半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成度方面的持續(xù)改進(jìn)，半導(dǎo)體工業(yè)經(jīng)歷了迅速的發(fā)展。集成度的這種改進(jìn)主要源于不斷減小最小特征尺寸，這允許更多部件集成在給定的區(qū)域中。然而，較小的特征尺寸可能導(dǎo)致更多泄漏電流。由于近期對更小的電子器件的需求的增長，需要減小半導(dǎo)體器件的泄漏電流。
[0003]在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)場效應(yīng)晶體管(FET)中，有源區(qū)域包括漏極、源極、連接在漏極和源極之間的溝道區(qū)域、以及位于溝道的頂部上的用于控制溝道區(qū)域的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的柵極。當(dāng)柵極電壓大于閾值電壓時(shí)，在漏極和源極之間建立起導(dǎo)電溝道。由此允許電子或空穴在漏極和源極之間運(yùn)動。另一方面，當(dāng)柵極電壓小于閾值電壓時(shí)，理想情況下溝道斷開且沒有電子或空穴在漏極和源極之間流動。然而，當(dāng)半導(dǎo)體器件持續(xù)縮小時(shí)，由于短溝道漏電流效應(yīng)，柵極無法完全控制溝道區(qū)域，尤其是溝道區(qū)域中遠(yuǎn)離柵極的部分。因此，在半導(dǎo)體器件縮小到深亞30納米尺寸之后，傳統(tǒng)的平面晶體管的相應(yīng)的短柵極長度可能導(dǎo)致柵極不能基本上斷開溝道區(qū)域。
[0004]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)已經(jīng)作為有效的替代出現(xiàn)以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的泄漏電流。在FinFET中，包括漏極、溝道區(qū)域和源極的有源區(qū)域從半導(dǎo)體襯底的表面向上突起，F(xiàn)inFET位于該有源區(qū)域上。FinFET的有源區(qū)域(類似于鰭)在截面圖中的形狀是矩形。此外，F(xiàn)inFET的柵極如同倒U形沿著三個(gè)面包圍在有源區(qū)域周圍。由此，柵極結(jié)構(gòu)對溝道的控制變得更強(qiáng)。減小了傳統(tǒng)平面晶體管的短溝道泄漏效應(yīng)。因此，當(dāng)FinFET截止時(shí)，柵極結(jié)構(gòu)可以更好地控制溝道從而減小泄漏電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，具有中心部分和邊緣部分；隔離層，位于襯底上方；半導(dǎo)體鰭，具有頂面和側(cè)壁表面的，半導(dǎo)體鰭部分地設(shè)置在隔離層中；第一柵極，覆蓋半導(dǎo)體鰭的頂面的一部分和側(cè)壁表面的一部分，并且設(shè)置在襯底的邊緣部分處；以及第二柵極，覆蓋半導(dǎo)體鰭的頂面的一部分和側(cè)壁表面的一部分，并且設(shè)置在襯底的中心部分處，其中，第一柵極的接近隔離層的下部寬度小于第一柵極的接近半導(dǎo)體鰭的頂面的上部寬度。
[0006]優(yōu)選地，襯底還包括:襯底的中心部分處和邊緣部分處的密集柵極區(qū)域和分散柵極區(qū)域。
[0007]優(yōu)選地，下部寬度和上部寬度之間的差低于15nm。
[0008]優(yōu)選地，通過光譜臨界尺寸方法測量的下部寬度和上部寬度之間的差值的3 σ標(biāo)準(zhǔn)差值低于約2nm。
[0009]優(yōu)選地，通過光譜臨界尺寸方法測量的下部寬度和上部寬度之間的差值的范圍低于約2.6nm。
[0010]優(yōu)選地，分散柵極區(qū)域中的第二柵極的下部寬度和上部寬度之間的差減去分散柵極區(qū)域中的第一柵極的下部寬度和上部寬度的差小于約2.5nm。
[0011]優(yōu)選地，密集柵極區(qū)域中的第二柵極的下部寬度和上部寬度之間的差與密集柵極區(qū)域中的第一柵極的下部寬度和上部寬度之間的差基本上相同。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種FinFET結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體鰭，具有頂面和側(cè)壁表面；金屬柵極，位于半導(dǎo)體鰭的一部分上方，包圍半導(dǎo)體鰭的頂面和側(cè)壁表面；其中，金屬柵極的底部處的第一金屬柵極寬度小于半導(dǎo)體鰭的頂面處的第二金屬柵極寬度。
[0013]優(yōu)選地，第一金屬柵極寬度和第二金屬柵極寬度之間的差低于15nm。
[0014]優(yōu)選地，第二金屬柵極寬度介于約28nm至約32nm的范圍內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，第二金屬柵極寬度介于約235nm至約245nm的范圍內(nèi)。
[0016]優(yōu)選地，第一金屬柵極寬度和第二金屬柵極寬度之間的差介于約1.5nm至約
2.5nm的范圍內(nèi)。
[0017]優(yōu)選地，襯底的邊緣部分處的第一金屬柵極寬度和第二金屬柵極寬度之間的差與襯底的中心部分處的第一金屬柵極寬度和第二金屬柵極寬度之間的差的比率低于約2。
[0018]優(yōu)選地，襯底的邊緣部分處的第一金屬柵極寬度和第二金屬柵極寬度之間的差與襯底的中心部分處的第一金屬柵極寬度和第二金屬柵極寬度之間的差基本上相同。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種在襯底上制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括:形成被隔離層部分包圍的半導(dǎo)體鰭；在半導(dǎo)體鰭上方形成偽層；在偽層上方圖案化具有預(yù)定寬度的掩模層；通過包括空間上蝕刻氣體模式變化的蝕刻操作來形成偽柵極；以及以金屬柵極替換偽柵極；其中，金屬柵極的接近于隔離層的底部寬度小于金屬柵極的接近于半導(dǎo)體鰭的上部寬度。
[0020]優(yōu)選地，圖案化具有預(yù)定寬度的掩模層包括圖案化比密集柵極寬度大8倍的分散柵極寬度。
[0021]優(yōu)選地，通過包括空間上蝕刻氣體模式變化的蝕刻操作來形成偽柵極包括增大襯底的邊緣部分處的蝕刻氣體的流量。
[0022]優(yōu)選地，襯底的邊緣部分處的蝕刻氣體的流量與襯底的中心部分處的蝕刻氣體的流量的比率為約2:1。
[0023]優(yōu)選地，增大襯底的邊緣部分處的蝕刻氣體的流量包括控制蝕刻室中的氣體注入器。
[0024]優(yōu)選地，該方法還包括:形成接近于金屬柵極的上部寬度處的外延區(qū)域。
【附圖說明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。
[0026]圖1示出了具有邊緣部分和中心部分的晶圓的頂視圖；
[0027]圖2不出了具有邊緣部分和中心部分的襯底的頂視圖；
[0028]圖3A示出了具有密集地圖案化的區(qū)域和分散地圖案化的區(qū)域的管芯的頂視圖；
[0029]圖3B示出了具有密集地圖案化的區(qū)域和分散地圖案化的區(qū)域的管芯的頂視圖；
[0030]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的FinFET結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0031]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的FinFET結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0032]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的位于邊緣部分和中心部分中的分散地圖案化的FinFET結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0033]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的位于邊緣部分和中心部分中的密集地圖案化的FinFET結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0034]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的位于邊緣部分中的密集地圖案化的FinFET結(jié)構(gòu)和位于中心部分中的分散地圖案化的FinFET結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0035]圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的切口(notching)尺度的光譜臨界尺寸映身才(spectroscopic critical dimens1n mapping)；
[0036]圖9B示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的切口尺度的光譜臨界尺寸映射；
[0037]圖10至圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于制造襯底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的片斷截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下公開提供了多種不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征。下面描述了組件和布置的特定實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括額外的部件可以形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考符號和/或字符。這種重復(fù)用于簡化和清楚，并且其本身不表示所述多個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系Ο
[0039]此外，在此可使用諸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、以及“上面的”等的空間相對術(shù)語，以容易地描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間相對術(shù)語旨在包括使用或操作中的裝置的各種不同的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在此使用的空間相對描述符可以作出相應(yīng)的解釋。
[0040]隨著場效應(yīng)晶體管(FET)中的特征尺寸的減小，對形貌和結(jié)構(gòu)一致性的控制漸少。例如，F(xiàn)inFET結(jié)構(gòu)中的底部柵極輪廓既可以是切口(notching)又可以是基腳狀(footing)，這取決于圖案化