鳍式场效应晶体管及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用，以获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应晶体管(Fin FET)作为一种多栅器件得到了广泛的关注。
[0003]现有技术中的鳍式场效应晶体管采用的鳍部材料一般为硅，即所述鳍式场效应晶体管的沟道区域材料为硅。
[0004]由于N型鳍式场效应晶体管中的载流子为电子，电子在硅中迁移率较大，使得所述N型鳍式场效应晶体管具有较高的饱和电流。
[0005]而对于P型鳍式场效应晶体管，由于P型鳍式场效应晶体管的载流子为空穴，而空穴在硅中的迁移率较低，导致PMOS晶体管的饱和电流较低。
[0006]所述P型鳍式场效应晶体管的性能有待进一步的提高。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题是提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，提高P型鳍式场效应晶体管的性能。
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括:提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成凸起的第一鳍部；在所述半导体衬底上形成隔离材料层，所述隔离材料层覆盖第一鳍部的侧壁表面，并且所述隔离材料层的表面与所述第一鳍部的顶部表面齐平；对所述第一鳍部进行迁移率增强离子注入，在第一鳍部的顶端形成注入区，所迁移率增强离子注入的注入离子用于增强空穴的迁移率；对所述注入区进行局部再结晶处理，使所述注入区成为包含注入离子的单晶半导体层，所述单晶半导体层的空穴迁移率大于所述单晶半导体层下方的第一鳍部的空穴迁移率；刻蚀所述隔离材料层，形成隔离层，使所述隔离层的表面与单晶半导体层的底面齐平；形成横跨所述单晶半导体层的第一栅极结构，所述第一栅极结构覆盖部分单晶半导体层和部分隔离层。
[0009]可选的，所述局部再结晶处理的方法为激光熔融退火工艺。
[0010]可选的，所述半导体衬底的材料为单晶硅，所述迁移率增强离子注入的离子为锗。
[0011]可选的，所述迁移率增强离子注入的锗等离子体的剂量小于lE17atom/cm2，注入能量小于3KeV，注入浓度小于或等于55%。
[0012]可选的，所述激光熔融退火工艺采用的激光波长为308nm?518nm，能量为I/cm2?3J/cm2,温度为100CTC?130CTC,退火时间为50ms?20s。
[0013]可选的，所述局部再结晶处理工艺使所述单晶半导体层受到压应力作用。
[0014]可选的，所述单晶半导体层的材料为单晶锗硅或单晶锗。
[0015]可选的，还包括在进行局部再结晶处理之前，对所述第一鳍部进行阈值调整注入。
[0016]可选的，所述阈值调整注入的离子为P型离子，至少包括B、Ga或In中的一种离子。
[0017]可选的，所述阈值调整注入在对第一鳍部进行所述迁移率增强离子注入之后进行。
[0018]可选的，所述第一鳍部顶部宽度小于底部宽度，并且所述第一鳍部的侧壁与半导体衬底之间的锐角夹角为70°?85°。
[0019]可选的，所述单晶半导体层的厚度小于或等于进行迁移率增强离子注入之前的第一鳍部厚度的1/2。
[0020]可选的，所述第一鳍部的高度为80nm?lOOnm，所述单晶半导体层的厚度为30nm ?50nmo
[0021]可选的，所述半导体衬底包括第一区域和第二区域，所述第一鳍部形成在第一区域上，还包括:在第二区域上形成第二鳍部，所述隔离材料层还覆盖第二鳍部的侧壁表面并且与第二鳍部的表面顶部表面齐平。
[0022]可选的，还包括:在形成所述隔离材料层之后，对第二区域进行P型离子注入，在半导体衬底的第二区域内形成P阱；对第一区域进行N型离子注入，在半导体衬底的第一区域内形成N阱；然后再对第一鳍部进行所述迁移率增强离子注入。
[0023]可选的，还包括:在隔离层上形成横跨所述第二鳍部的第二栅极结构。
[0024]可选的，所述第一栅极结构包括位于单晶半导体层和隔离层表面的第一栅介质层、位于所述第一栅介质层表面的第一栅极；所述第二栅极结构包括第二鳍部和隔离层表面的第二栅介质层和位于所述第二栅介质层表面的第二栅极。
[0025]可选的，还包括:在所述第一栅极结构两侧的单晶半导体层内形成第一源漏极，在第二栅极两侧的第二鳍部内形成第二源漏极。
[0026]可选的，所述第一鳍部和第二鳍部顶部还形成有掩膜层，所述隔离材料层的表面与所述掩膜层的表面齐平。
[0027]为解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种采用上述方法形成的鳍式场效应晶体管，包括:半导体衬底；位于半导体衬底上凸起的鳍部,所述鳍部包括位于半导体衬底表面的第一鳍部和所述第一鳍部上方的单晶半导体层，所述单晶半导体层的空穴迁移率大于所述第一鳍部的空穴迁移率；位于所述半导体衬底上的隔离层，所述隔离层覆盖第一鳍部的侧壁，并且所述隔离层的表面与单晶半导体层的底面齐平；横跨所述单晶半导体层的第一栅极结构，所述第一栅极结构覆盖部分单晶半导体层和部分隔离层。
[0028]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0029]本发明的技术方案，在半导体衬底上形成凸起的第一鳍部以及隔离材料层，所述隔离材料层的表面与第一鳍部表面齐平；然后对所述第一鳍部进行迁移率增强离子注入，在第一鳍部的顶端形成注入区；然后对所述注入区进行局部再结晶处理，使注入区成为包含注入离子的单晶半导体层，通过局部再结晶处理形成的单晶半导体层没有缺陷，载流子在单晶半导体层内迁移的过程中不会受到缺陷的散射作用，具有较高的迁移率，并且，由于所述注入离子能够增强空穴的迁移率，从而使所述单晶半导体层的空穴迁移率大于所述单晶半导体层下方的第一鳍部的空穴迁移率；然后再刻蚀所述隔离材料层，形成隔离层，使隔离层的表面与单晶半导体层的顶部表面齐平，暴露出所述单晶半导体层；在所述隔离层上形成横跨所述单晶半导体层的第一栅极结构，使所述鳍式场效应晶体管的沟道区域位于所述单晶半导体层内，使得所述沟道区域的空穴载流子迁移率提高，从而提高形成的P型鳍式场效应晶体管的性能。并且所述局部再结晶处理只针对所述注入区进行，不会影响到所述第一鳍部以外的区域，从而避免影响晶体管其他部分的电性参数，避免在所述结晶处理过程中对晶体管其他电学性能产生不良的影响。
[0030]进一步的，所述局部再结晶工艺能够使所述单晶半导体层受到压应力作用，所述压应力作用可以进一步提高空穴载流子的迁移率，提高P型鳍式场效应晶体管的性能。
[0031]进一步的，所述局部再结晶处理的方法为激光熔融退火工艺。激光熔融退火工艺具有高能量，高效率，以及熔融深度可控的优点。通过激光熔融退火工艺可以短时间内使所述注入区内的材料形成熔融状态，在冷却过程中注入区内的材料通过液相外延生长完成从非晶到晶态的转变，从而完全消除所述注入区内的晶格缺陷。并且，所述激光熔融退火工艺可以较好的控制熔融退火的范围和深度，所以在退火过程中不会影响到其他区域，避免在退火过程中其他区域内的掺杂离子大量扩散而影响晶体管的性能。
【附图说明】
[0032]图1至图7是本发明的实施例的鳍式场效应晶体管的形成过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]如【背景技术】中所述，现有技术中形成的P型鳍式场效应晶体管的性能需要进一步提闻。
[0034]研究发现，P型鳍式场效应晶体管的空穴载流子在锗或锗硅材料中的迁移速率大于在硅中的迁移速率，采用锗或锗硅材料作为鳍部的材料可以提高P型鳍式场效应晶体管的空穴迁移率，从而提高P型鳍式场效应晶体管的性能。在一个实施例中，可以通过在衬底上外延形成锗层或锗硅层，然后对所述锗层或锗硅层进行刻蚀，作为P型鳍式场效应晶体管的沟道区域。但是采用外延工艺形成单晶锗层的产率较低、成本较高，并且采用外延工艺形成的锗层或锗硅层内的缺陷较多，会降低形成的晶体管的沟道区域的质量，影响晶体管的性能。并且，采用外延锗层形成P型鳍式场效应晶体管，需要与N型鳍式场效应晶体管分开形成，需要增加芯片制造的工艺步骤和成本。
[0035]在另一个实施例中，也可以在半导体衬底上形成介质层，然后在介质层内形成暴露部分半导体衬底的凹槽，再在所述凹槽内沉积锗或锗硅材料，以形成鳍部。所述凹槽的宽度不能不能过小，以避免在沉积过程中出现空洞等问题，从而形成的鳍部尺寸也受到限制，不利于芯片集成度的提高。并且，为了提高形成的鳍式场效应晶体管的栅极结构的沉积质量以及沟道区域内的电流密度的均匀性，一般需要形成上窄下款具有倾斜侧壁的鳍部，而采用上述方