一種半導(dǎo)體器件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，所述方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底包括基底、氧化物層以及半導(dǎo)體材料層；在所述襯底上形成圖案化的硬掩膜層，所述硬掩膜層具有多個開口；以所述硬掩膜層為掩膜蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽；在所述凹槽中外延生長SiGe層，以形成鰭片；去除所述硬掩膜層，以露出所述半導(dǎo)體材料層；蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以露出所述鰭片。本發(fā)明所述方法首先在本發(fā)明中在SOI襯底上形成硬掩膜層后，控制蝕刻條件形成Σ形凹槽，然后外延生長SiGe層，得到菱形的鰭片，最后形成周圍柵極（gate?all?around,GAA），使得鰭片下表面完全用作溝道區(qū)，可以進(jìn)一步在增大工作電流，進(jìn)一步提高器件的集成度和性能。
【專利說明】 一種半導(dǎo)體器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路性能的提高主要是通過不斷縮小集成電路器件的尺寸以提高它的速度來實現(xiàn)的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)進(jìn)步到納米技術(shù)工藝節(jié)點，特別是當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸降到22nm或以下時，來自制造和設(shè)計方面的挑戰(zhàn)已經(jīng)導(dǎo)致了三維設(shè)計如鰭片場效應(yīng)晶體管(FinFET)的發(fā)展。
[0003]相對于現(xiàn)有的平面晶體管，所述FinFET器件在溝道控制以及降低淺溝道效應(yīng)等方面具有更加優(yōu)越的性能，平面柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述溝道上方，而在FinFET中所述柵極環(huán)繞所述鰭片設(shè)置，因此能從三個面來控制靜電，在靜電控制方面的性能也更突出；同時又更加緊湊，提高了器件的集成度，因此在模擬電路(analog circuits)和靜態(tài)存儲器(SRSMs)中得到廣泛應(yīng)用。
[0004]隨著CMOS技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件制備技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)多柵極結(jié)構(gòu)，例如三柵極(Tr1-gate)、雙柵極(Dual gate)、周圍柵極(gate all around, GAA)、Ω -柵極(Ω-gate)以及-柵極(π -gate),甚至已經(jīng)出現(xiàn)無節(jié)點(junction-less)的晶體管,來增強器件的性能和集成度。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中在形成周圍柵極(gate all around，GAA)的鰭片大都為柱形，鰭片下表面未完全用作溝道區(qū)，在增大工作電流上存在限制。
[0006]因此，雖然現(xiàn)有技術(shù)中存在周圍柵極(gate all around, GAA)的晶體管，但是目前制備方法以及得到的晶體管的工作電流較小，同時隨著尺寸的減小，集成度也受到影響，使半導(dǎo)體器件性能受到限制，因此需要對目前的制備方法進(jìn)行改進(jìn)，以消除上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0008]本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括:
[0009]提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底包括基底、氧化物層以及半導(dǎo)體材料層；
[0010]在所述襯底上形成圖案化的硬掩膜層，所述硬掩膜層具有多個開口 ；
[0011]以所述硬掩膜層為掩膜蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽；
[0012]在所述凹槽中外延生長SiGe層，以形成鰭片；
[0013]去除所述硬掩膜層，以露出所述半導(dǎo)體材料層；
[0014]蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以露出所述鰭片。
[0015]作為優(yōu)選，所述方法還包括在所述鰭片上形成周圍柵極的步驟。
[0016]作為優(yōu)選，所述周圍柵極為高K金屬柵極。[0017]作為優(yōu)選，在形成所述周圍柵極之前，在所述鰭片上形成界面層。
[0018]作為優(yōu)選，蝕刻去除的所述半導(dǎo)體材料層的厚度為5_50nm。
[0019]作為優(yōu)選，所述SiGe層中Si和Ge的含量比為10:1-6:4。
[0020]作為優(yōu)選，所述SiGe層中形成所述鰭片的厚度為l_5nm。
[0021]作為優(yōu)選，所述SiGe層摻雜有B、P或As。
[0022]作為優(yōu)選，所述摻雜濃度為Iel4_8e21原子/cm3。
[0023]作為優(yōu)選，濕法蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以露出所述鰭片。
[0024]作為優(yōu)選，選用TMAH溶液蝕刻所述半導(dǎo)體材料層。
[0025]作為優(yōu)選，所述TMAH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%_10%。
[0026]作為優(yōu)選，所述濕法蝕刻溫度為25-90 V。
[0027]作為優(yōu)選，所述濕法蝕刻時間為lOs-lOOOs。
[0028]作為優(yōu)選，先干法蝕刻、后濕法蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽。
[0029]作為優(yōu)選，選用TMAH、NH3H2O或KOH蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽。
[0030]作為優(yōu)選，所述鰭片為菱形鰭片。
[0031]作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體器件為GAA鰭片場效應(yīng)晶體管。
[0032]本發(fā)明還提供了一種上述的方法制備得到的器件。本發(fā)明提供了一種含有周圍柵極(gate all around，GAA)的鰭片場效應(yīng)晶體管(FINFET)及其制備方法，在本發(fā)明中在SOI襯底上形成硬掩膜層后，控制蝕刻條件形成Σ形凹槽，然后外延生長SiGe層，得到菱形的鰭片，接著蝕刻所述半導(dǎo)體材料層露出部分鰭片，最后形成周圍柵極(gate allaround, GAA),使得鰭片下表面完全用作溝道區(qū),可以進(jìn)一步在增大工作電流,進(jìn)一步提高器件的集成度和性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0034]圖1為半導(dǎo)體器件中不同晶面上的蝕刻結(jié)果示意圖；
[0035]圖2-6為本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的制備過程剖面示意圖；
[0036]圖7為制備本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0037]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0038]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的描述，以說明本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件及其制備方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0039]應(yīng)予以注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0040]現(xiàn)在，將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施例的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
[0041]下面結(jié)合圖2-6對本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的制備方法做進(jìn)一步的說明:
[0042]首先，參照圖2，提供半導(dǎo)體襯底；
[0043]具體地,所述半導(dǎo)體襯底為絕緣體上娃(SOI)、絕緣體上層疊娃(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。在本發(fā)明中優(yōu)選為絕緣體上硅(SOI )，所述絕緣體上硅(SOI)由下往上依次為基底101、氧化物層102以及半導(dǎo)體材料層103，其中所述半導(dǎo)體材料層優(yōu)選為Si。
[0044]其中，半導(dǎo)體襯底上可以被定義有源區(qū)。在該有源區(qū)上還可以包含有其他的有源器件，為了簡化附圖，在所示圖形中所述有源器件均并沒有標(biāo)示。
[0045]繼續(xù)參照圖2，在所述襯底上形成圖案化的硬掩膜層104 ；
[0046]具體地，在所述襯底上沉積硬掩膜層，所述硬掩膜層可以為TiN、TaN, Ti和Ta、SiN, SiC, NDC中的一種或者多種的組合。
[0047]所述掩膜層的沉積可以選用化學(xué)氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法或原子層沉積(ALD)法等形成的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、激光燒蝕沉積(LAD)以及選擇外延生長(SEG)中的一種。在本發(fā)明中優(yōu)選原子層沉積(ALD)法。
[0048]然后，圖案化所述硬掩膜層，具體地，在所述硬掩膜層上沉積光刻膠層，然后蝕刻光刻形成多個開口，以所述光刻膠為掩膜蝕刻所述硬掩膜層，形成多個開口，用于蝕刻所述半導(dǎo)體材料層。
[0049]參照圖3，以所述硬掩膜層為掩膜蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽；
[0050]具體地，在本發(fā)明中可以選用濕法蝕刻或者先干法蝕刻然后濕法蝕刻來形成所述凹槽，在本發(fā)明中選用TMAH、NH3H2O或KOH蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽。
[0051]在本發(fā)明中優(yōu)選采用TMAH溶液進(jìn)行蝕刻，并且所述TMAH溶液中TMAH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5%-10%。
[0052]表1不同濃度的TMAH溶液在不同晶面的蝕刻速率
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件的制備方法,包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底包括基底、氧化物層以及半導(dǎo)體材料層； 在所述襯底上形成圖案化的硬掩膜層，所述硬掩膜層具有多個開口 ； 以所述硬掩膜層為掩膜蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽； 在所述凹槽中外延生長SiGe層，以形成鰭片； 去除所述硬掩膜層，以露出所述半導(dǎo)體材料層； 蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以露出所述鰭片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述鰭片上形成周圍柵極的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述周圍柵極為高K金屬柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在形成所述周圍柵極之前，在所述鰭片上形成界面層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，蝕刻去除的所述半導(dǎo)體材料層的厚度為5_50nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiGe層中Si和Ge的含量比為10:1-6:4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiGe層中形成所述鰭片的厚度為l-5nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiGe層摻雜有B、P或As。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述摻雜濃度為Iel4-8e21原子/cm3。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，濕法蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以露出所述轄片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，選用TMAH溶液蝕刻所述半導(dǎo)體材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述TMAH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%-10%。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述濕法蝕刻溫度為25-90°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述濕法蝕刻時間為lOs-lOOOs。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，先干法蝕刻、后濕法蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，選用ΤΜΑΗ、ΝΗ3Η20或KOH蝕刻所述半導(dǎo)體材料層，以形成Σ形凹槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鰭片為菱形鰭片。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件為GAA鰭片場效應(yīng)晶體管。
19.一種權(quán)利要求1至18之一所述的方法制備得到的器件。
【文檔編號】H01L21/336GK103794498SQ201210422427
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月29日
【發(fā)明者】禹國賓 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司