鳍部形貌优化的鳍式晶体管及制作方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管及其制作方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，传统的平面式的mos晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。而鳍式场效应晶体管(fin fet)是一种新兴的多栅器件，一般包括凸出于半导体衬底表面的鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部表面和侧壁表面的栅极结构，位于栅极结构一侧的鳍部内的源区和位于栅极结构另一侧的鳍部内的漏区。
3.鳍部宽度对器件性能有很大的影响，通过器件仿真可知，鳍部宽度的加大可以显著提高饱和电流；然而，鳍部变宽的同时也会使源/漏极的外延尺寸变大，导致漏电流增大，从而触发短沟道效应。
4.通过仿真的电流密度分布图和电流
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电压(id/vg)曲线可知，饱和电流大部分来自于鳍部的上半部分，漏电流则来自鳍部的下半部分。这样，如何通过鳍部形貌的优化来实现器件性能优化就显得格外重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管及其制作方法。
6.为实现上述目的，本发明第一方面提供一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管，包括衬底；鳍部，包括位于所述衬底上的第一子鳍部和位于所述第一子鳍部上的第二子鳍部；氧化层，位于所述衬底上，且覆盖所述第一子鳍部的侧壁和第二子鳍部的侧壁和顶面；其中：沿垂直于所述衬底表面的第一方向，所述第二子鳍部的剖面自上而下具有相连的顶圆弧段、位于所述顶圆弧段两侧的侧圆弧段和底圆弧段。
7.优选地，所述顶圆弧段、所述侧圆弧段、所述底圆弧段自所述第二子鳍部向外凸出。
8.优选地，沿垂直于所述第一方向的第二方向，所述第二子鳍部具有第二子鳍部宽度；沿所述第二子鳍部的延伸方向，所述第二子鳍部宽度逐渐减小。
9.优选地，所述第一子鳍部具有第一子鳍部宽度；沿所述第二子鳍部的延伸方向，所述第一子鳍部宽度逐渐减小。
10.优选地，所述第一子鳍部和所述第二子鳍部相交于第一交界面，所述第一交界面具有第一交界宽度；所述侧圆弧段和底圆弧段相交于第二交界面，所述第二交界面具有第二交界宽度；所述第二交界宽度大于所述第一交界宽度。
11.本发明第二方面提供一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管的制作方法，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底上具有初始鳍部，所述初始鳍部包括位于所述衬底上的第一子鳍部和位于所述第一子鳍部上的初始第二子鳍部，第一子鳍部和所述初始第二子鳍部相交于第
一交界面；在所述衬底上形成覆盖所述第一子鳍部侧壁的牺牲层，所述牺牲层的表面与所述第一交界面平齐；在所述初始第二子鳍部的侧壁和顶面形成外延层；去除所述牺牲层；在所述衬底上形成覆盖所述第一子鳍部侧壁和初始第二子鳍部侧壁和顶面的氧化层，所述初始第二子鳍部形成第二子鳍部。
12.优选地，所述牺牲层的材料包括氧化硅。
13.优选地，所述外延层的材料与所述初始第二子鳍部的材料相同。
14.优选地，采用issg氧化法形成所述氧化层。
15.优选地，所述issg氧化法对所述外延层进行圆滑处理，形成所述第二子鳍部以及位于所述第二子鳍部侧壁和表面的氧化层，所述氧化层还覆盖所述衬底的表面以及所述第一子鳍部的侧壁。
16.从上述技术方案可以看出，本发明提供一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管及其制备，通过氧化层和外延层的厚度控制所述第二交界宽度，而第一子鳍部宽度和第一交界宽度保持不变，来实现提高器件饱和电流的同时，不造成漏电流的增大，从而有效提升器件性能i
eff
。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1～图5为是本发明实施例的一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管的制作方法的过程结构示意图
具体实施方式
19.为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
20.需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
21.在以下本发明的具体实施方式中，本发明的鳍部形貌优化的鳍式晶体管包括衬底、鳍部和氧化层。
22.沿垂直于所述衬底表面的第一方向，所述鳍部包括位于所述衬底上的第一子鳍部和位于所述第一子鳍部上的第二子鳍部。所述第一子鳍部和所述第二子鳍部相交于第一交界面。
23.在本实施例中，所述鳍式晶体管还包括覆盖所述第一子鳍部的侧壁的隔离结构，且所述隔离结构的表面低于所述第一交界面。
24.所述第二子鳍部具有圆滑的顶面和底面，所述第二子鳍部的剖面自上而下具有相连的顶圆弧段、位于所述顶圆弧段两侧的侧圆弧段和底圆弧段，所述顶圆弧段、所述侧圆弧
段、所述底圆弧段自所述第二子鳍部向外凸出，所述侧圆弧段和底圆弧段相交于第二交界面。
25.沿垂直于所述第一方向的第二方向，所述第一子鳍部具有第一子鳍部宽度，所述第二子鳍部具有第二子鳍部宽度，所述第一交界面具有第一交界宽度，所述第二交界面具有第二交界宽度；沿所述第二子鳍部的延伸方向，所述第一子鳍部宽度逐渐减小，所述第二子鳍部宽度逐渐减小，所述第二交界宽度大于所述第一交界宽度。
26.本发明自所述衬底表面向上，沿所述第二子鳍部的延伸方向，形成底宽顶窄的第一子鳍部，在所述第一子鳍部顶部形成底宽顶窄的第二子鳍部，且所述第二子鳍部的底部宽于所述第一子鳍部的顶部，实现提高器件饱和电流的同时，不造成漏电流的增大，从而提升器件的有效电流i
eff
。同时，本发明所形成的第二子鳍部具有圆滑的表面，使得后续形成横跨于所述第二子鳍部的栅极结构以及形成位于栅极结构两侧第二子鳍部中的源漏区后，所述第二子鳍部的阈值电压不会先开启，提高了鳍部场效应晶体管的性能。
27.以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管的制作方法进行详细说明。图1～图5为是本发明实施例的一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管的制作方法的过程结构示意图。本发明的一种鳍部形貌优化的鳍式晶体管的制作方法，包括以下步骤：
28.首先，提供衬底，所述衬底上具有初始鳍部，所述初始鳍部包括位于所述衬底上的第一子鳍部和位于所述第一子鳍部上的初始第二子鳍部，第一子鳍部和所述初始第二子鳍部相交于第一交界面。
29.如图1所示，在本实施例中，衬底100的材料为硅材料，所述硅材料包括单晶硅、多晶硅或非晶硅中的一种。在其他实施例中，所述衬底100的材料包括锗、硅锗、绝缘体上硅或绝缘体上锗。
30.本实施例中，所述初始鳍部110通过图形化半导体基底而形成，因此，所述初始鳍部110和所述衬底100的材料相同。所述初始鳍部110包括位于所述衬底100上的第一子鳍部和位于所述第一子鳍部上的初始第二子鳍部，第一子鳍部和所述初始第二子鳍部相交于第一交界面，所述第一交界面定义后续形成的牺牲层的顶面位置。
31.其次，在所述衬底上形成覆盖所述第一子鳍部侧壁的牺牲层，所述牺牲层的表面与所述第一交界面平齐。
32.如图2所示，牺牲层114的材料包括氧化硅，所述牺牲层114的形成工艺包括流体化学气相沉积工艺(fcvd，flowable chemical vapor deposition)工艺或者等离子体增强化学气相沉积工艺。采用流体化学气相沉积工艺形成的牺牲层114的厚度较均匀，所述牺牲层114的厚度为800埃～2000埃，所述牺牲层114的表面与所述第一交界面201平齐，所述牺牲层114覆盖所述第一子鳍部113的侧壁，并暴露出所述初始第二子鳍部112。
33.接着，在所述初始第二子鳍部的侧壁和顶面形成外延层。
34.如图3所示，形成所述外延层115的工艺包括外延生长工艺。所述外延层115的材料包括p型掺杂的硅、n型掺杂的硅及未掺杂的硅。当所述衬底100的类型为p型时，所述外延层115的材料包括p型硅(如硼掺杂的硅材料)，或是未掺杂的硅；当所述衬底100的类型为n型时，所述外延层115的材料包括n型硅(如磷掺杂的硅材料)，或是未掺杂的硅。在本实施例中，所述外延层115的材料与所述初始第二鳍部的材料相同，均为硅材料，通过在所述初始
第二鳍部112的侧壁和顶面形成所述外延层115，用于后续形成第二鳍部。
35.然后，去除所述牺牲层。
36.如图4所示，采用刻蚀工艺去除所述牺牲层。为避免对所述初始鳍部造成损伤，以及避免所述第一子鳍部的尺寸变化，所述刻蚀工艺优选湿法刻蚀工艺，去除所述牺牲层，暴露出所述第一子鳍部113的侧壁和衬底100的表面。
37.然后，在所述衬底上形成覆盖所述第一子鳍部侧壁和初始第二子鳍部侧壁和顶面的氧化层，所述初始第二子鳍部形成第二子鳍部。
38.如图5所示，采用issg氧化法形成所述氧化层117，在一实施例中，所述issg氧化法是在900℃
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1200℃的温度范围内进行的。在另一实施例中，采用issg氧化法通入h2和o2，在所述衬底100的表面、所述第一子鳍部113的侧壁和所述外延层表面生长形成所述氧化层117。
39.在形成所述氧化层117的过程中，所述外延层受到高温作用而发生形貌变化，具体的，所述issg氧化法对所述外延层进行圆滑处理，所述外延层的材料为硅材料，所述硅材料在高温下发生形变，且表面被氧化形成所述氧化层117，所述初始第二子鳍部和所述外延层最终形成第二子鳍部116以及位于所述第二子鳍部116侧壁和表面的氧化层117。
40.所述issg氧化法对初始第二子鳍部的侧壁表面和顶部表面的外延层进行圆滑处理，从而消除了初始第二子鳍部的侧壁表面和顶部表面的连接处的呈尖端状的外延层。所述第二子鳍部的剖面自上而下具有相连的顶圆弧段、位于所述顶圆弧段两侧的侧圆弧段和底圆弧段，所述顶圆弧段、所述侧圆弧段、所述底圆弧段自所述第二子鳍部向外凸出，所述侧圆弧段和底圆弧段相交于第二交界面202，所述第二交界面202具有第二交界宽度，本实施例中，所述第二交界面202平行于所述衬底100表面；所述底圆弧段与所述第一鳍部113的顶面相交于第一交界面201，所述第一交界面201具有第一交界宽度，本实施例中，所述第一交界面201平行于第二交界面202。通过在初始第二子鳍部的表面依次形成外延层，再进行圆滑处理，如图5所示，所述第二交界宽度大于所述第一交界宽度。通过调整所述氧化层117和外延层的厚度，可以控制第二交界宽度的尺寸。
41.在本实施例中，在形成所述氧化层117之后，还形成覆盖部分所述第一子鳍部侧壁的隔离结构118，且所述隔离结构118的表面低于所述第一子鳍部和初始第二子鳍部的交界面。
42.基于本发明的方法制备的鳍部形貌优化的鳍式晶体管，通过氧化层和外延层的厚度控制所述第二交界宽度，而第一子鳍部宽度和第一交界宽度保持不变，来实现提高器件饱和电流的同时，不造成漏电流的增大，从而有效提升器件性能i
eff
。
43.以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
44.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。