[发明专利]FinFET的掺杂方法

说明书

一种FinFET的掺杂方法，该FinFET包括衬底（20）和位于衬底上平行间隔设置的Fin（200），每根Fin包括顶面、第一侧壁和第二侧壁，该掺杂方法包括以下步骤：T1、在Fin的顶面、第一侧壁和第二侧壁中形成掺杂层；T2、将衬底元素沿着该衬底（20）的法线方向注入至Fin的顶面中以减小顶面中掺杂元素的浓度。通过较长时间的离子注入实现注入的饱和，并在侧壁完成注入之后增加一道衬底元素注入的工艺，最终实现Fin的均匀掺杂。

技术领域

本发明涉及一种FinFET的掺杂方法，特别是涉及一种具有自调节功能的FinFET的掺杂方法。

背景技术

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器件取代传统体硅器件将是必然的趋势。

图1示出了FinFET结构的一部分(包括100和200两个单元)，附图标记20表示衬底，例如硅衬底，附图标记22表示形成于衬底20中或20上的浅沟道绝缘区域(shallow trenchisolation region)，图1中分别以附图标记124和224表示所示的两根Fin。

在FinFET结构中，需要在竖直的Fin中形成掺杂。业内现有的掺杂方式有生长法和离子注入法。生长法对于P型掺杂来说是可行的，然而在形成N型掺杂时就遭遇了困境。N型掺杂源比较常见的AsH₃，其毒性非常大，因此必须采用砷离子注入的方式来形成N型掺杂。但是在实际应用中，离子注入却面临着三个急需解决的技术问题，即均匀度、非晶化和圆角的问题。

1、均匀度(doping conformity)

由于Fin是竖直结构的，为了在侧壁中形成掺杂，离子注入的方向必须和Fin的长度方向呈一定角度。参考图2和图3，为了使得Fin的侧壁中均实现有效掺杂，现有的注入方式通常是采用两次注入，即先按照图2中所示的箭头方向完成Fin右侧的注入，接着再按照图3中所示的箭头方向完成Fin左侧的注入。在这种带有倾角的注入中，Fin的顶部受到两次离子注入和不同注入投影剂量，这就造成了每根Fin的顶部和侧壁之间掺杂剂量的严重不均匀。

具体来说，依然参考图2或者图3，为了在Fin的侧壁上形成掺杂，离子注入的方向必然是要和衬底的法线方向呈一定角度的，除了45°之外，Fin的顶部和侧壁上的掺杂剂量必然是不同的。随着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(注入方向和衬底法线的夹角)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，这就加剧了Fin本身顶部和侧壁掺杂剂量的不均匀。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，倘若两次的注入参数不能精确控制保持一致，又会造成Fin两个侧壁上的掺杂不均匀，从而影响到器件的性能。

2、非晶化(Amorphization)

现有的注入法还遭遇了非晶化的问题，由于注入离子的能量较高，离子被注入的深度就很深，这会使得Fin被非晶化，原本的单晶结构难以保持，这对于器件的性能也是极为不利的。

3、圆角(Corner erosion)

参考图4，现有技术的高能量注入除了会带来非晶化的问题之外，还会造成Fin的两个角被离子撞击损伤的情况，图4中示出了被损伤后的圆角，这种结构也是不利于器件性能的。

发明内容