[发明专利]具有SiGe沟道的鳍式场效应晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种具有SiGe沟道的鳍式场效应晶体管及其形成方法。

背景技术

金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)已经为集成电路行业服务了四十多年。人们发明了各种各样的巧妙技术使其特征尺寸不断缩小，但是并没有改变它的基本结构。然而，集成电路设计窗口，包括性能、动态功耗、静态功耗和器件容差，已经缩小到不得不需要发明一种新的晶体管结构的地步。随着栅长的不断缩小，MOSFET的转移特性(Ids-Vgs)发生退化，主要表现在两个方面。一是亚阈值斜率变大和阈值电压降低，也就是说，通过降低栅电极电压Vgs不能使得MOS器件关断得很好。另一方面是，亚阈值斜率和阈值电压均对栅长的变化特别敏感，也就是说，MOS器件的工艺容差变得非常差，该现象被称为短沟道效应。

一方面为了有效地抑制短沟道效应，研究人员提出了一种器件结构，该器件结构使得半导体沟道仅仅存在于非常靠近栅的地方，能够消除远离栅的所有漏电通道。由于此时该半导体沟道足够地薄，其形状看起来像一条鱼的鳍(Fin)，因而研究人员形象地称其为鳍式场效应晶体管(FinFET)。FinFET器件可以大幅增强栅对沟道的控制能力，有效地抑制了短沟道效应，使其具有驱动电流大、关态电流小、器件开关比高、成本低、晶体管密度高等优点。Fin的材料可以采用廉价的体Si衬底或绝缘体上硅衬底(SOI)来加工。

另一方面，随着器件尺寸的不断缩小，Si材料较低的迁移率已成为制约器件性能的主要因素。为了不断提升器件的性能，必须采取措施提高沟道内载流子迁移率，目前业界广泛采用的是应变硅技术。由于应变SiGe具有比Si更高的迁移率，针对MOSFET，可采用SiGe沟道技术，即在沟道区域采用应变SiGe材料，以提升MOSFET器件的电学性能。

在沟道区生长SiGe材料时，通常采用的方法为化学气相淀积(CVD)工艺在沟道区选择性生长SiGe薄膜，工艺复杂，质量不易控制，尤其是高Ge含量(Ge含量大于30％)的应变SiGe薄膜的选择性外延工艺，对衬底表面预处理和外延温度有及其严格的要求，工艺窗口窄，且外延设备较为昂贵，成本也较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述FinFET沟道中难以形成质量好的SiGe薄膜、工艺复杂且生产成本高的问题。本发明旨在提出一种简单易行且成本低的具有SiGe沟道的鳍式场效应晶体管及其形成方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的具有SiGe沟道的鳍式场效应晶体管的形成方法可以包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成Si鳍形结构；向所述Si鳍形结构注入含有Ge元素的原子、分子、离子或等离子体，以形成SiGe层；在所述SiGe层上形成栅堆叠结构。

根据本发明上述实施例的具有SiGe沟道的鳍式场效应晶体管的形成方法，可以得到具有厚度较薄、质量较好的SiGe沟道区的FinFET，该方法具有简单易行、成本低的优点。

可选地，根据本发明实施例的具有SiGe沟道的鳍式场效应晶体管的形成方法还具有如下技术特征：

在本发明的一个实施例中，还包括：向所述Si鳍形结构注入所述含有Ge元素的原子、分子、离子或等离子体的同时，注入含B或P或As元素的原子、分子、离子或等离子体，以对所述SiGe层进行掺杂。

在本发明的一个实施例中，通过选择性外延工艺形成所述Si鳍形结构。

在本发明的一个实施例中，通过光刻和刻蚀工艺形成所述Si鳍形结构，其中，所述衬底是表层为Si材料的衬底。

在本发明的一个实施例中，所述注入的方法包括离子注入。

在本发明的一个实施例中，所述离子注入包括等离子体源离子注入和等离子体浸没离子注入。

在本发明的一个实施例中，所述注入的方法包括磁控溅射。

在本发明的一个实施例中，在利用所述磁控溅射注入的过程中，在所述衬底上加载负偏压。

在本发明的一个实施例中，还包括：去除所述磁控溅射在所述SiGe层之上形成的Ge薄膜。

在本发明的一个实施例中，利用对SiGe和Ge具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述Ge薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述注入的过程中对所述衬底加热，加热温度为100-900℃。

在本发明的一个实施例中，还包括，在所述注入之后，对SiGe层退火，退火温度为100-900℃。

在本发明的一个实施例中，所述SiGe层为应变SiGe层。