鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

技术编号:15332326 阅读:165 留言:0更新日期:2017-05-16 15:25
一种鳍式场效应晶体管及其形成方法,其中鳍式场效应晶体管的形成方法,包括:提供半导体衬底,所述半导体衬底内形成有若干第一凹槽;在所述半导体衬底上形成硅锗层,所述硅锗层填充满第一凹槽;刻蚀去除部分厚度的硅锗层,在所述硅锗层中形成若干第二凹槽;对所述第二凹槽侧壁和底部的硅锗层进行平坦化处理;进行平坦化处理后,在所述第二凹槽中形成填充满第二凹槽的磷化铟层;回刻蚀去除磷化铟层之间的硅锗层,暴露出磷化铟层的侧壁表面;在所述磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层;在所述铟镓砷层表面上形成高K介质层;在所述高K介质层上形成金属栅电极。本发明专利技术方法形成的鳍式场效应晶体管载流子迁移率提升。

Fin type field effect transistor and method of forming the same

A fin field effect transistor and its forming method, method, form the fin field effect transistor includes: providing a semiconductor substrate, a plurality of first grooves are formed in the semiconductor substrate; forming a silicon germanium layer on the semiconductor substrate, the silicon germanium layer is filled with the first groove; etching the silicon germanium layer removal the thickness of the part, a plurality of second grooves are formed on the silicon germanium layer; silicon germanium layer on the second side walls of the grooves and the bottom of the flattening process; flattened after treatment, the formation of indium phosphide layer filled with second grooves in the second groove; back etching removes the silicon germanium layer between phosphating the indium layer, exposing the side wall surface of indium phosphide layer; forming the InGaAs layer on the top of the InP layer and sidewall surfaces; in the InGaAs layer is formed on the surface of high K dielectric layer; at the high K dielectric A metal gate electrode is formed on the substrate. The carrier mobility enhancement of a fin type field effect transistor formed by the method of the invention.

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制作领域,特别涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术的不断发展,工艺节点逐渐减小,后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用,以获得理想的阈值电压,改善器件性能。但是当器件的特征尺寸(CD,CriticalDimension)进一步下降时,即使采用后栅工艺,常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求,鳍式场效应晶体管(FinFET)作为常规器件的替代得到了广泛的关注。现有技术的一种鳍式场效应晶体管,包括:半导体衬底,所述半导体衬底上形成有凸出的鳍部,鳍部一般是通过对半导体衬底刻蚀后得到的;隔离层,覆盖所述半导体衬底的表面以及鳍部的侧壁的一部分;栅极结构,横跨在所述鳍部上,覆盖所述鳍部的顶端和侧壁,栅极结构包括栅介质层和位于栅介质层上的栅电极;位于栅极结构两侧内的源区和漏区。现有鳍式场效应晶体管的性能仍有待提升。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提高形成的鳍式场效应晶体管的性能。为解决上述问题,本专利技术提供了一种鳍式场效应晶体管的形成方法,包括:提供半导体衬底,所述半导体衬底内形成有若干第一凹槽;在所述半导体衬底上形成硅锗层,所述硅锗层填充满第一凹槽;刻蚀去除部分厚度的硅锗层,在所述硅锗层中形成若干第二凹槽;对所述第二凹槽侧壁和底部的硅锗层进行平坦化处理;进行平坦化处理后,在所述第二凹槽中形成填充满第二凹槽的磷化铟层;回刻蚀去除磷化铟层之间的硅锗层,暴露出磷化铟层的侧壁表面;在所述磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层;在所述铟镓砷层表面上形成高K介质层;在所述高K介质层上形成金属栅电极。可选的,所述硅锗层的厚度为15~550纳米。可选的,所述硅锗层的形成过程为:采用外延工艺形成覆盖所述半导体衬底且填充满第一凹槽的硅锗材料层;平坦化所述硅锗材料层,形成硅锗层。可选的,在刻蚀所述硅锗层之前,在所述硅锗层的表面形成图形化的硬掩膜层。可选的,所述图形化的硬掩膜层的厚度为10~100nm,图形化的硬掩膜层的材料为氧化硅或氮化硅。可选的,所述硅锗层中形成的第二凹槽的深度为10~500nm,宽度为5~50nm。可选的,刻蚀所述硅锗层采用各向异性的干法刻蚀工艺。可选的,所述各向异性的异性的干法刻蚀工艺采用的刻蚀气体为Cl2或NF3,腔室压力为2~50mtorr,源功率为50~1500W,偏置功率为10~1000W,腔室温度为20~100摄氏度。可选的,所述平坦化处理的过程为采用含氢气体的退火处理。可选的,含氢气体的退火处理的退火处理采用的气体包括H2,H2的流量为100~200sccm,退火温度为700~1100℃,退火时间为2~10min。可选的,所述磷化铟层的形成工艺为分子束外延。可选的,回刻蚀所述硅锗采用的刻蚀溶液为氢氟酸溶液、双氧水溶液和醋酸溶液的混合溶液。可选的,所述刻蚀溶液由体积百分比浓度为5%~6%的氢氟酸溶液、体积百分比浓度为25%~35%的双氧水溶液以及体积百分比浓度为97%~99.8%的醋酸溶液以1:1;1的体积混合而成。可选的,所述铟镓砷层的厚度为1~10nm。可选的,铟镓砷层的形成工艺为分子束外延工艺。与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下优点:本专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法,在所述半导体衬底内形成有若干第一凹槽;在所述半导体衬底上形成硅锗层,所述硅锗层填充满第一凹槽;刻蚀去除部分厚度的硅锗层,在所述硅锗层中形成若干第二凹槽;对所述第二凹槽侧壁和底部的硅锗层进行平坦化处理;进行平坦化处理后,在所述第二凹槽中形成填充满第二凹槽的磷化铟层;回刻蚀去除磷化铟层之间的硅锗层,暴露出磷化铟层的侧壁表面;在所述磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层;在所述铟镓砷层表面上形成高K介质层;在所述高K介质层上形成金属栅电极。所述硅锗层作为形成磷化铟层的缓冲层,以减少形成磷化铟层时的缺陷,在硅锗层层形成第二凹槽后,对第二凹槽进行平坦化处理,使得第二凹槽的侧壁具有平坦的表面,在第二凹槽中形成磷化铟层时,使得形成的磷化铟层的与硅锗层接触的两侧侧壁具有平坦的表面,所述磷化铟层作为形成铟镓砷层的缓冲层,由于磷化铟层具有平坦的表面,使得磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层也具有平坦的表面,铟镓砷层与高K介质层的接触界面良好,铟镓砷层中作为沟道层时,铟镓砷层中载流子的迁移率提升。进一步,含氢气体的退火处理的退火处理采用的气体包括H2,H2的流量为100~200sccm,退火温度为700~1100℃,退火时间为2~10min,使得对第二凹槽的侧壁表面的平坦化效果较好。附图说明图1~图9为本专利技术实施例鳍式场效应晶体管形成过程的结构示意图。具体实施方式现有鳍式场效应晶体管的性能仍有待提升,比如现有鳍式场效应晶体管载流子迁移率还有待提升。为此本专利技术提供了一种鳍式场效应晶体管及其形成方法,本专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法,在所述半导体衬底内形成有若干第一凹槽;在所述半导体衬底上形成硅锗层,所述硅锗层填充满第一凹槽;刻蚀去除部分厚度的硅锗层,在所述硅锗层中形成若干第二凹槽;对所述第二凹槽侧壁和底部的硅锗层进行平坦化处理;进行平坦化处理后,在所述第二凹槽中形成填充满第二凹槽的磷化铟层;回刻蚀去除磷化铟层之间的硅锗层,暴露出磷化铟层的侧壁表面;在所述磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层;在所述铟镓砷层表面上形成高K介质层;在所述高K介质层上形成金属栅电极。所述硅锗层作为形成磷化铟层的缓冲层,以减少形成磷化铟层时的缺陷,在硅锗层层形成第二凹槽后,对第二凹槽进行平坦化处理,使得第二凹槽的侧壁具有平坦的表面,在第二凹槽中形成磷化铟层时,使得形成的磷化铟层的与硅锗层接触的两侧侧壁具有平坦的表面,所述磷化铟层作为形成铟镓砷层的缓冲层,由于磷化铟层具有平坦的表面,使得磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层也具有平坦的表面,铟镓砷层与高K介质层的接触界面良好,铟镓砷层中作为沟道层时,铟镓砷层中载流子的迁移率提升。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。在详述本专利技术实施例时,为便于说明,示意图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本专利技术的保护范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。图1~图9为本专利技术实施例鳍式场效应晶体管形成过程的结构示意图。请参考图1,提供半导体衬底200,所述半导体衬底200内形成有若干第一凹槽201。所述半导体衬底200可以是硅或者绝缘体上硅(SOI),所述半导体衬底200也可以是锗、锗硅、砷化镓或者绝缘体上锗或其他合适的材料,本实施中所述半导体衬底200的材料为硅。所述半导体衬底200内形成有若干第一凹槽201,所述第一凹槽201的数量至少为1个,所述第一凹槽201的作用后续在形成硅锗层时将硅锗层中的线状缺陷约束在第一凹槽内,防止在第一凹槽201外的硅锗层中形成线状缺陷。所述第一凹槽201的形成过程为:在所述半导体衬底表面上形成图形化的掩膜层(图中未示出),所述图形化的掩膜层中具有暴露出半导体衬底表面的若干开口,所述图形化的材料为硬掩膜材料(比如氮化硅等)或光刻胶材料;以所述图形化的掩膜为掩膜刻蚀所述半导本文档来自技高网...
鳍式场效应晶体管及其形成方法

【技术保护点】
一种鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,包括:提供半导体衬底,所述半导体衬底内形成有若干第一凹槽;在所述半导体衬底上形成硅锗层,所述硅锗层填充满第一凹槽;刻蚀去除部分厚度的硅锗层,在所述硅锗层中形成若干第二凹槽;对所述第二凹槽侧壁和底部的硅锗层进行平坦化处理;进行平坦化处理后,在所述第二凹槽中形成填充满第二凹槽的磷化铟层;回刻蚀去除磷化铟层之间的硅锗层,暴露出磷化铟层的侧壁表面;在所述磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层;在所述铟镓砷层表面上形成高K介质层;形成覆盖所述高K介质层的金属栅电极。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,包括:提供半导体衬底,所述半导体衬底内形成有若干第一凹槽;在所述半导体衬底上形成硅锗层,所述硅锗层填充满第一凹槽;刻蚀去除部分厚度的硅锗层,在所述硅锗层中形成若干第二凹槽;对所述第二凹槽侧壁和底部的硅锗层进行平坦化处理;进行平坦化处理后,在所述第二凹槽中形成填充满第二凹槽的磷化铟层;回刻蚀去除磷化铟层之间的硅锗层,暴露出磷化铟层的侧壁表面;在所述磷化铟层的顶部和侧壁表面上形成铟镓砷层;在所述铟镓砷层表面上形成高K介质层;形成覆盖所述高K介质层的金属栅电极。2.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述硅锗层的厚度为15~550纳米。3.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述硅锗层的形成过程为:采用外延工艺形成覆盖所述半导体衬底且填充满第一凹槽的硅锗材料层;平坦化所述硅锗材料层,形成硅锗层。4.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,在刻蚀所述硅锗层之前,在所述硅锗层的表面形成图形化的硬掩膜层。5.如权利要求4所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述图形化的硬掩膜层的厚度为10~100nm,图形化的硬掩膜层的材料为氧化硅或氮化硅。6.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述硅锗层中形成的第二凹槽的深度为10~500nm,宽度为5~50nm。7.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,刻蚀所述硅锗层采用各向异性的干法刻蚀工艺。8.如权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的形成方法,其特征在于,所述各向异性的异性的干法刻蚀工艺采用的刻蚀气体为Cl2或NF3,腔室压力为2~50mtorr,源功率为50~1500W...

【专利技术属性】
技术研发人员:韩秋华
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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