專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)傾斜離子注入來(lái)形成鰭和鰭式fet的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子。更具體而言，本發(fā)明涉及一種形成鰭式FET(finFET)器件的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的尺寸在過(guò)去約三十年已經(jīng)穩(wěn)定地縮減，這是因?yàn)槌杀壤抵粮〕叽鐚?dǎo)致持續(xù)的器件性能改善。平面FET器件通常具有定位于半導(dǎo)體溝道上方并且通過(guò)柵極氧化物薄層來(lái)與溝道電隔離的導(dǎo)電的柵極電極。通過(guò)向?qū)щ姈艠O施加電壓來(lái)對(duì)經(jīng)過(guò)溝道的電流進(jìn)行控制。對(duì)于給定的器件長(zhǎng)度而言，用于FET的電流驅(qū)動(dòng)的數(shù)量由器件寬度(w)限定。電流驅(qū)動(dòng)與器件寬度成比例地縮放，其中較寬的器件比較窄的器件輸送更多的電流。集成電路(IC)的不同部分要求FET驅(qū)動(dòng)不同數(shù)量的電流(即，具有不同的器件寬度)，這在平面 FET器件中通過(guò)僅改變器件柵極寬度(經(jīng)由光刻)特別容易實(shí)現(xiàn)。由于常規(guī)平面FET縮放達(dá)到基本限制，所以半導(dǎo)體業(yè)正在尋求將有助于繼續(xù)提高器件性能的更多非常規(guī)幾何結(jié)構(gòu)。一類(lèi)這樣的器件為鰭式FET，這是一種包括薄鰭結(jié)構(gòu)的多柵極晶體管架構(gòu)，該薄鰭結(jié)構(gòu)形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種形成多個(gè)鰭式FET器件的方法，其中各鰭式FET可以具有亞光刻尺寸的寬度。廣而言之，該方法包括在位于襯底上的含半導(dǎo)體層頂上形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜。然后進(jìn)行傾斜離子注入以向含半導(dǎo)體層的第一部分引入摻雜劑，其中實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分存在于掩膜之下。此后，相對(duì)于含半導(dǎo)體層的實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分選擇性地去除含半導(dǎo)體層的包含摻雜劑的第一部分以提供圖案。然后向襯底中轉(zhuǎn)移圖案以提供寬度為亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的又一方面提供一種制造如鰭式FET之類(lèi)的半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括首先在位于襯底上的含半導(dǎo)體層頂上形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜。掩膜的多個(gè)開(kāi)口中的相鄰開(kāi)口以范圍從30nm到200nm的尺寸隔開(kāi)。然后進(jìn)行傾斜離子注入以向含半導(dǎo)體層的第一部分引入濃度范圍從1 X IO18個(gè)原子/cm3到8 X IO21個(gè)原子/cm3的摻雜劑，其中含半導(dǎo)體層的在掩膜之下的其余部分實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑。相對(duì)于含半導(dǎo)體層的其余部分選擇性地蝕刻含半導(dǎo)體層的第一部分以提供蝕刻掩膜，該蝕刻掩膜具有寬度范圍從5nm到IOOnm的開(kāi)口。然后向下層襯底中轉(zhuǎn)移由蝕刻掩膜所提供的圖案以提供寬度范圍從5nm到IOOnm的鰭結(jié)構(gòu)。在另一方面中，提供一種可以用來(lái)產(chǎn)生多個(gè)鰭結(jié)構(gòu)的蝕刻掩膜，其中蝕刻掩膜所產(chǎn)生的各鰭結(jié)構(gòu)具有亞光刻尺寸的寬度，并且亞光刻尺寸的距離將相鄰鰭式FET結(jié)構(gòu)隔開(kāi)。廣而言之，蝕刻掩膜包括含半導(dǎo)體層，該含半導(dǎo)體層包括由未摻雜半導(dǎo)體間隔物隔開(kāi)的摻雜半導(dǎo)體區(qū)域，其中摻雜半導(dǎo)體區(qū)域和未摻雜半導(dǎo)體間隔物中的每個(gè)的寬度均為亞光刻尺寸。


結(jié)合其中相似標(biāo)號(hào)表示相似元件和部分的以下附圖將最好地理解通過(guò)例子給出而并非使本發(fā)明僅限于此的下文具體描述，在附圖中圖1是在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于形成鰭式FET器件的方法中使用的初始結(jié)構(gòu)的側(cè)視橫截面圖，其中初始結(jié)構(gòu)包括絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底，該襯底具有存在于SOI 襯底的上表面上的電介質(zhì)層和在電介質(zhì)層頂上的含半導(dǎo)體層。圖2是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜的側(cè)視橫截面圖，該掩膜覆蓋在存在于襯底上的含半導(dǎo)體層上面，其中掩膜的多個(gè)開(kāi)口中的相鄰開(kāi)口以最小特征尺寸隔開(kāi)；圖3是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的掩膜修整的側(cè)視橫截面圖。圖4是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的進(jìn)行傾斜離子注入以向含半導(dǎo)體層的第一部分引入摻雜劑的側(cè)視橫截面圖，其中實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分存在于掩膜之下。圖5是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的蝕刻掩膜的側(cè)視橫截面圖，該蝕刻掩膜用于產(chǎn)生寬度為亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)，其中蝕刻掩膜包括含半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有摻雜的第一部分和實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分。圖6是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的相對(duì)于含半導(dǎo)體層的實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分選擇性地去除含半導(dǎo)體層的包含摻雜劑的第一部分以提供用于形成鰭結(jié)構(gòu)的圖案的側(cè)視橫截面圖。圖7是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的向存在于襯底的上表面上的電介質(zhì)層中轉(zhuǎn)移圖案的側(cè)視橫截面圖。圖8是描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的向絕緣體上半導(dǎo)體襯底的SOI層中轉(zhuǎn)移圖案以提供寬度為亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)視橫截面圖。圖9A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鰭式FET結(jié)構(gòu)的俯視平面圖。圖9B是圖9A中描繪的鰭式FET結(jié)構(gòu)的側(cè)視橫截面圖。
具體實(shí)施例方式這里公開(kāi)本發(fā)明的具體實(shí)施例；然而將理解的是，公開(kāi)的實(shí)施例僅舉例說(shuō)明可以用各種形式實(shí)施的本發(fā)明。此外，結(jié)合本發(fā)明的各種實(shí)施例給出的各個(gè)例子旨在于舉例說(shuō)明而非限制性的。另外，附圖未必按比例繪制，一些特征可能被增大以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，這里公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)將不被解釋為限制性的，而僅為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以不同方式運(yùn)用本發(fā)明的有代表性的基礎(chǔ)。本發(fā)明涉及用于形成諸如鰭式FET半導(dǎo)體器件之類(lèi)的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和方法。 在描述以下結(jié)構(gòu)和方法時(shí)，除非另有指明，否則以下術(shù)語(yǔ)具有以下含義。如這里所用，“半導(dǎo)體”是指如下本征半導(dǎo)體材料，該本征半導(dǎo)體材料已經(jīng)被摻雜 (也就是說(shuō)，已經(jīng)向其中引入摻雜劑)從而給予其與本征半導(dǎo)體不同的電性質(zhì)。摻雜涉及向本征半導(dǎo)體添加摻雜劑原子，這改變本征半導(dǎo)體在熱平衡時(shí)的電子和空穴載流子濃度。由在非本征半導(dǎo)體中的主導(dǎo)載流子濃度將它分類(lèi)為n型或者ρ型半導(dǎo)體。
如這里所用，“鰭結(jié)構(gòu)”是指作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主體來(lái)運(yùn)用的半導(dǎo)體材料，其中柵極電介質(zhì)和柵極定位于鰭結(jié)構(gòu)周?chē)?，從而使得電荷沿著在鰭結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上的溝道流動(dòng)并且可選地沿著鰭結(jié)構(gòu)的頂表面流動(dòng)。如用來(lái)描述鰭結(jié)構(gòu)的“寬度”是將存在于鰭結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上的溝道隔開(kāi)的尺寸。如這里所用，“各向異性蝕刻工藝”表示如下材料去除工藝，在該工藝中在與待蝕刻的表面垂直的方向上的蝕刻速率比在與待蝕刻的表面平行的方向上大。術(shù)語(yǔ)“各向同性蝕刻工藝”是指如下材料去除工藝，在該工藝中蝕刻反應(yīng)速率在任何方向上相同。術(shù)語(yǔ)“最小特征尺寸”是指通過(guò)光刻可獲得的實(shí)質(zhì)上最小尺寸。術(shù)語(yǔ)“亞光刻尺寸”是指小于通過(guò)光刻可獲得的最小尺寸。如這里所用，術(shù)語(yǔ)“電介質(zhì)”、“絕緣”或者“絕緣性質(zhì)”表示室溫導(dǎo)電率小于約 ΙΟ·( Ω-m)-1 的材料。如這里所用，在涉及材料去除工藝時(shí)的術(shù)語(yǔ)“選擇性”表示被施加材料去除工藝的結(jié)構(gòu)的第一材料的材料去除速率大于至少另一材料的去除速率。如這里所用，在涉及材料去除工藝時(shí)的術(shù)語(yǔ)“無(wú)選擇性”表示被施加材料去除工藝的結(jié)構(gòu)的第一材料的材料去除速率與其它材料實(shí)質(zhì)上相同。為了下文描述，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“右”、“左”、“豎直”、“水平”、“頂部”、“底部”及其
派生詞應(yīng)當(dāng)涉及如在附圖中定向的本發(fā)明。另外，將理解的是，當(dāng)作為層、區(qū)域或者襯底的元件被稱(chēng)為在另一元件“上”、“頂上”或者“之上”或者“覆蓋在...的上面”或者“底下”或者“之下”或者“下面”時(shí)，它可以直接在其它元件上或者也可以存在居間元件。對(duì)照而言，當(dāng)單元被稱(chēng)為“直接在另一元件上”或者“直接在另一元件之上”或者“與另一單元直接物理地接觸”時(shí)，則不存在居間元件。在說(shuō)明書(shū)中引用“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“例子”等表明所描述的實(shí)施例或者例子可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性，但是并非每個(gè)實(shí)施例可能必須包括特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性。另外，這樣的短語(yǔ)未必是指相同實(shí)施例。另外，當(dāng)結(jié)合實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性時(shí)，認(rèn)為結(jié)合無(wú)論是否明確描述的其它實(shí)施例和例子來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或者特性在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)。圖1-圖8描繪了用于形成多個(gè)鰭式FET器件的工藝序列的一個(gè)實(shí)施例，其中各鰭式FET器件具有寬度Wl為亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)。在圖1-圖8中圖示的本發(fā)明這一實(shí)施例的方法包括首先在襯底頂上形成含半導(dǎo)體層。然后在含半導(dǎo)體層的表面上形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜，其中掩膜的開(kāi)口具有與最小特征尺寸F相等的寬度。此后，該方法還包括經(jīng)由傾斜離子注入向含半導(dǎo)體層的第一部分中引入摻雜劑，其中含半導(dǎo)體層的實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分存在于掩膜之下。在接下來(lái)的步驟中，相對(duì)于含半導(dǎo)體層的其余部分選擇性地去除含半導(dǎo)體層的第一部分，并且向襯底中轉(zhuǎn)移圖案以提供寬度Wl為亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)。圖1描繪了在根據(jù)本發(fā)明的用于形成鰭式FET器件的方法的一個(gè)實(shí)施例中使用的初始結(jié)構(gòu)。初始結(jié)構(gòu)可以包括襯底5以及含半導(dǎo)體層6和電介質(zhì)層4的堆疊15。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底5包括SOI襯底。SOI襯底包括通過(guò)掩埋絕緣層2來(lái)相互電隔離的底部半導(dǎo)體層1和頂部半導(dǎo)體層3 (可互換地稱(chēng)為SOI層幻。頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1可以包括以下中的至少一個(gè)Si、Ge合金、SiGe、GaAs、InAs, InP, SiCGe, SiC 以及其它ΙΙΙΛ族或者II/VI族化合物半導(dǎo)體。頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1可以包括相同或者不同材料。在一個(gè)例子中，整個(gè)頂部半導(dǎo)體層3或者頂部半導(dǎo)體層3的部分可以是非晶硅、多晶硅或者單晶硅。在一個(gè)例子中，整個(gè)底部半導(dǎo)體層1或者底部半導(dǎo)體層1 的部分可以是非晶硅、多晶硅或者單晶硅。除了前述類(lèi)型的半導(dǎo)體襯底之外，在本發(fā)明中運(yùn)用的半導(dǎo)體襯底也可以包括混合取向半導(dǎo)體襯底，其中頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1具有不同晶體取向的表面區(qū)域。頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1可以是摻雜的、未摻雜的或者其中包含摻雜區(qū)域和未摻雜區(qū)域。另外，頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1可以在其中包含有應(yīng)變區(qū)域和無(wú)應(yīng)變區(qū)域。 在一個(gè)例子中，頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1可以包含拉伸應(yīng)變區(qū)域和壓縮應(yīng)變區(qū)域。將頂部半導(dǎo)體層3和底部半導(dǎo)體層1隔開(kāi)的掩埋絕緣材料2可以是晶體或者非晶體氧化物、氮化物、氮氧化物或者任何其它適當(dāng)絕緣材料。在本發(fā)明中運(yùn)用的SOI襯底5可以利用包括鍵合步驟的層轉(zhuǎn)移工藝來(lái)形成。取而代之，可以在形成SOI襯底5中使用諸如 SIMOX(注入氧隔離)之類(lèi)的注入工藝。襯底5的各種層的厚度可以取決于在形成這些層時(shí)所使用的技術(shù)而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部半導(dǎo)體層3具有從3nm到IOOnm的厚度，掩埋絕緣層2具有從IOnm到150nm 的厚度，并且SOI襯底5的底部半導(dǎo)體層1的厚度對(duì)于本發(fā)明而言無(wú)關(guān)緊要。注意到，雖然在下文討論中描繪和描述SOI襯底，但是可以預(yù)想利用體半導(dǎo)體襯底的本發(fā)明的實(shí)施例。在其中使用體半導(dǎo)體襯底的本發(fā)明一個(gè)例子中，體半導(dǎo)體襯底包括以下中的至少一個(gè)Si、Ge合金、5166、63六8、11^8、化？、5比66、5比以及其它III/V族或者 II/VI族化合物半導(dǎo)體。仍然參照?qǐng)D1，由含半導(dǎo)體層6和電介質(zhì)層4組成的分層堆疊15存在于襯底5頂上。電介質(zhì)層4可以定位于襯底5的頂部半導(dǎo)體層3的上表面上。含半導(dǎo)體層6定位于電介質(zhì)層4的上表面上。電介質(zhì)層4可以由氮化物、氧化物、氮氧化物材料和/或任何其它適當(dāng)電介質(zhì)層組成。電介質(zhì)層4可以包括單個(gè)電介質(zhì)材料層或者多個(gè)電介質(zhì)材料層?？梢酝ㄟ^(guò)沉積工藝 (諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)和/或原子層沉積(ALD))形成電介質(zhì)層4?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD) 是如下沉積工藝，在該工藝中由于在高于室溫(25°C到900°C )下在氣態(tài)反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)而形成沉積物質(zhì)；其中該反應(yīng)的固體產(chǎn)物沉積于如下表面上，在該表面上將形成有固體產(chǎn)物的膜、涂層或者層。CVD工藝的變體包括但不限于常壓CVD (APCVD)、低壓CVD (LPCVD) 和等離子體增強(qiáng)CVD (EPCVD)、金屬有機(jī)CVD (MOCVD)，并且也可以運(yùn)用它們的組合。取而代之，可以使用諸如熱氧化或者熱氮化之類(lèi)的生長(zhǎng)工藝來(lái)形成電介質(zhì)層4。電介質(zhì)層4可以具有范圍從Inm到IOOnm的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)層4由諸如SW2之類(lèi)的氧化物組成，該氧化物通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成為厚度在25nm到50nm的量級(jí)上。含半導(dǎo)體層6可以是含硅材料。含Si材料包括但不限于硅、單晶硅、多晶硅、硅鍺、硅碳合金、硅鍺上硅、非晶硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上硅鍺(SGOI)和經(jīng)退火的多晶硅。在一個(gè)實(shí)施例中，含半導(dǎo)體層6由非晶Si或者多晶Si組成。如這里所用，術(shù)語(yǔ)“非晶” 表示不具有周期和長(zhǎng)距離順序的非晶體固體。術(shù)語(yǔ)“晶體”是指以固定幾何圖案或者晶格排列的固體。多晶Si是由多個(gè)Si晶體組成的材料。可以使用諸如化學(xué)氣相沉積之類(lèi)的沉積方法來(lái)形成半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的這一點(diǎn)沉積的含半導(dǎo)體層6的厚度可以變化，但是沉積的含半導(dǎo)體層6典型地具有從5nm到IOOnm的厚度。在另一實(shí)施例中，含半導(dǎo)體層6具有范圍從IOnm到50nm的厚度。參照?qǐng)D2-圖6，在接下來(lái)的工藝序列中，在提供具有亞光刻尺寸的開(kāi)口 8的蝕刻掩膜100中，針對(duì)蝕刻選擇性使用適當(dāng)?shù)膿诫s劑來(lái)?yè)诫s含半導(dǎo)體層6。可以通過(guò)結(jié)合具有最小特征尺寸的開(kāi)口 8的掩膜7的傾斜注入9來(lái)引入摻雜劑。此后，相對(duì)于其余未摻雜部分 12選擇性地蝕刻含半導(dǎo)體層6的摻雜部分11，以在含半導(dǎo)體層6中提供亞光刻尺寸的開(kāi)口 13，因此提供蝕刻掩膜100。在接下來(lái)的工藝步驟中，然后向襯底5的SOI層3中轉(zhuǎn)移由蝕刻掩膜100所產(chǎn)生的圖案以提供具有亞光刻尺寸的寬度的鰭結(jié)構(gòu)10。圖2描繪形成具有小特征尺寸F的開(kāi)口 8的掩膜7。在一個(gè)例子中，為了提供掩膜 7，首先將光致抗蝕劑層定位于含半導(dǎo)體層6頂上。光致抗蝕劑層可以由利用沉積工藝(諸如CVD、PECVD、蒸發(fā)或者旋轉(zhuǎn)涂覆)而沉積在含半導(dǎo)體層6的表面上的光致抗蝕劑材料的覆蓋層(blanket layer)提供。然后使用如下光刻工藝來(lái)對(duì)光致抗蝕劑材料的覆蓋層進(jìn)行圖案化以提供掩膜7，該光刻工藝可以包括使光致抗蝕劑材料暴露于輻射圖案并且利用抗蝕劑顯影劑來(lái)使暴露的光致抗蝕劑材料顯影。注意到，硬掩膜(例如，氧化物硬掩膜或者氮化物硬掩膜)也可以用來(lái)提供掩膜7。最小特征尺寸的開(kāi)口 8可以具有范圍從20nm到IOOOnm的寬度F。在另一實(shí)施例中，最小特征尺寸的開(kāi)口 8具有范圍從40nm到300nm的寬度F。優(yōu)選地，最小特征尺寸的開(kāi)口 8具有范圍從40nm到IOOnm的寬度F。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口 8的寬度等于掩膜7的定位于開(kāi)口 8之間的部分的寬度F。圖3描繪了修整掩膜以提供寬度大于最小特征尺寸的開(kāi)口 8a的一個(gè)實(shí)施例，其中掩膜的在開(kāi)口 8a之間的其余部分7a具有小于最小特征尺寸的寬度。在其中掩膜由光致抗蝕劑材料組成的一個(gè)例子中，掩膜的修整可以包括利用02/HBr/Ar等離子體化學(xué)劑的等離子體蝕刻。在修整之后，掩膜的在開(kāi)口 8a之間的其余部分7a可以具有范圍從25nm到 IOOOnm的寬度。在一個(gè)實(shí)施例中，在修整之后，掩膜的在開(kāi)口 8a之間的其余部分7a可以具有范圍從40nm到200nm的寬度。優(yōu)選地，掩膜的在開(kāi)口 8a之間的其余部分7a可以具有范圍從40nm到IOOnm的寬度。注意到，掩膜修整的步驟是可選的。圖4描繪了進(jìn)行傾斜離子注入9以向含半導(dǎo)體層6的第一部分11中引入摻雜劑， 其中含半導(dǎo)體層6的其余部分12實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑。在一個(gè)實(shí)施例中，含半導(dǎo)體層6的其余部分12存在于掩膜的其余部分7a之下。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜劑由砷、磷、鍺、氙、氬、氪或者它們的組合組成。注意到，其它摻雜劑也是可以預(yù)想到的并且它們?cè)诒景l(fā)明的范圍內(nèi)，只要摻雜劑允許在含半導(dǎo)體層6 的其中存在摻雜劑的第一部分11與含半導(dǎo)體層6的實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分12之間的有選擇性的蝕刻。在本申請(qǐng)中通篇使用的傾斜離子注入9表示沿著如下平面Pl朝著含半導(dǎo)體層6 的表面注入摻雜劑，該平面Pl在與實(shí)質(zhì)上垂直于含半導(dǎo)體層6表面的平面P2相交時(shí)形成銳角a。傾斜離子注入9可以包括范圍從3°到75°的角度a。在另一實(shí)施例中，傾斜離子注入9包括范圍從5°到60°的角度α。優(yōu)選地，傾斜離子注入9包括范圍從15°到45°的角度α。在含半導(dǎo)體層6的第一部分11中的摻雜劑濃度范圍可以從IX IOw個(gè)原子/cm3 到8X IO21個(gè)原子/cm3。在另一實(shí)施例中，在含半導(dǎo)體層6的第一部分11中的摻雜劑濃度范圍可以從1 X IO19個(gè)原子/cm3到3 X IO20個(gè)原子/cm3。優(yōu)選地，在含半導(dǎo)體層6的第一部分11中的摻雜劑濃度范圍可以從3 X IO19個(gè)原子/cm3到1 X IO20個(gè)原子/cm3。這里用來(lái)描述含半導(dǎo)體層6的其余部分12的術(shù)語(yǔ)“實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑”是指摻雜劑濃度小于IX IOw個(gè)原子/cm3。在一個(gè)實(shí)施例中，在含半導(dǎo)體層6的其余部分12中的摻雜劑濃度小于約3 X IO17個(gè)原子/cm3。在又一實(shí)施例中，在含半導(dǎo)體層6的其余部分12中的摻雜劑濃度小于約1 X IO17個(gè)原子/cm3。傾斜注入9可以包括硼摻雜劑并且可以運(yùn)用離子劑量范圍從1 X IO13個(gè)原子/cm2 到5 X IO15個(gè)原子/cm2的注入。在一個(gè)實(shí)施例中，使用在范圍從5. OkeV到60. OkeV的能量來(lái)進(jìn)行操作的離子注入裝置進(jìn)行傾斜注入9?？梢栽诜秶鷱?0°C到800°C的溫度下進(jìn)行傾斜注入9。在另一實(shí)施例中，利用范圍從100°C到400°C的溫度進(jìn)行傾斜注入9。在一個(gè)例子中，含半導(dǎo)體層6的第一部分11具有范圍從IX IO18個(gè)原子/cm3到 8X IO21個(gè)原子/cm3的摻雜劑濃度并且包括從掩膜的其余部分7a的側(cè)壁測(cè)量以范圍從3nm 到20nm的尺寸存在于掩膜的其余部分7a下面的延伸區(qū)域。參照?qǐng)D5，在傾斜注入之后，去除掩膜的其余部分7a。在掩膜的其余部分7a由光致抗蝕劑層組成的一個(gè)實(shí)施例中，可以使用氧灰化來(lái)去除掩膜的其余部分7a。如圖5中所示，蝕刻掩膜100包括周期性的摻雜的含半導(dǎo)體層6，其中含半導(dǎo)體層6的摻雜區(qū)域和未摻雜區(qū)域(例如間隔物)(分別為11、12)兩者的寬度均為亞光刻尺寸。圖6描繪了相對(duì)于含半導(dǎo)體層6的實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分12選擇性地去除含半導(dǎo)體層6的包含摻雜劑的第一部分11。去除含半導(dǎo)體層6的第一部分11提供了對(duì)下層SOI層3的部分進(jìn)行保護(hù)的圖案，其中SOI層3的由圖案保護(hù)的各部分具有亞光刻尺寸的寬度。圖案(即半導(dǎo)體層6的各其余部分12)可以具有范圍從IOnm到200nm的寬度。 在一個(gè)實(shí)施例中，圖案具有范圍從12nm到IOOnm的寬度。優(yōu)選地，圖案具有范圍從15nm到 30nm的寬度。可以通過(guò)蝕刻來(lái)去除含半導(dǎo)體層6的第一部分11。含半導(dǎo)體層6的其余部分12 提供蝕刻掩膜100，該蝕刻掩膜100用來(lái)在后續(xù)工藝步驟期間從襯底5的下層SOI層3對(duì)鰭結(jié)構(gòu)10進(jìn)行成形。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)于含半導(dǎo)體層6的其余部分12選擇性地蝕刻含半導(dǎo)體層6的第一部分11包括蝕刻選擇比從500份第一部分11比1份其余部分12到5 份第一部分11比1份其余部分12的實(shí)質(zhì)上各向同性蝕刻。在另一實(shí)施例中，各向同性蝕刻可以是濕法蝕刻，該濕法蝕刻包括氫氧化銨(NH4OH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)、胼、乙二胺鄰苯二酚(EDP)或者它們的組合的這種蝕刻劑。在又一實(shí)施例中并且當(dāng)含半導(dǎo)體層6包括非晶Si并且含半導(dǎo)體層6的第一部分11摻雜有濃度范圍從4X IO19到1 X IO20個(gè)原子/cm3 的砷時(shí)，各向同性蝕刻可以包括濕法蝕刻，該濕法蝕刻包括氫氧化銨(NH4OH)。取而代之，各向同性蝕刻可以包括利用如下蝕刻氣體的干法蝕刻，該蝕刻氣體包括六氟化硫(SF6)、氯分子(Cl2)、溴化氫(HBr)或者這些氣體的任何適當(dāng)組合。圖7描繪了向存在于襯底5的上表面上的電介質(zhì)層4中轉(zhuǎn)移由蝕刻掩膜100所產(chǎn)生的圖案。向下層襯底5中轉(zhuǎn)移由蝕刻掩膜100所提供的圖案可以包括各向異性蝕刻。具體而言并且在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用兩階段各向異性蝕刻向下層襯底5的頂部半導(dǎo)體層 3中轉(zhuǎn)移由蝕刻掩膜100所提供的圖案。各向異性蝕刻可以包括反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。反應(yīng)離子蝕刻(RIE)是如下形式的等離子體蝕刻，其中在蝕刻期間待蝕刻的表面放置于RF供電的電極上，另外，在RIE期間待蝕刻的表面呈現(xiàn)使從等離子體提取的蝕刻物質(zhì)朝著表面加速的電勢(shì)，其中化學(xué)蝕刻反應(yīng)在與表面垂直的方向上發(fā)生?？梢栽诒景l(fā)明的這一點(diǎn)使用的各向異性蝕刻的其它例子包括離子束蝕刻、等離子體蝕刻或者激光燒蝕。兩階段各向異性蝕刻可以包括去除電介質(zhì)層4的暴露部分的第一選擇性蝕刻，其中蝕刻掩膜100保護(hù)電介質(zhì)層4的存在于含半導(dǎo)體層6的其余部分12之下的部分。在電介質(zhì)層4的受保護(hù)部分之下的SOI層3提供后續(xù)形成的器件的鰭結(jié)構(gòu)10。各向異性蝕刻的第一階段可以繼續(xù)直至去除電介質(zhì)層4的由蝕刻掩膜100暴露的部分以暴露SOI層3。在其中蝕刻掩膜100由非晶Si組成而電介質(zhì)層4由諸如S^2之類(lèi)的氧化物組成的一個(gè)實(shí)施例中，各向異性蝕刻的第一階段的蝕刻化學(xué)劑可以由氧(O2)、六氟丁二烯(C4F6)和氬(Ar) 組成。在各向異性蝕刻的第二階段中，通過(guò)如下蝕刻化學(xué)劑去除SOI層3的暴露部分，該蝕刻化學(xué)劑相對(duì)于掩埋絕緣層2選擇性地去除SOI層3的材料。在蝕刻工藝的第二階段期間，電介質(zhì)層4的其余部分作為如下硬蝕刻掩膜起作用，該硬蝕刻掩膜保護(hù)下層的SOI層3 的部分以由SOI層3提供鰭結(jié)構(gòu)10。在各向異性蝕刻的第二階段期間可以去除含半導(dǎo)體層6的其余部分12。在電介質(zhì)層4由諸如SiO2之類(lèi)的氧化物組成的一個(gè)實(shí)施例中，各向異性蝕刻的第一階段的蝕刻化學(xué)劑可以由氧(O2)、六氟丁二烯(C4F6)和氬(Ar)組成。在電介質(zhì)層4由諸如S^2之類(lèi)的氧化物組成而SOI層3由硅組成的另一實(shí)施例中，各向異性蝕刻的第二階段的蝕刻化學(xué)劑可以由二氟甲烷(CH2F2)、四氟化碳(CF4)、氧(O2)和氮?dú)?組成。 各向異性蝕刻的第二階段可以限定如圖8中所示的鰭結(jié)構(gòu)10。鰭結(jié)構(gòu)10可以具有范圍從5nm到200nm的高度HI。在一個(gè)實(shí)施例中，鰭結(jié)構(gòu)10 具有范圍從IOnm到IOOnm的高度HI。優(yōu)選地，半導(dǎo)體鰭結(jié)構(gòu)10具有范圍從約20nm到約 50nm的高度HI。鰭結(jié)構(gòu)10可以具有亞光刻尺寸的寬度W1。在一個(gè)實(shí)施例中，鰭結(jié)構(gòu)10具有范圍從5nm到200歷的寬度Wl。優(yōu)選地，半導(dǎo)體鰭結(jié)構(gòu)10具有范圍從15nm到30nm的寬度Wl。在相鄰鰭結(jié)構(gòu)10之間的開(kāi)口 13可以各自具有范圍從IOnm到200nm的寬度W2。 在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口 13具有范圍從15nm到IOOnm的寬度W2。優(yōu)選地，開(kāi)口 13具有范圍從15nm到30nm的寬度W2。在一個(gè)例子中，開(kāi)口 13可以是最小特征尺寸的一半。在形成鰭結(jié)構(gòu)10之后，可以進(jìn)行進(jìn)一步加工以提供如圖9A和圖9B中所示鰭式 FET0注意到，用于產(chǎn)生鰭式FET的以下工藝步驟是出于示例目的而提供的并且并不旨在于限制本發(fā)明，這是因?yàn)檫@里未討論的附加的和中間的加工步驟是可以預(yù)想到的并且它們?cè)诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。在一個(gè)例子中，可以形成與鰭結(jié)構(gòu)10接觸的柵極結(jié)構(gòu)101。柵極結(jié)構(gòu)101 可以包括至少一個(gè)柵極導(dǎo)體105和至少一個(gè)柵極電介質(zhì)110，其中柵極電介質(zhì)110定位于柵極導(dǎo)體105與鰭結(jié)構(gòu)10之間。柵極電介質(zhì)110通常至少定位于鰭結(jié)構(gòu)10的豎直側(cè)壁上。可以通過(guò)諸如氧化、氮化或者氮氧化之類(lèi)的熱生長(zhǎng)工藝形成柵極電介質(zhì)110。也可以通過(guò)諸如以下之類(lèi)的沉積工藝來(lái)形成柵極電介質(zhì)110，該沉積工藝諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體輔助CVD、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、原子層沉積(ALD)、蒸發(fā)、反應(yīng)濺射、化學(xué)溶液沉積和其它類(lèi)似沉積工藝。也可以利用上述工藝的任何組合來(lái)形成柵極電介質(zhì)110。柵極電介質(zhì)110可以包括介電常數(shù)約為4.0或者更大的絕緣材料。在另一實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)110包括介電常數(shù)大于7. 0的絕緣材料。這里提到的介電常數(shù)相對(duì)于真空而言。在一個(gè)實(shí)施例中，在本發(fā)明中運(yùn)用的柵極電介質(zhì)110包括但不限于氧化物、氮化物、氮氧化物和/或硅酸鹽(包括金屬硅酸鹽)、鋁酸鹽、鈦酸鹽和氮化物。在一個(gè)例子中， 當(dāng)柵極電介質(zhì)110包括氧化物時(shí)，氧化物可以選自于包括但不限于以下的群組Si02、Hf02、 &02、Al203、Ti02、La203、SrTi03、LaA103J203及它們的混合物。柵極電介質(zhì)110的物理厚度可以變化，但是典型地，柵極電介質(zhì)110具有從Inm到IOnm的厚度。在另一實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)110具有從Inm到3nm的厚度。在形成柵極電介質(zhì)110之后，利用已知沉積工藝(比如物理氣相沉積(PVD)、CVD 或者蒸發(fā))在柵極電介質(zhì)110上形成如下導(dǎo)電材料的覆蓋層，該導(dǎo)電材料的覆蓋層形成柵極結(jié)構(gòu)101的柵極導(dǎo)體105。導(dǎo)電材料可以包括多晶硅、SiGe、硅化物、金屬或者諸如 Ta-Si-N之類(lèi)的金屬-硅-氮化物?？梢杂米鲗?dǎo)電材料的金屬的例子包括但不限于A1、W、 Cu、Ti或者其它類(lèi)似導(dǎo)電金屬。導(dǎo)電材料的覆蓋層可以被摻雜或者未摻雜。如果被摻雜， 則可以運(yùn)用原位摻雜沉積工藝。取而代之，可以通過(guò)沉積、離子注入和退火來(lái)形成摻雜的導(dǎo)電材料。在沉積至少柵極電介質(zhì)110和導(dǎo)電材料之后，形成包括柵極導(dǎo)體105的柵極結(jié)構(gòu) 101。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)首先通過(guò)沉積和光刻在導(dǎo)電材料頂上提供經(jīng)圖案化的掩膜，然后向?qū)щ姴牧虾蜄艠O電介質(zhì)110轉(zhuǎn)移圖案來(lái)形成柵極結(jié)構(gòu)101。蝕刻步驟可以包括一個(gè)或者多個(gè)蝕刻工藝(包括干法蝕刻如RIE)。鰭結(jié)構(gòu)10的如下區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)域，在該區(qū)域中， 柵極導(dǎo)體105跨在該區(qū)域之上。在接下來(lái)的工藝步驟中，可以在溝道的相對(duì)側(cè)上提供源極區(qū)域和漏極區(qū)域106。例如，可以經(jīng)由離子注入向鰭結(jié)構(gòu)10的各端中注入摻雜劑以產(chǎn)生η型導(dǎo)電性或者P型導(dǎo)電性的摻雜劑區(qū)域、即源極區(qū)域和漏極區(qū)域106。通過(guò)用元素周期表的III-A族元素(如B)來(lái)?yè)诫s鰭結(jié)構(gòu)10的部分而在鰭結(jié)構(gòu)10中產(chǎn)生P型導(dǎo)電性的摻雜劑區(qū)域。通過(guò)用V族元素 (如P或者As)來(lái)?yè)诫s鰭結(jié)構(gòu)10而在鰭結(jié)構(gòu)10中產(chǎn)生N型導(dǎo)電性。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例具體地示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在形式和細(xì)節(jié)上做出前述和其它改變而不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。因此旨在于使本發(fā)明并不限于所描述和圖示的確切形式和細(xì)節(jié)，而是落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在含半導(dǎo)體層頂上形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜，所述含半導(dǎo)體層位于襯底頂上；進(jìn)行傾斜離子注入以向所述含半導(dǎo)體層的第一部分引入摻雜劑，其中所述含半導(dǎo)體層的在所述掩膜之下的其余部分實(shí)質(zhì)上不含所述摻雜劑；相對(duì)于所述含半導(dǎo)體層的實(shí)質(zhì)上不含所述摻雜劑的其余部分選擇性地去除所述含半導(dǎo)體層的包含所述摻雜劑的所述第一部分以提供圖案；以及向所述襯底中轉(zhuǎn)移所述圖案以提供寬度為亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掩膜的所述多個(gè)開(kāi)口中的相鄰開(kāi)口以最小特征尺寸隔開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中所述襯底包括定位于掩埋絕緣體層上的頂部半導(dǎo)體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3所述的方法，其中所述含半導(dǎo)體層為含硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述含半導(dǎo)體層由非晶Si或者多晶Si組成。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述傾斜離子注入包括范圍從3°到75° 的角度，其中所述角度在與所述摻雜劑的行進(jìn)方向平行的平面和與所述襯底的表面垂直的平面之間的相交處測(cè)量。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述摻雜劑由砷、磷、鍺、氙、氬、氪或者它們的組合組成。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一部分具有范圍從IXIO18個(gè)原子/ cm3到8X IO21個(gè)原子/cm3的摻雜劑濃度。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述其余部分具有小于IXIOw個(gè)原子/ cm3的摻雜劑濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述最小特征尺寸范圍從30nm到200nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中含半導(dǎo)體層的包括范圍從IXlOw個(gè)原子/cm3 到8X IO21個(gè)原子/cm3的摻雜劑濃度的所述第一部分具有從所述掩膜的側(cè)壁測(cè)量以范圍從 3nm到20nm的尺寸存在于所述掩膜之下的延伸區(qū)域。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中相對(duì)于所述含半導(dǎo)體層的實(shí)質(zhì)上不包含所述摻雜劑的所述其余部分選擇性地蝕刻所述含半導(dǎo)體層的包含所述摻雜劑的所述第一部分包括蝕刻選擇比從500份所述第一部分比1份所述其余部分到5份所述第一部分比1 份所述其余部分的實(shí)質(zhì)上各向同性蝕刻。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述向所述襯底中轉(zhuǎn)移由所述掩膜所提供的所述圖案包括各向異性蝕刻。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，還包括修整所述掩膜。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述鰭結(jié)構(gòu)具有范圍從IOnm到50nm的寬度。
16.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在含半導(dǎo)體層頂上形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜，所述含半導(dǎo)體層位于襯底上，并且其中所述掩膜的所述多個(gè)開(kāi)口中的相鄰開(kāi)口以范圍從30nm到200nm的尺寸隔開(kāi)；進(jìn)行傾斜離子注入以向所述含半導(dǎo)體層的第一部分引入濃度范圍從1 X IOw個(gè)原子/cm3到8X IO21個(gè)原子/cm3的摻雜劑，其中所述含半導(dǎo)體層的在所述掩膜之下的其余部分實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑；相對(duì)于所述含半導(dǎo)體層的所述其余部分選擇性地蝕刻所述含半導(dǎo)體層的所述第一部分以提供蝕刻掩膜，所述蝕刻掩膜具有寬度范圍從5nm到IOOnm的開(kāi)口 ；以及向所述下層襯底中轉(zhuǎn)移由所述蝕刻掩膜所提供的圖案以提供寬度范圍從IOnm到50nm的鰭結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述含半導(dǎo)體層由非晶Si或者多晶Si組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或者17所述的方法，其中所述襯底包括定位于掩埋絕緣體層上的半導(dǎo)體層。
19.根據(jù)權(quán)利要求16、17或者18所述的方法，其中所述傾斜離子注入包括范圍從3° 到75°的角度，其中所述角度在與所述摻雜劑的行進(jìn)方向平行的平面和與所述襯底的表面垂直的平面之間的相交處測(cè)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述摻雜劑由砷、磷、 鍺、氙、氬、氪或者它們的組合組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中形成所述掩膜包括在所述含半導(dǎo)體層頂上沉積光致抗蝕劑層、對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖案化并且對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行顯影。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括修整由所述光致抗蝕劑組成的所述掩膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述修整所述掩膜包括各向同性反應(yīng)離子蝕刻 (RIE)，所述各向同性反應(yīng)離子蝕刻包括02/HBr/Ar等離子體化學(xué)劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至23中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述向所述襯底中轉(zhuǎn)移所述蝕刻掩膜所提供的所述圖案包括各向異性蝕刻。
25.一種蝕刻掩膜，包括含半導(dǎo)體層，其包括由未摻雜半導(dǎo)體間隔物隔開(kāi)的摻雜半導(dǎo)體區(qū)域，其中所述摻雜半導(dǎo)體區(qū)域和所述未摻雜半導(dǎo)體間隔物中的每個(gè)的寬度均為亞光刻尺寸。
全文摘要
通過(guò)提供襯底并且在襯底頂上形成含半導(dǎo)體層來(lái)形成半導(dǎo)體器件。然后在含半導(dǎo)體層頂上形成具有多個(gè)開(kāi)口的掩膜，其中掩膜的多個(gè)開(kāi)口中的相鄰開(kāi)口以最小特征尺寸隔開(kāi)。此后，進(jìn)行傾斜離子注入以向含半導(dǎo)體層的第一部分引入摻雜劑，其中實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分存在于掩膜之下。相對(duì)于含半導(dǎo)體層的實(shí)質(zhì)上不含摻雜劑的其余部分選擇性地去除含半導(dǎo)體層的包含摻雜劑的第一部分以提供亞光刻尺寸的圖案，并且向襯底中轉(zhuǎn)移圖案以提供亞光刻尺寸的鰭結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/033GK102318046SQ201080007382
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者B·多里斯, 王耕, 程慷果 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司