鳍式场效应晶体管及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制作领域，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，来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(CD，CriticalDimens1n)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)作为常规器件的替代得到了广泛的关注。
[0003]图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的结构示意图。如图1所示，包括:半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出的鳍部14，鳍部14 一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；隔离层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部14的侧壁的一部分；栅极结构12，横跨在所述鳍部14上，覆盖所述鳍部14的顶端和侧壁，栅极结构12包括栅介质层和位于栅介质层上的栅电极。
[0004]现有技术的鳍式场效应晶体管的形成过程，请结合参考图1和图2，图2为图1沿切割线AB方向的剖面结构示意图，首先，刻蚀半导体衬底10，形成凸起的鳍部14;然后，在相邻鳍部14之间的半导体衬底上形成隔离层11，隔离层11的表面低于鳍部14的表面；接着，形成横跨所述鳍部14的侧壁和顶部表面的栅极结构12，所述栅极结构12包括栅介质层15和位于栅介质层15上的栅电极；接着，在栅极结构12的侧壁表面形成侧墙13 ;最后，以所述栅极结构12和侧墙13为掩膜，对栅极结构12两侧的鳍部14进行离子注入，在栅极结构12两侧的鳍部14内形成源/漏区17。
[0005]现有技术在栅极结构12两侧的鳍部14内形成的源/漏区17中容易产生杂质离子分布不均的缺陷，影响了鳍式场效应晶体管的性能。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是怎样提高现有的鳍式场效应晶体管的性能。
[0007]为解决上述问题，本发明提供了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有鳍部，所述鳍部的顶部和侧壁表面形成有栅极结构，所述栅极结构的两侧侧壁形成有侧墙；刻蚀栅极结构两侧的鳍部，在栅极结构两侧的鳍部内形成凹槽；在凹槽的侧壁和底部形成第一半导体层，所述第一半导体层中掺杂有杂质离子；在第一半导体层上形成第二半导体层，所述第二半导体层填充凹槽，所述第二半导体层中掺杂有杂质离子，第二半导体层中掺杂的杂质离子的浓度大于第一半导体层中掺杂的杂质尚子浓度。
[0008]可选的，所述鳍式场效应晶体管为N型鳍式场效应晶体管，第一半导体层和第二半导体层中掺杂的杂质离子为N型杂质离子。
[0009]可选的，所述N型杂质离子为磷离子、砷离子、锑离子中的一种或几种。
[0010]可选的，所述第一半导体层或第二半导体层的材料为硅或碳化硅。
[0011]可选的，所述第一半导体层的厚度为4?8纳米，第一半导体层中N型杂质离子的浓度1E18?5E19atoms/cm3,所述第二半导体层中的N型杂质离子的浓度为1E20?3E20atoms/cm3。
[0012]可选的，所述鳍式场效应晶体管为P型鳍式场效应晶体管，第一半导体层和第二半导体层中掺杂的杂质离子为P型杂质离子。
[0013]可选的，所述P型杂质离子为硼离子、镓离子、铟离子中的一种或几种。
[0014]可选的，所述第一半导体层或第二半导体层的材料为硅或硅化锗。
[0015]可选的，所述第一半导体层的厚度为4?8纳米，第一半导体层中P型杂质离子的浓度1E18?5E19atoms/cm3,所述第二半导体层中的P型杂质离子的浓度为1E20?3E20atoms/cm3。
[0016]可选的，所述第一半导体层和第二半导体层的形成工艺为原位掺杂选择性外延工艺。
[0017]可选的，所述凹槽部分位于侧墙的底部，所述凹槽的宽度等于或大于鳍部的宽度。
[0018]可选的，所述侧墙的宽度为8?20纳米，所述侧墙底部的凹槽的边缘与栅极结构的边缘的距离小于等于4纳米。
[0019]本发明还提供了一种鳍式场效应晶体管，包括:半导体衬底，所述半导体衬底上形成有鳍部，所述鳍部的顶部和侧壁表面形成有栅极结构，所述栅极结构的两侧侧壁形成有侧墙；位于栅极结构两侧的鳍部内的凹槽；位于凹槽的侧壁和底部的第一半导体层，所述第一半导体层中掺杂有杂质离子；位于第一半导体层上的第二半导体层，所述第二半导体层填充凹槽，所述第二半导体层中掺杂有杂质离子，第二半导体层中掺杂的杂质离子的浓度大于第一半导体层中掺杂的杂质离子浓度。
[0020]可选的，所述鳍式场效应晶体管为N型鳍式场效应晶体管，第一半导体层和第二半导体层中掺杂的杂质离子为N型杂质离子。
[0021]可选的，所述第一半导体层或第二半导体层的材料为硅或碳化硅。
[0022]可选的，所述第一半导体层的厚度为4?8纳米，第一半导体层中N型杂质离子的浓度1E18?5E19atoms/cm3,所述第二半导体层中的N型杂质离子的浓度为1E20?3E20atoms/cm3。
[0023]可选的，所述鳍式场效应晶体管为P型鳍式场效应晶体管，第一半导体层和第二半导体层中掺杂的杂质离子为P型杂质离子。
[0024]可选的，所述第一半导体层的厚度为4?8纳米，第一半导体层中P型杂质离子的浓度1E18?5E19atoms/cm3,所述第二半导体层中的P型杂质离子的浓度为1E20?3E20atoms/cm3。
[0025]可选的，所述凹槽部分位于侧墙的底部，所述凹槽的宽度等于或大于鳍部的宽度。
[0026]可选的，所述侧墙的宽度为8?20纳米，所述侧墙底部的凹槽的边缘与栅极结构的边缘的距离小于等于4纳米。
[0027]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0028]在鳍部上形成栅极结构后，刻蚀栅极结构两侧的鳍部，形成凹槽，在凹槽的侧壁和底部形成第一半导体层，在第一半导体层上形成第二半导体层，所述第一半导体和第二半导体层可以采用自掺杂外延工艺形成，使得第一半导体层和第二半导体层中的杂质离子的浓度分布均匀，栅极结构底部的顶部表面沟道和两侧侧壁表面沟道与杂质离子浓度分布均匀的第一半导体层接触，鳍式场效应晶体管工作时，使得从第一半导体层中进入栅极结构底部的顶部表面沟道和两侧侧壁表面沟道的载流子较为均匀，提高了鳍式场效应晶体管的性能。
[0029]进一步，在凹槽中形成第一半导体层和第二半导体层的工艺为原位掺杂选择性外延工艺(in-situ doping selective epitaxy),采用原位掺杂选择性外延工艺可以使得形成的第一半导体层和第二半导体层中的杂质离子均匀分布，并能很好的控制形成的第一半导体层距离栅极结构底部的沟道区的距离。
[0030]进一步，所述形成的第一半导体层的厚度为4?8纳米，使得形成的第二半导体层与鳍式场效应晶体管的沟道区保持合适的距离，第一半导体层中N型杂质离子的浓度1E18?5E19atoms/cm3，且第一半导体层中的N型杂质离子的浓度小于后续形成的第二半导体层中的N型杂质离子的浓度，使得栅极结构与栅极结构底部靠近沟道区的电势差减小，防止了热载流子向栅极结构的注入效应。
[0031]进一步，所述凹槽部分位于侧墙的底部，后续在凹槽中形成第一半导体层时，第一半导体层距离栅极结构较近，第一半导体层能调节栅极结构底部靠近沟道区域的电势防止热载流子向栅极结构中的注入效应。所述凹槽的宽度等于或大于鳍部的宽度，使得凹槽中形成的第一半导体层能够覆盖栅极结构下方的鳍部的整个截面，第一半导体层中掺杂有均匀的杂质离子，第一半导体层与栅极结构底部形成的沟道区接触，鳍式场效应晶体管工作时，使得从第一半导体层中进入栅极结构底部的顶部表面沟道和两侧侧壁表面沟道的载流子较为均匀，提高了鳍式场效应晶体管的性能。
【附图说明】
[0032]图1?图2为现有技术轄式场效应晶体管的结构不意图；
[0033]图3?图7为本发明实施例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】
[0034]经研究，由于鳍部为立体的结构，包括一个顶面和两侧侧面，在采用离子注入工艺在栅极结构两侧的鳍部内形成源/漏区时，极易使得形成源/漏区中的杂质离子分布不均，t匕如，鳍部底部(源/漏区底部)的杂质离子浓度小，靠近栅极结构的鳍部的顶部表面和两侧侧壁表面(源/漏区顶部和两侧侧壁)的杂质离子分布浓度存在较大差异。由于鳍式场效应晶体管工作时，沟道是形成在栅极结构底部的鳍部的顶部表面和两侧侧壁表面，如果与沟道接触的源/漏区中的顶部和两侧侧壁中的杂质离子分布不均的话，使得通过鳍部的顶部表面沟道中和通过鳍部的两侧侧壁表面的沟道中的电流数量是不均匀的，不利于鳍式场效应晶体管性能的提