用于FinFET掺杂的双高度玻璃的制作方法

本描述涉及半导体晶体管形成，并且特别地涉及掺杂的玻璃。

背景技术：

finfet（鳍式场效应晶体管）技术构建跨越硅基板的顶部的鳍片。与在硅基板的表面上形成晶体管（平面fet）不同，finfet晶体管在鳍片上形成。基板的表面仍然可用于被用于其它结构，这增加了器件的总数。此外，finfet的有效沟道宽度大于平面fet的有效沟道宽度。

不论是鳍式类型还是平面类型，任何硅半导体晶体管都经历从电流源极（s）端子到漏极（d）端子的电流泄漏。为了减小鳍式fet中的泄漏，在鳍片的旁侧和下方对基板进行掺杂。此掺杂通过应用热扩散来完成。这驱使掺杂剂在鳍片的旁侧和下方，而不在鳍片上及其上面。

附图说明

在附图的图示中通过示例的方式而不是通过限制性方式来例示实施例，其中相似的参考标号指代相似的元件。

图1是根据实施例的在第一处理阶段中通过源极或漏极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图2是根据实施例的在第一处理阶段中通过栅极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图3是根据实施例的在第二处理阶段中通过源极或漏极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图4是根据实施例的在第二处理阶段中通过栅极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图5是根据实施例的在第三处理阶段中通过源极或漏极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图6是根据实施例的在第三处理阶段中通过栅极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图7是根据实施例的在第四处理阶段中通过源极或漏极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图8是根据实施例的在第四处理阶段中通过栅极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图9是根据实施例的在第五处理阶段中通过源极或漏极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图10是根据实施例的在第五处理阶段中通过栅极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。

图11是根据实施例的示出了截面的图9和10的结构的顶部平面视图。

图12是根据实施例的沿着沿鳍片的线所取得的图9和10的结构的截面侧视图。

图13是根据实施例的包含测试的半导体管芯的计算设备的框图。

具体实施方式

如本文所述，当在鳍片周围进行掺杂时，可使用双高度凹入玻璃。finfet晶体管的源极和漏极区域中的玻璃比沟道区域中的玻璃凹入得更深。然后对玻璃进行退火。在热退火之后，鳍片下方的掺杂进一步远离源极和漏极外延层。这由于尖锐的外延/玻璃结而提供了更少的电流泄漏。

高度掺杂的玻璃被沉积在鳍片上面作为掺杂剂源。通常使用固态硼或磷类型的玻璃。玻璃然后接纳热退火以驱使玻璃中的掺杂剂进入到鳍片中以对鳍片进行掺杂。通过在退火之前使玻璃凹入，鳍片顶部可以是无掺杂剂的，而鳍片底部被掺杂以用于隔离。

为了改进栅极控制并减小源极、漏极和基板泄漏分量，可以在鳍片下（sub-fin）掺杂中使用与外延触点掺杂相比相反的掺杂剂。

作为示例，pmos（p型mos）晶体管中的外延层可被重度掺杂以硼掺杂剂，并且鳍片下区可被掺杂以磷型掺杂剂。结果，当外延层的底部接近鳍片下掺杂区域时，形成尖锐的pn结并导致高的结泄漏电流。此电流结泄漏在高电压应用中更加突出。为了减小结泄漏，可以通过分离两个掺杂区域与彼此进一步远离来使结逐渐转化（grade）。使用双高度凹入玻璃结构，外延和鳍片下的掺杂区域可以进一步分离以减小结泄漏，同时保持外延层的容积不变，这维持了应力和晶体管性能。

本文描述的凹入玻璃技术也可用于二极管。在具有外延掺杂和鳍片下掺杂的二极管中，存在突变结。当对二极管施加高反向偏压时，可存在高二极管结泄漏电流。双高度凹入玻璃结构可用于将外延层与玻璃掺杂进一步分离。这减小了所述结处的泄漏电流。

图1是通过源极区域或漏极区域取得的finfet结构的鳍片的截面侧视图。该图示出了掺杂处理的初始阶段处的鳍片。鳍片104已经形成在硅基板102上面。在半导体材料104的薄带周围构建finfet晶体管。要形成的晶体管包括标准的场效应晶体管（fet）节点，包括栅极、栅极隔离电介质以及源极和漏极区域。该器件的导电沟道驻留在栅极隔离电介质上方的鳍片内。

电流沿鳍片的两个侧壁（与基板表面垂直的侧壁）以及沿鳍片的顶部（与基板表面平行的侧面）流动。因为这样的配置的导电沟道实质上沿着鳍片的三个不同的外平面区域驻留，因此这样的finfet设计有时被称作三栅极finfet。本文的技术也可应用于包括双栅极finfet在内的其它类型的finfet晶体管，在双栅极finfet中导电沟道原则上沿着鳍状结构的两个侧壁驻留。尽管在硅基板的硅处理的上下文中描述了实施例，但是本文描述的技术和结构可适用于其它材料中的掺杂。

可以用多种方式执行鳍片和隔离电介质的形成。这里可以使用任何数量的合适基板，包括：块状基板、绝缘体上半导体基板（xoi，其中x是诸如si、ge或富含ge的si之类的半导体材料）以及多层结构，包括在后续的栅极图案化处理前在其上形成鳍片的那些基板。可使用可替代材料形成基板，所述可替代材料可以与或者可以不与硅组合（combine），所述可替代材料包括但不限于：锗、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓。也可使用被分类为iii-v族材料或iv族材料的其它材料来形成基板。

鳍片104和基板102已被覆盖在玻璃层106中。玻璃层106被覆盖以隔离层108。通过使用任何数量的标准沉积处理，每个鳍片之间的沟槽可以完全覆盖以玻璃并然后在后续填充以隔离电介质材料。在具有硅基板的一些实施例中，隔离电介质材料是二氧化硅，但是可以使用任何其它合适的隔离电介质材料来形成该层。隔离区可用作浅槽隔离（sti）。

玻璃层可以是硼玻璃或磷玻璃。替换地，可用诸如铝、锑或砷之类的另一材料来掺杂玻璃。通过使用化学气相沉积或旋涂方案来涂敷玻璃层。在一些实施例中，掺杂硼的玻璃被用在图1的源极区域和漏极区域中，而掺杂磷的玻璃被用在图2的栅极区域中。具体的掺杂剂和玻璃的类型以及如何涂敷玻璃可以被适配以适应于不同的实现方式。隔离层可由诸如硅氧化物之类的合适氧化物或氮化硅形成，其可通过化学气相沉积或利用炉工具来涂敷。在涂敷玻璃和隔离之后，利用受控的蚀刻处理将它们从鳍片的顶部移除。由于此蚀刻是在涂敷多晶硅之前，所以等离子体蚀刻室中的简单凹陷蚀刻将暴露鳍片的顶部。

图2是通过栅极区域取得的相同鳍片的截面侧视图。图2处于如图1的示例所示的针对掺杂的相同初始阶段。如图1中，鳍片104形成在相同的基板102上。鳍片被覆盖在相同的玻璃106和隔离层108中。也使所述层凹入以暴露鳍片104的顶部124。鳍片的栅极区域在同时以与源极和漏极区域相同的方式进行处理。如图所示，玻璃和隔离层跨越包括栅极、源极和漏极区域的整个鳍片而覆盖鳍片到相同的高度。结果，在此条件下应用于玻璃的退火处理将导致跨越整个鳍片的均匀层次的掺杂轮廓。如图5和6所示，此均匀层次将改变。

图3和4是在掺杂处理中的第二阶段处分别如图1和2一样示出源极区域和栅极区域的截面侧视图。在此情况下，图3所示的源极或漏极区域未从图1改变。在图3和4中，多晶硅层被涂敷在鳍片上面以及玻璃和隔离层上面，并且hm（硬掩模）被涂敷在多晶硅上面。在光刻图案化和蚀刻之后，源极和漏极区域中的多晶硅和hm被移除，如图2所示。在一些实施例中，光致抗蚀剂层被涂敷在整个鳍片以及基板102上的其它结构上面。通过曝光和显影对光致抗蚀剂进行图案化以仅暴露栅极区。多晶硅和hm层被涂敷在整个表面上面，并且然后通过蚀刻移除光致抗蚀剂和过剩的材料。

图5和6是掺杂处理的第三阶段中如图1和2一样示出源极区域和栅极区域的截面侧视图。在图6中，多晶硅和hm保留在鳍片的栅极区域上面。这些层用作对栅极区域的玻璃106和隔离层108的保护。鳍片的栅极区域由多晶硅和hm进行掩蔽。图5的源极和漏极区域未被多晶硅和hm掩模类似地保护。对整个器件应用诸如射频等离子体蚀刻之类的蚀刻。未掩蔽区被曝光至等离子体，该等离子体移除源极和漏极区域中的玻璃和隔离的一部分，而不影响图6的受保护的、被掩蔽的栅极区。如图5所示，已经移除了玻璃和隔离的大约一半，仅留下鳍片的大约四分之一被覆盖。这样的凹陷在许多情形中提供了良好的结果，但图示不提供用于示出精确的维度和尺寸。

此蚀刻处理产生了针对源极和漏极区域的玻璃中的凹陷。换言之，源极和漏极区域中的玻璃高度低于栅极区域中的玻璃高度。此高度差或玻璃高度增量导致掺杂轮廓中的差异。此处提及的针对玻璃的高度是指如从鳍片的基部或从基板102测量的鳍片104、124上的高度。高度可以被视为距已在其上方形成鳍片的基板的距离。在形成如图5和6中的双高度凹入玻璃之后，对整个基板和鳍片结构进行退火。这可以在反应室中通过将该室加热到足够高的温度以使得掺杂剂从玻璃扩散至鳍片来完成。退火驱使诸如硼和磷之类的掺杂剂进入到鳍片中。这产生了晶体管结构的掺杂区域。

图7和8是在掺杂处理的第四阶段中如图1和2一样示出源极区域和栅极区域的截面侧视图。在图7中，在多晶硅侧壁上形成间隔体136。通过如图8所示的现有多晶硅来保护栅极区域免于间隔体材料。间隔体可以由诸如氮化硅、氮氧化硅和碳化硅以及其它的各种各样的不同材料形成。间隔体通过沉积涂敷在整个鳍片上面，并且然后通过等离子体蚀刻从鳍片的顶部移除。蚀刻速率和蚀刻的选择性可以被调整成使得仅期望量的间隔体保留在鳍片的基部处，如图7所示。

图9和10是在掺杂处理的第五阶段中如图1和2一样示出源极区域和栅极区域的截面侧视图。在图9中，用干法蚀刻对鳍片进行底切，并且在源极和漏极区域上面生长外延层138。可以执行外延沉积处理以用诸如硅锗或碳化硅之类的硅合金来覆盖鳍片，由此形成源极区域和漏极区域。在一些实现方式中，外延沉积的硅合金可以利用诸如硼、砷或磷之类的掺杂剂进行原位掺杂。在其它实现方式中，可替代材料可以沉积到凹陷中以形成源极和漏极区域，所述可替代材料诸如锗或iii-v族材料或合金。鳍间隔体136将此外延层138与间隔体的另一侧上的玻璃掺杂剂106分离开来。此分离导致源极和漏极区域中的玻璃掺杂剂与外延之间的pn结的逐渐转变，而栅极中的玻璃掺杂剂层次保持不变。结果，栅极中的玻璃掺杂剂层次能够将泄漏电流维持在源极和漏极之间，同时使源极和漏极区域中的结泄漏电流保持较低。图10的栅极在图4、6、8和10中不变。

图11是图9和10的结构的顶部平面视图，其一同示出了基板102上的鳍片104。hm132被示出在栅极上面并且外延层138被示出在鳍片的源极部分上面。类似的外延层139被示出在漏极区域上面。线a-a示出了用于图1、3、5、7和9的截面。线b-b示出了用于图2、4、6、8和10的截面。

在图9和10所示的第五阶段之后，使用栅极更换方案形成栅极电介质。所例示的栅极材料是后面针对更换金属栅极（wag-环绕栅极）处理移除的牺牲材料。多晶硅材料是与hm一起移除的模型材料。空区然后被填充以电介质和栅极材料，其可以选自各种各样的不同材料中的任何材料。栅极绝缘电介质可以是例如任何合适的氧化物，诸如二氧化硅或高k栅极电介质材料。高k栅极电介质材料的示例包括例如氧化铪、氧化铪硅、氧化镧、氧化镧铝、氧化锆、氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化钇、氧化铝、氧化铅钪钽和铌酸铅锌。在一些实施例中，当使用高k材料时，可以在栅极电介质层上执行退火处理以改进它的质量。一般来说，栅极隔离电介质的厚度应当足以将栅极电极与相邻的源极和漏极触点进行电气隔离。

在一些实施例中，可以对高k栅极电介质层执行附加处理（诸如退火处理）以改进高k材料的质量。hm或栅极材料可以替换地是例如多晶硅、氮化硅、碳化硅或金属层（例如，钨、氮化钛、钽、氮化钽），但是也可以使用其它合适的栅极电极材料。栅极隔离电介质和栅极材料中的每一者可以使用例如常规沉积处理（诸如化学气相沉积（cvd）、原子层沉积（ald）、旋涂沉积（sod）或物理气相沉积（pvd））来进行沉积。也可以使用可替代沉积技术，例如可以热生长栅极隔离电介质和栅极材料。如将鉴于本公开而领会到的那样，可以使用任何数量的其它合适的材料、几何结构和形成处理来实现泄漏减小的器件。

在完全形成了栅极和栅极电介质之后，完成的晶体管被进一步处理以根据需要添加触点、电极、隔离层、层间电介质、布线路径以及任何其它层。尽管为了简便起见仅示出了一个鳍片和一个晶体管，但通常使用等离子体室对硅晶圆执行所描述的操作，以使得可以同时形成数千个或数百万个晶体管。所描述的阶段可以仅用于高功率晶体管或用于finfet晶体管中的一些或全部。在完成附加处理和层之后，晶圆然后可以被切块并且每个管芯可以被进一步处理和封装。

图12是沿着鳍片的长度并通过鳍片或与鳍片纵向取得的图9和10的finfet晶体管的截面侧视图。该截面与图1的线a-a和b-b垂直。在此图示中，所例示的鳍片202的部分具有中央金属栅极208以及栅极的一侧上的外延源极204源和另一侧上的外延漏极206。

鳍片内的曲线显示出，鳍片下方的玻璃层次在栅极下方处于一个层次210，并且在外延源极和漏极下方处于第二更低层次212。两个玻璃高度（图5所示的较低的高度和图6中的较高的高度）在热退火之后导致弯曲的掺杂轮廓。因为掺杂玻璃在源极和漏极区域中进一步凹入，所以鳍片下掺杂在热退火期间被推得距外延层更远。

图13例示了根据一个实现方式的计算设备11。计算设备11容纳板2。板2可包括多个组件，包括但不限于处理器4和至少一个通信芯片6。处理器4与板2物理且电气耦合。在一些实现方式中，所述至少一个通信芯片6也与板2物理且电气耦合。在其它实现方式中，通信芯片6是处理器4的一部分。

取决于其应用，计算设备11可包括其它组件，这些其它组件可以或者可以不物理且电气耦合到板2。这些其它组件包括但不限于：易失性存储器（例如，dram）8、非易失性存储器（例如，rom）9、闪速存储器（未示出）、图形处理器12、数字信号处理器（未示出）、加密处理器（未示出）、芯片组14、天线16、诸如触摸屏显示器之类的显示器18、触摸屏控制器20、电池22、音频编解码器（未示出）、视频编解码器（未示出）、功率放大器24、全球定位系统（gps）设备26、罗盘28、加速度计（未示出）、陀螺仪（未示出）、扬声器30、相机32以及大容量存储设备（诸如硬盘驱动）10、紧凑盘（cd）（未示出）、数字多功能盘（dvd）（未示出）等等）。这些组件可以连接到系统板2、安装到系统板、或者与其它组件中的任何进行组合。

通信芯片6使得能够实现用于将数据传输至计算设备11并从计算设备11传输数据的无线和/或有线通信。术语“无线”及其派生词可用于描述可通过使用通过非实体介质的调制电磁辐射来传送数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语不暗示相关联的设备不包含任何线缆，尽管在一些实施例中它们可能不包含。通信芯片6可实现多种无线或有线标准或协议中的任何，包括但不限于：wi-fi（ieee802.11家族），wimax（ieee802.16家族），ieee802.20，长期演进（lte），ev-do，hspa+，hsdpa+，hsupa+，edge，gsm，gprs，cdma，tdma，dect，蓝牙，以太网，其衍生物，以及被指定为3g、4g、5g及以上的任何其它有线和无线协议。计算设备11可包括多个通信芯片6。例如，第一通信芯片6可专用于诸如wi-fi和蓝牙之类的较短距离无线通信，并且第二通信芯片6可专用于较长距离无线通信，诸如gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do以及其它。

所示出的不同组件可包括如本文所述的那样制造和构造的finfet晶体管。无线通信和功率器件可包含电流泄漏更加显著的更高功率晶体管。这些晶体管可特别受益于本文所述的双高度玻璃技术和结构。术语“处理器”可指代处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据转变为可存储在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何设备或设备的部分。

在各种实现方式中，计算设备11可以是膝上型计算机、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板、个人数字助理（pda）、超移动pc、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器或数码录像机。在其它实现方式中，计算设备11可以是处理数据的任何其它电子设备，包括可穿戴设备。

实施例可被实现为一个或多个存储器芯片、控制器、cpu（中央处理单元）、使用母板互连的集成电路或微芯片、专用集成电路（asic）和/或现场可编程门阵列（fpga）的一部分。

对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“各个实施例”等的引用指示如此描述的（一个或多个）实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但不是每个实施例都必须包括所述特定特征、结构或特性。另外，一些实施例可具有针对其它实施例描述的特征中的一些特征、全部特征、或者不包括这些特征中的任何特征。

在以下描述和权利要求中，可使用术语“耦合”及其派生词。“耦合”用于指示两个或更多个元件彼此相互协作或交互，但是它们可以或者可以不在它们之间具有介于中间的物理或电气组件。

如在权利要求中使用的那样，除非另外指定，否则描述共同元件的次序形容词“第一”、“第二”、“第三”等的使用仅仅指示正在提及类似元件的不同实例，而不意图暗示如此描述的元件必须在时间上、空间上、在排位上或者以任何其它方式按照给定顺序。

附图和前述描述给出了实施例的示例。本领域技术人员将领会到所描述的元件中的一个或多个元件可以很好地组合到单个功能元件中。替换地，某些元件可以被划分到多个功能元件中。来自一个实施例的元件可以被添加到另一实施例。例如，本文描述的处理的次序可以改变并且不限于本文描述的方式。另外，任何流程图的行为不需要按照所示的次序来实现；并且也不是所有的行为都一定需要被执行。此外，不取决于其它行为的那些行为可以与所述其它行为并行执行。实施例的范围不以任何方式受限于这些具体示例。不论是否在说明书中明确给出，诸如结构、维度以及用料的差别之类的众多变更是可能的。实施例的范围至少与有以下权利要求所给出的一样宽。

以下示例属于其它实施例。不同实施例的各种特征可以以各种方式与所包括的一些特征和未包括的其它特征进行组合，以适应于各种各样的不同应用。一些实施例涉及一种方法，包括：在finfet结构的鳍片上面涂敷玻璃层，所述鳍片具有源极区域和栅极区域，在所述栅极区域上面涂敷多晶硅层，在涂敷所述多晶硅之后从所述源极区域移除所述玻璃层的一部分，对所述玻璃进行热退火以驱动掺杂剂进入到所述鳍片中；以及在所述源极区域上面涂敷外延层。

在其它实施例中，涂敷玻璃层包括涂敷掺杂的玻璃层。

在其它实施例中，涂敷玻璃层包括，在所述源极区域和漏极区域上面涂敷掺杂硼的玻璃层并且在所述栅极区域上面涂敷掺杂磷的玻璃层。

其它实施例包括在涂敷所述多晶硅之前在所述玻璃层上面涂敷隔离层。

在其它实施例中，移除所述玻璃层的一部分包括在除了所述源极区域之外的区上面进行掩蔽并然后蚀刻所述玻璃层。

在其它实施例中，蚀刻包括将所述源极区域暴露至射频等离子体。

其它实施例包括在对所述玻璃进行热退火之后并在涂敷所述外延层之前，在所述源极区域上面形成电介质间隔体。

在其它实施例中，所述间隔体是浅槽隔离。

其它实施例包括在涂敷多晶硅栅极之前从所述鳍片移除隔离层和所述玻璃的第二部分。

其它实施例包括移除所述多晶硅并用电介质和栅极材料更换所述多晶硅以形成栅极。

在其它实施例中，所述finfet结构是晶体管，所述鳍片还具有漏极区域，并且其中也对所述漏极区域执行涂敷玻璃层、移除所述玻璃层和涂敷外延层。

一些实施例属于一种半导体结构，包括：鳍片，其形成在用以承载finfet结构的半导体基板上面；所述鳍片上的掺杂的源极区域；所述鳍片上的掺杂的栅极区域；所述源极区域上面的第一掺杂的玻璃层，其具有所述鳍片上的所述半导体结构上方的第一高度；所述栅极区域上面的第二掺杂的玻璃层，其具有所述鳍片上的所述半导体结构上方的第二高度，所述第二高度高于所述第一高度；以及所述栅极区域和所述玻璃层上面的栅极。

在其它实施例中，所述第一掺杂的玻璃层被掺杂以磷。

在其它实施例中，所述第二掺杂的玻璃层被掺杂以硼。

其它实施例包括电介质浅槽隔离，其在所述鳍片上的所述玻璃层上面以及所述源极区域上面。

在其它实施例中，所述第一掺杂的玻璃层具有所述第二掺杂的玻璃层在半导体层上方的高度的一半高度。

其它实施例包括所述鳍片上的掺杂的漏极区域，其在所述栅极区域的与所述源极区域相对的一侧上，以使得所述栅极区域在所述漏极区域和所述源极区域之间；以及所述漏极区域上面的第三掺杂的玻璃层，其具有所述鳍片上的所述半导体结构上方的所述第一高度。

一些实施例属于一种计算机系统，包括：系统板；耦合到所述板的存储器；以及耦合到所述板和通过所述板耦合到所述存储器的处理器，所述处理器具有多个晶体管，所述多个晶体管中的至少一部分是基于finfet结构，所述结构具有形成在用以承载finfet结构的半导体基板上面的鳍片；所述鳍片上的掺杂的源极区域；所述鳍片上的掺杂的漏极区域；在所述源极区域和所述漏极区域之间的所述鳍片上的掺杂的栅极区域；所述源极区域上面的第一掺杂的玻璃层，其具有所述鳍片上的所述半导体结构上方的第一高度；所述栅极区域上面的第二掺杂的玻璃层，其具有所述鳍片上的所述半导体结构上方的第二高度，所述第二高度高于所述第一高度；所述漏极区域上面的第三掺杂的玻璃层，其具有所述鳍片上的所述半导体结构上方的所述第一高度；以及所述栅极区域和所述玻璃层上面的栅极。

其它实施例包括在所述第一、第二和第三玻璃层上面的隔离层，所述隔离层具有与对应的玻璃层基本相同的高度。

其它实施例包括在所述第一和第三掺杂的玻璃区域上面的浅槽隔离层。