[发明专利]鳍式场效应管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种鳍式场效应管及其形成方法。

背景技术

随着半导体工艺技术的不断发展，随着工艺节点逐渐减小，后栅（gate-last）工艺得到了广泛应用，来获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸（CD，Critical Dimension）进一步下降时，即使采用后栅工艺，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应管（Fin FET）作为常规器件的替代得到了广泛的关注。

图1示出了现有技术的一种鳍式场效应管的立体结构示意图。如图1所示，包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出的鳍部14，鳍部14一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；第一介质层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部14的侧壁的一部分；金属栅极结构12，横跨在所述鳍部14上，覆盖所述鳍部14的顶部和侧壁，金属栅极结构12包括位于鳍部侧壁和表面的高K栅介质层（图中未示出）和位于高K栅介质层上的金属栅电极（图中未示出）；第二介质层（图中未示出），覆盖所述第一介质层11表面和鳍部14，第二介质层的表面与金属栅极结构12的表面齐平。

更多关于鳍式场效应管请参考专利号为“US7868380B2”的美国专利。

但现有形成的鳍式场效应管的金属栅极结构与源漏区接触区的寄生电容较大，影响鳍式场效应管稳定性。

发明内容

本发明解决的问题是现有形成的鳍式场效应管的金属栅极结构与源漏区接触区的寄生电容较大，影响鳍式场效应管稳定性。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有鳍部；在所述鳍部上形成横跨鳍部表面和侧壁的牺牲栅极；在所述半导体衬底表面形成介质层，所述介质层表面与牺牲栅极的表面平齐；去除所述牺牲栅极形成第一凹槽；在所述第一凹槽填充满金属，形成金属栅极；去除部分厚度的所述金属栅极，形成第二凹槽，在所述第二凹槽中填充满隔离层，所述隔离层中具有空气隙。

可选的，第二凹槽的深度大于等于第二凹槽的宽度。

可选的，所述第二凹槽的深度小于等于60纳米，宽度小于等于30纳米。

可选的，所述隔离层的材料为SiN、SiON或SiOCN。

可选的，所述填充第二沟槽的工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺。

可选的，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的沉积腔的压力为0.3~0.5托。

可选的，所述金属栅极的材料为钨。

可选的，去除部分厚度的金属栅极的工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺采用的溶液为乙二醇和氢氟酸的混合溶液。

可选的，乙二醇和氢氟酸的混合溶液中乙二醇的质量百分比浓度为94%~97%，氢氟酸的质量百分比浓度为4%~6%。

可选的，在第一凹槽中填充满金属之前，在第一凹槽的侧壁和底部形成高K栅介质层。

可选的，所述高K栅介质层的材料为氧化铪、氧化硅铪、氮氧化硅铪、氧化铪钽、氧化铪钛、氧化铪锆中的一种或几种。

可选的，去除部分厚度的所述金属栅极后，再去除第一凹槽侧壁的部分高度的所述高K栅介质层，所述高K栅介质层被去除的高度与金属栅极被去除的厚度相等。

可选的，刻蚀所述高K栅介质层采用的工艺为湿法刻蚀工艺，湿法刻蚀工艺采用的溶液为稀释的乙二酸溶液。

可选的，所述乙二酸溶液的质量百分比浓度为30%~60%。

本发明技术方案还提供了一种鳍式场效应管，包括：半导体衬底，位于所述半导体衬底上的鳍部；横跨所述鳍部的表面和侧壁的金属栅极结构；位于所述半导体衬底表面的介质层，所述介质层覆盖所述鳍部和金属栅极结构，所述介质层的表面高于金属栅极结构的顶部表面；位于所述介质层中暴露所述金属栅极结构顶部表面的第二凹槽；填充满所述第二凹槽的隔离层，所述隔离层中具有空气隙。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：