[发明专利]鳍式场效应晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。

背景技术

MOS晶体管通过在栅极施加电压，调节通过沟道区域的电流来产生开关信号。随着半导体技术的发展，传统的平面式MOS晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管（Fin FET）是一种新兴的多栅器件，它一般包括具有凸出于半导体衬底表面的半导体鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁的栅极结构，位于所述栅极结构两侧的鳍部内的源区和漏区。

但在20纳米节点以下，鳍式场效应晶体管鳍部的厚度极小，短沟道效应明显，如阈值电压对沟道长度变化敏感、载流子速度饱和效应、热载流子效应和亚阈值特性退化等。为解决上述问题，现有技术提出了一种具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管（FinFETs with underlaps）。请参考图1，为具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的剖面结构示意图，包括：半导体衬底100；位于所述半导体衬底100上的凸出的鳍部101，所述鳍部101通过对所述半导体衬底100刻蚀形成；覆盖部分所述鳍部101表面的栅介质层103；位于所述栅介质层103上的栅电极层104；位于所述栅介质层103和所述栅电极层104两侧的侧墙105；位于所述栅电极层104两侧的鳍部101内的源区和漏区102；位于所述侧墙105下方的鳍部101内的负遮盖区106，所述负遮盖区106的掺杂浓度与所述鳍式场效应晶体管沟道区域（未示出）的掺杂浓度相同。

在上述具有负遮盖区106的鳍式场效应晶体管中，由于为对所述负遮盖区106没有进行轻掺杂漏区注入（LDD）和晕环注入（Halo Implantation），所述负遮盖区106的掺杂浓度与所述鳍式场效应晶体管沟道区域的掺杂浓度相同，增大了有效沟道区域长度，缓解了短沟道效应。但是由于所述负遮盖区106的存在，沟道电阻增大，导致鳍式场效应晶体管的驱动电流下降，因此，在具有负遮盖区106的鳍式场效应晶体管中，所述侧墙105通常采用具有较高介电常数的介质材料形成，通过提高负遮盖区106的电容值来达到提升鳍式场效应晶体管驱动电流的目的。

但是，现有技术具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的侧墙采用高介电常数材料形成，增大了栅电极和后续形成的源区和漏区导电插塞之间的寄生电容，影响晶体管性能。

其他有关具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的形成方法还可以参考公开号为US2005/0275045A1的美国专利申请。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管的栅电极与源区和漏区导电插塞之间的寄生电容大。

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，所述半导体衬底表面具有凸起的鳍部，位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；形成覆盖所述栅极结构的第一介质层；形成覆盖所述第一介质层的第二介质层，所述第二介质层的介电常数小于所述第一介质层的介电常数；回刻蚀所述第二介质层，形成第二侧墙；以所述第二侧墙为掩膜刻蚀所述第一介质层，形成第一侧墙，所述第一侧墙具有水平部分和垂直部分，所述第一侧墙覆盖的部分鳍部构成负遮盖区（Gate under lap）。

可选的，所述负遮盖区的掺杂浓度与鳍式场效应晶体管的沟道区域掺杂浓度相同。

可选的，所述负遮盖区的长度范围为300埃~500埃。

可选的，所述负遮盖区的长度范围为10埃~50埃。

可选的，还包括：形成覆盖所述鳍部的隔离介质层，所述隔离介质层的上表面与所述栅极结构的上表面齐平。

可选的，还包括：对所述第一侧墙的垂直部分进行离子注入，减小所述第一侧墙的垂直部分的介电常数。

可选的，所述离子注入工艺的注入离子为氢离子。

可选的，还包括：在所述第二介质层上形成第三介质层，回刻蚀所述第三介质层后，形成第三侧墙。

可选的，所述第三介质层的材料为氮化硅。

可选的，还包括在所述栅极结构两侧的鳍部内形成嵌入式源区和漏区。

可选的，所述嵌入式源区和漏区的材料为硅、锗硅或者碳化硅。

可选的，所述嵌入式源区和漏区掺杂有N型或者P型杂质。

可选的，所述第一介质层的材料为HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO和HfZrO中的一种或几种。