一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，包括以下步驟：在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩膜層，硬掩膜層具有第一圖形；接著在硬掩膜層上涂布光刻平坦化層，并對(duì)硬掩膜層刻蝕以形成第二圖形；再接著去除光刻平坦化層，并在硬掩膜層的側(cè)壁形成側(cè)墻；然后以側(cè)墻為掩膜，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一刻蝕，以形成由上往下逐漸變窄的溝槽；隨后，在溝槽內(nèi)填入二氧化硅，而后去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅，并保留部分高度的二氧化硅；最后，去除側(cè)墻，以硬掩膜層為掩膜對(duì)溝槽進(jìn)行第二刻蝕并去除所述硬掩膜層，以得到鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部。本發(fā)明使得溝槽之間形成的鰭部的高度易于控制；同時(shí)，通過(guò)雙重曝光工藝形成硬掩膜層，縮小了鰭部之間的距離，提高了器件的集成度。
【專利說(shuō)明】一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體 管鰭部的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超大型集成電路尺寸的微縮化持續(xù)發(fā)展，電路元件的尺寸越來(lái)越小且操作的 速度越來(lái)越快，如何改善電路元件的驅(qū)動(dòng)電流日益重要。當(dāng)器件的特征尺寸進(jìn)一步下降 時(shí)，常規(guī)的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足對(duì)器件性能的需求，多柵器件作為常規(guī) 器件的替代得到了廣泛的關(guān)注。而當(dāng)晶體管的特征尺寸微縮到32納米及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn) 后，單次光刻曝光已經(jīng)不能滿足制作密集線陣列圖形所需的分辨率，于是雙重圖形化工藝 (doublepatterning)被廣泛應(yīng)用于制作32納米及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的密集線陣列圖形。
[0003] 鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinField-effecttransistor，簡(jiǎn)稱FinFET)是一種常見 的多柵器件，鰭式場(chǎng)效晶體管可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)器件的閾值電壓，進(jìn)一步降低靜態(tài)能耗 (staticpowerconsumption)。請(qǐng)參考圖1，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其包括：半導(dǎo)體襯底10,所述半導(dǎo)體襯底10上形成有凸出的鰭部14,鰭 部14 一般是通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底10刻蝕后得到的；介質(zhì)層11，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底10的表 面以及鰭部14的側(cè)壁的一部分；柵極結(jié)構(gòu)12,橫跨在所述鰭部14上，覆蓋所述鰭部14的 頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)12包括柵介質(zhì)層（圖中未示出）和位于柵介質(zhì)層上的柵電極（圖中 未示出）。對(duì)于FinFET，鰭部14的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)12相接觸的部分都成 為溝道區(qū)，即具有多個(gè)柵，有利于增大驅(qū)動(dòng)電流，改善器件性能。
[0004] 但是，現(xiàn)有技術(shù)在刻蝕形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部過(guò)程中，鰭部的高度難以控 制，不利于對(duì)溝道施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，造成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的響應(yīng)速度過(guò)慢；此外，鰭 部之間的距離較寬，導(dǎo)致器件的集成度較低。因此，業(yè)界亟需提供一種新的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體 管鰭部（FinFET)的制作方法，以解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供了一種新的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體 管鰭部的制作方法，以改善現(xiàn)有的鰭部高度難以控制，不利于對(duì)溝道施加拉應(yīng)力或壓應(yīng)力， 造成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的響應(yīng)速度過(guò)慢。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0007] 步驟SOl:在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩膜層，所述硬掩膜層具有第一圖形；
[0008] 步驟S02 :在所述硬掩膜層上涂布光刻平坦化層，對(duì)所述光刻平坦化層以及硬掩 膜層進(jìn)行刻蝕，以使所述硬掩膜層具有第二圖形；
[0009] 步驟S03 :去除所述光刻平坦化層，并在所述硬掩膜層的側(cè)壁形成側(cè)墻；
[0010] 步驟S04 :以所述側(cè)墻為掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一刻蝕，以形成由上往下 逐漸變窄的溝槽；
[0011] 步驟S05 :在所述溝槽內(nèi)填入二氧化硅，而后去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅，并保留 部分高度的二氧化硅；
[0012] 步驟S06 :去除所述側(cè)墻，以所述硬掩膜層為掩膜對(duì)所述溝槽進(jìn)行第二刻蝕并去 除所述硬掩膜層，以得到鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部。
[0013] 優(yōu)選的，步驟SOl中，所述硬掩膜層為雙層結(jié)構(gòu)，由上往下依次包括不定性碳層以 及多晶娃層。
[0014] 優(yōu)選的，所述多晶硅層的厚度為400A?700人，所述不定性碳層的厚度為 800A?1500A。
[0015] 優(yōu)選的，所述溝槽的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體襯底平面所成角度的范圍為80°?95°。
[0016] 優(yōu)選的，保留的二氧化硅的高度小于去除的二氧化硅的高度。
[0017] 優(yōu)選的，去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅采用熱磷酸或者氫氟酸。
[0018] 優(yōu)選的，去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅的速率為20-40A/min。
[0019] 優(yōu)選的，所述側(cè)墻的材質(zhì)為氮化硅或者二氧化硅，所述側(cè)墻的厚度為100 A~250 人。
[0020] 優(yōu)選的，去除所述側(cè)墻采用熱磷酸或者氫氟酸。
[0021 ] 優(yōu)選的，第二刻蝕后，去除所述溝槽內(nèi)保留的部分高度的二氧化硅。
[0022] 綜上所述，本發(fā)明首先在半導(dǎo)體襯底上通過(guò)雙重曝光形成圖形化的硬掩模層；接 著在所述圖形化的硬掩模層的側(cè)壁形成側(cè)墻；然后以側(cè)墻為掩模，對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一 次的刻蝕形成逐漸變窄的溝槽；在接著在溝槽中填充二氧化硅，而后去除溝槽內(nèi)的部分二 氧化硅；隨后去除側(cè)墻，以硬掩模層為掩模對(duì)所述溝槽進(jìn)行第二次的刻蝕以得到鰭式場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的鰭部。
[0023] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法中， 利用了溝槽底部保留的部分高度的二氧化硅作為第二次刻蝕的停止層，使得溝槽之間形成 的鰭部的高度易于控制；同時(shí)，半導(dǎo)體襯底上的圖形化的硬掩膜層是通過(guò)雙重曝光工藝形 成的，這縮小了鰭部之間的距離，提高了器件的集成度；此外，本發(fā)明通過(guò)二次刻蝕出來(lái)的 溝槽易于后續(xù)材料填充且易于對(duì)溝道施加拉應(yīng)力與壓應(yīng)力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中：
[0025] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法的流程圖；
[0027] 圖3?圖13是本發(fā)明一實(shí)施例中根據(jù)圖2的制作方法制作鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭 部的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一 步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí) 例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0029] 需要說(shuō)明的是，在下述的實(shí)施例中，利用圖3?圖13的示意圖對(duì)按本發(fā)明的鰭式 場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法形成的鰭部進(jìn)行了詳細(xì)的表述。在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式 時(shí)，為了便于說(shuō)明，各示意圖不依照一般比例繪制并進(jìn)行了局部放大及省略處理，因此，應(yīng) 避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0030] 請(qǐng)參閱圖2,圖2是本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法的流程圖。同時(shí)，請(qǐng) 對(duì)照參考圖3?圖13,圖3?圖13是本發(fā)明一實(shí)施例中根據(jù)圖2的制作方法制作鰭式場(chǎng)效 應(yīng)晶體管鰭部的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3?圖13中示意的鰭部結(jié)構(gòu)，分別與圖2中的各制作步驟 相對(duì)應(yīng)，以便于對(duì)本發(fā)明方法的理解。
[0031] 如圖2所示，本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，具體包括以下 步驟：
[0032] 步驟SOl:在半導(dǎo)體襯底100上形成硬掩膜層200,硬掩膜層200具有第一圖形 300 (請(qǐng)參考圖3、圖4)。
[0033] 具體的，本實(shí)施例中，硬掩膜層200可以為現(xiàn)有的硬掩膜材質(zhì)，例如氮化硅或氧化 硅。本實(shí)施例中，為實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)移效果，硬掩膜層200優(yōu)選為雙層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，雙層 結(jié)構(gòu)由上往下依次包括不定性碳層201以及多晶硅層202 ;其中，多晶硅層202的厚度為 400A?700A，不定性碳層201的厚度為8〇〇A?1500A。
[0034] 半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅、多晶硅或非晶硅；半導(dǎo)體襯底100也可以是硅、 鍺、砷化鎵或硅鍺化合物；半導(dǎo)體襯底100還可以具有外延層或絕緣體上的硅襯底（SOI襯 底）；半導(dǎo)體襯底100還可以是其它半導(dǎo)體材料，在此不再一一贅述。
[0035] 步驟S02 :在所述硬掩膜層200上涂布光刻平坦化層400,對(duì)所述光刻平坦化層 400以及硬掩膜層200進(jìn)行刻蝕，以使所述硬掩膜層200具有第二圖形500 (請(qǐng)參考圖5、圖 6)。
[0036] 本步驟中，通過(guò)涂布光刻平坦化層400并使硬掩膜層200具有第二圖形500,相 對(duì)于普通光刻、刻蝕工藝，該雙重圖案工藝工藝可以將特征尺寸縮小一半，提高器件的密集 度。
[0037] 步驟S03 :去除所述光刻平坦化層400,并在所述硬掩膜層200的側(cè)壁形成側(cè)墻 600 (請(qǐng)參考圖6、圖7)。
[0038] 具體的，本實(shí)施例中，側(cè)墻600通過(guò)物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積形成均等厚度 的一層，之后通過(guò)回蝕形成，側(cè)墻600的材質(zhì)可優(yōu)選為氮化硅或者二氧化硅，所述側(cè)墻600 的厚度優(yōu)選為100A?250A。
[0039] 步驟S04 :以所述側(cè)墻600為掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行第一刻蝕，以形成 由上往下逐漸變窄的溝槽700 (請(qǐng)參考圖8)。
[0040] 本步驟的刻蝕為干法刻蝕，刻蝕氣體例如為溴化氫、六氟化硫及氦氣，得到逐漸變 窄的溝槽700,其中，逐漸變窄是指從溝槽700開口處到溝槽700底部逐漸變窄。此外，所述 溝槽700的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體襯底100平面所成角度的范圍為80°?95°，該角度的設(shè)置 有利于后續(xù)填充物填充至溝槽700內(nèi)。
[0041] 步驟S05 :在所述溝槽700內(nèi)填入二氧化硅800,而后去除溝槽700內(nèi)的部分二氧 化硅800,并保留部分高度的二氧化硅800 (請(qǐng)參考圖9、圖10)。
[0042] 具體的，考慮到后續(xù)步驟形成的鰭部900的高度，去除溝槽700內(nèi)的部分二氧化硅 800的高度為后續(xù)鰭部的高度，如此可精確控制鰭部900的高度；優(yōu)選的，保留的二氧化硅 的高度優(yōu)選小于去除的二氧化硅的高度。去除溝槽700內(nèi)的部分二氧化硅采用熱磷酸或者 氫氟酸，去除溝槽700內(nèi)的部分二氧化硅的速率為20-40A/min，通過(guò)調(diào)整刻蝕速率，可精 確控制鰭部900的高度。
[0043] 步驟S06 :去除所述側(cè)墻600,以所述硬掩膜層200為掩膜對(duì)所述溝槽700進(jìn)行第 二刻蝕并去除所述硬掩膜層200,以得到鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部900 ;第二刻蝕后，去除 所述溝槽700內(nèi)保留的部分高度的二氧化硅800。（請(qǐng)參考圖11、圖12、圖13)。
[0044] 本第二刻蝕為干法刻蝕，對(duì)所述溝槽700進(jìn)行第二刻蝕采用的刻蝕氣體例如為溴 化氫、六氟化硫、氧氣及氦氣，去除所述側(cè)墻600采用熱磷酸或者氫氟酸。如此利用了溝槽 700底部保留的部分高度的二氧化硅800作為第二刻蝕的終止層，使得溝槽700之間形成的 鰭部900的高度易于控制。
[0045] 綜上所述，本發(fā)明提供的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法中，首先在半導(dǎo)體襯 底100上通過(guò)雙重曝光形成圖形化的硬掩模層200 ;接著在所述圖形化的硬掩模層200的 側(cè)壁形成側(cè)墻600 ;然后以側(cè)墻600為掩模，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行第一次的刻蝕形成 逐漸變窄的溝槽700 ;在接著在溝槽700中填充二氧化硅800,而后去除溝槽700內(nèi)的部分 二氧化硅800 ;隨后去除側(cè)墻600,以硬掩模層200為掩模對(duì)所述溝槽700進(jìn)行第二次的刻 蝕以得到鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部900。本發(fā)明利用了溝槽700底部保留的部分高度的二 氧化硅800作為第二次刻蝕的停止層，使得溝槽700之間形成的鰭部900的高度易于控制； 同時(shí)，半導(dǎo)體襯底1〇〇上的圖形化的硬掩膜層200是通過(guò)雙重曝光工藝形成的，這縮小了鰭 部900之間的距離，提高了器件的集成度；此外，本發(fā)明通過(guò)二次刻蝕出來(lái)的溝槽700易于 后續(xù)材料填充且易于對(duì)溝道施加拉應(yīng)力與壓應(yīng)力。
[0046] 此外，需要說(shuō)明的是，除非特別說(shuō)明或者指出，否則說(shuō)明書中的術(shù)語(yǔ)"第一"、"第 二"、"第三"等描述僅僅用于區(qū)分說(shuō)明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè) 組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0047] 可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以 限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下， 都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等 同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟SOl :在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩膜層，所述硬掩膜層具有第一圖形； 步驟S02 :在所述硬掩膜層上涂布光刻平坦化層，對(duì)所述光刻平坦化層以及硬掩膜層 進(jìn)行刻蝕，以使所述硬掩膜層具有第二圖形； 步驟S03 :去除所述光刻平坦化層，并在所述硬掩膜層的側(cè)壁形成側(cè)墻； 步驟S04 :以所述側(cè)墻為掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行第一刻蝕，以形成由上往下逐漸 變窄的溝槽； 步驟S05 :在所述溝槽內(nèi)填入二氧化硅，而后去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅，并保留部分 高度的二氧化硅； 步驟S06 :去除所述側(cè)墻，以所述硬掩膜層為掩膜對(duì)所述溝槽進(jìn)行第二刻蝕并去除所 述硬掩膜層，以得到鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟SOl 中，所述硬掩膜層為雙層結(jié)構(gòu)，由上往下依次包括不定性碳層以及多晶硅層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，所述多晶 硅層的厚度為400人?700 A，所述不定性碳層的厚度為800 A?1500 A。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟S04 中，所述溝槽的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體襯底平面所成角度的范圍為80°?95°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟S05 中，保留的二氧化硅的高度小于去除的二氧化硅的高度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟S05 中，去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅采用熱磷酸或者氫氟酸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟S05 中，去除溝槽內(nèi)的部分二氧化硅的速率為20-40 A/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟S03 中，所述側(cè)墻的材質(zhì)為氮化硅或者二氧化硅，所述側(cè)墻的厚度為100 A?250 A。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，步驟S06 中，去除所述側(cè)墻采用熱磷酸或者氫氟酸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管鰭部的制作方法，其特征在于，第二刻蝕 后，去除所述溝槽內(nèi)保留的部分高度的二氧化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK104332408SQ201410554615
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】曾紹海, 李銘, 易春艷, 姚樹歆 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司