一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法
【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，涉及一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路特征尺寸的微縮化持續(xù)發(fā)展，場效應(yīng)晶體管的尺寸也隨之越來越小，且操作的速度也越來越快。如何有效提高電子輸運(yùn)性能，改善電路元件的驅(qū)動電流正顯得日益重要。
[0003]通過提高溝道區(qū)的載流子迀移率，能夠增大CMOS器件的驅(qū)動電流，提高器件的性能。而提尚載流子遷移率的一種有效機(jī)制是在溝道區(qū)中廣生應(yīng)力。
[0004]—般而言，硅中電子的迀移率隨著沿電子迀移方向的拉應(yīng)力的增加而增加，并隨著壓應(yīng)力的增加而減少；相反，硅中帶正電的空穴的迀移率隨著空穴移動方向的壓應(yīng)力的增加而增大，并隨著拉應(yīng)力的增加而減少。因此，可以通過在溝道中引入適當(dāng)?shù)膲簯?yīng)力和拉應(yīng)力，來分別提高PMOS的空穴迀移率和NMOS的電子迀移率。例如，在PMOS器件的制造工藝中采用具有壓應(yīng)力的材料，而在NMOS器件中采用具有張應(yīng)力的材料，以向溝道區(qū)施加適當(dāng)?shù)膽?yīng)力，從而提尚載流子的遷移率。
[0005]由此，可通過在半導(dǎo)體制造中引入應(yīng)力記憶技術(shù)(Stress Memorizat1nTechnique, SMT)，來改變溝道中的晶格結(jié)構(gòu)，從而提高溝道中載流子的迀移率。
[0006]現(xiàn)有的一種應(yīng)用于平面半導(dǎo)體器件的應(yīng)力記憶技術(shù)，是通過在半導(dǎo)體器件上方沉積一層應(yīng)力材料層(例如，氮化硅等)，利用光刻、蝕刻工藝去除半導(dǎo)體器件PMOS上方的應(yīng)力材料層，并進(jìn)行高溫退火工藝，以使應(yīng)力被記憶在NMOS的柵極或柵極底部溝道上，然后去除應(yīng)力材料，使應(yīng)力得以保留并改進(jìn)電子在NMOS的迀移率，從而提高了器件NMOS區(qū)域的性能。
[0007]從現(xiàn)有的研宄來看，在溝道上施加拉應(yīng)力能提高電子的迀移率，而施加壓應(yīng)力則能提尚空穴的遷移率。
[0008]然而，隨著器件尺寸的減小，在例如三維結(jié)構(gòu)的FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)的器件制造中，由于器件的復(fù)雜性，上述應(yīng)用于平面半導(dǎo)體器件的應(yīng)力記憶技術(shù)，并不能適用于FinFET結(jié)構(gòu)。所以，需要開發(fā)一種適用于制造FinFET結(jié)構(gòu)的應(yīng)力記憶技術(shù)，并用于提高FinFET結(jié)構(gòu)中NMOS的電子迀移率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法，可提高FinFET結(jié)構(gòu)中NMOS的電子迀移率。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:
[0012]步驟SOl:提供一半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上形成Fin結(jié)構(gòu)以及柵極和柵極側(cè)壁；
[0013]步驟S02:將所述柵極下方溝道位置以外的Fin部分去除；
[0014]步驟S03:在NMOS區(qū)域的所述襯底上依次形成一蝕刻停止層和一應(yīng)力層，將所述柵極結(jié)構(gòu)覆蓋；
[0015]步驟S04:執(zhí)行一高溫退火過程，然后，去除所述應(yīng)力層及蝕刻停止層，使所述應(yīng)力層直接作用于Fin溝道兩側(cè)的拉應(yīng)力得到保留；
[0016]步驟S05:恢復(fù)形成所述柵極下方溝道位置以外的部分Fin，以形成新的Fin結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選地，所述Fin結(jié)構(gòu)由單晶硅構(gòu)成。
[0018]優(yōu)選地，所述柵極由多晶硅、金屬或者金屬硅化物構(gòu)成。
[0019]優(yōu)選地，所述蝕刻停止層為氧化硅或氮氧化硅。
[0020]優(yōu)選地，所述應(yīng)力層為具有拉應(yīng)力的氮化硅或碳化硅。
[0021]優(yōu)選地，步驟S05中，利用外延生長工藝來恢復(fù)形成所述柵極下方溝道位置以外的部分Fin。
[0022]優(yōu)選地，所述蝕刻停止層的厚度為5?100A。
[0023]優(yōu)選地，所述高溫退火采用快速熱退火工藝或閃光退火工藝進(jìn)行。
[0024]優(yōu)選地，步驟S04中，采用濕法工藝去除所述應(yīng)力層及蝕刻停止層。
[0025]優(yōu)選地，進(jìn)行所述濕法工藝時，采用磷酸去除所述應(yīng)力層，采用氫氟酸去除所述蝕刻停止層。
[0026]本發(fā)明的有益效果為:將應(yīng)力記憶技術(shù)應(yīng)用于FinFET結(jié)構(gòu)的NMOS，通過去除柵極兩側(cè)的部分Fin，使應(yīng)力層將拉應(yīng)力直接作用于Fin溝道兩側(cè)，并使得Fin溝道的應(yīng)力接觸面積增大，可對NMOS溝道形成更強(qiáng)的應(yīng)力效果，從而獲得更高的電子迀移率，因此提高了NMOS及FinFET器件的性能。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法的流程圖；
[0028]圖2?圖7是本發(fā)明一較佳實施例根據(jù)圖1的方法制造FinFET結(jié)構(gòu)的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030]需要說明的是，在下述的【具體實施方式】中，在詳述本發(fā)明的實施方式時，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對本發(fā)明的限定來加以理解。
[0031]在以下本發(fā)明的【具體實施方式】中，請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法的流程圖；同時，請結(jié)合參閱圖2?圖7，圖2?圖7是本發(fā)明一較佳實施例根據(jù)圖1的方法制造FinFET結(jié)構(gòu)的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種利用應(yīng)力記憶技術(shù)制造FinFET結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟:
[0032]如框01所示，步驟SOl:提供一半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上形成Fin結(jié)構(gòu)以及柵極和柵極側(cè)壁。
[0033]請參閱圖2。本發(fā)明的襯底I可選為單晶的硅片或SOI (絕緣體上硅)襯底。以SOI工藝為例，但不限于SOI工藝，首先，可采用業(yè)界已有的公知技術(shù)，在SOI襯底I上采用例如外延生長工藝來形成Fin結(jié)構(gòu)層。可選地，本實施例中的所述Fin結(jié)構(gòu)層可由單晶硅構(gòu)成。接著，進(jìn)行光刻膠的涂布、曝光和顯影，對所述Fin結(jié)構(gòu)層進(jìn)行圖形化，并蝕刻形成條狀的單晶硅Fin結(jié)構(gòu)2 (鰭形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu))。接下來，可同樣采用業(yè)界已有的公知技術(shù)，在Fin結(jié)構(gòu)2上依次形成柵氧(圖中未顯示，請參見圖5中的柵氧5結(jié)構(gòu)位置)、柵極4以及在柵極4兩側(cè)形成柵極側(cè)壁3，并形成橫跨及三面包圍Fin2的柵極結(jié)構(gòu)6。作為一可選的實施例，所述柵極4的材料可由多晶硅、金屬或者金屬硅化物構(gòu)成。例如，可采用LPCVD工藝來形成多晶硅柵極層，然后，采用光刻工藝，進(jìn)行光刻膠的涂布、曝光和顯影，對所述多晶硅層進(jìn)行圖形化，并通過蝕刻工藝去除多余的多晶硅部分，形成橫跨及包圍所述Fin結(jié)構(gòu)2的柵極4。
[0034]如框02所示，步驟S02:將所述柵極下方溝道位置以外的Fin部分去除。
[0035]請參閱圖3。接下來，為了強(qiáng)化后續(xù)應(yīng)力層對溝道的作用，需要先對柵極4下方溝道位置以外的Fin (即圖2所示露出柵極4和側(cè)壁3底部之外的Fin結(jié)構(gòu)部分)作部分去除處理，以便使溝道的兩側(cè)能夠受到應(yīng)力層拉應(yīng)力的直接作用?？梢岳霉饪棠z覆蓋這部分Fin結(jié)構(gòu)以外的不需要去除的區(qū)域，然后，再采用干法蝕刻工藝刻掉所需去除的部分Fin。Fin結(jié)構(gòu)2經(jīng)蝕刻后，剩下位于溝道處的Fin部分2_1 (圖示豎直部分)和溝道Fin部分2_1以外的F