專利名稱：體襯底上制造的被隔離的三柵極晶體管的制作方法
體襯底上制造的被隔離的三柵極晶體管
背景技術(shù)：
在集成電路器件的制造中，隨著器件尺寸的持續(xù)減小，諸如三柵極晶體管的多柵
極晶體管已經(jīng)變得更流行。在常規(guī)工藝中，三柵極晶體管通常被制造在體硅襯底上，或被制 造在絕緣體上硅襯底上。在一些情況下，由于體硅襯底的成本低并且由于其使得三柵極制 造工藝的復(fù)雜度更小，所以體硅襯底是優(yōu)選的。在其它情況下，由于三柵極晶體管的改善的 短溝道特性，所以絕緣體上硅襯底是優(yōu)選的。 在體硅襯底上，三柵極晶體管的制造工藝經(jīng)常在將金屬柵電極的底部與晶體管主
體(body) (g卩，鰭)的底部處的源極和漏極延伸尖端(extensiontip)對準(zhǔn)時遇到問題。當(dāng)
三柵極晶體管形成在體襯底上時，為了最佳的柵極控制且減小短溝道效應(yīng)，需要正確的對
準(zhǔn)。例如，如果源極和漏極延伸尖端比金屬柵電極還要深，則可能發(fā)生穿通?；蛘?，如果金
屬柵電極比源極和漏極延伸尖端還要深，則結(jié)果可能會出現(xiàn)不期望的柵極蓋寄生。 因此，需要一種三柵極晶體管制造工藝，該工藝結(jié)合了體襯底所提供的制造的容
易性以及絕緣體上硅襯底所提供的改善的短溝道效應(yīng)。


圖1示出了常規(guī)三柵極器件。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式形成被隔離的半導(dǎo)體主體的方法。
圖3至10示出了在執(zhí)行圖2的工藝時形成的結(jié)構(gòu)。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式形成被隔離的半導(dǎo)體主體的方法。
圖12至14示出了在執(zhí)行圖11的工藝時形成的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
這里描述的是在體半導(dǎo)體襯底上制造具有改善的短溝道效應(yīng)的三柵極晶體管的 系統(tǒng)和方法。在以下描述中，將利用本領(lǐng)域技術(shù)人員為向其它本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達其工作 內(nèi)容而通常采用的術(shù)語來描述示例性實施方式的各方面。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了 ， 可以僅利用一些所述方面來實施本發(fā)明。出于解釋的目的，對具體的數(shù)量、材料和構(gòu)造進行 了闡述，以便對示例性實施方式有透徹的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會明了，可以在 沒有這些具體細節(jié)的情況下實施本發(fā)明。在其它情況下，省略或簡化了公知特征，以免使示 例性實施方式不清楚。 將以最有助于理解本發(fā)明的方式將各種操作依次描述為多個分立操作，然而，不 應(yīng)將描述的順序解釋為暗指這些操作必須是與順序有關(guān)的。具體而言，不必按照所呈現(xiàn)的 順序來執(zhí)行這些操作。 本發(fā)明的實施方式提供了一種在體半導(dǎo)體襯底上制造三柵極晶體管的工藝，其中 所述三柵極晶體管被完全隔離，從而結(jié)合了簡單的體上三柵極工藝與絕緣體上硅上的三柵 極的更好的短溝道特性。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于三柵極晶體管的半導(dǎo)體主體形成在 體襯底之外。該半導(dǎo)體主體還經(jīng)常被稱為三柵極晶體管的"鰭"。接下來，利用氧化工藝在所述半導(dǎo)體主體下面制造氧化物層。所述氧化物層將所述半導(dǎo)體主體與所述體襯底隔離且 減小結(jié)電容。 作為參考，圖1示出了常規(guī)三柵極晶體管100。如圖所示，三柵極晶體管100形成 在諸如體硅襯底的體半導(dǎo)體襯底102上。三柵極晶體管100包括半導(dǎo)體主體104，該半導(dǎo)體 主體104也被稱為三柵極晶體管100的鰭結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體主體104通常由與體襯底102相同
的材料形成。三柵極晶體管ioo還包括由諸如多晶硅或金屬的導(dǎo)電材料形成的金屬柵電極
106。如圖所示，金屬柵電極106與半導(dǎo)體主體104的三個獨立的表面相鄰，從而形成晶體 管的三個獨立的柵極。 源極區(qū)104A和漏極區(qū)104B形成在金屬柵電極106的相對側(cè)上的半導(dǎo)體主體104 中。溝道區(qū)(未標(biāo)記出)形成在源極和漏極區(qū)104A/B之間的半導(dǎo)體主體104中且在金屬 柵電極106下方。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，源極和漏極尖端延伸(未示出)可以形成 在所述溝道區(qū)中。由于在介面108處半導(dǎo)體主體104并不與襯底102隔離，所以尖端延伸 的底部與金屬柵電極106的底部的對準(zhǔn)是至關(guān)重要的。如果所述尖端延伸向下穿透進入襯 底102，或如果所述尖端延伸沒有穿透至半導(dǎo)體主體104的底部，則可能會產(chǎn)生短溝道效應(yīng) 問題。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式在體襯底上形成被隔離的半導(dǎo)體主體的方法200。 圖3至圖10示出了在執(zhí)行方法200時形成的結(jié)構(gòu)的截面圖。 方法200從提供體襯底開始，在所述體襯底上可以形成本發(fā)明的被隔離的半導(dǎo)體 主體(圖2的202)。在本發(fā)明的實施方式中，所述體襯底可以由硅或硅合金形成。在另一 實施方式中，所述體襯底可以包括諸如鍺、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化 鎵的材料，以上任何一種材料均可以與硅結(jié)合。 所述體襯底包括由諸如氮化硅(例如，Si3N4)的材料形成的硬掩模層?？梢岳?常規(guī)工藝(例如化學(xué)氣相沉積工藝)在所述硅體襯底的頂表面上形成氮化硅硬掩模層。圖 3示出了包括形成在其頂表面上的氮化硅層302的體襯底300的截面圖。
可以對所述硬掩模層進行蝕刻以形成經(jīng)構(gòu)圖的硬掩模層(204)。可以使用本領(lǐng)域 技術(shù)人員公知的常規(guī)工藝對所述硬掩模層進行構(gòu)圖，例如使用CHF3、 CH3F或CF4等離子體 中的反應(yīng)離子蝕刻或干法蝕刻的常規(guī)光刻工藝。在另一實施方式中，可以利用其它濕法或 干法蝕刻工藝。然后可以將所述經(jīng)構(gòu)圖的硬掩模層用作掩模以對所述體襯底進行構(gòu)圖，從 而形成鰭結(jié)構(gòu)(206)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的常規(guī)工藝對所述體襯底進行構(gòu)圖，例如利用 NH4OH的濕法蝕刻工藝或利用HBrCl的干法蝕刻工藝。此外，在另一實施方式中，可以使用 其它濕法或干法蝕刻工藝。該鰭結(jié)構(gòu)可以用來形成半導(dǎo)體主體。圖4示出了體襯底300上 的經(jīng)構(gòu)圖的硬掩模結(jié)構(gòu)302A的截面圖。圖5示出了已經(jīng)通過將所述經(jīng)構(gòu)圖的硬掩模結(jié)構(gòu) 302A用作掩模對體襯底300進行蝕刻而形成的鰭結(jié)構(gòu)500的截面圖。
接下來，在所述鰭結(jié)構(gòu)周圍沉積淺溝槽隔離(STI)材料(208)。在本發(fā)明的各種實 施方式中，所述STI材料可以是絕緣材料，諸如電介質(zhì)材料或另一氧化物材料。在一些實施 方式中，可以將二氧化硅或SiOF用作所述STI材料?？梢允褂弥T如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物 理氣相沉積(PVD)以及原子層沉積(ALD)的常規(guī)沉積工藝對所述STI材料進行沉積。圖6 示出了已被鄰接鰭結(jié)構(gòu)500沉積的STI材料600的截面圖。 然后，使所述STI材料凹陷以暴露所述鰭結(jié)構(gòu)的一部分(210)。所述鰭結(jié)構(gòu)的被暴露部分將最終成為用在三柵極器件中的被隔離的半導(dǎo)體主體。因此，所述STI材料凹陷以 及所述鰭結(jié)構(gòu)暴露的程度和深度對應(yīng)于正在形成的所述被隔離的半導(dǎo)體主體的期望的厚 度或高度?？梢允褂贸Ｒ?guī)的工藝來使所述STI材料凹陷或?qū)λ鯯TI材料進行蝕刻，包括 但是不限于使用氟化氫(HF)的濕法蝕刻工藝或使用CHF3、CH3F或CF4的干法蝕刻工藝。在 另一實施方式中，可以使用其它濕法或干法蝕刻工藝。圖7示出了在STI材料600已經(jīng)凹 陷從而暴露出鰭結(jié)構(gòu)500的一部分之后的STI材料600的截面圖。 接下來，在鰭結(jié)構(gòu)500的被暴露部分上形成保護性的氮化物蓋(212)。所述鰭結(jié) 構(gòu)的先前被暴露部分現(xiàn)在包含在所述氮化物蓋之內(nèi)并且被保護從而免受氧化?？梢杂膳c所 述硬掩模材料相同的材料，例如氮化硅(例如，Si^》并且使用常規(guī)工藝來形成所述氮化物 蓋。例如，諸如CVD、 PVD或ALD的沉積工藝可以與諸如硅烷和氨的前體一起使用，以形成 位于所述STI材料和所述鰭結(jié)構(gòu)上的氮化物層。然后，可以使用諸如如上所述的那些蝕刻 工藝對所述氮化物層進行蝕刻且在所述鰭結(jié)構(gòu)上形成氮化物蓋。圖8示出了形成在鰭結(jié)構(gòu) 500上的氮化物蓋800的截面圖。 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，現(xiàn)在執(zhí)行熱氧化工藝，以氧化所述鰭結(jié)構(gòu)的位于所述氮 化物蓋的正下方但是不包含在氮化物蓋之內(nèi)的部分(214)。換句話說，所述氧化工藝消耗了 所述硅鰭的位于所述氮化物蓋的底部邊緣下方的未被保護部分，從而將硅轉(zhuǎn)換為氧化硅材 料。所述鰭結(jié)構(gòu)的受所述氮化物蓋保護的部分現(xiàn)在變得通過該新形成的氧化硅而與所述體 襯底隔離。在本發(fā)明的實施方式中，可以通過在大約90(TC和大約110(TC之間的溫度下、在 大約0. 5小時和大約3小時或更長時間之間的時間段內(nèi)對襯底進行退火來執(zhí)行所述熱氧化 工藝。所述熱氧化工藝可以在包含02、H^、蒸汽和HC1中的一種或多種的氣氛中進行。
圖9示出了在一部分硅已經(jīng)通過所述熱氧化工藝消耗掉之后的鰭結(jié)構(gòu)500的截面 圖。如圖所示，鰭結(jié)構(gòu)500的受氮化物蓋800保護的部分現(xiàn)在形成為被隔離的半導(dǎo)體主體 900。位于所述被隔離的半導(dǎo)體主體900的正下方的材料是在所述熱氧化工藝期間形成的 氧化物層，通常為二氧化硅層。 在所述熱氧化工藝之后，可以將所述氮化物蓋從所述被隔離的半導(dǎo)體主體去除 (216)?？梢允褂脧墓枞コ锏某Ｒ?guī)工藝，例如上述的常規(guī)濕法或干法蝕刻工藝。在一 些實施方式中，由于磷酸對氧化物和硅兩者都具有高度的選擇性，所以可以使用利用磷酸 的濕法蝕刻工藝?，F(xiàn)在，被隔離的半導(dǎo)體主體900可以被用來形成相對于形成在體硅上的 常規(guī)三柵極晶體管具有改善的短溝道效應(yīng)的三柵極晶體管。 圖10示出了去除氮化物蓋800之后的被隔離的半導(dǎo)體主體900。半導(dǎo)體主體900 與體襯底300隔離并且現(xiàn)在可以用作三柵極晶體管的半導(dǎo)體主體。從這一點開始可以使用 常規(guī)三柵極制造工藝。 圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的形成被隔離的半導(dǎo)體主體的替代方法1100。所 述方法1100在形成氮化物蓋之前與所述方法200相同(即，所述方法1100包括圖2的工 藝202到212)。 在形成氮化物蓋后，執(zhí)行所述STI材料的第二次凹陷(方法1100的1102)。在本 實施方式中，使所述STI材料凹陷兩次，以暴露所述鰭結(jié)構(gòu)在氮化物蓋之下的將被轉(zhuǎn)換為 氧化物的部分。因此，所述STI材料凹陷的程度在這里將取決于被形成來隔離半導(dǎo)體主體 的氧化物層的期望的厚度。使用氫氟酸的濕法蝕刻工藝或緩沖氧化物濕法蝕刻可以被用來使STI材料凹陷。圖12示出了在STI材料600已經(jīng)被第二次凹陷從而暴露出鰭結(jié)構(gòu)500在氮化物蓋800之下的部分之后的STI材料600的截面圖。 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，現(xiàn)在執(zhí)行熱氧化工藝，以氧化所述鰭結(jié)構(gòu)在第二次STI凹陷期間被暴露的部分(1104)。所述氧化工藝消耗被暴露且不受所述氮化物蓋保護的硅，從而將所述硅轉(zhuǎn)換為氧化硅材料。在這里，因為所述硅被暴露，所以所述熱氧化工藝對所述硅具有更快的氧化速率，從而產(chǎn)生相對更薄且更好控制的氧化物。所述鰭結(jié)構(gòu)受所述氮化物蓋保護的部分現(xiàn)在變得通過該新形成的氧化硅與所述體襯底隔離。如上所述，可以通過在大約90(TC和大約110(TC之間的溫度下、在大約0. 5小時和大約3小時或更長時間之間的時間段內(nèi)對所述襯底進行退火來執(zhí)行所述熱氧化工藝。所述熱氧化可以在包含02、 H20、蒸汽和HC1中的一種或多種的氣氛中進行。 圖13示出了在硅的所暴露部分已經(jīng)通過所述熱氧化工藝消耗從而形成氧化物層1300之后的鰭結(jié)構(gòu)500的截面圖。如圖所示，鰭結(jié)構(gòu)500受氮化物蓋800保護的部分現(xiàn)在形成被隔離的半導(dǎo)體主體900。處于所述被隔離的半導(dǎo)體主體900正下方的材料是在所述熱氧化工藝期間形成的氧化物層1300，通常為二氧化硅層。 在所述熱氧化工藝之后，現(xiàn)在從所述被隔離的半導(dǎo)體主體去除所述氮化物蓋(1106)。如上所述，可以使用從硅去除氮化物的常規(guī)工藝。所述被隔離的半導(dǎo)體主體900現(xiàn)在可以被用來形成相對于體硅上形成的常規(guī)三柵極晶體管具有改善的短溝道效應(yīng)的三柵極晶體管。圖14示出了在去除了氮化物蓋800之后的被隔離的半導(dǎo)體主體900。同樣地，可以從這一點開始使用常規(guī)三柵極制造工藝。 因此，已經(jīng)描述了在體襯底上形成被隔離的半導(dǎo)體主體的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在半導(dǎo)體主體下方形成氧化物層提供了用于最佳柵極控制的柵極和源極/漏極尖端延伸的自對準(zhǔn)。其它好處包括簡化了源極和漏極尖端延伸所需的工程，減小了源極和漏極結(jié)電容，以及在有源三柵極晶體管器件下形成相對薄的隔離層，這相對于使用相對厚的隔離層的標(biāo)準(zhǔn)絕緣體上硅器件提供了改善的短溝道免疫性。另外，即使在初始晶圓是體硅的情況下，本發(fā)明的被完全隔離的半導(dǎo)體主體也能實現(xiàn)其它絕緣體上硅類型的應(yīng)用，例如具有浮置主體的單器件存儲器(single device memory)。 以上對本發(fā)明的舉例說明的實施方式的描述(包括在說明書摘要中描述的內(nèi)容)，并非旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的精確形式。盡管在本文中為了說明的目的描述了本發(fā)明的具體實施方式
和例子，但如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到的那樣，在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種等價的修改都是可能的。 可以依據(jù)以上詳細描述對本發(fā)明進行這些修改。在以下的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)被視為將本發(fā)明限于在說明書和權(quán)利要求中所公開的具體實施方式
。相反，本發(fā)明的范圍完全由以下權(quán)利要求書決定，應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求解釋的已確立原則來解釋權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
一種形成被隔離的半導(dǎo)體主體的方法，包括對體襯底進行構(gòu)圖，以形成鰭結(jié)構(gòu)；在所述鰭結(jié)構(gòu)周圍沉積絕緣材料；使所述絕緣材料凹陷，以暴露所述鰭結(jié)構(gòu)的一部分；在所述鰭結(jié)構(gòu)的被暴露部分上沉積氮化物蓋，以保護所述鰭結(jié)構(gòu)的被暴露部分；進行熱氧化工藝，以氧化所述鰭結(jié)構(gòu)位于所述氮化物蓋下方的未被保護部分，從而使所述鰭結(jié)構(gòu)的被保護部分與所述體襯底隔離；以及去除所述氮化物蓋。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，沉積所述絕緣材料包括使用選自由外延生長、 CVD、 PVD和ALD構(gòu)成的組中的工藝來沉積二氧化硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述絕緣材料凹陷的深度對應(yīng)于所述被隔離的 半導(dǎo)體主體的期望高度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氮化物蓋包括氮化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱氧化工藝包括在大約90(TC和大約IIO(TC 之間的溫度下、在大約0. 5小時和大約3小時之間的時間段內(nèi)對所述襯底進行退火。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述體襯底包括體硅襯底。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使所述絕緣材料凹陷包括使用蝕刻工藝去除所 述絕緣材料的一部分。
8. —種形成被隔離的半導(dǎo)體主體的方法，包括 對體襯底進行構(gòu)圖以形成鰭結(jié)構(gòu)； 在所述鰭結(jié)構(gòu)周圍沉積絕緣材料；使所述絕緣材料第一次凹陷，以暴露所述鰭結(jié)構(gòu)的第一部分； 在所述鰭結(jié)構(gòu)的所述第一部分上沉積保護性氮化物蓋；使所述絕緣材料第二次凹陷，以暴露所述鰭結(jié)構(gòu)位于所述保護性氮化物蓋下方的第二 部分；熱氧化所述鰭結(jié)構(gòu)的所述第二部分，從而將所述鰭結(jié)構(gòu)的所述第一部分與所述體襯底 隔離；以及去除所述氮化物蓋。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，沉積所述絕緣材料包括使用選自由外延生長、 CVD、 PVD和ALD構(gòu)成的組中的工藝來沉積二氧化硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述絕緣材料第一次凹陷的深度對應(yīng)于所述被 隔離的半導(dǎo)體主體的期望高度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述氮化物蓋包括氮化硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述熱氧化工藝包括在大約90(TC和大約 110(TC之間的溫度下、在大約0. 5小時和大約3小時之間的時間段內(nèi)對所述襯底進行退火。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述體襯底包括體硅襯底。
14. 一種裝置，包括 體襯底；通過從所述體襯底構(gòu)圖出鰭結(jié)構(gòu)而形成的半導(dǎo)體主體；以及將所述半導(dǎo)體主體與所述體襯底隔離的氧化物層，其中，所述氧化物層是通過對從所 述體襯底構(gòu)圖出的所述鰭結(jié)構(gòu)的一部分進行熱氧化而形成的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述體襯底和所述半導(dǎo)體主體由相同的材料 形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述材料包括硅。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述材料包括與選自由鍺、銻化銦、碲化鉛、砷 化銦、磷化銦、砷化鎵和銻化鎵構(gòu)成的組中的第二材料構(gòu)成合金的硅。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述氧化物層包括二氧化硅。
全文摘要
一種形成被隔離的三柵極半導(dǎo)體主體的方法，包括對體襯底進行構(gòu)圖，以形成鰭結(jié)構(gòu)；在所述鰭結(jié)構(gòu)周圍沉積絕緣材料；使所述絕緣材料凹陷，以暴露所述鰭結(jié)構(gòu)的將用作所述三柵極半導(dǎo)體主體的部分；在所述鰭結(jié)構(gòu)的被暴露部分上沉積氮化物蓋，以保護所述鰭結(jié)構(gòu)的被暴露部分；以及執(zhí)行熱氧化工藝，以氧化所述鰭結(jié)構(gòu)位于所述氮化物蓋下方的未被保護部分。所述鰭結(jié)構(gòu)的被氧化部分隔離受所述氮化物蓋保護的所述半導(dǎo)體主體。然后可以去除所述氮化物蓋。所述熱氧化工藝可以包括在大約900℃和大約1100℃之間的溫度下、在大約0.5小時和大約3小時之間的時間段內(nèi)對所述襯底進行退火。
文檔編號H01L21/336GK101755327SQ200880025190
公開日2010年6月23日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者J·T·卡瓦列羅斯, R·里奧斯, S·M·塞亞 申請人:英特爾公司