氏度～410攝氏度。

需要說明的是，當(dāng)所述頂層犧牲層和所述底層犧牲層的材料均為氧化硅時，還可以采用其它的沉積工藝形成頂層犧牲層和底層犧牲層，如：形成所述底層犧牲層的工藝為等離子體增強原子層沉積工藝，形成所述頂層犧牲層的工藝為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。

各底層犧牲層的厚度為5nm～10nm；各頂層犧牲層的厚度為5nm～10nm。

繼續(xù)參考圖2，在所述若干層犧牲單元層上形成保護層130，所述保護層130的材料和所述底層犧牲層的材料相同。

所述保護層130的作用為：在后續(xù)形成溝槽的過程中，保護若干層犧牲單元層的頂部表面不受到刻蝕損傷。

形成保護層130的工藝為沉積工藝，如等離子體化學(xué)氣相沉積工藝、亞大氣壓化學(xué)氣相沉積工藝、低壓化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。需要說明的是，當(dāng)所述頂層犧牲層和所述底層犧牲層的材料均為氧化硅時，所述形成保護層130的工藝與形成所述底層犧牲層的工藝相同。

參考圖3，采用各向異性干刻工藝刻蝕所述保護層130和所述若干層犧牲 單元層直至暴露出半導(dǎo)體襯底100表面，形成貫穿所述保護層130和犧牲單元層厚度的溝槽140。

具體的，所述各向異性干刻工藝可以為各向異性等離子體刻蝕工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝。本實施例中，所述各向異性干刻工藝為各向異性等離子體刻蝕工藝，具體的參數(shù)為：采用的氣體為cf4、ch2f2和he，cf4的流量為50sccm～100sccm，ch2f2的流量為15sccm～30sccm，he的流量為30sccm～100sccm，源射頻功率為300瓦～500瓦，偏置射頻功率為100瓦～200瓦，腔室壓強為2mtorr～6mtorr。

參考圖4，對所述溝槽140側(cè)壁的犧牲單元層和保護層130進行濕法刻蝕，所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率大于對底層犧牲層的刻蝕速率。

由于所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率大于對底層犧牲層的刻蝕速率，使得溝槽140向頂層犧牲層凹陷的程度比向底層犧牲層凹陷的程度大，從而使得所述溝槽140的側(cè)壁具有凸出部分。

具體的，所述濕法刻蝕的參數(shù)為：采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液，所述氫氟酸的體積百分比濃度為0.1％～1.0％，刻蝕溫度為20攝氏度～25攝氏度。

所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率與所述濕法刻蝕對底層犧牲層的刻蝕速率的比值需要選擇合適的范圍，若所述比值小于10:1，導(dǎo)致所述溝槽140向頂層犧牲層凹陷的程度和向底層犧牲層凹陷的程度相差較小，使得所述溝槽140的側(cè)壁難以呈現(xiàn)出凸出部分；若所述比值大于25:1，導(dǎo)致工藝條件受到限制。故所述濕法刻蝕對頂層犧牲層的刻蝕速率與所述濕法刻蝕對底層犧牲層的刻蝕速率的比值選擇為10:1～25:1。

參考圖5，在濕法刻蝕后的溝槽140(參考圖4)內(nèi)填充滿鰭部150，使所述鰭部150的側(cè)壁具有凸起。

所述鰭部150的材料為硅、鍺或鍺化硅。形成鰭部150的工藝為選擇性外延生長工藝。由于所述溝槽140的形貌定義出鰭部150側(cè)壁的形貌，當(dāng)向所述溝槽140內(nèi)填充滿鰭部150后，使得鰭部150的側(cè)壁具有凸起。

本實施例中，所述鰭部150的材料為硅，形成鰭部150采用的選擇性外延生長工藝的參數(shù)為：采用的氣體為sih4和sih2cl2，sih4和sih2cl2的總流 量為10sccm～500sccm，腔室壓強為2torr～50torr，溫度為500攝氏度～1050攝氏度。

由于鰭部150的側(cè)壁具有凸起，使得鰭部150的溝道的有效長度增加，且鰭部150的側(cè)壁具有和所述凸起對應(yīng)的凹進區(qū)域，所述凹進區(qū)域?qū)?yīng)的鰭部150寬度較小，使得后續(xù)在形成橫跨鰭部150的柵極結(jié)構(gòu)后，柵極結(jié)構(gòu)對鰭部150的電場控制能力增強，進一步的降低了短溝道效應(yīng)。

參考圖6，形成鰭部150后，去除所述保護層130和犧牲單元層。

去除所述保護層130和犧牲單元層的工藝為濕刻工藝或干刻工藝。本實施例中，去除所述保護層130和犧牲單元層的工藝為濕刻工藝，采用的刻蝕溶液為氫氟酸和磷酸的混合溶液，其中，氫氟酸的體積百分比濃度為0.1％～1.0％，磷酸的體積百分比濃度為70％～90％，刻蝕溫度為140攝氏度～180攝氏度。

去除所述保護層130和犧牲單元層后，還可以包括：在半導(dǎo)體襯底100上形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(未圖示)，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)覆蓋鰭部150的部分側(cè)壁；然后形成橫跨鰭部150的柵極結(jié)構(gòu)(未圖示)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋部分鰭部150的頂部表面和側(cè)壁；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部150中形成源漏區(qū)。

本發(fā)明還提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管，參考圖6，包括：半導(dǎo)體襯底100；鰭部150，位于所述半導(dǎo)體襯底100上，所述鰭部150的側(cè)壁具有凸起。

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)。