專(zhuān)利名稱(chēng)：受控橫向刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種受控橫向刻蝕方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，經(jīng)常存在需要對(duì)材料層進(jìn)行橫向刻蝕而不進(jìn)行豎直方向刻蝕的情況。在此，所謂“橫向”是指平行于襯底表面的方向，所謂“豎直方向”是指垂直于襯底表面的方向。例如，圖1示出了這樣一種示例。如圖1所示，在襯底100上形成有突出于襯底表面的結(jié)構(gòu)101，該突出結(jié)構(gòu)101可以與襯底100是一體的(如圖1中所示)，或者也可以是襯底100上另外形成的材料層(圖中未示出)。這種襯底上形成有突出結(jié)構(gòu)的配置在半 導(dǎo)體領(lǐng)域是非常常見(jiàn)的，例如鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)，其中在襯底上形成突出的鰭片。經(jīng)常，需要在襯底100上在突出結(jié)構(gòu)101兩側(cè)形成材料層102，例如在FinFET的情況下，需要在鰭片兩側(cè)形成隔離層。一般來(lái)說(shuō)，為了在突出結(jié)構(gòu)101兩側(cè)形成材料層102，首先在襯底100 (包括突出結(jié)構(gòu)101)上淀積一層材料層102的構(gòu)成材料，然后對(duì)該淀積層進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)得到材料層102。在此，如果可以對(duì)淀積層有效地進(jìn)行橫向刻蝕以去除位于突出結(jié)構(gòu)101側(cè)壁上的材料，而在豎直方向沒(méi)有刻蝕或者刻蝕很少，就可以得到如圖1所示形成于襯底100上突出結(jié)構(gòu)101兩側(cè)的材料層102。遺憾的是，目前尚不存在有效的橫向刻蝕方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常通過(guò)如下方法來(lái)形成如圖1所示的配置。具體地，首先，如圖2(a)所示，在襯底100(包括突出結(jié)構(gòu)101)上淀積一層(102')材料層102的構(gòu)成材料。在淀積過(guò)程中，通過(guò)控制工藝參數(shù)，使得淀積層102'在豎直方向上的厚度(即，位于襯底100上的厚度)大，而在橫向上的厚度(即，位于突出結(jié)構(gòu)101側(cè)壁上的厚度)小。然后，如圖2(b)所示，對(duì)淀積層102'進(jìn)行各向同性回蝕，以去除淀積層102'位于突出結(jié)構(gòu)101側(cè)壁上的部分。而位于襯底100上的部分具有相對(duì)大的厚度，因此在各向同性回蝕之后仍然留有一部分。在此，材料層102也可以留于突出結(jié)構(gòu)101的頂面上(圖2(b)中未示出)。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在如下問(wèn)題。首先，要淀積豎直方向上厚度大而橫向厚度小的材料層，這對(duì)于淀積工藝的要求很高。第二，在刻蝕過(guò)程中，對(duì)于橫向、豎直方向上的刻蝕不存在有效控制。有鑒于此，需要一種新穎的受控橫向刻蝕方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種受控橫向刻蝕方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種受控橫向刻蝕方法，包括在包括突出結(jié)構(gòu)的第一材料層上形成第二材料層；在所述第二材料層與所述突出結(jié)構(gòu)的豎直表面相對(duì)的外偵牝形成側(cè)墻；在所述第二材料層以及所述側(cè)墻的表面上形成第三材料層；在所述第三材料層上覆蓋沿第一材料層的橫向表面方向延伸的掩膜層；對(duì)所述突出結(jié)構(gòu)側(cè)面上的層進(jìn)行橫向刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)在各材料層之間插入側(cè)墻，使得各材料層相對(duì)較窄，從而在刻蝕過(guò)程中導(dǎo)致窄寬度效應(yīng)。由于窄寬度效應(yīng)，刻蝕主要沿橫向進(jìn)行，基本上不會(huì)沿豎直方向進(jìn)行。從而實(shí)現(xiàn)了有效的橫向刻蝕。


通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中圖1示出了需要橫向刻蝕處理的示例配置的示意透視圖； 圖2(a)和2(b)示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)形成圖1所示配置的示意流程；圖3(a)_3(j)示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的受控橫向刻蝕方法的流程中各階段得到的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制造得到的半導(dǎo)體器件的示意透視圖；圖5 (a) -5 (h)示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造圖4所示半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的流程中各階段得到的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制造得到的另一半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下，通過(guò)附圖中示出的具體實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的各種結(jié)構(gòu)圖及截面圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚的目的，放大了某些細(xì)節(jié)，并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對(duì)大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計(jì)具有不同形狀、大小、相對(duì)位置的區(qū)域/層。圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的受控橫向刻蝕方法的示意流程。具體地，如圖3(a)所示，提供第一材料層200，并在該第一材料層200上形成突出于第一材料層200表面的結(jié)構(gòu)201。在此,第一材料層200例如是半導(dǎo)體襯底,包括體半導(dǎo)體材料襯底、II1-V族化合物半導(dǎo)體材料襯底、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底等，或者可以是諸如玻璃等其他襯底。可選地，第一材料層200也可以是襯底上形成的材料層，例如襯底上形成的半導(dǎo)體材料層、導(dǎo)電材料層或絕緣材料層等。突出結(jié)構(gòu)201可以是利用第一材料層200形成從而與第一材料層200為一體(如圖3(a)所示)，或者可以是在第一材料層200上形成的其他材料層通過(guò)構(gòu)圖而得到。例如，突出結(jié)構(gòu)201可以是鰭片，而第一材料層200可以是體半導(dǎo)體襯底。以下，以第一材料層200是體Si半導(dǎo)體襯底，突出結(jié)構(gòu)201是在該體Si半導(dǎo)體襯底上形成的Si鰭片為例進(jìn)行說(shuō)明。但是需要指出的是，本發(fā)明并不局限于此。在第一材料層200 (包括突出結(jié)構(gòu)201)上形成(例如，淀積)第二材料層202_1如氧化物(SiO2)。在此，不需要如現(xiàn)有技術(shù)中那樣特別控制淀積過(guò)程中的工藝參數(shù)以使得第二材料層202-1的豎直方向厚度大于橫向厚度。例如，第二材料層202-1在豎直方向和橫向上的厚度可以相同，例如是5-10nm。接著，如圖3(b)所示，在突出結(jié)構(gòu)201兩側(cè)(具體地，在第二材料層202-1與突出結(jié)構(gòu)201的豎直表面相對(duì)的外側(cè))形成側(cè)墻203。例如，可以通過(guò)淀積側(cè)墻材料并進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕(RIE)來(lái)形成側(cè)墻。形成側(cè)墻的工藝是本領(lǐng)域中公知的，在此不詳細(xì)描述其過(guò)程。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，側(cè)墻203例如可以包括非摻雜的非晶Si。側(cè)墻203的厚度例如是 5_10nmo然后，如圖3(c)所示，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上，具體地，在第二材料層202-1以及側(cè)墻203的表面上，再形成(例如，淀積)第三材料層202-2。該第三材料層202-2可以包括與第二材料層202-1相同的材料如氧化物(SiO2)或高密度等離子(HDP)氧化物(SiO2)。在此，也不需要如現(xiàn)有技術(shù)中那樣特別控制淀積過(guò)程中的工藝參數(shù)以使得第三材料層202-2的豎 直方向厚度大于橫向厚度。例如，第三材料層202-2在豎直方向和橫向上的厚度可以相同，例如是5-1Onm。參見(jiàn)圖3(c)所示的結(jié)構(gòu)，第二材料層202-1和第三材料層202_2兩者構(gòu)成了與圖2所示的淀積層102'類(lèi)似的功能層。與圖2所示結(jié)構(gòu)不同的是，在圖3(c)所示的實(shí)施例中，該功能層(202-1和202-2)在豎直方向上的厚度可以與橫向上的厚度相同。這簡(jiǎn)化了形成該功能層(202-1和202-2)的工藝。這里需要指出的是，第二材料層202-1和第三材料層202-2的材料可以相同，也可以不同。例如，在FinFET的示例中，第二材料層202-1和第三材料層202-2可以均為SiO2,從而形成最終的隔離層。當(dāng)然，第二材料層202-1和第三材料層202-2也可以分別是不同的絕緣電介質(zhì)材料，這對(duì)于最終形成的隔離層的性能并無(wú)任何影響。在隨后的附圖中，第二材料層202-1與第三材料層202-2之間的界面以虛線表示。另外，在所述功能層(202-1和202-2)將要被橫向刻蝕的部分(位于突出結(jié)構(gòu)201側(cè)壁上的部分)中，插入了側(cè)墻203。如以下將要描述的那樣，該側(cè)墻203起到有效控制橫向刻蝕的作用。盡管在圖3所示的實(shí)施例中，將所述功能層分成兩個(gè)子層(202-1和202-2)且在兩個(gè)子層之間插入側(cè)墻(203)，但是也可以將所述功能層分成多于兩個(gè)的子層且在相鄰的子層之間分別插入側(cè)墻。例如，在圖3(c)所示的結(jié)構(gòu)上，還可以在在突出結(jié)構(gòu)201兩側(cè)(具體地，在第三材料層202-2與突出結(jié)構(gòu)201的豎直表面相對(duì)的外側(cè))形成與側(cè)墻203相似的另一側(cè)墻，然后再形成與第二材料層202-1和第三材料層202-2相似的另一材料層，以此類(lèi)推。在形成圖3(c)所示的結(jié)構(gòu)之后，可以對(duì)所述功能層(202-1和202_2)進(jìn)行橫向刻蝕。為此，可以先沿著橫向表面的方向形成一層掩膜，以防止豎直方向上的刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以如下來(lái)提供所述掩膜。具體地，如圖3(d)所示，可以在圖3(c)所示的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成非摻雜的非晶Si層204，其厚度例如是5-10nm。然后，如圖3(e)中箭頭所示，對(duì)非晶Si層204沿橫向表面的部分進(jìn)行摻雜例如P型摻雜。例如可以通過(guò)向非晶Si層204中注入BF2然后進(jìn)行退火(如，激光退火或快速退火)以激活注入的摻雜劑，來(lái)進(jìn)行這種P型摻雜。由于退火這樣的熱處理，非晶Si材料可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑i材料。在注入過(guò)程中，可以將注入方向控制為豎直方向，使得摻雜劑基本上只注入到非晶Si層204沿橫向表面的部分(圖3(e)所示的陰影部分)中，而不會(huì)或者很少注入到非晶Si層204豎直部分(圖3(e)所示的斜線部分)中。接著，如圖3(f)所示，相對(duì)于P型摻雜的多晶Si材料,選擇性刻蝕非摻雜的多晶娃。這樣，就留下了沿橫向表面方向延伸的P型摻雜多晶Si層204a。該P(yáng)型摻雜多晶Si層204a在以下充當(dāng)刻蝕掩膜，防止在隨后的刻蝕過(guò)程中發(fā)生沿豎直方向的刻蝕。在此需要指出的是，掩膜層的摻雜不限于P型摻雜，例如也可以是η型摻雜。然后，進(jìn)行刻蝕，以去除所述功能層(202-1和202-2)位于突出結(jié)構(gòu)201側(cè)壁上的部分。具體地，首先，如圖3(g)所示，相對(duì)于多晶Si材料，選擇性刻蝕第三材料層202-2 (例如，SiO2)。由于側(cè)墻203的存在，第三材料層202-2相對(duì)較窄。因此，由于窄寬度效應(yīng)，沿豎直方向的刻蝕速率遠(yuǎn)小于沿橫向的刻蝕速率。結(jié)果，刻蝕主要沿橫向進(jìn)行，在豎直方向很小。然后，如圖3(h)所不,相對(duì)于P型摻雜多晶Si層204a,選擇性刻蝕非摻雜 多晶Si的側(cè)墻203。接著，如圖3(i)所示，相對(duì)于多晶Si材料，選擇性刻蝕第二材料層202-1 (例如，SiO2)。同樣地，由于窄寬度效應(yīng)，沿豎直方向的刻蝕速率遠(yuǎn)小于沿橫向的刻蝕速率。結(jié)果，刻蝕主要沿橫向進(jìn)行，在豎直方向很小?？梢钥吹?，由于側(cè)墻203的存在，將所述功能層(202-1和202_2)分成了兩個(gè)材料層(或者，在存在更多側(cè)墻203的情況下，分成更多的材料層)，從而每一材料層相對(duì)較窄。這導(dǎo)致了刻蝕過(guò)程中的窄寬度效應(yīng)，從而沿豎直方向的刻蝕速率遠(yuǎn)小于沿橫向的刻蝕速率。結(jié)果，刻蝕主要沿橫向進(jìn)行，在豎直方向很小。隨后，如圖3(j)所示，相對(duì)于所述功能層(202-1和202-2)(例如，SiO2),選擇性刻蝕P型摻雜多晶Si層204a，去除該掩膜層。最終，得到了如圖3(j)所示的在第一材料層200上在突出結(jié)構(gòu)201兩側(cè)形成有所述功能層(202-1和202-2)的配置。所述功能層(202-1和202-2)的厚度由所形成的子層202-2和202-2的厚度確定。在此，在突出結(jié)構(gòu)201的頂面上可能留有功能層(202-1和202_2)，這在大多數(shù)情況下都不會(huì)影響最終形成器件的性能。例如，在FinFET的示例中，鰭片201頂面上的所述功能層(202-1和202-2)(例如，SiO2)使得最終形成雙柵FinFET。另外，如圖3 (j)所示，所述功能層(202-1和202_2)在靠近突出部分201側(cè)壁處略有凸起。這種凸起一般不會(huì)影響最終形成器件的性能。在以下圖示中，為方便起見(jiàn)，不再示出這種凸起。在以上的示例中，所述功能層包括氧化物。但是本發(fā)明不限于此，例如，所述功能層也可以包括氮化物等。而且，在以上示例中，側(cè)墻203包括非摻雜多晶Si，掩膜層包括P型摻雜多晶硅。但是，本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要側(cè)墻203和掩膜層能夠在相應(yīng)的刻蝕步驟中提供刻蝕選擇性，可以選擇任意其他合適的材料。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意透視圖。在該實(shí)施例中，除了按上述方法來(lái)進(jìn)行橫向刻蝕之外，還在該器件中集成了具有不同高度的鰭片。具體地，如圖4所示，該半導(dǎo)體器件包括在襯底300如體Si襯底上形成的半導(dǎo)體層(即，上述第一材料層)。半導(dǎo)體層包括依次設(shè)置的半導(dǎo)體子層301、302-1/302-2、
303-1/303-2、304-1/304-2。例如，半導(dǎo)體子層301為約2_15nm厚的SiGe (Ge的原子百分比為約5-20% );半導(dǎo)體子層302-1/302-2為約20_150nm厚的Si ;半導(dǎo)體子層303-1/303-2為約1-1Onm厚的SiGe (Ge的原子百分比為約5-20% );半導(dǎo)體子層304-1/304-2為約20-150nm 厚的 Si。鰭片通過(guò)對(duì)這些半導(dǎo)體子層進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)形成。具體地，圖4左側(cè)所示的鰭片由構(gòu)圖后的半導(dǎo)體子層304-1構(gòu)成；圖4右側(cè)所示的鰭片由構(gòu)圖后·的半導(dǎo)體子層302-2、303-2、
304-2構(gòu)成。在鰭片兩側(cè)，包括利用根據(jù)本發(fā)明的方法形成的隔離層306-1/306-2，隔離層306-1/306-2中還留有在所述方法的處理過(guò)程中殘留的側(cè)墻部分308。在圖4中，還示出了位于鰭片頂部的層305-1/305-2。該層305_1/305_2例如可以包括鰭片構(gòu)圖工藝中的硬掩膜以及隔離層形成工藝中的隔離層殘留于鰭片頂部的部分。該半導(dǎo)體器件還包括跨于鰭片上的柵堆疊307-1/2 (圖中并未示出柵堆疊的具體構(gòu)造如柵介質(zhì)層和柵電極層)。柵堆疊與半導(dǎo)體層之間通過(guò)隔離層306-1/306-2而相互隔開(kāi)。在該實(shí)施例中，左側(cè)區(qū)域(第一區(qū)域)和右側(cè)區(qū)域(第二區(qū)域)中鰭片的高度不同。在此需要指出的是，在本申請(qǐng)中，鰭片的“高度”是指鰭片的頂面距其底面(即，該鰭片所接于的半導(dǎo)體層的表面)的高度。例如，在圖4所示的示例中，第一區(qū)域中鰭片的高度為半導(dǎo)體子層304-1的頂面(即，第一區(qū)域中鰭片的頂面)距半導(dǎo)體子層303-1的頂面(即，半導(dǎo)體層在第一區(qū)域中鰭片之外的區(qū)域中的表面)的高度；第二區(qū)域中鰭片的高度為半導(dǎo)體子層304-2的頂面(即，第二區(qū)域中鰭片的頂面)距半導(dǎo)體子層301的頂面(即，半導(dǎo)體層在第二區(qū)域中鰭片之外的區(qū)域中的表面)的高度。此外，在此所述的“接于”是指鰭片與半導(dǎo)體層之間直接接觸，并不存在其他材料層。存在這樣一種情況在半導(dǎo)體層之下另外還存在其他層如襯底300時(shí)，鰭片可以貫穿整個(gè)半導(dǎo)體層(即，利用整個(gè)厚度的半導(dǎo)體層來(lái)形成該厚度的鰭片)。這時(shí)，該鰭片的底面與半導(dǎo)體層的底面相重合。在本公開(kāi)中，將這種情況也認(rèn)為是鰭片“接于”半導(dǎo)體層，因?yàn)轹捚c半導(dǎo)體層之間并不存在其他材料層。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體層(即，第一材料層)由多個(gè)半導(dǎo)體子層(例如，上述的SiGe和Si的交替疊層)來(lái)形成。選擇半導(dǎo)體子層的材料，使得相鄰半導(dǎo)體子層的材料不同且相對(duì)于彼此具有刻蝕選擇性，從而可以對(duì)這些半導(dǎo)體子層進(jìn)行選擇性逐層刻蝕。這樣，在構(gòu)圖鰭片時(shí)，可以精確控制構(gòu)成器件的半導(dǎo)體子層數(shù)目，并因此準(zhǔn)確控制所形成的鰭片的高度(即，最終形成器件的溝道寬度)。優(yōu)選地，半導(dǎo)體層(即，第一材料層)可以包括相對(duì)較厚的鰭片主體材料子層和相對(duì)較薄的刻蝕停止子層的交替疊層。例如，在上述實(shí)施例中，相對(duì)較厚的半導(dǎo)體子層302-1、302-2和304-1、304-2充當(dāng)鰭片的主體材料子層(例如，在該實(shí)施例中為Si)，相對(duì)較薄的半導(dǎo)體子層301和303-1、303-2充當(dāng)針對(duì)鰭片主體材料子層的刻蝕停止子層(例如，在該實(shí)施例中為SiGe)。這樣，通過(guò)交替設(shè)置鰭片主體材料子層和相應(yīng)的刻蝕停止子層，對(duì)每一鰭片主體材料子層的刻蝕可以精確停止于相應(yīng)的刻蝕停止子層。從而在對(duì)鰭片的構(gòu)圖過(guò)程中，可以精確控制主要地確定鰭片高度的主體材料子層的層數(shù)。以下，將參照附圖5，來(lái)描述制造圖4所示半導(dǎo)體器件的示例方法。在以下，以Si基材料為例進(jìn)行描述，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于Si基材料，而是可以應(yīng)用于其他各種半導(dǎo)體材料。如圖5(a)所示，在襯底300上提供半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層包括依次堆疊的半導(dǎo)體子層301、半導(dǎo)體子層302、半導(dǎo)體子層303和半導(dǎo)體子層304。例如，襯底300為體Si襯底；半導(dǎo)體子層301為約2-15nm厚的SiGe (Ge的原子百分比為約5-20% );半導(dǎo)體子層302為約20-150nm厚的Si ;半導(dǎo)體子層303為約1-1Onm厚的SiGe (Ge的原子百分比為約5-20% );半導(dǎo)體子層304為約20-150nm厚的Si。在該半導(dǎo)體層上，依次形成氧化物(氧化硅)層和氮化物(氮化硅)層(圖中統(tǒng)一示出為“305a”)。例如，氧化物層約為2-5nm厚，氮化物層約為10_50nm厚。該氧化物層和氮化物層305a在隨后用作硬掩膜。另外，在氮化物層上形成構(gòu)圖的光刻膠309。該構(gòu)圖的光刻膠309位于將要形成鰭片的區(qū)域。接下來(lái)，如圖5 (b)所示，對(duì)硬掩膜層305a進(jìn)行構(gòu)圖。具體地，利用構(gòu)圖的光刻膠309作為掩膜，對(duì)氮化物層進(jìn)行刻蝕如RIE。該刻蝕停止于氧化物層。然后，繼續(xù)對(duì)氧化物層進(jìn)行刻蝕如RIE，該刻蝕停止于Si子層304，從而形成構(gòu)圖后的硬掩膜層305a-l和305a_2。最后去除光刻膠309。
接下來(lái)，如圖5(c)、5(d)所示，利用構(gòu)圖的硬掩膜層305a_l和305a_2作為掩膜，對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖如RIE，從而在半導(dǎo)體層中形成鰭片。具體地，首先，如圖5(c)所示，相對(duì)于SiGe子層303選擇性刻蝕Si子層304，得到構(gòu)圖后的Si子層304-1和304-2。然后，如圖5(d)所示，通過(guò)保護(hù)層310例如光刻膠，覆蓋左側(cè)區(qū)域(“第一區(qū)域”)，并繼續(xù)對(duì)右側(cè)區(qū)域(“第二區(qū)域”)進(jìn)行構(gòu)圖。具體地，在第二區(qū)域，相對(duì)于Si子層302選擇性刻蝕SiGe子層303，得到構(gòu)圖后的SiGe子層303_2(SiGe子層303留在第一區(qū)域中的部分示出為303-1);相對(duì)于SiGe子層301選擇性刻蝕Si子層302，得到構(gòu)圖后的Si子層302-2 (Si子層302留在第一區(qū)域中的部分示出為302-1)。最后，去除保護(hù)層310。這樣，就在第一區(qū)域中形成了第一鰭片，該第一鰭片由構(gòu)圖后的Si子層304-1構(gòu)成；在第二區(qū)域中形成了第二鰭片，該第二鰭片由構(gòu)圖后的Si子層304-1、構(gòu)圖后的SiGe子層303-2、構(gòu)圖后的Si子層302-2構(gòu)成?？梢钥吹?，在該實(shí)施例中，相鄰半導(dǎo)體子層(Si子層和SiGe子層)各自的材料不同，相對(duì)于彼此具有刻蝕選擇性，從而在對(duì)鰭片進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，可以對(duì)半導(dǎo)體子層進(jìn)行逐層刻蝕，并因此可以精確控制最終形成的鰭片的高度。在該實(shí)施例中，重要的是第一鰭片和第二鰭片分別由不同數(shù)目的構(gòu)圖后半導(dǎo)體子層構(gòu)成，從而第二鰭片和第二鰭片具有不同的高度。另外，在該實(shí)施例中，相對(duì)較厚的Si子層用作鰭片的主體材料層，而相對(duì)較薄的SiGe層用作Si子層的刻蝕停止層。這樣，通過(guò)SiGe子層的刻蝕停止作用，可以選擇用作鰭片主體材料的Si子層的數(shù)目，從而選擇最終形成的鰭片高度。這里需要指出的是，盡管在該實(shí)施例中，提供了兩個(gè)Si子層作為鰭片主體材料層(以及相應(yīng)的兩個(gè)SiGe子層作為刻蝕停止層)，從而可形成具有不同高度的兩個(gè)鰭片，但是本發(fā)明不限于此?？梢蕴峁└嗟陌雽?dǎo)體子層，以形成更多不同高度的鰭片。然后，如圖5(e)所示，根據(jù)上述方法(具體地，以上結(jié)合圖3 (a)-3(d)所描述的步驟)，在圖5(d)所示的結(jié)構(gòu)上形成材料層306如Si02。該材料層306例如通過(guò)兩層厚度約為5-10nm的子層構(gòu)成。在鰭片兩側(cè)，在這兩個(gè)子層之間插入了側(cè)墻308如非摻雜的非晶硅，側(cè)墻308的厚度例如約為5-10nm。在此，由于第一區(qū)域和第二區(qū)域中半導(dǎo)體層表面高度不一樣，因此第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的界面垂直于襯底表面，從而在該界面處也形成了兩個(gè)子層夾有側(cè)墻的結(jié)構(gòu)。另外，材料層306上覆蓋了一層非摻雜的非晶硅層311，該層的厚度例如約為5-1Onm。接下來(lái)，按照以上結(jié)合圖3 (e) -3 (j)所描述的步驟，通過(guò)對(duì)材料層306進(jìn)行橫向刻蝕，在鰭片兩側(cè)形成隔離層306-1/306-2，如圖5(f)所示。材料層306留于鰭片頂面上的部分被分別示出為305b-l和305b-2。在以下，硬掩膜305a-l/305a-2和頂面上的材料層部分305b-l/305b-2 被統(tǒng)一示出為 “305-1/305-2”。然后，如圖5(g)所示，橫跨鰭片，例如通過(guò)淀積形成柵介質(zhì)層307a、功函數(shù)調(diào)節(jié)層307b和柵電極層307c。例如，柵介質(zhì)層307a為2_4nm厚的高k柵介質(zhì)，如Hf02、HfSi0、HfSiON, HfTaO, HfTiO, HfZrO, Al2O3' La2O3' ZrO2, LaAlO 等；功函數(shù)調(diào)節(jié)層 307b 包括 TiN,TiAlN, TaN, TaAlN, TaC等；柵電極層包括多晶硅。接著，如圖5(h)所示，進(jìn)行構(gòu)圖形成最終的柵堆疊。具體地，可以對(duì)柵電極層307c、功函數(shù)調(diào)節(jié)層307b (以及，可選地對(duì)柵介質(zhì)層307a)進(jìn)行刻蝕如RIE，使得各個(gè)柵堆疊 之間電氣絕緣，從而得到柵堆疊307-1/2。在此之后，可以同常規(guī)工藝中一樣，制作源/漏區(qū)、金屬互連等，完成最終的器件。這樣，就得到了圖4所示的半導(dǎo)體器件(在圖4的透視圖中，為方便起見(jiàn)，柵堆疊的形狀僅示意性表示，與圖5的剖面圖中所示的柵堆疊并不完全對(duì)應(yīng))。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意剖面圖。圖6所示的器件與圖5(h)所示的器件基本上相同，除了鰭片由同一半導(dǎo)體層構(gòu)成之外。具體地，如圖6所示，該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體層(即，第一材料層)400，例如體Si半導(dǎo)體層。在該半導(dǎo)體層400中，形成了兩個(gè)高度不同的鰭片401-1和401-2。這兩個(gè)鰭片401-1和401-2可以按照類(lèi)似于圖5 (a)-(d)中所示的方法來(lái)形成，只是在刻蝕過(guò)程中可以通過(guò)控制刻蝕時(shí)間等工藝參數(shù)來(lái)控制刻蝕深度。在鰭片401-1/401-2頂部，留有硬掩膜層和隔離層殘留物構(gòu)成的層402-1/402-2。橫跨鰭片401-1/401-2，形成柵堆疊405-1/405-2。在鰭片401-1/401-2兩側(cè)，同樣根據(jù)本發(fā)明的方法，形成有隔離層403_1/403_2。隔離層403-1/403-2還留有在所述方法過(guò)程中殘留的側(cè)墻部分404。柵堆疊405-1/405-2通過(guò)隔離層403-1/403-2與半導(dǎo)體層相隔開(kāi)。在以上的描述中，對(duì)于各層的構(gòu)圖、刻蝕等技術(shù)細(xì)節(jié)并沒(méi)有做出詳細(xì)的說(shuō)明。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的各種手段，來(lái)形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為了形成同一結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以設(shè)計(jì)出與以上描述的方法并不完全相同的方法。盡管以上分別描述了各個(gè)實(shí)施例，但是并不意味著這些實(shí)施例中的有利特征不能結(jié)合使用。以上參照本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以了說(shuō)明。但是，這些實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明的目的，而并非為了限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。不脫離本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應(yīng)落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種受控橫向刻蝕方法，包括在包括突出結(jié)構(gòu)的第一材料層上形成第二材料層；在所述第二材料層與所述突出結(jié)構(gòu)的豎直表面相對(duì)的外側(cè)，形成側(cè)墻；在所述第二材料層以及所述側(cè)墻的表面上形成第三材料層；在所述第三材料層上覆蓋沿第一材料層的橫向表面方向延伸的掩膜層；對(duì)所述突出結(jié)構(gòu)側(cè)面上的層進(jìn)行橫向刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述掩膜層包括摻雜的多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述掩膜層通過(guò)如下步驟來(lái)形成在所述第三材料層上形成非摻雜的非晶硅層；向所述非晶娃層沿第一材料層的橫向表面方向延伸的部分中注入摻雜劑；退火，以激活摻雜劑，并使得非晶硅材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璨牧?；以及相?duì)于摻雜的多晶娃，選擇性刻蝕非摻雜的多晶娃，以形成所述掩膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述第二材料層和第三材料層均包括氧化物，所述側(cè)墻包括非摻雜的多晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控橫向刻蝕方法，在形成掩膜層之前，還包括在所述第三材料層與所述突出結(jié)構(gòu)的垂直表面相對(duì)的外側(cè)，形成另一側(cè)墻；在所述第三材料層以及所述另一側(cè)墻的表面上形成另一材料層，其中在所述另一材料層上形成所述掩膜層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述突出結(jié)構(gòu)包括鰭片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述第一材料層上形成有多個(gè)鰭片，其中至少兩個(gè)鰭片的高度不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述鰭片通過(guò)如下步驟形成在所述第一材料層的第一區(qū)域中，對(duì)所述第一材料層進(jìn)行構(gòu)圖，形成第一鰭片；以及在所述第一材料層的第二區(qū)域中，對(duì)所述第一材料層進(jìn)行構(gòu)圖，形成第二鰭片，其中，第一鰭片的高度不同于第二鰭片的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述第一材料層包括多個(gè)半導(dǎo)體子層，其中相鄰半導(dǎo)體子層的材料不同從而能夠相對(duì)于彼此進(jìn)行選擇性刻蝕；在第一區(qū)域?qū)Φ谝徊牧蠈舆M(jìn)行構(gòu)圖的步驟包括通過(guò)構(gòu)圖，利用第一數(shù)目的半導(dǎo)體子層形成第一鰭片；以及在第二區(qū)域?qū)Φ谝徊牧蠈舆M(jìn)行構(gòu)圖的步驟包括通過(guò)構(gòu)圖，利用不同于第一數(shù)目的第二數(shù)目的半導(dǎo)體子層形成第二鰭片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述第一材料層包括鰭片主體材料子層與刻蝕停止子層的交替堆疊，所述鰭片主體材料子層的厚度大于所述刻蝕停止子層的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的受控橫向刻蝕方法，其中，所述鰭片主體材料子層包括Si，所述刻蝕停止子層包括SiGe。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種受控橫向刻蝕方法，包括在包括突出結(jié)構(gòu)的第一材料層上形成第二材料層；在所述第二材料層與所述突出結(jié)構(gòu)的豎直表面相對(duì)的外側(cè)，形成側(cè)墻；在所述第二材料層以及所述側(cè)墻的表面上形成第三材料層；在所述第三材料層上覆蓋沿第一材料層的橫向表面方向延伸的掩膜層；對(duì)所述突出結(jié)構(gòu)側(cè)面上的層進(jìn)行橫向刻蝕。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103021800SQ20111028136
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者朱慧瓏, 駱志炯, 尹海洲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所