鳍式场效应晶体管及其形成方法

鳍式场效应晶体管及其形成方法
【专利摘要】一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，所述鳍式场效应晶体管的形成方法包括：提供衬底，包括第一半导体层、绝缘层和第二半导体层；在第二半导体层的部分表面形成掩膜层，以掩膜层为掩膜，刻蚀第二半导体层至绝缘层，形成鳍部；在绝缘层表面形成牺牲层，牺牲层的表面低于鳍部的顶部表面且覆盖鳍部的部分侧壁，高于牺牲层的部分鳍部作为第一子鳍部；在第一子鳍部侧壁表面形成保护层；去除牺牲层；沿暴露的鳍部侧壁对所述鳍部进行横向刻蚀，使部分鳍部的宽度减小，使第一子鳍部部分悬空，宽度减小的部分鳍部作为第二子鳍部；去除保护层和掩膜层后，形成横跨第一子鳍部和第二子鳍部的栅极结构。所述方法可以提高形成的鳍式场效应晶体管的性能。
【专利说明】
韓式场效应晶体管及其形成方法
技术领域
[0001] 本发明设及半导体技术领域，特别设及一种罐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，W获得理想的阔值电压，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，罐 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。罐式场效应晶体管能够 有效改善晶体管的短沟道效应，提高器件的性能被广泛应用于逻辑电路W及SRAM存储器 等半导体器件中。
[0003] 图1示出了现有技术的一种罐式场效应晶体管的立体结构示意图。如图1所示， 包括：半导体衬底10,所述半导体衬底10上形成有凸出的罐部11，罐部11 一般是通过对半 导体衬底10刻蚀后得到的；介质层12,覆盖所述半导体衬底10的表面W及罐部11的侧壁 的一部分；栅极结构13,横跨在所述罐部11上，覆盖所述罐部11的部分顶部和侧壁，栅极 结构13包括栅介质层（图中未示出）和位于栅介质层上的栅电极（图中未示出）。对于罐 式场效应晶体管，罐部11的顶部W及两侧的侧壁与栅极结构13相接触的部分都成为沟道 区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。
[0004] 现有罐式场效应晶体管的性能还有待进一步的提高。

【发明内容】

[0005] 本发明解决的问题是提供一种罐式场效应晶体管及其形成方法，提高罐式场效应 晶体管的性能。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种罐式场效应晶体管的形成方法，包括：提供衬 底，所述衬底包括第一半导体层、位于第一半导体层表面的绝缘层和位于所述绝缘层表面 的第二半导体层；在所述第二半导体层的部分表面形成掩膜层，W所述掩膜层为掩膜，刻蚀 所述第二半导体层至绝缘层，形成罐部；在所述绝缘层表面形成牺牲层，所述牺牲层的表面 低于罐部的顶部表面且覆盖罐部的部分侧壁，高于牺牲层的部分罐部作为第一子罐部；在 第一子罐部侧壁表面形成保护层；去除牺牲层，暴露出罐部的部分侧壁；沿所述暴露的罐 部侧壁对所述罐部进行横向刻蚀，使部分罐部的宽度减小，使第一子罐部部分悬空，所述宽 度减小的部分罐部作为第二子罐部；去除所述保护层和掩膜层后，形成横跨第一子罐部和 第二子罐部的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分第二子罐部的侧壁、部分第一子罐部的侧 壁、顶部W及悬空部分底面。
[0007] 可选的，第二子罐部宽度为第一子罐部宽度的30%~60%。
[0008] 可选的，所述牺牲层与罐部顶部的高度差为2nm~20nm。
[0009] 可选的，所述保护层的厚度为20 A~100 A。
[0010] 可选的，所述罐部的数量为两个W上，相邻罐部之间的间距大于200 A。
[0011] 可选的，形成所述牺牲层的方法包括：在所述绝缘层表面形成牺牲材料，所述牺牲 材料覆盖掩膜层表面；W所述掩膜层为停止层，对所述牺牲材料进行平坦化，形成牺牲材料 层，使所述牺牲材料层的表面与掩膜层表面齐平；刻蚀所述牺牲材料层，使所述牺牲材料层 的高度下降，形成牺牲层。
[0012] 可选的，所述牺牲层的材料与掩膜层、绝缘层的材料不同。
[0013] 可选的，所述掩膜层的材料为氧化娃，绝缘层的材料为氧化娃，牺牲层的材料为氮 化娃。
[0014] 可选的，形成所述牺牲材料的方法为等离子体沉积工艺或热沉积工艺。
[0015] 可选的，所述等离子体沉积工艺的沉积溫度为350°C~600°C，反应气体为SiHzClz 和畑3，其中51&(：12的流量为131111~1〇31111，畑3的流量为131111~2〇31111，压强为21111'〇''~ 5Torr。
[0016] 可选的，所述热沉积工艺的沉积溫度为630°C~800°C，反应气体为SiHzClz和 畑3,其中SiHzClz的流量为SOsccm~lOOOsccm，NH 3的流量为IOOsccm~SOOOslm,压强为 0.ITorr ~5Torr。
[0017] 可选的，采用湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲材料层，形成牺牲层。
[0018] 可选的，若所述牺牲材料层采用等离子体沉积工艺形成，则采用氨氣酸溶液或憐 酸溶液刻蚀所述牺牲材料层；若所述牺牲材料层采用热沉积工艺形成，则采用憐酸溶液刻 蚀所述牺牲材料层。
[0019] 可选的，采用湿法刻蚀工艺或气相刻蚀工艺沿所述暴露的罐部侧壁对所述罐部进 行横向刻蚀。
[0020] 可选的，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为四甲基氨氧化锭溶液，溫度为 25°C~100°C，质量分数为2%~35%。
[0021] 可选的，所述气相刻蚀工艺采用的刻蚀气体为Clz或HCl中的一种或两种，刻蚀气 体流量为20sccm~2000sccm，溫度为50(TC~80(TC，压强为5Torr~15Torr。
[0022] 可选的，所述罐部的高度为20nm~50nm，宽度为15nm~40nm。
[0023] 可选的，采用热氧化工艺在所述第一子罐部侧壁表面形成保护层。
[0024] 可选的，形成所述保护层的方法包括：在所述牺牲层表面、第一子罐部侧壁表面、 掩膜层的侧壁和顶部表面形成保护材料层；采用无掩膜刻蚀工艺，对所述保护材料层进行 刻蚀，去除位于牺牲层表面和掩膜层顶部表面的保护材料层，形成覆盖第一子罐部侧壁表 面、掩膜层侧壁表面的保护层。
[00巧]本发明的技术方案还提供一种采用上述方法形成的罐式场效应晶体管，包括：第 一半导体层；位于第一半导体层表面的绝缘层；位于所述绝缘层表面的罐部，所述罐部包 括位于绝缘层表面的第二子罐部，位于第一子罐部上方的第一子罐部，所述第一子罐部的 宽度大于第二子罐部的宽度；横跨第一子罐部和第二子罐部的栅极结构，所述栅极结构覆 盖部分第二子罐部的侧壁、部分第一子罐部的侧壁、顶部W及悬空部分底面。
[00%]与现有技术相比，本发明的技术方案具有W下优点：
[0027] 本发明的技术方案提出一种罐式场效应晶体管的形成方法，刻蚀第二半导体层形 成罐部，所述罐部顶部具有掩膜层；然后在绝缘层上形成牺牲层，所述牺牲层表面低于罐部 的顶部表面，高于牺牲层的部分罐部作为第一子罐部；在第一子罐部侧壁表面形成保护层， 然后去除所述牺牲层，暴露出部分罐部侧壁，然后沿所述暴露的罐部侧壁进行横向刻蚀，形 成第二子罐部，使所述第二子罐部的宽度小于第一子罐部的宽度，然后形成横跨所述第一 子罐部和第二子罐部的栅极结构。在对罐部进行横向刻蚀的过程中，所述掩膜层和保护层 保护第一子罐部，使所述第一子罐部的尺寸不发生变化。所述第一子罐部与第二子罐部形 成的罐部结构表面积大于初始形成的罐部的表面积，所W在所述罐部结构上形成栅极结构 之后，所述栅极结构下方的沟道区域面积增加，能够改善罐式场效应晶体管的短沟道效应， 从而提高晶体管的性能。
[0028] 进一步的，所述第二子罐部的宽度为第一子罐部宽度的30 %~60%，既能使最终 形成的罐式场效应管的沟道面积得到明显增大，又能避免由于第二子罐部宽度过小不足W 支撑上方的第一子罐部而发生倒塌W及绝缘层、第二子罐部W及第一子罐部之间构成凹槽 深度过大影响后续形成的栅极结构的沉积质量等不良影响。
[0029] 进一步的，所述牺牲层与罐部顶部的高度差为2nm~20nm。所述牺牲层与罐部顶 部的高度差即为第一子罐部的厚度，从而确保所述第一子罐部具有足够的厚度。若所述第 一子罐部的厚度过低，容易导致在后续的氧化、清洗或刻蚀等其他工艺流程中，所述第一子 罐部被完全消耗。
[0030] 进一步的，所述保护层的厚度为謝居~1狐基，若所述保护层的厚度过小，则在后 续工艺中，不能对第一子罐部的侧壁起到足够的保护作用，而若所述保护层302的厚度过 大，则容易导致保护层填充满相邻第一子罐部之间的间隙，导致后续无法取出保护层下方 的牺牲层。
[0031] 本发明的技术方案还提供一种罐式场效应晶体管，所述罐式场效应晶体管具有第 一子罐部和第二子罐部的罐部，第一子罐部位于第二子罐部上，且第二子罐部的宽度小于 第一子罐部的宽度，然后形成横跨所述罐部的栅极结构，从而与现有技术相比，可W提高罐 式场效应晶体管的沟道区域面积，从而提高罐式场效应晶体管的性能。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明的现有技术的罐式场效应晶体管的结构示意图；
[0033] 图2至图11为本发明的实施例的罐式场效应晶体管的形成过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034] 如【背景技术】中所述，现有罐式场效应晶体管的性能有待进一步的提高。
[0035] 本发明的实施例中，形成具有第一子罐部和第二子罐部的罐部，第一子罐部位于 第二子罐部上，且第二子罐部的宽度小于第一子罐部的宽度，然后形成横跨所述罐部的栅 极结构，从而可W提高晶体管的沟道区域面积，从而提高罐式场效应晶体管的性能。
[0036] 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。
[0037] 请参考图2,提供衬底，所述衬底包括第一半导体层101、位于第一半导体层101表 面的绝缘层102和位于所述绝缘层102表面的第二半导体层103。
[0038] 所述第一半导体层101的材料可W是娃、错、错娃或碳化娃等半导体材料，所述第 二半导体层103的材料可W是娃、错、错娃或碳化娃等半导体材料，所述绝缘层102的材料 可W是氧化娃、氮氧化娃、氮化娃等绝缘介质材料。
[0039] 本实施例中，所述衬底为绝缘体上娃衬底，其中，所述第一半导体层101材料为 娃、绝缘层102材料为氧化娃，第=半导体层102的材料为娃。所述绝缘层102作为后续在 衬底上形成的器件与第一半导体层101之间的隔离结构。
[0040] 请参考图3,在所述第二半导体层103的部分表面形成掩膜层200。
[0041] 所述掩膜层200的材料可W是氧化娃、氮化娃、无定形碳等掩膜材料。
[0042] 本实施例中，所述掩膜层200的材料为氧化娃，采用氧化工艺在所述第二半导体 层103表面形成掩膜材料层之后，对所述掩膜材料层进行图形化，形成覆盖部分第二半导 体层103的掩膜层200。
[0043] 在本发明的其他实施例中，也可W采用沉积工艺在所述第二半导体层103表面形 成掩膜材料层，然后对所述掩膜材料层进行图形化，形成覆盖部分第二半导体层103的掩 膜层200。
[0044] 所述掩膜层200的厚度可W为5:0 A~100 A，从而能够在后续形成罐部之后，对 罐部的顶部起到足够的保护作用。
[0045] 请参考图4, W所述掩膜层200为掩膜，刻蚀所述第二半导体层103 (请参考图3) 至绝缘层102,形成罐部201。
[0046] 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第二半导体层103,具体的所述干法刻蚀工艺为等离 子体刻蚀工艺，采用的刻蚀气体包括皿r和Clz。本实施例中，所述干法刻蚀工艺采用的刻蚀 气体为皿r和Clz的混合气体作为刻蚀气体，0 2作为缓冲气体，其中皿r的流量为SOsccm~ lOOOsccm，Clz的流量为 SOsccm ~lOOOsccm，〇2的流量为 5sccm ~20sccm，压强为 SmTorr ~ SOmTorr,功率为400W~750W，〇2的气体流量为5sccm~20sccm，溫度为40°C~80°C，偏置 电压为IOOV~250V。
[0047] 所述罐部201的数量可W是一个或两个W上。本实施例中，W形成两个罐部201 作为示例。
[0048] 当所述罐部201的数量为两个W上，相邻罐部201之间的间距大于200乂。便于后 续在罐部201侧壁表面形成一定厚度的保护层。
[0049] 本实施例中，由于采用氧化工艺在第二半导体层103表面形成掩膜材料层，使第 二半导体层103的厚度有所损耗，所W W所述掩膜层200为掩膜刻蚀所述第二半导体层103 形成的罐部201的高度略小于第二半导体层103的初始高度。 阳化0] 所述罐部201的高度为20皿~50皿，宽度为15皿~40皿。可W根据实际需要调 整所述罐部201的尺寸。
[0051] 请参考图5,在所述绝缘层102表面形成牺牲材料层300,所述牺牲材料层300的 表面与掩膜层200表面齐平。
[0052] 具体的，形成所述牺牲材料层300的方法包括：在所述绝缘层102表面沉积牺牲材 料，所述牺牲材料覆盖掩膜层表面；W所述掩膜层200为停止层，对所述牺牲材料进行平坦 化，形成牺牲材料层300,使所述牺牲材料层300的表面与掩膜层200表面齐平。本实施例 中，采用化学机械掩膜工艺对所述牺牲材料进行平坦化。
[0053] 所述牺牲材料层300的材料与掩膜层200、绝缘层102的材料不同。本实施例中， 所述掩膜层200的材料为氧化娃，绝缘层102的材料为氧化娃，牺牲材料层300的材料为氮 化娃，从而使得掩膜层200可W作为平坦化牺牲相邻的停止层，并且，后续在对牺牲材料层 300进行刻蚀形成牺牲层，W及去除牺牲层的过程中，不会对所述绝缘层103和掩膜层200 造成影响。
[0054] 形成所述牺牲材料的方法为等离子体沉积工艺或热沉积工艺。
[0055] 本实施例中，采用等离子体沉积工艺形成所述牺牲材料，具体的，所述等离子体 沉积工艺的沉积溫度为350°C~600°C，反应气体为SiHzClz和NH 3,其中SiHzClz的流量为 Islm~IOslm, NHs的流量为Islm~20slm，压强为SmTorr~STorr。所述等离子体沉积工 艺将反应气体等离子体化后，进行沉积，反应溫度较低，可W降低工艺热预算。
[0056] 在本发明的其他实施例中，也可W采用热沉积工艺形成所述牺牲材料，具体的，所 述热沉积工艺的沉积溫度为630°C~800°C，反应气体为SiHzClz和NH3,其中SiHzClz的流量 为 SOsccm ~1000sccm，NH3的流量为 IOOsccm ~SOOOslm,压强为 0.1 Torr ~STorr。所述 热沉积工艺直接采用反应气体分子进行反应沉积所述牺牲材料，反应溫度较高。
[0057] 在本发明的其他实施例中，也可W采用其他沉积工艺形成所述牺牲材料。
[0058] 请参考图6,蚀所述牺牲材料层300 (请参考图5)，使所述牺牲材料层300的高度 下降，形成牺牲层301，所述牺牲层301的表面低于罐部201 (请参考图5)的顶部表面且覆 盖罐部201的部分侧壁，高于牺牲层301的部分罐部201作为第一子罐部211。图6中，用 虚线分割所述第一子罐部211。
[0059] 可W采用干法或湿法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲材料层300,形成所述牺牲层301。
[0060] 本实施例中，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲材料层300。由于所述牺牲材料层 300的材料与掩膜层200 W及绝缘层102的材料不同，可W选择使牺牲材料层300与掩膜层 200、绝缘层102之间具有较高选择比的刻蚀溶液，对所述牺牲材料层300进行刻蚀。
[0061] 请参考表1，为氧化娃、等离子体沉积工艺形成的氮化娃W及热沉积工艺形成的氮 化娃在憐酸和氨氣酸两种溶液下的刻蚀速率。
[0062]
[0063]表 1 W64] 表1中，HF溶液为1体积的质量分数为49%的氨氣酸溶液与100体积的&0的混 合溶液，H3PO4溶液的质量分数为85%。 阳0化]可W看出，采用热沉积工艺形成的氮化娃在HF溶液中的刻蚀速率非常小，而在 H3PO4溶液中则具有较高的刻蚀速率；而等离子体沉积工艺形成的氮化娃在HF溶液中与 H3PO4溶液中均具有较高的刻蚀速率，在H 3PO4溶液中的刻蚀速率更高。
[0066] 所W，若所述牺牲材料层300采用等离子体沉积工艺形成，则可W采用氨氣酸溶 液或憐酸溶液刻蚀所述牺牲材料层；若所述牺牲材料层300采用热沉积工艺形成，则可W 采用憐酸溶液刻蚀所述牺牲材料层。
[0067] 本实施例中，采用H3PO4溶液对所述牺牲材料层300进行刻蚀，其中所述H3P04溶 液的质量分数为80%~90%，溫度为165°C。由于H3PO4溶液对氮化娃的刻蚀速率远大于 氧化娃的刻蚀速率，所W，在刻蚀所述牺牲材料层300的过程中，不会对绝缘层102和掩膜 层200造成损伤。
[0068] 在本发明的其他实施例中，若所述牺牲材料层300采用等离子体沉积工艺形成， 也可W采用HF溶液对所述牺牲材料层300进行刻蚀，氨氣酸溶液为1体积质量分数为49 % 的氨氣酸溶液与100体积的&0的混合溶液，溫度为常溫23°C。但是运种情况下，可W先采 用H3PO4溶液将牺牲材料层300进行刻蚀，使所述牺牲材料层300表面低于掩膜层200之 后，再采用HF溶液进行刻蚀，由于所述HF溶液对与氧化娃也有较高的刻蚀速率，所W，会同 时刻蚀掩膜层200和牺牲材料层300,可W通过调整最终形成的牺牲层301的厚度，使得形 成所述牺牲层301之后，所述罐部301顶部还具有部分厚度的掩膜层200。在本发明的其他 实施例中，也可W直接采用HF溶液进行刻蚀，形成牺牲层301的同时，去除所述掩膜层200， 后续再对罐部201进行氧化，在所述罐部201顶部形成氧化娃层，在后续工艺中保护所述罐 部201的顶部。由于H3PO4溶液对娃具有一定的刻蚀速率，采用HF溶液对牺牲材料层300 进行刻蚀，可W避免H3PO4溶液对罐部201侧壁造成损伤。
[0069] 本实施例中，形成的所述牺牲层301与罐部201顶部之间的高度差为2皿~20皿。 高于牺牲层301的部分罐部201作为第一子罐部211，即所述第一子罐部211的厚度为 2nm~20nm，确保所述第一子罐部211具有足够的厚度。若所述第一子罐部211的厚度过 低，容易导致在后续的氧化、清洗或刻蚀等其他工艺流程中，所述第一子罐部211被完全消 耗。所述牺牲层301的厚度可W为5皿~10皿。
[0070] 请参考图7,在第一子罐部211侧壁表面形成保护层302。
[0071] 可W采用热氧化工艺或沉积工艺在所述第一子罐部211侧壁表面形成所述保护 层 302。
[0072] 本实施例中，采用沉积工艺形成所述保护层302,包括：在所述牺牲层301表面、第 一子罐部211侧壁表面、掩膜层200的侧壁和顶部表面形成保护材料层；采用无掩膜刻蚀工 艺，对所述保护材料层进行刻蚀，去除位于牺牲层301表面和掩膜层200顶部表面的保护材 料层，形成覆盖第一子罐部211侧壁表面、掩膜层侧壁表面的保护层302。
[0073] 若所述保护层302的厚度过小，则在后续工艺中，不能对第一子罐部211的侧壁起 到足够的保护作用，而若所述保护层302的厚度过大，则容易导致保护层302填充满相邻第 一子罐部211之间的间隙，导致后续无法取出保护层302下方的牺牲层301。本实施例中， 所述保护层302的厚度为20 A-、.100 A。
[0074] 在本发明的其他实施例中，也可W采用热氧化工艺，对第一子罐部211的侧壁进 行氧化，形成覆盖第一子罐部211侧壁的保护层302。但是采用热氧化工艺会使第一子罐部 211的宽度减小，会对晶体管的性能造成一定的影响。 阳O巧]请参考图8,去除所述牺牲层301 (请参考图7)，暴露出罐部201的部分侧壁。
[0076] 采用湿法刻蚀工艺去除牺牲层301，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为憐酸溶 液，所述憐酸溶液对牺牲层301具有较高的刻蚀选择性，从而在去除所述牺牲层301的过程 中，依然能够保留所述保护层302和掩膜层200,从而使得所述保护层302和掩膜层200在 后续工艺中能够保护所述第一子罐部211。
[0077] 去除所述牺牲层301之后，暴露出位于第一子罐部211下方的罐部侧壁。
[0078] 请参考图9,沿所述暴露的罐部201侧壁对所述罐部201进行横向刻蚀，使部分罐 部201的宽度减小，使第一子罐部211部分悬空，所述宽度减小的部分罐部作为第二子罐部 212。图9中，用虚线分割所述第一子罐部211和第二子罐部212。
[0079] 可W采用湿法刻蚀工艺或气相刻蚀工艺沿所述暴露的罐部201侧壁对所述罐部 201进行横向刻蚀，形成第二子罐部212。
[0080] 在对所述罐部201进行横向刻蚀的过程中，所述保护层301和掩膜层200保护所 述第一子罐部211，使所述第一子罐部211的宽度不发生变化，使所述第一子罐部211的宽 度与最初形成的罐部201 (请参考图4)宽度一致。
[0081] 所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为四甲基氨氧化锭溶液，溫度为25 °C~ l〇(TC，质量分数为2%~35%。由于所述四甲基氨氧化锭溶液在娃的不同晶向上具有不同 的刻蚀速率。当所述第二半导体层103在刻蚀方向上的晶向为<110〉时，采用四甲基氨氧 化锭溶液进行横向刻蚀，能够获得较好的刻蚀效果。
[0082] 在本发明的其他实施例中，可W采用气相刻蚀工艺刻蚀所述罐部201，所述气相 刻蚀工艺采用的刻蚀气体为Clz或肥1中的一种或两种，所述气相刻蚀工艺主要通过刻蚀 气体分子与暴露的罐部201侧壁发生反应，从而对所述罐部201进行刻蚀。可W通过调整 所述气相刻蚀过程的参数，使得所述气相刻蚀工艺具有各向异性刻蚀性质，使所述气相刻 蚀的横向刻蚀速率远大于纵向刻蚀速率。在本发明的一个实施例中，所述刻蚀气体流量为 20sccm ~2000sccm，溫度为 500°C~800°C，压强为 STorr ~ISTorr。
[0083] 通过上述刻蚀形成的第二子罐部212的宽度越小，最终在第一子罐部211、第二子 罐部212形成具有同样宽度的栅极结构所形成的沟道面积越大，罐式场效应晶体管的饱和 电流越大。但是若所述第二子罐部212的宽度过小，不足W支撑上方的第一子罐部211，容 易发生倒塌，并且，所述绝缘层102、第二子罐部212 W及第一子罐部211之间构成凹槽深度 过大，影响后续形成的栅极结构的沉积质量。所W，在本发明的一个实施例中，第二子罐部 212的宽度可W为第一子罐部201宽度的30%~60%，既能使最终形成的罐式场效应管的 沟道面积得到明显增大，又能避免其他不良的影响。本实施例中，对所述罐部201进行横向 刻蚀的深度为5皿~15皿，例如可W是6皿、10皿或14皿。
[0084] 所述第一子罐部211和第二子罐部212构成截面为T型或Q形的罐部结构，与最 初形成的侧壁垂直的罐部201相比，横截面周长增大，即表面积增大，能够有效提高后续形 成的罐式场效应晶体管的沟道面积，从而进一步改善罐式场效应晶体管的短沟道效应，提 高罐式场效应晶体管的性能。
[00化]请参考图10,去除所述保护层302和掩膜层200。
[0086] 采用湿法刻蚀工艺去除所述保护层302和掩膜层200,所述湿法刻蚀工艺采用的 刻蚀溶液为氨氣酸溶液。虽然采用氨氣酸溶液进行湿法刻蚀，会对绝缘层102造成一定程 度的刻蚀，但是由于所述保护层302和掩膜层200的厚度较低，刻蚀过程时间较短，所W，对 绝缘层102不会造成较大影响，不会影响最终形成的罐式场效应晶体管的性能。
[0087] 请参考图11，形成横跨第一子罐部211和第二子罐部212的栅极结构400,所述栅 极结构400覆盖部分第二子罐部212的侧壁、部分第一子罐部211的侧壁、顶部W及悬空部 分底面。
[0088] 所述栅极结构400包括：栅介质层401和位于栅介质层401表面的栅极402。所述 栅介质层401的材料可W是氧化娃、氧化给、娃氧化给、氧化错、或氧化侣等，所述栅极402 的材料可W是多晶娃、鹤、侣或铁等。
[0089] 形成所述栅极结构400的方法包括：在所述绝缘层102表面W及第一子罐部211、 第二子罐部212的表面形成栅介质材料层和位于栅介质材料层表面的栅极材料层；对所述 栅极材料层和栅介质材料层进行图形化，形成所述横跨第一子罐部211和第二子罐部212 的栅极结构400。
[0090] 本实施例中，所述栅极结构400同时横跨两个罐部结构，在本发明的实施例中，所 述栅极结构400仅横跨一个罐部结构，相邻罐部结构上的栅极结构400之间彼此断开。
[0091] 在形成所述栅极结构400之后，还包括在所述栅极结构400两侧的第一子罐部 211、第二子罐部212内形成源极和漏极（图中未示出）。
[0092] 本发明的实施例中，形成具有第一子罐部和第二子罐部的罐部，第一子罐部位于 第二子罐部上，且第二子罐部的宽度小于第一子罐部的宽度，然后形成横跨所述罐部的栅 极结构，从而可W提高罐式场效应晶体管的沟道区域面积，从而提高罐式场效应晶体管的 性能。
[0093] 本发明的实施例还提供一种采用上述方法形成的罐式场效应晶体管。
[0094] 请参考图11，所述罐式场效应晶体管包括：第一半导体层101 ;位于第一半导体层 101表面的绝缘层102 ;位于所述绝缘层102表面的罐部，所述罐部包括位于绝缘层102表 面的第二子罐部212,位于第二子罐部212上方的第一子罐部211，所述第一子罐部211的 宽度大于第二子罐部212的宽度；横跨第一子罐部211和第二子罐部212的栅极结构400， 所述栅极结构400覆盖部分第二子罐部212的侧壁、部分第一子罐部211的侧壁、顶部W及 悬空部分底面。 阳0巧]第二子罐部212宽度为第一子罐部211宽度的30%~60%。所述第一子罐部211 的厚度为2nm~20nm。
[0096] 所述栅极结构400包括：栅介质层401和位于栅介质层401表面的栅极402。
[0097] 与现有的罐式场效应晶体管相比，所述罐式场效应晶体管的沟道区域面积提高， 能够有效改善短沟道效应，从而具有较高的性能。
[0098] 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W权利要求所 限定的范围为准。
【主权项】
1. 一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括： 提供衬底，所述衬底包括第一半导体层、位于第一半导体层表面的绝缘层和位于所述 绝缘层表面的第二半导体层； 在所述第二半导体层的部分表面形成掩膜层，以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二半 导体层至绝缘层，形成鳍部； 在所述绝缘层表面形成牺牲层，所述牺牲层的表面低于鳍部的顶部表面且覆盖鳍部的 部分侧壁，高于牺牲层的部分鳍部作为第一子鳍部； 在第一子鳍部侧壁表面形成保护层； 去除牺牲层，暴露出鳍部的部分侧壁； 沿所述暴露的鳍部侧壁对所述鳍部进行横向刻蚀，使部分鳍部的宽度减小，使第一子 鳍部部分悬空，所述宽度减小的部分鳍部作为第二子鳍部； 去除所述保护层和掩膜层后，形成横跨第一子鳍部和第二子鳍部的栅极结构，所述栅 极结构覆盖部分第二子鳍部的侧壁、部分第一子鳍部的侧壁、顶部以及悬空部分底面。2. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，第二子鳍部宽 度为第一子鳍部宽度的30%~60%。3. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述牺牲层与 鳍部顶部的高度差为2nm~20nm。4. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述保护层的 厚度为20 A~UK) A。5. 根据权利要求4所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍部的数 量为两个以上，相邻鳍部之间的间距大于200 /\。6. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述牺牲 层的方法包括：在所述绝缘层表面形成牺牲材料，所述牺牲材料覆盖掩膜层表面；以所述 掩膜层为停止层，对所述牺牲材料进行平坦化，形成牺牲材料层，使所述牺牲材料层的表面 与掩膜层表面齐平；刻蚀所述牺牲材料层，使所述牺牲材料层的高度下降，形成牺牲层。7. 根据权利要求6所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的 材料与掩膜层、绝缘层的材料不同。8. 根据权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述掩膜层的 材料为氧化硅，绝缘层的材料为氧化硅，牺牲层的材料为氮化硅。9. 根据权利要求8所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述牺牲 材料的方法为等离子体沉积工艺或热沉积工艺。10. 根据权利要求9所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述等离子体 沉积工艺的沉积温度为350°C~600°C，反应气体为SiH 2CljP NH3，其中SiH2ClJ^流量为 lslm ~lOslm，NH3的流量为 lslm ~20slm，压强为 2mTorr ~5Torr。11. 根据权利要求9所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述热沉积工 艺的沉积温度为630°C~800°C，反应气体为SiH 2CljP NH3，其中SiH2ClJ^流量为50sccm~ lOOOsccm，NH3的流量为 lOOsccm ~5000slm，压强为 0· ITorr ~5Torr〇12. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，采用湿法刻蚀 工艺或干法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲材料层，形成牺牲层。13. 根据权利要求9所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，若所述牺牲材 料层采用等离子体沉积工艺形成，则采用氢氟酸溶液或磷酸溶液刻蚀所述牺牲材料层；若 所述牺牲材料层采用热沉积工艺形成，则采用磷酸溶液刻蚀所述牺牲材料层。14. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，采用湿法刻蚀 工艺或气相刻蚀工艺沿所述暴露的鳍部侧壁对所述鳍部进行横向刻蚀。15. 根据权利要求14所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述湿法刻 蚀工艺采用的刻蚀溶液为四甲基氢氧化铵溶液，温度为25°C~100°C，质量分数为2%~ 35%〇16. 根据权利要求14所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述气相刻 蚀工艺采用的刻蚀气体为(：12或HC1中的一种或两种，刻蚀气体流量为20sccm~2000sccm， 温度为500°C~800°C，压强为5Torr~15Torr。17. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍部的高 度为20nm~50nm，宽度为15nm~40nm。18. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，采用热氧化工 艺在所述第一子鳍部侧壁表面形成保护层。19. 根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述保护 层的方法包括：在所述牺牲层表面、第一子鳍部侧壁表面、掩膜层的侧壁和顶部表面形成保 护材料层；采用无掩膜刻蚀工艺，对所述保护材料层进行刻蚀，去除位于牺牲层表面和掩膜 层顶部表面的保护材料层，形成覆盖第一子鳍部侧壁表面、掩膜层侧壁表面的保护层。20. -种采用权利要求1至19任一权利要求所述的方法形成的鳍式场效应晶体管，其 特征在于，包括： 第一半导体层； 位于第一半导体层表面的绝缘层； 位于所述绝缘层表面的鳍部，所述鳍部包括位于绝缘层表面的第二子鳍部，位于第一 子鳍部上方的第一子鳍部，所述第一子鳍部的宽度大于第二子鳍部的宽度； 横跨第一子鳍部和第二子鳍部的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分第二子鳍部的侧 壁、部分第一子鳍部的侧壁、顶部以及悬空部分底面。
【文档编号】H01L21/336GK105826187SQ201510005158
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月6日
【发明人】何有丰
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司