鳍式场效应晶体管结构及其制造方法与流程

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鳍式场效应晶体管结构及其制造方法与流程

本发明实施例涉及鳍式场效应晶体管结构及其制造方法。



背景技术:

随着半导体器器件尺寸的不断缩小,已研发出三维多栅极结构,如鳍式场效应晶体管(finfet),来代替平面互补金属氧化物半导体器件。鳍式场效应晶体管器件的特性在于,其结构具有一个或多个被栅极所环绕来限定器件的沟道的硅基鳍。栅极围绕结构在沟道上方还提供了更好的电控,因此减少了电流泄漏和短沟道效应。



技术实现要素:

根据本发明的一个实施例,提供了一种鳍式场效应晶体管,包括:衬底,具有鳍和位于所述鳍之间的绝缘体,其中,所述鳍包括沟道部分和位于所述沟道部分旁边的侧翼部分;至少一个栅极堆叠件,设置在所述衬底上方、设置在所述绝缘体上和所述鳍的所述沟道部分上方;和外延材料部分,设置在所述鳍的所述侧翼部分上方和所述至少一个栅极堆叠件的两相对侧处,其中,设置在所述鳍的所述侧翼部分上的所述外延材料部分彼此隔离。

根据本发明的另一实施例,还提供了一种鳍式场效应晶体管,包括:衬底,具有鳍和位于所述鳍之间的沟槽;绝缘体,设置在所述衬底的所述沟槽内;至少一个栅极堆叠件,设置为横跨所述鳍的沟道部分并且位于所述鳍的所述沟道部分上方并且设置在所述绝缘体上;和外延材料部分,设置在所述鳍的侧翼部分上方和所述至少一个栅极堆叠件的两相对侧处,其中,所述外延材料部分围绕所述鳍的所述侧翼部分并且具有窄的轮廓,以及所述鳍的所述侧翼部分和所述沟道部分从所述绝缘体凸出,以及所述鳍的所述沟道部分和所述侧翼部分从所述绝缘体的顶面具有相同的高度。

根据本发明的又一实施例,还提供了一种形成鳍式场效应晶体管的方法,包括:提供衬底;图案化所述衬底以在所述衬底中形成沟槽以及在所述沟槽之间形成鳍,其中,所述鳍包括沟道部分和侧翼部分;在所述衬底的所述沟槽中形成绝缘体;在所述衬底上方和所述绝缘体上形成至少一个堆叠条结构;形成间隔件材料层以覆盖所述至少一个堆叠条结构以及覆盖所述鳍的所述侧翼部分;去除位于所述鳍的所述侧翼部分上的所述间隔件材料层以暴露所述鳍的所述侧翼部分,以及在所述至少一个堆叠条结构的侧壁上形成栅极间隔件;在所述鳍的所述侧翼部分上和所述至少一个堆叠条结构的两相对侧处形成外延材料部分;去除所述至少一个堆叠条结构;和栅极堆叠件形成在所述栅极间隔件之间、所述绝缘体上并且覆盖所述鳍的所述沟道部分,其中,围绕所述鳍的所述侧翼部分的所述外延材料部分位于所述栅极间隔件和所述栅极堆叠件的两相对侧处。

附图说明

当结合附图阅读以下详细说明,可更好地理解本发明的各方面。应注意到,根据本行业中的标准惯例,各种功能件未按比例绘制。实际上,为论述清楚,各功能件的尺寸可任意增加或减少。

图1是根据本发明的一些实施例示出了形成鳍式场效应晶体管的制造方法的工艺步骤的示例性流程图。

图2a至图2g是根据本发明的一些实施例示出了形成鳍式场效应晶体管的制造方法的各个阶段的鳍式场效应晶体管的示意图和截面图。

图3a至图3h是根据本发明的一些实施例示出了由原子层蚀刻工艺制造的鳍式场效应晶体管的一部分的截面图。

图4a至图4e是根据本发明的一些实施例示出的形成鳍式场效应晶体管的制造方法的各个阶段的鳍式场效应晶体管的示意图和截面图。

具体实施方式

以下公开提供许多不同的实施例或例子,为提供的主题实现不同的功能。下面描述了组件与设置的具体示例,以便简要说明本发明。当然,这些仅仅是示例,并非旨在限制本发明。例如,在随后的说明中,形成于第二部件上或者上方的第一部件可包含其中所述第一和第二部件形成直接接触的实施例,也同样可能包含其中形成于第一和第二部件之间另一功能的实施例,这样第一和第二部件可不进行直接接触。此外,本发明可重复多个示例中的标号和/或字母。该重复是为了简明和清楚地进行说明,而其本身不指示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。

此外,为了便于描述,本文使用空间相对术语,例如“低于”、“下面”、“下方”、“上面”、“上部”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语旨在包含除附图所示的方向之外使用或操作器件时的不同方向。该装置可调整为其他方向(旋转90度或者面向其他方向),而其中所使用的空间相关描述符也可进行相应的解释。

本发明的实施例描述了所制造的具有不同高度和结构的三维结构的示例性制造工艺。本发明的某些实施例描述了所制造的finfet器件和上述finfet器件的示例性制造工艺。finfet器件可在单晶半导体衬底上形成,例如,本发明的某些实施例中的块状硅。在一些实施例中,finfet器件可在绝缘体上硅(soi)衬底或作为替代的绝缘体上锗(goi)上形成。另外,根据实施例,硅衬底可包含其他导电层、掺杂区或其他半导体元件,例如晶体管、二极管等。实施例是为了提供进一步的解释而不是用来限制本发明的范围。

根据实施例,图1为示出形成鳍式场效应晶体管的制造方法的工艺步骤的示例性流程图。在图1中所示出的工艺流程的多种流程步骤可包含下面讨论的多个流程步骤。图2a至图2g是根据本发明的一些实施例示出了形成鳍式场效应晶体管10的制造方法的各个阶段的鳍式场效应晶体管的示意图和截面图。应注意,本文档所描述的流程步骤覆盖用来制造鳍式场效应晶体管器件的制造流程的一部分。

图2a为制造方法的各个阶段的其中一阶段的鳍式场效应晶体管10的示意图。在图1的步骤s10中并如图2a所示,提供了衬底100。在一实施例中,衬底100包括晶体硅衬底(例如,晶圆)。衬底100可包括多种根据设计要求的掺杂区(例如p型衬底或n型衬底)。在一些实施例中,掺杂区掺杂了p型和/n型掺杂剂。例如,p型掺杂剂为硼或bf2,n型掺杂剂为磷或砷。掺杂区被构造为n型finfet或p型finfet。在一些替代实施例中,衬底100由其他合适的元素半导体制成,例如金刚石或锗;合适的化合物半导体,例如砷化镓、碳化硅、砷化铟或磷化铟;或合适的合金半导体,例如碳化硅锗、磷化镓砷或磷化镓铟。

在一些实施例中,掩模层102和光敏图案104按顺序形成在衬底100上。在至少一实施例中,掩模层为氮化硅层,由,例如,低压化学汽相沉积(lpvcd)或等离子体增强化学汽相沉积(pecvd)形成。掩模层102在随后的光刻工艺中被用作硬掩模。然后,具有预先确定图案的光敏图案104在掩模层102上形成。

图2b为制造方法的各个阶段的其中一阶段鳍式场效应晶体管10的示意图。在图1的步骤s10中并如图2a至图2b所示,图案化衬底100以在衬底100中形成沟槽106,鳍108通过蚀刻进入衬底100、使用光感图案104和掩模层102作为蚀刻掩模来形成。在一实施例中,鳍108之间鳍节距小于30nm,但并不特别受此限制。图2b所示的鳍108的数目仅用于说明,在一些替代实施例中,两个或两个以上的平行半导体鳍可按照实际设计要求形成。在沟槽106和鳍108形成之后,光敏图案104从图案化的掩模层102中去除。在一实施例中,可执行选择性的清洗工艺来去除衬底100和鳍108的原生氧化层。可使用稀释的氢氟酸(dhf)或其他合适的清洗溶液来执行清洗工艺。

图2c为制造方法的各个阶段的其中一阶段的鳍式场效应晶体管10的示意图。在图1的步骤s10中并如图2c所示,绝缘体110设置在衬底100上并设置在衬底100的沟槽106内。绝缘体100设置在鳍108之间。在一实施例中,鳍108的一部分从绝缘体110的顶面111中凸出。也就是说,位于沟槽106内的绝缘体110的顶面111比鳍108的顶面109低。在一实施例中,鳍108的凸出部分包含沟道部分108a和位于沟道108a旁边的侧翼部分108b。此外,在某些实施例中,鳍108的侧翼部分108b的高度与鳍108的沟道108a大体上相等。在一些实施例中,绝缘体110的材料包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、旋涂介电材料或低k介电材料。在一实施例中,绝缘体110通过高密度化学汽相沉积(hdp-cvd)、亚大气压化学气相沉积(sacvd)或旋涂等方法形成。

如图2c所示的绝缘体110形成之后,执行图1所示的步骤s30以形成堆叠条结构。步骤s30的详细描述将在附图2d到2e中讨论。

图2d和图2e为制造方法的各个阶段的其中一阶段的鳍式场效应晶体管10的示意图。如图1所示,用于形成堆叠条结构的步骤s30还包含步骤s31、步骤s32和步骤s33。在一些实施例中,如图2d和步骤s31所示,氧化层112可选择地形成在衬底100的上方并覆盖鳍108的沟道部分108a和侧翼部分108b(在图2c中被标号),然后,在图1的步骤s32中,多晶硅层(未示出)在氧化层112上形成;在图3的步骤s33中,硬掩模层(未示出)在多晶硅层上形成。如图2e所示,图案化多晶硅层和硬掩模层以形成多晶硅条114和硬掩模条116。在本文中,多晶硅条114和硬掩模条116指的是具有侧壁115b的堆叠条结构115。堆叠条结构115的数目不限于一个,可不止一个。在一些实施例中,堆叠条结构115(多晶硅条114和硬掩模条116)的延伸方向设置为与鳍108的方向垂直;堆叠条结构115设置为横跨鳍108并覆盖鳍108的沟道部分108a。在一实施例中,硬掩模条116的的材料包含氮化硅、氧化硅或它们的组合。

图2f为制造方法的各个阶段的其中一阶段的鳍式场效应晶体管10的示意图。图2g为沿着图2f的线i-i’截取的finfet的截面图。如图1的步骤s40和图2f和图2g所示,间隔件材料118设置在衬底100的上方,共形地覆盖堆叠条结构115和鳍108的侧面结构108b。在一些实施例中,间隔件材料层118由一个或多个介电材料制成,例如,氮化硅、氮氧化硅碳(sicon)、碳氮化硅或它们的组合。间隔件材料层118可为单层或多层结构。在一些实施例中,间隔件材料层118通过沉积一个或多个介电材料的毯状层形成。在一实施例中,间隔件材料118的厚度约在3nm到10nm之间。

图3a至图3h是根据本发明的一些实施例示出了由原子层蚀刻工艺制造的鳍式场效应晶体管的一部分的截面图。在步骤s50中,如图3a到3h所示,覆盖鳍108的侧翼部分108b的间隔件材料层118和氧化层112通过执行原子层蚀刻(ale)工艺来去除。此外,间隔件在堆叠条结构115的侧壁形成4a)。ale工艺为有角的ale工艺,其包括至少执行有角离子轰击工艺来选择性地去除位于鳍108侧壁上的材料。图3a为执行原子层蚀刻工艺之前的finfet10的侧翼部分的截面图。图3a示出了鳍108的侧翼部分108b具有氧化层112及覆盖在上面的间隔件材料层118。如图3b,原子层蚀刻工艺包括在间隔件材料层118上沉积蚀刻剂的共形层。在一实施例中,蚀刻剂120的层厚度随着蚀刻速率而调整。在另一实施例中,蚀刻剂120的蚀刻速率大约为0.5nm/周期到3nm/周期之间。接下来,如图3c所示,对间隔件材料层118执行有角的离子轰击工艺。在一实施例中,有角的离子轰击工艺通过使用惰性气体离子束122来执行,从而允许蚀刻剂120与间隔件材料层118的介电材料反应。在某些实施例中,使用在惰性气体离子束的惰性气体选自氦、氩、氖、氪或氙。此外,在一实施例中,有角的离子轰击工艺在离子能量为0.2kev到1kev之间执行。在另一实施例中,有角的离子轰击工艺在7*1013/cm2到5*1015/cm2剂量之间执行。在一些实施例中,有角的离子轰击工艺在角θ中执行,角θ在0-45度或5-30度之间。角θ是从垂直方向测量的角(如图3c的虚线所示)。然而,垂直方向是垂直于鳍108的顶面109的方向或垂直于绝缘体110的顶面111的方向。因为堆叠条结构通常设置为大体上垂直于鳍108,因此面向鳍108的侧壁107的有角的离子轰击工艺平行于堆叠条结构的侧面。因此,鳍108的侧壁107被具有合适角θ的有角离子轰击工艺处理,而对堆叠条结构115的侧壁115b未造成实质影响。基于以上,基于间隔件材料层的材料选择用于合适的蚀刻敏感选择性的合适的离子能量、剂量和蚀刻剂,而用于执行有角的离子轰击工艺的适合的角是基于鳍节距和/或鳍的高度而选择的。

接下来,如图3d所示,位于鳍108的侧翼部分108b上方的间隔件材料层118通过剥离反应产物而被去除。反应产物123是间隔件材料层118的介电材料与蚀刻剂120反应的产物,并在净化蚀刻剂120期间被去除。在某些实施例中,图3e、图3f和图3g中执行的步骤一直重复直到位于鳍108的侧翼部分108b上和上方的间隔件材料层118被去除。在一实施例中,将鳍108的侧翼部分108b上的间隔件材料层去除后,鳍108的侧翼部分108b和沟道部分108a的高度大体上相等。在一实施例中,原子层蚀刻工艺可通过单层或多层介电层来剥离间隔件材料层118的介电材料。原子层蚀刻工艺包括执行有角离子轰击工艺,位于鳍108的侧壁107上的间隔件材料层118在没有消耗具有小鳍节距的鳍108的情况下被去除。

在去除鳍108的侧翼部分108b上方的间隔件材料层118之后,另一蚀刻剂层沉积到氧化层112中。与图3c所示的实施例相似。在图3f中,使用惰性气体离子束122来执行有角的离子轰击工艺,从而允许蚀刻剂124与氧化层112的氧化材料发生反应。在某些实施例中,使用在惰性气体离子束的惰性气体选自氦、氩、氖、氪或氙。此外,在一实施例中,有角的离子轰击工艺在离子能量为0.2kev到1kev之间执行。在另一实施例中,有角的离子轰击工艺在7*1013/cm2到5*1015/cm2剂量之间执行。在另一实施例中,有角的离子轰击工艺在角θ中执行,角θ在0-45度或5-30度之间。

接下来,如图3g所示,位于鳍108侧翼部分108b上方的氧化层112通过剥离反应产物125而被去除。反应产物125是氧化层112的介电材料与蚀刻剂124反应的产物,并在净化蚀刻剂124期间被去除。在某些实施例中,图3e、3f和3g中执行的步骤一直重复直到位于鳍108的侧翼部分108b上和上方的氧化层112被去除。同样地,在一实施例中,原子层蚀刻工艺科通过单层或多层剥离氧化层112的氧化物。原子层蚀刻工艺包括执行有角的离子轰击工艺和去除位于鳍108的侧壁107的氧化层112。在有角的离子轰击工艺中使用的惰性气体离子束122的角θ可根据鳍节距和/或鳍108的高度来加以调节。在一实施例中,使用不同的蚀刻剂120和124来去除间隔件材料层118和/或氧化层112的不同材料。在某些实施例中,蚀刻剂124的蚀刻速率大约为0.5nm/周期到3nm/周期之间。

在图3g中清除反应产物125之后,如图3h所示,由于覆盖鳍108的侧翼部分108b的间隔件材料层118和氧化层112被去除,因此鳍108的侧翼部分108b被暴露。在允许实施例中,通过有角的ale工艺,鳍108的侧翼部分108b上方的间隔件材料层被去除,堆叠条结构的侧壁115b上的间隔件材料保留下来成为栅极间隔件118b(图4a)。在另一实施例中,有角ale工艺的蚀刻选择被设计为获得对于栅极间隔件和鳍的的最小损坏(少于1nm)或损失。此外,在一实施例中,若间隔件材料118为多层结构,那相应地可使用不同的蚀刻剂来蚀刻间隔件材料层118的多层。或者,上述实施例中描述的制造方法的有角的ale工艺适合任何具有相对较大高度差异和小间隔的三维结构(例如finfet中的鳍结构),因为有角的ale工艺令人满意地将材料从结构侧壁中去除。

图4a至图4e是根据本发明的一些实施例示出的形成鳍式场效应晶体管的制造方法的各个阶段的鳍式场效应晶体管10的示意图和截面图。在图4a所示的一实施例中,在原子层蚀刻工艺之后,鳍108的侧翼部分108b被暴露,在栅极条结构115的侧壁115b上形成栅极间隔件118b。也就是说,位于鳍108的侧翼部分108b上的结构材料层被蚀刻,但位于栅极条结构115的侧壁115b上的间隔件材料层118被保留。在某些实施例中,有角的原子层蚀刻工艺在基本上去除了鳍108的侧翼部分108b的侧壁107上的间隔件材料层118,而没有去除至少一个堆叠条结构115的侧壁115b上的间隔件材料层118。氧化层112也被保留在多晶硅条114之下和鳍108b的沟道部分108a上。

图4b为制造方法的各个阶段的其中一阶段的鳍式场效应晶体管的示意图。图4c为沿着图4b线ii-ii’截取的finfet的截面图。如图1的步骤s60和图4b和4c,外延材料部分126在鳍的侧翼部分108b的上方形成并将鳍的侧翼部分108b覆盖。在一实施例中,如图4c所示,形成在一个鳍108的侧翼部分108b上方的外延材料部分126与形成在另一邻近的鳍108的侧翼部分108b上方的外延材料部分126分离。也就是说,设置在不同鳍108上的外延材料部分126互相不接触,因此,具有窄的轮廓。在另一实施例中,外延材料部分126共形地覆盖鳍108的侧翼部分108b的侧壁107和顶面109。此外,设置在侧翼部分108b的外延材料部分126位于堆叠条结构115的两相对侧。在一些实施例中,外延材料部分126包括应变材料,例如sige、碳化硅(sic)或sip。在一些实施例中,通过执行外延包层工艺在鳍108的侧翼部分108b上形成外延材料部分126。在另一实施例中,外延包层工艺通过使用气态或液态的前体用来增长鳍108的外延材料部分126。在一实施例中,外延包层工艺包含液相外延工艺、氢化物汽相外延工艺、分子束外延工艺、金属有机源汽相外延(movpe)工艺等。在一实施例中,外延包层工艺包含选择性外延生长工艺。在另一实施例中,原位掺杂在外延包层工艺期间执行。在一些实施例中,外延包层工艺产生具有随意定向的重迭层或不在鳍108的侧翼部分108b上形成有序的重迭层。因为外延材料层126的材料的晶格常数与衬底100的晶格常数不同,所以沟道部分是应变或应力的以增加器件的承载能力和提高器件的性能。在一些实施例中,鳍108的侧翼部分108b(鳍108的一部分)和设在在侧翼部分108b的顶部上的外延材料部分被注入(implanted)以形成源极区和漏极区。源极区和漏极区位于栅极条结构115的两相对侧。在一些实施例中,源极和漏极区可选择地形成为具有通过硅化形成的硅化物顶层。

图4d为制造方法的各个阶段的其中一阶段的鳍式场效应晶体管的示意图。图4e为沿着图4d线iii-iii’截取的finfet的截面图。在图1的步骤s70所示的一实施例中,多晶硅条114和设置在鳍108的沟道部分108a上的硬掩模条116被去除。在一实施例中,多晶硅条114和设置在多晶硅条114上的硬掩模条11通过各向异性蚀刻被去除,栅极间隔件118b和氧化层112被保留。然后在图1的步骤s80和图4d和图4e中,栅极堆叠件130形成在鳍108的沟道部分108a的上方、以及在衬底100的上方和绝缘体110上。栅极堆叠件130包括栅极介电层131和栅电极层132和栅极间隔件118b。在一实施例中,栅极介电层131在栅极间隔件118b之间的凹槽内、在氧化层112上和鳍108的沟道部分108a上方形成。在一些实施例中,栅极介电层131的的材料包含氮化硅、氧化硅或它们的组合。在一些实施例中,栅极介电层131包含高k材料,所述高k材料具有高于大约7.0的k值,并且可包含铪、铝、锆、镧、镁、钡、钛、铅和它们的组合。在一些实施例中,栅极介电层131通过原子层沉积(ald)、分子束沉积(mbd)、物理汽相沉积(pvd)或热氧化而形成。接下来,栅电极层132在栅极介电层131上、鳍108的沟道部分108b上方形成并填充位于栅极间隔件118b之间的保留下的凹槽。

在一些实施例中,栅电极层132包括金属掺杂材料,例如al、cu、w、ti、ta、ru、tin、tial、tialn、tan、tac、nisi、cosi或它们的组合。根据finfet为p型finfet或n型finfet来选择栅极介电层131和/栅电极层132的材料。或者,执行化学机械抛光(cmp)工艺来去除栅极介电层131和栅电极层132的多余部分。栅极间隔件118b设置在栅极介电层131的侧壁和所述栅电极层132上。也就是说,堆叠条结构115(包含多晶硅条114、硬掩模条116)被替代,形成替代栅极堆叠件130。在本文所描述的一些实施例中,栅极堆叠件130为替代金属栅极,但栅极堆叠件的机构或制造工艺并不受这些实施例的限制。

在一些实施例中,栅极堆叠件130设置在绝缘体110上,源极区和漏极区设在在栅极堆叠件130的两相对侧上。栅极堆叠件130覆盖鳍108的沟道部分108a,所得到的finfet包含多个鳍108。在图4d中,示出了一个栅极堆叠件130,栅极堆叠件的数目用于说明目的,并不意图限制本发明的结构。在一实施例中,提供了多个栅极堆叠件130,且平行设置。

在以上实施例中,由于鳍108的侧翼部分108b从绝缘体110的顶面凸出以及在去除鳍108上的间隔件材料层118和氧化物层112之后鳍108的侧翼部分108b未凹进,因此设置在鳍108的侧翼部分108b上的外延材料部分126形成为具有窄轮廓。也就是说,外延材料部分126的外延生长或外延包层是稳定的但抑制外延过度生长或外延融合。随着提供一致的压力,稳定形成的外延材料部分导致更好的器件功能。设置在不同鳍108的外延材料部分126彼此隔离。并适用于单层鳍晶体管结构。此外,上述实施例所描述的制造方法适用于制造具有小鳍节距或间隔的器件,因为有角的ale工艺令人满意地将间隔件材料从鳍中去除。另外,在有角的原子层蚀刻工艺期间,未使用另外的光刻胶来覆盖特定区的鳍以及避免阴影效应。因此,所得到的器件具有更好的收率和更少的失效。

在本发明的一些实施例中,描述了一种鳍式场效应晶体管,包括衬底、至少一个栅极堆叠件和外延材料部分。衬底具有鳍和位于鳍之间的绝缘体,鳍包含沟道部分和位于所述沟道部分旁边的侧翼部分。至少一个栅极堆叠件,设置在衬底的上方、绝缘体上和鳍的沟道部分上方;和外延材料部分,设置在鳍的侧翼部分上方和至少一个栅极堆叠件的两相对侧处,其中,设置在鳍的侧翼部分的外延材料部分互相隔离。

在本发明的一些实施例中,描述了一种鳍式场效应晶体管,包括衬底、至少一个栅极堆叠件和外延材料部分。衬底,具有鳍和位于鳍之间的沟槽;绝缘体,设置在衬底的沟槽内;至少一个栅极堆叠件,设置横跨鳍的沟道部分的上方并设置在绝缘体上;和外延材料部分,其设置于鳍的侧翼部分上方和至少一个栅极堆叠件的两相对侧处。外延材料部分围绕鳍的侧翼部分并具有窄的轮廓,鳍的沟道部分和侧翼部分从绝缘体凸出,鳍的沟道部分和侧翼部分的高度大体相等。

在本发明的一些实施例中,描述了一种制造鳍式场效应晶体管的方法。提供了衬底并将衬底图案化以在衬底中形成沟槽,在沟槽之间形成鳍。鳍包括沟道部分和侧翼部分。在衬底的沟槽中形成绝缘体。在衬底上方和绝缘体上形成至少一个堆叠条结构。形成间隔件材料层覆盖至少一个堆叠条结构和鳍的侧翼部分。将间隔件材料层从鳍的侧翼部分去除以暴露所述鳍的侧翼部分,并在至少一个堆叠条结构的侧壁形成栅极间隔件。在鳍的侧翼部分上和至少一个堆叠条结构两相对侧中形成外延材料。在去除至少一个堆叠条结构后,栅极堆叠件在栅极间隔件之间、在绝缘体上形成并覆盖鳍的侧翼部分。围绕鳍的侧翼部分的外延材料部分位于栅极间隔件的两相对侧和栅极堆叠件中。

根据本发明的一个实施例,提供了一种鳍式场效应晶体管,包括:衬底,具有鳍和位于所述鳍之间的绝缘体,其中,所述鳍包括沟道部分和位于所述沟道部分旁边的侧翼部分;至少一个栅极堆叠件,设置在所述衬底上方、设置在所述绝缘体上和所述鳍的所述沟道部分上方;和外延材料部分,设置在所述鳍的所述侧翼部分上方和所述至少一个栅极堆叠件的两相对侧处,其中,设置在所述鳍的所述侧翼部分上的所述外延材料部分彼此隔离。

在上述晶体管中,所述鳍的所述沟道部分和所述侧翼部分从所述绝缘体凸出。

在上述晶体管中,所述鳍的所述侧翼部分和所述沟道部分具有相同的高度。

在上述晶体管中,所述外延材料部分围绕所述鳍的所述侧翼部分。

在上述晶体管中,所述外延材料部分共形地覆盖所述鳍的所述侧翼部分。

在上述晶体管中,所述至少一个栅极堆叠件包括:栅极介电层,设置在所述绝缘体上并且覆盖所述鳍的所述沟道部分;栅电极层,设置在所述栅极介电层上;和极间隔件,设置在所述栅极介电层和所述栅电极层的侧壁上。

在上述晶体管中,源极区和漏极区位于所述至少一个栅极堆叠件的两相对侧处,所述源极区和漏极区包括所述鳍的所述侧翼部分和设置在所述侧翼部分上的外延材料部分。

根据本发明的另一实施例,还提供了一种鳍式场效应晶体管,包括:衬底,具有鳍和位于所述鳍之间的沟槽;绝缘体,设置在所述衬底的所述沟槽内;至少一个栅极堆叠件,设置为横跨所述鳍的沟道部分并且位于所述鳍的所述沟道部分上方并且设置在所述绝缘体上;和外延材料部分,设置在所述鳍的侧翼部分上方和所述至少一个栅极堆叠件的两相对侧处,其中,所述外延材料部分围绕所述鳍的所述侧翼部分并且具有窄的轮廓,以及所述鳍的所述侧翼部分和所述沟道部分从所述绝缘体凸出,以及所述鳍的所述沟道部分和所述侧翼部分从所述绝缘体的顶面具有相同的高度。

在上述晶体管中,具有所述窄的轮廓的所述外延材料部分共形地覆盖所述鳍的所述侧翼部分。

在上述晶体管中,所述至少一个栅极堆叠件包括替代金属栅极。

在上述晶体管中,所述至少一个栅极堆叠件包括:栅极介电层,设置在所述绝缘体上并且覆盖所述鳍的所述沟道部分;栅电极层,设置在所述栅极介电层上;和栅极间隔件,设置在所述栅极介电层和所述栅电极层的侧壁上。

在上述晶体管中,所述栅极间隔件的材料包括氧化硅、氮氧化硅碳(sicon)、碳氮化硅(sicn)或它们的组合。

根据本发明的又一实施例,还提供了一种形成鳍式场效应晶体管的方法,包括:提供衬底;图案化所述衬底以在所述衬底中形成沟槽以及在所述沟槽之间形成鳍,其中,所述鳍包括沟道部分和侧翼部分;在所述衬底的所述沟槽中形成绝缘体;在所述衬底上方和所述绝缘体上形成至少一个堆叠条结构;形成间隔件材料层以覆盖所述至少一个堆叠条结构以及覆盖所述鳍的所述侧翼部分;去除位于所述鳍的所述侧翼部分上的所述间隔件材料层以暴露所述鳍的所述侧翼部分,以及在所述至少一个堆叠条结构的侧壁上形成栅极间隔件;在所述鳍的所述侧翼部分上和所述至少一个堆叠条结构的两相对侧处形成外延材料部分;去除所述至少一个堆叠条结构;和栅极堆叠件形成在所述栅极间隔件之间、所述绝缘体上并且覆盖所述鳍的所述沟道部分,其中,围绕所述鳍的所述侧翼部分的所述外延材料部分位于所述栅极间隔件和所述栅极堆叠件的两相对侧处。

在上述方法中,形成所述外延材料部分包括执行外延包层工艺以形成具有窄的轮廓的所述外延材料部分。

在上述方法中,形成所述外延材料部分包括执行外延包层工艺以形成共形地覆盖所述鳍的所述侧翼部分的所述外延材料部分。

在上述方法中,去除位于所述鳍的所述侧翼部分上的所述间隔件材料层后,所述鳍的所述侧翼部分和所述沟道部分具有相同的高度。

在上述方法中,去除位于所述鳍的所述侧翼部分上的所述间隔件材料层包括执行有角的原子层蚀刻工艺。

在上述方法中,所述有角的原子层蚀刻工艺去除位于所述鳍的所述侧翼部分上的所述间隔件材料层,而不去除位于所述至少一个堆叠条结构的所述侧壁上的所述间隔件材料层。

在上述方法中,通过使用惰性气体离子束来执行所述有角的原子层蚀刻工艺,以及所述惰性气体选自氦、氩、氖、氪或氙。

在上述方法中,以0到45度的角来执行所述有角的原子层蚀刻工艺。

上述内容概述了几个实施例的特征,从而使得本领域技术人员可更好地了解本发明的各方面。本领域技术人员应理解,其可以轻松地将本发明作为基础,用于设计或修改其他工艺或结构,从而达成与本文实施例所介绍的相同目的和/实现相同的优点。本领域技术人员还应认识到,这种等效结构并不背离本发明的精神和范围,并且其可以进行各种更改、替换和变更而不背离本发明的精神和范围。

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