專利名稱：鰭式場效應管的結構及形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種鰭式場效應管的結構及形成方法。
背景技術：
隨著半導體工藝技術的不斷發展，隨著工藝節點逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應用，來獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)進一步下降時，即使采用后柵工藝,常規的MOS場效應管的結構也已經無法滿足對器件性能的需求，多柵器件作為常規器件的替代得到了廣泛的關注。鰭式場效應晶體管(Fin FET)是一種常見的多柵器件，圖I示出了現有技術的一 種鰭式場效應晶體管的立體結構示意圖。如圖I所示，包括半導體襯底10，所述半導體襯底10上形成有凸出的鰭部14，鰭部14 一般是通過對半導體襯底10刻蝕后得到的；介質層11，覆蓋所述半導體襯底10的表面以及鰭部14的側壁的一部分；柵極結構12，橫跨在所述鰭部14上，覆蓋所述鰭部14的頂部和側壁，柵極結構12包括柵介質層(圖中未示出)和位于柵介質層上的柵電極(圖中未示出)。對于Fin FET，鰭部14的頂部以及兩側的側壁與柵極結構12相接觸的部分都成為溝道區，即具有多個柵，有利于增大驅動電流，改善器件性能。然而隨著工藝節點的進一步減小，現有技術的鰭式場效應晶體管的驅動電流也難以滿足需求，器件性能的改善較為有限。更多關于鰭式場效應晶體管的結構及形成方法請參考專利號為“US7868380B2”的
美國專利。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種增大驅動電流和改善器件性能的鰭式場效應管的結構及形成方法。為解決上述問題，本發明提供了一種鰭式場效應管的結構，包括基底；位于所述基底表面鰭部，所述鰭部包括兩個位于所述基底表面、且相互分立的子鰭部，及位于兩個子鰭部之間且與所述子鰭部接觸的應力層，所述應力層的表面與所述子鰭部的表面齊平。可選地，所述應力層的材料為SiGe或SiC。可選地，所述子鰭部的材料為Si。可選地，所述應力層的寬度為l_5nm，所述子鰭部的寬度為l_3nm。可選地，所述應力層的寬度為3-4nm，所述子鰭部的寬度為2_3nm。可選地，所述基底為絕緣體上硅或氧化硅。一種鰭式場效應管的形成方法，包括提供基底；形成位于所述基底表面的硅薄膜；形成位于所述硅薄膜的表面的硬掩膜層；形成位于所述硬掩膜層表面的具有第一開口的圖案層，所述第一開口定義出鰭部的形狀；形成覆蓋所述第一開口的側壁的側墻；以所述側墻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口 ；在所述第二開口內形成應力層，所述應力層的表面至少與所述硅薄膜的表面齊平;形成位于所述應力層表面、且位于所述第二開口內的保護層；去除所述圖案層；在去除所述圖案層之后，形成與所述側墻相對應的兩個子鰭部。可選地，所述應力層的材料為SiGe或SiC。 可選地，所述側墻的寬度為l_3nm。可選地，所述側墻的寬度為2_3nm。可選地，所述第二開口的寬度為l_5nm。可選地，所述第二開口的寬度為3_4nm。可選地，所述硬掩膜層的材料為氧化硅。可選地，所述硬掩膜的形成工藝為熱氧化工藝或化學氣相沉積工藝。可選地，所述圖案層的材料為SiON。可選地，所述圖案層的形成工藝為等離子體沉積工藝。可選地，所述側墻的材料為SiN或多晶硅。可選地，所述保護層的材料與所述側墻的材料相同；或者所述保護層的材料與所述硬掩膜層的材料相同。可選地，所述子鰭部的形成步驟為以所述側墻和保護層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，形成第一結構；在形成所述第一結構之后，去除所述側墻；以所述第一結構和保護層為掩膜刻蝕所述硅薄膜，形成子鰭部。可選地，還包括去除所述第一結構和保護層，形成鰭部。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明實施例的鰭式場效應管的鰭部包括兩個分立的子鰭部及位于兩個子鰭部之間且與所述子鰭部接觸的應力層。由于所述應力層的晶格常數不同于子鰭部的晶格常數，因此所述應力層會在溝道區內引入拉應力或壓應力，從而提高了溝道區內載流子的遷移率，提高了鰭式場效應管的驅動電流，改善了器件的性能。本發明實施例的鰭式場效應管的形成方法中，在所述第一開口的側壁形成側墻，所述側墻具有兩個用途一是以所述側墻為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口，之后在所述第二開口中形成應力層和位于所述應力層表面的保護層；二是以所述側墻和保護層為掩膜，去除所述硅薄膜，形成子鰭部。所述鰭式場效應管的形成工藝簡單，并且由于形成應力層時是在第二開口中形成，受到所述第二開口兩側的硅薄膜的保護，不易發生移動或斷裂，而后續形成子鰭部時，又受到所述應力層的保護，也不易發生移動或斷裂，形成的鰭式場效應管的性能穩定。
圖I是現有技術的鰭式場效應管的立體結構示意圖2是本發明的實施例的鰭式場效應管的流程結構示意圖；圖3 圖11是本發明的實施例的鰭式場效應管的形成過程的剖面結構示意圖。
具體實施例方式正如背景技術所述，隨著工藝節點的減小，現有技術的鰭式場效應管的驅動電流較小，對于器件性能的改善較為有限。 經過研究，本發明實施例的發明人發現，鰭式場效應管的驅動電流與鰭部內的載流子的遷移率有關，若在鰭部內引入拉應力或者壓應力，則可以解決鰭式場效應管的驅動電流有限的問題，提高器件的性能。本發明實施例的發明人經過進一步研究后發現，可以在形成包括應力層的鰭部，所述應力層將拉應力或壓應力引入至鰭部，即溝道區，提高載流子的遷移率，則可以提高鰭式場效應管的驅動電流。經過進一步研究，本發明實施例的發明人提供了一種鰭式場效應管的結構，包括基底；位于所述基底表面鰭部，所述鰭部包括兩個位于所述基底表面、且相互分立的子鰭部，及位于兩個子鰭部之間且與所述子鰭部接觸的應力層，所述應力層的表面與所述子鰭部的表面齊平。然而，由于鰭式場效應管的鰭部的寬度較小，在形成上述鰭式場效應管的結構時，一旦形成方法不當，則容易造成應力層或子鰭部發生斷裂或滑動，嚴重影響器件的性能和器件的合格率。經過進一步研究，本發明實施例的發明人還提供了一種鰭式場效應管的形成方法。為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。請參考圖2，本發明實施例的鰭式場效應管的形成方法，包括步驟S201，提供基底；形成位于所述基底表面的硅薄膜；形成位于所述硅薄膜表面的硬掩膜層；形成位于所述硬掩膜層表面的第一開口的圖案層，所述第一開口定義出鰭部的形狀；形成覆蓋所述第一開口的側壁的側墻；步驟S203，以所述側墻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口 ；步驟S205，在所述第二開口內形成應力層，所述應力層的表面至少與所述硅薄膜的表面齊平；步驟S207，形成位于所述應力層表面、且位于所述第二開口內的保護層；步驟S209，去除所述圖案層；
步驟S211，在去除所述圖案層之后，形成與所述側墻相對應的兩個子鰭部。請參考圖3 圖11，圖3 圖11示出了本發明實施例的鰭式場效應管的形成過程的剖面結構示意圖。請參考圖3，提供基底300 ;形成位于所述基底300表面的硅薄膜301 ;形成位于所述硅薄膜301表面的硬掩膜層303 ;形成位于所述硬掩膜層303表面的具有第一開口(未標示)的圖案層305，所述第一開口定義出鰭部的形狀；形成覆蓋所述第一開口的側壁的側墻 307。所述基底300用于為后續工藝提供工作平臺，所述基底300的材料為氧化硅(oxide)。
·
所述硅薄膜301用于后續形成子鰭部，所述硅薄膜301的厚度至少等于后續形成的子鰭部的厚度。在本發明的實施例中，為使得多柵器件的電路設計更加簡單，更易實現集成化，所述基底300與所述硅薄膜301共同構成絕緣體上硅(SOI)。所述硬掩膜層303用于后續工藝中保護硅薄膜不受損壞，所述硬掩膜層303的材料為氧化硅。所述硬掩膜層303的形成工藝為化學氣相沉積工藝(CVD)或者熱氧化工藝。所述圖案層305具有第一開口，所述第一開口定義出后續形成的鰭部的寬度。在本發明的實施例中，所述第一開口暴露出所述硬掩膜層303表面。通常，所述第一開口的寬度為 7-lOnm。所述圖案層305的材料為SiON。所述圖案層305的形成工藝為等離子體沉積工藝(plasma)。所述圖案層305的形成步驟包括采用等離子體沉積工藝在所述硬掩膜層303表面形成圖案薄膜(未標示)，形成覆蓋所述圖案薄膜的圖形化的光刻膠層(未圖示)，以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述圖案薄膜，形成具有第一開口的圖案層305。所述側墻307至少有兩個作用一是后續工藝中以所述側墻307為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層303和硅薄膜301，形成第二開口，之后在所述第二開口中形成應力層和位于所述應力層表面的保護層；二是后續工藝中以所述側墻307和保護層為掩膜，去除所述硅薄膜301，形成子鰭部。所述側墻307的材料不同于圖案層305和硬掩膜層303的材料。在本發明的實施例中，所述側墻307的材料為氮化硅(SiN)或多晶硅(poly)。所述側墻307的形成工藝為沉積工藝，例如物理或化學氣相沉積工藝。所述側墻307的寬度與后續形成的子鰭部的寬度有關。通常，所述側墻307的寬度為l-3nm，并且，當所述側墻307的寬度為2-3nm時，后續形成的鰭式場效應管的驅動電流大，器件的性能好。需要說明的是，在本發明的實施例中，在形成側墻307時還同時形成了覆蓋所述圖案層305的表面和第一開口底部的側墻薄膜(未標不)。請參考圖4，以所述側墻307為掩膜依次刻蝕所述第一開口底部的側墻薄膜、硬掩膜層303和硅薄膜301，形成第二開口 309。刻蝕所述第一開口底部的側墻薄膜、硬掩膜層303和硅薄膜301的工藝為干法刻蝕工藝。由于所述干法刻蝕工藝已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。所述第二開口 309用于后續填充應力材料形成應力層。所述第二開口 309的寬度與第一開口的寬度和側墻307的寬度相關，通常，所述第二開口 309的寬度為l_5nm。在本發明的實施例中，所述第二開口 309的寬度為3-4nm。請參考圖5，在所述第二開口 309內形成應力層311，所述應力層311的表面至少與所述硅薄膜301的表面齊平。所述應力層311用于和后續形成在應力層311兩側的子鰭部共同構成鰭部。由于所述應力層311的材料與子鰭部的材料具有不同的晶格常數，可以將拉應力或者壓應力引入至鰭部，即引入拉應力或壓應力至溝道區，提高載流子的遷移率，從而提高鰭式場效應管的驅動電流。在本發明的實施例中，所述應力層311的材料為SiGe或SiC。由于所述應力層311用于后續形成鰭部，若所述應力層的厚度太小，則后續還需要拋光所述子鰭部，形成工藝復雜，并且造成了材料的浪費。因此，所述應力層311的厚度通常大于或等于硅薄膜301的厚度，即所述應力層311的表面至少與所述硅薄膜301的表 面齊平。在本發明的實施例中，優選所述應力層311的表面與所述硅薄膜301的表面齊平。所述應力層311的寬度與所述第二開口的寬度一致，通常，所述應力層311的寬度為l-5nm。在本發明的實施例中，所述第二開口的寬度為3-4nm。請參考圖6，形成位于所述應力層311表面、且位于所述第二開口 309內的保護層313。所述保護層313用于保護后續工藝中應力層311不受損壞，并且所述保護層313還用于后續工藝中保護側墻307，防止后續去除圖案層后側墻307發生斷裂或滑動。所述保護層313的材料與所述側墻307的材料相同；或者所述保護層313的材料與所述硬掩膜層303的材料相同。在本發明的實施例中，所述保護層313的材料為氧化硅或氮化硅。請參考圖7，去除覆蓋所述圖案層305表面的側墻薄膜。去除所述圖案層305表面的側墻薄膜的目的是為了便于后續去除圖案層和形成子鰭部。在本發明的實施例中，去除所述圖案層305表面的側墻薄膜采用的工藝為化學機械拋光工藝或刻蝕工藝。由于所述化學機械拋光工藝或刻蝕工藝已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。請參考圖8,去除所述圖案層。去除所述圖案層便于后續以所述側墻為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層303和硅薄膜301，形成子鰭部。需要說明的是，在去除所述圖案層后，雖然側墻307的寬度較小，但是由于保護層313的存在，所述側墻307不易發生斷裂或移動。請參考圖9，以所述側墻307和保護層313為掩膜刻蝕所述硬掩膜層，形成第一結構314，暴露出所述硅薄膜301表面。刻蝕所述硬掩膜層的工藝為干法刻蝕工藝，由于所述干法刻蝕工藝為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。所述第一結構314由硬掩膜層刻蝕之后得到，用于后續作為掩膜形成子鰭部。請參考圖10，在形成所述第一結構314后，以第一結構314和保護層313為掩膜刻蝕所述硅薄膜，形成子鰭部315。
為便于后續工藝的進行，在形成所述第一結構314后，去除所述側墻。刻蝕所述硅薄膜的工藝為干法刻蝕工藝，由于所述干法刻蝕工藝為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。所述子鰭部315由硅薄膜刻蝕后形成，因此，所述子鰭部315的材料為Si。通常，所述子鰭部315的寬度為l_3nm。在本發明的實施例中，所述子鰭部315的寬度為2_3nm。需要說明的是，在本發明的其他實施例中，也可以不去除所述側墻和部分保護層313，而是直接以所述側墻和保護層為掩膜，依次刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜301。需要說明的是，實際形成鰭式場效應晶體管的過程中，所得到的子鰭部315的尺寸也許會存在偏差，可以將所述子鰭部315進行適當的修剪(striming)，以達到所需的尺寸。
另外，為便于后續步驟，還需要去除所述第一結構314和保護層313。請參考圖11，去除所述第一結構314和保護層313，形成鰭部。去除所述第一結構314和保護層313的工藝為刻蝕工藝或者化學機械拋光工藝。由于所述干法刻蝕工藝或者化學機械拋光工藝為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。上述步驟完成之后，本發明實施例的鰭式場效應晶體管的鰭部已制作完成。本發明實施例的鰭式場效應管的形成方法中，在所述第一開口的側壁形成側墻，所述側墻具有兩個用途一是以所述側墻為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口，之后在所述第二開口中形成應力層和位于所述應力層表面的保護層；二是以所述側墻和保護層為掩膜，去除所述硅薄膜，形成子鰭部。所述鰭式場效應管的形成工藝簡單，并且由于形成應力層時是在第二開口中形成，受到所述第二開口兩側的硅薄膜的保護，不易發生移動或斷裂，而后續形成子鰭部時，又受到所述應力層的保護，也不易發生移動或斷裂，形成的鰭式場效應管的性能穩定。請繼續參考圖11，采用本發明實施例的方法形成的鰭式場效應管的結構包括基底300 ；位于所述基底300表面鰭部，所述鰭部包括兩個位于所述基底300表面、且相互分立的子鰭部315，及位于兩個子鰭部315之間且與所述子鰭部315接觸的應力層311，所述應力層311的表面與所述子鰭部315的表面齊平。其中，所述基底300的材料為氧化硅。所述應力層311的材料為SiGe或SiC。通常，所述應力層311的寬度為l_5nm。在本發明的實施例中，所述應力層311的寬度為3-4nm。所述子鰭部315的材料為Si。通常所述子鰭部315的寬度為l_3nm。在本發明的實施例中，所述子鰭部315的寬度為2-3nm。本發明實施例的鰭式場效應管，由于所述應力層的晶格常數不同于子鰭部的晶格常數，因此所述應力層會在溝道區內引入拉應力或壓應力，從而提高了溝道區內載流子的遷移率，提高了鰭式場效應管的驅動電流，改善了器件的性能。綜上，本發明實施例的鰭式場效應管的鰭部包括兩個分立的子鰭部及位于兩個子鰭部之間且與所述子鰭部接觸的應力層。由于所述應力層的晶格常數不同于子鰭部的晶格常數，因此所述應力層會在溝道區內引入拉應力或壓應力，從而提高了溝道區內載流子的遷移率，提高了鰭式場效應管的驅動電流，改善了器件的性能。
本發明實施例的鰭式場效應管的形成方法中，在所述第一開口的側壁形成側墻，所述側墻具有兩個用途一是以所述側墻為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口，之后在所述第二開口中形成應力層和位于所述應力層表面的保護層；二是以所述側墻和保護層為掩膜，去除所述硅薄膜，形成子鰭部。所述鰭式場效應管的形成工藝簡單，并且由于形成應力層時是在第二開口中形成，受到所述第二開口兩側的硅薄膜的保護，不易發生移動或斷裂，而后續形成子鰭部時，又受到所述應力層的保護，也不易發生移動或斷裂，形成的鰭式場效應管的性能穩定。 本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種鰭式場效應管的結構，包括 基底； 其特征在于，還包括 位于所述基底表面鰭部，所述鰭部包括兩個位于所述基底表面、且相互分立的子鰭部，及位于兩個子鰭部之間且與所述子鰭部接觸的應力層，所述應力層的表面與所述子鰭部的表面齊平。
2.如權利要求I所述的鰭式場效應管的結構，其特征在于，所述應力層的材料為SiGe或 SiC。
3.如權利要求I所述的鰭式場效應管的結構，其特征在于，所述子鰭部的材料為Si。
4.如權利要求I所述的鰭式場效應管的結構，其特征在于，所述應力層的寬度為l-5nm，所述子鰭部的寬度為l-3nm。
5.如權利要求I或4所述的鰭式場效應管的結構，其特征在于，所述應力層的寬度為3-4nm,所述子鰭部的寬度為2_3nm。
6.如權利要求I所述的鰭式場效應管的結構，其特征在于，所述基底為絕緣體上硅或氧化硅。
7.—種鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，包括 提供基底；形成位于所述基底表面的硅薄膜；形成位于所述硅薄膜的表面的硬掩膜層；形成位于所述硬掩膜層表面的具有第一開口的圖案層，所述第一開口定義出鰭部的形狀；形成覆蓋所述第一開口的側壁的側墻； 以所述側墻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口 ； 在所述第二開口內形成應力層，所述應力層的表面至少與所述硅薄膜的表面齊平； 形成位于所述應力層表面、且位于所述第二開口內的保護層；去除所述圖案層； 在去除所述圖案層之后，形成與所述側墻相對應的兩個子鰭部。
8.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述應力層的材料為SiGe 或 SiC。
9.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述側墻的寬度為1-3nm。
10.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述側墻的寬度為2-3nm。
11.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述第二開口的寬度為 l_5nm0
12.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述第二開口的寬度為 3_4nm。
13.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為氧化硅。
14.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜的形成工藝為熱氧化工藝或化學氣相沉積工藝。
15.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述圖案層的材料為SiON。
16.如權利要求7或15所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述圖案層的形成工藝為等離子體沉積工藝。
17.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述側墻的材料為SiN或多晶硅。
18.如權利要求7所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述保護層的材料與所述側墻的材料相同；或者所述保護層的材料與所述硬掩膜層的材料相同。
19.如權利要求7所 述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，所述子鰭部的形成步驟為以所述側墻和保護層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，形成第一結構；在形成所述第一結構之后，去除所述側墻；以所述第一結構和保護層為掩膜刻蝕所述硅薄膜，形成子鰭部。
20.如權利要求19所述的鰭式場效應管的形成方法，其特征在于，還包括去除所述第一結構和保護層，形成鰭部。
全文摘要
本發明實施例提供了一種鰭式場效應管的形成方法，包括提供基底；依次形成位于所述基底表面的硅薄膜、硬掩膜層、具有第一開口的圖案層和覆蓋所述第一開口的側壁的側墻；以所述側墻為掩膜刻蝕所述硬掩膜層和硅薄膜，形成第二開口；在所述第二開口內形成應力層，所述應力層的表面至少與所述硅薄膜的表面齊平；形成位于所述應力層表面、且位于所述第二開口內的保護層；去除所述圖案層；在去除所述圖案層之后，形成與所述側墻相對應的兩個子鰭部。本發明實施例還提供了一種采用上述形成方法形成的鰭式場效應管，所述鰭式場效應管的溝道區內的載流子遷移率高，驅動電流大，器件性能好。
文檔編號H01L21/336GK102956701SQ20111025270
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者三重野文健 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司