[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410408864.7
• 申請(qǐng)日: 2014-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN105355558A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟海娟;朱慧瓏;徐秋霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L21/28;H01L29/78;H01L29/423
• 代理公司: 北京藍(lán)智輝煌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及包括金屬柵和高k柵介質(zhì)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

為了應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體器件的不斷小型化所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，已經(jīng)提出了多種高性能器件，特別是在當(dāng)前的亞20nm技術(shù)中，三維多柵器件(FinFET或Tri-gate)是主要的器件結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了柵極控制能力、抑制了漏電與短溝道效應(yīng)。

例如，雙柵SOI結(jié)構(gòu)的MOSFET與傳統(tǒng)的單柵體Si或者SOIMOSFET相比，能夠抑制短溝道效應(yīng)(SCE)以及漏致感應(yīng)勢(shì)壘降低(DIBL)效應(yīng)，具有更低的結(jié)電容，能夠?qū)崿F(xiàn)溝道輕摻雜，可以通過(guò)設(shè)置金屬柵極的功函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)閾值電壓，能夠得到約2倍的驅(qū)動(dòng)電流，降低了對(duì)于有效柵氧厚度(EOT)的要求。而三柵器件與雙柵器件相比，柵極包圍了溝道區(qū)頂面以及兩個(gè)側(cè)面，柵極控制能力更強(qiáng)。進(jìn)一步地，全環(huán)繞納米線多柵器件更具有優(yōu)勢(shì)。

但是，隨著器件的不斷小型化，F(xiàn)INFET的制造也面臨更多挑戰(zhàn)。例如，在后柵工藝(gate-last)中，通常是先在鰭片上形成假柵極堆疊，并沉積層間介質(zhì)層(ILD)以覆蓋假柵極堆疊，去除假柵極堆疊之后，形成露出鰭片頂部的柵極溝槽，在柵極溝槽中依次沉積界面層、高K柵介質(zhì)層和金屬柵導(dǎo)電層。通常，高k柵介質(zhì)層的沉積工藝為HDPCVD、MBE、ALD等臺(tái)階覆蓋性較好的沉積工藝，以便防止在溝槽頂部過(guò)早聚集而在溝槽中部留下空隙，影響后續(xù)金屬柵極填充率。然而，受制于傳統(tǒng)的沉積工藝限制，特別是在亞20nm技術(shù)中，這種臺(tái)階覆蓋性較好的共形沉積工藝將使得高k柵介質(zhì)層近似均勻地沉積在柵極溝槽底部以及側(cè)壁，也即側(cè)壁厚度與底部厚度接近或者兩者差別小于10％。因此，形成的高k柵介質(zhì)層不僅具有水平的第一部分而且還具有垂直的第二部分，完全包裹了后續(xù)沉積的金屬柵導(dǎo)電層。

在特征尺寸大于20nm時(shí)，金屬柵導(dǎo)電層的寬度可以通過(guò)合理調(diào)整高k柵介質(zhì)層側(cè)壁厚度來(lái)達(dá)到所需數(shù)值。然而，在20nm以下，由于高k柵介質(zhì)層自身沉積工藝限制，側(cè)壁厚度減小存在瓶頸，因此柵極溝槽中能夠利用于金屬柵導(dǎo)電層的有效寬度大大下降，使得器件整體占地面積(footprint)難以有效地等比例縮減，并且縮窄的金屬柵極線寬可能會(huì)導(dǎo)致側(cè)向斷裂等可靠性問(wèn)題，從而降低了器件的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

由上所述，本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)困難，提出一種能夠有效減小器件面積、提高器件可靠性的新型半導(dǎo)體器件及其制造方法。

為此，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括：在半導(dǎo)體襯底之上形成鰭片；在鰭片頂部形成界面氧化物層；在界面氧化物層上形成高K柵介質(zhì)層，具有水平的第一部分以及垂直的第二部分；在高K柵介質(zhì)層上形成金屬柵層；選擇性刻蝕高K柵介質(zhì)層，去除高K柵介質(zhì)層的垂直的第二部分，僅保留水平的第一部分。

其中，形成鰭片的步驟進(jìn)一步包括：在半導(dǎo)體襯底上形成掩模圖案，以掩模圖案為掩模，刻蝕半導(dǎo)體襯底形成沿第一方向延伸的多個(gè)鰭片；或者在半導(dǎo)體襯底上選擇性外延形成沿第一方向延伸的多個(gè)垂直的鰭片。

其中，形成鰭片之后進(jìn)一步包括，在鰭片兩側(cè)形成隔離層。

其中，形成隔離層的步驟進(jìn)一步包括：沉積絕緣層，絕緣層在鰭片頂部厚度遠(yuǎn)小于鰭片之間的開口內(nèi)的厚度；選擇性刻蝕絕緣層，去除鰭片頂部上的部分絕緣層并且同時(shí)減小鰭片之間的開口內(nèi)的部分絕緣層厚度。

其中，形成界面氧化物層步驟之前進(jìn)一步包括：在鰭片上形成沿第二方向延伸的犧牲介質(zhì)層和犧牲導(dǎo)體層；在犧牲導(dǎo)體層沿第一方向的兩側(cè)形成柵極側(cè)墻。

其中，以柵極側(cè)墻為掩模，在鰭片沿第一方向的兩側(cè)中形成源漏區(qū)。

其中，形成界面氧化物層的步驟進(jìn)一步包括：在鰭片上形成層間介質(zhì)層；刻蝕去除犧牲介質(zhì)層和犧牲導(dǎo)體層，在層間介質(zhì)層中留下暴露鰭片頂部的柵極開口；在柵極開口中氧化形成界面氧化物層，具有水平的第一部分以及垂直的第二部分。

其中，高K柵介質(zhì)層和/或金屬柵層與界面氧化物層共形。

其中，采用離子注入調(diào)整金屬柵層的功函數(shù)。

其中，形成金屬柵層之前還包括，對(duì)高K柵介質(zhì)層進(jìn)行退火。

其中，選擇性刻蝕高K柵介質(zhì)層之后進(jìn)一步包括選擇性刻蝕界面氧化物層，僅保留界面氧化物層的水平的第一部分。

其中，選擇性刻蝕高K柵介質(zhì)層之后進(jìn)一步包括，在水平的高K柵介質(zhì)層的兩側(cè)形成應(yīng)力襯層。