半导体结构及其形成方法技术

一种半导体结构及其形成方法，方法包括：提供基底，包括衬底以及位于衬底上分立的鳍部；在鳍部露出的衬底上形成隔离结构，隔离结构覆盖鳍部的部分侧壁；形成横跨鳍部且覆盖鳍部部分顶部表面和侧壁表面的栅极结构；刻蚀栅极结构两侧部分厚度的鳍部，在鳍部内形成凹槽；对凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，在凹槽底部的鳍部内形成防穿通掺杂离子区；在凹槽中形成掺杂外延层。一方面，相比在形成隔离结构之前进行防穿通离子注入工艺的方案，本发明专利技术防穿通离子注入工艺的注入剂量较小，从而减小对鳍部的注入损伤；另一方面，通过对凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，有利于抑制短沟道效应；结合以上两个方面，使所形成半导体器件的电学性能得到提高。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
在半导体制造中，随着超大规模集成电路的发展趋势，集成电路特征尺寸持续减小。为了适应特征尺寸的减小，MOSFET的沟道长度也相应不断缩短。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，因此栅极对沟道的控制能力随之变差，栅极电压夹断(pinchoff)沟道的难度也越来越大，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，为了更好的适应特征尺寸的减小，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应晶体管(FinFET)。FinFET中，栅极结构至少可以从两侧对超薄体(鳍部)进行控制，与平面MOSFET相比，栅极结构对沟道的控制能力更强，能够很好的抑制短沟道效应；且FinFET相对于其他器件，与现有集成电路制造具有更好的兼容性。但是，现有技术形成的半导体器件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半导体结构及其形成方法，优化半导体器件的电学性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及位于所述衬底上分立的鳍部；在所述鳍部露出的衬底上形成隔离结构，所述隔离结构覆盖所述鳍部的部分侧壁，且所述隔离结构顶部低于所述鳍部顶部；形成所述隔离结构后，形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部表面和侧壁表面；刻蚀所述栅极结构两侧部分厚度的鳍部，在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽；对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，在所述凹槽底部的鳍部内形成防穿通掺杂离子区；形成所述防穿通掺杂离子区后，在所述凹槽中形成掺杂外延层。相应的，本专利技术还提供一种半导体结构，包括：基底，所述基底包括衬底以及位于所述衬底上分立的鳍部；隔离结构，位于所述鳍部露出的衬底上，所述隔离结构覆盖所述鳍部的部分侧壁，且所述隔离结构顶部低于所述鳍部顶部；横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部表面和侧壁表面；凹槽，位于所述栅极结构两侧鳍部内；防穿通掺杂离子区，位于所述凹槽底部的鳍部内，所述防穿通掺杂离子区通过对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺以形成；原位掺杂外延层，位于所述凹槽内。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体结构的形成方法的技术方案中，在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽后，对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，以在所述凹槽底部的鳍部内形成防穿通掺杂离子区；一方面，在半导体制造过程中，通常是在形成隔离结构之前进行所述防穿通离子注入工艺，相比在形成隔离结构之前进行所述防穿通离子注入工艺的方案，本专利技术所形成防穿通掺杂离子区中的掺杂离子流失较少，相应的，所述防穿通离子注入工艺的注入剂量较小，从而可以减小对所述鳍部的注入损伤；另一方面，通过对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺的方案，有利于抑制短沟道效应；所以，结合以上两个方面，本专利技术所述技术方案使得所形成半导体器件的电学性能得到提高。可选方案中，提供基底的步骤中，平行于所述衬底表面且沿垂直于鳍部延伸方向上，所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸；所述鳍部的顶部尺寸较小，相应的，栅极结构对沟道的控制能力较强，通过对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺的方案，可以避免在所述鳍部顶部形成所述防穿通掺杂离子区，从而可以避免因所述鳍部顶部掺杂离子过多而引起的载流子迁移率下降的问题，即有利于提高所形成半导体器件的载流子迁移率。可选方案中，所述防穿通掺杂离子区通过对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺以形成，相应的，在形成所述防穿通掺杂离子区的步骤中，可以采用刻蚀形成所述凹槽时所采用的掩膜作为所述防穿通离子注入工艺的掩膜，因此本专利技术所述技术方案可以避免额外光罩的引入，从而可以简化工艺、并避免工艺成本的增加。本专利技术提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：位于所述栅极结构两侧鳍部内的凹槽；位于所述凹槽底部的鳍部内的防穿通掺杂离子区，所述防穿通掺杂离子区通过对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺以形成；一方面，在半导体制造过程中，通常是在形成隔离结构之前进行所述防穿通离子注入工艺，相比在形成隔离结构之前进行所述防穿通离子注入工艺的方案，本专利技术所述防穿通掺杂离子区中的掺杂离子流失较少，相应的，所述防穿通离子注入工艺所采用的注入剂量较小，从而可以减小对所述鳍部的注入损伤；另一方面，所述防穿通掺杂离子区位于所述凹槽底部的鳍部内，有利于抑制短沟道效应；所以，结合以上两个方面，本专利技术半导体器件的电学性能可以得到提高。可选方案中，平行于所述衬底表面且沿垂直于鳍部延伸方向上，所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸；所述鳍部的顶部尺寸较小，相应的，栅极结构对沟道的控制能力较强；所述鳍部顶部不具有所述防穿通掺杂离子区，从而可以避免因所述鳍部顶部掺杂过多而引起的载流子迁移率下降的问题，即有利于提高半导体器件的载流子迁移率。附图说明图1至图20是本专利技术半导体结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成的半导体器件的电学性能有待提高。现结合一种半导体结构的形成方法分析其电学性能有待提高的原因。所述形成方法包括：提供基底，所述基底包括衬底以及位于所述衬底上分立的鳍部；在所述鳍部露出的衬底上形成隔离膜，所述隔离膜覆盖所述鳍部的侧壁；形成所述隔离膜后，对所述鳍部进行阱注入(WellImplant)工艺；在所述阱注入工艺后，对所述鳍部进行防穿通离子注入(Anti-punchThroughImplant)工艺，在所述鳍部内形成防穿通掺杂离子区；回刻部分厚度的所述隔离膜，剩余所述隔离膜作为隔离结构，所述隔离结构覆盖所述鳍部的部分侧壁，且所述隔离结构顶部低于所述鳍部顶部；形成所述隔离结构后，形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部表面和侧壁表面。通过对所述鳍部进行防穿通离子注入工艺，以有效抑制短沟道效应。相比平面晶体管，在鳍式场效应晶体管中，鳍部和隔离结构的边界所占比重更高，因此在鳍式场效应晶体管的形成过程中，所形成防穿通掺杂离子区内的掺杂离子流失问题更严重；且在后续的退火处理过程中，进一步加剧掺杂离子的流失；所以，对所述鳍部进行防穿通离子注入工艺时，所述防穿通离子注入工艺的注入剂量较大，以弥补掺杂离子的流失。由于所述防穿通离子注入工艺的注入剂量较大，因此容易对所述鳍部造成注入损伤，且当注入离子为重离子时，所述鳍部受到的注入损伤相应更严重，从而降低所形成半导体器件的载流子迁移率以及掺杂离子的活性；此外，在平行于所述衬底表面且沿垂直于鳍部延伸方向上，通常鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸，所述鳍部的顶部尺寸较小，相应的，栅极结构对沟道的控制能力较强，对所述鳍部进行防穿通离子注入工艺后，容易出现因所述鳍部顶部掺杂过多而引起的载流子迁移率下降的问题；所以，所形成半导体器件的电学性能较差。为了解决所述技术问题，本专利技术提供的半导体结构的形成方法的技术方案中，在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽后，对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，以在所述凹槽底部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及位于所述衬底上分立的鳍部；在所述鳍部露出的衬底上形成隔离结构，所述隔离结构覆盖所述鳍部的部分侧壁，且所述隔离结构顶部低于所述鳍部顶部；形成所述隔离结构后，形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部表面和侧壁表面；刻蚀所述栅极结构两侧部分厚度的鳍部，在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽；对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，在所述凹槽底部的鳍部内形成防穿通掺杂离子区；形成所述防穿通掺杂离子区后，在所述凹槽中形成掺杂外延层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及位于所述衬底上分立的鳍部；在所述鳍部露出的衬底上形成隔离结构，所述隔离结构覆盖所述鳍部的部分侧壁，且所述隔离结构顶部低于所述鳍部顶部；形成所述隔离结构后，形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍部的部分顶部表面和侧壁表面；刻蚀所述栅极结构两侧部分厚度的鳍部，在所述栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽；对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺，在所述凹槽底部的鳍部内形成防穿通掺杂离子区；形成所述防穿通掺杂离子区后，在所述凹槽中形成掺杂外延层。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体结构为N型鳍式场效应晶体管，所述防穿通掺杂离子区的离子类型为P型离子；或者，所述半导体结构为P型鳍式场效应晶体管，所述防穿通掺杂离子区的离子类型为N型离子。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述防穿通掺杂离子区的离子类型为P型离子，所述P型离子包括硼离子、镓离子或铟离子；或者，所述防穿通掺杂离子区的离子类型为N型离子，所述N型离子包括磷离子、砷离子或锑离子。4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，对所述凹槽底部进行防穿通离子注入工艺的步骤中，离子注入方向在所述衬底上的投影与所述鳍部的延伸方向垂直。5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述防穿通掺杂离子区的离子类型为P型离子，所述防穿通离子注入工艺的参数包括：所述P型离子为硼离子，注入能量为1Kev至5Kev，注入剂量为1E12原子每平方厘米至1E14原子每平方厘米，注入角度为5度至45度；或者，所述防穿通掺杂离子区的离子类型为N型离子，所述防穿通离子注入工艺的参数包括：所述N型离子为磷离子，注入能量为5Kev至11Kev，注入剂量为1E12原子每平方厘米至1E14原子每平方厘米，注入角度为5度至45度。6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，提供基底的步骤中，平行于所述衬底表面且沿垂直于鳍部延伸方向上，所述鳍部的顶部尺寸小于底部尺寸。7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，提供基底后，在所述鳍部露出的衬底上形成隔离结构之前，所述形成方法还包括：在所述鳍部露出的衬底上形成隔离膜，所述隔离膜覆盖所述鳍部的侧壁；形成所述隔离膜后，对所述鳍部进行阱注入工艺；形成隔离结构的步骤包括：在所述阱注入工艺后，回刻部分厚度的所述隔离膜，剩余所述隔离膜作为隔离结构。8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述半导体结构为N型鳍式场效应晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，林仰魁，
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