CN107275211A - 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：形成覆盖第一栅极结构表面、第二栅极结构表面、鳍部表面以及隔离层表面的掩膜层；回刻蚀所述掩膜层，形成覆盖第一区域鳍部侧壁表面以及第二区域鳍部侧壁表面的掩膜侧墙；刻蚀去除位于第一栅极结构两侧的第一区域的部分厚度鳍部，在所述第一区域形成第一凹槽，同时还刻蚀去除位于第二栅极结构两侧的第二区域的部分厚度鳍部，在所述第二区域形成第二凹槽；形成填充满第一凹槽以及第二凹槽的本征层；对所述第一凹槽的本征层进行第一掺杂处理，形成第一源漏区；对所述第二凹槽的本征层进行第二掺杂处理，形成第二源漏区。本发明简化了工艺步骤，且还提高沟道区载流子迁移率，从而提高形成的鳍式场效应管的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，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，使得亚阈值漏电(subthreshold leakage)现象，即所谓的短沟道效应(SCE：short-channel effects)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，栅极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。
现有半导体器件制作工艺中，由于应力可以改变硅材料的能隙和载流子迁移率，因此通过应力来提高MOS晶体管的性能成为越来越常用的手段。具体地，通过适当控制应力，可以提高载流子(NMOS晶体管中的电子，PMOS晶体管中的空穴)迁移率，进而提高驱动电流，以此极大地提高MOS晶体管的性能。
目前，采用嵌入式锗硅(Embedded SiGe)技术，即在需要形成源区和漏区的区域先形成锗硅材料，然后再进行掺杂形成PMOS晶体管的源区和漏区；形成所述锗硅材料是为了引入硅和锗硅(SiGe)之间晶格失配形成的压应力，以提高PMOS晶体管的性能。采用嵌入式碳硅(Embedded SiC)技术，即在需要形成源区和漏区的区域先形成碳硅材料，然后再进行掺杂形成NMOS晶体管的源区和漏区；形成所述碳硅材料是为了引入硅和碳硅之间晶格失配形成的拉应力，以提高NMOS晶体管的性能。
然而，为了提高鳍式场效应管的应力作用，现有技术形成鳍式场效应管的工艺复杂。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种鳍式场效应管的形成方法，在提高沟道区应力作用的同时，简化工艺步骤。
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，所述衬底包括第一区域和第二区域，所述衬底表面形成有若干分立的鳍部，所述衬底表面还形成有覆盖鳍部侧壁表面的隔离层，且所述隔离层顶部低于鳍部顶部，所述第一区域隔离层表面形成有横跨所述第一区域鳍部的第一栅极结构，所述第一栅极结构覆盖第一区域鳍部的部分顶部和侧壁表面，所述第二区域隔离层表面形成有横跨所述第二区域鳍部的第二栅极结构，所述第二栅极结构覆盖第二区域鳍部的部分顶部和侧壁表面；形成覆盖所述第一栅极结构表面、第二栅极结构表面、鳍部表面以及隔离层表面的掩膜侧墙掩膜层；回刻蚀所述掩膜侧墙掩膜层，形成覆盖所述第一栅极结构侧壁表面、第二栅极结构侧壁表面的掩膜侧墙，所述掩膜侧墙还覆盖第一区域鳍部侧壁表面以及第二区域鳍部侧壁表面；刻蚀去除位于第一栅极结构两侧的第一区域的部分厚度鳍部，在所述第一区域形成第一凹槽，同时还刻蚀去除位于第二栅极结构两侧的第二区域的部分厚度鳍部，在所述第二区域形成第二凹槽；形成填充满所述第一凹槽以及第二凹槽的本征层，所述本征层顶部高于位于鳍部侧壁的掩膜侧墙顶部；对所述第一凹槽的本征层进行第一掺杂处理，形成第一源漏区；对所述第二凹槽的本征层进行第二掺杂处理，形成第二源漏区。
可选的，所述第一区域的本征层适于向第一区域的沟道区提供应力作用；所述第二区域的本征层适于向第二区域的沟道区提供应力作用。
可选的，所述本征层的材料为硅或锗。
可选的，采用选择性外延工艺，形成所述本征层。
可选的，所述第一区域的衬底内形成有第一阱区；所述第二区域的衬底内形成有第二阱区。
可选的，所述第一区域的鳍部包括：位于衬底表面的第一超陡逆行阱层、以及位于第一超陡逆行阱层表面的第一沟道层；所述第二区域的鳍部包括：位于衬底表面的第二超陡逆行阱层、以及位于第二超陡逆行阱层表面的第二沟道层。
可选的，所述第一超陡逆行层的顶部低于隔离层顶部或与隔离层顶部齐平；所述第二超陡逆行阱层的顶部低于隔离层顶部或与隔离层顶部齐平。
可选的，所述第一超陡逆行阱层的掺杂类型与第一阱区的掺杂类型相同，且所述第一超陡逆行阱层的掺杂离子浓度大于第一阱区的掺杂离子浓度；所述第二超陡逆行阱层的掺杂类型与第二阱区的掺杂类型相同，且所述第二超陡逆行阱层的掺杂离子浓度大于第二阱区的掺杂离子浓度。
可选的，所述第一区域为PMOS区域，所述第一超陡逆行阱层的掺杂离子为N型离子；所述第二区域为NMOS区域，所述第二超陡逆行阱层的掺杂离子为P型离子。
可选的，所述第一超陡逆行阱层的材料为掺杂有磷离子的硅；所述第二超陡逆行阱层的材料为掺杂有硼离子的硅。
可选的，所述第一沟道层的材料为锗化硅、砷化镓、镓化铟或碳化硅；所述第二沟道层的材料为锗化硅、砷化镓、镓化铟或碳化硅。
可选的，所述鳍部以及隔离层的形成步骤包括：提供衬底以及位于衬底表面的若干分立的初始鳍部；形成覆盖所述衬底表面以及初始鳍部侧壁表面的隔离膜；刻蚀去除所述初始鳍部，在所述第一区域的隔离膜内形成第一沟槽，在所述第二区域的隔离膜内形成第二沟槽；依次在所述第一沟槽底部表面形成第一超陡逆行阱层以及位于第一超陡逆行阱层顶部表面的第一沟道层，所述第一超陡逆行阱层和第一沟道层填充满所述第一沟槽；依次在所述第二沟槽底部表面形成第二超陡逆行阱层以及位于第二超陡逆行阱层顶部表面的第二沟道层，所述第二超陡逆行阱层和第二沟道层填充满所述第二沟槽；去除部分厚度的隔离膜，形成所述隔离层，所述隔离层顶部高于第一超陡逆行阱层顶部以及第二超陡逆行阱层顶部，且暴露出所述第一沟道层侧壁表面和第二沟道层侧壁表面。
可选的，采用选择性外延工艺形成所述第一超陡逆行阱层、第一沟道层、第二超陡逆行阱层以及第二沟道层。
可选的，先形成所述第一超陡逆行阱层以及第一沟道层，后形成所述第二超陡逆行阱层以及第二沟道层；在形成所述第一超陡逆行阱层之前，在所述第二沟槽内填充满外延阻挡层；在形成所述第一沟道层之后，去除所述外延阻挡层。
可选的，所述外延阻挡层的材料为光刻胶材料。
可选的，所述衬底和初始鳍部的形成工艺步骤包括：提供初始衬底，所述初始衬底包括第一区域和第二区域；对所述第一区域的初始衬底进行第一阱区掺杂，在所述第一区域初始衬底表面形成第一阱区；对所述第二区域的初始衬底进行第二阱区掺杂，在所述第二区域初始衬底表面形成第二阱区；图形化所述初始衬底，形成衬底以及位于衬底表面的若干分立的初始鳍部。
可选的，所述鳍部为单层结构，所述鳍部的材料与衬底的材料相同。
可选的，所述掩膜侧墙的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。
可选的，在进行所述第一掺杂处理和第二掺杂处理之后，对所述第一源漏区和第二源漏区进行退火处理。
可选的，所述第一栅极结构为伪栅结构，所述第二栅极结构为伪栅结构；在形成所述第一源漏区和第二源漏区之后，还包括步骤：形成覆盖所述隔离层表面、第一源漏区表面、第二源漏区表面、第一栅极结构侧壁表面以及第二栅极结构侧壁表面的层间介质层；刻蚀去除所述第一栅极结构和第二栅极结构，在所述第一区域的层间介质层内形成第一开口，在所述第二区域的层间介质层内形成第二开口；形成填充满所述第一开口的第一实际栅极结构；形成填充满所述第二开口的第二实际栅极结构。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明提供的鳍式场效应管的形成方法的技术方案中，形成覆盖第一栅极结构表面、第二栅极结构表面、鳍部表面以及隔离层表面的掩膜层后，回刻蚀所述掩膜层，形成覆盖第一栅极结构侧壁表面、第二栅极结构侧壁表面的掩膜侧墙，所述掩膜侧墙还覆盖第一区域鳍部侧壁表面以及第二区域鳍部侧壁表面；刻蚀去除第一区域的部分厚度的鳍部，在第一区域形成第一凹槽，同时还刻蚀去除第二区域的部分厚度的鳍部，在第二区域形成第二凹槽；接着，形成填充满所述第一凹槽和第二凹槽的本征层，所述本征层顶部高于位于鳍部侧壁的掩膜侧墙顶部；对所述第一凹槽的本征层进行第一掺杂处理，形成第一源漏区；对所述第二凹槽的本征层进行第二掺杂处理，形成第二源漏区。本发明中，形成的本征层对第一区域沟道区施加应力作用，本征层还对第二区域沟道区施加应力作用，且仅采用一道形成掩膜层的工艺以及回刻蚀掩膜层形成掩膜侧墙的工艺，能够完成形成第一凹槽、第二凹槽以及本征层的工艺步骤，因此本发明提供的技术方案简化了工艺步骤，节约了生产成本，缩短了生产周期。
进一步，本发明中第一区域的鳍部包括位于衬底表面的第一超陡逆行阱层以及位于超陡逆行阱层表面的第一沟道层，所述第一超陡逆行阱层能够与第一区域衬底内第一阱区构成超陡逆行阱结构，防止第一源漏区之间的穿通，进一步改善鳍式场效应管的性能。同样的，第二超陡逆行阱层能够与第二区域衬底内的第二阱区构成超陡逆行阱结构，防止第二源漏区之间的穿通。
附图说明
图1至图16为本发明实施例提供的鳍式场效应管形成过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，为了提高现有技术形成的鳍式场效应管的工艺步骤复杂。
在一实施例中，鳍式场效应管的形成工艺包括以下步骤：提供衬底以及位于衬底表面的分立的鳍部，所述衬底包括PMOS区域和NMOS区域，所述衬底表面形成有覆盖鳍部部分侧壁表面的隔离层，PMOS区域隔离层表面形成有横跨鳍部的第一栅极结构，所述第一栅极结构覆盖PMOS区域鳍部的部分顶部和侧壁，NMOS区域隔离层表面形成有横跨鳍部的第二栅极结构，所述第二栅极结构覆盖NMSO区域鳍部的部分顶部和侧壁；在PMOS区域形成第一掩膜层；刻蚀位于NMOS区域的部分厚度的鳍部，在NMOS区域鳍部内形成第一凹槽；形成填充满所述第一凹槽的第一应力层；去除所述第一掩膜层；在NMOS区域形成第二掩膜层，所述第二掩膜层覆盖第一应力层表面；刻蚀位于PMOS区域的部分厚度的鳍部，在PMOS区域鳍部内形成第二凹槽；形成填充满所述第二凹槽的第二应力层；去除所述第二掩膜层。
所述鳍式场效应管的形成工艺过程中，经历了形成第一掩膜层、去除第一掩膜层、形成第二掩膜层以及去除第二掩膜层的工艺步骤，并且，形成第一掩膜层通常还包括沉积以及刻蚀步骤，形成第二掩膜层还包括沉积步骤以及刻蚀步骤，使得鳍式场效应管的形成工艺复杂，生产成本高。
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：形成覆盖所述第一栅极结构表面、第二栅极结构表面、鳍部表面以及隔离层表面的掩膜侧墙掩膜层；回刻蚀所述掩膜侧墙掩膜层，形成覆盖所述第一栅极结构侧壁表面、第二栅极结构侧壁表面的掩膜侧墙，所述掩膜侧墙还覆盖第一区域鳍部侧壁表面以及第二区域鳍部侧壁表面；刻蚀去除位于第一栅极结构两侧的第一区域的部分厚度鳍部，在所述第一区域形成第一凹槽，同时还刻蚀去除位于第二栅极结构两侧的第二区域的部分厚度鳍部，在所述第二区域形成第二凹槽；形成填充满所述第一凹槽以及第二凹槽的本征层，所述本征层顶部高于位于鳍部侧壁的掩膜侧墙顶部；对所述第一凹槽的本征层进行第一掺杂处理，形成第一源漏区；对所述第二凹槽的本征层进行第二掺杂处理，形成第二源漏区。
本发明同时形成第一凹槽以及第二凹槽，且同时形成填充满第一凹槽和第二凹槽的本征层，因此仅需采用一道形成掩膜层的工艺以及形成掩膜侧墙的工艺，能够完成形成第一凹槽、第二凹槽以及本征层的工艺步骤，简化了工艺步骤，提高了生产效率。
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16为本发明一实施例提供的鳍式场效应管形成过程的剖面结构示意图。
参考图1，提供初始衬底100，所述初始衬底100包括第一区域I和第二区域II。
所述初始衬底100为形成鳍式场效应管提供工艺平台，后续对所述初始衬底100进行刻蚀形成衬底以及位于衬底表面的分立的鳍部。所述初始衬底100的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓。本实施例中，所述初始衬底100的材料为硅。
所述第一区域I为PMOS区域或NMOS区域，所述第二区域II为PMOS区域或NMOS区域，所述第一区域I和第二区域II的区域类型不同。本实施例中，以所述第一区域I为PMOS区域，第二区域II为NMOS区域为例，所述第一区域I和第二区域II为相邻的区域。在其他实施例中，所述第一区域和第二区域还可以相隔。
继续参考图1，对所述第二区域II初始衬底100进行第二阱区掺杂，在所述第二区域II初始衬底100内形成第二阱区(未图示)。
具体的，在所述第一区域I初始衬底100表面形成第一光刻胶层10；以所述第一光刻胶层10为掩膜，对所述第二区域II初始衬底100进行离子注入工艺；去除所述第一光刻胶层10。
本实施例中，所述第二区域II为NMOS区域，所述第二阱区掺杂的掺杂离子为P型离子，例如为B、Ga或In。
参考图2，对所述第一区域I初始衬底100进行第一阱区掺杂，在所述第一区域I初始衬底100内形成第一阱区(未图示)。
具体的，在所述第二区域II初始衬底100表面形成第二光刻胶层20；以所述第二光刻胶层20为掩膜，对所述第一区域I初始衬底100进行离子注入工艺；去除所述第二光刻胶层20。
本实施例中，所述第一区域I为PMOS区域，所述第一阱区掺杂的掺杂离子为N型离子，例如为P、As或Sb。
参考图3，刻蚀所述初始衬底100(参考图2)，形成衬底101以及位于衬底101表面分立的初始鳍部102，其中，所述衬底101包括第一区域I和第二区域II。
所述衬底101的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。本实施例中，所述衬底101为硅衬底。
所述初始鳍部102的材料与衬底101的材料相同；所述初始鳍部102的材料包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。本实施例中，所述初始鳍部102的材料为硅。
本实施例中，形成所述衬底101、初始鳍部102的工艺步骤包括：在所述初始衬底100表面形成图形化的硬掩膜层103；以所述硬掩膜层103为掩膜刻蚀所述初始衬底100，刻蚀后的初始衬底100作为衬底101，位于衬底101表面的凸起作为初始鳍部102。本实施例中，所述初始鳍部102顶部尺寸与底部尺寸相同，在其他实施例中，所述初始鳍部顶部尺寸还能够小于底部尺寸。
在一个实施例中，形成所述硬掩膜层103的工艺步骤包括：首先在初始衬底100表面形成初始硬掩膜；在所述初始硬掩膜表面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述初始硬掩膜，在初始衬底100表面形成硬掩膜层103；去除所述图形化的光刻胶层。在其他实施例中，所述硬掩膜层的形成工艺还能够包括：自对准双重图形化(SADP，Self-alignedDouble Patterned)工艺、自对准三重图形化(Self-aligned Triple Patterned)工艺、或自对准四重图形化(Self-aligned Double Double Patterned)工艺。所述双重图形化工艺包括LELE(Litho-Etch-Litho-Etch)工艺或LLE(Litho-Litho-Etch)工艺。
参考图4，形成覆盖所述衬底101表面以及初始鳍部102侧壁表面的隔离膜104。
所述隔离膜104用于后续形成鳍式场效应管的隔离结构。所述隔离膜104的材料与硬掩膜层103的材料不同。所述隔离膜104的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或碳氮氧化硅。本实施例中，所述隔离膜104的材料为氧化硅。
本实施例中，所述隔离膜104顶部与硬掩膜层104的顶部齐平，所述隔离膜104除覆盖初始鳍部102侧壁外还覆盖硬掩膜层103侧壁。
在一个具体实施例中，形成所述隔离膜104的工艺步骤包括：采用流动性化学气相沉积工艺，在所述衬底101表面形成前驱材料层，所述前驱材料层顶部高于硬掩膜层103顶部；对所述前驱材料层进行退火固化处理，将前驱材料层转化为初始隔离膜，所述初始隔离膜顶部高于硬掩膜层103顶部；研磨去除高于所述硬掩膜层103顶部的初始隔离膜，形成所述隔离膜104。
参考图5，去除所述硬掩膜层103(参考图4)；去除所述初始鳍部102(参考图4)，在所述第一区域I隔离膜104内形成第一沟槽105，在所述第二区域II隔离膜104内形成第二沟槽106。
本实施例中，所述硬掩膜层103的材料为氮化硅，采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除所述硬掩膜层103，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液体为磷酸溶液。
采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，刻蚀去除所述初始鳍部102。
刻蚀去除所述初始鳍部102的作用在于：一方面，由于初始鳍部102经历了前述第一阱区形成工艺和第二阱区形成工艺，造成初始鳍部102会经历一定程度的晶格损伤，因此，去除初始鳍部102后续重新形成晶格损伤小或未经历晶格损伤的鳍部，有利于提高鳍式场效应管的性能。另一方面，后续能够形成包括超陡逆行阱层和沟道层的鳍部，使得重新形成的鳍部发挥的电学性能比初始鳍部102发挥的电学性能更强。
参考图6，依次在所述第一沟槽105(参考图5)底部表面形成第一超陡逆行阱层115以及位于第一超陡逆行阱层115顶部表面的第一沟道层125。
所述第一超陡逆行阱层115和第一沟道层125填充满所述第一沟槽105。本实施例中，采用选择性外延工艺形成所述第一超陡逆行阱层115以及第一沟道层125。
所述第一超陡逆行阱层115的掺杂类型与第一阱区的掺杂类型相同，且所述第一超陡逆行阱层115的掺杂离子浓度大于第一阱区的掺杂离子浓度。所述第一超陡逆行阱层115能够很好的防止后续在第一区域I形成的第一源漏区之间的穿通，且阻止衬底100内的掺杂剂扩散至第一沟道层125内，使得整个第一沟道层125高度内具有均匀的阈值且避免阈值电压发生波动。
所述第一阱区的掺杂类型为N型掺杂，相应的，所述第一超陡逆行阱层115的掺杂类型为N型离子，掺杂离子为磷、砷或锑。
本实施例中，所述第一超陡逆行阱层115的材料为掺杂有磷离子的硅。
所述第一沟道层125的材料为锗化硅、砷化镓、镓化铟或碳化硅。本实施例中，所述第一沟道层125的材料为锗化硅，本实施例提供的第一沟道层115中的载流子迁移率比材料为硅的第一沟道层内的载流子迁移率更高。并且，前述形成第一阱区的工艺未对第一沟道层125造成不良影响，使得所述第一沟道层125具有良好的晶格质量。
需要说明的是，在形成所述第一超陡逆行阱层115之前，还在所述第二沟槽106内填充满外延阻挡层，所述外延阻挡层适于防止在第二沟槽106内进行外延生长工艺，所述外延阻挡层的材料能够为光刻胶材料。在后续形成第二超陡逆行阱层和第二沟道层之前，去除所述外延阻挡层。
本实施例中，以所述第一沟道层125的顶部与隔离膜104的顶部齐平为例，在其他实施例中，所述第一沟道层的顶部还能够高于隔离膜的顶部，后续在形成第二沟道层后，对高于隔离膜顶部的第二沟道层和第一沟道层进行平坦化处理，去除高于隔离膜顶部的第二沟道层和第一沟道层。
参考图7，依次在所述第二沟槽106(参考图6)底部表面形成第二超陡逆行阱层116以及位于第二超陡逆行阱层116顶部表面的第二沟道层126。
所述第二超陡逆行阱层116和第二沟道层126填充满所述第二沟槽106。本实施例中，采用选择性外延工艺型所述第二超陡逆行阱层116以及第二沟道层126。
所述第二超陡逆行阱层126的掺杂类型与第二阱区的掺杂类型相同，且所述第二超陡逆行阱层126的掺杂离子浓度大于第二阱区的掺杂离子浓度。所述第二超陡逆行阱层126能够很好的防止后续在第二区域II形成的第二源漏区之间的穿通，且阻止衬底100内的掺杂剂扩散至第二沟道层126内，使得整个第二沟道层126高度内具有均匀的阈值且避免阈值电压发生波动。
所述第二阱区的掺杂类型为P型掺杂，相应的，所述第二超陡逆行阱层116的掺杂离子为P型离子，掺杂离子为硼、镓或铟。
本实施例中，所述第二超陡逆行阱层116的材料为掺杂有硼离子的硅。
所述第二沟道层126的材料为锗化硅、砷化镓、镓化铟或碳化硅。本实施例中，所述第二沟道层126的材料为锗化硅，本实施例提供的第二沟道层126中的载流子迁移率比材料为硅的第二沟道层内的载流子迁移率更高。并且，前述形成第二阱区的工艺未对第二沟道层126造成不良影响，使得所述第二沟道层126具有良好的晶格质量。
本实施例中，还包括步骤：采用化学机械研磨工艺，研磨去除高于隔离膜104顶部的第一沟道层125和第二沟道层126。
还需要说明的是，本实施例中，所述衬底101表面形成有若干分立的鳍部，其中，第一区域I的鳍部包括第一超陡逆行阱层115以及位于第一超陡逆行阱层115顶部表面的第一沟道层125，第二区域II的鳍部包括第二超陡逆行阱层116以及位于第二超陡逆行阱层116顶部表面的第二沟道层126。
在其他实施例中，前述形成的初始鳍部作为衬底表面的若干分立的鳍部，所述鳍部为单层结构，所述鳍部的材料与衬底的材料相同。
参考图8，去除部分厚度的隔离膜104，形成位于衬底101表面且覆盖鳍部侧壁表面的隔离层107，所述隔离层107顶部低于鳍部顶部。
本实施例中，所述隔离层107顶部高于第一超陡逆行阱层115顶部以及第二超陡逆行阱层116顶部，且暴露出所述第一沟道层125侧壁表面和第二沟道层126侧壁表面。
所述隔离层107用于形成鳍式场效应管的隔离结构。所述隔离层107的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；本实施例中，所述隔离层107的材料为氧化硅，采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除部分厚度的隔离膜104，湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液体为氢氟酸溶液。
在其他实施例中，所述隔离层顶部与第一超陡逆行阱层顶部齐平，所述隔离层顶部与第二超陡逆行阱层顶部齐平。
参考图9，在所述第一区域I隔离层107表面形成横跨所述第一区域I鳍部的第一栅极结构135，所述第一栅极结构135覆盖第一区域I鳍部的部分顶部和侧壁表面；在所述第二区域II隔离层107表面形成横跨所述第二区域II鳍部的第二栅极结构136，所述第二栅极结构136覆盖第二区域II鳍部的部分顶部和侧壁表面。
本实施例中，所述第一栅极结构135横跨所述第一沟道层125，所述第二栅极结构136横跨所述第二沟道层126。
在一个实施例中，所述第一栅极结构135和第二栅极结构136为伪栅结构(dummy gate)，在后续会去除所述第一栅极结构135和第二栅极结构136，在所述第一栅极结构135和第二栅极结构136所在的位置重新形成半导体器件的实际栅极结构。所述伪栅结构为单层结构或叠层结构，所述伪栅结构包括伪栅层，或者所述伪栅结构包括伪氧化层以及位于伪氧化层表面的伪栅层，其中，伪栅层的材料为多晶硅或无定形碳，所述伪氧化层的材料为氧化硅或氮氧化硅。
在另一实施例中，所述第一栅极结构135和第二栅极结构136还能够为半导体器件的实际栅极结构，所述实际栅极结构包括栅介质层以及位于栅介质层表面的栅电极层，其中，栅介质层的材料为氧化硅或高k栅介质材料，所述栅电极层的材料为多晶硅或金属材料，所述金属材料包括Ti、Ta、TiN、TaN、TiAl、TiAlN、Cu、Al、W、Ag或Au中的一种或多种。
参考图10，形成覆盖所述第一栅极结构135(参考图9)表面、第二栅极结构136(参考图9)表面、鳍部表面以及隔离层107表面的掩膜层108。
需要说明的是，图10和图9为沿不同切割线切割的剖面结构示意图，且图10和图9的切割线方向相互平行。
所述掩膜层108为后续形成覆盖第一栅极结构135侧壁、第二栅极结构136侧壁以及鳍部侧壁的掩膜侧墙提供工艺基础。本实施例中，所述掩膜层108覆盖在第一沟道层125顶部和侧壁表面，还覆盖在第二沟道层126顶部和侧壁表面。
所述掩膜层108的材料与第一沟道层125的材料不同，与第二沟道层126的材料也不同，使得后续回刻蚀所述掩膜层108的工艺对掩膜层108和第一沟道层125有较高的刻蚀选择比，回刻蚀掩膜层108的工艺对掩膜层108和第二沟道层126具有较高的刻蚀选择比，避免对第一沟道层125和第二沟道层126造成刻蚀损伤。
并且，所述掩膜层108的材料与后续形成的本征层的材料不同，因此后续形成的掩膜侧墙的材料与本征层的材料不同，使得掩膜侧墙与本征层的材料晶格常数失配，因此后续在采用选择性外延工艺形成本征层的过程中，不会在掩膜侧墙的外侧进行外延生长薄膜。
所述掩膜层108的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。本实施例中，所述掩膜层108的材料为氮化硅。
参考图11，回刻蚀所述掩膜层108(参考图10)，形成覆盖所述第一栅极结构135(参考图9)侧壁表面、第二栅极结构136(参考图9)侧壁表面的掩膜侧墙109，所述掩膜侧墙109还覆盖第一区域I鳍部侧壁表面以及第二区域II鳍部侧壁表面。
采用干法刻蚀工艺，回刻蚀去除位于第一栅极结构135顶部表面、第二栅极结构136顶部表面、以及鳍部顶部表面的掩膜层108。本实施例中，所述掩膜侧墙109覆盖第一沟道层125侧壁表面以及第二沟道层126侧壁表面。
本实施例中，所述掩膜侧墙109的材料为氮化硅。
参考图12，刻蚀去除位于第一栅极结构135(参考图9)两侧的第一区域I的部分厚度鳍部，在所述第一区域I形成第一凹槽201，同时还刻蚀去除位于第二栅极结构136(参考图9)两侧的第二区域II的部分厚度鳍部，在所述第二区域II形成第二凹槽202。
采用干法刻蚀工艺刻蚀去除第一区域I的部分厚度鳍部以及第二区域II的部分厚度鳍部，刻蚀工艺结束后，第一区域I鳍部以及第一区域I的掩膜侧墙109之间构成第一凹槽201，第二区域I鳍部以及第二区域II的掩膜侧墙109之间构成第二凹槽202。
本实施例中，刻蚀去除部分厚度的第一沟道层125，同时还刻蚀去除部分厚度的第二沟道层126。
采用各向异性刻蚀工艺刻蚀部分厚度的第一沟道层125和第二沟道层126。在一个具体实施例中，所述各向异性刻蚀为反应离子刻蚀，所述反应离子刻蚀工艺的工艺参数为：反应气体包括CF4、SF6和Ar，CF4流量为50sccm至100sccm，SF6流量为10sccm至100sccm，Ar流量为100sccm至300sccm，源功率为50瓦至1000瓦，偏置功率为50瓦至250瓦，腔室压强为50毫托至200毫托，腔室温度为20度至90度。
所述第一凹槽201的深度不宜过浅，否则后续形成的本征层对第一区域I的沟道区施加的应力作用较弱；同样的，所述第二凹槽202的深度也不应过浅。本实施例中，所述第一凹槽201的深度为10nm～40nm；所述第二凹槽202的深度为10nm～40nm。
参考图13，形成填充满所述第一凹槽201(参考图12)以及第二凹槽202(参考图12)的本征层203，所述本征层203顶部高于鳍部侧壁的掩膜侧墙109顶部。
一方面，所述本征层203能够向第一区域I的沟道区施加应力作用；另一方面，所述本征层203还能够向第二区域I的沟道区施加应力作用。为此，本实施例中，所述本征层203的材料为硅或锗。
采用选择性外延工艺形成所述本征层203，在形成所述本征层203的工艺过程中，由于掩膜侧墙109的材料晶格常数与本征层203的材料晶格常数相差较大，因此在选择性外延过程中不会在掩膜侧墙109的外侧外延生长薄膜。
所述本征层203的顶部高于鳍部侧壁的掩膜侧墙109顶部，所述本征层203具有较大体积，使得所述本征层203既能够向第一区域I沟道区施加应力作用，还能够向第二区域II沟道区施加应力作用。
本实施例中，在同一道工艺中形成位于第一凹槽201和第二凹槽202内的本征层203，第一凹槽201和第二凹槽202也为同一道工艺中形成的，因此仅需要一次形成掩膜层以及回刻蚀形成掩膜侧墙的工艺，达到刻蚀形成第一凹槽201和第二凹槽202、以及形成本征层203的目的。而现有技术中，位于第一区域的第一凹槽和位于第二区域的第二凹槽为先后形成的，或者，第一凹槽和第二凹槽为同时形成的而第一应力层和第二应力层为先后形成的，其中，第一应力层位于第一凹槽内，第二应力层位于第二凹槽内，因此需要进行两次形成掩膜层的工艺。
参考图14，对所述第一凹槽201(参考图12)的本征层203(参考图13)进行第一掺杂处理，形成第一源漏区213。
所述第一掺杂处理的掺杂离子为P型离子或N型离子。本实施例中，所述第一区域I为PMOS区域，所述第一掺杂处理的掺杂离子为P型离子，例如为硼、镓或铟。
本实施例中，采用离子注入工艺进行所述第一掺杂处理，所述第一源漏区213用于形成PMOS器件的源极和漏极，第一掺杂处理的掺杂离子为硼离子，所述第一源漏区213内硼离子浓度为1E20atom/cm3至2E21atom/cm3。
具体的，在所述第二区域II形成第一光刻胶层204；以所述第一光刻胶层204为掩膜，对所述第一区域I的本征层203进行第一掺杂处理；接着，去除所述第一光刻胶层204。
参考图15，对所述第二凹槽202(参考图12)的本征层203(参考图13)进行第二掺杂处理，形成第二源漏区223。
所述第二掺杂处理的掺杂离子为P型离子或N型离子。本实施例中，所述第二区域II为NMOS区域，所述第二掺杂处理的掺杂离子为N型离子，例如为磷、砷或锑。
本实施例中，采用离子注入工艺进行所述第二掺杂处理，所述第二源漏区223用于形成NMOS器件的源极和漏极，第二掺杂处理的掺杂离子为磷离子，所述第二源漏区223内硼离子浓度为1E22atom/cm3至5E24atom/cm3。
具体的，在所述第二区域I形成第二光刻胶层205；以所述第二光刻胶层205为掩膜，对所述第二区域II的本征层203进行第一掺杂处理；接着，去除所述第二光刻胶层205。
参考图16，对所述第一源漏区213和第二源漏区223进行退火处理206。
在进行所述退火处理206之后，所述第一源漏区213和第二源漏区223内的掺杂离子被激活，并且所述退火处理206还能够修复第一源漏区213和第二源漏区223内的晶格损伤。
采用激光退火、尖峰退火或快速热退火工艺进行所述退火处理。本实施例中，所述退火处理的工艺参数包括：采用尖峰退火工艺，退火温度为950摄氏度至1000摄氏度。在其他实施例中，所述退火处理的工艺参数包括：采用激光退火工艺，退火温度为1200摄氏度。
本实施例中，所述第一栅极结构135(参考图9)为伪栅结构，所述第二栅极结构136(参考图9)为伪栅结构，在形成所述第一源漏区213和第二源漏区223之后，还包括步骤：形成覆盖所述隔离层107表面、第一源漏区213表面、第二源漏区223表面、第一栅极结构135侧壁表面以及第二栅极结构136侧壁表面的层间介质层；刻蚀去除所述第一栅极结构135和第二栅极结构136，在所述第一区域I的层间介质层内形成第一开口，在所述第二区域II的层间介质层内形成第二开口；形成填充满所述第一开口的第一实际栅极结构；形成填充满所述第二开口的第二实际栅极结构。
所述第一超陡逆行阱层115与第一阱区之间构成超陡逆行阱结构(SSRW，Super Step Retrograde Well)，所述超陡逆行阱结构能够很好的防止第一源漏区213之间的穿通，且阻止衬底101内的掺杂剂扩散至第一沟道层125内，使得整个第一沟道层125高度内具有均匀的阈值且避免阈值电压发生波动。
本实施例形成的鳍式场效应管，仅需进行一次形成掩膜层以及形成掩膜侧墙的工艺步骤，同时在第一区域I鳍部内形成第一凹槽、在第二区域II鳍部内形成第二凹槽；接着，同时在第一凹槽和第二凹槽内形成本征层，所述本征层顶部高于鳍部侧壁的掩膜侧墙顶部，所述本征层既能够向第一区域I沟道区内提供应力作用，还能够向第二区域II沟道区内提供应力作用。因此，本实施例简化了鳍式场效应管的形成工艺步骤，节约了生产成本，缩短了生产周期。
所述第二超陡逆行阱层125与第二阱区之间构成超陡逆行阱结构，所述超陡逆行阱结构能够很好的防止第二源漏区223之间的穿通，且阻止衬底101内的掺杂剂扩散至第二沟道层126内，使得整个第二沟道层126高度内具有均匀的阈值且避免阈值电压发生波动。
并且，第一沟道层125未受到形成第一阱区造成的晶格损伤，第二沟道层126未受到形成第二阱区造成的晶格损伤，使得第一区域I沟道区和第二区域II沟道区的载流子迁移率较高。
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 (20)
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，所述衬底包括第一区域和第二区域，所述衬底表面形成有若干分立的鳍部，所述衬底表面还形成有覆盖鳍部侧壁表面的隔离层，且所述隔离层顶部低于鳍部顶部，所述第一区域隔离层表面形成有横跨所述第一区域鳍部的第一栅极结构，所述第一栅极结构覆盖第一区域鳍部的部分顶部和侧壁表面，所述第二区域隔离层表面形成有横跨所述第二区域鳍部的第二栅极结构，所述第二栅极结构覆盖第二区域鳍部的部分顶部和侧壁表面；
形成覆盖所述第一栅极结构表面、第二栅极结构表面、鳍部表面以及隔离层表面的掩膜层；
回刻蚀所述掩膜层，形成覆盖所述第一栅极结构侧壁表面、第二栅极结构侧壁表面的掩膜侧墙，所述掩膜侧墙还覆盖第一区域鳍部侧壁表面以及第二区域鳍部侧壁表面；
刻蚀去除位于第一栅极结构两侧的第一区域的部分厚度鳍部，在所述第一区域形成第一凹槽，同时还刻蚀去除位于第二栅极结构两侧的第二区域的部分厚度鳍部，在所述第二区域形成第二凹槽；
形成填充满所述第一凹槽以及第二凹槽的本征层，所述本征层顶部高于位于鳍部侧壁的掩膜侧墙顶部；
对所述第一凹槽的本征层进行第一掺杂处理，形成第一源漏区；
对所述第二凹槽的本征层进行第二掺杂处理，形成第二源漏区。
2.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一区域的本征层适于向第一区域的沟道区提供应力作用；所述第二区域的本征层适于向第二区域的沟道区提供应力作用。
3.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述本征层的材料为硅或锗。
4.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，采用选择性外延工艺，形成所述本征层。
5.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一区域的衬底内形成有第一阱区；所述第二区域的衬底内形成有第二阱区。
6.如权利要求5所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一区域的鳍部包括：
位于衬底表面的第一超陡逆行阱层、以及位于第一超陡逆行阱层表面的第一沟道层；
所述第二区域的鳍部包括：位于衬底表面的第二超陡逆行阱层、以及位于第二超陡逆行阱层表面的第二沟道层。
7.如权利要求6所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一超陡逆行层的顶部低于隔离层顶部或与隔离层顶部齐平；所述第二超陡逆行阱层的顶部低于隔离层顶部或与隔离层顶部齐平。
8.如权利要求6所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一超陡逆行阱层的掺杂类型与第一阱区的掺杂类型相同，且所述第一超陡逆行阱层的掺杂离子浓度大于第一阱区的掺杂离子浓度；所述第二超陡逆行阱层的掺杂类型与第二阱区的掺杂类型相同，且所述第二超陡逆行阱层的掺杂离子浓度大于第二阱区的掺杂离子浓度。
9.如权利要求8所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一区域为PMOS区域，所述第一超陡逆行阱层的掺杂离子为N型离子；所述第二区域为NMOS区域，所述第二超陡逆行阱层的掺杂离子为P型离子。
10.如权利要求9所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一超陡逆行阱层的材料为掺杂有磷离子的硅；所述第二超陡逆行阱层的材料为掺杂有硼离子的硅。
11.如权利要求6所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一沟道层的材料为锗化硅、砷化镓、镓化铟或碳化硅；所述第二沟道层的材料为锗化硅、砷化镓、镓化铟或碳化硅。
12.如权利要求6所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述鳍部以及隔离层的形成步骤包括：
提供衬底以及位于衬底表面的若干分立的初始鳍部；
形成覆盖所述衬底表面以及初始鳍部侧壁表面的隔离膜；
刻蚀去除所述初始鳍部，在所述第一区域的隔离膜内形成第一沟槽，在所述第二区域的隔离膜内形成第二沟槽；
依次在所述第一沟槽底部表面形成第一超陡逆行阱层以及位于第一超陡逆行阱层顶部表面的第一沟道层，所述第一超陡逆行阱层和第一沟道层填充满所述第一沟槽；
依次在所述第二沟槽底部表面形成第二超陡逆行阱层以及位于第二超陡逆行阱层顶部表面的第二沟道层，所述第二超陡逆行阱层和第二沟道层填充满所述第二沟槽；
去除部分厚度的隔离膜，形成所述隔离层，所述隔离层顶部高于第一超陡逆行阱层顶部以及第二超陡逆行阱层顶部，且暴露出所述第一沟道层侧壁表面和第二沟道层侧壁表面。
13.如权利要求12所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，采用选择性外延工艺形成所述第一超陡逆行阱层、第一沟道层、第二超陡逆行阱层以及第二沟道层。
14.如权利要求12所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，先形成所述第一超陡逆行阱层以及第一沟道层，后形成所述第二超陡逆行阱层以及第二沟道层；在形成所述第一超陡逆行阱层之前，在所述第二沟槽内填充满外延阻挡层；在形成所述第一沟道层之后，去除所述外延阻挡层。
15.如权利要求14所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述外延阻挡层的材料为光刻胶材料。
16.如权利要求6所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述衬底和初始鳍部的形成工艺步骤包括：
提供初始衬底，所述初始衬底包括第一区域和第二区域；
对所述第一区域的初始衬底进行第一阱区掺杂，在所述第一区域初始衬底表面形成第一阱区；
对所述第二区域的初始衬底进行第二阱区掺杂，在所述第二区域初始衬底表面形成第二阱区；
图形化所述初始衬底，形成衬底以及位于衬底表面的若干分立的初始鳍部。
17.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述鳍部为单层结构，所述鳍部的材料与衬底的材料相同。
18.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述掩膜侧墙的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。
19.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，在进行所述第一掺杂处理和第二掺杂处理之后，对所述第一源漏区和第二源漏区进行退火处理。
20.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一栅极结构为伪栅结构，所述第二栅极结构为伪栅结构；在形成所述第一源漏区和第二源漏区之后，还包括步骤：形成覆盖所述隔离层表面、第一源漏区表面、第二源漏区表面、第一栅极结构侧壁表面以及第二栅极结构侧壁表面的层间介质层；刻蚀去除所述第一栅极结构和第二栅极结构，在所述第一区域的层间介质层内形成第一开口，在所述第二区域的层间介质层内形成第二开口；形成填充满所述第一开口的第一实际栅极结构；形成填充满所述第二开口的第二实际栅极结构。
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