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本發(fā)明是2008年6月30日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?00880025190. 5、名稱為“體襯底上
制造的被隔離的三柵極晶體管”的分案申請(qǐng)。
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)(即，鰭)的底部處的源極和漏極延伸尖端(extensiontip)對(duì)準(zhǔn)時(shí)遇到問題。當(dāng)三 柵極晶體管形成在體襯底上時(shí)，為了最佳的柵極控制且減小短溝道效應(yīng)，需要正確的對(duì)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(huì)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I示出了常規(guī)三柵極器件。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(shí)形成的結(jié)構(gòu)。圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)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(shí)形成的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)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(dá)其工作內(nèi)容而通常采用的術(shù)語來描述示例性實(shí)施方式的各方面。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明了，可以僅利用一些所述方面來實(shí)施本發(fā)明。出于解釋的目的，對(duì)具體的數(shù)量、材料和構(gòu)造進(jìn)行了闡述，以便對(duì)示例性實(shí)施方式有透徹的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明了，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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I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100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。如圖所不,金屬柵電極106與半導(dǎo)體主體104的三個(gè)獨(dú)立的表面相鄰,從而形成晶體管的三個(gè)獨(dú)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(duì)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(duì)準(zhǔn)是至關(guān)重要的。如果所述尖端延伸向下穿透進(jìn)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(huì)產(chǎn)生短溝道效應(yīng)問題。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(shí)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(shí)施方式中，所述體襯底可以由硅或硅合金形成。在另一實(shí)施方式中，所述體襯底可以包括諸如鍺、鋪化銦、締化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或鋪化鎵的材料，以上任何一種材料均可以與娃結(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贸Ｒ?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?？梢詫?duì)所述硬掩模層進(jìn)行蝕刻以形成經(jīng)構(gòu)圖的硬掩模層(204)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)工藝對(duì)所述硬掩模層進(jìn)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(shí)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(duì)所述體襯底進(jìn)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(duì)所述體襯底進(jìn)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(shí)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(duì)體襯底300進(jìn)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(shí)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(shí)施方式中，可以將二氧化硅或SiOF用作所述STI材料。可以使用諸如化學(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(duì)所述STI材料進(jìn)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(duì)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(jìn)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CHF3XH3F或CF4的干法蝕刻工藝。在另一實(shí)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(hù)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(hù)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，Si3N4)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(duì)所述氮化物層進(jìn)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(shí)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(hù)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(hù)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(shí)施方式中，可以通過在大約900°C和大約1100°C之間的溫度下、在大約0. 5小時(shí)和大約3小時(shí)或更長時(shí)間之間的時(shí)間段內(nèi)對(duì)襯底進(jìn)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、H20、蒸汽和HCl中的一種或多種的氣氛中進(jìn)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(hù)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(shí)施方式中，由于磷酸對(duì)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(duì)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(hù)的硅，從而將所述硅轉(zhuǎn)換為氧化硅材料。在這里，因?yàn)樗龉璞槐┞?，所以所述熱氧化工藝?duì)所述硅具有更快的氧化速率，從而產(chǎn)生相對(duì)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(hù)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900°C和大約1100°C之間的溫度下、在大約0. 5小時(shí)和大約3小時(shí)或更長時(shí)間之間的時(shí)間段內(nèi)對(duì)所述襯底進(jìn)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、H2O, 蒸汽和HCl中的一種或多種的氣氛中進(jìn)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(hù)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(duì)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(diǎn)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(shí)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(duì)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(duì)薄的隔離層，這相對(duì)于使用相對(duì)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(shí)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(chǔ)器(single device memory)D以上對(duì)本發(fā)明的舉例說明的實(shí)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(shí)施方式
和例子，但如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到的那樣，在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種等價(jià)的修改都是可能的?？梢砸罁?jù)以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明進(jìn)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(shí)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
1.一種裝置，包括 體襯底； 與所述體襯底直接接觸并且從所述體沉積延伸的鰭結(jié)構(gòu)； 形成在所述鰭結(jié)構(gòu)和所述體襯底上方的氧化物層，其中所述氧化物層與所述鰭結(jié)構(gòu)和所述體襯底二者直接接觸，并且其中所述氧化物層的頂表面在所述鰭結(jié)構(gòu)和所述體襯底二者上方基本上是平的；以及 形成在所述氧化物層上的半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體臨近所述鰭結(jié)構(gòu)并且與所述鰭結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，其中所述半導(dǎo)體主體和所述鰭結(jié)構(gòu)二者由與所述體襯底相同的材料形成，并且其中所述氧化物層將所述半導(dǎo)體主體與所述鰭結(jié)構(gòu)隔離開。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述材料包括硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I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。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述氧化物層包括二氧化硅。
5.一種裝置，包括 體襯底； 與所述體襯底直接接觸并且從所述體沉積延伸的鰭結(jié)構(gòu)； 形成在所述鰭結(jié)構(gòu)的頂部的氧化物層；以及 形成在所述氧化物層的頂部的半導(dǎo)體主體，其中所述氧化物層通過消耗所述鰭結(jié)構(gòu)的一部分的熱氧化工藝來形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述鰭結(jié)構(gòu)包括硅，所述體襯底包括硅，所述半導(dǎo)體主體包括硅，并且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(duì)體襯底進(jìn)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(hù)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(hù)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(hù)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(shí)和大約3小時(shí)之間的時(shí)間段內(nèi)對(duì)所述襯底進(jìn)行退火。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102683415SQ20121013788
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:英特爾公司