鰭式場效應晶體管及其形成方法技術

一種鰭式場效應晶體管及其形成方法，所述鰭式場效應晶體管的形成方法包括：提供半導體襯底，形成硬掩膜層，所述硬掩膜層為長條狀；形成橫跨硬掩膜層偽柵結構，包括偽柵極和第一側墻、第二側墻；在半導體襯底上形成表面與偽柵結構表面齊平的介質層；去除偽柵極，形成第一凹槽；以硬掩膜層為掩膜刻蝕半導體襯底，形成第一子鰭部；在第一凹槽內形成第一金屬柵結構；去除第一側墻，形成第二凹槽；以硬掩膜層為掩膜刻蝕半導體襯底，形成第二子鰭部；在第二凹槽內形成第二金屬柵結構；去除第二側墻，形成第三凹槽；以硬掩膜層為掩膜刻蝕半導體襯底，形成第三子鰭部；在第三凹槽內形成第三金屬柵結構。上述方法可以提高形成的鰭式場效應晶體管的性能。

Fin field effect transistor and method of forming the same

A fin field effect transistor and its forming method, including the method of forming the fin field effect transistor: providing a semiconductor substrate, forming a hard mask layer, the hard mask layer is strip-shaped; forming a hard mask layer across the dummy gate structure, including the dummy gate and the first side wall and the second side wall forming medium; the surface layer and the dummy gate structure flush surface on a semiconductor substrate; forming a first groove to remove the pseudo gate; to the hard mask layer as a mask for etching the semiconductor substrate, forming a first sub fin; forming a first metal gate structure in the first groove; removing the first side wall, forming a second hard mask layer is in recess; mask etching the semiconductor substrate to form second sub fin; forming a second metal gate structure in the second groove; the removal of second side walls, third groove is formed; with the hard mask layer as a mask for etching semiconductor A third metal gate structure is formed in the third groove and is formed in the third groove. The above method can improve the performance of the fin field effect transistor.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體
，特別涉及一種鰭式場效應晶體管及其形成方法。
技術介紹
隨著半導體工藝技術的不斷發展，工藝節點逐漸減小，后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應用，以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，鰭式場效應晶體管(Fin FET)作為一種多柵器件得到了廣泛的關注。圖1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1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20，鰭部20一般是通過對半導體襯底10刻蝕后得到的；介質層30，覆蓋所述半導體襯底10的表面以及鰭部20的側壁的一部分；柵極結構，橫跨在所述鰭部20上，覆蓋所述鰭部20的部分頂部和側壁，柵極結構包括柵介質層41和位于柵介質層上的柵極42。對于鰭式場效應晶體管，鰭部20的頂部以及兩側的側壁與柵極結構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。所述柵極結構可以同時橫跨一個或兩個以上的鰭部。現有技術形成的鰭式場效應晶體管的性能還有待進一步的提高。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種鰭式場效應晶體管及其形成方法，提高形成的鰭式場效應晶體管的性能。為解決上述問題，本專利技術提供一種鰭式場效應晶體管的形成方法，包括：一種鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底；形成覆蓋部分半導體襯底表面的硬掩膜層，所述硬掩膜層為長條狀；形成橫
跨所述硬掩膜層偽柵結構，所述偽柵結構覆蓋部分硬掩膜層的頂部和側壁，包括偽柵極和分別位于偽柵極兩側的第一側墻、第二側墻；在所述半導體襯底上形成表面與偽柵結構表面齊平的介質層，所述介質層覆蓋硬掩膜層和偽柵結構側壁；去除偽柵極，形成第一凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第一子鰭部；在所述第一凹槽內形成第一金屬柵結構；去除第一側墻，形成第二凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第二子鰭部；在所述第二凹槽內形成第二金屬柵結構；去除第二側墻，形成第三凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第三子鰭部；在所述第三凹槽內形成第三金屬柵結構。可選的，所述偽柵結構的形成方法包括：在所述半導體襯底表面形成覆蓋硬掩膜層的偽柵極材料層之后，對所述偽柵極材料層進行圖形化，形成橫跨硬掩膜層的偽柵極；在半導體襯底上形成側墻材料層，并刻蝕所述側墻材料層，形成分別位于偽柵極兩側側壁表面的第一側墻和第二側墻。可選的，所述硬掩膜層的材料為氮化硅、氧化硅、氮化鈦或氮化鉭。可選的，所述偽柵極的材料為光刻膠、多晶硅、非晶硅、碳氧化硅或無定形碳。可選的，采用旋涂工藝形成所述偽柵極材料層。可選的，所述第一側墻的材料為氮化硅或氧化硅；第二側墻的材料為氮化硅或氧化硅。可選的，形成兩個以上分立且平行排列的硬掩膜層。可選的，形成所述介質層的方法包括：在所述半導體襯底表面形成覆蓋掩膜層以及偽柵結構的介質材料層；以所述偽柵結構作為停止層，對所述介質材料層進行平坦化，形成介質層，使所述介質層的表面與偽柵結構表面齊平。可選的，所述介質層的材料為氧化硅、碳氧化硅或氮氧化硅。可選的，還包括：在形成所述偽柵結構之后，對所述偽柵結構兩側的半導體襯底進行源漏離子注入，在偽柵結構兩側的半導體襯底內形成源漏極。可選的，所述第一金屬柵結構包括第一柵介質層和位于第一柵介質層表面的第一金屬柵極；所述第二金屬柵結構包括第二柵介質層和位于第二柵介質層表面的第二金屬柵極；所述第三金屬柵結構包括第三柵介質層和位于第三柵介質層表面的第三金屬柵極。可選的，所述第一柵介質層的材料為氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鋁或硅氧化鉿；所述第二柵介質層的材料為氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鋁或硅氧化鉿；所述第三柵介質層的材料為氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鋁或硅氧化鉿。可選的，所述第一金屬柵極、第二金屬柵極和第三金屬柵極分別采用不同的金屬材料。可選的，所述第一金屬柵極的材料為金、銀、鋁、鎢或鈦；所述第二金屬柵極的材料為金、銀、鋁、鎢或鈦；所述第三金屬柵極的材料為金、銀、鋁、鎢或鈦。可選的，采用濕法刻蝕工藝或灰化工藝去除所述偽柵極。可選的，采用濕法刻蝕工藝去除所述第一側墻、第二側墻。可選的，去除所述第一側墻或第二側墻的方法包括：對所述第一側墻或第二側墻進行H2或He注入，然后再采用濕法刻蝕工藝去除所述第一側墻或第二側墻，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為氫氟酸溶液。可選的，采用電容耦合離子注入工藝對所述第一側墻或第二側墻進行H2或He注入，偏置電源功率為0W～500W，壓強為25mTorr～80mTorr，所述氫氟酸溶液的質量濃度為0.5％～2％。可選的，還包括：以半導體襯底作為停止層，對所述介質層、第一金屬柵結構、第二金屬柵結構、第三金屬柵結構以及硬掩膜層進行平坦化處理，去除位于半導體襯底上方的介質層、部分第一金屬柵結構、部分第二金屬柵結構、部分第三金屬柵結構和硬掩膜層，暴露出半導體襯底、第一子鰭部、
第二子鰭部和第三子鰭部的頂部表面。為解決上述問題，本專利技術的技術方案還提供一種采用上述方法形成的鰭式場效應晶體管，包括：半導體襯底，位于半導體襯底上的鰭部；覆蓋部分半導體襯底以及鰭部頂部表面的硬掩膜層，所述硬掩膜層為長條狀；橫跨所述硬掩膜層和鰭部的金屬柵結構，所述金屬柵結構覆蓋鰭部側壁、部分硬掩膜層的頂部和側壁，包括第一金屬柵結構、分別位于第一金屬柵結構兩側的第二金屬柵結構、第三金屬柵結構；位于所述半導體襯底表面與金屬柵結構表面齊平的介質層，所述介質層覆蓋硬掩膜層和金屬柵結構側壁。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點：本專利技術的技術方案所提供的鰭式場效應晶體管中，在半導體襯底上形成硬掩膜層，然后形成橫跨硬掩膜層的偽柵結構，所述偽柵結構包括偽柵極、位于偽柵極兩側的第一側墻和第二側墻；然后在半導體襯底上形成表面與偽柵結構表面齊平的介質層；然后去除偽柵極，形成第一凹槽后刻蝕半導體襯底形成第一子鰭部，在第一凹槽內形成第一金屬柵結構；去除第一側墻，形成第二凹槽后刻蝕半導體襯底形成第二子鰭部，在第二凹槽內形成第二金屬柵結構；去除第二側墻，形成第三凹槽后刻蝕半導體襯底形成第三子鰭部，在第三凹槽內形成第三金屬柵結構。上述方法形成的鰭式場效應晶體管的金屬柵極結構包括第一金屬柵結構、第二金屬柵結構和第三金屬柵結構，可以提高金屬柵結構對于下方的鰭部溝道區域的控制能力，從而提高形成的鰭式場效應晶體管的性能。進一步，所述第一金屬柵結構包括第一柵介質層和位于第一柵介質層表面的第一金屬柵極；所述第二金屬柵結構包括第二柵介質層和位于第二柵介質層表面的第二金屬柵極；所述第三金屬柵結構包括第三柵介質層和位于第三柵介質層表面的第三金屬柵極。所述第一金屬柵極、第二金屬柵極和第三金屬柵極分別采用不同的金屬材料。可以使得不同的金屬柵結構具有不同的功函數，可以提高對溝道區域的控制能力，降低源漏穿通電流，并且，還能夠提高鰭式場效應晶體管的高頻工作性能。進一步，去除所述第一側墻或第二側墻的方法包括：對所述第一側墻或...

【技術保護點】
一種鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底；形成覆蓋部分半導體襯底表面的硬掩膜層，所述硬掩膜層為長條狀；形成橫跨所述硬掩膜層的偽柵結構，所述偽柵結構覆蓋部分硬掩膜層的頂部和側壁，包括偽柵極和分別位于偽柵極兩側的第一側墻、第二側墻；在所述半導體襯底上形成表面與偽柵結構表面齊平的介質層，所述介質層覆蓋硬掩膜層和偽柵結構側壁；去除偽柵極，形成第一凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第一子鰭部；在所述第一凹槽內形成第一金屬柵結構；去除第一側墻，形成第二凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第二子鰭部；在所述第二凹槽內形成第二金屬柵結構；去除第二側墻，形成第三凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第三子鰭部；在所述第三凹槽內形成第三金屬柵結構。

【技術特征摘要】
1.一種鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，包括：提供半導體襯底；形成覆蓋部分半導體襯底表面的硬掩膜層，所述硬掩膜層為長條狀；形成橫跨所述硬掩膜層的偽柵結構，所述偽柵結構覆蓋部分硬掩膜層的頂部和側壁，包括偽柵極和分別位于偽柵極兩側的第一側墻、第二側墻；在所述半導體襯底上形成表面與偽柵結構表面齊平的介質層，所述介質層覆蓋硬掩膜層和偽柵結構側壁；去除偽柵極，形成第一凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第一子鰭部；在所述第一凹槽內形成第一金屬柵結構；去除第一側墻，形成第二凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第二子鰭部；在所述第二凹槽內形成第二金屬柵結構；去除第二側墻，形成第三凹槽，暴露出部分半導體襯底和硬掩膜層表面；以所述硬掩膜層為掩膜刻蝕所述半導體襯底，形成第三子鰭部；在所述第三凹槽內形成第三金屬柵結構。2.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述偽柵結構的形成方法包括：在所述半導體襯底表面形成覆蓋硬掩膜層的偽柵極材料層之后，對所述偽柵極材料層進行圖形化，形成橫跨硬掩膜層的偽柵極；在半導體襯底上形成側墻材料層，并刻蝕所述側墻材料層，形成分別位于偽柵極兩側側壁表面的第一側墻和第二側墻。3.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為氮化硅、氧化硅、氮化鈦或氮化鉭。4.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述偽柵極的材料為光刻膠、多晶硅、非晶硅、碳氧化硅或無定形碳。5.根據權利要求2所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，采用旋涂工藝形成所述偽柵極材料層。6.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述
\t第一側墻的材料為氮化硅或氧化硅；第二側墻的材料為氮化硅或氧化硅。7.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，形成兩個以上分立且平行排列的硬掩膜層。8.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，形成所述介質層的方法包括：在所述半導體襯底表面形成覆蓋掩膜層以及偽柵結構的介質材料層；以所述偽柵結構作為停止層，對所述介質材料層進行平坦化，形成介質層，使所述介質層的表面與偽柵結構表面齊平。9.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述介質層的材料為氧化硅、碳氧化硅或氮氧化硅。10.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，還包括：在形成所述偽柵結構之后，對所述偽柵結構兩側的半導體襯底進行源漏離子注入，在偽柵結構兩側的半導體襯底內形成源漏極。11.根據權利要求1所述的鰭式場效應晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一金屬...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張海洋，張城龍，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31