鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，方法包括：提供半导体衬底，半导体衬底上具有鳍部，鳍部的侧壁包括第一侧壁区和位于第一侧壁区上的第二侧壁区；在半导体衬底和鳍部上形成层间介质层，层间介质层中具有暴露出鳍部部分侧壁表面和部分顶部表面的开口；在开口的侧壁和底部形成目标功函数层，目标功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一目标区和仅覆盖第二侧壁区的第二目标区，第二目标区和位于鳍部顶部表面上的目标功函数层中掺杂有改性离子，第一目标区具有第一有效功函数值，第二目标区、以及位于鳍部顶部表面上的目标功函数层具有第二有效功函数值，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。所述方法提高了鳍式场效应晶体管的电学性能。

【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造领域，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
MOS(金属-氧化物-半导体)晶体管，是现代集成电路中最重要的元件之一。MOS晶体管的基本结构包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的栅极结构，所述栅极结构包括：位于半导体衬底表面的栅介质层以及位于栅介质层表面的栅电极层；位于栅极结构两侧半导体衬底中的源漏掺杂区。随着半导体技术的发展，传统的平面式的MOS晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管(FinFET)是一种新兴的多栅器件，它一般包括凸出于半导体衬底表面的鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部表面和侧壁的栅极结构，位于栅极结构两侧的鳍部中的源漏掺杂区。然而，现有技术中鳍式场效应晶体管的电学性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，以提高鳍式场效应晶体管的电学性能。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，所述半导体衬底上具有鳍部，所述鳍部的侧壁包括第一侧壁区和位于第一侧壁区上的第二侧壁区；在所述半导体衬底和鳍部上形成层间介质层，所述层间介质层中具有暴露出鳍部部分侧壁表面和部分顶部表面的开口；在所述开口的侧壁和底部形成目标功函数层，所述目标功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一目标区和仅覆盖第二侧壁区的第二目标区，第二目标区和位于鳍部顶部表面上的目标功函数层中掺杂有改性离子，目标功函数层第一目标区具有第一有效功函数值，目标功函数层第二目标区、以及位于鳍部顶部表面上的目标功函数层具有第二有效功函数值，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。可选的，所述鳍部的底部宽度大于所述鳍部的顶部宽度。可选的，在平行于鳍部侧壁且垂直于鳍部延伸方向上，所述第一目标区的尺寸和所述第二目标区的尺寸之比为2:5～3:5。可选的，当所述鳍式场效应晶体管的类型为P型时，所述目标功函数层第一目标区的材料为TiN、TiC或MoN，所述目标功函数层第二目标区的材料分别对应为掺杂有改性离子的TiN、TiC或MoN。可选的，当所述鳍式场效应晶体管的类型为N型时，所述目标功函数层第一目标区的材料为TiAl或TaAl，所述目标功函数层第二目标区的材料分别对应为掺杂有改性离子的TiAl或TaAl。可选的，形成所述目标功函数层的方法包括：在所述开口的侧壁和底部形成初始功函数层，初始功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一初始区和仅覆盖第二侧壁区的第二初始区，初始功函数层具有第一有效功函数值；采用离子注入工艺在初始功函数层第二初始区、以及位于鳍部顶部表面上的初始功函数层中注入改性离子，使初始功函数层形成目标功函数层，初始功函数层第一初始区形成目标功函数层第一目标区，初始功函数层第二初始区形成目标功函数层的第二目标区；所述离子注入工艺具有注入方向，所述注入方向与半导体衬底表面法线之间具有第一注入夹角，所述注入方向与鳍部延伸方向之间具有第二注入夹角。可选的，所述初始功函数层的材料为TiN、TiC或MoN；所述改性离子为N离子、F离子、C离子或As离子。可选的，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为N离子，注入能量为2.5KeV～4.5KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。可选的，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为F离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。可选的，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为C离子，注入能量为2KeV～4KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。可选的，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为As离子，注入能量为8KeV～11KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。可选的，所述初始功函数层的材料为TiAl或TaAl；所述改性离子为Al离子或Ga离子。可选的，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为Al离子，注入能量为6KeV～8KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。可选的，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为Ga离子，注入能量为7KeV～10KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。本专利技术还提供一种鳍式场效应晶体管，包括：半导体衬底，所述半导体衬底上具有鳍部，所述鳍部的侧壁包括第一侧壁区和位于第一侧壁区上的第二侧壁区；位于半导体衬底和鳍部上的层间介质层，所述层间介质层中具有暴露出鳍部部分侧壁表面和部分顶部表面的开口；位于所述开口的侧壁和底部的目标功函数层，所述目标功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一目标区和仅覆盖第二侧壁区的第二目标区，第二目标区和位于鳍部顶部表面上的目标功函数层中掺杂有改性离子，目标功函数层第一目标区具有第一有效功函数值，目标功函数层第二目标区、以及位于鳍部顶部表面上的目标功函数层具有第二有效功函数值，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。可选的，所述鳍部的底部宽度大于所述鳍部的顶部宽度。可选的，在平行于鳍部侧壁且垂直于鳍部延伸方向上，所述第一目标区的尺寸和所述第二目标区的尺寸之比为2:5～3:5。可选的，当所述鳍式场效应晶体管的类型为P型时，所述目标功函数层第一目标区的材料为TiN、TiC或MoN，所述目标功函数层第二目标区的材料分别对应为掺杂有改性离子的TiN、TiC或MoN。可选的，当所述鳍式场效应晶体管的类型为N型时，所述目标功函数层第一目标区的材料为TiAl或TaAl，所述目标功函数层第二目标区的材料分别对应为掺杂有改性离子的TiAl或TaAl。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的鳍式场效应晶体管的形成方法中，在所述开口的侧壁和底部形成目标功函数层，所述目标功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一目标区和仅覆盖第二侧壁区的第二目标区，目标功函数层第一目标区具有第一有效功函数值，目标功函数层第二目标区、以及位于鳍部顶部表面上的目标功函数层具有第二有效功函数值，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。由于第一有效功函数值较小，因此增加了鳍部中底部区域的开启电压。而较大的开启电压能够抑制关态漏电流，且鳍式场效应晶体管的关态漏电流主要集中在鳍部中底部区域，因此使得鳍式场效应晶体管的关态漏电流减小。由于第二有效功函数值较大，因此减小了鳍部中顶部区域的开启电压。而在驱动电压不变的情况下，较小的开启电压有利于提高驱动电流，且鳍式场效应晶体管的驱动电流主要集中在鳍部中顶部区域，因此使得鳍式场效应晶体管的驱动电流增加。综上，提高了鳍式场效应晶体管的电学性能。本专利技术技术方案提供的鳍式场效应晶体管中，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。由于第一有效功函数值较小，因此增加了鳍部中底部区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，所述半导体衬底上具有鳍部，所述鳍部的侧壁包括第一侧壁区和位于第一侧壁区上的第二侧壁区；在所述半导体衬底和鳍部上形成层间介质层，所述层间介质层中具有暴露出鳍部部分侧壁表面和部分顶部表面的开口；在所述开口的侧壁和底部形成目标功函数层，所述目标功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一目标区和仅覆盖第二侧壁区的第二目标区，第二目标区和位于鳍部顶部表面上的目标功函数层中掺杂有改性离子，目标功函数层第一目标区具有第一有效功函数值，目标功函数层第二目标区、以及位于鳍部顶部表面上的目标功函数层具有第二有效功函数值，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。

【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，所述半导体衬底上具有鳍部，所述鳍部的侧壁包括第一侧壁区和位于第一侧壁区上的第二侧壁区；在所述半导体衬底和鳍部上形成层间介质层，所述层间介质层中具有暴露出鳍部部分侧壁表面和部分顶部表面的开口；在所述开口的侧壁和底部形成目标功函数层，所述目标功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一目标区和仅覆盖第二侧壁区的第二目标区，第二目标区和位于鳍部顶部表面上的目标功函数层中掺杂有改性离子，目标功函数层第一目标区具有第一有效功函数值，目标功函数层第二目标区、以及位于鳍部顶部表面上的目标功函数层具有第二有效功函数值，第一有效功函数值小于第二有效功函数值。2.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍部的底部宽度大于所述鳍部的顶部宽度。3.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，在平行于鳍部侧壁且垂直于鳍部延伸方向上，所述第一目标区的尺寸和所述第二目标区的尺寸之比为2:5～3:5。4.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，当所述鳍式场效应晶体管的类型为P型时，所述目标功函数层第一目标区的材料为TiN、TiC或MoN，所述目标功函数层第二目标区的材料分别对应为掺杂有改性离子的TiN、TiC或MoN。5.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，当所述鳍式场效应晶体管的类型为N型时，所述目标功函数层第一目标区的材料为TiAl或TaAl，所述目标功函数层第二目标区的材料分别对应为掺杂有改性离子的TiAl或TaAl。6.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述目标功函数层的方法包括：在所述开口的侧壁和底部形成初始功函数层，初始功函数层包括仅覆盖第一侧壁区的第一初始区和仅覆盖第二侧壁区的第二初始区，初始功函数层具有第一有效功函数值；采用离子注入工艺在初始功函数层第二初始区、以及位于鳍部顶部表面上的初始功函数层中注入改性离子，使初始功函数层形成目标功函数层，初始功函数层第一初始区形成目标功函数层第一目标区，初始功函数层第二初始区形成目标功函数层的第二目标区；所述离子注入工艺具有注入方向，所述注入方向与半导体衬底表面法线之间具有第一注入夹角，所述注入方向与鳍部延伸方向之间具有第二注入夹角。7.根据权利要求6所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述初始功函数层的材料为TiN、TiC或MoN；所述改性离子为N离子、F离子、C离子或As离子。8.根据权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为N离子，注入能量为2.5KeV～4.5KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm2，第一注入夹角为10度～40度，第二注入夹角为0度～15度。9.根据权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述离子注入工艺的参数包括：采用的离子为F离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为1E13atom/cm2～1E15atom/cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王楠，潘梓诚，洪中山，
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