一种复合鳍的形成方法技术

本发明专利技术提供了一种复合鳍的形成方法，包括：提供衬底；通过侧墙图案转移，在衬底上形成第一侧墙掩膜；通过侧墙图案转移，在第一侧墙掩膜的侧壁上形成第二侧墙掩膜；以第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍，以及去除第一侧墙掩膜，并刻蚀第一侧墙掩膜下的鳍，以形成开口；在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层，以形成复合鳍，其中，相较于鳍和第三半导体层，所述第二半导体层具有更高的载流子迁移率。该方法提高了复合鳍的载流子迁移率，同时，避免了第二半导体层与栅介质层材料之间的界面态和缺陷的问题，提高了器件的性能。

Composite fin, semiconductor device and forming method thereof

The present invention provides a method for forming a composite fin, comprising: providing a substrate; the side wall of the side wall pattern transfer, forming a first mask on the substrate; the side wall pattern transfer, forming a second side wall mask in the side wall of the first side wall mask; on the first side wall and the second mask the side wall mask for masking, substrate etching to form fins, and removing the first side wall mask, and etching the first side wall under a mask fins to form an opening; in the opening in the selective growth of second semiconductor layer and a third semiconductor layer to form a composite fin, the fin, compared to the and the third semiconductor layer, wherein the second semiconductor layer has a higher rate of mobility. The method improves the carrier mobility of the composite fin, and avoids the problem of the interface state and the defect between the second semiconductor layer and the gate dielectric layer material, thereby improving the performance of the device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种复合鳍、半导体器件及其形成方法。
技术介绍
随着半导体器件的高度集成，MOSFET沟道长度不断缩短，一系列在MOSFET长沟道模型中可以忽略的效应变得愈发显著，甚至成为影响器件性能的主导因素，这种现象统称为短沟道效应。短沟道效应会恶化器件的电学性能，如造成栅极阈值电压下降、功耗增加以及信噪比下降等问题。为了克服短沟道效应，提出了鳍式场效应晶体管(Fin-FET)的立体器件结构，Fin-FET是具有鳍型沟道结构的晶体管，该种器件利用薄鳍的几个表面作为沟道，从而可以防止传统晶体管中的短沟道效应，同时可以增大工作电流。在鳍式场效应晶体管的制造工艺中，鳍的制造是非常重要的部分，随着对集成度要求的不断提高，希望鳍沟道能采用高迁移率的材料，然而，目前的高迁移率的鳍沟道材料，如Ge，与栅介质材料间存在界面缺陷和界面态的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷，提供一种复合鳍、半导体器件及其形成方法，提升鳍沟道的载流子迁移率，并改善鳍与栅介质层的界面态和界面缺陷。本专利技术提供了一种复合鳍的形成方法，包括步骤：提供衬底；通过侧墙图案转移，在衬底上形成第一侧墙掩膜；通过侧墙图案转移，在第一侧墙掩膜的侧壁上形成第二侧墙掩膜；以第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍，
以及去除第一侧墙掩膜，并刻蚀第一侧墙掩膜下的鳍，以形成开口；在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层，以形成复合鳍，其中，相较于鳍和第三半导体层，所述第二半导体层具有更高的载流子迁移率。可选的，形成鳍和开口的步骤包括：以第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍；进行热氧化工艺，然后去除第一侧墙掩膜刻蚀第一侧墙掩膜区域下的鳍，以形成开口。可选的，所述开口的底面高于鳍的底面。可选的，所述鳍和第三半导体层为硅，所述第二半导体层为Ge或III-V族半导体材料。此外，本专利技术还提供了复合鳍的形成方法，包括：提供衬底；通过侧墙图案转移，在衬底上形成第一侧墙掩膜；通过侧墙图案转移，在第一侧墙掩膜的侧壁上形成第二侧墙掩膜；去除第一侧墙掩膜，以第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍以及鳍内的开口；在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层，以形成复合鳍，其中，相较于鳍和第三半导体层，所述第二半导体层具有更高的载流子迁移率。可选的，在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层的步骤包括：在开口中形成第一填充层；覆盖鳍外侧的衬底，以形成第二填充层；去除第一填充层；依次外延生长第二半导体层和第三半导体层。可选的，所述鳍和第三半导体层为硅，所述第二半导体层为Ge或III-V族半导体材料。此外，本专利技术还提供了一种半导体器件的形成方法，采用上述任一方
法形成的复合鳍来形成半导体器件。此外，本专利技术还提供了一种复合鳍，包括：衬底；衬底上的鳍，所述鳍中形成有开口；所述开口中的第二半导体层和第二半导体层上的第三半导体层，其中，相较于鳍和第三半导体层，第二半导体层具有更高的载流子迁移率。可选的，所述开口的底面与鳍的底面齐平。可选的，所述开口的底面高于鳍的底面。可选的，所述鳍和第三半导体层为硅，所述第二半导体层为Ge或III-V族半导体材料。此外，本专利技术还提供了一种半导体器件，包括上述任一的复合鳍。本专利技术实施例提供的复合鳍、半导体器件及其形成方法，通过两次侧墙图案转移技术，分别形成第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜，通过该两个侧墙掩膜形成鳍以及鳍内的开口，进而，在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层，从而形成了鳍内形成有第二半导体层和第三半导体层的复合鳍，其中，具有更高载流子迁移率的第二半导体层被包围了起来，提高了复合鳍的载流子迁移率，同时，避免了第二半导体层与栅介质层材料之间的界面态和缺陷的问题，提高了器件的性能。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1示出了根据本专利技术实施例一的复合鳍的形成方法的流程示意图；图2-9A示出了根据本专利技术实施例一的方法形成复合鳍的各个制造过程中的器件结构示意图，包括俯视结构示意图和俯视结构示意图的AA向剖面结构示意图；图10示出了根据本专利技术实施例二的复合鳍的形成方法的流程示意图；图11-19A示出了根据本专利技术实施例二的方法形成复合鳍的各个制造过程中的器件结构示意图，包括俯视结构示意图和俯视结构示意图的AA
向剖面结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。在本专利技术中，提出了一种复合鳍的形成方法，在该方法中，通过两侧侧墙图案转移，分别形成第一和第二侧墙掩膜，利用这两个侧墙掩膜形成鳍和鳍中的开口，而后，在开口中依次选择性外延比鳍具有更高的载流子迁移率的第二半导体层以及比第二半导体层具有更低的载流子迁移率的第三半导体层，从而形成包围有更高载流子迁移率的复合鳍，一方面提高了鳍整体的载流子迁移率，同时，避免了与栅介质层材料之间的界面态和缺陷的问题，从而提高器件的性能。为了更好的理解本专利技术的技术方案和技术效果，以下将结合流程图对具体的实施例进行详细的说明。实施例一参考图1所示，在该实施例中，在步骤S101，提供衬底100，参考图1(俯视图)和图1A所示(图1的AA向剖视图)。在本专利技术的实施例中，所述衬底100可以选择与栅介质层材料之间具有较好界面态和较少缺陷的材料，可以为单层衬底或叠层衬底，在优选的实施例中，所述衬底100可以为Si衬底或SOI(绝缘体上硅，Silicon On Insulator)，其具有较低的成本并易于和现有的制造工艺集成。在其他实施例中，
所述衬底100还可以为包括其他元素半导体或化合物半导体的衬底，例如GaAs、InP或SiC等，还可以为叠层结构，例如Si/SiGe等，还可以其他外延结构，例如SGOI(绝缘体上锗硅)等。在本实施例中，所述衬底100为体硅衬底。在步骤S102，通过侧墙图案转移，在衬底100上形成第一侧墙掩膜106，参考图2(俯视图)和图2A所示(图2的AA向剖视图)。在本实施例中，具体的，首先，在衬底100上形成盖层102，所述盖层102例如可以为氧化硅，起到保护衬底100及作为后续工艺的刻蚀停止层的作用。接着，进行第一次侧墙图案转移，具体的，先在盖层102上淀积去除层，该去除层用于形成第一侧墙掩膜，去除层例如可以为多晶硅，接着，进行刻蚀，形成图案化的去除层104。而后，淀积第一侧墙材料，例如可以为氮化硅，并进行刻蚀，如RIE(反应离子刻蚀)，从而，在去除层104的侧壁上形成第一侧墙掩膜106，如图2和图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合鳍的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；通过侧墙图案转移，在衬底上形成第一侧墙掩膜；通过侧墙图案转移，在第一侧墙掩膜的侧壁上形成第二侧墙掩膜；以第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍，以及去除第一侧墙掩膜，并刻蚀第一侧墙掩膜下的鳍，以形成开口；在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层，以形成复合鳍，其中，相较于鳍和第三半导体层，所述第二半导体层具有更高的载流子迁移率。

【技术特征摘要】
1.一种复合鳍的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；通过侧墙图案转移，在衬底上形成第一侧墙掩膜；通过侧墙图案转移，在第一侧墙掩膜的侧壁上形成第二侧墙掩膜；以第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍，以及去除第一侧墙掩膜，并刻蚀第一侧墙掩膜下的鳍，以形成开口；在开口中依次选择性生长第二半导体层和第三半导体层，以形成复合鳍，其中，相较于鳍和第三半导体层，所述第二半导体层具有更高的载流子迁移率。2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成鳍和开口的步骤包括：以第一侧墙掩膜和第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍；进行热氧化工艺，并去除第一侧墙掩膜；刻蚀第一侧墙掩膜区域下的鳍，以形成开口。3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述开口的底面高于鳍的底面。4.根据权利要求1-3中任一项所述的形成方法，其特征在于，所述鳍和第三半导体层为硅，所述第二半导体层为Ge或III-V族半导体材料。5.一种复合鳍的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；通过侧墙图案转移，在衬底上形成第一侧墙掩膜；通过侧墙图案转移，在第一侧墙掩膜的侧壁上形成第二侧墙掩膜；去除第一侧墙掩膜，以第二侧墙掩膜为掩蔽，进行衬底的刻蚀，以形成鳍以及鳍内的开口；在开口中依次选择性生长第二半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昱东，闫江，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11