[發明專利]形成FinFET的方法

有效

• 申請號: 201210211019.1
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN103515234A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 趙猛
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本申請涉及半導體制造領域，尤其涉及一種形成FinFET（FinField-effecttransistor，鰭式場效晶體管）的方法。

背景技術

隨著半導體技術的發展，作為其發展標志之一的金屬氧化物半導體晶體管(MOSFET)的特征尺寸一直遵循摩爾定律不斷縮小。為了適應集成電路小型化和高性能的要求，近些年來，三維集成技術得到廣泛重視，以MOS為例，即發展出水平多面柵結構、縱向多面柵結構等三維結構。

三維結構的多面柵MOSFET可根據柵與襯底平行或是垂直的位置關系直觀的分為水平多面柵MOSFET(Planar?DG)以及縱向多面柵MOSFET。另外，根據電流流向與襯底的關系縱向多面柵MOSFET又分為FinFET（FinField-effecttransistor，鰭式場效晶體管）結構(電流方向平行于襯底)和Sidewall結構(電流方向垂直于襯底)。

圖1a~圖1d示出了典型的FinFET結構制造流程，如圖1a所示，提供半導體基底10，所述半導體基底10上預定義有多個半導體鰭狀物位置，在半導體基底10上依次形成襯墊氧化層11和硬掩膜層（未示出），圖案化硬掩膜層，使圖案化的硬掩膜層12對應覆蓋于所述預定義的多個半導體鰭狀物位置；如圖1b所示，以所述圖案化的硬掩膜層12為屏蔽，刻蝕所述半導體基底10，以形成半導體鰭狀物13，并在各個半導體鰭狀物13之間形成凹陷14；如圖1c所示，去除硬掩膜層及襯墊氧化物層，以介電材料15，如高密度等離子體（HDP）氧化物、四乙氧基硅烷（TEOS）氧化物等，填充凹陷14；如圖1d所示，回刻所述填充于所述凹陷14的介電材料，以暴露預定高度的半導體鰭狀物13，并在所述半導體鰭狀物13表面熱氧化形成柵介質層16，最后沉積多晶硅層17，以在半導體基底10上形成垂直于所述半導體鰭狀物13延伸方向的柵極17。

在FinFET結構的實際制造過程中，半導體基底10的材料一般為單晶硅，進行刻蝕形成半導體鰭狀物時容易對單晶硅的結晶結構產生破壞，進而產生缺陷，使得載流子遷移率變低，且由于刻蝕的難以精確控制，半導體鰭狀物形成時的表面（即刻蝕后的表面）粗糙度較高，進而導致其表面上形成的柵介質層中存在電荷捕獲陷阱，進而影響器件性能。再者，在現有的FinFET結構的制造方法中，工藝流程過于繁瑣，因此，如何簡化其工藝流程，與現有CMOS工藝融合也是亟待解決的問題。

發明內容

鑒于現有技術的缺陷，本發明提供一種形成FinFET的方法，在簡化了現有工藝流程的同時，避免了在形成半導體鰭狀物時其表面形貌粗糙度較高，對硅結晶產生破壞的問題。

本發明采用的技術手段如下：一種形成FinFET的方法，包括：

提供半導體基底，所述半導體基底上預定有有源區，且所述預定義的有源區中預定義有半導體鰭狀物的位置；

在所述半導體基底上依次形成有襯墊氧化層和硬掩膜層；

在所述硬掩膜層上形成圖案化的光阻膠層，圖案化的光阻膠層窗口對應于所述預定義的半導體鰭狀物位置；

以所述圖案化的光阻膠層為屏蔽，依次刻蝕硬掩膜層以及襯墊氧化層，以形成凹陷，所述凹陷底部暴露所述半導體基底表面；

通過外延，在所述凹陷底部暴露的半導體基底表面處形成半導體層，所述半導體層填充所述凹陷；

依次刻蝕去除所述硬掩膜層和襯墊氧化層，以暴露的所述半導體層為半導體鰭狀物；

在所述半導體鰭狀物表面熱氧化形成柵介質層；

在半導體基底上沉積多晶硅層，形成垂直于半導體鰭狀物延伸方向的柵極。

進一步，在所述半導體基底上依次形成有襯墊氧化層和硬掩膜層之后，形成所述窗口對應于所述預定義的半導體鰭狀物位置的圖案化光阻膠之前，還包括刻蝕形成淺溝槽隔離的步驟，該步驟包括：

依次刻蝕所述襯墊氧化層和硬掩膜層，以在所述預定的有源區兩側的半導體基底中形成淺溝槽；

在所述半導體基底上沉積介電材料，并進行化學機械研磨，以使所述介電材料表面與所述硬掩膜表面齊平；

在刻蝕所述襯墊氧化層時，還包括刻蝕去除位于所述半導體基底表面之上部分的所述介電材料的步驟。

進一步，所述凹陷的深度為5nm至60nm。

進一步，所述圖案化的光阻膠層窗口的寬度為5nm至30nm。

進一步，采用干法刻蝕去除所述硬掩膜，所述干法刻蝕的參數包括，以二氟甲烷、六氟化硫、氮氣以及氦氣為刻蝕氣體，電源功率為550至650瓦，偏壓為55至65瓦，壓力為2至10mTorr。