鳍式场效应晶体管的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种鳍式场效应晶体管的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，后栅(gate-last)工艺得到了广泛应用，以获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸(CD，Critical Dimens1n)进一步下降时，即使采用后栅工艺,常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应晶体管(Fin FET)作为常规器件的替代得到了广泛的关注。
[0003]图1示出了现有技术的一种鳍式场效应晶体管的结构示意图。如图1所示，包括:半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出的鳍部14，鳍部14 一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；隔离层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部14的侧壁的一部分；栅极结构12，横跨在所述鳍部14上，覆盖所述鳍部14的顶端和侧壁，栅极结构12包括栅介质层15和位于栅介质层15上的栅电极16。
[0004]所述栅介质层15的材料为氧化硅，栅电极16的材料为多晶硅。随着鳍式场效应晶体管的特征尺寸也越来越小，为了降低鳍式场效应晶体管的寄生电容以及减小器件的漏电流，提高器件速度，高K栅介质层与金属栅电极的栅极叠层结构被引入到鳍式场效应晶体管中。为了避免金属栅极的金属材料对晶体管其他结构的影响，所述金属栅极与高K栅介质层的栅极叠层结构通常采用“后栅(gate last)”工艺制作。
[0005]现有鳍式场效应晶体管的金属栅极的形成过程为:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有若干鳍部；在所述鳍部的侧壁和表面上形成伪栅；形成覆盖所述伪栅、鳍部和半导体衬底表面的介质层，所述介质层的表面高于伪栅的顶部表面；采用化学机械研磨工艺平坦化所述介质层，直至暴露出伪栅的顶部表面；去除所述伪栅，形成凹槽，所述凹槽暴露出鳍部的部分侧壁和顶部表面；在所述凹槽的中形成高K栅介质层和金属栅电极。
[0006]现有技术在形成所述介质层时，所述介质层中容易产生空洞缺陷，影响了介质层的电学隔离特性。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题是在鳍式场效应晶体管的形成过程中，防止在介质层中产生空洞缺陷。
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有若干分立的鳍部；形成横跨所述鳍部的侧壁和顶部表面的伪栅；采用流动性化学气相沉积工艺形成覆盖所述伪栅和半导体衬底的前驱材料层，所述前驱材料层的表面高于伪栅的顶部表面；对所述前驱材料层进行退火工艺，将前驱材料层转化为介质层，所述介质层中形成有空洞；平坦化所述介质层，暴露出伪栅的表面；采用含氧去离子水对平坦化后的介质层进行处理，消除介质层中的空洞；去除所述伪栅，形成凹槽；在凹槽中形成金属栅极。
[0009]可选的，所述介质层的材料为氧化硅。
[0010]可选的，所述前驱材料层中含有硅元素，前驱材料层中还含有氢元素和氮元素中的一种或两种。
[0011]可选的，所述流动性化学气相沉积工艺采用的前驱物材料包括硅烷、二硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、正硅酸乙酯、三乙氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基二硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、三甲硅烷基胺、二甲硅烷基胺中的一种或几种，所述前驱物材料的流量为150sccm?lOOOsccm，反应腔室压强为0.15Torr?5Torr，反应腔室温度为20°C?150°C。
[0012]可选的，所述退火工艺为水汽退火，所述退火工艺的温度为200°C?600°C，腔室的压强为I?200Torr。
[0013]可选的，所述含氧去离子水中的氧元素为臭氧离子。
[0014]可选的，所述含氧去离子水中臭氧离子的质量百分比浓度小于10%。
[0015]可选的，采用含氧去离子水对平坦化后的介质层进行的处理为浸泡处理，浸泡处理的时间小于20分钟，浸泡处理时的温度为50?100摄氏度。
[0016]可选的，所述伪栅的侧壁还形成有侧墙，所述侧壁和伪栅的表面形成有研磨停止层。
[0017]可选的，所述侧墙的材料为SiN、S1N、SiC、S1CN、S1BN中的一种或几种，侧墙的厚度为10?100埃。
[0018]可选的，所述研磨停止层的材料为SiN、S1N、SiC、S1CN、S1BN中的一种或几种，研磨停止层的厚度为10?150埃。
[0019]可选的，所述伪栅的材料为多晶硅。
[0020]可选的，采用湿法刻蚀去除所述伪栅，所述湿法刻蚀采用的刻蚀溶液为KOH或TMAH0
[0021]可选的，所述鳍部和伪栅的形成过程为:刻蚀所述半导体衬底形成若干分立的鳍部；形成覆盖所述鳍部和半导体衬底的隔离材料层；平坦化所述隔离材料层，以鳍部的表面作为停止层；回刻蚀平坦化后的隔离材料层，使得剩余的隔离材料的表面低于鳍部的顶部表面，在相邻鳍部之间形成隔离层；在鳍部的顶部和侧壁表面以及部分隔离层表面上形成伪栅。
[0022]可选的，所述金属栅极包括高K栅介质层和位于高K栅介质层上的金属栅电极。
[0023]本发明还提供可一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有若干分立的鳍部；形成横跨所述鳍部的侧壁和顶部表面的伪栅；采用流动性化学气相沉积工艺形成覆盖所述伪栅和半导体衬底的前驱材料层，所述前驱材料层的表面高于伪栅的顶部表面；平坦化所述前驱材料层，暴露出伪栅的表面；对所述平坦化后的前驱材料层进行退火工艺，将前驱材料层转化为介质层；去除所述伪栅，形成凹槽；在凹槽中形成金属栅极。
[0024]可选的，还包括:采用含氧去离子水对介质层进行处理，消除介质层中的空洞。
[0025]可选的，所述含氧去离子水中的氧元素为臭氧离子，所述含氧去离子水中臭氧离子的质量百分比浓度小于10%。
[0026]可选的，所述介质层的材料为氧化硅。
[0027]可选的，所述前驱材料层中含有硅元素，前驱材料层中还含有氢元素和氮元素中的一种或两种。
[0028]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0029]采用流动性化学气相沉积工艺形成覆盖所述伪栅和半导体衬底的前驱材料层，所述前驱材料层的表面高于伪栅的顶部表面，对所述前驱材料层进行退火工艺，将前驱材料层转化为介质层，所述介质层中形成有空洞；平坦化所述介质层，暴露出伪栅的表面；采用含氧去离子水对平坦化后的介质层进行处理，消除介质层中的空洞；去除所述伪栅，形成凹槽；在凹槽中形成金属栅极。在形成介质层之后，平坦化所述介质层暴露出伪栅的表面，减小了介质层的厚度，便于采用含氧的去离子水中对平坦化后介质层的处理，含氧去离子水对平坦化后的介质层进行处理时，氧元素和氢元素与尚未转化的前驱材料层中的硅元素结合形成硅-氧键和/或硅-氧-氢键，将介质层中的尚未转化的前驱材料层转化为介质层材料，从而消除介质层中的空洞。
[0030]进一步，所述含氧去离子水中的氧元素为臭氧离子，臭氧离子的氧含量高且在水溶液中活性高，容易向介质层中扩散，所述含氧去离子水中臭氧离子的质量百分比浓度小于 10%。
[0031]进一步，采用含氧去离子水对平坦化后的介质层进行的处理为浸泡处理，浸泡处理时，介质层整个被含氧去离子水包裹，含氧去离子水中的氧离子和氢离子可以从介质层表面的各处扩散进入介质层中，从而更快的消除介质层中的空洞，浸泡处理的时间小于分钟，浸泡处理时的温度为50?100摄氏度，在该温度条件下，含氧的去离子水中的氧离子和氢离子活性提高，扩散到介质层中的效果较佳，消除介质层中的空洞的效率和效率更好。
[0032]本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，在对前驱材料层进行退火之前，先对前驱材料层进行平坦化，暴露出伪栅的表面，使得形成的前驱材料层的厚度变薄，在进行退火时，含氮和/或含氢的气体副产物能够更容易的排出平坦化的前驱材料层，防止在形成的介质层中产生空洞缺陷或者使得形成的介质层中产生的空洞缺陷的数量很少。