具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的形成方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的形成方法：预先提供一表面沉积有衬垫氧化层的半导体衬底；在衬垫氧化层的表面形成图案化的光阻胶层；以图案化的光阻胶层为遮蔽，在图案化的光阻胶层所显露的区域，透过衬垫氧化层以预定剂量离子注入锗元素至半导体衬底中，并去除所述图案化的光阻胶层；以图案化的光阻胶层显露不同区域，重复上述步骤N次，在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布，N为大于等于1的整数；刻蚀注入有锗离子的半导体衬底，形成多个具有不同锗离子浓度的鳍式场效应管基体。采用本发明，对于长度较长的鳍式场效应管基体，能够实现不同基体具有不同阈值电压。
【专利说明】具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种具有不同阈值电压的鳍式场效应管(FinFET)基体的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，半导体器件的性能稳步提高。半导体器件的性能提高主要通过不断缩小半导体器件的特征尺寸来实现，半导体器件的特征尺寸已经缩小到纳米级另IJ。半导体器件在这种特征尺寸下，传统平面制作半导体器件的方法，也就是单栅半导体器件的制作方法已经无法适用了，所以出现了多栅半导体器件的制作方法。与单栅半导体器件的制作方法相比较，多栅半导体器件具有更强的短沟道抑制能力、更好的亚阈特性，更高的驱动能力以及能带来更高的电路密度。
[0003]目前，鳍式场效应管作为多栅半导体器件的代表被广泛使用，FinFET分为双栅FinFET 和三栅 FinFET。
[0004]现有技术FinFET的立体结构示意图如图1所示。半导体衬底10上具有基体11和栅极结构12，所述基体11为翅片结构，为长方体状，包括其中间延伸有沟道区域15的源极区域13和漏极区域14，所述栅极结构12围绕翅片结构中间的沟道区域15表面，该表面包括沟道区域的侧壁和顶部。实际上，半导体衬底表面还存在多个FinFET，每个FinFET可以具有不同的阈值电压。
[0005]现有技术通过在半导体衬底上给不同的FinFET施加不同的偏置电压，达到不同FinFET具有不同的阈值电压。但是，对于长度较长的FinFET基体，调节偏置电压并不能达到预期目的。因此，对于长度较长的FinFET基体，如何使不同基体具有不同阈值电压，成为业内尤其关注的一个问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供一种具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的形成方法，对于长度较长的FinFET基体，能够实现不同基体具有不同阈值电压。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]一种具有不同阈值电压的鳍式场效应管FinFET基体的形成方法，该方法包括:
[0009]预先提供一表面沉积有衬垫氧化层的半导体衬底；
[0010]在衬垫氧化层的表面形成图案化的光阻胶层；以图案化的光阻胶层为遮蔽，在图案化的光阻胶层所显露的区域，透过衬垫氧化层以预定剂量离子注入锗元素至半导体衬底中，并去除所述图案化的光阻胶层；
[0011]以图案化的光阻胶层显露不同区域，重复上述步骤N次，在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布，N为大于等于I的整数；
[0012]在所述衬垫氧化层表面沉积硬掩膜层，在所述硬掩膜层的表面再次形成图案化的光阻胶层，再次形成的图案化的光阻胶层所覆盖的区域定义每个基体的宽度；[0013]以再次形成的图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀硬掩膜层、衬垫氧化层和注入有锗离子的半导体衬底，形成多个具有不同锗离子浓度的FinFET基体。
[0014]在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布之后，沉积硬掩膜层之前，该方法进一步包括退火的步骤。
[0015]形成多个具有不同锗离子浓度的FinFET基体之后，该方法进一步包括:依次去除硬掩膜层和衬垫氧化层。
[0016]在同一光阻胶层所显露的区域离子注入锗元素，分为多次注入完成。
[0017]所述FinFET基体为翅片结构，包括其中间延伸有沟道区域的源极区域和漏极区域。
[0018]所述离子注入为垂直注入。
[0019]从上述方案可以看出，本发明通过在不同区域均匀离子注入锗离子，就可以达到不同基体具有不同的阈值电压，即使对于长度较长的FinFET基体，也可以很好地达到所要求的阈值电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术FinFET的立体结构示意图。
[0021]图2为本发明具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的形成方法的流程示意图。
[0022]图3a至图3h为本发明实施例形成具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0024]根据研究可知，基体中离子浓度的大小决定了沟道载流子迁移率的大小，载流子迁移率是实现阈值电压的重要参数，因此，通过控制不同基体中离子注入浓度的大小，来实现不同阈值电压，是本发明的核心思想。
[0025]本发明具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的形成方法的流程示意图如图2所示，其包括以下步骤:
[0026]步骤21、预先提供一表面沉积有衬垫氧化层的半导体衬底；
[0027]步骤22、在衬垫氧化层的表面形成图案化的光阻胶层；以图案化的光阻胶层为遮蔽，在图案化的光阻胶层所显露的区域，透过衬垫氧化层以预定剂量离子注入锗元素至半导体衬底中，并去除所述图案化的光阻胶层；
[0028]步骤23、以图案化的光阻胶层显露不同区域，重复上述步骤N次，在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布，N为大于等于I的整数；
[0029]步骤24、在所述衬垫氧化层表面沉积硬掩膜层，在所述硬掩膜层的表面再次形成图案化的光阻胶层，再次形成的图案化的光阻胶层所覆盖的区域定义每个基体的宽度；
[0030]步骤25、以再次形成的图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀硬掩膜层、衬垫氧化层和注入有锗离子的半导体衬底，形成多个具有不同锗离子浓度的FinFET基体。
[0031]下面列举实施例对本发明进行详细说明。[0032]图3a至图3h为本发明实施例形成具有不同阈值电压的鳍式场效应管基体的具体结构示意图。
[0033]请参阅图3a，半导体衬底100表面沉积有衬垫氧化层101 ；
[0034]其中，衬垫氧化层101覆盖在半导体衬底100表面，用于在后续离子注入时保护衬底表面不受损伤。
[0035]请参阅图3b，在衬垫氧化层101的表面形成图案化的第一光阻胶层102 ;以图案化的第一光阻胶层102为遮蔽，在图案化的第一光阻胶层102所显露的区域，透过衬垫氧化层101以预定剂量离子注入锗元素至半导体衬底100中，形成第一锗离子注入区域103 ；
[0036]该步骤中锗离子的注入也可以分为多次完成，每次注入剂量相同，但能量不同，通过不同能量的锗离子注入，实现锗离子浓度的均匀分布。锗离子注入的次数，以及每次注入的能量和剂量，可以根据实际应用灵活调整的，只要能够达到预定的浓度即可。
[0037]请参阅图3c，去除所述图案化的第一光阻胶层102 ；
[0038]请参阅图3d，在衬垫氧化层的表面形成图案化的第二光阻胶层104 ;以图案化的第二光阻胶层104为遮蔽，在图案化的第二光阻胶层104所显露的区域，透过衬垫氧化层101以预定剂量离子注入锗元素至半导体衬底100中，形成第二锗离子注入区域105 ；
[0039]同理，该步骤中锗离子的注入也可以分为多次完成，每次注入剂量相同，但能量不同，通过不同能量的锗离子注入，实现锗离子浓度的均匀分布。锗离子注入的次数，以及每次注入的能量和剂量，可以根据实际应用灵活调整的，只要能够达到预定的浓度即可。而且，该步骤锗离子在半导体衬底的部分区域重复注入，所以重复注入部分的锗离子浓度高于其他区域的锗离子浓度。
`[0040]请参阅图3e，去除所述图案化的第二光阻胶层104 ；
[0041]上述完成了在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布，所以在此加入退火的步骤，目的在于:一，修复锗离子注入过程中的晶格损伤；二，使锗离子的浓度分布均匀?三’激活锗离子，使之与半导体衬底硅元素城键，形成沟道载流子。
[0042]接下来,请参阅图3f,在所述衬垫氧化层101表面沉积硬掩膜层106,在所述硬掩膜层106的表面形成图案化的第三光阻胶层107，图案化的第三光阻胶层107所覆盖的区域定义每个基体的宽度；
[0043]从图3f可以看出，在锗离子注入的区域刻蚀形成基体的个数可以根据需要而定。
[0044]请参阅图3g、以图案化的第三光阻胶层107为掩膜，依次刻蚀硬掩膜层106、衬垫氧化层101和注入有锗离子的半导体衬底，形成多个具有不同锗离子浓度的FinFET基体108。
[0045]请参阅图3h，为去除硬掩膜层106和衬垫氧化层101的FinFET基体108。
[0046]图3h为每个FinFET基体的剖面图，不同阴影颜色的基体108表示具有不同的阈值电压。仍然如立体图1所示，每个FinFET基体为翅片结构，包括其中间延伸有沟道区域的源极区域和漏极区域。
[0047]由于每个基体的锗离子注入浓度不同，所以形成的FinFET阈值电压也不相同，从而实现了本发明的目的。上述实施例，通过图案化的光阻胶层两次显露不同区域，进行锗离子注入，实现不同区域锗离子注入浓度不同。实际上，这只是其中的一种实现方式，简要说明本发明的实质，当然还可以通过图案化的光阻胶层多次显露不同区域，进行锗离子注入，都在本发明的保护范围之内。
[0048]需要说明的是，本发明锗离子注入是在刻蚀形成基体形状之前，所以进行简单的垂直注入即可。如果刻蚀形成基体形状之后，再进行离子注入，那样就需要倾斜注入，如果倾斜的角度控制不好，很可能注入到其他区域，产生阴影效应(shadow ef f ect),无法准确控制离子注入浓度。因此本发明的方法简单易实现。
[0049]综上，通过本发明的方法，即使对于长度较长的FinFET基体，只需要在不同区域均匀离子注入锗离子，就可以达到不同基体具有不同的阈值电压，不会像现有技术那样，无法通过调节偏置电压来实现长度较长的FinFET基体的阈值电压。
[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种具有不同阈值电压的鳍式场效应管FinFET基体的形成方法，该方法包括: 预先提供一表面沉积有衬垫氧化层的半导体衬底； 在衬垫氧化层的表面形成图案化的光阻胶层；以图案化的光阻胶层为遮蔽，在图案化的光阻胶层所显露的区域，透过衬垫氧化层以预定剂量离子注入锗元素至半导体衬底中，并去除所述图案化的光阻胶层； 以图案化的光阻胶层显露不同区域，重复上述步骤N次，在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布，N为大于等于I的整数； 在所述衬垫氧化层表面沉积硬掩膜层，在所述硬掩膜层的表面再次形成图案化的光阻胶层，再次形成的图案化的光阻胶层所覆盖的区域定义每个基体的宽度； 以再次形成的图案化的光阻胶层为掩膜，依次刻蚀硬掩膜层、衬垫氧化层和注入有锗离子的半导体衬底，形成多个具有不同锗离子浓度的FinFET基体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在半导体衬底不同区域形成不同浓度的锗离子分布之后，沉积硬掩膜层之前，该方法进一步包括退火的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，形成多个具有不同锗离子浓度的FinFET基体之后，该方法进一步包括:依次去除硬掩膜层和衬垫氧化层。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在同一光阻胶层所显露的区域离子注入锗元素，分为多次注入完成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FinFET基体为翅片结构，包括其中间延伸有沟道区域的源极区域和漏极区域。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子注入为垂直注入。
【文档编号】H01L21/336GK103681326SQ201210325732
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2012年9月5日
【发明者】凌龙 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司