鳍式场效应晶体管装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种鳍式场效应晶体管装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，晶体管是集成电路中的关键元件。为了提高晶体管的工作速度，需要提高晶体管的驱动电流。又由于晶体管的驱动电流正比于晶体管的栅极宽度，因此要提高驱动电流，需要增加栅极宽度。但是，增加栅极宽度与半导体本身尺寸按比例缩小相冲突，于是发展出了鳍式场效应晶体管(FinFET)。
[0003]半导体工业为了追求更高的器件密度、更高的性能以及更低的成本，已进入纳米技术工艺节点，来自制造以及设计问题的挑战导致了诸如鳍式场效应晶体管(FinFET)的三维设计的发展。鳍式场效应晶体管可利用一般金属氧化物半导体场效应晶体管的技术制造。典型的FinFET被制造为具有薄的、自衬底延伸的纵向“鳍”(或鳍状结构)，该鳍或鳍状结构通过例如刻蚀掉衬底的硅层的一部分来制造。FinFET的沟道形成于这种纵向鳍状件中。栅极设置在鳍状件上方(例如，包裹)。沟道的两边均具有栅极，允许来自每一边的沟道的栅极控制。另外，在FinFET的源极/漏极(S/D)部分中的、采用选择性生长的锗化硅(SiGe)的应变材料可用于增强载流子迁移率。
[0004]然而，现有的鳍式场效应晶体管的鳍状结构通常在靠近衬底的地方比较宽，远离衬底的地方比较窄，从而减小了栅极和鳍状结构的接触面积，降低了 FinFET的控制性能。
【发明内容】
[0005]本申请旨在提供一种鳍式场效应晶体管装置及其制造方法，能够提高鳍式场效应晶体管的控制性能。
[0006]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种鳍式场效应晶体管装置，包括半导体衬底和设置在半导体衬底上的鳍状结构，鳍状结构包括支撑柱和加宽层，支撑柱设置在半导体衬底上，加宽层设置在支撑柱上。
[0007]进一步地，支撑柱的厚度是加宽层的1.5?2.5倍。
[0008]进一步地，加宽层的宽度是支撑柱的2.5?3.5倍。
[0009]进一步地，支撑柱位于加宽层的正下方。
[0010]进一步地，加宽层设置在支撑柱的远离半导体衬底的一端，且加宽层的上表面为弧形面，弧形面沿远离半导体衬底的方向凸起。
[0011]进一步地，鳍式场效应晶体管装置还包括介质层，介质层设置在半导体衬底上并位于鳍状结构的外周。
[0012]进一步地，鳍状结构的厚度为介质层的厚度的10?15倍。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种鳍式场效应晶体管装置的制造方法，在半导体衬底上生长出包括支撑柱和加宽层的鳍状结构，并使加宽层位于支撑柱上。
[0014]进一步地，在半导体衬底上生长鳍状结构的步骤包括:在半导体衬底上形成带有通孔的刻蚀层；在通孔内及通孔的外围生长形成鳍状结构，鳍状结构的位于通孔内的部分形成支撑柱，鳍状结构的位于通孔的外围的部分形成加宽层。
[0015]进一步地，形成带有通孔的刻蚀层的步骤包括:在半导体衬底上生长形成介质层；在介质层上生长形成掩膜层；在由介质层和掩膜层形成的刻蚀层上刻蚀形成通孔。
[0016]进一步地，利用干法或湿法刻蚀形成通孔。
[0017]进一步地，利用化学气相沉积或原子沉积形成鳍状结构。
[0018]进一步地，在生长形成鳍状结构的过程中进行原位掺杂。
[0019]进一步地,原位掺杂的浓度1E+13?lE+21atoms/cm3。
[0020]进一步地，原位掺杂的温度为600°C?800°C。
[0021]进一步地，形成鳍状结构之后还包括:将掩膜层刻蚀掉。
[0022]进一步地，刻蚀掉掩膜层之后还包括:对鳍状结构进行抛光处理。
[0023]进一步地，利用H2或D2对鳍状结构进行抛光处理。
[0024]应用本申请的技术方案，鳍式场效应晶体管装置包括半导体衬底和设置在半导体衬底上的鳍状结构。该鳍状结构包括支撑柱和加宽层，支撑柱设置在半导体衬底上，加宽层设置在支撑柱上。根据本申请的鳍式场效应晶体管装置，由于鳍状结构包括支撑柱和设置在支撑柱上的加宽层，这样加宽层的最大横截面积大于支撑柱的最大横截面积，当在鳍状结构的外周设置栅极时，鳍状结构与栅极的连接界面更加稳定，并增大了栅极与鳍状结构的接触面积，从而提高整个鳍式场效应晶体管的控制性能，使载流子输运更加可靠且使栅极与外延层的界面稳定性得到提高。
【附图说明】
[0025]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0026]图1示意性示出了本申请的一种优选的鳍式场效应晶体管装置的剖面图；
[0027]图2示意性示出了本申请的一种优选的鳍式场效应晶体管装置的制造方法的流程图；
[0028]图3示意性示出了本申请的一种在半导体衬底上形成刻蚀层之后的基体的剖面图；
[0029]图4示意性示出了在图3所示的刻蚀层上刻蚀形成通孔后的基体的剖面图；以及
[0030]图5示意性示出了在图4所示的通孔及通孔外围形成鳍状结构后的基体的剖视图。
[0031]附图标记说明:
[0032]10、半导体衬底；20、鳍状结构；21、支撑柱；22、加宽层；221、弧形面；30、通孔；
40、刻蚀层；41、介质层；42、掩I旲层。
【具体实施方式】
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0035]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0036]在本申请中，术语“厚度”是指对于某个结构，其横截面上沿垂直于半导体衬底的方向的尺寸，术语“宽度”是指对于某个结构，其横截面上沿平行于半导体衬底的方向的尺寸。
[0037]下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0038]正如【背景技术】中所介绍的，现有的鳍式场效应晶体管装置的鳍状结构通常是在半导体衬底上刻蚀掉一部分衬底而形成，这种在半导体衬底上刻蚀形成鳍式场效应晶体管的方式容易对半导体衬底造成损伤，从而降低了半导体器件的性能。现有技术中也有用外延生长的工艺来制作鳍式场效应晶体管装置，而通常的方式是通过外延生长出柱状或锥状的鳍状结构，这种柱状或锥状的鳍状结构与栅极的接触面积较小，使得整个鳍式场效益晶体管装置的控制不够灵敏，从而降低了整个鳍式场效应晶体管的调制性能。
[0039]为了解决现有技术中鳍式场效应晶体管装置存在的上述缺陷，本申请提供了一种鳍式场效应晶体管装置。下面结合附图介绍本申请的鳍式场效应晶体管装置的一种优选的实施方式。
[0040]参见图1所示，本申请的鳍式场效应晶体管装置包括半导体衬底10和设置在半导体衬底10上的鳍状结构20，本实施方式中的半导体衬底10的材质可以是硅也可以是其他半导体材料，鳍状结构20的材质可以与半导体衬底10的一样，还可以是经原位掺杂处理之后的半导体材料。该鳍状结构20包括支撑柱21和加宽层22，支撑柱21设置在半导体衬底10上，加宽层22设置在支撑柱21上。根据本实施方式，由于鳍状结构20包括支撑柱21和设置在支撑柱21上的加宽层22，使得加宽层22的最大横截面积大于支撑柱21的最大横截面积，当在鳍状结构20的外周设置栅极时，鳍状结构20与栅极的连接更加稳定，并增大了栅极与鳍状结构20的接触面积，从而提高整个鳍式场效应晶体管的控制性能，使载流子输运更加可靠且使栅极与鳍状结构20的连接界面稳定性得到提高。
[0041]再次参见图1所示的鳍式场效应晶体管装置，支撑柱21的厚度是加宽层22的厚度的1.5?2.5倍，例如2倍。当在鳍状结构20的外周设置栅极之后，能够进一步保证整个结构的稳定性，从而提高鳍式场效应晶体管装置的控制性能和结构强度。
[0042]优选地，加宽层22的宽度是支撑柱21的宽度的2.5?3.5倍，例如3倍。与支撑柱21和加宽层22的厚度比一样，将加宽层22的宽度设置为支撑柱21的宽度的2.5?3.5倍，能够提高整个鳍式场效应晶体管装置的结构稳定性，同时有效增加了栅极和鳍状结构20的接触面积，提高了鳍式场效应晶体管装置的控制性能。
[0043]优选地，支撑柱21位于加宽层22的正下方，参见图1所示。在鳍状结构20的外周设置栅极之后，由于支撑柱21设置在加宽层22的正下方，能够使得整个栅极与鳍状结构20的配合更加紧密和稳定，避免栅极与鳍状结构20因配合不均而造成整个鳍式场效应晶体管装置的控制不良的问题，提高了鳍式场效应晶体管装置控制性能。在本实施方式中，鳍状结构20的横截面的呈T字形，如图1所示，结构简单，易