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，所述半导体衬底表面具有凸起的鳍部，位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；刻蚀所述栅极结构两侧的部分鳍部，形成开口；在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层；在所述开口内形成嵌入式源区和漏区。本发明专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法防止了嵌入式源区和漏区的掺杂杂质扩散进入负遮盖区，有利于提高晶体管性能。

【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
，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管的形成方法。
技术介绍
MOS晶体管通过在栅极施加电压，调节通过沟道区域的电流来产生开关信号。随着半导体技术的发展，传统的平面式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半导体鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁的栅极结构，位于所述栅极结构两侧的鳍部内的源区和漏区。但在20纳米节点以下，鳍式场效应晶体管鳍部的厚度极小，短沟道效应明显，如阈值电压对沟道长度变化敏感、载流子速度饱和效应、热载流子效应和亚阈值特性退化等。为解决上述问题，现有技术提出了一种具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管(FinFETwithunderlaps)。请参考图1，图1示出了现有技术一种具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的剖面结构示意图，包括：半导体衬底100；位于所述半导体衬底100上的凸出的鳍部101，所述鳍部101通过对所述半导体衬底100刻蚀形成；覆盖部分所述鳍部101表面的栅介质层103；位于所述栅介质层103上的栅电极层104；位于所述栅介质层103和所述栅电极层104两侧的侧墙105；位于所述栅电极层104两侧的鳍部101内的源区和漏区102；位于所述侧墙105下方的鳍部101内的负遮盖区（underlap）106，所述负遮盖区106的掺杂浓度与所述鳍式场效应晶体管沟道区域（未示出）的掺杂浓度相同。在上述具有负遮盖区106的鳍式场效应晶体管中，由于对所述负遮盖区106没有进行轻掺杂漏区注入（LDD）和晕环注入（HaloImplantation），所述负遮盖区106的掺杂浓度与所述鳍式场效应晶体管沟道区域的掺杂浓度相同，增大了有效沟道区域长度，缓解了短沟道效应。但是，在上述具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的形成过程中，源区和漏区102的掺杂离子在杂质激活或其他热处理工艺中容易扩散进入负遮盖区106，改变负遮盖区106的掺杂浓度，降低晶体管性能。其他有关具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的形成方法还可以参考公开号为US2005/0275045A1的美国专利申请。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管中源区和漏区的杂质容易扩散进入负遮盖区。为解决上述问题，本专利技术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，所述半导体衬底表面具有凸起的鳍部，位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；刻蚀所述栅极结构两侧的部分鳍部，形成开口；在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层；在所述开口内形成嵌入式源区和漏区。可选的，所述阻挡氧化层具有单原子层或者双原子层结构。可选的，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层的工艺包括：在所述开口的底部和侧壁表面喷涂去离子水；通入氧化气体，所述氧化气体与所述去离子水形成氧化剂，氧化所述开口的底部和侧壁的表面；重复上述喷涂去离子水和通入氧化气体的步骤，直至形成所述阻挡氧化层。可选的，所述氧化气体为O3。可选的，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层的工艺为湿法氧化。可选的，所述湿法氧化工艺采用NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液。可选的，所述栅极结构包括栅介质层、位于所述栅介质层上的栅电极层以及位于所述栅介质层和栅电极层两侧的侧墙。可选的，所述侧墙的材料为高介电常数材料。可选的，所述高介电常数材料为HfO2、Al2O3、ZrO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO和HfZrO中的一种或几种。可选的，所述侧墙覆盖的部分鳍部构成负遮盖区。可选的，所述负遮盖区的掺杂浓度与鳍式场效应晶体管的沟道区域的掺杂浓度相同。可选的，还包括，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层前，去除所述开口底部和侧壁表面的自然氧化层。可选的，去除所述自然氧化层的工艺为湿法刻蚀。可选的，所述湿法刻蚀工艺采用HF溶液、NH3和HF的混合溶液、或者NF3和HF的混合溶液。可选的，还包括，在所述开口内形成嵌入式源区和漏区前，对所述开口的底部和侧壁进行氢气预处理。可选的，所述氢气预处理的温度小于800摄氏度。可选的，在所述开口内形成嵌入式源区和漏区的工艺为选择性外延工艺。可选的，所述选择性外延工艺为分子束外延或者超高真空化学气相沉积。可选的，所述嵌入式源区和漏区的材料为锗硅、碳化硅或者硅。可选的，所述嵌入式源区和漏区掺杂有N型或者P型杂质。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点：本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，在刻蚀所述栅极结构两侧的部分鳍部，形成开口之后，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层，然后再在所述开口内形成嵌入式源区和漏区。所述阻挡氧化层在所述嵌入式源区/漏区与所述栅极结构下的鳍部之间引入了杂质陷阱，可以阻挡掺杂杂质的热扩散。因此，本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，所述阻挡氧化层可以作为杂质扩散阻挡层，防止鳍式场效应晶体管的嵌入式源区和漏区的掺杂杂质扩散进入所述栅极结构下的部分鳍部而影响负遮盖区的掺杂浓度，有利于提高晶体管的性能。进一步的，本专利技术实施例形成所述阻挡氧化层时，在所述开口的底部和侧壁表面喷涂去离子水，然后通入氧化气体，所述氧化气体与所述去离子水形成氧化剂，氧化所述开口的底部和侧壁的表面，并重复上述喷涂去离子水和通入氧化气体的步骤，直至形成所述阻挡氧化层。由于上述工艺喷涂去离子水和通入气体的量有限且可以精确控制，形成的氧化剂的量也有限且可以精确控制，因此，在所述开口的底部和侧壁形成的阻挡氧化层的厚度可以被控制在较薄的尺寸，例如可以为单原子层或者双原子层的阻挡氧化层。较薄的阻挡氧化层厚度有利于提高后续外延形成的嵌入式源区和漏区材料的晶格质量，减少由于晶格失配导致的界面缺陷。附图说明图1是现有技术的具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的剖面结构示意图；图2至图6是本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成过程的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成的具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管中源区和漏区的杂质容易扩散进入负遮盖区。本专利技术的专利技术人通过研究现有技术的具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的形成方法，发现由于负遮盖区在形成工艺中不会进行轻掺杂漏区注入和晕环注入，因此所述负遮盖区的掺杂浓度较低，与鳍式场效应晶体管的沟道区域的掺杂浓度相当。因此，在源区和漏区形成之后的杂质激活过程或者其他热退火过程中，源区和漏区的杂质容易扩散进入低掺杂浓度的负遮盖区，影响晶体管的性能。基于以上研究，本专利技术的专利技术人提出一种鳍式场效应晶体管的形成方法，在刻蚀栅极结构两侧的部分鳍部，形成开口之后，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层，然后再在所述开口内形成嵌入式源区和漏区。所述阻挡氧化层作为扩散阻挡层，可以防止鳍式场效应晶体管的嵌入式源区和漏区的掺杂杂质扩散进入负遮盖区。下面结合附图详细地描述具体实施例，上述的目的和本专利技术的优点将更加清楚。图2至图6是本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成过程的结构示意图。请参考图2和图3，图3为图2中沿AA1方向的剖面结构示意图，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200表面具有凸起的鳍部201，位于所述鳍部201上的栅极结构202，所述栅极结构202覆本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底表面具有凸起的鳍部，位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；刻蚀所述栅极结构两侧的部分鳍部，形成开口；在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层；在所述开口内形成嵌入式源区和漏区。

【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，所述半导体衬底表面具有凸起的鳍部，位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；刻蚀所述栅极结构两侧的部分鳍部，形成开口；在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层，侧壁上的阻挡氧化层的顶部表面与鳍部的顶部表面齐平；在形成阻挡氧化层后，在所述开口内形成嵌入式源区和漏区，嵌入式源区和漏区覆盖所述阻挡氧化层。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，所述阻挡氧化层具有单原子层或者双原子层结构。3.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，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层的工艺包括：在所述开口的底部和侧壁表面喷涂去离子水；通入氧化气体，所述氧化气体与所述去离子水形成氧化剂，氧化所述开口的底部和侧壁的表面；重复上述喷涂去离子水和通入氧化气体的步骤，直至形成所述阻挡氧化层。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，所述氧化气体为O3。5.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，在所述开口的底部和侧壁表面形成阻挡氧化层的工艺为湿法氧化。6.如权利要求5所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述湿法氧化工艺采用NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液。7.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，所述栅极结构包括栅介质层、位于所述栅介质层上的栅电极层以及位于所述栅介质层和栅电极层两侧的侧墙。8.如权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述侧墙的材料为高介电常数材料。9.如权利要求8所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述高介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31