鳍片式场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及鳍片式场效应晶体管(FinFET)及其制造方法。根据本发明专利技术的制造FinFET的方法包括：在半导体衬底上形成图案化的硬掩模；形成伪栅以包覆该硬掩模的在待形成的沟道区正上方的部分；利用该硬掩模和该伪栅作为掩模，刻蚀半导体衬底；在半导体衬底的暴露的表面上选择性生长锗硅或碳硅；去除伪栅，从而暴露硬掩模的在待形成的沟道区正上方的部分和在伪栅下方的部分半导体衬底；利用硬掩模的暴露的所述部分作为掩模，刻蚀暴露的所述部分半导体衬底以形成FinFET的沟道区；以及形成该FinFET的栅极结构。利用本发明专利技术的FinFET及其制造方法，可以提高FinFET中的载流子迁移率，并且提高FinFET的成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及鳍片式场效应晶体管(FinFET)及其制造方法。
技术介绍
随着半导体技术的持续发展，器件的关键尺寸不断降低。在此趋势下，提出了鳍片式半导体器件，诸如鳍片式场效应晶体管。现今，鳍片式半导体器件已被广泛用在存储器和逻辑器件领域中。在鳍片式场效应晶体管中，鳍片的高度越高，则可以提供越大的沟道宽度。然而随着鳍片的尺寸(特别是，厚度(或者宽度))的不断缩减，在器件制造工艺中鳍片会更容易垮塌和被不期望地去除。另外，期望进一步提高鳍片式场效应晶体管中的载流子迁移率，以便提高该晶体管的性能。因此，存在对解决上述问题的需求。针对此，专利技术人提出了新颖的富有创造性的，以减轻或消除现有技术中的一个或更多个问题以及进一步提闻晶体管的性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于:至少减轻或解决上述问题以提高鳍片式场效应晶体管的成品率。本专利技术的又一目的在于:提高鳍片式场效应晶体管中的载流子迁移率。本专利技术提出了在鳍片式场效应晶体管中应用锗硅或碳硅以对沟道区施加应力的技术。在沟道区中的压缩应力或拉伸应力能够提高空穴或电子的迁移率。根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造鳍片式场效应晶体管的方法，包括:在半导体衬底上形成图案化的硬掩模；形成伪栅以包覆所述硬掩模的在待形成的沟道区正上方的部分；利用所述硬掩模和所述伪栅作为掩模，刻蚀所述半导体衬底；在所述半导体衬底的暴露的表面上选择性生长锗硅或碳硅；去除所述伪栅，从而暴露所述硬掩模的在待形成的沟道区正上方的部分和在所述伪栅下方的部分半导体衬底；利用所述硬掩模的暴露的所述部分作为掩模，刻蚀暴露的所述部分半导体衬底以形成所述鳍片式场效应晶体管的沟道区；以及形成所述鳍片式场效应晶体管的栅极结构。优选地，所述半导体衬底是硅衬底或者绝缘体上硅衬底。优选地，所述选择性生长锗硅或碳硅的步骤包括:选择性生长锗硅，其中所述锗硅中的锗浓度为10-45mol%。优选地，所述选择性生长锗硅或碳硅的步骤包括:选择性生长碳硅，其中所述碳硅中的碳浓度为l_4mol%。优选地，所述伪栅包括自下而上依次堆叠的氧化物层、硅氮化物层和硅氧化物层。更优选地，所述硬掩模由硅氮化物构成，以及所述方法在选择性生长锗硅或碳硅之后还包括如下步骤:沉积硅氮化物；刻蚀所述硬掩模和所述硅氮化物，直到仅在所述伪栅的两个相对的侧面留下部分硅氮化物以作为间隔件；沉积层间电介质层，并且回刻所述层间电介质层直到所述伪栅的硅氧化物层被去除；沉积非晶硅，并且执行平坦化处理以露出所述伪栅的硅氮化物层。更加优选的是，形成所述鳍片式场效应晶体管的栅极结构的步骤包括:去除所述硬掩模和所述间隔件；沉积高k(介电常数)电介质层；沉积金属栅极；以及执行平坦化处理，以使得所述栅极结构与所述层间电介质层的顶面平坦。优选地，所述方法在选择性生长锗硅或碳硅之后并且在去除所述伪栅之前还包括如下步骤:形成层间电介质层以仅暴露所述伪栅的顶部。更优选地，形成层间电介质层以仅暴露所述伪栅的顶部的步骤包括:沉积层间电介质层；并且回刻所述层间电介质层直到暴露所述伪栅为止。优选地，所述方法在选择性生长锗硅或碳硅之后并且在去除所述伪栅之前还包括如下步骤:去除所述硬掩模的未被所述伪栅包覆的部分，以及在所述伪栅的两个相对的侧面形成间隔件；以及形成层间电介质层以仅暴露所述伪栅和所述间隔件的顶部。更优选地，形成所述鳍片式场效应晶体管的栅极结构的步骤包括:去除所述硬掩模和所述间隔件；沉积高k电介质层；沉积金属栅极；以及执行平坦化处理，以使得所述栅极结构与所述层间电介质层的顶面平坦。更加优选的是，所述高k电介质层包括铪氧化物，所述金属栅极包括钽氮化物和钨的叠层。优选地，刻蚀所述半导体衬底以形成沟道区的步骤包括:通过反应离子刻蚀来刻蚀所述半导体衬底。优选地，选择性生长锗硅或碳硅的步骤包括:选择性外延生长锗硅或碳硅。优选地，所述方法还包括:在选择性生长锗硅之后，执行氧化操作，以便使锗硅中的部分硅被氧化。更为优选地，所述方法还包括:在执行氧化操作之后，去除所述锗硅的顶面的硅氧化物，并且在所述锗硅的顶面上形成硅化物。根据本专利技术的第二方面，提供了一种鳍片式场效应晶体管，包括:沿沟道长度方向延伸的鳍片，所述鳍片由半导体材料构成，并且所述鳍片的在沟道长度方向上的中心部分用作所述鳍片式场效应晶体管的沟道区，而所述鳍片的在沟道长度方向上的两端部分分别作为所述鳍片式场效应晶体管的源极区和漏极区的一部分；至少在所述沟道区的两个侧面上形成的栅极结构；以及围绕所述鳍片的两端部分的侧面形成的锗硅或碳硅。优选地，所述半导体材料为硅。优选地，所述锗硅中的锗浓度为10-45mOl%。优选地，所述碳硅中的碳浓度为l_4mol %。优选地，所述栅极结构包括高k电介质层和金属栅极的叠层。更加优选地，所述高k电介质层包括铪氧化物，所述金属栅极包括钽氮化物和钨的叠层。优选地，所述栅极结构还覆盖所述沟道区的顶面。优选地，所述锗硅的表面由于其中的部分硅被氧化而具有硅氧化物。优选地，所述鳍片式场效应晶体管还包括在所述锗硅的顶面上形成的硅化物。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得更为清楚。附图说明本申请包含附图。附图与说明书一起用于说明本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术。图1A-1B是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中在半导体衬底上形成图案化的硬掩模的步骤的示意性俯视图和截面图。图2A-2C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在图1的步骤之后形成伪栅的示意性俯视图和截面图。图3A-3C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在图2的步骤之后刻蚀半导体衬底的步骤的示意性俯视图和截面图。图4A-4C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在图3的步骤之后选择性生长锗硅或碳硅的步骤的示意性俯视图和截面图。图5A-5C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在图4的步骤之后可选地执行氧化操作以及形成间隔件的步骤的示意性俯视图和截面图。图6A-6C、图7A-7C以及图8A-8C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在图5的步骤之后去除伪栅的多个步骤的示意性俯视图和截面图。图9A-9C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在去除伪栅之后刻蚀半导体衬底以形成鳍片式场效应晶体管的沟道区的步骤的示意性俯视图和截面图。图10A-10C以及图11A-11C是示出了根据本专利技术实施例的鳍片式场效应晶体管的制造方法中、在图9的步骤之后形成栅极结构的步骤的示意性俯视图和截面图。应当理解，这些附图仅仅是示例性的，而不是限制本专利技术的范围。在附图中，各组成部分并未严格按比例或严格按实际形状示出，其中的某些组成部分(例如，层或部件)可以被相对于其他的一些放大，以便更加清楚地说明本专利技术的原理。并且，那些可能导致使得本专利技术的要点模糊的细节并未在附图中示出。具体实施例方式下面将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。另外，相似的标号和字母在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造鳍片式场效应晶体管(FinFET)的方法，包括：在半导体衬底上形成图案化的硬掩模；形成伪栅以包覆所述硬掩模的在待形成的沟道区正上方的部分；利用所述硬掩模和所述伪栅作为掩模，刻蚀所述半导体衬底；在所述半导体衬底的暴露的表面上选择性生长锗硅或碳硅；去除所述伪栅，从而暴露所述硬掩模的在待形成的沟道区正上方的部分和在所述伪栅下方的部分半导体衬底；利用所述硬掩模的暴露的所述部分作为掩模，刻蚀暴露的所述部分半导体衬底以形成所述鳍片式场效应晶体管的沟道区；以及形成所述鳍片式场效应晶体管的栅极结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：