[发明专利]FinFET器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种FinFET器件制造方法。

背景技术

MOSFET(金属氧化半导体场效应晶体管)是大部分半导体器件的主要构件，当沟道长度小于100nm时，传统的MOSFET中，由于围绕有源区的半导体衬底的半导体材料使源极和漏极区间互动，漏极与源极的距离也随之缩短，产生短沟道效应，这样一来栅极对沟道的控制能力变差，栅极电压夹断(pinch off)沟道的难度也越来越大，如此便使亚阀值漏电(Subthrehhold leakage)现象更容易发生。

鳍式场效晶体管(Fin Field effect transistor，FinFET)是一种新的金属氧化半导体场效应晶体管，其结构通常在绝缘体上硅(SOI)基片上形成，包括狭窄而孤立的硅条(即垂直型的沟道结构，也称鳍片)，鳍片两侧带有栅极结构。FinFET结构使得器件更小，性能更高。

如图1所示，现有技术中一种FinFET包括：衬底10、源极11、漏极12、鳍状应变硅沟道区13、以及围绕在鳍状应变硅沟道区13两侧及上方的导电栅极结构14。其中，源极11、漏极12与鳍状应变硅沟道区13，是通过图案化覆盖于衬底电介质层上的外延硅层以及离子注入工艺获得，所述鳍状应变硅沟道区13厚度极薄，且其凸出的三个面均为受控面，受到栅极的控制。这样，栅极就可以较为容易的在沟道区构造出全耗尽结构，彻底切断沟道的导电通路。

如图2所示，现有技术中大多采用在沟道表面上形成额外的应力层的方法，来提高器件的驱动电流。但是该类方法制得的沟道区域变大，已经不能满足22nm及其以下技术节点对FinFET器件更小尺寸的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FinFET器件制造方法，通过在原沟道区域范围内形成应变硅，保持鳍状沟道的宽长比的同时，增大鳍状沟道的应力，显著提高FinFET器件的驱动电流。

为解决上述问题，本发明提出一种FinFET器件制造方法，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成外延硅层；

图案化所述外延硅层，形成FinFET基体，所述FinFET基体包括源区和漏区以及位于所述源区和漏区之间的沟道区；

形成围绕在所述沟道区两侧和上方的多晶硅虚拟栅极结构；

在所述半导体衬底与FinFET基体上方沉积介质层，并化学机械平坦化至多晶硅虚拟栅极结构顶部；

以所述介质层为掩膜，移除所述多晶硅虚拟栅极结构及其下方的预定义厚度的外延硅层，形成沟道开口；

在所述沟道开口中通过锗硅原位掺杂工艺生长应变锗硅层，形成应变硅沟道；

形成围绕在所述应变硅沟道两侧和上方的栅极结构。

进一步的，所述沟道区为沙漏状或条状。

进一步的，所述介质层包括氧化层和氮化层。

进一步的，移除所述多晶硅虚拟栅极结构及其下方的预定义厚度的外延硅层时，所述预定义厚度为10nm～200nm。

进一步的，在所述应变锗硅层中，锗离子的浓度为5％～35％。

进一步的，其特征在于形成应变硅沟道之后还包括向所述应变锗硅层中注入氟离子。

进一步的，所述应变硅沟道还包括应变碳硅层，通过向所述沟道开口下方的外延硅层中注入碳离子形成，或者在所述应变锗硅层上方的沟道开口中继续通过碳硅原位掺杂工艺形成，其厚度与所述应变锗硅层的厚度之和为所述预定义厚度。

进一步的，所述应变碳硅层中碳离子的浓度2％～13％。

进一步的，在形成围绕在所述应变硅沟道两侧和上方的栅极结构之后，还包括：

以所述栅极结构为掩膜，对所述源区和漏区进行轻掺杂源/漏区离子注入以及源/漏极离子注入，形成源极和漏极；

移除所述介质层，在所述半导体衬底、FinFET基体及栅极结构上方沉积应力高于所述介质层的应力材料层。

与现有技术相比，本发明提供的FinFET器件制造方法及结构，在鳍形沟道区原本位置处形成鳍形应变锗硅沟道，保持鳍形沟道原有的宽长比以及尺寸的同时，增大了沟道应力，提高了FinFET器件的驱动电流；同时，沙漏状的鳍形应变锗硅沟道比条状的宽长比性能更高，包括应变锗硅层和应变碳硅层的鳍形应变硅沟道的应力性能更高，栅极结构及FinFET基体上方形成有高应力的应力材料层的沟道区应力性能更高，以此获得的FinFET器件的驱动电流更高。

附图说明

图1A是现有技术的一种FinFET的立体结构示意图；