專利名稱：多柵器件的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多柵器件的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，在45nm和32nm工藝節(jié)點(diǎn)下,后柵(gate-last)工藝得到了廣泛應(yīng)用，來獲得理想的閾值電壓，改善器件性能。但是當(dāng)器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)進(jìn)一步下降時，即使采用后柵工藝,常規(guī)的MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)無法滿足對器件性能的需求，多柵器件作為常規(guī)器件的替代得到了廣泛的關(guān)注。鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)是一種常見的多柵器件，圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，包括半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底 10上形成有凸出的鰭部101，鰭部101 —般是通過對半導(dǎo)體襯底10刻蝕后得到的；介質(zhì)層11，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底10的表面以及鰭部101的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)12，橫跨在所述鰭部101上，覆蓋所述鰭部101的頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)12包括柵介質(zhì)層(圖中未示出)和位于柵介質(zhì)層上的柵電極(圖中未示出)。對于FinFET，鰭部101的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)12相接觸的部分都成為溝道區(qū)，即具有多個柵，有利于增大驅(qū)動電流，改善器件性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，柵極結(jié)構(gòu)12的剖面可以是多種形狀，如Π型、Ω型、四邊形、圓柱形等。圖2至圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種多柵器件的形成方法。參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底20，半導(dǎo)體襯底20上形成有圖形化后的硬掩膜層21，圖形化后的硬掩膜層21定義出了鰭部的圖形。半導(dǎo)體襯底20—般是硅襯底，硬掩膜層21的材料可以是氮化硅。參考圖3，以圖形化后的硬掩膜層21為掩膜，對半導(dǎo)體襯底20進(jìn)行刻蝕，形成凸出的鰭部201。參考圖4，形成介質(zhì)層22，覆蓋半導(dǎo)體襯底20、鰭部201和圖形化后的硬掩膜層21。介質(zhì)層22的材料一般是氧化硅。參考圖5，使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)對介質(zhì)層22的表面進(jìn)行平坦化，并刻蝕去除介質(zhì)層22的表面部分以及圖形化后的硬掩膜層，暴露出鰭部201的頂部和部分側(cè)壁。位于半導(dǎo)體襯底20上的剩余的介質(zhì)層22可以將相鄰的鰭部201隔離，但是，由于各個鰭部201的底部都是與半導(dǎo)體襯底20相接的，會導(dǎo)致相鄰鰭部201之間的漏電流等問題。因此，需要對鰭部201的底部進(jìn)行離子注入，以形成摻雜的結(jié)(junction)來進(jìn)行隔離。但是，離子注入的隔離方法隔離效果較差，而且注入工藝較難控制。圖6示出了另一種對鰭部201進(jìn)行隔離的方法，主要是通過對剩余的介質(zhì)層22進(jìn)行橫向選擇氧化，使得介質(zhì)層22橫向延伸后將相鄰的鰭部201隔離，但是這種方法的工藝復(fù)雜度較高，需要很高的氧化溫度，而且會對鰭部201引入額外的應(yīng)力，影響形成的器件的性能。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還可以在絕緣體上硅(SOI)襯底上形成鰭部，由于鰭部下方是SOI中的埋氧層，因而使得相鄰的鰭部完全隔離，但是SOI襯底的制備成本較高。關(guān)于多柵器件的更多詳細(xì)內(nèi)容，請參見專利號為US6642090和US7449373的美國專利文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種多柵器件的形成方法，以簡單的工藝實(shí)現(xiàn)體硅多柵器件中鰭部之間的隔離。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種多柵器件的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕以形成凸出的鰭部；

對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙；形成介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和鰭部，并填充所述空隙；對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，暴露出所述鰭部的頂部和部分側(cè)壁?？蛇x地，所述對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙包括在所述鰭部的側(cè)壁上形成側(cè)墻；以所述側(cè)墻為掩膜，使用各向同性刻蝕對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙?？蛇x地，所述凸出的鰭部是采用各向異性刻蝕形成的；所述對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙包括以所述各向異性刻蝕過程中形成的反應(yīng)聚合物為掩膜，使用各向同性刻蝕對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙?？蛇x地，所述各向異性刻蝕的反應(yīng)氣體包括Cl2、HBr, He和O2，其中Cl2的流量為90至110sccm，HBr的流量為50至70sccm，刻蝕過程中的反應(yīng)壓強(qiáng)為3至30mtorr，RF刻蝕功率為300至600W，偏置刻蝕功率為50 100W?？蛇x地，所述各向同性刻蝕的反應(yīng)氣體為Cl2、HBr, He和O2，其中Cl2的流量為15至25sccm，HBr的流量為O. 5至2sccm，刻蝕過程中的反應(yīng)壓強(qiáng)為50至lOOmtorr，RF刻蝕功率為800至1500W，偏置刻蝕功率為60 120W?？蛇x地，所述半導(dǎo)體襯底的材料選自硅、鍺、應(yīng)變硅、應(yīng)變鍺、GaAs, InP, InGaAs,AlGaAs, InAlAs, InAs, AlSb, InSb、AllnSb、GaN、AlGaN 單晶材料、多層量子阱材料、二維石墨烯材料、以及多晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體材料其中之一?？蛇x地,使用保形性(conformal)沉積形成所述介質(zhì)層。可選地，所述介質(zhì)層的材料為低溫氧化層、硼磷硅玻璃、氮化硅、氟氧化硅、碳氧化硅或低介電常數(shù)材料?？蛇x地，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕之前，所述多柵器件的形成方法還包括對所述介質(zhì)層的表面進(jìn)行平坦化?？蛇x地，所述多柵器件的形成方法，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，還包括依次形成柵介質(zhì)層和柵電極層，所述柵介質(zhì)層覆蓋暴露出的鰭部的頂部和側(cè)壁，所述柵電極層覆蓋所述柵介質(zhì)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實(shí)施例有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的多柵器件的形成方法中，在形成鰭部之后，對鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成鏤空的空隙；然后形成介質(zhì)層，覆蓋半導(dǎo)體襯底和鰭部并填充二者之間的空隙；之后對介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，暴露出鰭部的頂部和部分側(cè)壁，而剩余的介質(zhì)層實(shí)現(xiàn)了鰭部之間的完全隔離。本實(shí)施例的方法的工藝復(fù)雜度較低，成本較低，便于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。進(jìn)一步的，本實(shí)施例在鰭部的側(cè)壁上形成側(cè)墻，然后以側(cè)墻為保護(hù)層對鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕來形成空隙，避免了刻蝕過程對微小尺寸的鰭部的損傷。



圖I是現(xiàn)有技術(shù)的一種多柵器件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2至圖6是現(xiàn)有技術(shù)的多柵器件的形成方法中各步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7本發(fā)明實(shí)施例的多柵器件的形成方法的流程示意圖；圖8至圖15是本發(fā)明實(shí)施例的多柵器件的形成方法中各步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)中的多柵器件的形成方法中，往往采用離子注入法、橫向選擇氧化法或SOI襯底來實(shí)現(xiàn)鰭部之間的隔離，但是上述方法或者工藝復(fù)雜度較高，或者成本過高，不利于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例的多柵器件的形成方法中，在形成鰭部之后，對鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成鏤空的空隙；然后形成介質(zhì)層，覆蓋半導(dǎo)體襯底和鰭部并填充二者之間的空隙；之后對介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，暴露出鰭部的頂部和部分側(cè)壁，而剩余的介質(zhì)層實(shí)現(xiàn)了鰭部之間的完全隔離。本實(shí)施例的方法的工藝復(fù)雜度較低，成本較低，便于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。進(jìn)一步的，本實(shí)施例在鰭部的側(cè)壁上形成側(cè)墻，然后以側(cè)墻為保護(hù)層對鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕來形成空隙，避免了刻蝕過程對微小尺寸的鰭部的損傷。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施方式
的限制。圖7示出了本實(shí)施例的多柵器件的形成方法的流程示意圖，包括步驟S31，提供半導(dǎo)體襯底；步驟S32，對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕以形成凸出的鰭部；步驟S33，對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙；步驟S34，形成介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和鰭部，并填充所述空隙；步驟S35，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，暴露出所述鰭部的頂部和部分側(cè)壁。
圖8至圖15示出了本實(shí)施例的多柵器件的形成方法中各步驟的剖面結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合圖7和圖8至圖15對本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。結(jié)合圖7和圖8，執(zhí)行步驟S31，提供半導(dǎo)體襯底30。所述半導(dǎo)體襯底30的材料可以選自娃、錯、應(yīng)變娃、應(yīng)變錯、GaAs> InP、InGaAs> AlGaAs> InAlAs、InAs> AlSb、InSb、AllnSb、GaN、AlGaN等單晶材料、多層量子阱材料、二維石墨烯材料、以及多晶硅、氧化物半導(dǎo)體等多晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體材料其中之一，本實(shí)施例中為硅襯底，即體硅襯底。結(jié)合圖7和圖9，執(zhí)行步驟S32，對所述半導(dǎo)體襯底30進(jìn)行刻蝕以形成凸出的鰭部301。具體的，鰭部301的形成過程可以包括在半導(dǎo)體襯底30上形成硬掩膜層31并圖形化，定義出鰭部301的圖形；以圖形化后的硬掩膜層31為掩膜，對半導(dǎo)體襯底30進(jìn)行刻蝕，形成一個或多個凸出的鰭部301。作為示例，圖9中鰭部301的個數(shù)為2個,但是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，所述鰭部301的個數(shù)還可以為任意個數(shù)，如3個、5個等。作為示例，圖9中仍 然示出了覆蓋在鰭部301上的圖形化后的硬掩膜層31。結(jié)合圖7和圖12，執(zhí)行步驟S33，對所述鰭部301底部的半導(dǎo)體襯底30進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部301和半導(dǎo)體襯底30之間形成空隙33。具體的，首先參考圖10，在鰭部301的側(cè)壁上形成側(cè)墻32，其材料在本實(shí)施例中為氧化硅。側(cè)墻32的形成過程可以包括形成氧化層，覆蓋半導(dǎo)體襯底30、鰭部301的側(cè)壁和圖形化后的硬掩膜層31 ;對該氧化層進(jìn)行各向異性刻蝕，去除半導(dǎo)體襯底30和圖形化后的硬掩膜層31表面的氧化層，殘留在鰭部301側(cè)壁上的氧化層即為側(cè)墻32。之后參考圖11，以側(cè)墻32為掩膜，使用各向同性刻蝕對鰭部301底部的半導(dǎo)體襯底30進(jìn)行刻蝕，在鰭部301和半導(dǎo)體襯底30之間形成空隙33。本實(shí)施例中各向同性刻蝕的反應(yīng)氣體為Cl2、HBr, He和O2，其中Cl2的流量為15至25sccm，HBr的流量為O. 5至2sccm，刻蝕過程中的反應(yīng)壓強(qiáng)為50至lOOmtorr，RF刻蝕功率為800至1500W，偏置刻蝕功率為60 120W。由于鰭部301的側(cè)壁形成有側(cè)墻32，在各向同性刻蝕中保護(hù)了鰭部301，防止其在刻蝕中受到損傷。接下來參考圖12，去除鰭部301側(cè)壁上的側(cè)墻。需要說明的是，由于圖12是剖面圖，因此圖12中所示出的空隙33將鰭部301和半導(dǎo)體30襯底隔離，但可以理解的是，實(shí)際上鰭部301沿垂直于紙面方向上的兩端的下方并沒有被刻蝕，其仍然與半導(dǎo)體襯底30相連，作為整個鰭部301的支撐。本實(shí)施例中是采用側(cè)墻來保護(hù)鰭部301，防止在刻蝕形成空隙33的時候損傷鰭部，在其他具體實(shí)施例中，所述鰭部301是采用各向異性刻蝕形成的，其側(cè)壁上留有各向異性刻蝕過程中生成的聚合物，該聚合物也可以在后續(xù)各向同性刻蝕形成空隙33的過程中起到保護(hù)鰭部301的作用。具體的，形成鰭部301的各向異性刻蝕的工藝參數(shù)可以為C12、HBr, He和O2，其中Cl2的流量為90至IlOsccm, HBr的流量為50至70sccm，刻蝕過程中的反應(yīng)壓強(qiáng)為3至30mtorr，RF刻蝕功率為300至600W，偏置刻蝕功率為50 100W。后續(xù)形成空隙33的各向同性刻蝕的工藝參數(shù)仍然可以參照以上實(shí)施例中的具體參數(shù)。結(jié)合圖7和圖13，執(zhí)行步驟S34，形成介質(zhì)層33，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底30和鰭部301，并填充所述空隙。介質(zhì)層33的形成方法為保形性沉積，其材料可以是低溫氧化層、硼磷硅玻璃、氮化硅、氟氧化硅、碳氧化硅或低介電常數(shù)材料等，本實(shí)施例中采用的是低溫氧化層。
結(jié)合圖7和圖15，執(zhí)行步驟S35，對所述介質(zhì)層33進(jìn)行刻蝕，暴露出所述鰭部301的頂部和部分側(cè)壁。具體的，首先參考圖14，對介質(zhì)層33的表面進(jìn)行平坦化，至暴露出圖形化后的硬掩膜層31。平坦化的方法可以是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或各向異性刻蝕等。之后參考圖15，對介質(zhì)層33繼續(xù)進(jìn)行刻蝕，至剩余的介質(zhì)層33的厚度為預(yù)設(shè)的厚度范圍內(nèi)，并去除鰭部301頂部 的圖形化后的硬掩膜層。剩余的介質(zhì)層33貫穿于鰭部301和半導(dǎo)體襯底30之間，使得相鄰的鰭部301之間完全隔離。本實(shí)施例的隔離方法主要通過刻蝕來形成鏤空的空隙并填充介質(zhì)層來實(shí)現(xiàn)，其工藝復(fù)雜度較低，成本也不高，便于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。在該具體實(shí)施例中，對介質(zhì)層33繼續(xù)進(jìn)行刻蝕時也刻蝕去除了圖形化后的硬掩月旲層31.之后，與常規(guī)的FinFET或者其他類型的多柵器件類似的，還可以依次形成柵介質(zhì)層和柵電極層，柵介質(zhì)層覆蓋暴露出的鰭部301的頂部和側(cè)壁，柵電極層覆蓋柵介質(zhì)層。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多柵器件的形成方法,其特征在于,包括 提供半導(dǎo)體襯底； 對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕以形成凸出的鰭部； 對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙； 形成介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和鰭部，并填充所述空隙； 對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，暴露出所述鰭部的頂部和部分側(cè)壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，所述對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙包括 在所述鰭部的側(cè)壁上形成側(cè)墻； 以所述側(cè)墻為掩膜，使用各向同性刻蝕對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，所述凸出的鰭部是采用各向異性刻蝕形成的；所述對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙包括以所述各向異性刻蝕過程中形成的反應(yīng)聚合物為掩膜，使用各向同性刻蝕對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕,在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，所述各向異性刻蝕的反應(yīng)氣體包括Cl2、HBr、He和O2，其中Cl2的流量為90至110sccm，HBr的流量為50至70sccm，刻蝕過程中的反應(yīng)壓強(qiáng)為3至30mtorr，RF刻蝕功率為300至600W，偏置刻蝕功率為50 IOOff0
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，所述各向同性刻蝕的反應(yīng)氣體為Cl2、HBr、He和O2，其中Cl2的流量為15至25sccm，HBr的流量為O. 5至2sccm，刻蝕過程中的反應(yīng)壓強(qiáng)為50至lOOmtorr，RF刻蝕功率為800至1500W，偏置刻蝕功率為60 120W。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的材料選自娃、錯、應(yīng)變娃、應(yīng)變錯、GaAs、InP、InGaAs、AlGaAs、InAlAs、InAs、AlSb、InSb、AlInSb、GaN、AlGaN單晶材料、多層量子阱材料，二維石墨烯材料、以及多晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體材料其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，使用保形性沉積形成所述介質(zhì)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為低溫氧化層、硼磷硅玻璃、氮化硅、氟氧化硅、碳氧化硅或低介電常數(shù)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕之前，還包括對所述介質(zhì)層的表面進(jìn)行平坦化。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多柵器件的形成方法，其特征在于，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，還包括依次形成柵介質(zhì)層和柵電極層，所述柵介質(zhì)層覆蓋暴露出的鰭部的頂部和側(cè)壁，所述柵電極層覆蓋所述柵介質(zhì)層。
全文摘要
一種多柵器件的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕以形成凸出的鰭部；對所述鰭部底部的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述鰭部和半導(dǎo)體襯底之間形成空隙；形成介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底和鰭部，并填充所述空隙；對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，暴露出所述鰭部的頂部和部分側(cè)壁。本發(fā)明能夠以簡單的工藝實(shí)現(xiàn)鰭部之間的隔離，其成本較低，便于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
文檔編號H01L21/336GK102856205SQ201110182408
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者殷華湘, 徐秋霞, 陳大鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所