鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，在一半導(dǎo)體襯底上形成用于定義柵極的柵極硬掩膜以及圍繞在所述柵極硬掩膜側(cè)面的側(cè)墻硬掩膜，通過利用側(cè)墻硬掩膜作為自對準(zhǔn)硬掩膜，先對半導(dǎo)體襯底形成具有傾斜側(cè)面的第一鰭式結(jié)構(gòu)，然后在第一鰭式結(jié)構(gòu)之間形成淺溝槽隔離，接著移除側(cè)墻硬掩膜，進(jìn)行第二次刻蝕，最終獲得了上下寬度不同的鰭式場效應(yīng)晶體管，由于在填充氧化層形成所述淺溝槽隔離時第一鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面為傾斜斜面，從而增加了填充工藝窗口，減少填充空隙，提高器件性能。
【專利說明】鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了跟上摩爾定律的腳步，人們不得不不斷地縮小MOSFET晶體管的特征尺寸。這樣做可以帶來增加芯片密度，提高M(jìn)OSFET的開關(guān)速度等好處。隨著器件的特征尺寸(⑶，Critical Dimens1n)進(jìn)一步下降，器件溝道長度縮短，漏極與源極的距離也隨之縮短，這樣一來柵極對溝道的控制能力變差，柵極電壓夾斷(pinch off)溝道的難度也越來越大，如此便使亞閥值漏電(Subthreshold leakage)現(xiàn)象，即所謂的短溝道效應(yīng)(SCE: short-channel effects)更容易發(fā)生。
[0003]由于這樣的原因，平面CMOS晶體管漸漸向三維(3D)鰭式場效應(yīng)晶體管(FinField Effect Transistor, FinFET)器件結(jié)構(gòu)過渡。在FinFET中，柵至少可以從兩側(cè)對超薄體進(jìn)行控制，具有比平面MOSFET器件強(qiáng)得多的柵對溝道的控制能力，能夠很好的抑制短溝道效應(yīng)。而且相對其它器件具有更好的集成電路生產(chǎn)技術(shù)的兼容性。
[0004]鰭式場效應(yīng)晶體管(Fin FET)是一種常見的多柵器件，圖1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1所示，其為鰭式場效應(yīng)晶體管示意圖，鰭式場效應(yīng)晶體管是具有一從襯底10突出的有源區(qū)域，此結(jié)構(gòu)狹長，故被稱為鰭式結(jié)構(gòu)(fin) 12 ；相鄰兩個鰭式結(jié)構(gòu)12之間形成有淺溝道隔離(STI)Il ;鰭式結(jié)構(gòu)12和淺溝道隔離11的表面形成有柵極結(jié)構(gòu)13 ;源/漏區(qū)(未示出)位于鰭式結(jié)構(gòu)12上，柵極結(jié)構(gòu)13的兩側(cè)；溝道區(qū)14則位于柵極結(jié)構(gòu)13下方，源/漏區(qū)之間的有源區(qū)域中。對于Fin FET，鰭式結(jié)構(gòu)12的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)13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。
[0005]鰭式結(jié)構(gòu)12是一種特殊的Fin FET結(jié)構(gòu)，分為上下兩部分，上部分為垂直的側(cè)面，而下部分為傾斜的側(cè)面。現(xiàn)有技術(shù)中形成的方法是先刻蝕形成上部分的鰭，再形成下部分的鰭，然后填充氧化物形成淺溝道隔離。
[0006]由于鰭式結(jié)構(gòu)12上部分豎直的鰭不利于氧化物的填充，從而使得淺溝道隔離11內(nèi)有空隙15，這顯然將大大降低器件的穩(wěn)定性。
[0007]因此，需要一種新的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，以避免部分上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，在保持上下兩部分鰭寬度不同的特殊鰭式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，避免填充氧化物形成的空隙問題，提高器件的穩(wěn)定。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，包括:
[0010]提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成用于定義柵極的柵極硬掩膜以及圍繞在所述柵極硬掩膜側(cè)面的側(cè)墻硬掩膜；
[0011]以所述柵極硬掩膜和側(cè)墻硬掩膜為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底形成多個具有傾斜側(cè)面的第一鰭式結(jié)構(gòu)，相鄰第一鰭式結(jié)構(gòu)之間為隔離溝道；
[0012]在所述隔離溝道內(nèi)填充隔離材料，形成淺溝道隔離，所述淺溝道隔離的側(cè)壁具有傾斜度，所述淺溝道隔離的上表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)的上表面；
[0013]移除所述側(cè)墻硬掩膜，以所述柵極掩膜層為掩膜，刻蝕所述第一鰭式結(jié)構(gòu)至所述淺溝道隔離的表面，形成寬度小于第一鰭式結(jié)構(gòu)的第二鰭式結(jié)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步的，所述柵極硬掩膜和側(cè)墻硬掩膜的材質(zhì)為SiN，S1N, α -C，Si02, BN, TiN中的至少一種。
[0015]進(jìn)一步的，所述柵極硬掩膜的厚度大于10nm，所述側(cè)墻硬掩膜的寬度大于5nm。
[0016]進(jìn)一步的，在所述隔離溝道內(nèi)填充隔離材料，形成淺溝道隔離的步驟包括:
[0017]在包含第一鰭式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底表面沉積氧化層至填滿所述隔離溝道；
[0018]化學(xué)機(jī)械平坦化所述氧化層直至暴露出所述柵極硬掩膜的上表面；
[0019]回刻蝕一定深度的所述氧化層，形成上表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)的上表面的所述淺溝道隔離。
[0020]進(jìn)一步的，所述第一鰭式結(jié)構(gòu)與所述第二鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面斜率相等或者不相等。
[0021]進(jìn)一步的，所述第二鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面為垂直于所述淺溝道隔離的上表面的豎直側(cè)面。
[0022]進(jìn)一步的，移除所述側(cè)墻硬掩膜之前或者之后，形成第二鰭式結(jié)構(gòu)之前，對所述所述第一鰭式結(jié)構(gòu)進(jìn)行傾斜角度的離子注入。
[0023]進(jìn)一步的，所述注入離子為氮、氬或碳。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，在一半導(dǎo)體襯底上形成用于定義柵極的柵極硬掩膜以及圍繞在所述柵極硬掩膜側(cè)面的側(cè)墻硬掩膜，通過利用側(cè)墻硬掩膜作為自對準(zhǔn)硬掩膜，先對半導(dǎo)體襯底形成具有傾斜側(cè)面的第一鰭式結(jié)構(gòu)，然后在第一鰭式結(jié)構(gòu)之間形成淺溝槽隔離，接著移除側(cè)墻硬掩膜，進(jìn)行第二次刻蝕，最終獲得了上下寬度不同的鰭式場效應(yīng)晶體管，同時由于在填充氧化層形成所述淺溝槽隔離時第一鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面為傾斜斜面，從而增加了填充工藝窗口，避免了所形成的淺溝道隔離具有豎直部分，也就避免了豎直部分不利于氧化物的填充，造成淺溝道隔離內(nèi)有空隙的問題，同時側(cè)墻硬掩膜在第二次刻蝕工藝前進(jìn)行移除，移除后的區(qū)域在第二次刻蝕工藝中起到了自對準(zhǔn)的作用，提高了工藝效率和刻蝕精度，進(jìn)而改善了器件性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明具體實施例的鰭式場效應(yīng)晶體管制造方法流程圖；
[0027]圖3A至3E是圖2所示的制造方法中的器件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0028]圖4A和4B是本發(fā)明具體實施例的器件結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實現(xiàn)，不應(yīng)認(rèn)為只是局限在所述的實施例。
[0030]請參考圖2，本實施例提供一種鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，包括:[0031]SI，提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成用于定義柵極的柵極硬掩膜以及圍繞在所述柵極硬掩膜側(cè)面的側(cè)墻硬掩膜；
[0032]S2，以所述柵極硬掩膜和側(cè)墻硬掩膜為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底形成多個具有傾斜側(cè)面的第一鰭式結(jié)構(gòu)，相鄰第一鰭式結(jié)構(gòu)之間為隔離溝道；
[0033]S3，在所述隔離溝道內(nèi)填充隔離材料，形成淺溝道隔離，所述淺溝道隔離的側(cè)壁具有傾斜度，所述淺溝道隔離的上表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)的上表面；
[0034]S4，移除所述側(cè)墻硬掩膜，以所述柵極掩膜層為掩膜，刻蝕所述第一鰭式結(jié)構(gòu)至所述淺溝道隔離的表面，形成寬度小于第一鰭式結(jié)構(gòu)的第二鰭式結(jié)構(gòu)。
[0035]請參考圖3A，在步驟SI中，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底，或者摻雜鍺之類的襯底，或者絕緣層上覆硅(SOI)等，可以包括各類摻雜區(qū)，深埋層等。在本實施例中，首先，在所述半導(dǎo)體襯底100上沉積硬掩膜材料，然后通過光刻、干法刻蝕工藝將待形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的柵極光刻圖案轉(zhuǎn)移到硬掩膜材料，形成柵極硬掩膜101，所述柵極硬掩膜101可以為SiN(氮化硅)，S1N(氮氧化硅)，a-c(阿爾法碳)，Si02( 二氧化硅)，BN(氮化硼)，TiN(氮化鈦)。接著請繼續(xù)參考圖3A，在形成柵極硬掩膜101的器件表面沉積SiN(氮化硅)、S1N (氮氧化硅)、0-(:(阿爾法碳)、5102(二氧化硅)、BN(氮化硼)、TiN(氮化鈦)等側(cè)墻材料，干法刻蝕形成圍繞柵極硬掩膜102的側(cè)墻硬掩膜102?？紤]到后續(xù)步驟形成的鰭式場效應(yīng)晶體管的形狀和調(diào)整空間，所述柵極硬掩膜的厚度優(yōu)選大于10nm，所述側(cè)墻硬掩膜的寬度優(yōu)選大于5nm。柵極硬掩膜101和側(cè)墻硬掩膜102均可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)柵極光刻圖案良好的轉(zhuǎn)移效果，柵極硬掩膜101優(yōu)選為氮化硅層、氧化硅層兩層結(jié)構(gòu)氮或者化硅層、氧化硅層、氮化硅層三層結(jié)構(gòu)。
[0036]請參考圖3B，在步驟S2，經(jīng)可行工藝的光刻、刻蝕形成多個第一鰭式結(jié)構(gòu)100a，相鄰第一鰭式結(jié)構(gòu)10a之間為隔離溝道100c，刻蝕后形成的第一鰭式結(jié)構(gòu)100a，其剖面結(jié)構(gòu)為梯形，即第一鰭式結(jié)構(gòu)10a上窄下寬，其底角能夠在后續(xù)填充隔離材料時起到較優(yōu)的效果，避免垂直結(jié)構(gòu)不利于淺溝道填充的缺點。本步驟的刻蝕方法為干法刻蝕，刻蝕氣體例如為溴化氫、六氟化硫及氦氣等。
[0037]請參考圖3C，在步驟S3中，首先，在所述隔離溝道10c內(nèi)填充隔離材料，可采用已知的化學(xué)氣象沉積或物理氣相沉積工藝進(jìn)行氧化層的填充，由于第一鰭式結(jié)構(gòu)1la的側(cè)面為傾斜斜面，從而在填充氧化層形成所述淺溝槽隔離103時增加了填充工藝窗口，避免了所形成的淺溝道隔離103具有豎直部分，也就避免了豎直部分不利于氧化物的填充而造成淺溝道隔離內(nèi)有空隙的問題；然后，經(jīng)平坦化工藝使得氧化層表面與柵極硬掩膜101齊平；接著，請繼續(xù)參考圖3C，回刻蝕所述氧化層，形成淺溝道隔離103。具體的，可以采用干法刻蝕或者濕法刻蝕工藝，其中所述濕法刻蝕工藝為采用稀釋的氫氟酸或者鹽酸或者磷酸進(jìn)行刻蝕。此時，淺溝道隔離103的表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)101的上表面。本實施例中，側(cè)墻硬掩膜102在第二次刻蝕工藝前進(jìn)行移除，移除后的區(qū)域在第二次刻蝕工藝中起到了自對準(zhǔn)的作用，提高了工藝效率和刻蝕精度，進(jìn)而改善了器件性能。可見，步驟S3具體包括:在包含第一鰭式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底表面沉積氧化層至填滿所述隔離溝道；
[0038]化學(xué)機(jī)械平坦化所述氧化層直至暴露出所述柵極硬掩膜的上表面；
[0039]回刻蝕一定深度的所述氧化層，形成上表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)的上表面的所述淺溝道隔離。
[0040]請參考圖3D和3E，在步驟S4中，首先，通過濕法腐蝕或者干法刻蝕工藝移除側(cè)墻硬掩膜，移除側(cè)墻硬掩膜后的區(qū)域為后續(xù)第二鰭式結(jié)構(gòu)的制造提供了自對準(zhǔn)區(qū)域，提高工藝精度和效率；接著，以柵極硬掩膜101為掩膜，采用干法刻蝕工藝或者濕法腐蝕工藝來刻蝕所述第一鰭式結(jié)構(gòu)形成第二鰭式結(jié)構(gòu)10b和剩余第一鰭式結(jié)構(gòu)100d，所述第二鰭式結(jié)構(gòu)10b的底面與所述淺溝道隔離103的上表面齊平，底面寬度小于剩余第一鰭式結(jié)構(gòu)10d的上表面寬度(即第一鰭式結(jié)構(gòu)10a位于所述淺溝道隔離103的上表面處的寬度)，由此形成一種臺階式的鰭式結(jié)構(gòu)，高出所述淺溝道隔離103的上表面的上半部分(第二鰭式結(jié)構(gòu)100b)的底面寬度小于埋藏在所述淺溝道隔離103中的下半部分(剩余第一鰭式結(jié)構(gòu)10d)的上表面寬度。其中，所述剩余第一鰭式結(jié)構(gòu)10d與所述第二鰭式結(jié)構(gòu)10b的側(cè)面斜率相等或者不相等，第二鰭式結(jié)構(gòu)10b的側(cè)面可以為垂直于所述淺溝道隔離103的上表面的豎直側(cè)面。其中，上下兩部分之間的平臺高度(也可以看做是上下兩部分的相對位置)，即剩余第一鰭式結(jié)構(gòu)10d和第二鰭式結(jié)構(gòu)10b之間的平臺高度，可以通過步驟S3中隔離材料的填充(包括沉積、CMP和回刻蝕)方法來調(diào)節(jié)。
[0041]本實施例中，在步驟S4制作完由剩余第一鰭式結(jié)構(gòu)10d與所述第二鰭式結(jié)構(gòu)10b構(gòu)成的鰭式結(jié)構(gòu)后，還在鰭式結(jié)構(gòu)上預(yù)定位置進(jìn)行離子注入形成源區(qū)與漏區(qū)，之后在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)上形成柵極氧化層及柵極。相應(yīng)地，上述完成了鰭式場效應(yīng)晶體管的制作。
[0042]請參考圖4A和4B，在本發(fā)明的其他實施例中，為了進(jìn)一步調(diào)整形成第二鰭式結(jié)構(gòu)10b的側(cè)面，在移除所述側(cè)墻硬掩膜之前或者之后，形成第二鰭式結(jié)構(gòu)之前，可以對所述所述第一鰭式結(jié)構(gòu)10a高出所述淺溝道隔離103的上表面的上半部分進(jìn)行單次或者多次傾斜角度的離子注入，所述注入離子為氮、氬或碳。由此可以使得在刻蝕形成第二鰭式結(jié)構(gòu)10b時，側(cè)面的刻蝕速率不同，從而調(diào)整第二鰭式結(jié)構(gòu)10b側(cè)面的形狀，調(diào)高器件性能。
[0043]綜上所述，本發(fā)明提供的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法中，所形成第一鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面具有傾斜度，使得隔離溝道的側(cè)壁具有傾斜度，即避免了現(xiàn)有技術(shù)中鰭式結(jié)構(gòu)豎直部分不利于隔離溝道氧化物的填充，造成淺溝道隔離內(nèi)有空隙的問題。之后對第一鰭式結(jié)構(gòu)進(jìn)行再加工形成第二鰭式結(jié)構(gòu)，使得第二鰭式結(jié)構(gòu)的寬度小于所述淺溝道隔離的表面所在平面的鰭式結(jié)構(gòu)的寬度，形成臺階，滿足鰭式場效應(yīng)晶體管所需要的特殊結(jié)構(gòu)。最終，大大的提聞了器件的穩(wěn)定性。
[0044]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，包括: 提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成用于定義柵極的柵極硬掩膜以及圍繞在所述柵極硬掩膜側(cè)面的側(cè)墻硬掩膜； 以所述柵極硬掩膜和側(cè)墻硬掩膜為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底形成多個具有傾斜側(cè)面的第一鰭式結(jié)構(gòu)，相鄰第一鰭式結(jié)構(gòu)之間為隔離溝道； 在所述隔離溝道內(nèi)填充隔離材料，形成淺溝道隔離，所述淺溝道隔離的側(cè)壁具有傾斜度，所述淺溝道隔離的上表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)的上表面； 移除所述側(cè)墻硬掩膜，以所述柵極掩膜層為掩膜，刻蝕所述第一鰭式結(jié)構(gòu)至所述淺溝道隔離的表面形成底面寬度小于第一鰭式結(jié)構(gòu)上表面寬度的第二鰭式結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，所述柵極硬掩膜和側(cè)墻硬掩膜的材質(zhì)為SiN，S1N, α -C，Si02, BN, TiN中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，所述柵極硬掩膜的厚度大于1nm,所述側(cè)墻硬掩膜的寬度大于5nm。
4.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，在所述隔離溝道內(nèi)填充隔離材料，形成淺溝道隔離的步驟包括: 在包含第一鰭式結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底表面沉積氧化層至填滿所述隔離溝道； 化學(xué)機(jī)械平坦化所述氧化層直至暴露出所述柵極硬掩膜的上表面； 回刻蝕一定深度的所述氧化層，形成上表面低于所述第一鰭式結(jié)構(gòu)的上表面的所述淺溝道隔離。
5.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，所述第一鰭式結(jié)構(gòu)與所述第二鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面斜率相等或者不相等。
6.如權(quán)利要求5所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，所述第二鰭式結(jié)構(gòu)的側(cè)面為垂直于所述淺溝道隔離的上表面的豎直側(cè)面。
7.如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述第一鰭式結(jié)構(gòu)形成第二鰭式結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求4所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，采用干法刻蝕工藝或者濕法腐蝕工藝回刻蝕一定深度的所述氧化層。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，移除所述側(cè)墻硬掩膜之前或者之后，形成第二鰭式結(jié)構(gòu)之前，對所述所述第一鰭式結(jié)構(gòu)進(jìn)行傾斜角度的離子注入。
10.如權(quán)利要求9所述的鰭式場效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，所述注入離子為氮、氬或碳。
【文檔編號】H01L21/336GK104037088SQ201410275989
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】鮑宇 申請人:上海華力微電子有限公司