提高鳍式场效应管性能的方法技术

技术编号:15643599 阅读:167 留言:0更新日期:2017-06-16 18:02
一种提高鳍式场效应管性能的方法,包括:提供表面具有鳍部的衬底,衬底表面还形成有隔离层,隔离层覆盖鳍部部分侧壁表面,高于隔离层顶部的鳍部包括第一部分鳍部以及第二部分鳍部;对第一部分鳍部和第二部分鳍部进行非晶化离子注入,在第一部分鳍部侧壁表面形成第一非晶化层,在第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面形成第二非晶化层,第二非晶化层的厚度大于第一非晶化层的厚度;对第一部分鳍部和第二部分鳍部进行氧化处理,在第二部分鳍部的顶部表面和侧壁表面、以及第一部分鳍部侧壁表面形成氧化层。本发明专利技术提高形成的氧化层厚度均匀性,特别是鳍部顶部拐角区域的氧化层性能得到提高,进而提高鳍式场效应管的可靠性和电学性能。

【技术实现步骤摘要】
提高鳍式场效应管性能的方法
本专利技术涉及半导体制作
,特别涉及一种提高鳍式场效应管性能的方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术的不断发展,半导体工艺节点遵循摩尔定律的发展趋势不断减小。为了适应工艺节点的减小,不得不不断缩短MOSFET场效应管的沟道长度。沟道长度的缩短具有增加芯片的管芯密度,增加MOSFET场效应管的开关速度等好处。然而,随着器件沟道长度的缩短,器件源极与漏极间的距离也随之缩短,这样一来栅极对沟道的控制能力变差,使得亚阈值漏电(subthresholdleakage)现象,即所谓的短沟道效应(SCE:short-channeleffects)更容易发生。因此,为了更好的适应器件尺寸按比例缩小的要求,半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET晶体管向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡,如鳍式场效应管(FinFET)。FinFET中,栅极至少可以从两侧对超薄体(鳍部)进行控制,具有比平面MOSFET器件强得多的栅对沟道的控制能力,能够很好的抑制短沟道效应;且FinFET相对于其他器件,具有更好的现有的集成电路制作技术的兼容性。然而,现有技术形成的鳍式场效应管的电学性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种提高鳍式场效应管性能的方法,提高形成的氧化层厚度均匀性,改善鳍式场效应管的可靠性和电学性能。为解决上述问题,本专利技术提供一种提高鳍式场效应管的方法,包括:提供衬底,所述衬底表面形成有分立的鳍部,所述衬底表面还形成有隔离层,所述隔离层覆盖鳍部部分侧壁表面,且所述隔离层顶部低于鳍部顶部,其中,高于所述隔离层顶部的鳍部包括第一部分鳍部以及位于第一部分鳍部顶部表面的第二部分鳍部;对所述第一部分鳍部和第二部分鳍部进行非晶化离子注入,在所述第一部分鳍部侧壁表面形成第一非晶化层,在所述第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面形成第二非晶化层,且第二非晶化层的厚度大于第一非晶化层的厚度;在进行所述非晶化离子注入之后,对所述第一部分鳍部和第二部分鳍部进行氧化处理,在所述第二部分鳍部的顶部表面和侧壁表面、以及第一部分鳍部侧壁表面形成氧化层。可选的,所述第二部分鳍部的厚度为1纳米至5纳米。可选的,所述第一非晶化层的材料为非晶硅;所述第二非晶化层的材料为非晶硅。可选的,采用锗离子、碳离子、硅离子或氟离子中的一种或多种,进行所述非晶化离子注入。可选的,所述非晶化离子注入包括第一次非晶化离子注入和第二次非晶化离子注入,其中,所述第一非晶化离子注入和第二非晶化离子注入分别对鳍部两相对的侧壁进行离子注入。可选的,所述非晶化离子注入的注入角度为3度至20度。可选的,采用硅离子进行所述非晶化离子注入,其中,注入能量为1kev至4kev,注入剂量为1E14atom/cm2至1E16atom/cm2,注入角度为3度至20度。可选的,采用氟离子进行所述非晶化离子注入,其中,注入至第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面的氟离子浓度大于注入至第一部分鳍部侧壁表面的氟离子浓度。可选的,采用氟离子进行所述非晶化离子注入,其中,注入能量为1kev至6kev,注入剂量为1E14atom/cm2至1E16atom/cm2,注入角度为3度至20度。可选的,在进行所述非晶化离子注入之前,形成覆盖所述鳍部顶部表面和侧壁表面的屏蔽层;在进行所述非晶化离子注入之后,去除所述屏蔽层。可选的,所述屏蔽层的材料为氧化硅或氮氧化硅。可选的,所述氧化处理为干氧氧化、水汽氧化或湿氧氧化。可选的,采用原位水汽生成氧化工艺进行所述氧化处理,工艺参数包括:反应气体包括O2、H2和H2O,其中,O2流量为0.1slm至20slm,H2流量为0.1slm至20slm,H2O流量为0.1slm至50slm,反应腔室温度为650度至1000度,反应腔室压强为0.1托至760托,反应时长为5秒至10分。可选的,所述氧化层的材料为氧化硅。可选的,还包括步骤:在所述氧化层表面形成高k栅介质层;在所述高k栅介质层表面形成栅电极层。可选的,所述衬底包括核心器件区和输入输出器件区,其中,核心器件区衬底表面形成有鳍部,输入输出器件区衬底表面形成有鳍部;在形成所述氧化层之后,还包括步骤:去除所述核心器件区的氧化层;在所述核心器件区的鳍部表面形成伪氧化层,所述伪氧化层的厚度小于氧化层的厚度;在所述氧化层表面以及伪氧化层表面形成伪栅层;在所述伪栅层两侧的鳍部内形成源漏极;在所述源漏极表面形成层间介质层,所述层间介质层还覆盖伪栅层侧壁表面;刻蚀去除所述伪栅层;刻蚀去除所述伪氧化层,暴露出核心器件区鳍部表面;在所述核心器件区鳍部表面形成界面层,所述界面层厚度小于氧化层厚度。可选的,还包括:在所述界面层表面以及氧化层表面形成栅电极层。可选的,还包括:在所述界面层表面以及氧化层表面形成高k栅介质层;在所述高k栅介质层表面形成栅电极层。与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下优点:本专利技术提供的提高鳍式场效应管性能的方法的技术方案中,对第一部分鳍部和第二部分鳍部进行非晶化离子注入,在第一部分鳍部侧壁表面形成第一非晶化层,在第二部分鳍部顶部和侧壁表面形成第二非晶化层,且第二非晶化层的厚度大于第一非晶化层的厚度;接着,对第一部分鳍部和第二部分鳍部进行氧化处理,在所述第二部分鳍部的顶部表面和侧壁表面、以及第一部分鳍部侧壁表面形成氧化层。由于第二部分鳍部中拐角区域聚集有一定应力,所述应力会使氧化处理的氧化速率低;而本专利技术中,第二非晶化层的厚度大于第一非晶化层的厚度,氧化处理对非晶态材料的氧化速率大于对单晶态材料的氧化速率,因此,从材料特性上考虑,氧化处理对第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面的氧化速率大于第一部分鳍部侧壁的氧化速率,从而抵消应力作用对氧化速率造成的不良影响,使得位于第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面的氧化层的厚度与位于第一部分鳍部侧壁表面的氧化层厚度相同或相差很小,从而提高形成的氧化层厚度均匀性,改善形成的鳍式场效应管的可靠性和电学性能。进一步,所述非晶化离子注入的注入角度为3度至20度,使得形成的第一非晶化层和第二非晶化层的厚度之差适中,从而防止由于所述厚度之差过大而对形成的氧化层厚度均匀性造成不良影响。进一步,非晶化离子注入包括第一次非晶化离子注入和第二次非晶化离子注入,使得第二部分鳍部顶部受到的非晶化离子注入程度大于第二部分侧壁受到的非晶化离子注入程度,因此在氧化处理过程中,位于第二部分鳍部顶部的硅原子消耗的量大于位于第二鳍部侧壁的硅原子消耗的量,使得最终形成的氧化层与鳍部之间具有圆滑拐角界面形貌,避免尖角造成的尖端放电问题,进一步改善形成的鳍式场效应管的性能。更进一步,采用氟离子进行所述非晶化离子注入,不仅能够获得第一非晶化层和第二非晶化层,且后续形成的氧化层中也将含有氟离子,位于氧化层中的氟离子有利于钝化氧化层中的悬挂键,进而改善氧化层的质量。附图说明图1至图9为本专利技术一实施例提供的鳍式场效应管形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知,现有技术形成的鳍式场效应管的电学性能有待提高。鳍式场效应管的栅介质层包括覆盖鳍部顶部表面和侧壁表面的氧化层,所述氧化层的质量对鳍式场效应管的性能有着重要的影响。经研究发现,鳍部顶部具有拐角区域(corner),所述拐角区域为鳍部顶部表面与侧壁本文档来自技高网
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提高鳍式场效应管性能的方法

【技术保护点】
一种提高鳍式场效应管性能的方法,其特征在于,包括:提供衬底,所述衬底表面形成有分立的鳍部,所述衬底表面还形成有隔离层,所述隔离层覆盖鳍部部分侧壁表面,且所述隔离层顶部低于鳍部顶部,其中,高于所述隔离层顶部的鳍部包括第一部分鳍部以及位于第一部分鳍部顶部表面的第二部分鳍部;对所述第一部分鳍部和第二部分鳍部进行非晶化离子注入,在所述第一部分鳍部侧壁表面形成第一非晶化层,在所述第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面形成第二非晶化层,且第二非晶化层的厚度大于第一非晶化层的厚度;在进行所述非晶化离子注入之后,对所述第一部分鳍部和第二部分鳍部进行氧化处理,在所述第二部分鳍部的顶部表面和侧壁表面、以及第一部分鳍部侧壁表面形成氧化层。

【技术特征摘要】
1.一种提高鳍式场效应管性能的方法,其特征在于,包括:提供衬底,所述衬底表面形成有分立的鳍部,所述衬底表面还形成有隔离层,所述隔离层覆盖鳍部部分侧壁表面,且所述隔离层顶部低于鳍部顶部,其中,高于所述隔离层顶部的鳍部包括第一部分鳍部以及位于第一部分鳍部顶部表面的第二部分鳍部;对所述第一部分鳍部和第二部分鳍部进行非晶化离子注入,在所述第一部分鳍部侧壁表面形成第一非晶化层,在所述第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面形成第二非晶化层,且第二非晶化层的厚度大于第一非晶化层的厚度;在进行所述非晶化离子注入之后,对所述第一部分鳍部和第二部分鳍部进行氧化处理,在所述第二部分鳍部的顶部表面和侧壁表面、以及第一部分鳍部侧壁表面形成氧化层。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二部分鳍部的厚度为1纳米至5纳米。3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一非晶化层的材料为非晶硅;所述第二非晶化层的材料为非晶硅。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,采用锗离子、碳离子、硅离子或氟离子中的一种或多种,进行所述非晶化离子注入。5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述非晶化离子注入包括第一次非晶化离子注入和第二次非晶化离子注入,其中,所述第一非晶化离子注入和第二非晶化离子注入分别对鳍部两相对的侧壁进行离子注入。6.如权利要求1或5所述的方法,其特征在于,所述非晶化离子注入的注入角度为3度至20度。7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,采用硅离子进行所述非晶化离子注入,其中,注入能量为1kev至4kev,注入剂量为1E14atom/cm2至1E16atom/cm2,注入角度为3度至20度。8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,采用氟离子进行所述非晶化离子注入,其中,注入至第二部分鳍部顶部表面和侧壁表面的氟离子浓度大于注入至第一部分鳍部侧壁表面的氟离子浓度。9.如权利要求1或8所述的方法,其特征在于,采用氟离子进行所述非晶化离子注入,其中,注入能量为1kev至6kev,注入剂量为1E14atom/cm...

【专利技术属性】
技术研发人员:李勇
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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