CN108431928A - FinFET的掺杂方法 - Google Patents
FinFET的掺杂方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108431928A CN108431928A CN201580085589.2A CN201580085589A CN108431928A CN 108431928 A CN108431928 A CN 108431928A CN 201580085589 A CN201580085589 A CN 201580085589A CN 108431928 A CN108431928 A CN 108431928A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fin
- dielectric layer
- finfet
- doping method
- side wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 24
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 21
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 claims description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 15
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- -1 boron ion Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底(1)和位于衬底(1)上平行间隔设置的Fin(21,22),每根Fin(21,22)包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,掺杂方法包括:在每根Fin(21,22)的表面形成电介质层(31,32),该电介质层(31,32)覆盖Fin(21,22)的顶面、第一侧壁和第二侧壁;分别自该第一侧壁侧和第二侧壁侧对Fin(21,22)进行掺杂元素的注入;热处理使得掺杂元素扩散至Fin(21,22)中并被激活,其中该电介质层(31,32)的厚度至少为1nm,掺杂元素的注入能量为2keV以下。通过不直接将掺杂元素注入至Fin(21,22)中,而是在Fin(21,22)的顶部和侧壁覆盖电介质层(31,32)来阻挡掺杂元素直接进入Fin(21,22),并通过热处理来形成对Fin(21,22)的掺杂从而对顶部和侧壁的掺杂剂量进行控制,并保护Fin(21,22)不受离子的直接轰击。
Description
本发明涉及一种掺杂方法,特别是涉及一种FinFET的掺杂方法。
随着集成电路从22nm技术节点往更小尺寸发展,制程会采用FinFET(鳍式场效晶体管,Fin是鱼鳍的意思,FinFET命名根据晶体管的形状与鱼鳍的相似性)结构,旨在减少沟道效应,在抑制亚阈值电流和栅漏电流方面有着绝对的优势。随着集成度的提高,FinFET器件取代传统平面器件将是必然的趋势。
从器件结构上讲,随着14nm以下制程的发展,FinFET结构高宽比(aspect ratio,即Fin的高度和两根Fin之间的距离之比)的增大,离子注入的角度(注入方向和Fin顶面法线的夹角)也就越来越小,那么注入至顶部的离子势必会多于注入侧壁的离子,再者,对于每一次顶面和两个侧壁的完整注入来说,由于不是垂直注入,每个侧壁仅仅有一次离子注入,而顶面却经历了两次的离子注入,这无疑加剧了Fin的顶部和Fin的侧壁掺杂剂量的严重不均。目前,这种不均匀性是极为显著的,甚至达到了顶部和侧壁掺杂剂量之比为20:1,最优的,也要达到10:1。也就是说,顶部的掺杂量要远远大于侧壁,这种不均匀性对于器件性能的优化是极为不利的。
再者,大剂量离子注入的能量一般也较高,那么在较高能量的离子注入之后由于离子对Fin的轰击会破坏Fin的单晶结构从而产生非晶化的问题。
从工艺上讲,现有制程步骤繁复,在掺杂时必须引入硬掩膜(hard mask),这就进一步复杂化了整个制程。IBM公司于今年公开了一项专利申请(US20150079773)其中涉及一种FinFET的掺杂方法,为了要在衬底上形成NFET(N型场效应管)和PFET(P型场效应管),IBM采用了以下制程:
a在所有Fin表面覆盖氧化层;
b在形成PFET的Fin上覆盖光刻胶;
c将覆盖于待形成NFET的Fin上的氧化层去除,同时去除光刻胶;
d整体沉积N型掺杂剂;
e使N型掺杂剂扩散至Fin中形成NFET;
f去除剩余的N型掺杂剂以及待形成PFET的Fin上的氧化层;
g再次形成一氧化层以覆盖NFET和未掺杂的Fin(即待形成PFET的Fin);
h在NFET上形成光刻胶;
i将未掺杂的Fin上的氧化层去除,同时去除光刻胶;
j整体沉积P型掺杂剂;
k使P型掺杂剂扩散至Fin中形成PFET;
l去除剩余的P型掺杂剂以及NFET上的氧化层。
为了要形成不同掺杂类型的FET,必须要形成掩膜将无需掺杂的部分保护住,由于加上扩散掺杂过程的高温,那么这道掩膜必须是能够承受高温的,多为氧化层,这是一种hard mask,其形成工艺和去除工艺本身比较复杂,步骤非常繁复。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中Fin的顶部和侧壁的掺杂剂量严重不均匀的缺陷、Fin在掺杂过程中被非晶体化以及掺杂过程中必须用到硬掩膜、工艺复杂的缺陷,提供一种FinFET的掺杂方法,不直接将掺杂元素注入至Fin中,而是在Fin的顶部和侧壁覆盖电介质层来阻挡掺杂元素直接进入Fin,并通过离子注入后的热处理来形成对Fin的掺杂从而对顶部和侧壁的掺杂剂量进行控制,并保护Fin不受离子的直接轰击。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底和位于衬底上平行间隔设置的多根Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,其特点在
于,该多根Fin中包括用于形成NFET的第一Fin和用于形成PFET的第二Fin,该掺杂方法包括以下步骤:
S1:在第一Fin的表面和第二Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖第一Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁以及覆盖第二Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁;
S2:在第二Fin对应的电介质层上形成光刻胶;
S3:分别自第一Fin的第一侧壁侧和第一Fin的第二侧壁侧对第一Fin进行N型掺杂元素注入,之后去除第二Fin对应的电介质层上的光刻胶;
S4:在第一Fin对应的电介质层上形成光刻胶;
S5:分别自第二Fin的第一侧壁侧和第二Fin的第二侧壁侧对第二Fin进行P型掺杂元素注入,之后去除第一Fin对应的电介质层上的光刻胶;
S6:热处理使得N型掺杂元素扩散至第一Fin中并被激活以及使得P型掺杂元素扩散至第二Fin中并被激活,
其中该电介质层的厚度至少为1nm,N型元素和P型元素的注入能量为2keV以下。
因为Fin的立体结构,若要对Fin的侧壁进行掺杂,那么离子注入的方向将会与顶面呈一定角度,由此顶面将会经历两次掺杂,而每个侧壁则均只经历一次掺杂;再加上随着集成度的提高,注入角度相对较小,顶面的投影剂量将远大于侧壁的投影剂量。在本发明的技术方案中,由于电介质层的存在,掺杂元素并未直接轰击Fin,有一部分掺杂元素更是会停留于电介质层中,这样在热处理之后掺杂元素将能均匀地分布于Fin的顶面和两个侧壁中。
与IBM的工艺相比,本发明的工艺步骤明显减少了。在IBM的工艺中,由于采用了扩散掺杂的方法,为了形成不同的掺杂类型,例如形成NFET时,必须先将PFET的部分用硬掩膜覆盖起来(因为光刻胶不耐扩散掺杂需要的高温,因此只能采用氧化硅或氮化硅的硬掩膜),而在形成PFET时,必须将NFET的部分也用硬掩膜覆盖起来以保护已经掺杂形成的NFET。然而形成硬掩膜和去除硬掩膜的步骤本身是非常繁复的,这就增加了整个工艺的难
度和不确定性。对比本发明的步骤可以看出,本发明至少省略了一次形成硬掩膜和去除硬掩膜的步骤;再者因为采用离子注入作为掺杂手段,即使是不耐高温的光刻胶也可作为掩膜挡住无需注入的区域。
优选地,每种掺杂元素的注入包括以下步骤:以一第一注入角度对覆盖于Fin的第一侧壁和顶面的电介质层进行掺杂元素注入,该第一注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;
以一第二注入角度对覆盖于Fin的第二侧壁和顶面的电介质层进行掺杂元素的注入,该第二注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角,
第一注入角度和/或该第二注入角度大于0°、小于等于45°。
优选地,覆盖于顶面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质层的厚度。
优选地,步骤S3或步骤S5中掺杂元素的注入能量为1keV以下,优选地,步骤S3或步骤S5中掺杂元素的注入能量为800eV以下。
优选地,注入的掺杂元素的剂量至少为3e15/cm2,优选地,注入的掺杂元素的剂量为1e16-1e17/cm2。
优选地,该电介质层的厚度为1nm-10nm。优选地,覆盖于顶面的电介质层厚度为3nm-5nm,覆盖于侧壁的电介质层厚度为2nm-3nm。
优选地,该电介质层为氮化物或氧化物或碳化物,优选地,该电介质层为氮化硅或为二氧化硅或为氧化铝。
优选地,步骤S6中热处理采用RTA(rapid thermal annealing,快速热退火),和/或,步骤S6中热处理温度为950℃-1200℃。
本发明还提供一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底和位于衬底上平行间隔设置的Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,其特点在于,该掺杂方法包括以下步骤:
S1:在每根Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁;
S2:以一第一注入角度自该第一侧壁侧对Fin进行掺杂元素的注入,该
第一注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;
S3:以一第二注入角度自该第二侧壁侧对Fin进行掺杂元素的注入,该第二注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;
S4:热处理使得掺杂元素扩散至Fin中并被激活,
其中该电介质层的厚度至少为1nm,掺杂元素的注入能量为2keV以下。
除了能优化Fin的掺杂均匀性以及改善非晶化程度,本发明通过离子注入工艺和电介质层的结合,可以采用光刻胶来阻挡无需掺杂的区域,而省略至少一次传统扩散工艺中的形成硬掩膜和去除硬掩膜的步骤。
优选地,第一注入角度和/或该第二注入角度大于0°、小于等于45°。
优选地,覆盖于顶面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质层的厚度。
优选地,步骤S2或步骤S3中掺杂元素的注入能量为1keV以下,优选地,步骤S2或步骤S3中掺杂元素的注入能量为800eV以下。
优选地,注入的掺杂元素的剂量至少为3e15/cm2,优选地,注入的掺杂元素的剂量为1e16-1e17/cm2。
优选地,该电介质层的厚度为1nm-10nm。优选地,覆盖于顶面的电介质层厚度为3nm-5nm,覆盖于侧壁的电介质层厚度为2nm-3nm。
优选地,该电介质层为氮化物或氧化物或碳化物,优选地,该电介质层为氮化硅或为二氧化硅或为氧化铝。
优选地,步骤S4中热处理采用RTA,和/或,步骤S4中热处理温度为950℃-1200℃。
本发明还提供一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底和位于衬底上平行间隔设置的Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,其特点在于,该掺杂方法包括以下步骤:
S1:在每根Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁;
S2:对Fin进行等离子体掺杂;
S3:热处理使得掺杂元素扩散至Fin中并被激活,
其中该电介质层的厚度至少为1nm。
优选地,覆盖于顶面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质层的厚度。
优选地,该电介质层的厚度为1nm-10nm。优选地,覆盖于顶面的电介质层厚度为3nm-5nm,覆盖于侧壁的电介质层厚度为2nm-3nm。
优选地,该电介质层为该电介质层为氮化物或氧化物或碳化物,优选地,该电介质层为氮化硅或为二氧化硅或为氧化铝。
优选地,步骤S3中热处理采用RTA,和/或,步骤S3中热处理温度为950℃-1200℃。。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于:
1、本发明的掺杂方法中并不直接将掺杂元素注入至Fin中,而是采用较低的能量注入,加上对电介质层厚度的不同选择,可以实现:部分掺杂元素停留于电介质层中,另外一部分掺杂元素进入Fin中,经过热处理后实际进入Fin的顶面和侧壁将均匀分布,从而提高Fin的顶面与侧壁的掺杂均匀性。
2、采用离子注入的方案中,由于未对Fin直接轰击,因此不会对Fin造成很大损伤,使得Fin中得以较好的保留种籽层,有效缓解了Fin的非晶化问题。
3、通过掺杂电介质层与热扩散的结合省去了至少一次形成硬掩膜和至少一次去除硬掩膜的步骤,可以使用光刻胶来覆盖无需掺杂的部分,简化了整体制程。
图1为本发明实施例1中未掺杂时的Fin的结构示意图。
图2为本发明实施例1中形成电介质层的示意图。
图3为本发明实施例1中PFET被光刻胶遮挡的示意图。
图4为本发明实施例1中N型元素自第一侧壁侧注入的示意图。
图5为本发明实施例1中N型元素自第二侧壁侧注入的示意图。
图6为本发明实施例1中NFET被光刻胶遮挡的示意图。
图7为本发明实施例1中P型元素自第一侧壁侧注入的示意图。
图8为本发明实施例1中P型元素自第二侧壁侧注入的示意图。
图9为本发明实施例1中形成N型掺杂区域和P型掺杂区域的示意图。
图10为本发明实施例1中去除电介质层后的Fin的结构示意图。
图11为本发明实施例2中未掺杂时的Fin的结构示意图。
图12为本发明实施例2中形成电介质层的示意图。
图13为本发明实施例2中掺杂元素自第一侧壁侧注入的示意图。
图14为本发明实施例2中掺杂元素自第二侧壁侧注入的示意图。
图15为本发明实施例2中形成掺杂区域的示意图。
图16为本发明实施例2中去除电介质层后的Fin的结构示意图。
图17为硼元素注入覆盖5nm电介质层的Fin中的分布情况模拟图。
图18为硼元素注入覆盖3nm电介质层的Fin中的分布情况模拟图。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1
参考图1-图10,FinFET包括衬底1和位于衬底上平行间隔设置的多根Fin,本实施例中示出两根Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,该多根Fin中包括用于形成NFET的第一Fin21和用于形成PFET的第二Fin22,该掺杂方法包括以下步骤:
参考图2,首先在Fin的表面形成电介质层,例如氮化硅,该氮化硅覆盖所有Fin的顶面和两个侧壁,覆盖于顶面的氮化硅以31表示,覆盖于侧壁的氮化硅以32表示,顶面的氮化硅厚度(例如5nm)大于侧壁的氮化硅厚度(2nm)。
参考图3,将第二Fin用光刻胶4保护起来。参考图4,自第一Fin的第一侧壁侧(例如右侧)注入N型元素,注入方向与第一Fin顶面法线的夹角为10°,注入能量为500eV。由于光刻胶4的保护,第二Fin不会受到影响。接着参考图5,自第一Fin的第二侧壁侧(例如左侧)注入N型元素,注入方向与第一Fin顶面法线的夹角也为10°,注入能量为500eV。由于注入能量较低,一部分的N型元素停留在氮化硅中,只有另一部分的N型元素被注入至第一Fin中。接着去除覆盖于第二Fin处的光刻胶。
参考图6,在第一Fin上的氮化硅上覆盖光刻胶(依然以附图标记4来表示)以保护已经注入过的结构。参考图7-图8,分别从右侧和左侧进行P型元素的注入,注入角度为10°,注入能量为300eV。这样一部分的P型元素停留于覆盖于第二Fin之上的氮化硅中,另一部分的P型元素被注入于第二Fin中。
参考图9,去除光刻胶4之后对图9所示结构进行热处理,使得氮化硅中的N型元素和P型元素分别进入第一Fin中和第二Fin中并被激活,另外注入至第一Fin和第二Fin中的掺杂元素也被激活。参考图10,之后去除该氮化硅。
在本实施例中,仅形成一次电介质层、去除一次电介质层即可完成NFET和PFET的掺杂,比起IBM的工艺而言步骤大为减少,工艺大为简化。
再者,由于Fin的三维结构,注入时必然是要与顶面呈一定角度的,为了保证Fin的两个侧壁都形成掺杂,Fin的顶面必然会有两次注入掺杂,加上注入角度比较小,顶面的投影剂量比侧面的投影剂量大很多,这就是Fin的掺杂均匀性非常差的根本原因。在本实施例中,并不直接将掺杂元素注入至Fin中,而是先形成电介质层再行注入并结合热处理使掺杂元素扩散至Fin
中,这样经过热处理之后的Fin的顶面和侧壁的掺杂差异大为缩小。
而且,正因为掺杂元素并未直接轰击Fin,而是直接轰击电介质层,因此Fin中得以较为良好地保留种籽层,从而缓解了非晶化的问题。
实施例2
参考图11-图16,FinFET包括衬底100和位于衬底上平行间隔设置的Fin200,每根Fin包括顶面201、相对的第一侧壁和第二侧壁(这里侧壁均以202表示),该掺杂方法包括以下步骤:
参考图12,在每根Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁以及相邻Fin之间的衬底,图12中以300a表示覆盖于顶面的电介质层,以300b表示覆盖于第一侧壁、第二侧壁上的电介质层。该电介质层的厚度至少为2nm。
参考图13,以一第一注入角度对Fin的第一侧壁(例如右侧)和顶面进行掺杂元素的注入,该第一注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;
继续参考图14,以一第二注入角度对Fin的第二侧壁(左侧)和顶面进行掺杂元素的注入,该第二注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角,在本实施例中注入角度均为10°。其中,掺杂元素的注入能量为500eV以下,这样有一部分掺杂元素停留于电介质层中,而另一部分则进入Fin中。
参考图15,热处理图14得到的结构使得被注入至电介质层中的掺杂元素进入Fin中并被激活,被注入至Fin中的掺杂元素也被激活,由此在Fin的顶部和Fin的两侧壁上形成掺杂区域,分别以41和42来表示。之后去除该电介质层,参考图16,得到Fin的掺杂结构,至此Fin的顶部及侧壁的掺杂就完成了。
由于没有对Fin造成直接的轰击,而且离子注入之后有一部分的掺杂元素停留在电介质层中,因此Fin非晶化的问题得到较大缓解。再者,Fin的顶部和侧壁的掺杂区域是通过热处理的扩散作用得到的,因此相比直接对Fin进行离子注入而言,通过本发明的掺杂方法得到的掺杂区域是比较均匀的。
实施例3
实施例3的基本原理与实施例1相同,不同之处在于:
覆盖于顶面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质的厚度,例如,覆盖于Fin顶面的电介质层的厚度为5nm,覆盖于Fin两个侧壁上的电介质层的厚度为3nm。
模拟实验
离子注入至电介质层的分布情况模拟
参考图17和图18,以300eV的硼离子注入为例(用模拟软件TRIM来模拟),分别采用氮化硅和二氧化硅作为电介质层,注入角度依然为10°(即对于Fin的顶面来说,注入方向与顶面法线的夹角为10°;而对于Fin的侧壁来说,注入方向与侧壁法线的夹角为80°),分别模拟了电介质层厚度为5nm(结果参见图17)和电介质层为3nm(结果参见图18)的情况。其中,横坐标表示注入深度(单位nm),纵坐标表示原子浓度(atomic concentration,单位cm-3)
电介质层为5nm的情况下,对于顶面来说,采用氮化硅的情况为:最终氮化硅中硼的原子浓度为2.8e16/cm3,而进入Si中的原子浓度为1.7e13/cm3。采用二氧化硅的情况为:二氧化硅中的原子浓度为2.7e16/cm3,进入Si中的原子浓度为1.1e15/cm3。
电介质层为3nm的情况下,对于顶面来说,采用氮化硅的情况为:最终氮化硅中硼的原子浓度为2.5e15/cm3,而进入Si中的原子浓度为1.3e13/cm3。采用二氧化硅的情况为:二氧化硅中的原子浓度为2.3e15/cm3,进入Si中的原子浓度为1.6e14/cm3。
为了清楚地显示Fin及电介质层和掺杂区域,附图中的上述各个部分的大小并非按比例描绘,本领域技术人员应当理解附图中的比例并非对本发明的限制。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本
领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (21)
- 一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底和位于衬底上平行间隔设置的多根Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,其特征在于,该多根Fin中包括用于形成NFET的第一Fin和用于形成PFET的第二Fin,该掺杂方法包括以下步骤:S1:在第一Fin的表面和第二Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖第一Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁以及覆盖第二Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁;S2:在第二Fin对应的电介质层上形成光刻胶;S3:分别自第一Fin的第一侧壁侧和第一Fin的第二侧壁侧对第一Fin进行N型掺杂元素注入,去除第二Fin对应的电介质层上的光刻胶;S4:在第一Fin对应的电介质层上形成光刻胶;S5:分别自第二Fin的第一侧壁侧和第二Fin的第二侧壁侧对第二Fin进行P型掺杂元素注入,去除第一Fin对应的电介质层上的光刻胶;S6:热处理使得N型掺杂元素扩散至第一Fin中并被激活以及使得P型掺杂元素扩散至第二Fin中并被激活,其中该电介质层的厚度至少为1nm,N型元素和P型元素的注入能量为2keV以下。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,每种掺杂元素的注入包括以下步骤:以一第一注入角度对覆盖于Fin的第一侧壁和顶面的电介质层进行掺杂元素注入,该第一注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;以一第二注入角度对覆盖于Fin的第二侧壁和顶面的电介质层进行掺杂元素的注入,该第二注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角,第一注入角度和/或该第二注入角度大于0°、小于等于45°。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,覆盖于顶面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质层的厚度。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,步骤S3或步骤S5中掺杂元素的注入能量为1keV以下,优选地,步骤S3或步骤S5中掺杂元素的注入能量为800eV以下。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,注入的掺杂元素的剂量至少为3e15/cm2,优选地,注入的掺杂元素的剂量为1e16-1e17/cm2。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,该电介质层的厚度为1nm-10nm。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,该电介质层为氮化物或氧化物或碳化物,优选地,该电介质层为氮化硅或为二氧化硅或为氧化铝。
- 如权利要求1所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,步骤S6中热处理采用RTA,和/或,步骤S6中热处理温度为950℃-1200℃。
- 一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底和位于衬底上平行间隔设置的Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,其特征在于,该掺杂方法包括以下步骤:S1:在每根Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁;S2:以一第一注入角度自该第一侧壁侧对Fin进行掺杂元素的注入,该第一注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;S3:以一第二注入角度自该第二侧壁侧对Fin进行掺杂元素的注入,该第二注入角度为注入方向与顶面的法线所成夹角;S4:热处理使得掺杂元素扩散至Fin中并被激活,其中该电介质层的厚度至少为1nm,掺杂元素的注入能量为2keV以下。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,第一注入角度和/或该第二注入角度大于0°、小于等于45°。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,覆盖于顶 面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质层的厚度。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,步骤S2或步骤S3中掺杂元素的注入能量为1keV以下,优选地,步骤S2或步骤S3中掺杂元素的注入能量为800eV以下。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,注入的掺杂元素的剂量至少为3e15/cm2,优选地,注入的掺杂元素的剂量为1e16-1e17/cm2。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,该电介质层的厚度为1nm-10nm。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,该电介质层为氮化物或氧化物或碳化物,优选地,该电介质层为氮化硅或为二氧化硅或为氧化铝。
- 如权利要求9所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,步骤S4中热处理采用RTA,和/或,步骤S4中热处理温度为950℃-1200℃。
- 一种FinFET的掺杂方法,该FinFET包括衬底和位于衬底上平行间隔设置的Fin,每根Fin包括顶面、相对的第一侧壁和第二侧壁,其特征在于,该掺杂方法包括以下步骤:S1:在每根Fin的表面形成电介质层,该电介质层覆盖Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁;S2:对Fin进行等离子体掺杂;S3:热处理使得掺杂元素扩散至Fin中并被激活,其中该电介质层的厚度至少为1nm。
- 如权利要求17所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,覆盖于顶面的电介质层的厚度大于覆盖于第一侧壁和第二侧壁上的电介质层的厚度。
- 如权利要求17所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,该电介质层的厚度为1nm-10nm。
- 如权利要求17所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,该电介质 层为该电介质层为氮化物或氧化物或碳化物,优选地,该电介质层为氮化硅或为二氧化硅或为氧化铝。
- 如权利要求17所述的FinFET的掺杂方法,其特征在于,步骤S3中热处理采用RTA,和/或,步骤S3中热处理温度为950℃-1200℃。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/CN2015/100058 WO2017113266A1 (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | FinFET的掺杂方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108431928A true CN108431928A (zh) | 2018-08-21 |
CN108431928B CN108431928B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=58407897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201580085589.2A Active CN108431928B (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | FinFET的掺杂方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108431928B (zh) |
TW (1) | TWI567797B (zh) |
WO (1) | WO2017113266A1 (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040041177A1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-03-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of fabricating the same |
US20050202642A1 (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. | Method of forming polysilicon gate structures with specific edge profiles for optimization of LDD offset spacing |
EP1916717A2 (en) * | 2006-08-23 | 2008-04-30 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) | Method for doping a fin-based semiconductor device |
CN102640273A (zh) * | 2009-12-01 | 2012-08-15 | 国际商业机器公司 | 用于在相同芯片上形成具有多个掺杂的鳍片场效晶体管的方法及结构 |
CN103594341A (zh) * | 2012-08-14 | 2014-02-19 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构及其掺杂方法、鳍式场效应管的形成方法 |
CN104465389A (zh) * | 2013-09-25 | 2015-03-25 | 中国科学院微电子研究所 | FinFet器件源漏区的形成方法 |
CN104733313A (zh) * | 2013-12-18 | 2015-06-24 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 鳍式场效应晶体管的形成方法 |
CN105097495A (zh) * | 2014-05-09 | 2015-11-25 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构的形成方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5921055B2 (ja) * | 2010-03-08 | 2016-05-24 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
CN107123676A (zh) * | 2011-09-30 | 2017-09-01 | 英特尔公司 | 非平坦晶体管以及其制造的方法 |
CN103515205B (zh) * | 2012-06-28 | 2016-03-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种FinFET沟道掺杂方法 |
US9583398B2 (en) * | 2012-06-29 | 2017-02-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Integrated circuit having FinFETS with different fin profiles |
US9029226B2 (en) * | 2013-03-13 | 2015-05-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Mechanisms for doping lightly-doped-drain (LDD) regions of finFET devices |
CN104934325B (zh) * | 2014-03-20 | 2018-04-06 | 中国科学院微电子研究所 | 一种半导体器件的掺杂方法 |
US9299781B2 (en) * | 2014-04-01 | 2016-03-29 | Globalfoundries Inc. | Semiconductor devices with contact structures and a gate structure positioned in trenches formed in a layer of material |
-
2015
- 2015-12-31 CN CN201580085589.2A patent/CN108431928B/zh active Active
- 2015-12-31 WO PCT/CN2015/100058 patent/WO2017113266A1/zh active Application Filing
-
2016
- 2016-05-06 TW TW105114121A patent/TWI567797B/zh active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040041177A1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-03-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of fabricating the same |
US20050202642A1 (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. | Method of forming polysilicon gate structures with specific edge profiles for optimization of LDD offset spacing |
EP1916717A2 (en) * | 2006-08-23 | 2008-04-30 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) | Method for doping a fin-based semiconductor device |
CN102640273A (zh) * | 2009-12-01 | 2012-08-15 | 国际商业机器公司 | 用于在相同芯片上形成具有多个掺杂的鳍片场效晶体管的方法及结构 |
CN103594341A (zh) * | 2012-08-14 | 2014-02-19 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构及其掺杂方法、鳍式场效应管的形成方法 |
CN104465389A (zh) * | 2013-09-25 | 2015-03-25 | 中国科学院微电子研究所 | FinFet器件源漏区的形成方法 |
CN104733313A (zh) * | 2013-12-18 | 2015-06-24 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 鳍式场效应晶体管的形成方法 |
CN105097495A (zh) * | 2014-05-09 | 2015-11-25 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构的形成方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
肖德元等: "MOSFET器件回顾与展望(下)", 《半导体技术》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201724206A (zh) | 2017-07-01 |
WO2017113266A1 (zh) | 2017-07-06 |
TWI567797B (zh) | 2017-01-21 |
CN108431928B (zh) | 2023-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102635849B1 (ko) | Dram 디바이스 및 이를 형성하는 방법, 및 게이트 산화물 층을 형성하는 방법 | |
TWI485856B (zh) | 具有埋置應變層和減少之浮體效應的soi電晶體以及用於形成該soi電晶體之方法 | |
TW201637081A (zh) | 在鰭式場效電晶體中形成擊穿中止區域的方法 | |
US20130252349A1 (en) | Finfet Device Fabrication Using Thermal Implantation | |
JP2010161397A5 (zh) | ||
US20100255666A1 (en) | Thermal processing method | |
CN107785313B (zh) | 半导体结构及其形成方法 | |
US8435872B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing semiconductor device | |
CN107437506A (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
US20140167119A1 (en) | Methods of forming a sidewall spacer having a generally triangular shape and a semiconductor device having such a spacer | |
TWI596649B (zh) | 在應變鬆弛緩衝層上方形成具應變之磊晶半導體材料的方法 | |
US20160343831A1 (en) | Formation of high quality fin in 3d structure by way of two-step implantation | |
KR20120003494A (ko) | 콜드 및/또는 분자 탄소로 주입된 변형된 박막상에서의 상승된 소스/드레인의 형성 | |
US20130029465A1 (en) | Manufacturing method of memory structure | |
JP2006324630A (ja) | 半導体素子の製造のためのイオン注入方法及びこれを用いた傾斜型接合形成方法 | |
US7737012B2 (en) | Manufacturing method of a semiconductor device | |
CN106158657B (zh) | Mos晶体管的形成方法 | |
CN108431928A (zh) | FinFET的掺杂方法 | |
CN107170704B (zh) | 半导体结构及其形成方法 | |
US11205593B2 (en) | Asymmetric fin trimming for fins of FinFET device | |
CN108630535B (zh) | 半导体结构及其形成方法 | |
KR100728958B1 (ko) | 반도체 소자의 제조방법 | |
US9455196B2 (en) | Method for improving fin isolation | |
CN112750835B (zh) | 反熔丝结构及其制作方法 | |
CN107591330B (zh) | 半导体结构的形成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |