一種鰭式場效應晶體管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鰭式場效應晶體管的制造方法，在回刻蝕介質(zhì)層以形成鰭部之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之前，先回刻蝕鰭部上表面預先形成的硬掩膜層使之部分去除，然后在整個器件表面形成蓋層，所述蓋層相當于增加淺溝槽填充物的寬度，并改善淺溝槽填充物的形貌，降低回刻蝕窗口的深寬比，從而改善回刻蝕后淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的平坦度，同時剩余的硬掩膜層可以保持鰭部暴露出的側(cè)面結(jié)構(gòu)，最終提高鰭式場效應晶體管的器件性能。
【專利說明】一種鰭式場效應晶體管的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鰭式場效應晶體管的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] MOS晶體管通過在柵極施加電壓，調(diào)節(jié)通過溝道區(qū)域的電流來產(chǎn)生開關(guān)信號。但 當半導體技術(shù)進入45納米以下節(jié)點時，傳統(tǒng)的平面式MOS晶體管對溝道電流的控制能力變 弱，造成嚴重的漏電流。即所謂的短溝道效應（SCE:short-channeleffects)更容易發(fā)生。
[0003] 由于這樣的原因，平面CMOS晶體管漸漸向三維（3D)鰭式場效應晶體管（Fin FieldEffectTransistor,FinFET)器件結(jié)構(gòu)過渡。在FinFET中，柵至少可以從兩側(cè)對超 薄體進行控制，具有比平面MOSFET器件強得多的柵對溝道的控制能力，能夠很好的抑制短 溝道效應，而且相對其它器件具有更好的集成電路生產(chǎn)技術(shù)的兼容性。
[0004] 鰭式場效應晶體管（FinFET)是一種常見的多柵器件，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的 一種鰭式場效應晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，其為鰭式場效應晶體管示意圖， 鰭式場效應晶體管是具有一從襯底10突出的有源區(qū)域，此結(jié)構(gòu)狹長，故被稱為鰭式結(jié)構(gòu) (fin) 12 ;相鄰兩個鰭式結(jié)構(gòu)12之間形成有淺溝道隔離（STI) 11 ;鰭式結(jié)構(gòu)12和淺溝道隔離 11的表面形成有柵極結(jié)構(gòu)13 ;源/漏區(qū)（未示出）位于鰭式結(jié)構(gòu)12上，柵極結(jié)構(gòu)13的兩 偵h溝道區(qū)則位于柵極結(jié)構(gòu)13下方、源/漏區(qū)之間的有源區(qū)域中（未圖示）。對于FinFET， 鰭式結(jié)構(gòu)12的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)13相接觸的部分都成為溝道區(qū)，即具有多 個柵，有利于增大驅(qū)動電流，改善器件性能。
[0005] FinFET需要平坦的淺溝道隔離11的表面形貌。然而，現(xiàn)有技術(shù)中形成的方法是先 刻蝕形成鰭，然后在鰭之間填充氧化物，并回刻蝕氧化物，露出足夠的鰭高度，從而形成淺 溝道隔離。由于鰭式結(jié)構(gòu)12堅直的鰭不利于氧化物的填充，導致填充的氧化物表面形貌不 一致，進而使得回刻蝕氧化物工藝很容易造成形成的淺溝道隔離11的表面形貌不平坦。這 顯然將大大降低器件的穩(wěn)定性。
[0006] 因此，需要一種新的鰭式場效應晶體管的制造方法，以避免部分上述缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種鰭式場效應晶體管的制造方法，能夠提高淺溝槽隔離 結(jié)構(gòu)的表面形貌的平坦度。
[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鰭式場效應晶體管的制造方法，包括以下步 驟：
[0009] 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成預定義厚度的硬掩膜層；
[0010] 選擇性蝕刻所述硬掩膜層和所述半導體襯底，以形成鰭部，所述鰭部兩側(cè)形成有 淺溝槽而上表面仍然覆蓋所述硬掩膜層；
[0011] 在所述淺溝槽中填充介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的上表面與所述硬掩膜層上表面平坦一 致；
[0012] 回刻蝕所述硬掩膜層至一定深度，并在所述介質(zhì)層和暴露出的鰭部表面形成蓋 層；
[0013] 采用回刻蝕工藝完全去除蓋層并部分去除所述介質(zhì)層，至所述鰭部上表面距離所 述介質(zhì)層上表面的預定高度。
[0014] 進一步的，采用次常壓化學汽相沉積（SACVD)工藝形成所述蓋層。
[0015] 進一步的，所述方法還包括：在形成所述蓋層之后，對所述蓋層進行熱退火處理。
[0016] 進一步的，所述蓋層與所述介質(zhì)層的材質(zhì)相同或不同。
[0017] 進一步的，所述介質(zhì)層為氧化硅、氮氧化硅或者氧化硅-氮化硅-氧化硅構(gòu)成的堆 疊結(jié)構(gòu)，所述蓋層為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0018] 進一步的，所述硬掩膜層的材質(zhì)為SiN，SiON，a-C，Si02，BN，TiN，金屬硅化物中的 至少一種。
[0019] 進一步的，所述硬掩膜層的回刻蝕深度大于l〇〇A。
[0020] 進一步的，回刻蝕硬掩膜層的工藝為（wetetch)或者遠程等離子刻蝕（remote plasmaetch)，回刻蝕介質(zhì)層的工藝為濕法刻蝕或遠程等離子刻蝕。
[0021] 進一步的，所述半導體襯底為純硅、絕緣體上硅（SOI)、鍺、鍺硅、碳化硅、砷化鎵或 者絕緣體上鍺。
[0022] 進一步的，所述淺溝槽的側(cè)壁為堅直結(jié)構(gòu)，所述鰭部為上下一致的堅直結(jié)構(gòu)；或者 所述淺溝槽的側(cè)壁具有傾斜度，所述回刻蝕工藝后，所述鰭部位于所述介質(zhì)層上方的部分 為垂直結(jié)構(gòu)，而埋在所述介質(zhì)層中的部分為傾斜結(jié)構(gòu)。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鰭式場效應晶體管的制造方法，在回刻蝕介質(zhì)層 以形成鰭部之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之前，先先回刻蝕鰭部上表面預先形成的硬掩膜層使之 部分去除，然后在整個器件表面形成蓋層，所述蓋層相當于增加淺溝槽填充物的寬度，并改 善淺溝槽填充物的形貌，降低回刻蝕窗口的深寬比，從而改善回刻蝕后淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表 面的平坦度，同時剩余的硬掩膜層可以保持鰭部暴露出的側(cè)面結(jié)構(gòu)，最終提高鰭式場效應 晶體管的器件性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種鰭式場效應晶體管的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明一實施例的鰭式場效應晶體管的制造方法流程圖；
[0026] 圖3A至3D為圖2所示的鰭式場效應晶體管制造方法中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖4A至4D為本發(fā)明另一實施例的的鰭式場效應晶體管制造方法中的器件剖面結(jié) 構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028] 為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作 進一步的說明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實現(xiàn)，不應認為只是局限在所述的實施例。
[0029] 請參考圖2,本發(fā)明一實施例提供一種鰭式場效應晶體管的制造方法，包括以下步 驟：
[0030] S1，提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成預定義厚度的硬掩膜層；
[0031] S2,選選擇性蝕刻所述硬掩膜層和所述半導體襯底，以形成鰭部，所述鰭部兩側(cè)形 成有淺溝槽而上表面仍然覆蓋所述硬掩膜層；
[0032] S3,在所述淺溝槽中填充介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的上表面與所述硬掩膜層上表面平 坦一致；
[0033] S4,回刻蝕所述硬掩膜層至一定深度，并在所述介質(zhì)層和暴露出的鰭部表面形成 蓋層；
[0034] S5,采用回刻蝕工藝完全去除蓋層并部分去除所述介質(zhì)層，至所述鰭部上表面距 離所述介質(zhì)層上表面的預定高度。
[0035] 請參考圖3A，在步驟Sl中，提供的半導體襯底300可以是任何半導體材料且可以 包括已知結(jié)構(gòu)，例如可以包括梯度層或埋氧層。在實施例中，半導體襯底300包括可以是 非摻雜的或摻雜的（諸如P型、n型或它們的組合）塊狀硅。也可以使用適用于半導體器 件形成的其他材料。諸如鍺、石英、藍寶石以及玻璃的其他材料可以可選地用于半導體襯 底300。可選地，半導體襯底300可以是硅或者絕緣體上硅（SOI)、鍺、鍺硅、碳化硅、砷化鎵 或者絕緣體上鍺，本實施中所述半導體襯底300的材料為娃。在所述半導體襯底300上沉 積SiN(氮化硅）、SiON(氮氧化硅）、a-C(阿爾法碳）、SiO2 (二氧化硅）、BN(氮化硼）、 TiN(氮化鈦）或金屬硅化物等硬掩膜材料分別形成硬掩膜層302。為實現(xiàn)鰭部光刻圖案良 好的轉(zhuǎn)移效果，硬掩膜層302優(yōu)選為氮化硅層，厚度遠大于1〇〇螽。
[0036] 請繼續(xù)參考圖3A，在步驟S2中，以硬掩膜層302為掩膜，使用光刻技術(shù)、干法刻 蝕工藝通過圖案化和蝕刻半導體襯底300來形成鰭部301。相鄰鰭部301之間為淺溝槽 306a(鰭部301兩側(cè)形成有淺溝槽306a)，鰭部301上表面仍然覆蓋硬掩膜層302 ;剩余的 硬掩膜層302在諸如蝕刻的接下來的工藝步驟中保護下面的鰭部301。本步驟的干法刻蝕 的刻蝕氣體可以是例如為溴化氫、六氟化硫及氦氣等氣體。本實施例中，刻蝕后形成的鰭部 301，其剖面結(jié)構(gòu)為上下寬度一致的堅直結(jié)構(gòu)（矩形），利用該堅直結(jié)構(gòu)可以增強柵極對溝 道的靜電控制，減小整個芯片的面積，提高芯片上器件的集成密度，由此滿足一些產(chǎn)品的制 作要求。
[0037] 請參考圖3B，在步驟S3中，在所述淺溝槽內(nèi)填充介質(zhì)層（即隔離材料）303,可采 用已知的化學氣相沉積或物理氣相沉積工藝進行氧化層的填充，例如通過使用正硅酸乙酯 (TEOS)和氧作為前體的化學汽相沉積（CVD)技術(shù)來形成該介質(zhì)層303,或者通過將諸如氧、 氮、碳等離子注入到半導體襯底300內(nèi)來形成介質(zhì)層303。然后，經(jīng)化學機械平坦化工藝使 得介質(zhì)層303表面與硬掩膜層302上表面齊平。
[0038] 接著，請參考圖3C，在步驟S4中，采用濕法刻蝕或遠程等離子刻蝕工藝回刻蝕硬 掩膜層302至一定深度，即剩余一定厚度的硬掩膜層302a。然后，采用例如次常壓化學汽相 沉積（SACVD)工藝等具有保形性的制程在器件表面形成蓋層304,在形成所述蓋層304之 后，可以對所述蓋層304進行高溫退火（例如熱退火處理）以增強其致密性。蓋層304與介 質(zhì)層303的材質(zhì)可以相同，也可以不同。本實施例中蓋層304與介質(zhì)層303為氧化娃。蓋 層304可以增加淺溝槽中填充物的寬度（可以看做是填充物寬度使得填充物延伸在淺溝槽 口外），來改善淺溝槽填充物的形貌。
[0039] 接著，請參考圖3D，在步驟S5中，回刻蝕蓋層304和介質(zhì)層303,形成淺溝道隔離 結(jié)構(gòu)306。具體的，可以采用遠程等離子干法刻蝕或者濕法刻蝕工藝進行回刻蝕，其中所述 濕法刻蝕工藝為采用稀釋的氫氟酸或者鹽酸或者磷酸進行刻蝕。蓋層304的存在，降低了 回刻蝕窗口的深寬比，提高了淺溝槽填充物的表面形貌一致性，從而改善了回刻蝕后淺溝 槽隔離結(jié)構(gòu)表面的平坦度。剩余的硬掩膜層302a保護其下面的鰭部在回刻蝕過程中的形 貌，尤其是側(cè)面形貌，同時有利于形成鰭部301的雙臺階結(jié)構(gòu)。本實施例中，蓋層304在硬 掩膜層302回刻蝕后形成的區(qū)域中未填滿，以使得在回刻蝕工藝中起自對準的作用，提高 了工藝效率和刻蝕精度，進而改善器件性能。本實施例中，回刻蝕完畢后，淺溝道隔離結(jié)構(gòu) 306的表面低于鰭部301的上表面，鰭部301的剖面結(jié)構(gòu)為上下寬度一致的堅直結(jié)構(gòu)（矩 形），即暴露于介質(zhì)層上方的垂直部分301a和埋在介質(zhì)層303中的埋層部分301b的寬度一 致。利用該堅直結(jié)構(gòu)可以增強柵極對溝道的靜電控制，減小整個芯片的面積，提高芯片上器 件的集成密度，由此滿足一些產(chǎn)品的制作要求。同時，調(diào)節(jié)回刻蝕深度來調(diào)節(jié)上下兩部分之 間的平臺高度（也可以看做是上下兩部分的相對位置），即垂直部分301a和埋層部分301b 之間的高度比，可以實現(xiàn)最佳的器件性能。
[0040] 本實施例中，在步驟S5之后，可以去除剩余的硬掩膜層302a，也可以保留。還可以 繼續(xù)在鰭部301位置進行離子注入，形成源區(qū)與漏區(qū)，之后在源區(qū)與漏區(qū)之間的溝道區(qū)上 形成柵極氧化層及柵極。從而完成鰭式場效應晶體管的制作。
[0041] 請參考圖4A至4D，在本發(fā)明的另一實施例中，依照圖2所示的鰭式場效應晶體管 的制造方法流程，通過與圖3A至3D不同的工藝參數(shù)控制，可以形成不同的鰭式場效應晶體 管。例如，在步驟S2中，刻蝕后形成的鰭部301，其剖面結(jié)構(gòu)可以為梯形，即上窄下寬的結(jié) 構(gòu)，其底角能夠在后續(xù)淺溝槽中填充隔離材料時起到較優(yōu)的效果，避免鰭部垂直結(jié)構(gòu)不利 于淺溝槽填充的缺點，可以避免填充空洞缺陷的形成。這種結(jié)構(gòu)相對圖3A中的結(jié)構(gòu)來說， 器件集成密度相對較大，可以滿足另一些產(chǎn)品的制作要求。請參考圖4D，進而在步驟S5中， 回刻蝕后,鰭部301被刻蝕為斜率不同的上下兩部分：暴露于介質(zhì)層上方的垂直部分301a 和埋在介質(zhì)層303中的埋層部分301b。且調(diào)節(jié)回刻蝕深度來調(diào)節(jié)上下兩部分之間的平臺高 度（也可以看做是上下兩部分的相對位置），即垂直部分301a和埋層部分301b之間的平臺 高度，可以實現(xiàn)最佳的器件性能。
[0042] 綜上所述，本發(fā)明提供的鰭式場效應晶體管的制造方法，在回刻蝕介質(zhì)層以形成 鰭部之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之前，先回刻蝕鰭部上表面預先形成的硬掩膜層使之部分去 除，然后在整個器件表面形成蓋層，所述蓋層相當于增加淺溝槽填充物的寬度，并改善淺溝 槽填充物的形貌，降低回刻蝕窗口的深寬比，從而改善回刻蝕后淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的平 坦度，同時剩余的硬掩膜層可以保持鰭部暴露出的側(cè)面結(jié)構(gòu)，最終提高鰭式場效應晶體管 的器件性能。
[0043] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神 和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，包括： 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成預定義厚度的硬掩膜層 選擇性蝕刻所述硬掩膜層和所述半導體襯底，以形成鰭部，所述鰭部兩側(cè)形成有淺溝 槽而上表面仍然覆蓋所述硬掩膜層； 在所述淺溝槽中填充介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的上表面與所述硬掩膜層上表面平坦一致； 回刻蝕所述硬掩膜層至一定深度，并在所述介質(zhì)層和暴露出的鰭部表面形成蓋層； 采用回刻蝕工藝完全去除蓋層并部分去除所述介質(zhì)層，至所述鰭部上表面距離所述介 質(zhì)層上表面的預定高度。
2. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，采用次常壓化學 汽相沉積工藝形成所述蓋層。
3. 如權(quán)利要求2所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，還包括：在形成所 述蓋層之后，對所述蓋層進行熱退火處理。
4. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，所述蓋層與所述 介質(zhì)層的材質(zhì)相同或不同。
5. 如權(quán)利要求4所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層為氧 化硅、氮氧化硅或者氧化硅-氮化硅-氧化硅構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，所述蓋層為氧化硅、氮化硅 或氮氧化硅。
6. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，所述硬掩膜層的 材質(zhì)為SiN，SiON，a -C，SiO2, BN，TiN，金屬硅化物中的至少一種。
7. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，所述硬掩膜層的 回刻蝕深度大于10〇A。
8. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，回刻蝕硬掩膜層 的工藝為濕法刻蝕或遠程等離子刻蝕，回刻蝕介質(zhì)層的工藝為為濕法刻蝕或遠程等離子刻 蝕。
9. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，所述半導體襯底 為純娃、絕緣體上娃、鍺、鍺娃、碳化娃、砷化鎵或者絕緣體上鍺。
10. 如權(quán)利要求1所述的鰭式場效應晶體管的制造方法，其特征在于，所述淺溝槽的側(cè) 壁為堅直結(jié)構(gòu)，所述鰭部為上下一致的堅直結(jié)構(gòu)；或者所述淺溝槽的側(cè)壁具有傾斜度，所述 回刻蝕工藝后，所述鰭部位于所述介質(zhì)層上方的部分為垂直結(jié)構(gòu)，而埋在所述介質(zhì)層中的 部分為傾斜結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L21/336GK104332410SQ201410620001
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】鮑宇 申請人:上海華力微電子有限公司