FinFET及其制造方法技术

本申请公开了一种FinFET及其制造方法，该FinFET包括：半导体衬底；半导体衬底上的应力作用层；应力作用层上的半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁；半导体鳍片的侧壁上的栅极介质层；栅极介质层上的栅极导体层；以及半导体鳍片的两端处的源区和漏区，其中应力作用层在半导体鳍片下方与半导体鳍片平行延伸，使得应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，更具体地涉及应变。
技术介绍
集成电路技术的一个重要发展方向是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的尺寸按比例缩小，以提高集成度和降低制造成本。然而，众所周知的是随着MOSFET的尺寸减小会产生短沟道效应。在MOSFET的尺寸按比例缩小时，栅极的有效长度减小，使得实际上由栅极电压控制的耗尽层电荷的比例减少，从而阈值电压随沟道长度减小而下降。为了抑制短沟道效果，在美国专利US6，413，802中公开了在SOI上形成的FinFET，包括在半导体材料的鳍片(fin)的中间形成的沟道区，以及在鳍片两端形成的源/漏区。栅电极在沟道区的两个侧面包围沟道区(即双栅结构)，从而反型层形成在沟道各侧上。鳍片中的沟道区厚度很薄，使得整个沟道区都能受到栅极的控制，因此能够起到抑制短沟道效应的作用。已知向MOSFET的沟道区施加合适的应力可以提高载流子的迁移率，从而减小导通电阻并提高器件的开关速度。然而，在FinFET中，在源/漏方向上难以向沟道施加合适的应力。因此，在FinFET中采用应变技术仍然是困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应变FinFET以改善器件的性能。根据本专利技术的一方面，提供一种制造FinFET的方法，包括:在半导体衬底上形成应力作用层；在应力作用层上形成半导体层；采用半导体层形成半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁；在半导体鳍片的侧壁上形成栅极介质层；在栅极介质层上形成栅极导体层，使得栅极介质层夹在栅极导体层和半导体鳍片之间；以及在半导体鳍片的两端形成源区和漏区，其中应力作用层在半导体鳍片下方与半导体鳍片平行延伸，并且应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。根据本专利技术的另一方面，提供一种FinFET，包括:半导体衬底；半导体衬底上的应力作用层；应力作用层上的半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁；半导体鳍片的侧壁上的栅极介质层；栅极介质层上的栅极导体层；以及半导体鳍片的两端处的源区和漏区，其中应力作用层在半导体鳍片下方与半导体鳍片平行延伸，使得应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。优选地，该应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向的第一尺寸大于沿着半导体鳍片的宽度方向的第二尺寸。优选地，该应力作用层的第二尺寸大于半导体鳍片的宽度。优选地，在形成栅极介质层和栅极导体层的步骤之间形成浅沟槽隔离，或者在形成半导体层和形成半导体鳍片之间形成浅沟槽隔离，以限定FinFET的有源区以及应力作用层的第一尺寸，使得应力作用层在半导体鳍片的长度方向上的两个端部与浅沟槽隔离邻接。根据本专利技术的FinFET利用应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力，以提高载流子的迁移率，从而减小导通电阻并提高器件的开关速度。【附图说明】图1至6示出根据本专利技术的一个实施例的用于制造FinFET的方法的一部分步骤中的半导体结构的截面图。图7a、7b和7c示出根据本专利技术的一个实施例的用于制造FinFET的方法的进一步的步骤中的半导体结构的俯视图以及沿着两个方向获取的截面图。图8至11示出根据本专利技术的一个实施例的用于制造FinFET的方法的进一步的一部分步骤中的半导体结构的截面图。图12a、12b和2c示出根据本专利技术的另一个实施例的用于制造FinFET的方法的一个步骤中的半导体结构的俯视图以及沿着两个方向获取的截面图。图13至23示出根据本专利技术的另一个实施例的用于制造FinFET的方法的进一步的一部分步骤中的半导体结构的截面图。图24示出根据本专利技术的FinFET的透视图。【具体实施方式】以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其他的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在......上面”或“在......上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，术语“半导体结构”指在制造半导体器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。术语“在未使用附加的光致抗蚀剂掩模的情形下”指光致抗蚀刻剂掩模是可选的，在本文中仅仅描述未使用附加的光致抗蚀剂掩模的实例。然而，相应的步骤也可以在使用附加的光致抗蚀剂掩模的情形下进行，虽然这可能使得制造工艺变得复杂。在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，FinFET中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成。半导体衬底或半导体层由半导体材料组成，例如包括II1-V族半导体，如GaAs、InP、GaN、SiC，以及IV族半导体，如S1、Ge。栅极导体层可以由能够导电的各种材料形成，例如金属层、掺杂多晶硅层、或包括金属层和掺杂多晶硅层的叠层栅导体或者是其他导电材料，例如为 TaC、TiN、TaTbN,TaErN,TaYbN, TaSiN、HfSiN、MoSiN、RuTax,NiTax, MoNx、TiSiN、TiCN、TaAlC、TiAIN、TaN、PtSix、Ni3S1、Pt、Ru、Ir、Mo、HfRu、RuOx 和所述各种导电材料的组合。栅极介质层可以由SiO2或介电常数大于SiO2的材料构成，例如包括氧化物、氮化物、氧氮化物、硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐，其中，氧化物例如包括Si02、HfO2, ZrO2, A1203、TiO2,La2O3,氮化物例如包括Si3N4,硅酸盐例如包括HfSiOx，铝酸盐例如包括LaAlO3,钛酸盐例如包括SrTiO3，氧氮化物例如包括SiON。并且，栅极介质层不仅可以由本领域的技术人员公知的材料形成，也可以采用将来开发的用于栅极介质层的材料。根据本专利技术的一个实施例，执行图1至11所示的步骤以制造应变FinFET，在图中示出了不同阶段的半导体结构的截面图。如图1所示，通过已知的沉积工艺，如电子束蒸发(EBM)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、溅射等，在半导体衬底101 (例如体硅)上依次形成应力作用层102 (例如SiGe)和半导体层103 (例如Si)。应力作用层102例如是外延生长的SiGe层，Ge的重量百分比约为5-10%，厚度约10-50nm。半导体层103例如是外延生长的Si层，厚度约为20-150nm。半导体层103将形成FinFET的鳍片。在半导体层103上进一步形成衬垫氧化物层104 (例如氧化硅)和衬垫氮化物层105 (例如氮化硅)。在一个实例中，可以通过热氧化形成衬垫氧化物层104，以及通过化学气相沉积形成衬垫氮化物层105。衬垫氧化物层104可以减轻衬底101和衬垫氮化物层105之间的应力，厚度例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造FinFET的方法，包括：在半导体衬底上形成应力作用层；在应力作用层上形成半导体层；采用半导体层形成半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁；在半导体鳍片的侧壁上形成栅极介质层；在栅极介质层上形成栅极导体层，使得栅极介质层夹在栅极导体层和半导体鳍片之间；以及在半导体鳍片的两端形成源区和漏区，其中应力作用层在半导体鳍片下方半导体鳍片平行延伸，并且应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。

【技术特征摘要】
1.一种制造FinFET的方法，包括: 在半导体衬底上形成应力作用层； 在应力作用层上形成半导体层； 采用半导体层形成半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁； 在半导体鳍片的侧壁上形成栅极介质层； 在栅极介质层上形成栅极导体层，使得栅极介质层夹在栅极导体层和半导体鳍片之间；以及 在半导体鳍片的两端形成源区和漏区， 其中应力作用层在半导体鳍片下方半导体鳍片平行延伸，并且应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向的第一尺寸大于沿着半导体鳍片的宽度方向的第二尺寸。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述应力作用层的第二尺寸大于半导体鳍片的宽度。4.根据权利要求2所述的方法，在形成栅极介质层和形成栅极导体层的步骤之间还包括:形成浅沟槽隔离，以限定FinFET的有源区以及应力作用层的第一尺寸，使得应力作用层在半导体鳍片的长度方向上的两个端部与浅沟槽隔离邻接。5.根据权利要求2·所述的方法，在形成半导体层和形成半导体鳍片之间还包括:还包括:形成浅沟槽隔离，以限定FinFET的有源区以及应力作用层的第一尺寸，使得应力作用层在半导体鳍片的长度方向上的两个端部与浅沟槽隔离邻接。6.根据权利要求2所述的方法，在形成栅极介质层和形成栅极导体层的步骤之间还包括:蚀刻应力作用层以限定应力作用层的第二尺寸。7.根据权利要求6所述的方法，其中蚀刻应力作用层包括: 采用各向异性蚀刻去除应力作用层的未被半导体鳍片和栅极介质层遮挡的部分；以及 采用各向同性蚀刻去除应力作用层位于栅极介质层下方的一部分以形成底切。8.根据权利要求6所述的方法，在蚀刻应力作用层和形成栅极导体层的步骤之间，还包括形成绝缘隔离层，其中，该绝缘隔离层将栅极导体层与半导体衬底、应力作用层和半导体鳍片之间电隔离。9.根据权利要求1所述的方法，其中形成半导体鳍片包括: 在半导体层上形成硬掩模；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱慧珑，许淼，
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：