鳍式场效应晶体管的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种鳍式场效应晶体管的制造方法，包括：步骤一、对半导体衬底进行第一次刻蚀形成鳍体的顶部部分；顶部部分又分成第一段和第二段；第二段作为沟道层；步骤二、在第二段的侧面形成牺牲侧墙使第一段的侧面露出；步骤三、形成掺杂介质层将第一段的侧面包覆；步骤四、进行掺杂驱动工艺将掺杂介质层的杂质扩散到第一段中实现对第一段的掺杂，掺杂后的所述第一段作为防穿通层；步骤五、去除掺杂介质层和牺牲侧墙；步骤六、对半导体衬底进行第二次刻蚀形成鳍体的底部部分；步骤七、形成介质隔离层，介质隔离层的顶部表面位于防穿通层的顶部表面和底部表面之间。本发明专利技术能在沟道层的底部形成无损伤高掺杂的防穿通层同时不影响沟道层的载流子迁移率。沟道层的载流子迁移率。沟道层的载流子迁移率。

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应晶体管的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种鳍式场效应晶体管(Fin Field Effect Transistor，FinFET)的制造方法。

技术介绍

[0002]随着半导体制程技术的发展，栅极宽度不断缩小，传统平面CMOS器件已经不能满足器件的需求，譬如对于短沟道效应的控制。对于20nm以下的技术节点，鳍式场效应晶体管结构具有更好的电学性能。如图1所示，是现有第一种鳍式场效应晶体管的平面图；图2是沿图1中虚线AA的剖面图；图3是沿图1中虚线BB的剖面图；现有第一种鳍式场效应晶体管包括：
[0003]形成于半导体衬底如硅衬底1上的鳍体2，鳍体2的底部通过绝缘层3隔离，绝缘层3通常采用浅沟槽场氧(STI)。
[0004]在鳍体2的顶部表面和侧面覆盖有金属栅(MG)。通常，金属栅和鳍体2的材料之间隔离有采用高介电常数(HK)层2042的栅介质层，整个栅极结构204为HKMG。由图1的平面图可知，鳍体2包括多条且平行排列，金属栅也包括多条且平行排列，各金属栅和长度方向和鳍体2的长度方向垂直。结合图3所示可知，所述栅极结构如下虚线框204所示，所述栅极结构204的栅介质层包括依次叠加的界面层2041、高介电常数层2042、底部阻障层2043。所述栅极结构204的金属栅包括依次叠加的功函数层2044、顶部阻障层2045和金属导电材料层4。图1中的俯视面结构上显示了所述金属导电材料层4。在所述栅极结构204的侧面形成有侧墙203，接触刻蚀停止层(CESL)201覆盖在所述侧墙203的侧面和所述栅极结构204外的所述硅衬底1和所述绝缘层3的表面，第零层层间膜202形成在所述栅极结构204的间隔区域中。
[0005]图1中显示了N型鳍式场效应晶体管101和P型鳍式场效应晶体管102。N型鳍式场效应晶体管101的金属栅的两侧形成源区和漏区，且源区和漏区中形成有嵌入式SiP外延层5。P型鳍式场效应晶体管102的金属栅的两侧形成源区和漏区，且源区和漏区中形成有嵌入式SiGe外延层6。嵌入式SiGe外延层6和嵌入式SiP外延层5是对鳍体2进行刻蚀后进行外延形成的。
[0006]N型鳍式场效应晶体管101的功函数层1024为N型功函数层。P型鳍式场效应晶体管102的功函数层1024为P型功函数层。
[0007]由图2所示可知，所述鳍体2包括底部部分2a和顶部部分2b，所述底部部分2a位于所述绝缘层3中。所述金属栅会覆盖在所述鳍体2的顶部部分2b的顶部表面和侧面。如图3所示，被所述金属栅所覆盖的所述鳍体2的顶部部分2b作为沟道区2c。图2中显示所述鳍体2的顶部部分2b的高度为h1，h1也为所述沟道区2c的高度，图3中也显示了所述沟道区2c的高度为h1。
[0008]图3显示了一个所述N型鳍式场效应晶体管101的剖面结构图，可以看出，在栅极结构204的两侧形成有源区5a和漏区5b，在所述源区5a和所述漏区5b中形成有嵌入式SiP外延
层5。
[0009]图3中，虚线CC表示所述鳍体2的顶部部分2b的底部表面位置，虚线DD表示所述鳍体2的底部部分2a的底部表面位置。可以看出，所述栅极结构204对标记205对应的虚线CC底部区域的控制减弱，所述源区5a和所述漏区5b容易对标记205对应的虚线CC底部区域进行耗尽，使所述源区5a和所述漏区5b对标记205对应的虚线CC底部区域的耗尽区连接从而形成穿通(punchthrough)，所述源区5a和所述漏区5b通过耗尽区的穿通会产生漏电。通常需要形成防穿通层(anti
‑
punchthrough，APT)来防止产生穿通。
[0010]如图4所示，是现有第二鳍式场效应晶体管中具有防穿通层时鳍体的结构示意图；图4中显示了鳍体302以及由STI组成的绝缘层303。虚线EE和FF之间的区域为所述鳍体302的顶部区域，所述鳍体302的顶部区域的高度h301为沟道区的高度。在所述鳍体303的顶部区域的底部形成有防穿通层304。现有技术中，所述防穿通层304通常采用离子注入工艺形成。研究发现，现有方法形成的所述防穿通层304会带来如下缺陷：
[0011]首先、离子注入会带来离子注入损伤，这种离子注入损伤会降低所述沟道区的载流子迁移率，从而会降低器件性能。
[0012]其次、离子注入形成的所述防穿通层304的掺杂分布形貌如标记304a所示，可以看出，所述防穿通层304的掺杂会从峰值(peak)位置向上和向下逐渐降低，在向上降低的过程中形成的尾部(tail)会进入到所述鳍体302的顶部区域中，由于所述沟道区会形成在所述鳍体302的顶部区域中，故所述防穿通层304的尾部掺杂会影响所述沟道区的掺杂，最后会形成所述沟道区的性能如阈值电压以及载流子迁移率，从而会降低器件性能。

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种鳍式场效应晶体管的制造方法，能在沟道层的底部形成无损伤高掺杂的防穿通层同时不影响沟道层的载流子迁移率。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术提供的鳍式场效应晶体管的制造方法，包括如下步骤：
[0015]步骤一、提供半导体衬底，定义出鳍体的形成区域并对所述半导体衬底进行第一次刻蚀形成所述鳍体的顶部部分；所述顶部部分又分成第一段和第二段，所述第二段叠加在所述第一段的顶部。
[0016]所述第二段作为沟道层。
[0017]步骤二、在所述第二段的侧面形成牺牲侧墙，所述牺牲侧墙使所述第一段的侧面露出。
[0018]步骤三、形成掺杂介质层将所述第一段的侧面包覆。
[0019]步骤四、进行掺杂驱动(dopant drive)工艺将所述掺杂介质层的杂质扩散到所述第一段中实现对所述第一段的掺杂，掺杂后的所述第一段作为防穿通层。
[0020]步骤五、去除所述掺杂介质层和所述牺牲侧墙。
[0021]步骤六、对所述半导体衬底进行第二次刻蚀形成所述鳍体的底部部分，由所述底部部分和所述顶部部分叠加形成所述鳍体。
[0022]步骤七、在所述鳍体间形成介质隔离层，所述介质隔离层的顶部表面位于所述防穿通层的顶部表面和底部表面之间。
[0023]进一步的改进是，所述半导体衬底包括硅衬底。
[0024]进一步的改进是，鳍式场效应晶体管包括N型鳍式场效应晶体管和P型鳍式场效应晶体管。
[0025]进一步的改进是，在所述N型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述掺杂介质层为P型掺杂介质层，所述防穿通层为P型防穿通层。
[0026]进一步的改进是，步骤一中，在所述N型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述顶部部分为本征掺杂或者为P型掺杂。
[0027]进一步的改进是，所述P型掺杂介质层为BSG薄膜。
[0028]进一步的改进是，在所述P型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述掺杂介质层为N型掺杂介质层，所述防穿通层为N型防穿通层。
[0029]进一步的改进是，步骤一中，在所述P型鳍式场效应晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供半导体衬底，定义出鳍体的形成区域并对所述半导体衬底进行第一次刻蚀形成所述鳍体的顶部部分；所述顶部部分又分成第一段和第二段，所述第二段叠加在所述第一段的顶部；所述第二段作为沟道层；步骤二、在所述第二段的侧面形成牺牲侧墙，所述牺牲侧墙使所述第一段的侧面露出；步骤三、形成掺杂介质层将所述第一段的侧面包覆；步骤四、进行掺杂驱动工艺将所述掺杂介质层的杂质扩散到所述第一段中实现对所述第一段的掺杂，掺杂后的所述第一段作为防穿通层；步骤五、去除所述掺杂介质层和所述牺牲侧墙；步骤六、对所述半导体衬底进行第二次刻蚀形成所述鳍体的底部部分，由所述底部部分和所述顶部部分叠加形成所述鳍体；步骤七、在所述鳍体间形成介质隔离层，所述介质隔离层的顶部表面位于所述防穿通层的顶部表面和底部表面之间。2.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：所述半导体衬底包括硅衬底。3.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：鳍式场效应晶体管包括N型鳍式场效应晶体管和P型鳍式场效应晶体管。4.如权利要求3所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：在所述N型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述掺杂介质层为P型掺杂介质层，所述防穿通层为P型防穿通层。5.如权利要求4所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：步骤一中，在所述N型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述顶部部分为本征掺杂或者为P型掺杂。6.如权利要求4所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：所述P型掺杂介质层为BSG薄膜。7.如权利要求3所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：在所述P型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述掺杂介质层为N型掺杂介质层，所述防穿通层为N型防穿通层。8.如权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：步骤一中，在所述P型鳍式场效应晶体管的形成区域中，所述顶部部分为本征掺杂或者为N型掺杂。9.如权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的制造方法，其特征在于：所述N型掺杂介质层为PSG薄膜。10.如权利要求1所述的鳍...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：