專利名稱：晶體管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造半導體器件的方法，更特別涉及一種在半導體器 件中形成晶體管的方法。
背景技術：
由于半導體器件變得高度集成化，因此半導體器件的尺寸減小。因此， 存在諸如結泄漏以及電場和短溝道效應隨著對襯底的摻雜濃度增加而增 加的限制。已有人提出利用鰭狀場效應晶體管(此后稱為鰭狀晶體管(fin transistor))來克服上述限制。在鰭狀晶體管中，可通過使溝道區(qū)至少實時 地從襯底垂直突出而擴大溝道區(qū)來獲得充足的電流量。一種制造典型的鰭狀晶體管結構的方法將參照圖1到2C在下文中說明。圖l是典型鰭狀晶體管結構的剖面視圖。襯底ll包括垂直突出的鰭狀 有源區(qū)11A和隔離層12。鰭狀有源區(qū)11A相對于隔離層12的表面劃分為 上部與下部。隔離層12包圍鰭狀有源區(qū)11A的下部的側壁。在具有隔離 層12的襯底ll上方形成橫跨鰭狀有源區(qū)11A的柵電極13。如圖所示，柵 電極13覆蓋鰭狀有源區(qū)11A的上部的一部分，并沿著鰭狀有源區(qū)11A被 柵電極13覆蓋的部分形成溝道區(qū)。由于被柵電極13覆蓋的鰭狀有源區(qū)11A 的三個面可用作溝道，因此可增大溝道區(qū)。附圖標記S與D分別代表源極 區(qū)與漏極區(qū)。圖2A到2C是沿著圖1中所示的線A-A，示出制造典型鰭狀晶體管的方 法的剖面圖。圖2A到2C中將使用對應于圖1的相同或相似的附圖標記。參照圖2A，在襯底ll中的隔離目標區(qū)上形成溝槽t，以形成垂直突出 的鰭狀有源區(qū)11A。接著，在溝槽t中形成隔離層12。參照圖2B，通過干式蝕刻或濕式蝕刻過程選擇性蝕刻隔離層12以保留 給定厚度，從而暴露出鰭狀有源區(qū)IIA的上部。附圖標記12A代表在實施 干式蝕刻或濕式蝕刻過程后的隔離層12。參照圖2C，在沿著鰭狀有源區(qū)IIA的暴露的上部形成柵極絕緣層(沒有 顯示)后，在被蝕刻的隔離層12A與柵極絕緣層上方形成用于柵電極的導電 層。通過圖案化導電層而形成橫跨鰭狀有源區(qū)IIA并且還覆蓋鰭狀有源區(qū) 11A的柵電極13。接著，沿著鰭狀有源區(qū)IIA表面被柵電極13覆蓋的部分 形成溝道區(qū)c。因此，可因由前述方法擴大的溝道區(qū)而獲得足夠的電流量。 然而，當半導體器件變得更加高度集成時，需要進一步擴大半導體器件的 溝道區(qū)的表面積域。發(fā)明內容本發(fā)明涉及提供一種制造半導體器件的方法，更特別涉及提供一種在 擴大晶體管溝道區(qū)的半導體器件中制造晶體管的方法，其中該晶體管的側 壁具有柱。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在半導體器件中提供一種晶體管。該晶體管 包括在襯底上垂直突出的鰭狀有源區(qū)；包圍鰭狀有源區(qū)的下部的隔離層； 和橫跨鰭狀有源區(qū)并覆蓋鰭狀有源區(qū)的柵電極。該鰭狀有源區(qū)的側壁具有 凹面形狀。根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種在半導體器件中制造晶體管的方法。 該方法包括通過部分蝕刻襯底形成溝槽，由此形成垂直突出的鰭狀有源 區(qū)。通過包圍鰭狀有源區(qū)的下部而形成隔離層。該方法還包括在鰭狀有源 區(qū)的側壁上形成間隔物，部分移除間隔物下方的隔離層以暴露出鰭狀有源 區(qū)的側壁的一部分，由此形成所得結構，以及在該所得結構上實施干式蝕 刻以形成具有柱的鰭狀有源區(qū)的側壁。
圖l是i兌明半導體器件中的典型晶體管的剖面圖。圖2A到2C是說明制造半導體器件中的典型晶體管的方法的剖面圖。圖3A到3F是說明根據(jù)本發(fā)明實施方案制造晶體管的方法的剖面圖。圖4是說明根據(jù)本發(fā)明實施方案在蝕刻晶體管中的鰭狀有源區(qū)后蝕刻 外形的顯樹:視圖。
具體實施方式
圖3A到3F是說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案制造晶體管的方法的剖面圖。參照圖3A,通it^襯底31的隔離目標區(qū)上形成溝槽T，以形成垂直突 出的鰭狀有源區(qū)31A。在形成該溝槽T之前，在襯底31上依次形成氧化 物層與氮化物層。接著，在氮化物層上方形成光刻膠圖案(沒有顯示)。通 過使用光刻膠圖案來選擇性蝕刻氮化物層、氧化物層和襯底31,因而形成 溝槽T與鰭狀有源區(qū)31A。如圖3A中所示，在氮化物層與氧化物層上選 擇蝕刻之后，附圖標記32與33分別代表墊氧化物層與墊氮化物層。在一個實施方案中，光刻膠圖案包含環(huán)烯烴-馬來酸酐(COMA)類或丙 烯酸(acrylate)類的聚合物。在此實施方案中，可通過使用氟化氬(ArF)作 為曝光源的蝕刻過程形成光刻膠圖案，并且可在平面視圖中形成棒形或T 形的形狀。可在光刻膠圖案的底部下方形成抗反射層(沒有顯示)?？狗瓷?層可包含有機材料。在一個實施方案中，溝槽的深度HT為約1000A到約 2000A。在具有溝槽T的襯底31上方形成用于隔離的材料層，并接著通過實施 化學機械拋光(CMP)過程暴露出墊氮化物層33的表面來形成填入溝槽T 中的隔離層34。參照圖3B，選擇性地蝕刻隔離層34至給定厚度H^。在選擇蝕刻過程 后，保留已蝕刻的隔離層34A。鰭狀有源區(qū)31A分成上部與下部如蝕刻的 隔離層34A的上表面所界定。亦即，下部具有高度Hn。蝕刻的隔離層34A 包圍鰭狀有源區(qū)31A的下部的側壁。參照圖3C，在墊氧化物層32、墊氮化物層33和有源區(qū)31A上部的側 壁上形成間隔物35。在第一所得結構上方形成用于間隔物的材料層，第一 所得結構包括墊氧化物層32、墊氮化物層33和有源區(qū)31A的上部。接著， 在該材料層上實施間隔物蝕刻過程以形成間隔物35。在一個實施方案中， 間隔物35包括氮化物層并且間隔物35具有約5nm到約50nm的厚度。在約200W到約3000W的源功率；約0W到約1500W的偏壓功率；約 3mTorr到約100mTorr的壓力；約零下10。C到約50'C的溫度下，實施間 隔物蝕刻過程。此外，使用CXFY、氬(Ar)，氧(02),氮(N2)的氣體混合物 實施蝕刻過程，其中CxFy氣體流量為約10sccm到100sccm; Ar氣體流 量為約10sccm到約300sccm; 02氣體流量為約Osccm到約50sccm; N2 氣體流量為約Osccm到約100sccm。同時，CxFy氣體的X為1到10,并 且CXFY氣體的Y為1到10。參照圖3D,當使用墊氮化物層33和間隔物35作為蝕刻屏障在蝕刻的 隔離層34A上實施濕式清洗過程或濕式蝕刻時，輕微移除在間隔物35下 方的蝕刻的隔離層34A。附圖標記34B代表在濕式清洗過程之后的蝕刻的 隔離層34A。因此，殘余的蝕刻的隔離層34B具有低于H^的厚度。殘余 的蝕刻的隔離層34B的下部厚度以Hf2(〈Hm)表示。Hfi與hf2之間的厚度 差為約10nm到約100nm。參照圖3D中的區(qū)域B,暴露出鰭狀有源區(qū)31A 的下部的側壁的一部分36。在另一個實施方案中，可^f吏用一個或多個干式 蝕刻過程以暴露出該部分36。參照圖3E,在第二所得結構上實施蝕刻過程。所4吏用的蝕刻劑具有的 特性為蝕刻襯底31比用以限定頸部/柱37的材料更多。因此，鰭狀有源區(qū) 31B在對側上具有橫向凹陷部38。鰭狀有源區(qū)31B具有上部、中部和下部。 換言之，鰭狀有源區(qū)31B具有頭部39、柱37、和體部40。通過在蝕刻過 程后所殘留的鰭狀有源區(qū)31B的下部來限定體部40。在此方式下，擴大了 鰭狀有源區(qū)31B的表面積域。鰭狀有源區(qū)31B的表面積域的擴大代表后續(xù) 的溝道區(qū)的擴大。顯而易見，可通過改變蝕刻^來控制在鰭狀有源區(qū)31B 的干式蝕刻過程期間的蝕刻速率與蝕刻外形。因此，柱(或頸部)可具有不 同的形狀(參照圖4)。在一個實施方案中，襯底31包含非晶硅。干式蝕刻過程使用氯化氫 (HC1)作為蝕刻劑以選擇性蝕刻非晶硅。HC1與氫(h2)的混合物也可用作蝕 刻劑。其它蝕刻劑可根據(jù)i殳備來使用。在一個實施方案中，在約2Torr到 約200Torr的壓力、約O.lslm到約lshn的HC1流量、約10slm到約50slm 的h2流量以及約700。C到約1000'C的溫度下，實施干式蝕刻過程，并實施 約0.5分到約60分?？赏ㄟ^調整蝕刻^來控制蝕刻速率與蝕刻外形。在 執(zhí)行氣相蝕刻過程前，可在氫氣環(huán)境和約800'C到約IOOO'C的溫度下實施 熱處理，以便通過移除在鰭狀有源區(qū)31B的暴露的部分上的所得物以安全 地實施干式蝕刻過程。參照圖3F，在移除墊氧化物層32、墊氮化物層33和間隔物35后，沿 著暴露的選擇性蝕刻的鰭狀有源區(qū)31B的柱38與頭部40，形成柵極絕緣 層41。在柵極絕緣層和殘余隔離層34B上方形成用于柵電極的導電層，圖 案化導電層，因而形成橫跨選擇性蝕刻的鰭狀有源區(qū)31B的柵電極42。導 電層包含多晶硅。沿著選擇性蝕刻的鰭狀有源區(qū)31B被柵電極42覆蓋的 部分形成溝道區(qū)C。因而，增加鰭狀有源區(qū)31B的表面積域并且也增加沿 著溝道區(qū)C的電流通路。圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的實施方案在晶體管的鰭狀有源區(qū)上的柱已形 成后的蝕刻外形的顯橫t視圖。如上所述，根據(jù)上述實施方案的晶體管的溝道區(qū)可因具有頸部/柱的鰭 狀有源區(qū)的側壁而被明顯擴大。雖然已經(jīng)根據(jù)特定實施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的上述實施方案 僅用在說明而非限制。對本領域技術人員而言，顯然可以在不背離如下述 權利要求限定的發(fā)明精神和范圍的情況下，進行各種變化和修改。
權利要求
1.一種晶體管，包含從襯底垂直突出的鰭狀有源區(qū)，所述鰭狀有源區(qū)限定頭部、頸部和體部，以提供增加的表面積；隔離結構，其基本包圍所述鰭狀有源區(qū)的下部；和柵電極，其橫跨所述鰭狀有源區(qū)并覆蓋所述鰭狀有源區(qū)的一部分。
2. 如權利要求l所述的晶體管，還包括溝道區(qū)，其沿著所述鰭狀有源區(qū)的覆蓋有所述柵電極的部分形成；和 柵極絕緣層，其在所述鰭狀有源區(qū)的覆蓋有所述柵電極的部分的上方 形成。
3. 如權利要求2所述的晶體管，其中蝕刻所述隔離結構以使其具有給定 厚度，并且部分移除所述蝕刻的隔離層以暴露出所述鰭狀有源區(qū)的側壁的 一部分。
4. 一種制造晶體管的方法，所述方法包括 通過部分蝕刻襯底來形成溝槽，以形成從所述襯底垂直突出的鰭狀有源區(qū)；形成包圍所述鰭狀有源區(qū)的下部的隔離結構，同時暴露出所述鰭狀有 源區(qū)的上部；在所述鰭狀有源區(qū)的上部上形成間隔物；部分移除所述間隔物下方的所述隔離結構，以暴露出所述鰭狀有源區(qū) 的側壁的一部分；和蝕刻所述鰭狀有源區(qū)的側壁的暴露部分，4吏得所述鰭狀有源區(qū)限定上 部區(qū)、中部區(qū)及下部區(qū)，而所述中部區(qū)比所述上部區(qū)薄。
5. 如權利要求4所述的方法，其中還包括在所述鰭狀有源區(qū)上方形成墊 氮化物層。
6. 如權利要求4所述的方法，其中形成所述隔離結構包括在溝槽中填充 隔離層并蝕刻所述隔離層以具有給定厚度。
7. 如權利要求6所述的方法，其中蝕刻的隔離層的厚度限定所述鰭狀有 源區(qū)的下部。
8. 如權利要求6所述的方法，其中對于與形成柵電極的目標區(qū)對應的所 述隔離層的一部分，蝕刻所述隔離層以具有給定厚度。
9. 如權利要求5所述的方法，其中所述間隔物包含氮化物層。
10. 如權利要求4所述的方法，其中實施濕式蝕刻過程以部分移除所述隔 離結構。
11. 如權利要求4所述的方法，其中通過使用蝕刻所述襯底比蝕刻所述間 隔物或所述隔離結構更快的蝕刻劑來實施所述蝕刻過程。
12. 如權利要求11所述的方法，其中所述蝕刻過程使用氯化氫(HC1)作為 蝕刻劑。
13. 如權利要求11所述的方法，其中所述蝕刻過程使用HC1與氫氣(H2) 的混合物作為蝕刻劑。
14. 如權利要求13所述的方法，其中HCl具有約0.1slm到約lslm的流量， 并且H2具有約10slm到約50slm的流量。
15. 如權利要求11所述的方法，其中所述蝕刻過程在約700'C到約IOOO'C 的溫度下實施。
16. 如權利要求11所述的方法，其中所述蝕刻過程在約2Torr到約 200Torr的壓力下實施。
17. 如權利要求11所述的方法，其中所述蝕刻過程實施約0.5分鐘到約60 分鐘。
18. 如權利要求4所述的方法，還包括在實施所述蝕刻前，對所述鰭狀有 源區(qū)實施熱處理。
19. 如權利要求18所述的方法，其中所述熱處理在約800'C到約1000'C的 溫度下以及在氫氣(H2)氣氛中實施。
20. 如權利要求4所述的方法，在實施氣相蝕刻過程后，還包括 在所述鰭狀有源區(qū)的表面上形成柵極絕緣層，形成橫跨所述鰭狀有源區(qū)并覆蓋所述鰭狀有源區(qū)的一部分的柵電極。
21. —種制造晶體管的方法，所述方法包括 形成從襯底垂直突出的鰭狀有源區(qū)； 形成包圍所述鰭狀有源區(qū)的下部的隔離結構； 在所述鰭狀有源區(qū)的側壁上形成間隔物；部分移除所述間隔物下方的所述隔離結構，以暴露出所述鰭狀有源區(qū) 的側壁的一部分；和蝕刻所述鰭狀有源區(qū)的側壁的暴露部分，以增加所述鰭狀有源區(qū)的表 面積。
全文摘要
提供一種制造半導體器件以擴大溝道區(qū)的方法。該溝道區(qū)因晶體管具有柱狀側壁而被擴大。該晶體管包括從襯底垂直突出的鰭狀有源區(qū)；包圍鰭狀有源區(qū)的下部的隔離層；和橫跨鰭狀有源區(qū)并覆蓋鰭狀有源區(qū)的一部分的柵電極。隔離層形成為包圍鰭狀有源區(qū)的下部并且部分移除在間隔物下方的隔離層以暴露出鰭狀有源區(qū)的側壁的一部分。接著，實施干式蝕刻以形成具有柱/頸部的側壁。
文檔編號H01L21/336GK101271922SQ20071030634
公開日2008年9月24日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權日2007年3月19日
發(fā)明者趙俊熙 申請人:海力士半導體有限公司