鳍式场效应管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及半导体制造技术，具体而言，涉及一种鳍式场效应管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，半导体器件的性能稳步提高。从结构上来看，半导体器件也由单栅半导体器件发展为多栅半导体器件。目前，鳍式场效应晶体管(Fin field-effecttransistors ；Fin FETs)作为多栅半导体器件的代表被广泛使用。
[0003]图1示出了现有鳍式场效应管的立体结构示意图。如图1所示，现有鳍式场效应管包括半导体衬底10’，在半导体衬底10’上形成有突出的鳍片14’，介质层11’覆盖半导体衬底10’表面以及鳍片14’的一部分侧壁；栅极结构横跨在鳍片14’上，该栅极结构包括栅电极12’和位于栅电极12’两侧的栅电极间隙壁13’。
[0004]与平面晶体管相似，可在鳍式场效应晶体管的鳍片14’上的源极区与漏极区形成源极与漏极。然而，由于鳍式场效应晶体管的鳍片通常很窄，因此会发生电流聚焦(currentCTowding)现象。此外，要在较窄的鳍片源极/漏极上放置接触插塞很困难。为了解决鳍片体积较窄的问题，现有技术采用外延工艺在鳍片上形成了外延半导体层，从而增加了鳍片的体积。
[0005]然而，利用外延工艺增加鳍片体积的制作方法存在一些缺点，下面将结合图2进一步说明现有制作工艺存在的缺点。图2所示结构是在图1的基础上生长了外延层后的鳍式场效应晶体管结构示意图，是图1垂直于A-A方向的结构示意图。其中，外延层22’生长在鳍片14’的源漏区上。与传统的平面晶体管相比较，鳍式场效应晶体管的源漏区为鳍片14’的一部分，其体积并未被浅沟槽隔离区(shallow trench isolat1n ;STI)局限,可根据半导体器件设计需要调整源漏区的体积。但由于外延层22’通常是由纯硅形成，这样在(111)结晶面上的生长率小于其他结晶面，外延层22’会横向延伸，并形成多个面8’(facet)，这会造成相邻的鳍片上所生长的外延层之间的横向距离过度地减小。再者，如图3所示，由于相邻的鳍片上所生长的外延层之间的横向距离过度地减小，相邻的鳍片14’上所生长的外延层22’的融合也会造成不希望的空隙30’产生。
【发明内容】
[0006]本申请旨在提供一种鳍式场效应管及其制作方法，以解决现有技术中生长在鳍片上外延层的外表面会产生矩形(或近似矩形)的轮廓而造成的相邻鳍片上所生长的外延层之间距离过缩减的技术问题。
[0007]本申请提供的鳍式场效应管的制作方法，包括S101，在半导体衬底上形成鳍片，并在鳍片上形成栅极结构；S102，在鳍片上形成源漏区，并对源漏区进行刻蚀形成源漏区沟槽；S103,在源漏区沟槽内沉积第一外延层,第一外延层为碳掺杂浓度小于4W/0的娃层；S104,在第一外延层上沉积第二外延层，第二外延层为势垒金属层；以及S105，在第二外延层上沉积第三外延层，第三外延层为金属层。
[0008]本申请提供的鳍式场效应管，包括形成在半导体衬底上的介质层和鳍片、栅极结构及设置在鳍片上的外延层，外延层包括:在源漏区沟槽内沉积的第一外延层，第一外延层为碳掺杂浓度小于4W/0的娃层；在第一外延层上沉积的第二外延层,第二外延层为势鱼金属层；在所第二外延层上沉积的第三外延层，第三外延层为金属层。
[0009]应用本申请的技术方案，外延层由碳掺杂浓度小于4W/0的娃形成的第一外延层、势垒金属形成的第二外延层和金属形成的第三外延层组成，由于鳍片上设置有源漏区沟槽，且与该源漏区沟槽直接接触的第一外延层的碳含量浓度较低，而设置在第一外延层上的第二外延层为势垒金属层，势垒金属层上又沉积有金属层，这样外延层在生长的过程中就不会形成多个面，也就不会形成矩形的轮廓，外延层横向衍生的距离比较短，相邻的外延层就不会粘在一起，从而克服了现有技术中生长在鳍片上外延层的外表面会产生矩形(或近似矩形)的轮廓而造成的相邻鳍片上所生长的外延层之间距离过缩减的技术问题。
【附图说明】
[0010]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0011]图1示出了现有鳍式场效应管的局部立体结构示意图；
[0012]图2不出了垂直于图1A-A方向的鳍式场效应管剖面结构不意图；
[0013]图3示出了相邻鳍片垂直于A-A方向的鳍式场效应管剖面结构示意图；
[0014]图4示出了本申请实施方式所提供的鳍式场效应管制作方法的流程示意图；
[0015]图5示出了鳍片源漏区刻蚀形成源漏区沟槽的剖面结构示意图(沿图1中的A-A方向)；
[0016]图6示出了在图5的源漏区沟槽中形成第一外延层后的剖面结构示意图；
[0017]图7示出了在图6中的第一外延层上形成第二外延层后的剖面结构示意图；
[0018]图8示出了在图7中的第二外延层上形成第三外延层后的剖面结构示意图；以及
[0019]图9示出了根据图8的结构垂直于A-A方向的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
[0021]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0022]从【背景技术】的介绍可以看出，现有鳍式场效应管存在相邻鳍片上所生长的外延层之间的横向距离过度减小的技术问题，所以本申请提出了一种鳍式场效应管制作方法，该制作方法的流程示意图如图4所示。
[0023]该鳍式场效应管的制作方法，包括S101，在半导体衬底上形成鳍片，并在鳍片上形成栅极结构；S102，在鳍片上形成源漏区，并对源漏区进行刻蚀形成源漏区沟槽；S103，在源漏区沟槽内沉积第一外延层，第一外延层为碳掺杂浓度小于4W/0的娃层；S104,在第一外延层上沉积第二外延层，第二外延层为势垒金属层；以及S105，在第二外延层上沉积第三外延层，第三外延层为金属层。应用本申请的技术方案，外延层不同于现有外延层的设置，由碳掺杂浓度小于4W/0的硅形成的第一外延层和、势垒金属形成的第二外延层组成和金属形成的第三外延层，由于鳍片上设置有源漏区沟槽，这样外延层可以有效地加压于源漏区沟槽，改善鳍式场效应管的性能；，且与该源漏区沟槽直接接触的第一外延层的碳含量浓度较低，而设置在第一外延层上的第二外延层为势垒金属层，势垒金属层上又沉积有金属层，破坏了硅原先规则的晶型结构，这样外延层在生长的过程中就不会形成多个面，也就不会形成矩形轮廓，外延层横向衍生的距离比较短，相邻的外延层就不会粘在一起，从而克服了现有技术中生长在鳍片上外延层的矩形(或近似矩形)轮廓而造成的相邻鳍片上所生长的外延层之间距离过度缩减的技术问题。即使由于相邻的鳍片之间间距很小时，夕卜延层粘结在一起，由于势垒金属层及金属层的存在，应力强，其效果也将比现有技术中的好些。另外，由于第一外延层的碳含量浓度较低，这样也有利于外延层与鳍片的良好结合。
[0024]下面将结合附图5-9进一步说明本申请提供的鳍式场效应管制作方法。
[0025]执行步骤SlOI，在半导体衬底上形成鳍片，并在衬底上形成介质层以及栅极结构。
[0026]本申请的鳍式场效应管立体结构可以采用如图1中所示的结构。在半导体衬底上形成有突出的鳍片，鳍片可以是通过对半导体衬底刻蚀后得到的，当然，也可以借由衬底的顶端外延生长形成，介质层覆盖在半导体衬底的表面以及鳍片的侧壁的一部分；栅极结构横跨在鳍片上，覆盖鳍片的顶部和侧壁，栅极结构包括栅电极和位于栅电极两侧的栅电极间隙壁。其中，半导体衬底可以为硅衬底，半导体衬底内可以掺杂P型或η型掺杂物。在本申请的实施方式中，半导体衬底为η型掺杂半导体，掺杂物为P、As或Sb,通常,而言第V族(即N型)的掺杂剂均可以应用到本申请中。介质层覆盖在半导体衬底的表面以及鳍片的侧壁的一部分，此处的介质可以形成浅沟槽隔离区(shallow trench isolat1n ;STI),其材料可以为氧化硅、氮化硅、低介电常数材料、或其组合，低介电常数材料可以为氟化硅玻璃、碳掺杂的氧化硅、黑金刚石、干凝胶、气凝胶等。该处介电层的形成可以采用化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积等工艺形成。鳍片上的源漏区通常是采用离子注入的方法形成，在本申请的一种实施方式中，以氟化硼作为注入剂，注入的角度可以为O?15度，注入的剂量可以为2E14?3E15/cm3，注入能量可以为1.0KeV?5.0KeV，对于更多常规技术细节将不再赘述。
[0027]执行步骤S102，在鳍片的源漏区进行刻蚀形成源漏区沟槽。
[0028]图5示出了根据本申请实施方式的在形成有栅极结构的鳍片源漏区刻蚀形成源漏区沟槽的剖面结构示意图(沿图1中的A-A方向)。在本申请的实施方式中，源漏区沟槽是采用干法刻蚀的方法在鳍片14源漏区形成的。其中，刻蚀气体可以为HBr/Cl2/02/He，气压为ImT至100mT,功率为50W至1000W，偏电压为100V至500V，HBr的气流速度为1sccm至500sccm, Cl2的气流速度为Osccm至500sccm, O2的气流速度为Osccm至10sccm, He的气流速度为Osccm至lOOOsccm。因为，上述方法已经被本领域技术人员所公知,其常用或变形均在本申请保护的范围内，在此不再赘述。完成上述步骤后，即得到了如图5所示结构，在栅极结构两侧的鳍片源漏区形成有源漏区沟槽。本领域技术人员可以根据鳍型场效应管的设计尺寸调整源漏区沟槽需要刻蚀的深度和在鳍片水平延伸方向上的长度，在本实施方式中，源漏区沟槽的深度为45?55nm，优选为48_52nm，更优选为50nm ;源漏区沟槽在鳍片水平延伸方向上的长度为20?30nm，优选为22_26nm，更优选为25nm。
[0029]执行步骤S103，在源漏区沟槽内沉积第一外延层，且该第一外延层是碳掺杂浓度小于4W/0的娃层。
[0030]图6示出了在图5的源漏区沟槽中形成第一外延层后的剖面结构示意图。在本申请的实施方式中，在源漏区沟槽内形成第一外延层23,第一外延层