CN103871884B - 鳍式场效应晶体管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鳍式场效应晶体管的制作方法，该方法首先在绝缘体上硅衬底上形成硬掩模层图形，在硬掩模层图形的两侧形成侧墙；然后以侧墙及硬掩模层图形为掩模对顶层硅进行刻蚀以形成倒T型鳍的初始结构；去除硬掩模层图形两侧的侧墙之后，以硬掩模层图形为掩模对未被硬掩模层图形覆盖住的倒T型鳍的初始结构进行刻蚀，以形成倒T型鳍，倒T型鳍由倒T型鳍上部及倒T型鳍下部构成，倒T型鳍上部位于倒T型鳍下部的正中央位置，从而提高了鳍式场效应晶体管的性能。与现有鳍式场效应晶体管的制作方法相比，本发明所提供的方法更为简单、易实现。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种鳍式场效应晶体管的制作方法。
背景技术
自半导体集成电路发展以来，其性能一直稳步提高。性能的提高主要是通过不断缩小集成电路中半导体元件的尺寸来实现的。其中，CMOS晶体管是一种至关重要的半导体元件。随着半导体技术的发展，CMOS晶体管的特征尺寸已经缩小到45纳米节点。但在45纳米节点以下，传统的平面CMOS技术很难进一步发展，新的技术必须适时产生。在所提出的各种技术中，多栅晶体管技术被认为是最有希望在亚45纳米节点后能得到应用的技术。与传统单栅晶体管相比，多栅晶体管具有更强的短沟道抑制能力、更好的亚阈特性、更高的驱动能力以及能带来更大的电路密度。
目前，鳍式场效应晶体管(FinFET)因其自对准结构可由常规的平面CMOS工艺来实现，从而成为最有希望得到广泛应用的多栅晶体管。鳍式场效应晶体管的栅极既可由多晶硅也可由金属等栅极材料形成，其在结构上可分为双栅鳍式场效应晶体管和三栅鳍式场效应晶体管。于2007年7月31日公开、公开号为US7250645B1的美国专利公开了一种鳍式场效应晶体管的制作方法，其包括：
如图1所示，提供绝缘体上硅衬底100，其由下至上依次包括硅基板115、埋入氧化层110及顶层硅105。
结合图1及图2所示，在绝缘体上硅衬底100上形成矩形光刻胶层(未图示)，该矩形光刻胶层将部分绝缘体上硅衬底100覆盖住，以该矩形光刻胶层为掩模对顶层硅105进行刻蚀直至露出埋入氧化层110，形成鳍的初始结构205，然后去除所述矩形光刻胶层。
如图3所示，在埋入氧化层110及鳍的初始结构205上形成介电层，对所述介电层进行平坦化处理直至露出鳍的初始结构205，平坦化处理之后介电层305的上表面与鳍的初始结构205的上表面齐平。
结合图3及图4所示，在鳍的初始结构205及介电层305上形成光刻胶层，对该光刻胶层进行曝光、显影，以在鳍的初始结构205上形成矩形光刻胶层400，矩形光刻胶层400将部分鳍的初始结构205覆盖住。以矩形光刻胶层400为掩模对位于矩形光刻胶层400两侧的鳍的初始结构205进行刻蚀，矩形光刻胶层400两侧的鳍的初始结构205的被刻蚀深度为d1，形成倒T型鳍405。
如图5所示，去除图4所示的矩形光刻胶层400及介电层305，由图中可知，倒T型鳍405由上部及下部两部分构成，其中，所述下部呈“一”字型，所述上部呈“|”型。这种具有倒T型鳍的鳍式场效应晶体管具有更佳的电流驱动(current drivability)及短沟道控制(short channel control)能力。
继续参照图4所示，在以矩形光刻胶层400为掩模对鳍的初始结构205进行刻蚀以形成倒T型鳍405时，需使矩形光刻胶层400位于鳍的初始结构205的正中央位置，以使刻蚀之后倒T型鳍405上部位于倒T型鳍405下部的正中央位置，即使得宽度w1等于宽度w2。但是，在实际制作工艺中很难实现矩形光刻胶层400位于鳍的初始结构205的正中央位置，致使倒T型鳍405上部并非位于倒T型鳍405下部的正中央位置，影响了鳍式场效应晶体管的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种鳍式场效应晶体管的制作方法，以使倒T型鳍上部位于倒T型鳍下部的正中央位置，从而提高鳍式场效应晶体管的性能。
为达到上述目的，本发明提供了一种鳍式场效应晶体管的制作方法，其包括：
提供绝缘体上硅衬底，其包括硅基板、位于所述硅基板上方的埋入氧化层及位于所述埋入氧化层上方的顶层硅；
在所述绝缘体上硅衬底上形成硬掩模层图形；
在所述硬掩模层图形的两侧形成侧墙；
以所述侧墙及硬掩模层图形为掩模对所述顶层硅进行刻蚀直至露出所述埋入氧化层，以形成倒T型鳍的初始结构；
去除所述硬掩模层图形两侧的侧墙之后，以所述硬掩模层图形为掩模对未被所述硬掩模层图形覆盖住的倒T型鳍的初始结构进行刻蚀，以形成倒T型鳍，未被所述硬掩模层图形覆盖住的倒T型鳍的初始结构的被刻蚀深度等于倒T型鳍上部的高度，所述倒T型鳍上部的高度小于所述倒T型鳍的初始结构的高度；
形成所述倒T型鳍之后，形成鳍式场效应晶体管的栅极、源极及漏极。
可选地，所述硬掩模层图形的材料与所述侧墙的材料不相同，所述硬掩模层图形的材料为SiO2、SiON、SiN或BN，所述侧墙的材料为SiO2、SiON、SiN或BN。
可选地，所述侧墙的形成方法包括：在所述绝缘体上硅衬底及硬掩模层图形上形成侧墙材料层，对所述侧墙材料层进行回刻，残留在硬掩模层图形侧壁上的侧墙材料层形成所述侧墙。
可选地，所述侧墙利用湿法刻蚀去除。
可选地，所述栅极的数量为两个，分别设置在所述倒T型鳍的两侧。
可选地，形成所述倒T型鳍之后、形成所述栅极之前还包括去除所述硬掩模层图形的步骤，所述栅极的数量为三个，其中两个栅极分别设置在所述倒T型鳍的两侧，另一个栅极设置在所述倒T型鳍的上方。
可选地，所述硬掩模层图形利用湿法刻蚀去除。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所提供的技术方案中，首先在绝缘体上硅衬底上形成硬掩模层图形，在硬掩模层图形的两侧形成侧墙，然后以侧墙及硬掩模层图形为掩模对顶层硅进行刻蚀以形成倒T型鳍的初始结构，由于倒T型鳍的初始结构的两端分别与位于硬掩模层图形两侧的侧墙对齐，且位于硬掩模层图形两侧的侧墙关于硬掩模层图形对称设置、位于硬掩模层图形两侧的侧墙的宽度相等，故硬掩模层图形位于倒T型鳍的初始结构的正中央位置。形成倒T型鳍的初始结构之后，以硬掩模层图形为掩模对未被硬掩模层图形覆盖住的倒T型鳍的初始结构进行刻蚀，以形成倒T型鳍，由于倒T型鳍上部的两端与硬掩模层图形的两端对齐、倒T型鳍的初始结构的未被刻蚀部分形成倒T型鳍下部，故可使得倒T型鳍上部位于倒T型鳍下部的正中央位置，提高了鳍式场效应晶体管的性能。与现有鳍式场效应晶体管的制作方法相比，本发明所提供的方法更为简单、易实现。
附图说明
图1至图5是现有一种鳍式场效应晶体管在各个制作阶段的剖视图；
图6至图15是本发明的一个实施例中鳍式场效应晶体管在各个制作阶段的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。
下面结合图6至图15对本发明的技术方案进行详细说明。
如图6所示，提供绝缘体上硅衬底1，其由下至上依次包括硅基板2、埋入氧化层3及顶层硅4，顶层硅4用于形成鳍式场效应晶体管的倒T型鳍(fin)。在绝缘体上硅衬底1上形成硬掩模层图形5，硬掩模层图形5的数量至少为一个，图中以两个硬掩模层图形5为例。在一个实施例中，硬掩模层图形5的形成方法包括：在绝缘体上硅衬底1上形成硬掩模层(未图示)及位于该硬掩模层上方的图形化光刻胶层；以该图形化光刻胶层为掩模对该硬掩模层进行刻蚀直至露出顶层硅4，剩余的硬掩模层形成硬掩模层图形5。
如图7所示，在硬掩模层图形5的两侧形成侧墙6。在一个实施例中，侧墙6的形成方法包括：在顶层硅4及硬掩模层图形5上形成侧墙材料层(未图示)，对该侧墙材料层进行回刻(etch back)，残留在硬掩模层图形5侧壁上的侧墙材料层形成侧墙6。位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6关于硬掩模层图形5对称设置，且位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6的宽度相等，均为w。
结合图7及图8所示，以侧墙6及硬掩模层图形5为掩模对顶层硅4进行刻蚀直至露出埋入氧化层3，剩余的顶层硅4形成倒T型鳍的初始结构7，倒T型鳍的初始结构7的两端分别与位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6对齐。在一个实施例中，倒T型鳍的初始结构7利用干法刻蚀形成。倒T型鳍的初始结构7的高度由顶层硅4的厚度确定，为h1。在本实施例中，硬掩模层图形5的材料与侧墙6的材料不相同，硬掩模层图形5的材料为SiO2、SiON、SiN或BN，侧墙6的材料为SiO2、SiON、SiN或BN，以便于选择这样一种刻蚀方法来选择性地去除部分顶层硅4：该刻蚀方法对顶层硅4的刻蚀速率较高，而对侧墙6的刻蚀速率较低、对硬掩模层图形5的刻蚀速率较低。当然，硬掩模层图形5及侧墙6也可利用其它材料形成，所述其它材料应便于选择性地去除部分顶层硅4。
结合图8及图9所示，去除侧墙6。在一个实施例中，侧墙6利用湿法刻蚀去除。由于在本实施例中硬掩模层图形5的材料与侧墙6的材料不相同，其中，硬掩模层图形5的材料为SiO2、SiON、SiN或BN，侧墙6的材料为SiO2、SiON、SiN或BN，故便于在此步骤中利用对侧墙6刻蚀速率较高、但对硬掩模层图形5及倒T型鳍的初始结构7刻蚀速率较低的刻蚀方法来选择性地去除侧墙6。
由于倒T型鳍的初始结构7的两端分别与位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6对齐，且位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6关于硬掩模层图形5对称设置、位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6的宽度相等，故硬掩模层图形5位于倒T型鳍的初始结构7的正中央位置。
结合图9及图10所示，以硬掩模层图形5为掩模对未被硬掩模层图形5覆盖住的倒T型鳍的初始结构7进行刻蚀，以形成倒T型鳍8，倒T型鳍8由倒T型鳍上部81及倒T型鳍下部82构成。其中，未被硬掩模层图形5覆盖住的倒T型鳍的初始结构7的被刻蚀深度为h2，深度h2等于倒T型鳍上部81的高度，但小于倒T型鳍的初始结构7的高度h1。由于硬掩模层图形5位于倒T型鳍的初始结构7的正中央位置，而倒T型鳍上部81的两端与硬掩模层图形5的两端对齐、倒T型鳍的初始结构7的未被刻蚀部分形成倒T型鳍下部82，故倒T型鳍上部81位于倒T型鳍下部82的正中央位置。
形成倒T型鳍8之后，形成鳍式场效应晶体管的栅极、源极及漏极。
在一个实施例中，结合图11、图12及图13所示，其中，图12是沿图13中A-A截面的剖视图，形成倒T型鳍8之后，去除图10所示的硬掩模层图形5，在一个具体的实施例中，利用湿法刻蚀方法去除硬掩模层图形5，然后形成鳍式场效应晶体管的栅极9，在这种情况下，栅极9的数量为三个，其中两个栅极9分别设置在倒T型鳍8的两侧，另一个栅极9设置在倒T型鳍8的上方。栅极9将部分倒T型鳍8覆盖住，倒T型鳍8的被栅极9覆盖住的部分构成鳍式场效应晶体管的沟道(未标识)。倒T型鳍8的未被栅极9覆盖住的部分(位于倒T型鳍8的两端)用于形成源极10、漏极11。
在另一个实施例中，结合图14及图15所示，其中，图14是沿图15中B-B截面的剖视图，形成倒T型鳍8之后，不去除图10所示的硬掩模层图形5，直接形成鳍式场效应晶体管的栅极9，在这种情况下，栅极9的数量为两个，所述两个栅极9分别设置在倒T型鳍8的两侧。栅极9将部分倒T型鳍8覆盖住，被栅极9覆盖住的倒T型鳍8构成鳍式场效应晶体管的沟道(未标识)。倒T型鳍8的未被栅极9覆盖住的部分(位于倒T型鳍8的两端)用于形成源极10、漏极11。具体的栅极、源极及漏极形成方法可参照现有鳍式场效应晶体管的形成方法，在此不赘述。
对照图1至图4所示，现有鳍式场效应晶体管制作方法中，是先形成倒T型鳍的初始结构205，然后在倒T型鳍的初始结构205及介电层305上形成光刻胶层，对该光刻胶层进行曝光、显影，以在倒T型鳍的初始结构205上形成矩形光刻胶层400，然后以矩形光刻胶层400为掩模对位于矩形光刻胶层400两侧的倒T型鳍的初始结构205进行刻蚀，从而形成倒T型鳍405。在对所述光刻胶层进行曝光时对掩膜版的对准精度要求很高，其要求经曝光后形成的矩形光刻胶层400位于倒T型鳍的初始结构205的正中央位置，进而使刻蚀之后倒T型鳍405上部位于倒T型鳍405下部的正中央位置。
而结合图6至图15所示，本发明所提供的鳍式场效应晶体管的制作方法中，首先在绝缘体上硅衬底1上形成硬掩模层图形5，在硬掩模层图形5的两侧形成侧墙6，然后以侧墙6及硬掩模层图形5为掩模对顶层硅4进行刻蚀以形成倒T型鳍的初始结构7，由于倒T型鳍的初始结构7的两端分别与位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6对齐，且位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6关于硬掩模层图形5对称设置、位于硬掩模层图形5两侧的侧墙6的宽度相等，故硬掩模层图形5位于倒T型鳍的初始结构7的正中央位置。形成倒T型鳍的初始结构7之后，以硬掩模层图形5为掩模对未被硬掩模层图形5覆盖住的倒T型鳍的初始结构7进行刻蚀，以形成倒T型鳍8，由于倒T型鳍上部81的两端与硬掩模层图形5的两端对齐、倒T型鳍的初始结构7的未被刻蚀部分形成倒T型鳍下部82，故可使得倒T型鳍上部81位于倒T型鳍下部82的正中央位置，提高了鳍式场效应晶体管的性能。与现有鳍式场效应晶体管的制作方法相比，本发明所提供的方法更为简单、易实现。
上述通过实施例的说明，应能使本领域专业技术人员更好地理解本发明，并能够再现和使用本发明。本领域的专业技术人员根据本文中所述的原理可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下对上述实施例作各种变更和修改是显而易见的。因此，本发明不应被理解为限制于本文所示的上述实施例，其保护范围应由所附的权利要求书来界定。
Claims (7)
1.一种鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
提供绝缘体上硅衬底，其包括硅基板、位于所述硅基板上方的埋入氧化层及位于所述埋入氧化层上方的顶层硅；
在所述绝缘体上硅衬底上形成硬掩模层图形；
在所述硬掩模层图形的两侧形成侧墙，两侧的所述侧墙关于所述硬掩模层图形对称设置且宽度相等；
以所述侧墙及硬掩模层图形为掩模对所述顶层硅进行刻蚀直至露出所述埋入氧化层，以形成倒T型鳍的初始结构；
去除所述硬掩模层图形两侧的侧墙之后，以所述硬掩模层图形为掩模对未被所述硬掩模层图形覆盖住的倒T型鳍的初始结构进行刻蚀，以形成倒T型鳍，未被所述硬掩模层图形覆盖住的倒T型鳍的初始结构的被刻蚀深度等于倒T型鳍上部的高度，所述倒T型鳍上部的高度小于所述倒T型鳍的初始结构的高度；
形成所述倒T型鳍之后，形成鳍式场效应晶体管的栅极、源极及漏极。
2.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述硬掩模层图形的材料与所述侧墙的材料不相同，所述硬掩模层图形的材料为SiO2、SiON、SiN、BN中的其中一种，所述侧墙的材料为SiO2、SiON、SiN、BN中的另外一种。
3.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述侧墙的形成方法包括：在所述绝缘体上硅衬底及硬掩模层图形上形成侧墙材料层，对所述侧墙材料层进行回刻，残留在硬掩模层图形侧壁上的侧墙材料层形成所述侧墙。
4.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述侧墙利用湿法刻蚀去除。
5.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述栅极的数量为两个，分别设置在所述倒T型鳍的两侧。
6.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，形成所述倒T型鳍之后、形成所述栅极之前还包括去除所述硬掩模层图形的步骤，所述栅极的数量为三个，其中两个栅极分别设置在所述倒T型鳍的两侧，另一个栅极设置在所述倒T型鳍的上方。
7.根据权利要求6所述的鳍式场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述硬掩模层图形利用湿法刻蚀去除。
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