本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種鰭式場效應晶體管的形成方法。

背景技術：

mos(金屬-氧化物-半導體)晶體管，是現代集成電路中最重要的元件之一，mos晶體管的基本結構包括：半導體襯底；位于半導體襯底表面的柵極結構，所述柵極結構包括：位于半導體襯底表面的柵介質層以及位于柵介質層表面的柵電極層；位于柵極結構兩側半導體襯底中的源漏區。

隨著半導體技術的發展，傳統的平面式的mos晶體管對溝道電流的控制能力變弱，造成嚴重的漏電流。鰭式場效應晶體管(finfet)是一種新興的多柵器件，它一般包括凸出于半導體襯底表面的鰭部，覆蓋部分所述鰭部的頂部表面和側壁的柵極結構，位于柵極結構兩側的鰭部中的源漏區。

隨著特征尺寸的進一步減小，需要形成橫跨鰭部的金屬柵極結構以進一步的降低鰭式場效應晶體管的漏電流，有效改善柵極驅動能力。通常采用后柵工藝形成具有金屬柵極結構的鰭式場效應晶體管，即先形成橫跨鰭部的偽柵極結構，待形成源漏區后，去除偽柵極結構，形成開口，然后在所述開口中填充金屬柵極結構。

然而，現有技術中形成的鰭式場效應晶體管的電學性能較差。

技術實現要素：

本發明解決的問題是提供一種鰭式場效應晶體管的形成方法，改善鰭式場效應晶體管的電學性能。

為解決上述問題，本發明提供一種鰭式場效應晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有鰭部；形成橫跨所述鰭部的偽柵介質層和位于所述偽柵介質層表面的偽柵電極；在所述半導體襯底和鰭部上形成覆蓋所述偽柵介質層和偽柵電極的側壁的層間介質層；去除所述偽柵電極， 形成開口；形成所述開口后，依次進行紫外線固化處理和氟氣氛退火處理。

可選的，所述紫外線固化處理的工藝參數為：固化溫度為350攝氏度～850攝氏度，紫外光源功率為1mw/cm²～200mw/cm²，固化時間為20min～200min。

可選的，所述氟氣氛退火處理的工藝參數為：采用的氣體為f2，溫度為350攝氏度～800攝氏度，腔室壓強為5e5帕～20e5帕，時間為5min～100min。

可選的，去除所述偽柵電極的工藝為干刻工藝或濕刻工藝。

可選的，所述層間介質層的材料為氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅。

可選的，還包括：在鰭部兩側的半導體襯底上形成隔離結構；在半導體襯底和隔離結構上形成橫跨所述鰭部的偽柵極結構。

可選的，所述隔離結構的材料為氧化硅或氮氧化硅。

可選的，形成所述隔離結構的步驟為：采用流體化學氣相沉積工藝、等離子體化學氣相沉積工藝、亞常壓化學氣相沉積工藝或低壓化學氣相沉積工藝形成覆蓋半導體襯底和鰭部的隔離結構；依次采用平坦化工藝、回刻蝕工藝處理所述隔離結構，使所述隔離結構的表面低于鰭部的頂部表面。

可選的，進行氟氣氛退火處理后，還包括：去除所述偽柵介質層后，在所述開口中形成金屬柵極結構。

可選的，在形成所述層間介質層之前，還包括：在所述偽柵介質層和偽柵電極的兩側的鰭部中形成源漏區。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

由于形成所述開口后，依次進行了紫外線固化處理和氟氣氛退火處理，在所述紫外線固化處理中，將所述偽柵介質層與鰭部的界面存在的硅-氫鍵打斷，并釋放氫元素，降低了所述偽柵介質層與鰭部的界面的氫含量，在偽柵介質層與鰭部的界面形成懸掛鍵；然后進行了氟氣氛退火處理，使氟與所述懸掛鍵結合形成穩定的氟化物化學鍵。由于依次經過紫外線固化處理和氟氣氛退火處理，使得所述偽柵介質層覆蓋的鰭部表面的不穩定的硅-氫鍵減少，后續去除偽柵介質層后，在所述開口中形成金屬柵極結構，使得鰭部與金屬柵極結構之間的界面的不穩定的硅-氫鍵減少，從而改善了鰭式場效應晶體管 的電學性能。具體的，對于p型鰭式場效應晶體管，能夠改善p型鰭式場效應晶體管的負偏壓不穩定性效應，對于n型鰭式場效應晶體管，能夠提高n型鰭式場效應晶體管溝道中載流子的遷移率。

另外，由于所述氟氣氛退火處理是在去除偽柵電極后且在保留偽柵介質層的情況下進行的，氟通過偽柵介質層擴散至偽柵介質層與鰭部的界面，避免在氟氣氛退火處理的過程中氟與鰭部直接接觸，從而避免氟與鰭部表面的懸掛鍵結合到飽和的程度后還有大量的氟和鰭部反應形成穩定的配位化合物，從而避免這些穩定的配位化合物降低鰭式場效應晶體管的性能；所述紫外線固化處理在去除偽柵電極后進行，避免偽柵電極吸收大量的紫外線而造成所述紫外線固化處理不能有效的作用于鰭部表面。

附圖說明

圖1是本發明一實施例中鰭式場效應晶體管形成過程流程圖；

圖2至圖8是本發明一實施例中鰭式場效應晶體管形成過程的結構示意圖。

具體實施方式

針對現有技術形成鰭式場效應晶體管的方法進行研究，形成鰭式場效應晶體管的方法包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有鰭部；在所述鰭部兩側的半導體襯底上形成隔離結構；形成橫跨所述鰭部的偽柵極結構，所述偽柵極結構位于隔離結構上且橫跨所述鰭部；在所述半導體襯底和鰭部上形成覆蓋所述偽柵極結構側壁的層間介質層；去除所述偽柵極結構，形成開口；在所述開口中形成金屬柵極結構。

研究發現，所述隔離結構的形成過程為：采用流體化學氣相沉積工藝形成覆蓋半導體襯底和鰭部的隔離結構，然后依次采用平坦化工藝、回刻蝕工藝處理所述隔離結構，使所述隔離結構的表面低于鰭部的頂部表面。然而，由于流體化學氣相沉積隔離結構的過程中，需要依次經歷沉積步驟、固化步驟和退火步驟。在所述沉積步驟中，沉積隔離結構初始層，此時，隔離結構初始層中含有大量的氫元素且所述隔離結構初始層為流體狀；在所述固化步驟中，分別采用氧氣、臭氧和氣態水對所述隔離結構初始層在350攝氏度～750 攝氏度下進行處理，一方面氧氣、臭氧和氣態水中的氧元素取代隔離結構初始層中的部分氫元素，減少隔離結構初始層中的氫元素含量，另一方面，使得隔離結構初始層從流體狀轉變為固態狀；在所述退火步驟中，采用的氣體為n2,退火溫度為400攝氏度～800攝氏度，進一步的去除隔離結構初始層中的氫元素，形成覆蓋半導體襯底和鰭部的隔離結構。

研究發現，現有技術中形成的鰭式場效應晶體管的電學性能較差，原因在于：

在形成隔離結構的過程，在鰭部表面引入大量的不穩定的硅-氫鍵。具體的，在形成隔離結構過程中的固化步驟和退火步驟中，所述隔離結構初始層中的氫元素容易擴散至鰭部的表面，從而在鰭部的表面形成大量不穩定的硅-氫鍵；形成金屬柵極結構后，鰭部與金屬柵極結構之間的界面存在大量的不穩定的硅-氫鍵；對于p型鰭式場效應晶體管，導致增加了p型鰭式場效應晶體管的負偏壓不穩定性效應；對于n型鰭式場效應晶體管，導致鰭部表面的界面態變差，從而導致n型鰭式場效應晶體管溝道中的載流子遷移率下降。

在此基礎上，本發明提供一種鰭式場效應晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有鰭部；形成橫跨所述鰭部的偽柵介質層和位于所述偽柵介質層表面的偽柵電極；在所述半導體襯底和鰭部上形成覆蓋所述偽柵介質層和偽柵電極的側壁的層間介質層；去除所述偽柵電極，形成開口；形成所述開口后，依次進行紫外線固化處理和氟氣氛退火處理。所述方法能夠改善鰭式場效應晶體管的電學性能。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

圖1是本發明一實施例中鰭式場效應晶體管形成過程流程圖，包括以下步驟：

步驟s10：提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有鰭部；

步驟s11：形成橫跨所述鰭部的偽柵介質層和位于所述偽柵介質層表面的偽柵電極；

步驟s12：在所述半導體襯底和鰭部上形成覆蓋所述偽柵介質層和偽柵電 極的側壁的層間介質層；

步驟s13：去除所述偽柵電極，形成開口；

步驟s14：形成所述開口后，依次進行紫外線固化處理和氟氣氛退火處理。

下面結合附圖對上述各個步驟進行說明。

結合參考圖2、圖3和圖4，圖3為沿著圖2中切割線a-a1得到的剖面圖，圖4為沿著圖2中切割線b-b1得到的剖面圖，其中，切割線a-a1平行于鰭部延伸方向且通過鰭部，切割線b-b1平行于偽柵極結構延伸方向且通過偽柵極結構，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100上具有鰭部110。

所述半導體襯底100為后續形成鰭式場效應晶體管提供工藝平臺。

所述半導體襯底100可以是單晶硅，多晶硅或非晶硅；半導體襯底100也可以是硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導體材料；所述半導體襯底100還可以是其它半導體材料，這里不再一一舉例。本實施例中，所述半導體襯底100的材料為硅。

本實施例中，所述鰭部110通過對所述半導體襯底100進行圖形化而形成，具體的，在所述半導體襯底100上形成用以定義鰭部110位置的圖形化的掩膜層，然后以所述圖形化的掩膜層為掩膜刻蝕半導體襯底100，從而形成鰭部110。形成鰭部110后，保留定義鰭部110的位置的圖案化的掩膜層，在后續平坦化隔離結構中作為刻蝕停止層，避免對鰭部110的頂部表面造成損傷。在其它實施例中，形成鰭部110后，可以不保留定義鰭部110的位置的圖案化的掩膜層。

在其它實施例中，也可以是：在所述半導體襯底100上形成鰭部材料層，然后對所述鰭部材料層進行圖形化，從而形成鰭部110。

繼續結合參考圖2、圖3和圖4，在所述鰭部110兩側的半導體襯底100上形成隔離結構120。

所述隔離結構120用于電學隔離相鄰的鰭部120；隔離結構120的材料為氧化硅或氮氧化硅。本實施例中，隔離結構120的材料為氧化硅。

形成隔離結構120的步驟為：采用流體化學氣相沉積工藝、等離子體化 學氣相沉積工藝、亞常壓化學氣相沉積工藝或低壓化學氣相沉積工藝形成覆蓋半導體襯底100和鰭部110的隔離結構120；依次采用平坦化工藝、回刻蝕工藝處理所述隔離結構120，使所述隔離結構120的表面低于鰭部110的頂部表面。

本實施例中，采用流體化學氣相沉積工藝形成覆蓋半導體襯底100和鰭部110的隔離結構120，在此過程中，會在鰭部110的表面引入大量的不穩定的硅-氫鍵，具體過程參考對前述對現有技術中隔離結構形成過程的分析，不再詳述。

需要說明的是，采用其它沉積工藝如高深寬比沉積工藝(harp)以形成覆蓋半導體襯底100和鰭部110的隔離結構120時，也會受到工藝環境的影響，從而在鰭部110表面引入硅-氫鍵，具體過程不再詳述。

依次采用平坦化工藝、回刻蝕工藝處理所述隔離結構120，使所述隔離結構120的表面低于鰭部110的頂部表面的過程為：采用平坦化工藝如化學機械研磨工藝平坦化所述隔離結構120直至暴露出定義鰭部110位置的圖形化的掩膜層，然后采用回刻蝕工藝刻蝕隔離結構120以使得所述隔離結構120的表面低于鰭部110的頂部表面，之后去除所述定義鰭部110位置的圖形化的掩膜層。在其它實施中，若形成鰭部110后，沒有保留定義鰭部110位置的圖形化的掩膜層，采用平坦化工藝如化學機械研磨工藝平坦化所述隔離結構120直至暴露出鰭部110的頂部表面，然后采用回刻蝕工藝刻蝕隔離結構120以使得所述隔離結構120的表面低于鰭部110的頂部表面。

繼續結合參考圖2、圖3和圖4，形成隔離結構120后，形成偽柵極結構130，所述偽柵極結構130位于隔離結構120上且橫跨所述鰭部110。

所述偽柵極結構130包括橫跨鰭部110的偽柵介質層131和位于偽柵介質層131表面的偽柵電極132，其中，偽柵介質層131位于隔離結構120表面、覆蓋部分鰭部110的頂部表面和側壁。所述偽柵介質層131的材料為氧化硅；所述偽柵電極132的材料為多晶硅。

形成所述偽柵極結構130的步驟為：形成覆蓋所述半導體襯底100、隔離結構120和鰭部110的偽柵介質材料層和覆蓋所述偽柵介質材料層的偽柵電 極材料層，然后對所述偽柵介質材料層和偽柵介質材料層進行圖形化，形成偽柵極結構130。

由于鰭部110的表面形成大量的不穩定的硅-氫鍵，導致形成偽柵極結構130后，鰭部110與偽柵介質層131之間的界面存在大量的不穩定的硅-氫鍵，后續去除偽柵極結構130，形成金屬柵極結構后，會導致鰭部110與金屬柵極結構之間界面存在大量的硅-氫鍵，導致鰭式場效應晶體管的電學性能變差，具體的，對于p型鰭式場效應晶體管，導致增加了p型鰭式場效應晶體管的負偏壓不穩定性效應；對于n型鰭式場效應晶體管，導致n型鰭式場效應晶體管溝道中的載流子遷移率下降。故需要提高鰭式場效應晶體管的電學性能。

結合參考圖5和圖6，圖5為在圖3基礎上形成的示意圖，圖6為在圖4基礎上形成的示意圖，在所述半導體襯底100和鰭部110上形成覆蓋所述偽柵極結構130側壁的層間介質層140。

在形成層間介質層140之前，還包括：在所述偽柵極結構130兩側的鰭部110中形成源漏區(未圖示)。

所述層間介質層140的材料為氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅。本實施例中，所述層間介質層140的材料為氧化硅。

形成所述層間介質層140的步驟為：采用沉積工藝形成覆蓋半導體襯底100、鰭部110、隔離結構120和偽柵極結構130的層間介質材料層；然后平坦化所述層間介質材料層直至暴露出偽柵極結構130的頂部表面，形成層間介質層140，所述層間介質層140的表面與所述偽柵極結構130的頂部表面齊平。

接著，結合參考圖7和圖8，圖7為在圖5基礎上形成的示意圖，圖8為在圖6基礎上形成的示意圖，去除所述偽柵電極132，形成開口150。

去除所述偽柵電極132以形成開口150的工藝為干刻工藝或濕刻工藝。本實施例中，采用濕刻工藝去除所述偽柵極結構130，采用的刻蝕溶液為四甲基氫氧化銨溶液。

接著，對所述鰭式場效應晶體管依次進行紫外線固化處理和氟氣氛退火處理。

進行紫外線固化處理，能夠將所述偽柵介質層131與鰭部110之間的界面的硅-氫鍵打斷，并釋放氫元素，降低了偽柵介質層131與鰭部110之間的界面的氫含量，釋放氫元素后，所述偽柵介質層131與鰭部110之間的界面形成懸掛鍵。然后進行氟氣氛退火處理，氟與偽柵介質層131與鰭部110之間界面的所述懸掛鍵結合形成穩定的氟化物化學鍵，如硅-氟鍵，替代不穩定的硅-氫鍵，減少了所述偽柵介質層131覆蓋的鰭部110表面的不穩定的硅-氫鍵。

另外，由于所述氟氣氛退火處理是在去除偽柵電極132后且在保留偽柵介質層131的情況下進行的，氟通過偽柵介質層131擴散至偽柵介質層131與鰭部110的界面，避免在氟氣氛退火處理的過程中氟與鰭部110直接接觸，從而避免氟與鰭部110表面的懸掛鍵結合到飽和的程度后還有大量的氟和鰭部110反應形成穩定的配位化合物，從而避免這些穩定的配位化合物降低鰭式場效應晶體管的性能；所述紫外線固化處理在去除偽柵電極后132進行，避免偽柵電極132吸收大量的紫外線而造成所述紫外線固化處理不能有效的作用于鰭部110表面。

若所述紫外線固化處理的固化溫度高于850攝氏度，導致熱預算太高；若所述紫外線固化處理的固化溫度低于350攝氏度，導致不能有效的打斷偽柵介質層131與鰭部110之間界面的硅-氫鍵；故選擇所述紫外線固化處理的固化溫度為350攝氏度～850攝氏度。

若所述紫外線固化處理的固化時間大于200min，導致制造時間太長而工藝成本增加，且增加了熱預算；若所述紫外線固化處理的固化時間小于20min，導致沒有足夠的時間將鰭部110表面的硅-氫鍵均打斷；故選擇所述紫外線固化處理的固化時間為20min～200min。

若所述紫外光源功率大于200mw/cm²，導致對鰭部110表面造成損傷，若所述紫外光源功率小于1mw/cm²，導致不能有效的打斷偽柵介質層131與鰭部110之間界面的硅-氫鍵；故選擇所述紫外線固化處理采用的紫外光源功率為1mw/cm²～200mw/cm²。

所述氟氣氛退火處理采用的氣體為f2。

若所述氟氣氛退火處理采用的溫度高于800攝氏度，導致熱預算太高；若所述氟氣氛退火處理采用的溫度低于350攝氏度，導致氟原子的動能較小，不能有效的進入偽柵介質層131和鰭部110之間的界面；故選擇所述氟氣氛退火處理采用的溫度為350攝氏度～800攝氏度。

若所述氟氣氛退火處理的腔室壓強小于5e5帕，導致氟原子沒有受到足夠的推動而難以通過偽柵介質層131有效的進入偽柵介質層131和鰭部110之間的界面；若所述氟氣氛退火處理的腔室壓強大于20e5帕，受到工藝條件的限制；故選擇所述氟氣氛退火處理的腔室壓強為5e5帕～20e5帕。

若所述氟氣氛退火處理的時間大于100min，導致熱預算太高，且過多的氟進入偽柵介質層131和鰭部110之間的界面會導致氟與鰭部110反應形成穩定的配位化合物，對鰭式場效應晶體管的性能有不利的影響；若所述氟氣氛退火處理的時間小于5min，導致沒有足夠的時間使得氟擴散至鰭部110表面并與鰭部110表面的懸掛鍵結合；故所述氟氣氛退火處理的時間選擇5min～100min。

依次進行紫外線固化處理和氟氣氛退火處理后，還包括：去除所述偽柵介質層；去除所述偽柵介質層后，在所述開口中形成金屬柵極結構。

所述金屬柵極結構包括：位于所述開口底部和側壁的柵介質層和位于柵介質層表面的金屬柵電極，所述金屬柵電極的頂部表面與所述層間介質層的表面齊平。所述柵介質層的材料為高k介質材料(k大于3.9)。

由于減少了所述偽柵介質層131覆蓋的鰭部110表面的不穩定的硅-氫鍵，當去除所述偽柵介質層131，形成金屬柵極結構后，使得鰭部110和所述柵介質層之間界面的硅-氫鍵減少，從而改善了鰭式場效應晶體管的電學性能。具體的，對于p型鰭式場效應晶體管，能夠改善p型鰭式場效應晶體管的負偏壓不穩定性效應，對于n型鰭式場效應晶體管，能夠提高n型鰭式場效應晶體管溝道中載流子的遷移率。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。