[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，特别是涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸进入纳米量级，鳍式场效应晶体管（FinFET）被引入以优化器件的电学特性。

但是现有鳍式场效应晶体管具有比较严重的自加热效应。鳍式场效应晶体管自加热效应会使得晶体管开态电流降低，同时使泄漏电流增大，使晶体管开关比减小，引起晶体管、电路乃至系统性能的退化，导致严重的可靠性问题。

请参考图1，现有鳍式场效应晶体管包括位于绝缘体上硅（SOI，未示出）中的源极11、漏极12、鳍部结构13和横跨鳍部结构13的栅极14，在鳍部结构13和栅极14之间还具有栅介电层（未示出）。现有鳍式场效应晶体管的鳍部结构13上表面131为平面，侧面132也为平面。一方面，由于鳍部结构13的上表面131为平面，导致作为主要散热面的上表面面积较小，而且鳍部结构13的宽度W较大，不利于鳍部结构13的散热；另一方面，由于鳍部结构13的上表面131与侧面132都为平面导致鳍部结构13存在垂直拐角θ，而鳍部结构13存在垂直拐角θ会导致形成在鳍部结构13内部的沟道区区域（未示出）也存在垂直拐角（未示出），沟道区区域存在垂直拐角会导致沟道的寄生电阻较大，当电流通过沟道时，会产生较多热量，两个方面的原因都导致鳍式场效应晶体管自加热效应较为严重，进而导致鳍式场效应晶体管出现严重的可靠性问题。

为此，亟需一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，以避免鳍式场效应晶体管自加热效应严重的问题，从而使鳍式场效应晶体管避免因自加热效应严重而出现的可靠性问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，以解决鳍式场效应晶体管自加热效应严重的问题，提高鳍式场效应晶体管的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：

提供绝缘体上半导体衬底，所述绝缘体上半导体衬底包括半导体层；

对所述半导体层进行图形化处理，直至形成上表面齐平的鳍部结构；

在所述鳍部结构上表面的中部形成掩膜层；

以所述掩膜层为掩模，对所述鳍部结构进行第一次各向异性刻蚀，直至所述鳍部结构暴露在外的上表面被蚀刻为曲面；

去除所述掩膜层。

可选的，所述形成方法还包括：对所述鳍部结构的上表面进行第二次各向异性刻蚀，直至所述鳍部结构上部分被蚀刻为部分圆柱状。

可选的，所述第二次各向异性刻蚀采用的气体包括Ar、CHF₃或CH₂F₂。

可选的，对所述半导体层进行图形化处理，直至形成上表面齐平的鳍部结构的步骤以及在所述鳍部结构的上表面的中部形成掩膜层的步骤包括：

在所述半导体层上形成掩膜结构，所述掩膜结构包括所述掩膜层和位于所述掩膜层侧面的侧墙；

以所述掩膜结构为掩模，刻蚀所述半导体层，直至形成上表面齐平的所述鳍部结构；

去除所述侧墙。

可选的，所述掩膜层的材料为无定形碳，所述侧墙的材料为聚合物。

可选的，所述第一次各向异性刻蚀在感应耦合等离子体刻蚀设备或者变压器耦合等离子体刻蚀设备中进行。

可选的，所述第一次各向异性刻蚀采用等离子体刻蚀工艺实现，所述等离子体刻蚀工艺采用含有卤族元素的气体，所述气体流量包括50sccm～100sccm，所述气体压强包括1mTorr～20mTorr。

可选的，所述掩膜层的宽度包括5nm～50nm，厚度包括5nm～200nm；所述侧墙的宽度包括2nm～20nm。

可选的，去除所述侧墙时，采用等离子体刻蚀工艺，所述等离子体刻蚀工艺采用的气体包括H₂和N₂。

可选的，对所述半导体层进行图形化处理，直至形成上表面齐平的鳍部结构的步骤包括：

在所述半导体层上形成遮掩层；

以所述遮掩层为掩模，刻蚀所述半导体层，直至形成上表面齐平的所述鳍部结构；

去除所述遮掩层。

可选的，所述形成方法还包括：

在去除所述掩膜层后，在所述鳍部结构两端形成源极和漏极，并形成栅极横跨所述鳍部结构的中部。

为解决上述问题，本发明还提供了一种鳍式场效应晶体管，包括：源极、漏极、栅极以及鳍部结构，其中，所述鳍部结构的至少部分上表面为曲面。

可选的，所述鳍部结构的上部分为部分圆柱状。