[发明专利]晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及晶体管及其形成方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高的集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，晶体管的栅极尺寸也越来越短。然而，晶体管的栅极尺寸变短会使晶体管产生短沟道效应，进而产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。

为了克服晶体管的短沟道效应，抑制漏电流，现有技术提出了鳍式场效应晶体管（Fin FET），鳍式场效应晶体管是一种常见的多栅器件，请参考图1，是现有技术的鳍式场效应管的立体结构示意图，包括：

半导体衬底10；位于所述半导体衬底10上凸出的鳍部14，所述鳍部14一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；覆盖所述半导体衬底10表面以及鳍部14侧壁的一部分的介质层11，所述介质层11的表面低于所述鳍部14的顶部；横跨所述鳍部14的顶部和侧壁的栅极结构12，所述栅极结构12包括栅介质层（未示出）和位于所述栅介质层上的栅电极（未示出）。需要说明的是，对于鳍式场效应管，鳍部14的顶部以及两侧的侧壁与栅极结构12相接触的部分成为沟道区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。

随着工艺节点的进一步缩小，现有的鳍式场效应管的短沟道效应日趋明显。现有技术抑制短沟道效应的方法之一是通过提高晶体管沟道区的应力，以提高载流子迁移，进而提高晶体管的驱动电流，减少晶体管中的漏电流。提高鳍式场效应管的沟道区的应力，主要通过在栅极结构12两侧的鳍部14内形成应力层。

然而，现有技术的具有应力层的鳍式场效应管中，应力层对于提高载流子迁移率的效果有限，鳍式场效应管的性能依旧不良。

更多鳍式场效应管的相关资料请参考专利号为US7872303B2的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供晶体管及其形成方法，提高鳍式场效应管或平面晶体管的沟道区的应力，从而提高鳍式场效应管或晶体管的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有鳍部，所述鳍部的部分侧壁和顶部表面具有横跨所述鳍部的栅极结构；在所述栅极结构两侧形成贯穿所述鳍部的开口，所述开口的侧壁垂直于所述鳍部的顶部表面，所述开口位于鳍部顶部表面的图形边界向所述栅极结构的方向凹陷，且所述开口位于鳍部顶部表面的图形与栅极结构相邻的边界与鳍部侧壁构成“Σ”形，且所述“Σ”形的顶角向所述栅极结构的方向延伸；在所述开口内形成应力层，所述应力层的表面等于或高于所述鳍部的顶部表面。

可选的，所述开口的形成工艺为：采用各向异性的干法刻蚀工艺在所述栅极结构两侧形成贯穿所述鳍部的开口，所述开口位于鳍部顶部表面的图形为圆形；在各向异性的干法刻蚀之后，采用各向异性的湿法刻蚀工艺刻蚀所述开口，使所述开口位于鳍部顶部表面的图形与所述栅极结构相邻的边界呈“Σ”形。

可选的，与栅极结构的侧壁平行的鳍部侧壁表面的晶面为（100）。

可选的，所述开口的底部低于所述半导体衬底的表面。

可选的，还包括：在所述半导体衬底表面形成覆盖部分鳍部侧壁的介质层，所述栅极结构形成于所述介质层表面。

可选的，所述栅极结构包括：栅介质层，位于所述栅介质层表面的栅电极层，位于所述栅介质层和栅电极层两侧的侧墙。

可选的，所述应力层的材料为硅锗或碳化硅，所述应力层的形成工艺为选择性外延沉积工艺。

相应的，本发明还提供一种采用上述任一项方法所形成的晶体管，包括：半导体衬底；位于半导体衬底表面的鳍部；横跨所述鳍部的侧壁和顶部表面的栅极结构；贯穿所述栅极结构两侧鳍部的开口，所述开口的侧壁垂直于所述鳍部的顶部表面，所述开口位于鳍部顶部表面的图形边界向所述栅极结构的方向凹陷，且所述开口位于鳍部顶部表面的图形与栅极结构相邻的边界与鳍部侧壁构成“Σ”形，所述“Σ”形的顶角向所述栅极结构的方向延伸；位于所述开口内形成应力层，所述应力层的表面等于或高于所述鳍部的顶部表面。