CN105097537B - 鳍式场效应管的形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供衬底，衬底表面形成有若干分立的鳍部，且衬底表面形成有横跨鳍部的栅极结构；在栅极结构侧壁和上表面、鳍部侧壁和上表面以及衬底表面形成侧墙膜；采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀侧墙膜，去除位于衬底表面、栅极结构上表面以及鳍部上表面的侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙；对第一侧墙进行掺杂处理，降低各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率；采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除第二侧墙，暴露出鳍部侧壁，保留位于栅极结构侧壁的第一侧墙；在第一侧墙两侧的鳍部内形成掺杂区；在鳍部侧壁和上表面形成金属接触层。本发明降低鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制作领域技术，特别涉及一种鳍式场效应管的形成方法。
背景技术
随着半导体工艺技术的不断发展，半导体工艺节点遵循摩尔定律的发展趋势不断减小。为了适应工艺节点的减小，不得不不断缩短MOSFET场效应管的沟道长度。沟道长度的缩短具有增加芯片的管芯密度，增加MOSFET场效应管的开关速度等好处。
然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，这样一来栅极对沟道的控制能力变差，栅极电压夹断(pinch off)沟道的难度也越来越大，使得亚阈值漏电(subthreshold leakage)现象，即所谓的短沟道效应(SCE：short-channeleffects)更容易发生。
因此，为了更好的适应器件尺寸按比例缩小的要求，半导体工艺逐渐开始从平面MOSFET晶体管向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应管(FinFET)。FinFET中，栅至少可以从两侧对超薄体(鳍部)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；且FinFET相对于其他器件，具有更好的现有的集成电路制作技术的兼容性。
然而，现有技术形成的鳍式场效应管的电学性能有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是避免由于鳍部侧壁形成有侧墙而造成鳍部侧壁无法形成金属接触层，避免鳍式场效应管的接触电阻过大。
为解决上述问题，本发明提供一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面形成有若干分立的鳍部，且所述衬底表面形成有横跨鳍部的栅极结构；在所述栅极结构侧壁和上表面、鳍部侧壁和上表面以及衬底表面形成侧墙膜；采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜，去除位于衬底表面、栅极结构上表面以及鳍部上表面的侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙；对所述第一侧墙进行掺杂处理，降低各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率；采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除所述第二侧墙，暴露出鳍部侧壁，保留位于栅极结构侧壁的第一侧墙；在所述第一侧墙两侧的鳍部内形成掺杂区；在所述鳍部侧壁和上表面形成金属接触层。
可选的，在对第一侧墙进行掺杂处理后，第一侧墙材料的相对介电常数降低。
可选的，所述掺杂处理的掺杂离子为C或O。
可选的，在进行掺杂处理后，第一侧墙材料中C原子浓度为5E13atom/cm3至5E15atom/cm3，O原子浓度为5E13atom/cm3至5E15atom/cm3。
可选的，所述掺杂处理的工艺为离子注入，离子注入的工艺参数为：离子注入能量为1kev至50kev，离子注入剂量为5E13atom/cm2至5E15atom/cm2。
可选的，在形成第一侧墙后进行掺杂处理，所述掺杂处理的工艺步骤包括：形成覆盖于所述鳍部、第二侧墙以及衬底的图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露出第一侧墙表面；对所述第一侧墙进行掺杂处理，降低刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率；去除所述图形化的光刻胶层。
可选的，在形成第一侧墙前进行掺杂处理，所述掺杂处理的工艺步骤包括：在所述鳍部侧壁和上表面的侧墙膜表面形成图形化的光刻胶层，且暴露出栅极结构侧壁的侧墙膜；对所述暴露出的栅极结构侧壁的侧墙膜进行掺杂处理，降低刻蚀工艺对栅极结构侧壁的侧墙膜的刻蚀速率；去除所述图形化的光刻胶层；回刻蚀所述侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙，且刻蚀工艺对第二侧墙的刻蚀速率大于对第一侧墙的刻蚀速率。
可选的，所述各向同性刻蚀工艺为湿法刻蚀。
可选的，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为磷酸溶液，其中，磷酸质量百分比为65％至85％，溶液温度为120度至200度。
可选的，采用低压化学气相沉积、原子层沉积或等离子体化学气相沉积工艺形成所述侧墙膜。
可选的，所述侧墙膜的材料为氮化硅。
可选的，形成所述侧墙膜的工艺参数为：反应气体包括硅源气体和氮源气体，其中，硅源气体为SiH4、Si2H6、Si2Cl6、SiH2Cl2或双叔丁基氨基硅烷，氮源气体为NH3，硅源气体流量为0.01slm至3slm，氮源气体流量为0.02slm至5slm，反应腔室温度为300度至800度，反应腔室压强为0.05毫托至30托。
可选的，所述侧墙膜的厚度为1纳米至15纳米。
可选的，所述第一侧墙为偏移侧墙或主侧墙。
可选的，所述第一侧墙为偏移侧墙，在第一侧墙两侧的鳍部和衬底内形成轻掺杂区。
可选的，所述第一侧墙为主侧墙，在第一侧墙两侧的鳍部和衬底内形成重掺杂区。
可选的，所述金属接触层的材料为金属硅化物。
可选的，形成金属接触层的工艺步骤包括：在鳍部侧壁和上表面形成金属层；对所述金属层进行退火处理，金属层材料与鳍部材料发生金属硅化反应，在鳍部侧壁和上表面形成金属接触层。
可选的，在相邻鳍部之间的衬底表面形成隔离结构，且隔离结构顶部表面低于鳍部顶部表面。
可选的，所述栅极结构为栅介质层、栅导电层和栅掩蔽层的叠层结构。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明实施例中，在鳍部侧壁和上表面、栅极结构侧壁和上表面以及衬底表面形成侧墙膜；采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜后，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，同时由于各向异性刻蚀工艺的特点，导致鳍部侧壁的侧墙膜被保留，使得鳍部侧壁形成第二侧墙；对第一侧墙进行掺杂处理，以降低各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率，因此当采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除第二侧墙时，第一侧墙几乎不会受到损伤，使得栅极结构侧壁的第一侧墙被保留，而暴露出鳍部侧壁表面；由于鳍部侧壁表面被暴露出来，因此除在鳍部上表面形成金属接触层外，所述金属层还位于鳍部侧壁表面，从而增加了金属接触层的面积，降低鳍式场效应管的接触电阻，进而提高鳍式场效应管的响应速度，同时提高鳍式场效应管与其他器件电连接的能力。
进一步，本发明实施例中，所述掺杂处理的掺杂离子为C或O，由于C或O本身具有较强的稳定性，因此对第一侧墙掺杂C或O后，第一侧墙的稳定性得到提高，各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率减小；并且，本发明实施例中，第一侧墙的材料为氮化硅，掺碳的氮化硅、掺碳氧的氮化硅以及掺氧的氮化硅的相对介电常数均小于氮化硅的相对介电常数，因此，对第一侧墙进行掺杂处理后，第一侧墙材料的相对介电常数降低，从而降低了第一侧墙的耦合电容，减弱了第一侧墙的电容耦合带来的不良影响，进一步优化鳍式场效应管的电学性能。
附图说明
图1至图12是本发明一实施例鳍式场效应管形成过程的结构示意图；
图13至图20为本发明另一实施例鳍式场效应管形成过程的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术提供的鳍式场效应管的电学性能有待提高，例如，鳍式场效应管的接触电阻较大，鳍式场效应管的响应速率低，且鳍式场效应管与其他器件电连接的能力弱。
经研究发现，鳍式场效应管的接触电阻较大、且与其他器件电连接的能力弱的原因为：为了降低鳍式场效应管的接触电阻，并且使鳍式场效应管与其他器件电连接，通常在鳍式场效应管的源漏区形成金属接触层，例如，所述金属接触层的材料为NiSi，以期降低鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速度，并且，通过所述金属接触层还可以使鳍式场效应管与其他器件电连接；然而，现有技术形成鳍式场效应管的过程中，鳍部侧壁难以形成金属接触层，因此形成的鳍式场效应管的金属接触层面积非常的小，从而造成了鳍式场效应管的响应速度很慢，并且与其他器件电连接能力弱的问题。
针对鳍式场效应管的形成方法进一步研究发现，导致鳍部侧壁难以形成金属接触层的原因在于：在形成鳍式场效应管的过程中，为了保护栅极结构侧壁且为形成源漏区提供掩膜，一般的，在栅极结构两侧形成侧墙。形成侧墙的工艺步骤包括：形成覆盖于鳍部侧壁和上表面、栅极结构侧壁和上表面以及衬底表面的侧墙膜；采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜，刻蚀去除位于鳍部上表面、栅极结构上表面以及衬底表面的侧墙膜，在栅极结构侧壁形成侧墙。然而，由于各向异性刻蚀工艺具有垂直于衬底方向的刻蚀速率远大于平行于衬底方向的刻蚀速率的特性，因此，在栅极结构侧壁形成侧墙的同时，鳍部侧壁的侧墙膜也保留了下来，使得鳍部侧壁形成有侧墙材料。侧墙材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，而金属接触层的材料一般为NiSi，因此难以将侧墙材料转化为金属接触层材料，使得难以在鳍部侧壁形成金属接触层，进而造成鳍式场效应管的响应速度过低，且与其他器件的电连接能力弱。
为此，本发明提供一种鳍式场效应管的形成方法，提供衬底，所述衬底表面形成有若干分立的鳍部，且所述衬底表面形成有横跨鳍部的栅极结构；在所述栅极结构侧壁和上表面、鳍部侧壁和上表面以及衬底表面形成侧墙膜；采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜，去除位于衬底表面、栅极结构上表面以及鳍部上表面的侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙；对所述第一侧墙进行掺杂处理，降低各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率；采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除所述第二侧墙，暴露出鳍部侧壁，保留位于栅极结构侧壁的第一侧墙；在所述第一侧墙两侧的鳍部内形成掺杂区；在所述鳍部侧壁和上表面形成金属接触层。本发明在保留栅极结构侧壁的第一侧墙的同时，去除位于鳍部侧壁的第二侧墙，从而能够在鳍部侧壁形成金属接触层，增加了鳍式场效应管的金属接触层的面积，进而减小了鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速度，优化鳍式场效应管与其他器件电连接的能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图12为本发明实施例鳍式场效应管形成过程的结构示意图。
请参考图1及图2，图1为局部立体结构示意图，图2为图1沿切割线AA1方向的剖面结构示意图，提供衬底100，所述衬底100表面形成有若干分立的鳍部101。
所述衬底100的作用是为后续形成半导体器件提供工作平台。所述衬底100的材料为硅、锗、锗化硅、砷化镓、碳化硅或绝缘体上的硅。
本实施例中，所述衬底100的材料为硅。
所述鳍部101为采用干法刻蚀法(RIE：Reactive Ion Etching)刻蚀一初始半导体衬底形成的。
作为一个实施例，所述鳍部101的形成步骤为：提供初始半导体衬底，在所述初始半导体衬底表面形成图形化的掩膜板，所述掩膜板定义出后续形成鳍部101的位置，以图形化的掩膜板为掩膜，采用反应离子刻蚀工艺，刻蚀部分厚度的初始半导体衬底至形成衬底100，在衬底100表面形成若干分立的鳍部101。
在其他实施例中，也可以采用双重图形曝光方法形成鳍部，具体的，形成鳍部的工艺步骤包括：提供初始半导体衬底；在所述初始半导体衬底表面形成图形化的牺牲层；形成覆盖于所述牺牲层表面以及初始半导体衬底表面的初始侧墙膜；回刻蚀所述初始侧墙膜，在牺牲层侧壁形成初始侧墙层；去除所述牺牲层；以所述初始侧墙层为掩膜，刻蚀去除部分厚度的初始半导体衬底形成衬底，在衬底表面形成若干分立的鳍部。
请继续参考图1及图2，在相邻鳍部101之间的衬底100表面形成隔离结构102，且隔离结构102顶部表面低于鳍部101顶部表面。
所述隔离结构102用于隔离相邻的鳍部101，防止相邻鳍部101之间发生电连接。
所述隔离结构102的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，
作为一个实施例，形成所述隔离结构102的工艺步骤包括：在所述衬底100表面以及鳍部101表面形成隔离膜，且所述隔离膜的顶部表面高于鳍部101顶部表面；回刻蚀所述隔离膜形成隔离结构102，且隔离结构102顶部表面低于鳍部101顶部表面。
本实施例采用流体化学气相沉积工艺形成所述隔离膜，使得形成的隔离结构102在衬底100和鳍部101之间的拐角处的填充效果好。
在本发明其他实施例中，在形成隔离结构之前，还可以在鳍部表面形成线性氧化层，所述线性氧化层能够修复鳍部侧壁受到的损伤(例如，形成鳍部时的刻蚀工艺造成的损伤)，为形成隔离结构提供良好的界面态，使隔离结构和鳍部侧壁接触紧密。
请参考图3及图4，图3为局部立体结构示意图，图4为图3沿切割线BB1方向的剖面结构示意图，形成横跨鳍部101的栅极结构。
所述栅极结构包括栅介质层103、位于栅介质层表面的栅导电层104，并且，为了防止后续的工艺过程对栅极结构顶部造成不良影响，本实施例中栅极结构还包括位于栅导电层表面的栅掩蔽层105。
所述栅介质层103的材料为SiO2或高k介质材料，所述高k介质材料为HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2、Al2O3的一种或几种；所述栅导电层104可以为单层结构或多层结构，所述栅导电层104的材料为多晶硅、TiN、TaN、WAl、W、Al或Cu中的一种或几种；所述栅掩蔽层105的材料为氮化硅。
本实施例中，所述栅介质层103的材料为HfO2，栅导电层104的材料为W。
作为一个具体实施例，形成所述栅极结构的工艺步骤包括：依次形成覆盖隔离结构102、鳍部101表面的栅介质膜、栅导电膜以及栅掩蔽膜；在所述栅掩蔽膜表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有对应于形成栅极结构的图形；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述栅掩蔽膜、栅导电膜以及栅介质膜，形成横跨鳍部101的栅极结构，所述栅极结构包括栅介质层103、栅导电层104以及栅掩蔽层105；去除所述图形化的光刻胶层。
在本发明其他实施例中，形成的栅极结构还可以为伪栅极结构，后续在栅极结构两侧的鳍部内形成掺杂区后，去除所述伪栅极结构，然后形成鳍式场效应管的栅极结构。
请参考图5及图6，图5为在图2的基础上的结构示意图，图6为在图4基础上的结构示意图，在所述栅极结构侧壁和上表面、鳍部101侧壁和上表面以及衬底100表面形成侧墙膜106。
本实施例中，相邻鳍部101之间的衬底100表面形成有隔离结构102，因此所述侧墙膜106位于隔离结构102表面。
所述侧墙膜106用于后续形成位于栅极结构两侧的侧墙，后续形成的侧墙为偏移侧墙(offset spacer)或主侧墙(main spacer)，本实施例以后续形成的侧墙为主侧墙为例做示范性说明。
所述侧墙膜106为单层结构或多层结构。所述侧墙膜106为单层结构时，所述侧墙膜106为氮化硅层；所述侧墙膜106为多层结构时，所述侧墙膜106为依次形成的氧化硅层和氮化硅层。
本实施例以所述侧墙膜106为单层结构作示范性说明，所述侧墙膜106的材料为氮化硅，所述侧墙膜106的厚度为1纳米至15纳米。
采用低压化学气相沉积、热原子层沉积或等离子体原子层沉积工艺形成所述侧墙膜106。
作为一个实施例，采用原子层沉积工艺形成所述侧墙膜106，所述原子层沉积的工艺参数为：反应气体包括硅源气体和氮源气体，其中，硅源气体为SiH4、Si2H6、Si2Cl6、SiH2Cl2或双叔丁基氨基硅烷，氮源气体为NH3，硅源气体流量为0.01slm至3slm，氮源气体流量为0.02slm至5slm，反应腔室温度为300度至800度，反应腔室压强为0.05毫托至30托。
其中，slm是standard liter per minute的缩写，表示标准状况下(0℃，1atm)升每分钟(L/min)。
本实施例以后续形成的侧墙为主侧墙为例做示范性说明，因此在形成所述侧墙膜106之前，还可以在栅极结构两侧的鳍部101内形成轻掺杂区，所述轻掺杂区可以缓解热载流子效应；所述轻掺杂区的掺杂类型为N型掺杂或P型掺杂。
请参考图7及图8，图7为图5基础上的结构示意图，图8为在图6基础上的结构示意图，采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜106(请相应参考图5及图6)，去除位于衬底100表面、栅极结构上表面以及鳍部101上表面的侧墙膜106，在栅极结构侧壁形成第一侧墙107，在鳍部侧壁形成第二侧墙108。
作为一个实施例，所述各向异性刻蚀工艺为干法刻蚀，所述干法刻蚀工艺的工艺参数为：刻蚀气体包括CHF3、O2和Ar，CHF3流量为10sccm至100sccm，O2的流量为30sccm至50sccm，Ar的流量为50sccm至70sccm，反应腔室压强为0毫托至5毫托，源功率为200瓦至1000瓦，偏置电压为200V至1000V。
由于各向异性刻蚀工艺的特性，各向异性刻蚀工艺在垂直于水平方向上的刻蚀速率远大于对水平方向上的刻蚀速率，因此在各向异性刻蚀工艺完成后，位于隔离结构102表面、鳍部101上表面以及栅极结构上表面的侧墙膜106均被刻蚀去除，而位于鳍部101侧壁表面以及栅极结构侧壁表面的侧墙膜106被保留，栅极结构侧壁剩余的侧墙膜106为第一侧墙107，鳍部101侧壁剩余的侧墙膜106为第二侧墙108，其中，第一侧墙107为后续在鳍部101内形成重掺杂区的掩膜。
请参考图9及图10，图9为在图7基础上的结构示意图，形成覆盖于鳍部101、第二侧墙108以及衬底100的图形化的光刻胶层109；图10为在图8基础上的结构示意图，所述图形化的光刻胶层109暴露出第一侧墙107表面以及栅极结构顶部；对所述第一侧墙107进行掺杂处理110，降低刻蚀工艺对第一侧墙107的刻蚀速率。
本实施例中，由于衬底100表面形成有隔离结构102，因此所述图形化的光刻胶层109还覆盖于隔离结构102表面。
形成的图形化的光刻胶层109的作用为：一方面，防止所述掺杂处理110的工艺对第二侧墙108造成掺杂；另一方面，防止所述掺杂处理110对后续待形成重掺杂区的鳍部101造成掺杂。
由于栅极结构两侧的鳍部101后续待形成掺杂区，为此，所述图形化的光刻胶层109应该要覆盖于鳍部101全部表面，防止掺杂处理110对鳍部101进行不必要的掺杂，从而防止掺杂处理110会影响后续形成的掺杂区的性能；并且，为了使掺杂处理110对第一侧墙107进行充分的掺杂，保证第一侧墙107各区域都进行了掺杂处理110，以降低后续刻蚀去除第一侧墙107的刻蚀工艺难度，为此，形成图形化的光刻胶层109后，需要将第一侧墙107的全部表面暴露出来，以使第一侧墙107受到充分的掺杂。
本实施例中，由于栅极结构具有栅掩蔽层105，所述栅掩蔽层215能防止掺杂处理110对栅导电层104进行不必要的掺杂，为了降低形成图形化的光刻胶层109的工艺难度，在形成图形化的光刻胶层109后，栅极结构顶部表面被暴露出来。在本发明其他实施例中，形成的图形化的光刻胶层也可以覆盖于栅极结构顶部表面。
作为一个具体实施例，形成所述图形化的光刻胶层109的工艺步骤包括：形成覆盖于隔离结构102、鳍部101表面、第一侧墙107表面、第二侧墙108表面以及栅极结构表面的初始光刻胶层；对所述初始光刻胶层进行曝光显影处理，去除位于栅极结构顶部表面、第一侧墙107表面的初始光刻胶层，形成图形化的光刻胶层109，第一侧墙107表面被全部暴露处理。
由于后续会在鳍部101侧壁表面形成金属接触层，以降低鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速率，并且提高鳍式场效应管与其他器件电连接的能力；在形成第一侧墙107的同时，位于鳍部101侧壁形成第二侧墙108，所述第二侧墙108的材料为氮化硅，若将第二侧墙108保留，则会导致后续难以在栅极结构两侧的鳍部101侧壁形成金属接触层，因此，需要去除位于鳍部101侧壁的第二侧墙108。
为此，本实施例在形成第一侧墙107后，对所述第一侧墙107进行掺杂处理110，降低刻蚀工艺对第一侧墙107的刻蚀速率，提高后续刻蚀工艺对第一侧墙107和第二侧墙108刻蚀选择比；后续在刻蚀去除第二侧墙108时，由于刻蚀工艺对第一侧墙107的刻蚀速率低，因此当第二侧墙108刻蚀去除后，位于栅极结构两侧的第一侧墙107仍然保留。
所述掺杂处理110的掺杂离子为C或O中的一种或两种。
作为一个实施例，掺杂处理110后，第一侧墙107的材料为掺杂有C的氮化硅；作为另一实施例，掺杂处理110后，第一侧墙107的材料为掺杂有O的氮化硅；作为其他实施例，掺杂处理110后，第一侧墙107的材料为掺杂有C和O的氮化硅。
在进行掺杂处理110后，第一侧墙107材料中C原子浓度为5E13atom/cm3至5E15atom/cm3，O原子浓度为5E13atom/cm3至5E15atom/cm3。
本实施例中，所述掺杂处理110的工艺为离子注入，离子注入工艺的工艺参数为：离子注入能量为1kev至50kev，离子注入剂量为5E13atom/cm2至5E15atom/cm2。
在第一侧墙107的材料中掺杂C或O后，第一侧墙107的材料稳定性得到提高，使得第一侧墙107的抗腐蚀能力提高，因此后续的刻蚀工艺对第一侧墙107的刻蚀速率减小。
C或O掺杂改善第一侧墙107的抗腐蚀能力的原因较为复杂，作为一种解释，所述C或O掺杂改善第一侧墙107抗腐蚀能力的机理为：碳原子或氧原子本身具有较高的稳定性，在第一侧墙107中进行碳掺杂或氧原子后，所述碳原子或氧原子具有的较高稳定性能够提高第一侧墙107的稳定性，提高第一侧墙107的热稳定性和化学稳定性，稳定性的提高有利于提高抗腐蚀能力，降低第一侧墙107被后续刻蚀工艺刻蚀的速率。
并且，由于第一侧墙107的材料为氮化硅，掺碳的氮化硅、掺氧的氮化硅的相对介电常数均小于氮化硅的相对介电常数，因此，在对第一侧墙107进行掺杂处理后，第一侧墙107的材料的相对介电常数降低；第一侧墙107材料相对介电常数的降低，有利于减小第一侧墙107的耦合电容，从而减弱第一侧墙107的电容耦合对沟道区的不良影响。
表1示出了未进行掺杂处理的氮化硅的相对介电常数(k)、磷酸溶液(HPO，温度为160度)的刻蚀速率、氢氟酸溶液(VDHF，氢氟酸和去离子水体积比为500:1)的刻蚀速率，以及相对应的掺杂有C和O的氮化硅的相对介电常数、磷酸溶液(温度为160度)的刻蚀速率、氢氟酸溶液(氢氟酸和去离子水的体积比为500:1)的刻蚀速率，其中，刻蚀速率的单位为埃每分钟。
表1
| k | HPO160℃ | VDHF500：1 | |
| SiN | 7 | 86.1 | 2.4 |
| 掺杂有C和O的SiN | 5.2 | 3.2 | 1.0 |
由表1可知，在对第一侧墙107材料掺杂C和O之后，第一侧墙107材料的相对介电常数明显降低，磷酸溶液对第一侧墙107的刻蚀速率也显著下降，氢氟酸溶液对第一侧墙107的刻蚀速率也下降了。
在对第一侧墙107进行掺杂处理110后，还包括步骤：去除所述图形化的光刻胶层109。
请参考图11，采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除位于鳍部101侧壁的第二侧墙108(请参考图10)，暴露出鳍部101侧壁，保留位于栅极结构侧壁的第一侧墙107。
所述各向同性刻蚀工艺为湿法刻蚀，采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除位于鳍部101侧壁的第二侧墙108，暴露出鳍部101侧壁表面；并且，由于刻蚀工艺对第一侧墙107的刻蚀速率很小，因此，当第二侧墙108刻蚀去除后，位于栅极结构两侧的第一侧墙107仍然保留。
作为一个具体实施例，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为磷酸溶液，其中，磷酸质量百分比为65％至85％，溶液温度为120度至200度。
在去除第二侧墙108后，还包括步骤：以第一侧墙107为掩膜，对所述栅极结构两侧的鳍部101和衬底100进行离子注入，形成重掺杂区。所述重掺杂区的掺杂离子类型与轻掺杂区的掺杂离子类型相同。
请参考图12，在所述鳍部101侧壁和上表面形成金属接触层111。
作为一个具体实施例，形成金属层111的工艺步骤包括：在所述鳍部101侧壁和上表面形成金属层；对所述金属层进行退火处理，金属层材料与鳍部101材料发生金属硅化反应，在鳍部101侧壁和上表面形成金属接触层111。
本实施例中，所述金属接触层111的材料为硅化镍。
由于鳍部101侧壁被暴露出来，因此鳍部101侧壁处也会发生金属硅化反应，即金属层的材料与鳍部101的材料发生反应形成硅化镍；因此，本实施例中金属接触层111具有较大的面积，有利于降低鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速度，并且提高鳍式场效应管与其他器件电连接的能力。
本发明另一实施例还提供一种鳍式场效应管的形成方法，图13至图20为本发明另一实施例鳍式场效应管形成过程的结构示意图，需要说明的是，本实施例中与上述实施例中相同结构的参数和作用等限定在本实施例中不再赘述，具体请参考上述实施例。
请参考图13及图14，提供衬底200，所述衬底200表面形成有若干分立的鳍部201；在相邻鳍部201之间的衬底200表面形成隔离结构202，且隔离结构202顶部表面低于鳍部201顶部表面；形成横跨鳍部201的栅极结构；在所述栅极结构侧壁和上表面、鳍部201侧壁和上表面以及衬底200表面形成侧墙膜206。
所述栅极结构包括栅介质层203、栅导电层204以及栅掩蔽层205。
关于所述衬底200、鳍部201、隔离结构202、栅介质层203、栅导电层204、栅掩蔽层205以及侧墙膜206的描述可参考前述实施例，在此不再赘述。
请参考图15及图16，在所述鳍部201侧壁和上表面的侧墙膜206表面形成图形化的光刻胶层209，所述图形化的光刻胶层209还覆盖于隔离结构202表面，暴露出栅极结构侧壁以及上表面的侧墙膜206；对所述暴露出的栅极结构侧壁以及上表面的侧墙膜206进行掺杂处理210，降低各向同性刻蚀工艺对栅极结构侧壁的侧墙膜206的刻蚀速率。
所述图形化的光刻胶层209的作用为：一方面，作为掺杂处理210的掩膜；另一方面，防止掺杂处理210的工艺对鳍部201侧壁的侧墙膜206造成掺杂。
所述掺杂处理210的掺杂离子为C或O；所述掺杂处理210的工艺可参考前述实施例，在此不再赘述。
在对位于栅极结构侧壁的侧墙膜206进行掺杂处理210后，提高栅极结构侧壁的侧墙膜206材料的稳定性和抗腐蚀性，降低刻蚀工艺对栅极结构侧壁的侧墙膜206的刻蚀速率，使得后续在栅极结构侧壁形成的第一侧墙的抗腐蚀能力高，从而降低刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率。
在掺杂处理完成后，还包括步骤：去除所述图形化的光刻胶层209。
请参考图17及图18，采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜206(请相应参考图15及图16)，去除位于隔离结构202表面、栅极结构上表面以及鳍部101上表面的侧墙膜206，在栅极结构侧壁形成第一侧墙207，在鳍部201侧壁形成第二侧墙208。
关于所述回刻蚀的描述可参考前述实施例，在此不再赘述。
由于第一侧墙207材料中含有C或O，C或O原子掺杂使得第一侧墙207材料的相对介电常数降低，从而减小第一侧墙207的耦合电容，减弱第一侧墙207的电容耦合带来的不良影响；并且，各向同性刻蚀工艺对第一侧墙207的刻蚀速率小于对第二侧墙208的刻蚀速率。
请参考图19，采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除所述第二侧墙208(请参考图17)，暴露出鳍部201侧壁，同时保留位于栅极结构侧壁的第一侧墙207。
所述各向同性刻蚀工艺为湿法刻蚀，采用湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述第二侧墙208。作为一个实施例，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为磷酸溶液，其中，磷酸质量百分比为65％至85％，温度为120度至200度。
由于刻蚀工艺对第一侧墙207的刻蚀速率远小于对第二侧墙208的刻蚀速率，因此，当湿法刻蚀工艺完成后，第二侧墙208被刻蚀去除，而位于栅极结构侧壁的第一侧墙207被保留。
请参考图20，在所述鳍部201侧壁和上表面形成金属接触层211。
关于所述金属接触层211的描述可参考前述实施例，在此不再赘述。
需要说明的是，由于鳍部201侧壁的第二侧墙208被刻蚀去除，鳍部201侧壁被暴露出来，因此本实施例能够在鳍部201侧壁形成金属接触层211，使得形成的金属接触层211的面积较大，有利于降低鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速度。
综上，本发明提供的鳍式场效应管的形成方法的技术方案具有以下优点：
本发明实施例中，在鳍部侧壁和上表面、栅极结构侧壁和上表面以及隔离结构表面形成侧墙膜后，回刻蚀所述侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙；对第一侧墙进行掺杂处理，降低各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率，因此当采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除第二侧墙时，第一侧墙几乎不会受到损伤，位于栅极结构侧壁的第一侧墙被保留，而鳍部侧壁被暴露出来，因此在形成金属接触层时，所述金属接触层能形成于鳍部侧壁表面，从而使形成的金属接触层具有较大的面积，有效的降低鳍式场效应管的接触电阻，提高鳍式场效应管的响应速度。
并且，本发明在形成侧墙膜后，对位于栅极结构侧壁的侧墙膜进行掺杂处理，使得各向同性刻蚀工艺对在栅极结构侧壁形成的第一侧墙的刻蚀速率低；当采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除第二侧墙时，第一侧墙几乎不受影响，而暴露出鳍部侧壁表面，使得能够在鳍部侧壁表面形成金属接触层，有利于提高鳍式场效应管的响应速度。
同时，本发明的掺杂处理的掺杂离子为C或O，C或O掺杂不仅能够降低第一侧墙的刻蚀速率，还可以降低第一侧墙材料的相对介电常数，使得第一侧墙的耦合电容减小，从而减小第一侧墙电容耦合带来的不良影响，进一步提高鳍式场效应管的电学性能。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (19)
1.一种鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，包括
提供衬底，所述衬底表面形成有若干分立的鳍部，且所述衬底表面形成有横跨鳍部的栅极结构；
在所述栅极结构侧壁和上表面、鳍部侧壁和上表面以及衬底表面形成侧墙膜；
采用各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述侧墙膜，去除位于衬底表面、栅极结构上表面以及鳍部上表面的侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙；
对所述第一侧墙进行掺杂处理，降低各向同性刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率，采用离子注入工艺进行所述掺杂处理，且在对第一侧墙进行掺杂处理后，第一侧墙材料的相对介电常数降低；
采用各向同性刻蚀工艺刻蚀去除所述第二侧墙，暴露出鳍部侧壁，保留位于栅极结构侧壁的第一侧墙；
在所述第一侧墙两侧的鳍部内形成掺杂区；
在所述鳍部侧壁和上表面形成金属接触层。
2.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述掺杂处理的掺杂离子为C或O。
3.如权利要求2所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在进行掺杂处理后，第一侧墙材料中C原子浓度为5E13atom/cm3至5E15atom/cm3，O原子浓度为5E13atom/cm3至5E15atom/cm3。
4.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述掺杂处理的工艺为离子注入，离子注入的工艺参数为：离子注入能量为1kev至50kev，离子注入剂量为5E13atom/cm2至5E15atom/cm2。
5.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在形成第一侧墙后进行掺杂处理，所述掺杂处理的工艺步骤包括：形成覆盖于所述鳍部、第二侧墙以及衬底的图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层暴露出第一侧墙表面；对所述第一侧墙进行掺杂处理，降低刻蚀工艺对第一侧墙的刻蚀速率；去除所述图形化的光刻胶层。
6.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在形成第一侧墙前进行掺杂处理，所述掺杂处理的工艺步骤包括：在所述鳍部侧壁和上表面的侧墙膜表面形成图形化的光刻胶层，且暴露出栅极结构侧壁的侧墙膜；对所述暴露出的栅极结构侧壁的侧墙膜进行掺杂处理，降低刻蚀工艺对栅极结构侧壁的侧墙膜的刻蚀速率；去除所述图形化的光刻胶层；回刻蚀所述侧墙膜，在栅极结构侧壁形成第一侧墙，在鳍部侧壁形成第二侧墙，且刻蚀工艺对第二侧墙的刻蚀速率大于对第一侧墙的刻蚀速率。
7.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述各向同性刻蚀工艺为湿法刻蚀。
8.如权利要求7所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为磷酸溶液，其中，磷酸质量百分比为65％至85％，溶液温度为120度至200度。
9.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，采用低压化学气相沉积、原子层沉积或等离子体化学气相沉积工艺形成所述侧墙膜。
10.如权利要求9所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述侧墙膜的材料为氮化硅。
11.如权利要求10所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，形成所述侧墙膜的工艺参数为：反应气体包括硅源气体和氮源气体，其中，硅源气体为SiH4、Si2H6、Si2Cl6、SiH2Cl2或双叔丁基氨基硅烷，氮源气体为NH3，硅源气体流量为0.01slm至3slm，氮源气体流量为0.02slm至5slm，反应腔室温度为300度至800度，反应腔室压强为0.05毫托至30托。
12.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述侧墙膜的厚度为1纳米至15纳米。
13.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一侧墙为偏移侧墙或主侧墙。
14.如权利要求13所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一侧墙为偏移侧墙，在第一侧墙两侧的鳍部和衬底内形成轻掺杂区。
15.如权利要求13所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一侧墙为主侧墙，在第一侧墙两侧的鳍部和衬底内形成重掺杂区。
16.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述金属接触层的材料为金属硅化物。
17.如权利要求16所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，形成金属接触层的工艺步骤包括：在鳍部侧壁和上表面形成金属层；对所述金属层进行退火处理，金属层材料与鳍部材料发生金属硅化反应，在鳍部侧壁和上表面形成金属接触层。
18.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在相邻鳍部之间的衬底表面形成隔离结构，且隔离结构顶部表面低于鳍部顶部表面。
19.如权利要求1所述鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述栅极结构为栅介质层、栅导电层和栅掩蔽层的叠层结构。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55166928A (en) * | 1979-06-13 | 1980-12-26 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPS56116626A (en) * | 1980-02-20 | 1981-09-12 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Pattern formation |
| JPS58204536A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-11-29 | Hitachi Ltd | シリコン窒化膜の加工法 |
| US4514251A (en) * | 1983-04-11 | 1985-04-30 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device, in which patterns are formed in a layer of silicon nitride by means of ion implantation |
| WO1998040909A2 (en) * | 1997-03-14 | 1998-09-17 | Micron Technology, Inc. | Method of forming etched structures comprising implantation steps |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55166928A (en) * | 1979-06-13 | 1980-12-26 | Toshiba Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JPS56116626A (en) * | 1980-02-20 | 1981-09-12 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Pattern formation |
| JPS58204536A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-11-29 | Hitachi Ltd | シリコン窒化膜の加工法 |
| US4514251A (en) * | 1983-04-11 | 1985-04-30 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device, in which patterns are formed in a layer of silicon nitride by means of ion implantation |
| WO1998040909A2 (en) * | 1997-03-14 | 1998-09-17 | Micron Technology, Inc. | Method of forming etched structures comprising implantation steps |
| CN101097853A (zh) * | 2006-06-29 | 2008-01-02 | 应用材料公司 | 通过添加碳降低氮化硅蚀刻速率的方法 |
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