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，不同于现有技术采用整个鳍部作为沟道区，而是仅利用鳍部的侧壁靠近表面区域的部分厚度形成沟道区，或仅利用鳍部的侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度形成沟道区。上述较薄的沟道区使得源漏区导通过程中，将载流子限制在一个较薄的通道里，增大载流子的电流密度，避免其与衬底内的载流子复合，从而减小漏电流。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，不同于现有技术采用整个鳍部作为沟道区，而是仅利用鳍部的侧壁靠近表面区域的部分厚度形成沟道区，或仅利用鳍部的侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度形成沟道区。上述较薄的沟道区使得源漏区导通过程中，将载流子限制在一个较薄的通道里，增大载流子的电流密度，避免其与衬底内的载流子复合，从而减小漏电流。【专利说明】
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
随着半导体工艺技术的不断发展，随着工艺节点逐渐减小，后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用，来获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸(CD，Critical Dimens1n)进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，多栅器件作为常规器件的替代得到了广泛的关注。鳍式场效应晶体管(Fin FET)是一种常见的多栅器件，图1示出了现有技术中的一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图。如图1所示，其包括:半导体衬底10，该半导体衬底10上形成有凸出的鳍部14 ;绝缘层11，覆盖半导体衬底10的表面以及鳍部14的部分高度；栅极结构12，横跨在鳍部14上，覆盖鳍部14的顶部和侧壁，栅极结构12包括栅介质层(图中未示出)和位于栅介质层上的栅电极(图中未示出)。对于Fin FET，栅极结构12覆盖的鳍部14为沟道区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。实际研究结果表明，具有上述结构的鳍式场效应晶体管的漏电流较大。有鉴于此，本专利技术提供一种新的鳍式场效应晶体管及其形方法，以降低漏电流。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有的鳍式场效应晶体管沟道区的漏电流较大。为解决上述问题，本专利技术的一方面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，在所述半导体衬底表面形成硬掩膜层，以所述硬掩膜层为掩膜刻蚀所述半导体衬底的部分厚度形成若干分立的顶部小、底部大的鳍部；在所述分立的鳍部上及相邻鳍部之间填充绝缘材料，并平坦化所述绝缘材料至鳍部上的硬掩膜层露出；回蚀所述绝缘材料至部分高度的鳍部露出，所述回蚀过程使得位于鳍部顶部的硬掩膜层中间区域厚、边缘区域薄；以所述中间区域厚、边缘区域薄的硬掩膜层为掩膜对所述暴露出的鳍部进行垂直方向的离子注入，以仅在所暴露的鳍部的侧壁靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区，或仅在所暴露的鳍部的侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区；去除硬掩膜层，在侧壁靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区的鳍部部分长度或侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区的鳍部部分长度上形成栅极结构，并在栅极结构两侧的鳍部形成源漏区，所述栅极结构覆盖的离子注入区形成沟道区。可选地，所述鳍式场效应晶体管为N沟道鳍式场效应晶体管，以所述中间区域厚、边缘区域薄的硬掩膜层为掩膜对所述暴露出的鳍部进行的离子注入为P型离子注入。可选地，所述鳍式场效应晶体管为P沟道鳍式场效应晶体管，以所述中间区域厚、边缘区域薄的硬掩膜层为掩膜对所述暴露出的鳍部进行的离子注入为N型离子注入。可选地，所述中间区域厚、边缘区域薄的硬掩膜层截面呈三角形或上凸的弓形。可选地，所述鳍部的侧壁部分厚度内的离子浓度自侧壁表面至鳍部中心逐渐减小。可选地，所述半导体衬底为单晶硅。可选地，所述半导体衬底包括单晶硅以及所述单晶硅上的外延层，所述分立的鳍部通过刻蚀所述外延层形成。可选地，所述硬掩膜层的材质为氮化硅或氮氧化硅，所述绝缘材料的材质为二氧化娃。本专利技术的另一方面提供一种鳍式场效应晶体管，包括:位于半导体衬底上的若干分立的顶部小、底部大的鳍部；填充在所述鳍部之间的绝缘层，所述绝缘层暴露出所述鳍部的部分高度；横跨在被所述绝缘层暴露的鳍部上的栅极结构，所述栅极结构两侧的鳍部形成有源漏区；其中，所述栅极结构下的鳍部仅在侧壁靠近表面区域的部分厚度形成沟道区或仅在侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度形成沟道区。可选地，所述沟道区的离子浓度自表面至所述鳍部的中心逐渐减小。可选地，所述鳍式场效应晶体管为N沟道鳍式场效应晶体管，所述沟道区内的掺杂离子为P型离子。可选地，所述鳍式场效应晶体管为P沟道鳍式场效应晶体管，所述沟道区内的掺杂离子为N型离子。与现有技术相比，本专利技术的鳍式场效应晶体管具有以下优点:不同于现有技术采用整个鳍部作为沟道区，而是仅利用鳍部的侧壁靠近表面区域的部分厚度形成沟道区，或仅利用鳍部的侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度形成沟道区，使得源漏区导通过程中，将载流子限制在一个较薄的通道里，增大载流子的电流密度，避免其与衬底内的载流子复合，因而减小了漏电流。与现有技术相比，本专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法具有以下优点:对于鳍式场效应晶体管中的较薄沟道区，可以利用现有工艺中的部分结构进行形成，与现有工艺的兼容性强。具体地:保留形成鳍部所需的刻蚀工艺中的硬掩膜层，利用回蚀绝缘材料过程中的等离子体对该硬掩膜层进行刻蚀，该刻蚀在边角区域的去除量大于中间区域的去除量，使得自然而然形成边缘区域薄、中间区域厚的硬掩膜层，加之鳍部顶部小、底部大，因而以该硬掩膜层为掩膜对鳍部进行垂直方向的离子注入，所形成的离子注入区只在鳍部的侧壁靠近表面区域的部分厚度内形成，通过调节离子注入能量，还可以在鳍部顶部靠近表面区域的部分厚度内也形成上述离子注入区，上述离子注入区中的离子被激活后形成沟道区。【附图说明】图1是现有技术中的一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图；图2至图7是本专利技术一实施例的鳍式场效应晶体管在不同制作阶段的结构示意图；图8至图9是本专利技术另一实施例的鳍式场效应晶体管在不同制作阶段的结构示意图。【具体实施方式】如
技术介绍
中所述，现有的鳍式场效应晶体管的漏电流较大。针对上述问题，专利技术人进行了分析，发现产生问题的原因是:在源漏区导通过程中，整个鳍部都为沟道区，都有载流子通过，因而载流子密度较小，易于与衬底中的相应载流子进行复合，这产生了漏电流。基于上述分析，本专利技术提出:仅在侧壁靠近表面区域的部分厚度形成沟道区或仅在侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度形成沟道区，使得源漏区导通过程中，将载流子限制在一个较薄的通道里，增大载流子的电流密度，避免其与衬底内的载流子复合，因而减小了漏电流。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。请参考图2所示，提供半导体衬底20，在半导体衬底20表面形成硬掩膜层30，以硬掩膜层30为掩膜刻蚀半导体衬底20的部分厚度形成若干分立的顶部小、底部大的鳍部21ο半导体衬底20的材质可以是单晶娃或者绝缘体上娃(SOI)，鳍部21是通过刻蚀部分高度的单晶硅或SOI形成的。此外，半导体衬底20也可以包括单晶硅(或SOI)以及单晶硅(或SOI)上的外延层，分立的鳍部21通过刻蚀该外延层形成。本实施例中，硬掩膜层30的材质为氮化硅，其它实施例中，也可以为氮氧化硅或其它材质。本实施例中，以形成三个分立的鳍部21为例进行说明，其它实施例中，本步骤形成的分立的鳍部21也可以为其它数目。此外，由于刻蚀工艺中，开口处较开口底部的刻蚀时间长，因而去除的区域呈开口大、底部小，进而与去除区域互补的保留的鳍部21为顶部小、底部大的形状。接着，参考图3所示，在分立的鳍部21上本文档来自技高网...

【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，在所述半导体衬底表面形成硬掩膜层，以所述硬掩膜层为掩膜刻蚀所述半导体衬底的部分厚度形成若干分立的顶部小、底部大的鳍部；在所述分立的鳍部上及相邻鳍部之间填充绝缘材料，并平坦化所述绝缘材料至鳍部上的硬掩膜层露出；回蚀所述绝缘材料至部分高度的鳍部露出，所述回蚀过程使得位于鳍部顶部的硬掩膜层中间区域厚、边缘区域薄；以所述中间区域厚、边缘区域薄的硬掩膜层为掩膜对所述暴露出的鳍部进行垂直方向的离子注入，以仅在所暴露的鳍部的侧壁靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区，或仅在所暴露的鳍部的侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区；去除硬掩膜层，在侧壁靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区的鳍部部分长度或侧壁以及顶部靠近表面区域的部分厚度内形成离子注入区的鳍部部分长度上形成栅极结构，并在栅极结构两侧的鳍部形成源漏区，所述栅极结构覆盖的离子注入区形成沟道区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敬勇，
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