形成本地化的絕緣體上硅鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】形成本地化的絕緣體上硅鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法和結(jié)構(gòu)
[0001]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求提交于2012年11月7日的美國(guó)專利申請(qǐng)S/N 13/670, 768的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。
[0003]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說涉及形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)的結(jié)構(gòu)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著集成電路(IC)不斷小型化的趨勢(shì)，需要晶體管具有更高的驅(qū)動(dòng)電流和更小的尺寸。隨著器件尺寸不斷縮小，F(xiàn)inFET技術(shù)變得越來(lái)越流行。絕緣體上硅(SOI)FinFET器件具有優(yōu)秀的電氣性能。然后，SOI finFET的制造成本很高。與SOI finFET相比，在鰭和襯底之間沒有絕緣體膜的塊型FinFET具有更低的制造成本。然后，塊型FinFET容易發(fā)生漏電流，從而降低電氣性能。因此需要改進(jìn)的方法和結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)finFET器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，布置在所述半導(dǎo)體襯底上的第一鰭，在第一鰭的基部形成的氧化區(qū)域，以及被形成為與所述第一鰭在其基部相鄰并且物理接觸的淺溝槽隔離區(qū)域，其中所述淺溝槽隔離區(qū)域位于所述第一鰭的頂部的水平之下。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括硅襯底，布置在所述硅襯底上的第一鰭，該第一鰭具有頂部和基部，布置在所述硅襯底上的第二鰭，該第二鰭具有頂部和基部，其中所述第一鰭的頂部和所述第二鰭的頂部水平共面，其中所述硅襯底的一部分包括氧化區(qū)域，并且其中所述氧化區(qū)域延伸到各個(gè)鰭的基部，并且所述氧化區(qū)域和第一鰭的頂部之間的距離小于所述氧化區(qū)域和第二鰭的頂部之間的距離。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括:在塊型半導(dǎo)體襯底上形成鰭，在鰭上沉積鰭側(cè)壁間隔物，沉積與鰭側(cè)壁間隔物和塊型半導(dǎo)體襯底直接接觸的淺溝槽隔離區(qū)域，進(jìn)行氧化工藝以氧化鰭的基部以及塊型半導(dǎo)體襯底的一部分，并且進(jìn)行淺溝槽隔離區(qū)域凹進(jìn)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括:在塊型半導(dǎo)體襯底上形成第一鰭和第二鰭，在第二鰭上沉積掩膜區(qū)域，在鄰近第一鰭處進(jìn)行第一襯底凹進(jìn)，移除所述掩膜區(qū)域，在第一鰭和第二鰭上沉積側(cè)壁間隔物，在塊型半導(dǎo)體襯底上沉積淺溝槽隔離區(qū)域，從而使得所述淺溝槽隔離區(qū)域與側(cè)壁間隔物直接物理接觸，進(jìn)行氧化工藝以氧化第一鰭的基部，第二鰭的基部以及塊型半導(dǎo)體襯底的一部分，以及進(jìn)行淺溝槽隔離凹進(jìn)。
【附圖說明】
[0009]在考慮以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述之后，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)勢(shì)將變得更加清晰。這些附圖意圖作為示例，而不是限制。
[0010]為了清楚地展示，某些附圖中的某些元件可能被省略，或者未按比例展示。為了清楚地展示，截面圖可能是“切片”或者“近視”截面圖的形式，即省略某些在“真實(shí)”截面圖中可見的背景線條。
[0011]通常，類似地元件在不同的附圖中用類似的附圖標(biāo)記指代，這種情況下最右側(cè)兩個(gè)數(shù)字是相同的，而最左側(cè)的數(shù)字是附圖的序號(hào)。進(jìn)一步，為了清楚起見，某些附圖標(biāo)記在某些附圖中被省略。
[0012]圖1示出處于起始點(diǎn)的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0013]圖2示出在沉積側(cè)壁間隔物的后續(xù)處理步驟后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0014]圖3示出在進(jìn)行襯底凹進(jìn)的可選后續(xù)處理步驟后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0015]圖4示出在沉積淺溝槽隔離區(qū)域的后續(xù)處理步驟后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0016]圖5示出在進(jìn)行氧化的后續(xù)處理步驟后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0017]圖6示出在移除間隔物和襯墊氮化物層的后續(xù)處理步驟后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0018]圖7示出在沉積柵極電介質(zhì)和柵極后根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0019]圖8示出處于起始點(diǎn)的根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0020]圖9示出在施加掩膜層的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0021]圖10示出在進(jìn)行襯底凹進(jìn)的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0022]圖11示出在沉積鰭側(cè)壁間隔物的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0023]圖12示出在進(jìn)行附加的襯底凹進(jìn)的后續(xù)可選處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0024]圖13示出在沉積淺溝槽隔離區(qū)域的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0025]圖14示出在進(jìn)行氧化的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0026]圖15示出在移除間隔物和氮化物層的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0027]圖16示出在沉積柵極電介質(zhì)和柵極的后續(xù)處理步驟后的圖8實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0028]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工藝步驟的流程圖。
[0029]圖18是示出根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的工藝步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1示出處于起始點(diǎn)的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。塊型半導(dǎo)體襯底102形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的基部。塊型半導(dǎo)體襯底102可以由某些已知的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，例如硅，鍺，硅-鍺合金，硅-碳合金，硅-鍺-碳合金，砷化鎵，砷化銦，磷化銦，II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，I1-VI族化合物半導(dǎo)體材料，有機(jī)半導(dǎo)體材料和其他化合物半導(dǎo)體材料。使用產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的沉積和構(gòu)圖技術(shù)，在塊型襯底102中形成鰭104。襯墊氮化物層106被布置在鰭104的頂部。注意為了簡(jiǎn)化示意，只示出了一個(gè)鰭104。然而，實(shí)踐中，可以在襯底102上形成多個(gè)鰭。
[0031]圖2示出在后續(xù)沉積鰭側(cè)壁間隔物208的處理步驟后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。如前所述，在不同附圖中的類似元件由類似的附圖標(biāo)記指代，其中一般來(lái)說最右側(cè)的兩位數(shù)字是一樣的。例如，圖2中的塊型襯底202類似于圖1中的塊型襯底102。鰭側(cè)壁間隔物208可以包括氮化物。
[0032]圖3示出在進(jìn)行襯底凹進(jìn)的可選后續(xù)處理步驟之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300。襯底凹進(jìn)可以通過任何合適的技術(shù)進(jìn)行，例如反應(yīng)離子蝕刻，化學(xué)下游蝕刻，濕法蝕刻，或任何其他合適的蝕刻技術(shù)。襯底蝕刻的結(jié)果是，襯底302的頂部表面低于圖2的襯底200的頂部表面，從而露出鰭310的未被間隔物308覆蓋的下部。
[0033]圖4示出在沉積淺溝槽隔離區(qū)域412的后續(xù)處理步驟之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400。淺溝槽隔離(STI)區(qū)域412可以包括氧化硅?？蛇x地，淺溝槽隔離區(qū)域412可以被平面化至襯墊氮化物406的水平。所述平面化可以通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝來(lái)進(jìn)行。
[0034]圖5示出在進(jìn)行氧化的后續(xù)處理步驟之后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)500。氧化工藝可以是熱氧化工藝。在某些實(shí)施例中，氧化發(fā)生在溫度被設(shè)置為900攝氏度到1300攝氏度范圍內(nèi)的熔爐中。熔爐中的氧從淺溝槽隔離區(qū)域擴(kuò)散，從而與襯底502中的硅發(fā)生反應(yīng)，形成氧化區(qū)域514，其包括在鰭504的基部形成的氧化區(qū)域516，留下鰭的未氧化區(qū)域518。氧化區(qū)域516具有“V形”或“燕尾”輪廓，其中氧化區(qū)域在鰭外圍附近更高，在鰭內(nèi)部附近更低。在氧化工藝中，由于氧化物相對(duì)于硅的體積膨脹，機(jī)械應(yīng)力可以被傳遞到鰭504。通常，這導(dǎo)致鰭相對(duì)于水平方向機(jī)械地位移或者傾斜，從而所述鰭不再垂直于襯底502。然而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，淺溝槽隔離區(qū)域512與鰭504和鰭側(cè)壁間