鳍式场效应晶体管的形成方法技术

一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有鳍部；形成横跨部分鳍部侧壁和顶部表面的伪栅；形成覆盖所述半导体衬底、鳍部和伪栅的介质层，所述介质层的表面与伪栅的顶部表面齐平；去除所述伪栅，形成凹槽；在所述凹槽的侧壁和底部表面形成含氘的高K介质层；对所述含氘的高K介质层进行退火，使得含氘的高K介质层中的氘离子扩散至凹槽底部的鳍部中，剩余的氧化层作为界面层；退火后，在所述高K介质层上形成填充凹槽的金属栅极。本发明专利技术的方法使得氘离子均匀扩散到凹槽底部的鳍部中，改善了N型鳍式场效应晶体管的HCI效应以及P型鳍式场效应晶体管的NBTI效应。

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应晶体管的形成方法
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的形成方法。
技术介绍
本专利技术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。所述栅介质层的材料为氧化硅，栅电极的材料为多晶硅。随着鳍式场效应晶体管的特征尺寸也越来越小，为了降低鳍式场效应晶体管的寄生电容以及减小器件的漏电流，提高器件速度，高K栅介质层与金属栅电极的栅极叠层结构被引入到鳍式场效应晶体管中。为了避免金属栅极的金属材料对晶体管其他结构的影响，所述金属栅极与高K栅介质层的栅极叠层结构通常采用“后栅(gatelast)”工艺制作。现有鳍式场效应晶体管的金属栅极的形成过程为：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有若干鳍部；在所述鳍部的侧壁和表面上形成伪栅；形成覆盖所述伪栅、鳍部和半导体衬底表面的介质层，所述介质层的表面高于伪栅的顶部表面；采用化学机械研磨工艺平坦化所述介质层，直至暴露出伪栅的顶部表面；去除所述伪栅，形成凹槽，所述凹槽暴露出鳍部的部分侧壁和顶部表面；在所述凹槽的中形成高K栅介质层和金属栅电极。现有形成的鳍式场效应晶体管性能仍有待提升。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样改善N型鳍式场效应晶体管的HCI效应以及P型鳍式场效应晶体管的NBTI效应。为解决上述问题，本专利技术提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有鳍部；形成横跨部分鳍部侧壁和顶部表面的伪栅；形成覆盖所述半导体衬底、鳍部和伪栅的介质层，所述介质层的表面与伪栅的顶部表面齐平；去除所述伪栅，形成凹槽；在所述凹槽的侧壁和底部表面形成含氘的高K介质层；对所述含氘的高K介质层进行退火，使得含氘的高K介质层中的氘离子扩散至凹槽底部的鳍部中；退火后，在所述高K介质层上形成填充凹槽的金属栅极。可选的，采用自掺杂沉积工艺形成所述含氘的高K介质层。可选的，所述含氘的高K介质层的形成工艺为自掺杂的原子层沉积工艺。可选的，所述高K介质层的材料为HfO2、TiO2、HfZrO、HfSiNO、Ta2O5、ZrO2、ZrSiO2、Al2O3、SrTiO3或BaSrTiO。可选的，所述高K介质层材料HfO2，自掺杂的原子层沉积工艺形成含氘的高K介质层的过程包括：向沉积腔室中通入铪源气体的步骤；向沉积腔室通入氧源气体的步骤；向腔室中通入氘源气体的步骤；施加射频功率，将铪源气体、氧源气体和氘源气体解离为等离子体的步骤；等离子体沉积形成含氘的高K介质薄膜层的步骤；重复进行前述步骤，若干含氘的高K介质薄膜层构成含氘的高K介质层。可选的，所述铪源气体为HfCl4，铪源气体的流量为60sccm至500sccm，氧源气体为O2或O3，氧源气体的流量为20～300sccm，氘源气体为DO2，氘源气体的流量为30～200sccm，沉积腔室压强为0.1托至8托，沉积腔室射频功率为300瓦至3000瓦，沉积腔室温度为250～400摄氏度。可选的，所述含氘的高K介质层中氘离子的浓度为1E12atom/cm3～1E16atom/cm3，含氘的高K介质层的厚度为5～30埃。可选的，进行退火时的600～1200摄氏度，退火时间为30秒～60分钟，退火氛围为惰性气体氛围。可选的，所述伪栅两侧的鳍部内还形成有源区和漏区。可选的，还包括：在退火之前，在含氘的高K介质层表面上形成盖层。可选的，所述盖层为金属氮化物。可选的，所述金属氮化物为TiN或TaN。可选的，所述盖层的厚度为10～50埃。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的方法，形成的含氘的高K介质层为膜层，可以采用自掺杂工艺在形成的高K介质层中均匀的掺杂氘离子，后续进行退火时可以使得含氘的高K介质层中的氘离子均匀的扩散到凹槽底部的鳍部中，氘离子与鳍部表面的硅的悬浮键结合或者替代硅氢键中的氢元素为稳定的硅氘键，从而改善了N型鳍式场效应晶体管的HCI效应以及P型鳍式场效应晶体管的NBTI效应；并且由于含氘的高K介质层不仅覆盖凹槽的底部表面而且覆盖凹槽的侧壁表面，因而使得凹槽底部边缘和中间处的鳍部均会均匀的掺杂氘离子。进一步，采用自掺杂的原子层沉积工艺形成含氘的高K介质层时，形成一层含氘的高K介质薄膜层相应的自掺杂氘离子，氘离子在每一层含氘的高K介质薄膜层中能够均匀分布，若干层含氘的高K介质薄膜层堆叠形成含氘的高K介质层，因而含氘的高K介质层厚度均匀性较高，并且含氘的高K介质层中氘离子均匀分布。附图说明图1～图5为本专利技术一实施例鳍式场效应晶体管的形成过程的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所言，现有形成的鳍式场效应晶体管性能仍有待提升，比如现有技术形成的N型鳍式场效应晶体管存在热载流子注入(HotCarrierInjection，HCI)的问题，P型鳍式场效应晶体管存在负偏压温度不稳定性(NegativeBiasTemperatureInstability，NBTI)的问题。研究发现，在鳍式场效应晶体管的制作过程中，半导体衬底表面会形成大量硅的悬挂键或陷阱，使得形成的晶体管的栅介质层与半导体衬底之间的界面态发生变化，使得鳍式场效应晶体管的阈值电压发生偏移，并且硅的悬挂键或陷阱在强电场下容发生雪崩碰撞电离而引起热载流子注入效应；并且硅的悬挂键在工艺的过程中容易与氢结合，形成不稳定的Si-H键。为解决上述问题，本专利技术一实施例中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，所述半导体衬底上形成有鳍部；形成横跨部分鳍部侧壁和顶部表面的伪栅；形成覆盖所述半导体衬底、鳍部和伪栅的介质层，所述介质层的表面与伪栅的顶部表面齐平；去除所述伪栅，形成凹槽；采用离子注入工艺向凹槽底部的半导体衬底中注入氘离子；注入氘离子后，在所述凹槽的侧壁和底部表面上形成高K介质层；在所述高K介质层上形成填充凹槽的金属栅极。通过向半导体衬底中注入氘离子，氘离子与硅悬挂键或者替代Si-H键中氢元素形成稳定性较高的Si-D键，改善了高K介质层底下的半导体衬底表面的界面态，改善了N型鳍式场效应晶体管的HCI效应以及P型鳍式场效应晶体管的NBTI效应。进一步研究发现，上述方法采用离子注入工艺对半导体衬底进行氘离子注入，但是由于鳍式场效应晶体管的结构比较特殊，在进行离子注入时，鳍式场效应晶体管产生的阴影效应(shadoweffect，进行注入时，部分区域无法注入到)会使得凹槽底部的半导体衬底中注入的氘离子分布不均匀，并且离子注入容易对半导体衬底带来注入损伤。为此，本专利技术提供了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，在形成该含氘的高K介质层时，可以采用自掺杂工艺在本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底上形成有鳍部；形成横跨部分鳍部侧壁和顶部表面的伪栅；形成覆盖所述半导体衬底、鳍部和伪栅的介质层，所述介质层的表面与伪栅的顶部表面齐平；去除所述伪栅，形成凹槽；在所述凹槽的侧壁和底部表面形成含氘的高K介质层；对所述含氘的高K介质层进行退火，使得含氘的高K介质层中的氘离子扩散至凹槽底部的鳍部中；退火后，在所述高K介质层上形成填充凹槽的金属栅极。

【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，所述半导体衬底上形成有鳍部；形成横跨部分鳍部侧壁和顶部表面的伪栅；形成覆盖所述半导体衬底、鳍部和伪栅的介质层，所述介质层的表面与伪栅的顶部表面齐平；去除所述伪栅，形成凹槽；在所述凹槽的侧壁和底部表面形成含氘的高K介质层；对所述含氘的高K介质层进行退火，使得含氘的高K介质层中的氘离子扩散至凹槽底部的鳍部中；退火后，在所述高K介质层上形成填充凹槽的金属栅极。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，采用自掺杂沉积工艺形成所述含氘的高K介质层。3.如权利要求2所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述含氘的高K介质层的形成工艺为自掺杂的原子层沉积工艺。4.如权利要求3所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述高K介质层的材料为HfO2、TiO2、HfZrO、HfSiNO、Ta2O5、ZrO2、ZrSiO2、Al2O3、SrTiO3或BaSrTiO。5.如权利要求3所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述高K介质层材料HfO2，自掺杂的原子层沉积工艺形成含氘的高K介质层的过程包括：向沉积腔室中通入铪源气体的步骤；向沉积腔室通入氧源气体的步骤；向腔室中通入氘源气体的步骤；施加射频功率，将铪源气体、氧源气体和氘源气体解离为等离子体的步骤；等离子体沉积形成含氘的高K介质薄膜层的步骤；重复进行前述步骤，若干含氘的高K介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欣云，周鸣，
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