本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝節(jié)點逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應(yīng)用，來獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當(dāng)器件的特征尺寸(cd，criticaldimension)進一步下降時，即使采用后柵工藝，常規(guī)的mos場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)無法滿足對器件性能的需求，鰭式場效應(yīng)晶體管(finfet)作為常規(guī)器件的替代得到了廣泛的關(guān)注。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，包括：半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有凸出的鰭部20，鰭部20一般是通過對半導(dǎo)體襯底10刻蝕后得到的；介質(zhì)層30，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底10的表面以及鰭部20的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)，橫跨在所述鰭部20上，覆蓋所述鰭部20的部分頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層41和位于柵介質(zhì)層上的柵極42。對于鰭式場效應(yīng)晶體管，鰭部20的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)相接觸的部分都成為溝道區(qū)，即具有多個柵，有利于增大驅(qū)動電流，改善器件性能。所述柵極結(jié)構(gòu)可以同時橫跨一個或兩個以上的鰭部。

隨著晶體管尺寸的減小，短溝道效應(yīng)、漏電流等問題對晶體管的性能影響越發(fā)顯著，現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能還有待進一步的提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管及其形成方法，提高形成的晶體管的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成具有開口的掩膜層；沿所述開口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，所述凹槽的最大寬度大于所 述開口寬度；形成填充滿所述凹槽和開口的鰭部；去除所述掩膜層；刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，使刻蝕后的半導(dǎo)體襯底表面低于鰭部最寬處；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層；在所述隔離層上形成橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋鰭部的部分頂部和側(cè)壁。

可選的，所述凹槽的側(cè)壁為σ形或圓弧形。

可選的，所述凹槽的最大寬度為50nm。

可選的，所述鰭部材料與半導(dǎo)體襯底材料不同。

可選的，所述鰭部的材料包括si、ge、sige、sisn或sic。

可選的，所述鰭部的材料為sige時，ge與si的摩爾比為0.1～0.45。

可選的，采用選擇性外延工藝形成所述鰭部。

可選的，所述半導(dǎo)體襯底的晶面為(111)。

可選的，所述刻蝕后的半導(dǎo)體襯底表面低于所述鰭部的底部表面或者與所述鰭部的底部表面齊平。

可選的，所述刻蝕后的半導(dǎo)體襯底表面位于鰭部的最大寬度處與鰭部的底部表面之間。

可選的，所述刻蝕后的半導(dǎo)體襯底的表面與鰭部的最大寬度處之間的距離為10nm～30nm。

可選的，所述隔離層的形成方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底表面形成隔離材料層，所述隔離材料層表面高于鰭部頂部表面；以所述鰭部頂部表面作為停止層，隨所述隔離材料層進行平坦化，使所述隔離材料層表面與鰭部頂部表面齊平；對所述隔離材料層進行回刻蝕，形成隔離層。

可選的，所述隔離層的材料為氧化硅。

可選的，所述隔離層的表面與鰭部最寬處齊平。

可選的，所述隔離層的表面高于所述鰭部最寬處。

可選的，所述隔離層的表面與鰭部最寬處之間的距離為0～5nm。

可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層上的功函數(shù)層和位于所述功函數(shù)層表面的柵極層。

可選的，所述掩膜層的材料為氮化硅或氧化硅。

為解決上述問題，本發(fā)明的實施例還提供一種采用上述方法形成的晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底上的鰭部，所述鰭部的最大寬度大于所述鰭部的頂部寬度，所述半導(dǎo)體襯底表面低于鰭部最寬處；位于所述半導(dǎo)體襯底表面形成隔離層；位于所述隔離層上的橫跨所述鰭部的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋鰭部的部分頂部和側(cè)壁。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明的技術(shù)方案中，在半導(dǎo)體襯底表面形成具有開口的掩膜層，然后沿所述開口刻蝕半導(dǎo)體襯底，形成凹槽，且所述凹槽的最大寬度大于所述開口寬度，從而使得形成的填充滿凹槽和開口的鰭部的最大寬度大于頂部寬度。然后回刻蝕半導(dǎo)體襯底，且在半導(dǎo)體襯底上形成隔離層。本發(fā)明技術(shù)方案中的鰭部的下部分寬度大于上部分寬度，提高了鰭部橫截面周長，從而可以提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道寬度，進而提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。

進一步的，所述隔離層的表面與鰭部最寬處齊平或者高于鰭部最寬處，使得位于隔離層上方的鰭部側(cè)壁不存在突出的尖角，且暴露的鰭部側(cè)壁與隔離層之間成鈍角夾角，從而在所述鰭部上形成柵極結(jié)構(gòu)時，可以提高柵極結(jié)構(gòu)與鰭部之間的界面質(zhì)量，并且提高柵極結(jié)構(gòu)對溝道區(qū)域的控制能力，提高晶體管的性能。并且，與側(cè)壁垂直的鰭部相比。

本發(fā)明的技術(shù)方案所提供的晶體管包括半導(dǎo)體襯底上的鰭部，所述鰭部的最大寬度大于所述鰭部的頂部寬度，提高了晶體管的溝道寬度，從而提高晶體管的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2至圖9是本發(fā)明的實施例的晶體管的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能還有待進一步的提高。

本發(fā)明的實施例，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成底部寬度大于頂部寬度的鰭部，可以提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道寬度，從而提高鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。

請參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成具有開口201的掩膜層202。

所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅、絕緣體上鍺或絕緣體上鍺硅等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底100的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護范圍。本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為單晶硅，為(111)晶面。

所述掩膜層200的材料可以是氮化硅、氧化硅或無定形碳等掩膜材料。所述開口201暴露出部分半導(dǎo)體襯底100的表面，所述開口201的位置和尺寸定義后續(xù)待形成的鰭部的位置和尺寸。所述掩膜層200的形成方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜材料層之后，在所述掩膜材料層表面形成圖形化光刻膠層，所述圖形化光刻膠層的圖案定義出開口201的位置和尺寸；以所述圖形化光刻膠層為掩膜刻蝕所述掩膜材料層，形成開口201；然后去除所述圖形化光刻膠層。

請參考圖3，沿所述開口201刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成凹槽101，所述凹槽101的最大寬度大于所述開口201寬度。

本實施例中，所述凹槽101的側(cè)壁為σ型，形成所述凹槽101的方法包括：采用干法刻蝕工藝，沿開口201刻蝕半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成側(cè)壁垂直的凹槽之后；采用各向異性濕法刻蝕工藝沿所述側(cè)壁垂直 的凹槽繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底100，所述各向異性濕法刻蝕工藝在各個晶向上的刻蝕速率不同，由于所述半導(dǎo)體襯底100為(111)晶面，從而形成具有σ型側(cè)壁的凹槽201。所述凹槽101的頂部寬度與開口201的寬度相同，所述凹槽101的最大寬度大于開口201的寬度。所述各向異性濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為四甲基氫氧化銨(tmah)。

在本發(fā)明的其他實施例中，還可以采用各向同性刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，形成具有圓弧狀側(cè)壁的凹槽101。

所述凹槽101的寬度不能過大，避免相鄰凹槽101之間的間距過小。本實施例中，所述凹槽101的最大寬度為50nm。

請參考圖4，形成填充滿所述凹槽101(請參考圖3)和開口201(請參考圖3)的鰭部102。

所述鰭部102的材料為半導(dǎo)體材料，可以是si、ge、sige、sisn或sic等。所述鰭部102的材料與半導(dǎo)體襯底100的材料不同，兩者之間具有較大的刻蝕選擇比。

采用選擇性外延工藝在所述凹槽101和開口201內(nèi)填充半導(dǎo)體材料，形成所述鰭部102?？梢詫λ霭雽?dǎo)體材料進行平坦化，以使得形成的鰭部102的表面與掩膜層200的表面齊平。所述鰭部102包括位于半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的凹槽101內(nèi)的第一子鰭部，以及位于掩膜層200開口201內(nèi)的第二子鰭部，所述第二子鰭部側(cè)壁垂直與半導(dǎo)體襯底100表面，所述第一子鰭部的最大寬度大于第二子鰭部的寬度。

本實施例中，所述鰭部102的材料為sige。采用選擇性外延工藝形成填充滿凹槽101和開口201的sige，具體的，所述選擇性外延工藝采用的外延氣體包括鍺源氣體、硅源氣體、hcl和h2，其中，鍺源氣體為geh4，硅源氣體包括sih4或sih2cl2，鍺源氣體、硅源氣體和hcl的氣體流量為1sccm～1000sccm，h2的流量為0.1slm～50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為600℃～800℃，壓強為1torr～100torr。通過調(diào)整所述鍺源氣體的流量，可以提高鰭部102內(nèi)的ge含量，本實施例中，所述鰭部102內(nèi)，ge與si的摩爾比為0.1～0.45。由于所述半導(dǎo)體襯底100表面的其他區(qū)域覆蓋有掩膜層200， 所以所述鰭部102僅形成在開口與半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的凹槽內(nèi)。

采用sige或ge作為鰭部102材料，可以提高在所述鰭部102為基礎(chǔ)形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)域的載流子遷移率，從而提高鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。

在本發(fā)明的其他實施例中，可以根據(jù)待形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的具體性能需求，采用其他半導(dǎo)體材料形成所述鰭部102。

請參考圖5，去除所述掩膜層200。

可以采用濕法刻蝕工藝去除所述掩膜層200，暴露出半導(dǎo)體襯底100的表面以及所述鰭部102的第二子鰭部。

本實施例中，所述掩膜層200的材料為sin，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液可以為磷酸溶液。

在本發(fā)明的其他實施例中，也可以采用干法刻蝕工藝去除所述掩膜層200，所述干法刻蝕工藝對掩膜層200具有較高的刻蝕選擇性，可以采用cf4、chf3或c3f8等含氟氣體對所述掩膜層200進行刻蝕。

請參考圖6，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，使刻蝕后的半導(dǎo)體襯底100a表面低于鰭部102最寬處。

可以采用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100。

本實施例中，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，由于所述半導(dǎo)體襯底100的材料與鰭部102的材料不同，可以采用對半導(dǎo)體襯底100具有較高刻蝕選擇性的刻蝕溶液，以避免對鰭部102造成損傷。本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為si，所述鰭部102的材料為sige，可以采用氫氟酸與硝酸的混合溶液對所述半導(dǎo)體襯底100進行刻蝕。

在本發(fā)明的其他實施例中，也可以采用干法刻蝕工藝對半導(dǎo)體襯底100進行刻蝕。由于鰭部102的第一子鰭部的最大寬度與第二子鰭部的寬度之間相差不大，并且干法刻蝕工藝中采用的等離子在刻蝕過程中存在散射等作用，采用干法刻蝕工藝也能夠?qū)Π雽?dǎo)體襯底100各個位置處進行均勻的刻蝕。

在本發(fā)明的其他實施例中，在刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100之后，還可以對 所述鰭部102在氫氣或惰性氣體氛圍下進行退火處理，修復(fù)鰭部102表面的晶格缺陷。

本實施例中，刻蝕后的半導(dǎo)體襯底100a的表面與鰭部102的底部表面齊平。在本發(fā)明的其他實施例中，所述刻蝕后的半導(dǎo)體襯底100a的表面還可以低于所述鰭部102的底部表面，或者位于鰭部102的最大寬度處與鰭部102的底部表面之間。具體的，所述刻蝕后的半導(dǎo)體襯底100a的表面與鰭部102的最大寬度處之間的距離為10nm～30nm。

后續(xù)在所述半導(dǎo)體襯底100a表面形成隔離層，所述隔離層的形成方法請參考圖7至圖8。

請參考圖7，在所述半導(dǎo)體襯底100a表面形成隔離材料層300，所述隔離材料層300的表面與鰭部102的頂部表面齊平。

具體的，在所述半導(dǎo)體襯底100a表面沉積隔離材料，所述隔離材料填充滿相鄰鰭部102之間的間隙，且高于鰭部102的頂部表面；然后以所述鰭部102的頂部表面作為停止層，對所述隔離材料層進行平坦化，使所述隔離材料層300的表面與鰭部102的頂部表面齊平。

所述隔離材料層300的材料為氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅等絕緣介質(zhì)材料?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝、等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝、可流動性化學(xué)氣相沉積工藝或高深寬比沉積工藝等形成所述隔離材料。

請參考圖8，對所述隔離材料層300(請參考圖7)進行回刻蝕，形成隔離層301。

本實施例中，采用濕法刻蝕工藝對所述隔離材料層300進行回刻蝕，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液。

本實施例中，所述隔離層301的表面與鰭部102最寬處齊平。在本發(fā)明的其他實施例中，所述隔離層301的表面高于所述鰭部102最寬處，所述隔離層301的表面與鰭部最寬處之間的距離為0～5nm。所述隔離層301的表面低于第二子鰭部，所以使得暴露的部分鰭部102的底部寬度大于鰭部102的頂部寬度。并且，所述隔離層301的表面高于或與所述鰭部102的最寬處齊平，使得所述暴露的鰭部102的側(cè)壁不存在突出的尖角，從而避免后續(xù)在所 述鰭部102上形成柵極結(jié)構(gòu)時，影響柵極結(jié)構(gòu)與鰭部102之間的界面質(zhì)量，在形成的晶體管工作時提高溝道區(qū)域的電場分布的均勻性，從而提高柵極結(jié)構(gòu)對溝道區(qū)域的控制能力。

所述隔離層301作為相鄰鰭部102之間的隔離結(jié)構(gòu)以及后續(xù)形成的柵極結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體襯底100a之間的隔離結(jié)構(gòu)。并且后續(xù)在鰭部102兩端外延半導(dǎo)體層形成源漏極時，所述隔離層301覆蓋部分鰭部102，能夠避免在鰭部102兩端外延形成的半導(dǎo)體層的體積過大而導(dǎo)致沿鰭部長度方向排列的相鄰鰭部的源漏極連接。

請參考圖9，在所述隔離層301上形成橫跨所述鰭部102的柵極結(jié)構(gòu)302，所述柵極結(jié)構(gòu)302覆蓋鰭部102的部分頂部和側(cè)壁。

本實施例中，所述柵極結(jié)構(gòu)302包括柵介質(zhì)層、位于柵介質(zhì)層上的功函數(shù)層以及位于功函數(shù)層上的柵極層(圖中未示出)。所述柵極結(jié)構(gòu)302的形成方法包括：依次形成覆蓋所述隔離層301、鰭部102的柵介質(zhì)材料層、位于所述柵介質(zhì)材料層表面的功函數(shù)材料層以及位于所述功函數(shù)材料層表面的柵極材料層；對所述柵極材料層、功函數(shù)材料層和柵介質(zhì)材料層進行圖形化，形成橫跨鰭部102的柵極結(jié)構(gòu)302，暴露出鰭部102的兩端，后續(xù)在所述鰭部102暴露的兩端表面外延形成摻雜半導(dǎo)體層，作為晶體管的源漏極。

所述柵介質(zhì)層的材料可以是氧化鉿、氧化鋯或氧化鋁等高k介質(zhì)材料；所述功函數(shù)層的材料可以是tin、tial或tialc等金屬材料；所述柵極層的材料可以是多晶硅、鎢或鋁等。

高于隔離層301的鰭部102的側(cè)壁與隔離層301之間形成鈍角夾角，便于在鰭部102表面沉積形成柵極結(jié)構(gòu)302，提高柵極結(jié)構(gòu)302與鰭部102之間的界面質(zhì)量，提高了柵極結(jié)構(gòu)302對晶體管溝道區(qū)域的控制能力，減少柵極漏電流。并且，與現(xiàn)有技術(shù)側(cè)壁垂直的鰭部相比，本實施例中，位于隔離層301上方的鰭部102的下部分寬度大于上部分寬度，提高了鰭部102橫截面周長，從而可以提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道寬度，進而提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。

本實施例中，還包括后續(xù)在柵極結(jié)構(gòu)302兩端的鰭部102上外延半導(dǎo)體 層以形成晶體管的源漏極。

為解決上述問題，本發(fā)明的實施例還提供一種采用上述方法形成的晶體管。

請參考圖9，為所述晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

所述晶體管包括：半導(dǎo)體襯底100a；位于所述半導(dǎo)體襯底100a上的鰭部102，所述鰭部102的最大寬度大于所述鰭部的頂部寬度，所述半導(dǎo)體襯底100a表面低于鰭部102最寬處；位于所述半導(dǎo)體襯底100a表面的隔離層301；位于所述隔離層301上的橫跨所述鰭部102的柵極結(jié)構(gòu)302，所述柵極結(jié)構(gòu)302覆蓋鰭部102的部分頂部和側(cè)壁。

本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100a為單晶硅襯底，且晶面為(111)。在本方明的其他實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100a可以是其他半導(dǎo)體材料，也可以具有其他晶面。

所述鰭部102包括第一子鰭部和位于第一子鰭部上方的第二子鰭部。所述第一子鰭部具有σ型或圓弧形側(cè)壁，所述第二子鰭部具有垂直側(cè)壁。所述第一子鰭部的最大寬度為50nm。

所述鰭部102的材料與半導(dǎo)體襯底100a的材料不同，所述鰭部102的材料包括：si、ge、sige、sisn或sic等半導(dǎo)體材料。本實施例中，所述鰭部102的材料為sige，其中g(shù)e與si的摩爾比為0.1～0.45。

所述半導(dǎo)體襯底100a的表面低于所述鰭部102的底部表面，或者與所述鰭部102的底部表面齊平，或者所述半導(dǎo)體襯底100a表面位于鰭部102的最大寬度處與鰭部102的底部表面之間。所述半導(dǎo)體襯底100a的表面與鰭部102的最大寬度處的距離為10nm～30nm。

所述隔離層301的表面與鰭部102最寬處齊平或高于所述鰭部最寬處，所述隔離層301的表面與鰭部102最寬處之間的距離為0～5nm。所述隔離層301的材料為氧化硅。

高于隔離層301的鰭部102的側(cè)壁與隔離層301之間形成鈍角夾角，使得柵極結(jié)構(gòu)302與鰭部102之間具有較高的界面質(zhì)量，提高了柵極結(jié)構(gòu)302 對晶體管溝道區(qū)域的控制能力，減少柵極漏電流。并且，與側(cè)壁垂直的鰭部相比，本實施例中，位于隔離層301上方的鰭部102的下部分寬度大于上部分寬度，提高了鰭部102橫截面周長，從而可以提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的溝道寬度，進而提高形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。