N型鳍式场效应晶体管的形成方法技术

一种N型鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有鳍部；形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述鳍部包括被所述栅极结构覆盖的第一侧壁和与所述第一侧壁相对的第二侧壁；对所述栅极结构两侧的鳍部的第一侧壁进行第一离子注入；对所述第一离子注入后的鳍部进行第一退火处理；所述第一退火处理后，对所述栅极结构两侧的鳍部的第二侧壁进行第二离子注入；对所述第二离子注入后的鳍部进行第二退火处理；所述第二退火处理后，在所述栅极结构两侧的鳍部表面分别形成源极和漏极。采用本发明专利技术的方法能够提高N型鳍式场效应晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及N型鳍式场效应晶体管的形成方法。
技术介绍
随着半导体产业向更低的技术节点的发展，渐渐开始从平面CMOS晶体管向三维鳍式场效应晶体管(FinFET)过渡。FinFET中，栅极结构至少可以从两侧对沟道进行控制，具有比平面MOSFET器件强得多的栅对沟道的控制能力，能够很好的抑制短沟道效应。而且相对其它器件具有更好的与现有的集成电路生产技术的兼容性。然而，采用现有技术的方法形成的N型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采用现有技术的方法形成的N型鳍式场效应晶体管的性能不佳。为解决上述问题，本专利技术提供一种N型鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有鳍部；形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述鳍部包括被所述栅极结构覆盖的第一侧壁和与所述第一侧壁相对的第二侧壁；对所述栅极结构两侧的鳍部的第一侧壁进行第一离子注入；对所述第一离子注入后的鳍部进行第一退火处理；所述第一退火处理后，对所述栅极结构两侧的鳍部的第二侧壁进行第二离子注入；对所述第二离子注入后的鳍部进行第二退火处理；所述第二退火处理后，在所述栅极结构两侧的鳍部表面分别形成源极和
漏极。可选的，所述第一离子注入和所述第二离子注入的方向分别与垂直于所述半导体衬底的法线具有夹角，所述夹角为大于0度且小于等于30度。可选的，所述第一离子注入和所述第二离子注入为LDD离子注入。可选的，所述第一离子注入类型为砷离子或磷离子，所述第二离子注入类型为砷离子或磷离子。可选的，所述第一离子注入或第二离子注入的类型为砷离子时，注入能量为大于等于200eV且小于等于5keV。可选的，所述第一离子注入或第二离子注入的类型为磷离子时，注入能量为大于等于100eV且小于等于5keV。可选的，所述第一离子注入和所述第二离子注入的注入剂量和为大于等于1E13atom/cm2且小于等于2E15atom/cm2。可选的，所述第二退火处理后，去除所述栅极结构两侧的鳍部顶部。可选的，所述鳍部顶部大于等于所述鳍部的六分之一且小于等于所述鳍部的三分之一。可选的，所述栅极结构形成后，所述第一离子注入步骤前，在所述鳍部的顶部和侧壁形成第一侧墙材料层；所述第二退火处理步骤后，去除所述栅极结构两侧的鳍部顶部的步骤之前，在所述第一侧墙材料层上形成第二侧墙材料层；对所述第一侧墙材料层和所述第二侧墙材料层回刻，在所述鳍部周围形成鳍部侧墙；去除所述鳍部侧墙的顶部。可选的，剩余鳍部的高度大于剩余鳍部侧墙的高度。可选的，去除所述栅极结构两侧的鳍部顶部，在剩余的鳍部上分别形成第一半导体材料层和位于第一半导体材料层之上的第二半导体材料层，所述第二半导体材料层掺杂有势垒降低离子。可选的，所述第一半导体材料层为碳化硅层或硅层，所述第二半导体材料层为硅帽层。可选的，所述势垒降低离子包括硫离子、硒离子、砷离子、锑离子和锗离子中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：第一离子注入后，鳍部靠近第一侧壁一侧的晶格结构受损，鳍部靠近第二侧壁一侧的晶格结构没有受损，仍然为单晶硅。第一退火处理后，第二侧壁一侧的单晶硅会恢复生长至第一侧壁处。这样，鳍部中大部分的晶格缺陷会被修复。当对栅极结构两侧的鳍部中的第一侧壁进行第一离子注入后，第一离子退火处理的过程中，由于第一侧壁与第二侧壁之间的距离非常近，所以第一离子注入的大部分注入离子会扩散至第二侧壁处，并被激活，形成第一LDD离子注入区。但是，形成的第一LDD离子注入区不够均匀。第二离子注入后，鳍部靠近第二侧壁一侧的晶格结构受损，鳍部靠近第一侧壁一侧的晶格结构没有受损，仍然为单晶硅。第二退火处理的过程中，第一侧壁一侧的单晶硅会恢复生长至第二侧壁处。这样，鳍部中大部分的晶格缺陷会被再次修复。因此，相对于现有技术，整个鳍部的受损程度明显减小。另外，当对栅极结构两侧的鳍部中的第二侧壁进行第二离子注入时，由于第一侧壁与第二侧壁之间的距离非常近，所以第二离子注入的注入离子会在第二退火处理的过程中扩散至第一侧壁处，并被激活，形成第二离子注入区。正因为有第一离子注入和第二离子注入，后续形成的鳍式场效应晶体管的重叠电容会增加，最终形成的LDD离子注入区会均匀。附图说明图1是现有技术中的半导体衬底及在其上形成有栅极结构的立体结构示意图；图2是沿图1中AA方向的剖面结构示意图；图3是本专利技术中的半导体衬底及在其上形成有栅极结构和第一侧墙材料层的立体结构示意图；图4是沿图3中BB方向的剖面结构示意图；图5至图10是继图4的步骤之后形成的本专利技术具体实施例的N型鳍式场效应晶体管的剖面流程结构示意图。具体实施方式参考图1和图2，现有技术中的N型鳍式场效应晶体管的形成方法如下：首先，参考图1和图2，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10具有鳍部11。具体如下：所述半导体衬底10包括具有至少两个分立的凸起结构的硅衬底101和位于凸起结构之间的绝缘层102，绝缘层102低于所述凸起结构。高于绝缘层102的凸起结构为鳍部11。接着，形成横跨鳍部11的栅极结构12。其中栅极结构12包括栅氧层121和位于栅氧层121之上的栅极层122。接着，继续参考图2，对栅极结构12两侧的鳍部11进行LDD离子注入形成LDD离子注入区。具体过程如下：所述鳍部11包括被栅极结构12覆盖的第一侧壁111和第二侧壁112，所述第一侧壁111与第二侧壁112相对。先对第一侧壁111进行LDD离子注入，紧接着对第二侧壁112进行LDD离子注入。其中，LDD离子注入的注入离子为磷离子。接着，在栅极结构两侧的鳍部表面原位掺杂生长有源漏离子的碳化硅层，形成了N型鳍式场效应晶体管的源极和漏极。其中，源漏离子为磷离子。之后，在碳化硅层的表面外延生长硅帽(Si Cap)层。然后，在硅帽层上形成金属层，对金属层进行退火，金属层与硅帽层熔合形成金属硅化物层。经过发现和分析，采用现有技术的方法形成的N型鳍式场效应晶体管的性能不佳的原因如下：结合参考图2，对于N型鳍式场效应晶体管来说，LDD离子注入的注入离子为磷离子，磷离子的原子量较大。对栅极结构12两侧的鳍部进行LDD离子注入时，先对第一侧壁111进行LDD离子注入，紧接着对第二侧壁112
进行LDD离子注入。这样，鳍部11经过两次磷离子注入，会产生严重的晶格损伤，尤其在鳍部顶部会更加严重。而且，后续的退火操作也很难将整个鳍部的晶格损伤进行修复。原因如下：对于平面晶体管来说，LDD离子注入会对衬底表面造成损伤，后续的退火工艺能够进行及时修复。因为，该衬底内部具有大量的单晶硅，可以在退火的过程中横向扩散生长至受损的衬底处。然而，对于鳍式场效应晶体管来说，鳍部11的特征尺寸太小。鳍部11在LDD离子注入的过程中受损后，即使进行相应的退火处理，硅衬底101中的单晶硅沿凸起结构的底部至鳍部的顶部的纵向方向修复生长非常困难，因此，硅衬底101中的单晶硅很难修复生长至鳍部11中，甚至是鳍部11的顶部。这样，在鳍部11的顶部及以下形成位错缺陷(Twin defect)，该位错缺陷沿着鳍部11底部至顶部逐渐加重，影响后续形成的N型的鳍式场效应晶体管的性能。为使本专利技术的上述目的和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N型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，所述半导体衬底具有鳍部；形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述鳍部包括被所述栅极结构覆盖的第一侧壁和与所述第一侧壁相对的第二侧壁；对所述栅极结构两侧的鳍部的第一侧壁进行第一离子注入；对所述第一离子注入后的鳍部进行第一退火处理；所述第一退火处理后，对所述栅极结构两侧的鳍部的第二侧壁进行第二离子注入；对所述第二离子注入后的鳍部进行第二退火处理；所述第二退火处理后，在所述栅极结构两侧的鳍部分别形成源极和漏极。

【技术特征摘要】
1.一种N型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，所述半导体衬底具有鳍部；形成横跨所述鳍部的栅极结构，所述鳍部包括被所述栅极结构覆盖的第一侧壁和与所述第一侧壁相对的第二侧壁；对所述栅极结构两侧的鳍部的第一侧壁进行第一离子注入；对所述第一离子注入后的鳍部进行第一退火处理；所述第一退火处理后，对所述栅极结构两侧的鳍部的第二侧壁进行第二离子注入；对所述第二离子注入后的鳍部进行第二退火处理；所述第二退火处理后，在所述栅极结构两侧的鳍部分别形成源极和漏极。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入和所述第二离子注入的方向分别与垂直于所述半导体衬底的法线具有夹角，所述夹角为大于0度且小于等于30度。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入和所述第二离子注入为LDD离子注入。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入类型为砷离子或磷离子，所述第二离子注入类型为砷离子或磷离子。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入或所述第二离子注入的类型为砷离子时，注入能量为大于等于200eV且小于等于5keV。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入或所述第二离子注入的类型为磷离子时，注入能量为大于等于100eV且小于等于5keV。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，毛刚，
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