專利名稱：制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件尺寸的不斷縮小是推動(dòng)集成電路制造技術(shù)改進(jìn)的主要因素。由于調(diào)整柵氧化物層的厚度和源/漏極的結(jié)深度的限制，很難將常規(guī)的平面MOSFET器件縮小至32nm以下的工藝，因此，已經(jīng)開發(fā)出多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Mult1-Gate M0SFET)。多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種將多個(gè)柵極并入到單個(gè)器件的M0SFET，這意味著，溝道在多個(gè)表面上被多個(gè)柵極包圍，因此能夠更好地抑制“截止”狀態(tài)的漏電流。此外，多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管還能增強(qiáng)“導(dǎo)通”狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)電流。典型的多柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管為鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)，它使得器件的尺寸更小，性能更高。FinFET包括狹窄而獨(dú)立的鰭片，鰭片從半導(dǎo)體襯底延伸，例如，刻蝕到半導(dǎo)體襯底的硅層中。FinFET的溝道形成在該鰭片中，且鰭片之上及兩側(cè)帶有柵極。由于鍺的電子遷移率與空穴遷移率大于硅，因此通常使用包含鍺的材料來形成鰭片。目前，形成含鍺的鰭片的方法包括:首先，在半導(dǎo)體襯底上形成硅材料的鰭片；然后，采用外延生長(zhǎng)法將鰭片轉(zhuǎn)變?yōu)殒N硅(GeSi)材料。然而，由于外延生長(zhǎng)法形成鰭片的材料由硅轉(zhuǎn)變?yōu)殒N硅時(shí)，鰭片的尺寸會(huì)變大。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的外延生長(zhǎng)法形成的鍺硅材料的鰭片的截面圖，如圖1所示，鰭片的下部101由于被剩余的側(cè)壁102包圍，其材料仍然為硅；而鰭片的上部103暴露在鍺氣氛中轉(zhuǎn)變?yōu)殄e(cuò)娃材料，導(dǎo)致轄片的上部103尺寸變大。圖2為現(xiàn)有的轄形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖,如圖2所示，多個(gè)鰭片200順次排列，柵極201跨過多個(gè)鰭片200。如上所述，在鰭片200轉(zhuǎn)變?yōu)殒N硅材料時(shí)，其尺寸會(huì)變大，這樣將導(dǎo)致多個(gè)鰭片200可能會(huì)連接起來，從而出現(xiàn)橋連現(xiàn)象。此外，由于外延生長(zhǎng)法是將整個(gè)半導(dǎo)體器件暴露在鍺氣氛中，如果柵極201是由多晶硅材料形成的，則可能導(dǎo)致柵極201也轉(zhuǎn)變?yōu)殒N硅材料。因此，目前急需一種制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括:a)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有矩形的凸起和包圍所述凸起的犧牲層，所述凸起包括位于所述半導(dǎo)體襯底上的硅鰭片和位于所述硅鰭片上的材料層，所述硅鰭片是由硅形成的，所述材料層的至少與所述晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分是由鍺硅形成的；b)在所述凸起和所述犧牲層上形成保護(hù)層；c)執(zhí)行鍺擴(kuò)散工藝，以使所述材料層中的鍺向其下方的所述硅鰭片中擴(kuò)散；d)去除所述硅鰭片以上的部分；以及e)去除所述犧牲層，以形成鍺硅鰭片，所述鍺硅鰭片與所述硅鰭片具有相同的尺寸。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底的上表面還包含絕緣層。優(yōu)選地，形成所述a)步驟所獲得的器件結(jié)構(gòu)的方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅層和具有矩形圖案的掩膜層；對(duì)所述硅層進(jìn)行刻蝕，以形成所述硅鰭片；在所述半導(dǎo)體襯底上、所述硅鰭片和所述掩膜層的周圍形成犧牲層；以及去除所述掩膜層的至少與所述晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分，并填充鍺硅，以形成所述材料層。優(yōu)選地，所述掩膜層的材料為氧化硅。優(yōu)選地，所述犧牲層為APF或S1-BARC。優(yōu)選地，所述材料層的厚度為50-400埃。優(yōu)選地，所述保護(hù)層的材料為硅。優(yōu)選地，所述鍺擴(kuò)散工藝包括:執(zhí)行H離子注入工藝；執(zhí)行退火工藝；以及執(zhí)行氧化工藝。優(yōu)選地，所述H離子注入工藝的注入劑量為1-5 X IO16個(gè)/平方厘米。優(yōu)選地，所述退火工藝包括低溫退火步驟和高溫退火步驟。優(yōu)選地，所述低溫退火步驟的退火溫度為400-600°C，退火時(shí)間為20-40分鐘。優(yōu)選地，所述高溫退火步驟的退火溫度為700-1000°C，退火時(shí)間為50-70分鐘。優(yōu)選地，所述氧化工藝的氧化溫度為1000-1200°C。優(yōu)選地，整個(gè)所述材料層都是由鍺硅形成。優(yōu)選地，所述鍺硅鰭片中的鍺含量大于30%。根據(jù)本發(fā)明的方法可以保證形成的最終形成的鍺硅鰭片尺寸與硅鰭片的尺寸相同，即最終形成的鍺硅鰭片能夠具有預(yù)定尺寸，不會(huì)膨脹，因此可以避免出現(xiàn)橋連現(xiàn)象。此外，本發(fā)明的方法所形成的鍺硅鰭片是由鍺含量較高(高于30 % )的鍺硅材料形成的，因此可以增大施加到溝道上的應(yīng)力。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的外延生長(zhǎng)法形成的鍺硅材料的鰭片的截面圖；圖2為現(xiàn)有的轄形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的俯視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工藝流程圖；圖4A-8A分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管工藝流程中各步驟所獲得的器件的剖視圖；圖4B-8B分別為圖4A-8A中沿A-A線所截的首I]視圖；圖4C-8C分別為圖4A-8A中沿B-B線所截的剖視圖；以及圖9A-9D為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式形成圖4A-4C所示的器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式接下來，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工藝流程圖，圖4A-4C、圖5A-5C、圖6A-6C、圖7A-7C和圖8A-8C分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管工藝流程中各步驟所獲得的器件的剖視圖。應(yīng)當(dāng)注意的是，半導(dǎo)體器件中的部分器件結(jié)構(gòu)可以由CMOS制作流程來制造，因此在本發(fā)明的方法之前、之中或之后可以提供額外的工藝，且其中某些工藝在此僅作簡(jiǎn)單的描述。下面將結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的制作方法。執(zhí)行步驟301，提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底上形成有矩形的凸起和包圍該凸起的犧牲層，該凸起包括位于半導(dǎo)體襯底上的硅鰭片和位于硅鰭片上的材料層，其中，材料層的至少一部分是由鍺硅形成的。如圖4A-4C所示，半導(dǎo)體襯底400可以為以下所提到的材料中的至少一種:娃、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)以及絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)等。在半導(dǎo)體襯底400中可以形成有摻雜區(qū)域和/或隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底400中還形成有CMOS器件，CMOS器件例如是晶體管(例如，NMOS和/或PM0S)等。為了簡(jiǎn)化，此處僅以一空白來表不半導(dǎo)體襯底400。此外,半導(dǎo)體襯底400的上表面還包含絕緣層(未不出)，絕緣層可以包含氧化硅、藍(lán)寶石和/或其它適合的絕緣材料。在半導(dǎo)體襯底400上形成有矩形的凸起410和包圍凸起410的犧牲層401，矩形的凸起410的位置用于形成鍺硅鰭片，因此，可以根據(jù)預(yù)形成的鍺硅鰭片設(shè)置凸起410。雖然附圖僅用一個(gè)凸起410來說明本發(fā)明的原理，但半導(dǎo)體襯底400上可以包含多個(gè)凸起410，以經(jīng)后續(xù)工藝形成多個(gè)鍺硅鰭片。優(yōu)選地，犧牲層401為其功能完成后可以很容易地被去除的材料形成，同時(shí)在去除時(shí)與其下面的材料層具有很高的選擇比，以避免損壞下面的材料層，因此犧牲層401為高級(jí)圖案化層(Advanced Pattern Film, APF)或富娃的底部抗反射層(S1-BARC)。作為示例，APF可以用灰化的方法去掉，02、N2基或H2基的灰化劑。S1-BARC可以用濕法去除。凸起410包括位于半導(dǎo)體襯底400上的硅鰭片402和位于硅鰭片402上的材料層，其中，硅鰭片402是由硅形成的，材料層的至少與晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分是由鍺硅形成的。圖4A-4C示出的材料層的與晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分是由鍺硅形成的，即材料層包括第一部分403和第二部分404，其中，第一部分403是由鍺硅形成的，第二部分404可以由氧化硅形成。整個(gè)材料層也可以完全由鍺硅形成。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，圖4A-4C所獲得的器件結(jié)構(gòu)是由以下方法形成，該方法包括:首先，如圖9A所示，在半導(dǎo)體襯底400上形成硅層901和具有矩形圖案的掩膜層902，該矩形圖案用于經(jīng)后續(xù)工藝形成矩形的凸起。掩膜層902的材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和無定形碳等中的一種或多種。為了便于與后續(xù)工藝形成的材料層一起去除，優(yōu)選地，掩膜層902的材料為氧化硅。然后，如圖9B所示，對(duì)硅層901進(jìn)行刻蝕，以形成硅鰭片402。接著，如圖9C所示，在半導(dǎo)體襯底400上、硅鰭片402和掩膜層902的周圍形成犧牲層401，犧牲層401的厚度比硅鰭片402的厚度高50-400?；蚺c掩膜層902等高。作為示例，可以在半導(dǎo)體襯底400、硅鰭片402和掩膜層902上形成犧牲材料層，然后執(zhí)行平坦化工藝，以在硅鰭片402和掩膜層902的周圍形成犧牲層401。最后，如圖9D所示，去除掩膜層902，并填充鍺硅，以形成材料層403。具體地，去除掩膜層902后在犧牲層401上和去除掩膜層902后所形成的開口內(nèi)形成鍺硅層(未示出)，然后執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝以使鍺硅層的上表面與犧牲層401的上表面齊平，進(jìn)而形成材料層403。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式，還可以去除掩膜層902的一部分，并填充鍺硅，以形成材料層。去除掩膜層902的至少一部分的方法例如包括在圖9C所示的器件結(jié)構(gòu)上形成具有開口圖案的光刻膠層，該開口圖案暴露預(yù)去除的掩膜層902，然后采用干法刻蝕去除掩膜層902的至少一部分。由于材料層的厚度會(huì)影響后續(xù)形成的鍺硅層的厚度，基于目前的鍺硅層或者鍺硅鰭片的高度，優(yōu)選地，材料層的厚度為50-400埃，而所形成的鍺硅層的厚度可以為200-600埃。執(zhí)行步驟302，在凸起和犧牲層上形成保護(hù)層。如圖5A-5C所示，在凸起410和犧牲層401上形成保護(hù)層405。優(yōu)選地，保護(hù)層405的材料為硅。保護(hù)層405的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、原子層沉積法等。執(zhí)行步驟303，執(zhí)行鍺擴(kuò)散工藝，以使材料層中的鍺向其下方的硅鰭片中擴(kuò)散。如圖6A-6C所示，鍺擴(kuò)散工藝將材料層的由鍺硅形成的第二部分下方的硅鰭片402由硅材料轉(zhuǎn)變?yōu)殒N硅層407。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，鍺擴(kuò)散工藝包括:執(zhí)行H離子注入工藝；執(zhí)行退火工藝；以及執(zhí)行氧化工藝。在該鍺擴(kuò)散工藝中，不僅可以形成鍺硅層407，還可將保護(hù)層405和鍺硅層407以上的材料層均轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瑁员阌诤罄m(xù)經(jīng)一步工藝就可以完全去除。根據(jù)本發(fā)明的工藝可以形成鍺含量高于30%的鍺硅層。作為示例，H離子注入工藝所采用的注入劑量可以為1-5X1016個(gè)/平方厘米。作為示例，退火工藝可以包括低溫退火工藝和高溫退火工藝。其中，低溫退火工藝的退火溫度可以為400-600°C，退火時(shí)間可以為20-40分鐘；高溫退火工藝的退火溫度可以為700-1000°C，退火時(shí)間可以為50-70分鐘。作為示例，氧化工藝的氧化溫度可以為1000-1200。。。執(zhí)行步驟304，去除硅鰭片以上的部分。如圖7A-7C所示，當(dāng)采用本發(fā)明的鍺擴(kuò)散工藝將硅轉(zhuǎn)變?yōu)殒N硅時(shí)，可以僅采用一步(例如，濕法刻蝕)就可以完全去除硅鰭片以上的部分(包括材料層403和404以及保護(hù)層405)。當(dāng)執(zhí)行其它方式的鍺擴(kuò)散工藝可以相應(yīng)地對(duì)該步驟進(jìn)行改變。執(zhí)行步驟305，去除犧牲層，以形成鍺硅鰭片，該鍺硅鰭片與硅鰭片具有相同的尺寸。如圖8A-8C所示，去除犧牲層401的方法可以濕法刻蝕，以形成鍺硅鰭片(包括402和407)，該鍺硅鰭片與硅鰭片具有相同的尺寸。在本實(shí)施方式中，鍺硅鰭片的一部分407是由鍺硅材料形成的，其余部分402是由硅材料形成的。隨后形成的柵極可以跨過鍺硅鰭片的由硅材料形成的這部分402上。根據(jù)本發(fā)明的方法可以保證形成的最終形成的鍺硅鰭片尺寸與硅鰭片的尺寸相同，即最終形成的鍺硅鰭片能夠具有預(yù)定尺寸，不會(huì)膨脹，因此可以避免出現(xiàn)橋連現(xiàn)象。此外，本發(fā)明的方法所形成的鍺硅鰭片是由鍺含量較高(高于30 % )的鍺硅材料形成的，因此可以增大施加到溝道上的應(yīng)力。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括: a)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有矩形的凸起和包圍所述凸起的犧牲層，所述凸起包括位于所述半導(dǎo)體襯底上的硅鰭片和位于所述硅鰭片上的材料層，所述材料層的至少與所述晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分是由鍺硅形成的； b)在所述凸起和所述犧牲層上形成保護(hù)層； c)執(zhí)行鍺擴(kuò)散工藝，以使所述材料層中的鍺向其下方的所述硅鰭片中擴(kuò)散； d)去除所述硅鰭片以上的部分；以及 e)去除所述犧牲層，以形成鍺硅鰭片，所述鍺硅鰭片與所述硅鰭片具有相同的尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的上表面還包含絕緣層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述a)步驟所獲得的器件結(jié)構(gòu)的方法包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅層和具有矩形圖案的掩膜層； 對(duì)所述硅層進(jìn)行刻蝕，以形成所述硅鰭片； 在所述半導(dǎo)體襯底上、所述硅鰭片和所述掩膜層的周圍形成犧牲層；以及 去除所述掩膜層的至少與所述晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分，并填充鍺硅，以形成所述材料層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述掩膜層的材料為氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述犧牲層為APF或S1-BARC。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料層的厚度為50-400埃。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為硅。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述鍺擴(kuò)散工藝包括: 執(zhí)行H離子注入工藝； 執(zhí)行退火工藝；以及 執(zhí)行氧化工藝。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述H離子注入工藝的注入劑量為1-5 X IO16個(gè)/平方厘米。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述退火工藝包括低溫退火步驟和高溫退火步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述低溫退火步驟的退火溫度為400-600°C，退火時(shí)間為20-40分鐘。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述高溫退火步驟的退火溫度為700-1000°C，退火時(shí)間為50-70分鐘。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧化工藝的氧化溫度為1000-1200°C。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，整個(gè)所述材料層都是由鍺硅形成。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鍺硅鰭片中的鍺含量大于30%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作鰭形場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括a)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有矩形的凸起和包圍所述凸起的犧牲層，所述凸起包括位于所述半導(dǎo)體襯底上的硅鰭片和位于所述硅鰭片上的材料層，所述硅鰭片是由硅形成的，所述材料層的至少與所述晶體管的源漏區(qū)對(duì)應(yīng)的部分是由鍺硅形成的；b)在所述凸起和所述犧牲層上形成保護(hù)層；c)執(zhí)行鍺擴(kuò)散工藝，以使所述材料層中的鍺向其下方的所述硅鰭片中擴(kuò)散；d)去除所述硅鰭片以上的部分；以及e)去除所述犧牲層，以形成鍺硅鰭片。根據(jù)本發(fā)明的方法可以保證形成的鍺硅鰭片尺寸滿足要求，避免出現(xiàn)橋連現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L21/336GK103165455SQ20111041543
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者王新鵬, 張海洋 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司