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，所述栅极覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；形成覆盖所述鳍部和所述栅极的侧墙材料层；对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，形成改质侧墙材料层，所述改质侧墙材料层的刻蚀速率大于所述侧墙材料层的刻蚀速率；去除覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层和位于所述栅极顶表面的侧墙材料层，形成位于所述栅极两侧的侧墙。本发明专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法在形成侧墙时，不会在鳍部的底部两侧残余侧墙材料，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。在鳍式场效应晶体管的制备过程中，通常会形成位于栅极两侧的侧墙。图1和图2是现有技术鳍式场效应晶体管的侧墙形成过程的结构示意图。请参考图1，提供半导体衬底100；刻蚀所述半导体衬底100形成凸出于所述半导体衬底100表面的鳍部101；形成覆盖所述半导体衬底100表面和部分所述鳍部101侧壁的隔离结构103；形成覆盖部分所述鳍部101的顶表面和侧壁的栅极102。请参考图2，形成覆盖所述鳍部101、所述栅极102和所述隔离结构103的侧墙材料层（未图示）；回刻蚀所述侧墙材料层，形成位于所述栅极102两侧的侧墙104。请继续参考图2，现有技术中通过回刻蚀工艺，去除覆盖所述鳍部101顶表面和侧壁、所述栅极102顶表面和所述隔离结构103表面的侧墙材料层，保留位于所述栅极102侧壁表面的侧墙材料层形成侧墙104。但由于所述鳍部101凸出于所述半导体衬底100表面，在所述鳍部101侧壁表面也会形成侧墙材料层，在回刻蚀工艺之后，并不能完全去除位于所述鳍部101两侧的侧墙材料层。在所述鳍部101的底部与所述隔离结构103的接触部分会形成残余侧墙材料105，影响后续形成的鳍式场效应晶体管的性能。其他有鳍式场效应晶体管中侧墙的形成方法还可以参考公开号为US2011/0198673A1的美国专利申请。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术鳍式场效应晶体管的侧墙的形成过程中在鳍部的底部残余侧墙材料。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，所述栅极覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；形成覆盖所述鳍部和所述栅极的侧墙材料层；对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，形成改质侧墙材料层，所述改质侧墙材料层的刻蚀速率大于所述侧墙材料层的刻蚀速率；去除覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层和位于所述栅极顶表面的侧墙材料层，形成位于所述栅极两侧的侧墙。可选的，所述离子注入的方向垂直于所述鳍部延伸的方向。可选的，所述离子注入的方向与所述半导体衬底平面的夹角为30度～70度。可选的，所述离子注入的注入离子为氧离子、氩离子、硼离子、氙离子、砷离子、硼离子、氦离子或者氢离子。可选的，所述离子注入的注入剂量为1015cm-2～1016cm-2。可选的，所述离子注入的注入能量为1KeV～10KeV。可选的，所述离子注入工艺过程中，所述半导体衬底背偏置。可选的，所述半导体衬底背偏置的功率为200W～400W。可选的，所述侧墙材料层的材料为氮化硅、氧化硅或者氮氧化硅。可选的，所述栅极的材料为多晶硅。可选的，去除覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层和位于所述栅极顶表面的侧墙材料层的工艺为干法刻蚀。可选的，所述干法刻蚀工艺为反应离子刻蚀。可选的，还包括在所述栅极两侧的鳍部内形成源区和漏区。可选的，所述源区和漏区为嵌入式源区和漏区。可选的，所述嵌入式源区和漏区的材料为硅、锗硅或者碳化硅。可选的，所述嵌入式源区和漏区掺杂有N型或者P型杂质。可选的，还包括在形成源区和漏区之后，形成覆盖所述半导体衬底、鳍部和侧墙的介质层，所述介质层的顶表面与所述栅极的顶表面齐平。可选的，还包括在形成介质层之后，去除所述栅极，形成开口，所述开口暴露出部分所述鳍部的顶表面。可选的，还包括：在所述开口内形成高介电常数栅介质层，在所述高介电常数栅介质层上形成金属栅极。可选的，所述高介电常数栅介质层的材料为HfO2、Al2O3、ZrO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO和HfZrO中的一种或几种。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，在形成覆盖鳍部和栅极的侧墙材料层后，对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，可以破坏所述鳍部两侧以及顶部的侧墙材料层的化学键，降低侧墙材料层的晶格质量，改变侧墙材料层的组分，形成改质侧墙材料层，可以使覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层的刻蚀速率大于覆盖所述栅极的侧墙材料层的刻蚀速率。在后续回刻蚀侧墙材料层形成侧墙的工艺中，有利于将覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层去除干净，仅在所述栅极两侧形成侧墙。进一步的，本实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入的方向垂直于所述鳍部的延伸方向，所述鳍部的延伸方向是指待形成鳍式场效应晶体管中从源区到漏区或者从漏区到源区的方向。由于所述离子注入的方向垂直于鳍部的延伸方向，因此所述离子注入过程中，离子更多的被注入到覆盖所述鳍部的侧墙材料层，而较少注入到位于所述栅极两侧的侧墙材料层，使得在覆盖所述鳍部的侧墙材料层的材料性能发生改变形成改质侧墙材料层，而对覆盖所述栅极的侧墙材料层的影响较小。进一步的，本实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入的过程中，所述半导体衬底背偏置。由于所述鳍部与所述半导体衬底的连接方式是一体的，所述半导体衬底被背偏置于负电位时，所述鳍部也被背偏置于负电位；而所述栅极与所述半导体衬底之间具有伪栅介质层，所述栅极的电位高于所述半导体衬底的电位，也高于所述鳍部的电位。在离子注入工艺过程中，带正电荷的注入离子更容易到达负电位的鳍部对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，而较少到达处于较高电位的栅极对覆盖所述栅极的侧墙材料层进行离子注入。附图说明图1和图2是现有技术鳍式场效应晶体管的形成过程中部分步骤的结构示意图；图3至图8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，现有技术鳍式场效应晶体管的侧墙的形成过程中在鳍部的底部会残余侧墙材料。本专利技术的专利技术人通过研究现有技术鳍式场效应晶体管中侧墙的形成工艺，请继续参考图1和图2，发现现有技术在形成覆盖所述鳍部101和所述栅极102的侧墙材料层后，直接对所述侧墙材料层进行回刻蚀形成侧墙104。但由于所述鳍部101凸出于所述半导体衬底100表面，且刻蚀通常为各向异性的干法刻蚀，因此在回刻蚀过程后，位于所述鳍部100两侧的侧墙材料层不能被完全去除，影响后续形成鳍式场效应晶体管的性能。进一步的，本专利技术的专利技术人研究了离子注入工艺对侧墙材料性能的影响，发现注入离子可以破坏侧墙材料的化学键，降低侧墙材料层的晶格质量，改变侧墙材料层的组分，进而改变侧墙材料的刻蚀速率。基于以上研究，本专利技术的专利技术人提出了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，在形成覆盖鳍部和栅极的侧墙材料层后，对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，形成改质侧墙材料层，可以使覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层的刻蚀速率大于覆盖所述栅极的侧墙材料层的刻蚀速率，在后续回刻蚀侧墙材料层形成侧墙的工艺中，有利于将覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层去除干净，仅在所述栅极两侧形成侧墙。下本文档来自技高网...

【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，所述栅极覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；形成覆盖所述鳍部和所述栅极的侧墙材料层；对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，形成改质侧墙材料层，所述改质侧墙材料层的刻蚀速率大于所述侧墙材料层的刻蚀速率；去除覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层和位于所述栅极顶表面的侧墙材料层，形成位于所述栅极两侧的侧墙。

【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，所述栅极覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；形成覆盖所述鳍部和所述栅极的侧墙材料层；对覆盖所述鳍部的侧墙材料层进行离子注入，所述离子注入的方向垂直于所述鳍部延伸的方向，形成改质侧墙材料层，所述改质侧墙材料层的刻蚀速率大于所述侧墙材料层的刻蚀速率；去除覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层和位于所述栅极顶表面的侧墙材料层，仅保留位于所述栅极两侧的侧墙材料层，形成侧墙；去除覆盖所述鳍部的改质侧墙材料层和位于所述栅极顶表面的侧墙材料层的工艺为干法刻蚀。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，所述离子注入的方向与所述半导体衬底平面的夹角为30度～70度。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，所述离子注入的注入离子为氧离子、氩离子、硼离子、氙离子、砷离子、硼离子、氦离子或者氢离子。4.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，所述离子注入的注入剂量为1015cm-2～1016cm-2。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，所述离子注入的注入能量为1KeV～10KeV。6.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，所述离子注入工艺过程中，所述半导体衬底背偏置。7.如权利要求6所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底背偏置的功率为200W～400W。8.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...

【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