鳍式场效应管的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制作领域技术，特别涉及一种鳍式场效应管的形成方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体工艺技术的不断发展，半导体工艺节点遵循摩尔定律的发展趋势不断 减小。为了适应工艺节点的减小，不得不不断缩短M0SFET场效应管的沟道长度。沟道长度 的缩短具有增加芯片的管芯密度，增加M0SFET场效应管的开关速度等好处。
[0003] 然而，随着器件沟道长度的缩短，器件源极与漏极间的距离也随之缩短，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，使得 亚阈值漏电（subthreshold leakage)现象，即所谓的短沟道效应（SCE:short_channel effects)更容易发生。
[0004] 因此，为了更好的适应器件尺寸按比例缩小的要求，半导体工艺逐渐开始从平面 M0SFET晶体管向具有更高功效的三维立体式的晶体管过渡，如鳍式场效应管（FinFET)。 FinFET中，栅极至少可以从两侧对超薄体（鳍部）进行控制，具有比平面M0SFET器件强得 多的栅对沟道的控制能力，能够很好的抑制短沟道效应；且FinFET相对于其他器件，具有 更好的现有的集成电路制作技术的兼容性。
[0005] 随着半导体技术的不断发展，载流子迀移率增强技术获得了广泛的研究和应用， 提高沟道区的载流子迀移率能够增大鳍式场效应管的驱动电流，提高鳍式场效应管的性 能。
[0006] 现有半导体器件制作工艺中，由于应力可以改变硅材料的能隙和载流子迀移率， 因此通过应力来提高鳍式场效应管的性能成为越来越常用的手段。具体地，通过适当控制 应力，可以提高载流子（NM0S鳍式场效应管中的电子，PM0S鳍式场效应管中的空穴）迀移 率，进而提尚驱动电流，以极大地提尚鑛式场效应管的性能。
[0007] 然而，现有技术形成的应力层质量差，导致鳍式场效应管的电学性能低下。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的问题是提供一种鳍式场效应管的形成方法，提高形成的鳍式场效应 管的性能。
[0009] 为解决上述问题，本发明提供一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供衬底，所 述衬底表面形成有若干分立的鳍部；在所述衬底表面形成隔离层，所述隔离层顶部低于所 述鳍部顶部且覆盖于鳍部的部分侧壁表面；形成覆盖于鳍部侧壁表面的侧墙层，且所述侧 墙层暴露出鳍部的顶部表面；对所述鳍部的顶部进行选择性氮化处理，将部分厚度的鳍部 转化为半导体氮化层；采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除所述半导体氮化层，以使相邻侧墙层和 剩余的鳍部之间构成开口；在所述开口内填充应力层。
[0010] 可选的，所述选择性氮化处理对鳍部材料的氮化速率大于对隔离层材料的氮化速 率。
[0011] 可选的，在所述选择性氮化处理过程中，隔离层的材料保持不变。
[0012] 可选的，所述鳍部的材料为硅；所述隔离层的材料为氧化硅。
[0013] 可选的，所述半导体氮化层的材料为氮化硅；所述侧墙层的材料为氧化硅或氮氧 化娃。
[0014] 可选的，所述选择性氮化处理的腔室压强为0. 1托至20托。
[0015] 可选的，采用微波方法或电感耦合方法，形成所述含氮等离子体。
[0016] 可选的，所述含氮等离子体提供的能量大于Si-Si键的键能、小于Si-0键的键能。
[0017] 可选的，利用微波方法进行所述选择性氮化处理的工艺参数为：反应气体为N2, N2 流量为5〇SCCm至50〇SCCm，腔室温度为300摄氏度至500摄氏度，腔室压强为1托至10托， 源功率为〇瓦至1000瓦。
[0018] 可选的，采用含氮等离子体进行所述选择性氮化处理。
[0019] 可选的，将含氮气体进行等离子体化以形成含氮等离子体，含氮气体为队和Ar的 组合、队和He的组合、或者N 2。
[0020] 可选的，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为磷酸溶液，其中，磷酸溶液的温度为120 摄氏度至180摄氏度，湿法刻蚀工艺的刻蚀时长为5秒至10分钟。
[0021] 可选的，重复进行若干次选择性氮化处理，且在每一次选择性氮化处理之后，采用 湿法刻蚀工艺刻蚀去除形成的半导体氮化层，直至相邻侧墙层和剩余的鳍部之间构成的开 口深度达到预定目标值。
[0022] 可选的，所述侧墙层除位于鳍部的侧壁表面外，还覆盖于隔离层表面。
[0023] 可选的，形成所述侧墙层的工艺步骤包括：形成覆盖于隔离层表面、鳍部的顶部表 面和侧壁表面的侧墙膜；在所述侧墙膜表面形成有机材料膜，且所述有机材料膜顶部高于 侧墙膜顶部；研磨去除高于鳍部顶部的侧墙膜以及有机材料膜，形成覆盖于鳍部的侧壁表 面以及隔离层表面的侧墙层、以及位于侧墙层表面的有机材料层，所述侧墙层、有机材料层 与鳍部顶部齐平；去除所述有机材料层。
[0024] 可选的，所述侧墙层位于鳍部侧壁表面和部分隔离层表面。
[0025] 可选的，形成所述侧墙层的工艺步骤包括：形成覆盖于隔离层表面、鳍部的顶部表 面和侧壁表面的侧墙膜；采用无掩膜刻蚀工艺，回刻蚀去除位于鳍部顶部表面以及部分隔 离层表面的侧墙膜，形成覆盖于鳍部的侧壁表面以及部分隔离层表面的侧墙层。
[0026] 可选的，采用外延工艺形成所述应力层。
[0027] 可选的，所述应力层的材料为SiGe、SiGeB、SiC或SiCP。
[0028] 可选的，在形成所述侧墙层之前，在所述隔离层表面形成横跨所述鳍部的栅极结 构，所述栅极结构覆盖鳍部的部分顶部表面和侧壁表面；然后再形成所述侧墙层，所述侧墙 层覆盖于鳍部的侧壁表面。
[0029] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0030] 本发明提供的鳍式场效应管形成方法的技术方案中，在形成覆盖于鳍部侧壁表面 的侧墙层、且所述侧墙层暴露出鳍部的顶部表面之后，对鳍部的顶部进行选择性氮化处理， 将部分厚度的鳍部转化为半导体氮化层；然后采用湿法刻蚀工艺刻蚀去除所述半导体氮化 层，以使相邻侧墙层和剩余的鳍部之间构成开口。由于半导体氮化层侧壁表面具有侧墙层 对其起到保护作用，位于剩余鳍部顶部表面的半导体氮化层只能从顶部往下刻蚀，直至暴 露出剩余鳍部的顶部表面。并且，在湿法刻蚀工艺过程中，位于剩余鳍部顶部表面的半导体 氮化层充分接触刻蚀溶液，且侧墙层对半导体氮化层接触刻蚀溶液的能力无影响，因此所 述湿法刻蚀工艺对半导体氮化层的刻蚀速率均匀。同时，由于湿法刻蚀工艺具有较高的选 择性，对剩余鳍部顶部表面的刻蚀损伤小，使得暴露出的鳍部顶部表面平坦，开口底部具有 良好形貌，有利于在开口内形成高质量的应力层，提高鳍式场效应管的电学性能。
[0031] 进一步，选择性氮化处理对鳍部材料的氮化速率大于对隔离材料的氮化速率，提 供的含氮等离子体提供的能量大于Si-Si键键能小于Si-0键键能，使得隔离层在选择性氮 化处理过程中的材料性能几乎保持不变，防止隔离层中氮原子含量较大，从而避免湿法刻 蚀工艺对隔离层造成较大程度的刻蚀，使得隔离层保持有良好的电隔离性能。
[0032] 进一步，选择性氮化处理的腔室压强为0. 1托至20托。若腔室压强过低，则选择 性氮化处理对鳍部顶部的氮化能力过弱，难以形成半导体氮化层；若腔室压强过高，则选择 性氮化处理对Si-0键的氮化能力也将变大，容易造成后续刻蚀去除半导体氮化层的湿法 刻蚀工艺对隔离层造成较大程度刻蚀。为此，本发明中选择性氮化处理腔室压强为0. 1托 至10托，使得选择性氮化处理对鳍部顶部的氮化能力较强，而对隔离层和侧墙层的氮化能 力很弱。
[0033] 进一步，形成侧墙层的方法为：形成覆盖于隔离层表面、鳍部的顶部表面和侧壁表 面的侧墙膜；在所述侧墙膜表面形成有机材料膜，且有机材料膜顶部高于侧墙膜顶部；研 磨去除高于鳍部顶部的侧墙膜以及有机材料膜，形成覆盖于鳍部的侧壁表面以及隔离层表 面的侧墙层、以及位于侧墙层表面的有机材料层，然后去除有机材料层。本发明避免干法工 艺可能对鳍部顶部表面造成的过刻蚀，防止形成侧墙层的工艺过程对鳍部顶部表面造成损 失，使得鳍部顶部具有平整表面，进而使得后续去除半导体氮化层后剩余的鳍部顶部表面 平坦，进一步提高形成的应力层的质量，进一步优化鳍式场效应管的电学性能。
[0034] 更进一步，本发明中侧墙层除位于鳍部的侧壁表面外，还覆盖于隔离层表面，位于 隔离层表面的侧墙层能够有效的保护隔离层，使得隔离层保持良好的电隔离性能。
【附图说明】
[0035] 图1至图2为一实施例提供的鳍式场效应管形成过程的剖面结构示意图；
[0036] 图3至图15为本发明另一实施例提供的鳍式场效应管形成过程的剖面结构示意 图。
【具体实施方式】
[0037] 由【背景技术】可知，现有技术形成的应力层的质量较差，导致鳍式场效应管的性能 低下。
[0038] 请参考图1，在一个实施例中，提供具有鳍部101的衬底100,在相邻鳍部101之间 的衬底1〇〇表面形成隔离层102,所述隔离层102覆盖于鳍部101的部分侧壁表面，且所述 隔离层102顶部表面低于鳍部101顶部表面；形成覆盖于隔离层102表面、鳍部101侧壁和 顶部表面的阻挡层；采用无掩模刻蚀工艺，刻蚀去除位于鳍部101顶部表面以及隔离层102 表面的阻挡层，形成位于鳍部101侧壁表面的侧墙层104,暴露出鳍部101的顶部表面。
[0039] 所述侧墙层104的作用在于：若直接在鳍部101的侧壁和顶部表面形成外延层，会 导致相邻鳍部101之间的间距减小，进而导致相邻鳍部101之间发生桥连问题，并且会造成 后续在相邻鳍部101之间填充层间介质层