[發(fā)明專(zhuān)利]鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110406764.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103165447A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海洋;韓秋華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/336
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/336;H01L21/28;H01L29/78;H01L29/423
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)

自半導(dǎo)體集成電路發(fā)展以來(lái)，其性能一直穩(wěn)步提高。性能的提高主要是通過(guò)不斷縮小集成電路中半導(dǎo)體元件的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中，CMOS晶體管是一種至關(guān)重要的半導(dǎo)體元件。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，CMOS晶體管的特征尺寸已經(jīng)縮小到45納米節(jié)點(diǎn)。但在45納米節(jié)點(diǎn)以下，傳統(tǒng)的平面CMOS技術(shù)很難進(jìn)一步發(fā)展，新的技術(shù)必須適時(shí)產(chǎn)生。在所提出的各種技術(shù)中，多柵晶體管技術(shù)被認(rèn)為是最有希望在亞45納米節(jié)點(diǎn)后能得到應(yīng)用的技術(shù)。與傳統(tǒng)單柵晶體管相比，多柵晶體管具有更強(qiáng)的短溝道抑制能力、更好的亞閾特性、更高的驅(qū)動(dòng)能力以及能帶來(lái)更高的電路密度。

目前，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)因其自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可由常規(guī)的平面CMOS工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而成為最有希望能得到廣泛應(yīng)用的多柵晶體管。它既可以在體硅(Bulk?Silicon)襯底上形成，也可以在絕緣體上硅(Silicon?On?Insulator，SOI)襯底上形成。另外，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極既可由多晶硅也可由金屬等柵極材料形成。鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管在結(jié)構(gòu)上可分為雙柵鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管和三柵鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。現(xiàn)有技術(shù)中一種雙柵鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法如下：

如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底1，半導(dǎo)體襯底1為體硅襯底。在半導(dǎo)體襯底1上依次形成墊氧化層2、硬掩膜層3，硬掩膜層3在后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過(guò)程中可以用作拋光阻擋層，其材質(zhì)可為氮化硅。然后在硬掩膜層3上形成光刻膠層4，對(duì)光刻膠層4進(jìn)行曝光、顯影，形成圖形化光刻膠。依次對(duì)沒(méi)有被圖形化光刻膠層4覆蓋的硬掩膜層3、墊氧化層2、半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行刻蝕，在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)至少形成兩個(gè)溝槽5。因此，相鄰溝槽5之間的半導(dǎo)體襯底1凸出(沿著垂直于半導(dǎo)體襯底表面1a的方向向上凸出)，并且凸出的這部分半導(dǎo)體襯底構(gòu)成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭6。由此可知，在半導(dǎo)體襯底1內(nèi)形成溝槽5的目的是為了在半導(dǎo)體襯底1上形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭6。

如圖1B所示，去除光刻膠層4，在形成有溝槽5的半導(dǎo)體襯底1上沉積絕緣材料層以使溝槽5被其填充。絕緣材料層可以為氧化硅。利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝對(duì)絕緣材料層進(jìn)行拋光處理直至硬掩膜層3露出。依次去除硬掩膜層3、墊氧化層2，在半導(dǎo)體襯底1上形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8頂部8a高于半導(dǎo)體襯底1表面1a。

如圖1C所示，對(duì)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8進(jìn)行刻蝕，使刻蝕后的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8’頂部8a’低于半導(dǎo)體襯底1表面1a，即相鄰淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8’之間的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭6高于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8’頂部8a’，并暴露出來(lái)。在后續(xù)工藝中暴露出來(lái)的這部分鰭6可用于形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極、漏極、溝道。圖3A是圖1C的俯視圖，結(jié)合圖1C、圖3A，可看出鰭6沿著平行于半導(dǎo)體襯底表面1a的第一方向A-A延伸。

為了能在鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極與半導(dǎo)體襯底之間獲得質(zhì)量更高的高K柵介質(zhì)層，可利用后柵極工藝(gate-last?approach)形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極及高K柵介質(zhì)層。后柵極工藝的基本原理是：首先在半導(dǎo)體襯底上沉積多晶硅層，在多晶硅層上形成圖形化光刻膠，對(duì)沒(méi)有被圖形化光刻膠覆蓋的多晶硅層進(jìn)行刻蝕，以形成虛擬柵極；在虛擬柵極的兩側(cè)形成側(cè)墻；去除虛擬柵極，在虛擬柵極去除后所在的位置形成開(kāi)口；依次沉積高K柵介質(zhì)層、金屬柵極材料層以填充所述開(kāi)口；利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝對(duì)金屬柵極材料層、高K柵介質(zhì)層進(jìn)行平坦化處理，這樣就可以形成金屬柵極。利用后柵極工藝形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極及高K柵介質(zhì)層的制作方法如下：

結(jié)合圖2A、圖1D(圖1D是圖2A沿另一個(gè)橫截面的剖視圖)及圖3B(圖3B是圖2A的俯視圖)所示，在形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8’的半導(dǎo)體襯底1上沉積虛擬柵極材料層，如多晶硅層，虛擬柵極材料層覆蓋在鰭6及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8’上方。在虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠層，然后對(duì)虛擬柵極材料層進(jìn)行刻蝕，以形成虛擬柵極9。虛擬柵極9沿著平行于半導(dǎo)體襯底表面1a的第二方向B-B(第二方向B-B與第一方向A-A不同)延伸，并橫跨過(guò)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭6，即，它的一部分(圖3B中鰭6的上下兩端部分)位于鰭6的兩側(cè)且位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)8’上方，一部分(圖3B中鰭6的中間部分)位于鰭6上方。鰭6的被虛擬柵極9包圍的部分(圖3B中兩條虛線(xiàn)之間的部分)用以形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道10。

如圖2B所示，在虛擬柵極9的側(cè)壁(左右兩垂直側(cè)壁)形成側(cè)墻11。然后對(duì)鰭6的部分區(qū)域進(jìn)行離子注入，以在鰭6中形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極/漏極16。