鳍式场效应管及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种鳍式场效应管及其形成方法，包括：提供衬底；在衬底上形成绝缘层、牺牲层；在绝缘层和牺牲层中形成多个开口；在衬底中形成沟槽；在沟槽以及开口中形成鳍；去除剩余的牺牲层使鳍凸出于绝缘层的表面；形成栅极；形成源区和漏区。本发明专利技术还提供一种鳍式场效应管，包括：衬底，衬底中具有多个沟槽；形成于沟槽中且凸出于衬底表面的多个鳍，凸出于衬底的鳍截面呈倒梯形；位于鳍之间衬底上的绝缘层，绝缘层的上表面低于鳍的上表面；横跨至少一个鳍且覆盖鳍的侧壁与顶部的栅极；源区和漏区。本发明专利技术的有益效果在于：提高了整个鳍式场效应管的性能、提高形成的鳍的精度，并避免了可能发生的隔离材料填充不到位的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种。
技术介绍
传统金属氧化半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor, MOSFET)中的栅极为平面结构，随着晶体管尺寸不断减小短沟道效应(Shortchannel effects)变得较为明显，亚阈值电流以及栅泄漏电流的增加影响了 M0SFET的整体性能，并使这种传统MOSFET的尺寸难以进一步得到减小。相比之下，多面栅MOSFET (multi gate MOSFET)具有较好的栅控能力，并能够较好的抑制短沟道效应。在这之中，典型的多面栅结构的晶体管为形成在体硅或者绝缘体上的娃(Silicon On Insulator, SOI)结构上的鳍式场效应管(Fin Field EffectTransistor, FinFET)。所述鳍式场效应管为立体结构，包括立体地设于衬底上的一个或者多个鳍(Fin),鳍之间设有绝缘的隔离部件；栅极横跨于鳍上且覆盖在所述鳍的顶部和侧壁。由于这种立体的鳍式场效应管与传统的MOSFET的平面结构有较大区别，部分工艺如果操作不当可能会对形成的鳍式场效应管的电学性能造成影响，因此如何尽量地提升形成的鳍式场效应管结构的性能是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，以提升鳍式场效应管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种鳍式场效应管的形成方法，包括:提供衬底；在所述衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成牺牲层；在绝缘层和牺牲层中形成多个开口 ；去除所述开口露出的部分衬底，以在所述衬底中形成沟槽；在所述沟槽以及开口中填充半导体材料以形成多个鳍；去除剩余的牺牲层，使所述鳍的一部分凸出于所述绝缘层的表面；形成横跨至少一个鳍的栅极，所述栅极覆盖鳍的侧壁与顶部；在所述栅极两侧的鳍中形成源区和漏区。可选的，形成鳍的步骤包括:去除部分绝缘层和牺牲层，以在绝缘层和牺牲层中形成第一开口 ；去除所述第一开口露出的部分衬底，以在所述衬底中形成第一沟槽；在所述第一沟槽以及第一开口中填充第一半导体材料，以形成第一鳍；在形成所述第一鳍后，去除部分剩余的绝缘层和牺牲层，以在所述第一鳍之间的绝缘层和牺牲层中形成第二开口 ；去除所述第二开口露出的部分衬底，以在所述衬底中形成第二沟槽；在所述第二沟槽以及第二开口中填充第二半导体材料，以形成第二鳍。可选的，形成牺牲层的步骤之后，形成开口的步骤之前，所述形成方法还包括:在所述牺牲层上形成垫氧层；形成开口的步骤还包括:去除部分所述垫氧层以在绝缘层和牺牲层中形成所述开P ；填充半导体材料以形成鳍的步骤包括:在所述开口中填充半导体材料；以所述垫氧层为研磨停止层，通过化学机械研磨去除部分半导体材料，剩余的半导体材料形成所述鳍。可选的，形成开口的步骤包括:形成截面呈倒梯形的开口。可选的，所述开口的侧壁与衬底之间的夹角在85°?89°的范围内。可选的，形成沟槽的步骤包括:在所述衬底中形成沟槽，所述沟槽的内表面为一球面。可选的，去除所述开口露出的部分衬底，以在所述衬底中形成沟槽的步骤包括:采用各向同性干法刻蚀方法去除部分衬底，在衬底中形成所述沟槽。可选的，在所述沟槽以及开口中填充半导体材料的步骤包括:采用外延生长的方式在所述沟槽以及开口中形成所述半导体材料。可选的，所述绝缘层的材料为氧化硅；所述牺牲层的材料为氮化硅；所述鳍的材料为娃或锗。可选的，形成鳍的步骤之后，形成栅极的步骤之前，还包括:对所述鳍进行圆化处理，以使所述鳍露出所述绝缘层的边沿被圆化。可选的，对鳍进行圆化处理的步骤包括:至少一次氧化所述鳍，并在每次氧化步骤后去除氧化所述鳍所形成的氧化层。可选的，对鳍进行圆化处理的步骤包括:采用SiCoNi刻蚀工艺对所述鳍的边沿进行刻蚀。此外，本专利技术还提供一种鳍式场效应管，包括:衬底，所述衬底中具有多个沟槽；形成于沟槽中且凸出于所述衬底表面的多个鳍，凸出于所述衬底的鳍截面呈倒梯形；位于所述鳍之间衬底上的绝缘层，所述绝缘层的上表面低于鳍的上表面；横跨至少一个鳍且覆盖鳍的侧壁与顶部的栅极；形成于所述栅极两侧鳍中的源区和漏区。可选的，所述鳍的侧壁与衬底之间的夹角在85°?89°的范围内。可选的，所述鳍凸出于所述绝缘层的边沿为圆角。可选的，所述沟槽的内表面为一球面。可选的，所述绝缘层的材料为氧化硅；所述牺牲层的材料为氮化硅；所述鳍的材料为硅或锗。可选的，所述多个鳍包括多个第一鳍以及设于所述第一鳍之间的第二鳍。可选的，所述第一鳍的材料与第二鳍的材料不同。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:先提供衬底，然后在衬底上形成绝缘层和牺牲层；通过在所述绝缘层和牺牲层形成开口，并在衬底中形成沟槽，以此来定义将要在所述沟槽以及开口中形成的鳍的位置以及尺寸形状，进而增加了形成鳍的可控性，有利于提高整个鳍式场效应管的性能；另外，由于在形成鳍之前已经形成了绝缘层，在形成鳍后，鳍之间的绝缘层便成为用于使鳍绝缘的隔离部件，无需像现有技术那样先形成沟槽然后在沟槽中填充隔离材料以形成隔离部件，进而避免了隔离材料填充不到位的问题。可选方案中，在形成第一鳍后，在所述第一鳍之间形成第二鳍可以增加鳍的密度，这种方法能够在形成较高密度的鳍的同时，保证鳍的形成精度，其原因在于，在形成开口时需要采用到光刻工艺，如果需要光刻的图案过于密集会对光刻精度造成影响，本专利技术将需要形成的鳍拆分为两次形成，保证了每次形成开口时光刻工艺的精度。可选方案中，形成截面为倒梯形的开口有利于在所述开口中填充半导体材料，进而有利于所述鳍的形成；另一方面，形成截面为倒梯形的开口有利于在不增加开口密集程度的同时，增加后续形成的鳍的宽度，较宽的鳍意味着工作时鳍式场效应管中沟道区的宽度增加，较宽的沟道区本身有利于提高形成的鳍式场效应管的性能；且较宽的鳍可以增加鳍与后续形成的栅极之间的接触面积，可以优化鳍式场效应管工作时栅极对沟道区的栅控能力。可选方案中，在衬底中形成内表面为球面的沟槽，在所述沟槽中填充半导体材料以形成鳍时，半导体材料晶粒的生长方向一般垂直于其生长表面，因而沿衬底表面水平方向的晶粒生长容易相互抵消；而垂直衬底表面方向生长的晶粒可以一直朝沟槽的开口处生长，直至形成鳍。这种结构的沟槽能够仅保留朝向所述开口方向的生长的晶粒，使形成的鳍材料中的晶粒均具有较为单一的晶向(垂直于沟槽底部，也就是垂直于衬底的方向)，这有利于减少形成鳍时容易产生的错位缺陷(dislocat1n defect)，提高形成的鳍的电学性倉泛。【附图说明】图1至图11是本专利技术鳍式场效应管的形成方法一实施例中各个步骤的结构示意图；图12是本专利技术鳍式场效应管一实施例的结构示意图。【具体实施方式】现有技术形成的鳍式场当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成牺牲层；在绝缘层和牺牲层中形成多个开口；去除所述开口露出的部分衬底，以在所述衬底中形成沟槽；在所述沟槽以及开口中填充半导体材料以形成多个鳍；去除剩余的牺牲层，使所述鳍的一部分凸出于所述绝缘层的表面；形成横跨至少一个鳍的栅极，所述栅极覆盖鳍的侧壁与顶部；在所述栅极两侧的鳍中形成源区和漏区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，
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