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第一介质层；刻蚀所述第一介质层，形成暴露出所述半导体衬底的第一开口；在所述第一开口内形成外延层，所述外延层填充满所述第一开口，所述外延层的载流子迁移率大于所述半导体衬底的载流子迁移率，所述外延层具有两端区域和中间区域，所述外延层两端区域的晶格缺陷多于中间区域的晶格缺陷；去除所述外延层的两端区域，形成第二开口，剩余外延层的中间区域构成半导体鳍部；在所述第二开口内形成第二介质层，所述第二介质层填充满所述第二开口。本发明专利技术的鳍式场效应晶体管的性能佳。

【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。但当半导体技术进入30纳米以下节点时，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）是一种新兴的的多栅器件，它一般包括凸出于衬底表面的半导体鳍部、覆盖部分所述半导体鳍部的顶部和侧壁的栅极结构、和位于所述栅极结构两侧的半导体鳍部内的源区和漏区。与平面MOS晶体管相比，鳍式场效应晶体管能够在保持很低的截止电流的同时提高驱动电流，能够有效的抑制短沟道效应。另外，现有技术中为了提高MOS晶体管单位栅长的驱动电流，通常采用缩短沟道长度和减小栅介质层厚度的方法，但随着MOS晶体管尺寸的缩小，采用上述手段来提高驱动电流的技术障碍越来越多。为了缓和这种情况，使用高迁移率的半导体材料作为MOS晶体管的沟道材料成为一种有效的手段。例如，由于锗或者硅锗的电子迁移率和空穴迁移率都比硅的电子迁移率和空穴迁移率高，所以无论对NMOS晶体管还是PMOS晶体管采用锗或者硅锗作为沟道材料都可以提升MOS晶体管的驱动电流。因此，结合了上述鳍式场效应晶体管结构和高迁移率半导体材料的异质外延鳍式场效应晶体管（HeteroepitaxialFinFET）结构近来得到了较多研究。请参考图1，图1为现有技术形成异质外延鳍式场效应晶体管的剖面结构示意图，包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100的材料为硅；位于所述半导体衬底100上的介质层101，所述介质层101具有暴露出所述半导体衬底100的开口（未示出）；位于所述开口内的鳍部102，所述鳍部102的材料为锗，所述鳍部102采用外延工艺形成。后续刻蚀所述介质层101，使所述鳍部102凸出于所述介质层101的表面，形成覆盖所述鳍部102顶部和侧壁的栅极结构，再在所述栅极结构两侧的鳍部102内形成源区和漏区。但是现有技术形成的异质外延鳍式场效应晶体管的性能不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术形成的异质外延鳍式场效应晶体管的性能不佳。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第一介质层；刻蚀所述第一介质层，形成暴露出所述半导体衬底的第一开口；在所述第一开口内形成外延层，所述外延层填充满所述第一开口，所述外延层的载流子迁移率大于所述半导体衬底的载流子迁移率，所述外延层具有两端区域和中间区域，所述外延层两端区域的晶格缺陷多于中间区域的晶格缺陷；去除所述外延层的两端区域，形成第二开口，剩余外延层的中间区域构成半导体鳍部；在所述第二开口内形成第二介质层，所述第二介质层填充满所述第二开口。可选的，所述半导体衬底的材料为硅，所述外延层的材料为锗或者硅锗。可选的，在所述第一开口内形成外延层采用选择性外延工艺。可选的，所述选择性外延工艺为超高真空化学气相沉积或者分子束外延。可选的，所述外延层的载流子迁移率大于所述半导体衬底的载流子迁移率是指：所述外延层的电子迁移率大于所述半导体衬底的电子迁移率、所述外延层的空穴迁移率大于所述半导体衬底的空穴迁移率、或者所述外延层的电子迁移率和空穴迁移率分别大于所述半导体衬底的电子迁移率和空穴迁移率。可选的，所述第一开口的形状为具有圆角的矩形。可选的，所述半导体衬底为（100）晶面，所述矩形的长边为<100>晶向。可选的，所述外延层沿所述第一开口长边方向两端的圆角区域为所述外延层的两端区域，所述外延层沿所述第一开口长边方向的中间区域为所述外延层的中间区域。可选的，所述第一介质层的材料为氧化硅。可选的，所述第二介质层的材料为氧化硅。可选的，在所述第二开口内形成第二介质层采用原子层沉积工艺。可选的，在所述第二开口内形成第二介质层采用可流动性化学气相沉积工艺。可选的，所述可流动性化学气相沉积工艺采用高密度等离子体化学气相沉积系统、等离子体增强化学气相沉积系统或者次大气压化学气相沉积系统。可选的，去除所述外延层的两端区域的工艺包括：在所述外延层上形成阻挡层，所述阻挡层暴露出所述外延层的两端区域；以所述阻挡层为掩膜，刻蚀所述外延层的两端区域，直至暴露出所述半导体衬底表面；去除所述阻挡层。可选的，所述阻挡层为光刻胶层或者硬掩膜层。可选的，所述第二介质层覆盖所述半导体鳍部的顶表面。可选的，还包括，在所述第二开口内形成第二介质层后，研磨所述第二介质层，使所述第二介质层表面平坦。可选的，还包括，在所述第二开口内形成第二介质层后，对所述半导体鳍部进行离子注入，形成鳍式场效应晶体管的阱区。可选的，还包括，在形成鳍式场效应晶体管的阱区后，刻蚀所述第一介质层和所述第二介质层，使所述半导体鳍部的顶表面高于所述第一介质层和所述第二介质层的顶表面。可选的，还包括，形成覆盖部分所述半导体鳍部侧壁和顶表面的栅极结构；在所述栅极结构两侧的半导体鳍部内形成源区和漏区。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，刻蚀半导体衬底表面的第一介质层，形成暴露出所述半导体衬底的第一开口，在所述第一开口内外延形成具有比所述半导体衬底更高载流子迁移率的外延层。在外延层的形成过程中，由于晶体材料生长的自限性，各个晶向的生长速率不同，后续形成的外延层具有规则的几何形状，而所述第一开口由于光刻工艺的限制存在圆角效应（Cornerrounding），在所述第一开口的圆角处，存在多个晶向（Crystallineorientations），导致外延过程中，在所述圆角处产生大量晶格缺陷（Crystallinedefect）。本实施例中，采用刻蚀工艺去除具有大量晶格缺陷的外延层两端区域，而保留所述外延层的中间区域，作为后续形成的鳍式场效应晶体管的半导体鳍部。由于所述半导体鳍部的晶格缺陷较少，在后续的阱区、源区和漏区的离子注入过程中，不存在由于大量晶格缺陷导致的掺杂离子扩散通道，避免了由于晶格缺陷导致的非共形的杂质分布（Nonconformaldopantdistribution），有利于提高后续形成的鳍式场效应晶体管的性能。进一步的，本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，所述外延层的材料为锗或者硅锗，锗或者硅锗的电子迁移率和空穴迁移率分别大于硅材料的电子迁移率和空穴迁移率，使得所形成异质外延鳍式场效应晶体管的驱动电流增加。进一步的，本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，在所述第二开口内形成第二介质层采用原子层沉积工艺或者可流动性化学气相沉积工艺，填充能力好，可以避免在填充过程中形成空隙和裂缝。附图说明图1是现有技术的异质外延鳍式场效应晶体管形成过程的剖面结构示意图；图2是现有技术的异质外延鳍式场效应晶体管形成过程的俯视图；图3至图13是本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管形成过程的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成的异质外延鳍式场效应晶体管的性能不佳。本专利技术的专利技术人通过研究现有技术形成异质外延鳍式场效应晶体管的方法，请继续参考图1，发现现有技术通过刻蚀半导体100表面上的介质层101形成开口（未图示），再在所述开口内外延具有更高载流子迁移率本文档来自技高网...

【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第一介质层；刻蚀所述第一介质层，形成暴露出所述半导体衬底的第一开口；在所述第一开口内形成外延层，所述外延层填充满所述第一开口，所述外延层的载流子迁移率大于所述半导体衬底的载流子迁移率，所述外延层具有两端区域和中间区域，所述外延层两端区域的晶格缺陷多于中间区域的晶格缺陷；去除所述外延层的两端区域，形成第二开口，剩余外延层的中间区域构成半导体鳍部；在所述第二开口内形成第二介质层，所述第二介质层填充满所述第二开口。

【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第一介质层；刻蚀所述第一介质层，形成暴露出所述半导体衬底的第一开口；在所述第一开口内形成外延层，所述外延层填充满所述第一开口，所述外延层的载流子迁移率大于所述半导体衬底的载流子迁移率，所述外延层具有两端区域和中间区域，所述外延层两端区域的晶格缺陷多于中间区域的晶格缺陷；去除所述外延层的两端区域，形成第二开口，剩余外延层的中间区域构成半导体鳍部；在所述第二开口内形成第二介质层，所述第二介质层填充满所述第二开口。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，所述半导体衬底的材料为硅，所述外延层的材料为锗或者硅锗。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，在所述第一开口内形成外延层采用选择性外延工艺。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，所述选择性外延工艺为超高真空化学气相沉积或者分子束外延。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，所述外延层的载流子迁移率大于所述半导体衬底的载流子迁移率是指：所述外延层的电子迁移率大于所述半导体衬底的电子迁移率、所述外延层的空穴迁移率大于所述半导体衬底的空穴迁移率、或者所述外延层的电子迁移率和空穴迁移率分别大于所述半导体衬底的电子迁移率和空穴迁移率。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，所述第一开口的形状为具有圆角的矩形。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，所述半导体衬底为（100）晶面，所述矩形的长边为<100>晶向。8.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，所述外延层沿所述第一开口长边方向两端的圆角区域为所述外延层的两端区域，所述外延层沿所述第一开口长边方向的中间区域为所述外延层的中间区域。9.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，所述第一介质层的材料...

【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