[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。但当半导体技术进入45纳米以下节点时，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，它一般包括凸出于衬底表面的半导体鳍部，在部分鳍部上方沿其侧边外形成的栅极，和在栅极两侧的鳍部内形成的晶体管的源区和漏区。

请参考图1，图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的立体结构示意图，包括：半导体衬底101，所述半导体衬底101上形成有凸起的鳍部103，所述鳍部103通过对半导体衬底101刻蚀后得到；介质层104，覆盖所述半导体衬底101的表面以及鳍部103的侧壁的一部分；栅极结构105，横跨在所述鳍部103上，覆盖所述鳍部103的部分顶部和侧壁，栅极结构105包括栅介质层（未示出）和位于栅介质层上的栅电极（未示出）。

但是，在上述的鳍式场效应晶体管操作过程中，所述鳍部103的底部距离栅极结构105较远，栅极结构105产生的电场较弱，控制能力较弱，在晶体管操作过程中容易在所述鳍部103的底部产生从源区到漏区的穿通现象（punch-through phenomenon）。尤其是现有技术中所述鳍部103为了获得较高的载流子迁移率，所述鳍部103的掺杂浓度较低，穿通现象严重，短沟道效应（short channel effect）严重。

因此，现有技术的鳍式场效应晶体管在操作过程中，鳍部的底部存在源区到漏区的穿通现象。

更多有关鳍式场效应晶体管的形成方法还可以参考公开号为US2007/0155142A1美国专利申请。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术鳍式场效应晶体管在操作过程中，鳍部的底部存在源区到漏区的穿通现象。

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，所述鳍部之间具有隔离结构，所述隔离结构的顶表面低于所述鳍部的顶表面；在所述鳍部的侧壁周围形成掺杂侧墙，所述掺杂侧墙的高度小于所述鳍部的高度，所述掺杂侧墙的掺杂类型与所述鳍部的掺杂类型相同，且所述掺杂侧墙的掺杂浓度大于所述鳍部的掺杂浓度；对所述掺杂侧墙退火，使所述掺杂侧墙中的杂质扩散进入所述鳍部形成穿通阻挡层。

可选的，还包括在所述鳍部顶表面上形成硬掩膜层。

可选的，还包括在形成掺杂侧墙前，以所述硬掩膜层为掩膜刻蚀所述隔离结构，在所述隔离结构与所述鳍部的接触部分形成凹槽。

可选的，所述掺杂侧墙填充所述凹槽。

可选的，刻蚀所述隔离结构的工艺为干法刻蚀，所述干法刻蚀的刻蚀气体包括NH₃和HF。

可选的，所述掺杂侧墙的高度小于所述鳍部的高度的三分之一。

可选的，在所述鳍部的侧壁周围形成掺杂侧墙的工艺包括：形成覆盖所述鳍部和所述隔离结构的掺杂侧墙材料层；回刻蚀所述掺杂侧墙材料层，在所述鳍部的侧壁周围形成掺杂侧墙。

可选的，所述掺杂侧墙的材料为氧化硅、氮化硅、硅碳氧、碳、高介电常数材料、低介电常数材料、多晶硅、非晶硅或者锗。

可选的，所述掺杂侧墙的掺杂浓度大于10¹⁸cm^-3。

可选的，对所述掺杂侧墙退火的温度范围为800摄氏度~1000摄氏度，退火时间大于1分钟。

可选的，还包括：在形成穿通阻挡层之后氧化部分所述鳍部，形成氧化层；去除所述氧化层；对所述鳍部进行氢气退火。

可选的，还包括：在所述鳍部上形成伪栅，所述伪栅覆盖部分所述鳍部的顶表面和侧壁；在所述伪栅两侧形成侧墙；在所述伪栅两侧的鳍部内形成源区和漏区；形成覆盖所述鳍部和所述隔离结构的介质层，所述介质层的顶表面与所述伪栅的顶表面齐平。

可选的，所述源区和漏区为嵌入式源区和漏区，所述嵌入式源区和漏区的材料为锗硅或者碳化硅。

可选的，还包括：在形成覆盖所述鳍部和所述隔离结构的介质层后，去除所述伪栅，形成开口，所述开口暴露部分所述鳍部表面；在所述开口内形成栅介质层；在所述栅介质层上形成金属栅极。