鳍式场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术的实施例提供了一种制造FinFET的方法，至少包括以下步骤。图案化半导体衬底以在半导体衬底中形成多个沟槽并且在沟槽之间形成至少一个半导体鳍。在沟槽中形成绝缘体。在半导体鳍的部分上方和隔离件的部分上方形成栅极堆叠件。在半导体鳍的通过栅极堆叠件暴露的部分上方形成掺杂有导电掺杂剂的应变材料，并且通过选择性地生长的具有渐变掺杂浓度的体层来形成应变材料。本发明专利技术的实施例还提供了一种鳍式场效应晶体管(FinFET)。

Fin type field effect transistor and method of manufacturing the same

Embodiments of the present invention provide a method of manufacturing FinFET, comprising at least the following steps. A semiconductor substrate is patterned to form a plurality of trenches in the semiconductor substrate and at least one semiconductor fin is formed between the trenches. Form an insulator in a trench. A gate stack is formed over a portion of the semiconductor fin and above a portion of the isolator. A strain material doped with a conductive dopant is formed above the exposed portion of the semiconductor fin through the gate stack, and a strain material is formed by selectively growing a body with a gradual doping concentration. Embodiments of the present invention also provide a fin type field effect transistor (FinFET).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例总体涉及半导体领域，更具体地，涉及鳍式场效应晶体管及其制造方法。
技术介绍
随着半导体器件的尺寸不断缩小，已经开发出诸如鳍式场效应晶体管(FinFET)的三维多栅极结构以代替平面互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。FinFET的结构性特征是从半导体衬底的表面垂直延伸的硅基鳍，并且包裹在由鳍形成的导电沟道周围的栅极进一步提供了对沟道的更好的电控制。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种制造鳍式场效应晶体管(FinFET)的方法，包括：图案化半导体衬底以在所述半导体衬底中形成多个沟槽并且在所述沟槽之间形成至少一个半导体鳍；在所述沟槽中形成多个绝缘体；在所述半导体鳍的部分上方和所述绝缘体的部分上方形成栅极堆叠件；以及在所述半导体鳍的通过所述栅极堆叠件暴露的部分上方形成掺杂有导电掺杂剂的应变材料，并且通过选择性地生长具有渐变掺杂浓度的体层来形成所述应变材料。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造FinFET的方法，包括：图案化半导体衬底以在所述半导体衬底中形成多个沟槽并且在所述沟槽之间形成至少一个半导体鳍；在所述沟槽中形成多个绝缘体；在所述半导体鳍的部分上方和所述绝缘体的部分上方形成栅极堆叠件；去除通过所述栅极堆叠件暴露的所述半导体鳍以形成所述半导体鳍的凹部；选择性地生长掺杂有导电掺杂剂的应变材料，所述应变材料从所述半导体鳍的所述凹部生长以覆盖所述半导体鳍的通过所述栅极堆叠件暴露的部分，所述应变材料包括体层，并且选择性地生长具有渐变掺杂浓度的所述应变材料的体层。根据本专利技术的又一方面，提供了一种鳍式场效应晶体管(FinFET)，包括：半导体衬底，包括位于所述半导体衬底上的至少一个半导体鳍；多个绝缘体，设置在所述半导体衬底上，并且所述半导体鳍夹置在所述绝缘体之间；栅极堆叠件，位于所述半导体鳍的部分上方和所述绝缘体的部分上方；以及掺杂的应变材料，覆盖所述半导体鳍的通过所述栅极堆叠件暴露的部分，并且所述掺杂的应变材料包括具有渐变掺杂剂浓度的体层。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。图1是根据一些实施例的示出制造FinFET的方法的流程图。图2A至图2H是根据一些实施例的用于制造FinFET的方法的立体图。图3A至图3H是根据一些实施例的用于制造FinFET的方法的截面图。图4是根据一些实施例的示出了用于形成FinFET的应变材料的方法的示图。图5是根据一些实施例的图3H的放大图。图6是根据一些实施例的FinFET的立体图。图7是根据一些实施例的FinFET的截面图。图8是根据一些实施例的图7的放大图。具体实施方式以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。而且，本专利技术在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作过程中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。本专利技术的实施例描述了FinFET的示例性制造工艺和由该工艺制造的FinFET。在本专利技术的特定实施例中，FinFET可以形成在硅衬底上。此外，FinFET可以形成在绝缘体上硅(SOI)衬底上或者可选地绝缘体上锗(GOI)半导体衬底上作为可选方式。此外，根据一些实施例，硅衬底可以包括其他导电层或其他半导体元件，诸如晶体管、二极管等。该实施例不限定在该上下文中。参考图1，示出的是根据本专利技术的一些实施例的示出制造FinFET的方法的流程图。该方法至少包括步骤S10、步骤S12、步骤S14和步骤S16。首先，在步骤S10中，图案化半导体衬底以在半导体衬底中形成多个沟槽并且在沟槽之间形成至少一个半导体鳍。然后，在步骤S12中，在半导体衬底上形成绝缘体并且该绝缘体位于沟槽中。例如，绝缘体是绝缘或隔离半导体鳍的浅沟槽隔离(STI)结构。此后，在步骤S14中，栅极堆叠件形成在半导体鳍的一部分上方以及绝缘体上方；在步骤S16中，形成掺杂有导电掺杂剂的应变材料以覆盖被栅极堆叠件暴露的半导体鳍。应变材料包括体(bulk)层，并且应变材料的体层选择性地生长有渐变掺杂浓度。如图1所示，在形成栅极堆叠件后，形成应变材料。然而，栅极堆叠件(步骤S14)和应变材料(步骤S16)的形成顺序不限制于本专利技术。图2A是FinFET在制造方法的多个阶段之一的立体图，并且图3A是沿着图2A的线I-I’截取的FinFET的截面图。在图1中的步骤S10中，并且如图2A和图3A所示，提供半导体衬底200。在一个实施例中，半导体衬底200包括晶体硅衬底(例如，晶圆)。半导体衬底200可以包括取决于设计需求(例如，p型半导体衬底或n型半导体衬底)的多种掺杂区。在一些实施例中，掺杂区可以掺杂有p型或n型掺杂剂。例如，掺杂区可掺杂p型掺杂剂，诸如硼或BF2；n型掺杂剂，诸如磷或砷；和/或它们的组合。掺杂区可被配置为用于n型FinFET，或者可选地被配置为用于P型FinFET。在一些可选实施例中，半导体衬底200可以由以下材料制成：其他一些合适的元素半导体，诸如金刚石或锗；合适的化合物半导体，诸如砷化镓、碳化硅、砷化铟或磷化铟；或合适的合金半导体材料，诸如碳化硅锗、磷砷化镓或磷铟化镓。在一个实施例中，在半导体衬底200上依次形成衬垫层202a和掩模层202b。例如，衬垫层202a可以是通过热氧化工艺由氧化硅薄膜形成的。衬垫层202a可以用作半导体衬底200和掩模层202b之间的粘合层。衬垫层202a也可以用作蚀刻掩模层202b的蚀刻停止层。在至少一个实施例中，掩模层202b是例如通过低压化学汽相沉积(LPCVD)或等离子增强化学汽相沉积(PECVD)而形成的氮化硅层。掩模层202b在随后的光刻工艺中用作硬掩模。具有预定图案的图案化的光刻胶层204形成在掩模层202b上。图2B是FinFET在制造方法的多个阶段之一的立体图，并且图3B是沿着图2B的线I-I’截取的FinFET的截面图。在图1中的步骤S10中，并且如图2A至2B和图3A至3B所示，依次蚀刻未被图案化的光刻胶层204覆盖的掩模层202b和衬垫层202a以形成图案化的掩模层202b’和图案化的衬垫层202a’以暴露下面的半导体衬底200。通过使用图案化的掩模层202b’、图案化的衬垫层202a’和图案化的光刻胶层204作为掩模，半导体衬底200的各部分暴露并且被蚀刻以形成沟槽206和半导体鳍208。半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造鳍式场效应晶体管(FinFET)的方法，包括：图案化半导体衬底以在所述半导体衬底中形成多个沟槽并且在所述沟槽之间形成至少一个半导体鳍；在所述沟槽中形成多个绝缘体；在所述半导体鳍的部分上方和所述绝缘体的部分上方形成栅极堆叠件；以及在所述半导体鳍的通过所述栅极堆叠件暴露的部分上方形成掺杂有导电掺杂剂的应变材料，并且通过选择性地生长具有渐变掺杂浓度的体层来形成所述应变材料。

【技术特征摘要】
2015.11.16 US 14/942,9801.一种制造鳍式场效应晶体管(FinFET)的方法，包括：图案化半导体衬底以在所述半导体衬底中形成多个沟槽并且在所述沟槽之间形成至少一个半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晋毅，侯孟南，张世杰，周樱旻，张鼎张，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71