[發(fā)明專利]半導體結構及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410817547.0
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN105405888B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 陳建穎;程潼文;張哲誠;巫柏奇;林志忠;林志翰
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京德恒律治知識產(chǎn)權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發(fā)明提供一種半導體結構，包括：具有中心部分和邊緣部分的襯底；位于襯底上方的隔離層；部分地設置在隔離層中且具有頂面和側壁表面的半導體鰭；設置在襯底的邊緣部分處的、覆蓋半導體鰭的頂面的一部分和側壁表面的一部分的第一柵極；以及設置在襯底的中心部分處的、覆蓋半導體鰭的頂面的一部分和側壁表面的一部分的第二柵極。第一柵極的接近隔離層的下部寬度小于第一柵極的接近半導體鰭的頂面的上部寬度。本發(fā)明還提供了一種在襯底上制造該半導體結構的方法以及一種FinFET器件。

技術領域

本發(fā)明總體涉及半導體領域，更具體地，涉及鰭式場效應晶體管(FinFET)。

背景技術

由于各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成度方面的持續(xù)改進，半導體工業(yè)經(jīng)歷了迅速的發(fā)展。集成度的這種改進主要源于不斷減小最小特征尺寸，這允許更多部件集成在給定的區(qū)域中。然而，較小的特征尺寸可能導致更多泄漏電流。由于近期對更小的電子器件的需求的增長，需要減小半導體器件的泄漏電流。

在互補金屬氧化物半導體(CMOS)場效應晶體管(FET)中，有源區(qū)域包括漏極、源極、連接在漏極和源極之間的溝道區(qū)域、以及位于溝道的頂部上的用于控制溝道區(qū)域的導通和截止狀態(tài)的柵極。當柵極電壓大于閾值電壓時，在漏極和源極之間建立起導電溝道。由此允許電子或空穴在漏極和源極之間運動。另一方面，當柵極電壓小于閾值電壓時，理想情況下溝道斷開且沒有電子或空穴在漏極和源極之間流動。然而，當半導體器件持續(xù)縮小時，由于短溝道漏電流效應，柵極無法完全控制溝道區(qū)域，尤其是溝道區(qū)域中遠離柵極的部分。因此，在半導體器件縮小到深亞30納米尺寸之后，傳統(tǒng)的平面晶體管的相應的短柵極長度可能導致柵極不能基本上斷開溝道區(qū)域。

隨著半導體技術的發(fā)展，鰭式場效應晶體管(FinFET)已經(jīng)作為有效的替代出現(xiàn)以進一步減小半導體器件的泄漏電流。在FinFET中，包括漏極、溝道區(qū)域和源極的有源區(qū)域從半導體襯底的表面向上突起，F(xiàn)inFET位于該有源區(qū)域上。FinFET的有源區(qū)域(類似于鰭)在截面圖中的形狀是矩形。此外，F(xiàn)inFET的柵極如同倒U形沿著三個面包圍在有源區(qū)域周圍。由此，柵極結構對溝道的控制變得更強。減小了傳統(tǒng)平面晶體管的短溝道泄漏效應。因此，當FinFET截止時，柵極結構可以更好地控制溝道從而減小泄漏電流。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導體結構，包括：襯底，具有中心部分和邊緣部分；隔離層，位于襯底上方；半導體鰭，具有頂面和側壁表面的，半導體鰭部分地設置在隔離層中；第一柵極，覆蓋半導體鰭的頂面的一部分和側壁表面的一部分，并且設置在襯底的邊緣部分處；以及第二柵極，覆蓋半導體鰭的頂面的一部分和側壁表面的一部分，并且設置在襯底的中心部分處，其中，第一柵極的接近隔離層的下部寬度小于第一柵極的接近半導體鰭的頂面的上部寬度。

優(yōu)選地，襯底還包括：襯底的中心部分處和邊緣部分處的密集柵極區(qū)域和分散柵極區(qū)域。

優(yōu)選地，下部寬度和上部寬度之間的差低于15nm。

優(yōu)選地，通過光譜臨界尺寸方法測量的下部寬度和上部寬度之間的差值的3σ標準差值低于約2nm。

優(yōu)選地，通過光譜臨界尺寸方法測量的下部寬度和上部寬度之間的差值的范圍低于約2.6nm。

優(yōu)選地，分散柵極區(qū)域中的第二柵極的下部寬度和上部寬度之間的差減去分散柵極區(qū)域中的第一柵極的下部寬度和上部寬度的差小于約2.5nm。

優(yōu)選地，密集柵極區(qū)域中的第二柵極的下部寬度和上部寬度之間的差與密集柵極區(qū)域中的第一柵極的下部寬度和上部寬度之間的差基本上相同。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種FinFET結構，包括：半導體鰭，具有頂面和側壁表面；金屬柵極，位于半導體鰭的一部分上方，包圍半導體鰭的頂面和側壁表面；其中，金屬柵極的底部處的第一金屬柵極寬度小于半導體鰭的頂面處的第二金屬柵極寬度。