CN104733310B - 鳍式场效应管的形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供具有第一区域和第二区域的基底，所述基底表面形成有多个鳍状结构，其中，第一区域的鳍状结构后续被去除，第二区域的鳍状结构后续用于形成鳍部；形成位于鳍状结构表面的第一掩模层，第一掩模板具有长边方向与鳍状结构的长度方向一致的第一开口，且第一开口暴露出部分位于第一区域内并与第二区域相邻的鳍状结构；沿第一开口去除鳍状结构，直至暴露出基底表面；形成位于鳍状结构表面的第二掩模层，第二掩模层覆盖第二区域的鳍状结构，并暴露出第一区域剩余的鳍状结构；以第二掩模层为掩膜，刻蚀第一区域剩余的鳍状结构，保留第二区域的鳍状结构形成鳍部。形成的鳍部的质量好，鳍式场效应管的性能稳定性高。

Description

鳍式场效应管的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及鳍式场效应管的形成方法。
背景技术
随着半导体工艺技术的不断发展，工艺节点逐渐减小，高K介质层和金属栅电极得到了广泛应用，并且，通过在高k介质层和金属栅电极之间形成具有不同功函数的金属来获得理想的阈值电压，改善器件性能。但是当器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)进一步下降时，常规的MOS场效应管的结构也已经无法满足对器件性能的需求，鳍式场效应管(Fin FET)作为常规器件的替代得到了广泛的关注。
图1示出了现有技术的一种鳍式场效应管的立体结构示意图。如图1所示，包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出的鳍部14，鳍部14一般是通过对半导体衬底10刻蚀后得到的；第一介质层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及鳍部14的侧壁的一部分；金属栅极结构12，横跨在所述鳍部14上，覆盖所述鳍部14的顶部和侧壁，金属栅极结构12包括位于鳍部侧壁和表面的高K栅介质层(图中未示出)和位于高K栅介质层上的金属栅电极(图中未示出)；第二介质层(图中未示出)，覆盖所述第一介质层11表面和鳍部14，第二介质层的表面与金属栅极结构12的表面齐平。
然而，随着工艺节点的进一步缩小，现有技术形成的鳍式场效应管的性能稳定性有待进一步提高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种鳍式场效应管的形成方法，能有效提高鳍式场效应管的性能稳定性。
为解决上述问题，本发明提供一种鳍式场效应管的形成方法，包括：提供具有第一区域和第二区域的基底，所述基底表面形成有多个鳍状结构，其中，所述第一区域的鳍状结构后续被去除，所述第二区域的鳍状结构后续用于形成鳍部；形成位于所述鳍状结构表面的第一掩模层，所述第一掩膜板具有长边方向与鳍状结构的长度方向一致的第一开口，且所述第一开口暴露出部分位于第一区域内并与第二区域相邻的鳍状结构；沿所述第一开口去除所述鳍状结构，直至暴露出基底表面；形成位于所述鳍状结构表面的第二掩模层，所述第二掩模层覆盖第二区域的鳍状结构，并暴露出第一区域剩余的鳍状结构；以所述第二掩模层为掩膜，刻蚀第一区域剩余的鳍状结构，保留第二区域的鳍状结构形成鳍部。
可选的，所述第一掩模层由具有方形的开口图形的第一掩模板曝光、显影后形成。
可选的，所述方形的开口图形的形状包括单一的方形、多个不同或相同大小的单一方形的组合形状。
可选的，所述第一开口的长边的长度大于等于第二区域的长度。
可选的，所述第一开口的短边的长度至少大于鳍状结构的宽度。
可选的，所述第一开口的短边的长度为相邻鳍状结构之间节距的整数倍。
可选的，所述第二掩模层的长度与第二区域的长度相同，宽度大于等于第二区域的宽度。
可选的，当所述鳍部结构为硬掩膜层时，还包括：以所述鳍部结构为掩膜刻蚀所述基底形成鳍部。
可选的，还包括：形成位于所述鳍状结构表面的第二掩模层前，去除所述第一掩模层。
可选的，所述第二掩模层形成在所述第一掩模层表面。
可选的，还包括：去除第一区域的所有鳍状结构后，所述第二掩模层和第一掩模层在同一步骤中去除。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
由于采用步骤刻蚀的方式，先形成具有较好图形质量的第一掩模层以此为掩膜去除第二区域的鳍状结构以外周边的部分鳍状结构，较好的保留住第二区域的鳍状结构；后续在以第二掩模层为掩膜去除剩余的第一区域的鳍状结构时，对第二区域内的鳍部结构的质量构成影响的因素，即使第二掩模层的图形较为复杂，质量较差，也可以不对第二区域的鳍状结构造成损伤。因此，后续形成的鳍部的质量较好，最终形成的鳍式场效应管的性能稳定性高。
附图说明
图1是现有技术的鳍式场效应管的立体结构示意图；
图2-图3是现有技术的鳍式场效应管的形成过程的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例的鳍式场效应管的形成方法的流程示意图；
图5-图18是本发明实施例的鳍式场效应管的形成过程的示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术形成的鳍式场效应管的性能稳定性有待进一步提高。
经过研究发现，现有技术在形成鳍式场效应管的鳍部时，通常包括以下步骤：请参考图2，第一区域I’的基底10表面的鳍状结构11后续被去除，第二区域II’的基底10表面的鳍状结构11后续用于形成鳍部；形成覆盖第一区域I’的鳍状结构11但暴露出第二区域II’的鳍状结构11的掩模层12；请参考图3，以所述掩模层12(如图2所示)为掩膜刻蚀所述第二区域II’的鳍状结构11，保留第一区域I’的基底10表面的鳍状结构11，形成鳍部11a。
然而，在采用上述方法形成鳍式场效应管的鳍部11a时，直接以掩模层12为掩模刻蚀第二区域的鳍状结构11，由于形成掩模层12的掩模板中的图形复杂多样，形成的掩模层12的图形也较为复杂，受光刻工艺的限制，可能存在较多的圆角(Corner Rounding)等现象，图形质量变差，使得第二区域II中的鳍状结构11也被刻蚀，严重情况下甚至造成鳍部结构11沿长度方向发生断裂或者鳍部结构11的长度不符合规范，存在过长或过短的情况，使得后续形成的鳍部11a沿长度L方向的质量较差，导致后续形成的鳍式场效应管的性能稳定性差。
经过进一步研究，本申请提供了一种鳍式场效应管的形成方法，在形成鳍部时，通过两次掩模层形成，以形成长度方向具有良好形貌的鳍部，从而提高鳍式场效应管的性能稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
请参考图4，本发明实施例的鳍式场效应管的形成方法，包括：
步骤S21，提供具有第一区域和第二区域的基底，所述基底表面形成有多个鳍状结构，其中，所述第一区域的鳍状结构后续被去除，所述第二区域的鳍状结构后续用于形成鳍部；
步骤S22，形成位于所述鳍状结构表面的第一掩模层，所述第一掩模层具有长边方向与鳍状结构的长度方向一致的第一开口，且所述第一开口暴露出部分位于第一区域内并与第二区域相邻的鳍状结构；
步骤S23，沿所述第一开口去除所述鳍状结构，直至暴露出基底表面；
步骤S24，形成位于所述鳍状结构表面的第二掩模层，所述第二掩模层覆盖第二区域的鳍状结构，并暴露出第一区域剩余的鳍状结构；
步骤S25，以所述第二掩模层为掩膜刻蚀第一区域剩余的鳍状结构，保留第二区域的鳍状结构形成鳍部。
具体地，请参考图5和图6，其中，图6为图5沿A-A’方向的剖面结构示意图。提供具有第一区域I和第二区域II的基底100，所述基底100表面形成有多个鳍状结构101，其中，所述第一区域I的鳍状结构101后续被去除，所述第二区域II的鳍状结构101后续用于形成鳍部。
所述基底100用于为后续工艺提供平台。在本发明的实施例中，所述基底100包括半导体衬底(未标示)，所述半导体衬底为绝缘体上硅(SOI)衬底或硅衬底。
所述鳍状结构101形成于基底100的第一区域I和第二区域II表面，其中，第一区域I的鳍状结构101后续被去除，第二区域II的鳍状结构101用于后续形成鳍部。例如后续以鳍状结构101为掩膜刻蚀基底100内的半导体衬底，形成鳍部；或者直接由鳍状结构101形成鳍部。在本发明的实施例中，所述鳍状结构101为硬掩膜层(Hard Mask)，其材料为氮化硅，用于在后续作为形成鳍部时的掩膜。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，当直接由鳍状结构101形成鳍部时，所述鳍状结构101的材料为半导体材料，例如硅、锗硅、砷化镓等，在此不再赘述。
请结合参考图7和图8，其中，图8为图7沿A-A’方向的剖面结构示意图。形成位于所述鳍状结构101表面的第一掩模层102，所述第一掩模层102具有长边方向与鳍状结构101的长度方向一致的第一开口103，且所述第一开口103暴露出部分位于第一区域I内并与第二区域II相邻的鳍状结构101。
如前文所述，现有技术在刻蚀第一区域I’的鳍状结构11(如图2所示)时，由于直接以掩模层12为掩模刻蚀第二区域II’的鳍状结构11，其复杂的质量较差的图形严重影响了后续形成的鳍部的质量，最终导致形成的鳍式场效应管的性能稳定性差。经过研究，本申请采用分步骤刻蚀的方式，先形成具有较好图形质量的第一掩模层102，以此为掩膜去除第二区域II的鳍状结构101以外周边的部分鳍状结构101，较好的保留住第二区域II的鳍状结构101；后续在以第二掩模层为掩膜去除剩余的第一区域I的鳍状结构101时，即使第二掩模层的图形较为复杂，质量较差，也可以不对第二区域II的鳍状结构101造成损伤。
所述第一掩模层102用于去除部分位于第二区域II周围的鳍状结构101，以使第二区域II内的鳍状结构101得以完整的保留。本发明的实施例中，所述第一掩模层102由光阻材料经具有方形开口图形的第一掩模板曝光、显影后形成，所述第一掩模层102的第一开口103侧壁处的质量较好，形成的所述第一开口103的形状也较为规则，所述规则的第一开口103暴露出第二区域II周围的鳍状结构101，但并未暴露出第二区域II内的鳍状结构101。因此，后续沿规则的所述第一开口103进行刻蚀工艺时，不会对第二区域II内的鳍状结构101造成损伤，使其得以完整保留。
需要说明的是，在本发明的实施例中，所述方形开口图形的形状除了指单一的方形外，还包括多个不同或相同大小的单一方形的组合形状，在此不再赘述。
为更好的保护第二区域II内的鳍状结构101不被刻蚀，所述第一开口103的长边平行于所述鳍状结构101，且其长边的长度大于等于第二区域II的长度，短边的长度至少大于鳍状结构101的宽度。在本发明的实施例中，所述第一开口103的长边的长度略大于第二区域II的长度，以利于第二区域II内的鳍状结构101不受后续刻蚀工艺的影响。而且，所述第一开口103的短边的长度等于相邻鳍状结构101之间的节距(Pitch)，以利于将第二开口103的短边位于相邻鳍状结构101之间的区域，利于后续工艺的进行。例如，第二区域II的长度为40nm，相邻鳍状结构101之间的节距为10nm，则第一开口103的长边的长度为50nm，短边的长度为10nm。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一开口103短边的长度还可以为相邻鳍状结构101之间的节距的整数倍，例如相邻鳍状结构101之间的节距为10nm，则第一开口103短边的长度为20nm、30nm等。
需要说明的是，本发明的实施例中，设定图7所示的水平方向为鳍状结构101的长度方向、第一开口103的长边方向、第二区域II的长度方向，图7所示的垂直方向为鳍状结构101的宽度方向、第一开口103的短边方向、第二区域II的宽度方向。
请结合参考图9和图10，其中，图10为图9沿A-A’方向的剖面结构示意图。沿所述第一开口103去除所述鳍状结构101，直至暴露出基底100表面。
沿所述第一开口103去除所述鳍状结构101，以利于后续工艺的进行，最终形成鳍部。所述去除鳍状结构101采用的工艺为刻蚀工艺，例如干法刻蚀工艺，在此不再赘述。
请结合参考图11和图12，其中，图12为图11沿A-A’方向的剖面结构示意图。沿所述第一开口103(请参考图10)去除所述鳍状结构101，直至暴露出基底100表面后，去除所述第一掩模层102(如图10所示)。
去除所述第一掩模层102的工艺为干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺或灰化工艺。由于上述工艺为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，沿所述第一开口103去除所述鳍状结构101，直至暴露出基底100表面后，也可以直接形成第二掩模层，待去除第一区域I的所有鳍状结构101后，再在同一步骤中去除第一掩模层和第二掩模层，在此不再赘述。
请结合参考图13和图14，其中，图14为图13沿A-A’方向的剖面结构示意图。形成位于所述鳍状结构101表面的第二掩模层104，所述第二掩模层104覆盖第二区域II的鳍状结构101，并暴露出第一区域I剩余的鳍状结构101。
所述第二掩模层104用于作为掩膜，去除第一区域I剩余的鳍状结构101。如前文所述，由于前述工艺中以第一掩模层102为掩模，去除了第二区域II以外周边的部分鳍状结构101，该部分鳍状结构101可能影响到第二区域II的鳍状结构101。也就是说，前文中提到的可能影响第二区域II的鳍状结构101的质量的因素被消除。因此，此处的第二掩模层104只要保证能覆盖第二区域II的鳍状结构101，并暴露出第一区域I剩余的鳍状结构101即可，而与其图形的复杂与否、质量好坏，对鳍状结构101的质量影响不大。
为使得后续形成的鳍部的长度满足工艺要求，所述第二掩模层104的长度与第二区域II的长度相同。而对于第二掩模层104的宽度，则只需大于等于第二区域II的宽度即可。本发明的实施例中，所述第二掩模层104的宽度大于第二区域II的宽度，以更好的保护第二区域II的鳍部结构101沿其长度方向侧壁的质量。例如，第二区域II的长度为40nm，宽度为30nm，那么第二掩模层104的长度为40nm，宽度为40nm。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，若直接在所述第一掩模层表面形成第二掩膜层，则部分第二掩模层可形成在第一掩模层的第一开口内。
请结合参考图15和图16，其中，图16为图15沿A-A’方向的剖面结构示意图。以所述第二掩模层104为掩膜刻蚀第一区域I剩余的鳍状结构101，保留第二区域II的鳍状结构101。
刻蚀第一区域I剩余的鳍状结构101的工艺为干法刻蚀工艺，用于后续形成鳍部，在此不再赘述。
由于位于第一区域I内紧挨着第二区域II的长度方向的鳍状结构101已经在前述工艺中被较好的去除，完整的保留了第二区域II的鳍状结构101，以所述第二掩模层104为掩膜刻蚀第一区域I剩余的鳍状结构101过程中，消除了对第二区域II内的鳍部结构101的质量构成影响的因素，可继续完整的保留第二区域II的鳍状结构101。本发明的实施例中，所述第二区域II的鳍状结构101后续用于作为掩膜，继续刻蚀基底100以形成鳍部。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，当第二区域II的鳍状结构101的材料为半导体材料时，则可直接将保留在第二区域II的鳍状结构101作为鳍部。
请结合参考图17和图18，以所述第二区域II的鳍状结构101(请参考图16)为掩膜，继续刻蚀基底100以形成鳍部105。
所述鳍部105后续用于作为形成鳍式场效应管的基础。后续至少包括以下步骤：形成横跨所述鳍部105的顶部和长度方向侧壁的栅极结构；形成位于所述栅极结构两侧并位于所述鳍部105内的源极和漏极等。
上述步骤完成后，本发明实施例的鳍式场效应管的制作完成。由于采用步骤刻蚀的方式，先形成具有较好图形质量的第一掩模层，以此为掩膜去除第二区域的鳍状结构以外周边的部分鳍状结构，较好的保留住第二区域的鳍状结构；后续在以第二掩模层为掩膜去除剩余的第一区域的鳍状结构时，对第二区域内的鳍部结构的质量构成影响的因素，即使第二掩模层的图形较为复杂，质量较差，也可以不对第二区域的鳍状结构造成损伤。因此，后续形成的鳍部的质量较好，最终形成的鳍式场效应管的性能稳定性高。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，包括：
提供具有第一区域和第二区域的基底，所述基底表面形成有多个鳍状结构，其中，所述第一区域的鳍状结构后续被去除，所述第二区域的鳍状结构后续用于形成鳍部；
形成位于所述鳍状结构表面的第一掩模层，所述第一掩模层具有长边方向与鳍状结构的长度方向一致的第一开口，且所述第一开口暴露出部分位于第一区域内并与第二区域相邻的鳍状结构；
沿所述第一开口去除所述鳍状结构，直至暴露出基底表面；
形成位于所述鳍状结构表面的第二掩模层，所述第二掩模层覆盖第二区域的鳍状结构，并暴露出第一区域剩余的鳍状结构；
以所述第二掩模层为掩膜，刻蚀第一区域剩余的鳍状结构，保留第二区域的鳍状结构形成鳍部。
2.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一掩模层由具有方形的开口图形的第一掩模板曝光、显影后形成。
3.如权利要求2所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述方形的开口图形的形状包括单一的方形、多个不同或相同大小的单一方形的组合形状。
4.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一开口的长边的长度大于等于第二区域的长度。
5.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一开口的短边的长度至少大于鳍状结构的宽度。
6.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第一开口的短边的长度为相邻鳍状结构之间节距的整数倍。
7.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第二掩模层的长度与第二区域的长度相同，宽度大于等于第二区域的宽度。
8.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，当所述鳍部结构为硬掩膜层时，还包括：以所述鳍部结构为掩膜刻蚀所述基底形成鳍部。
9.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，还包括：形成位于所述鳍状结构表面的第二掩模层前，去除所述第一掩模层。
10.如权利要求1所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，所述第二掩模层形成在所述第一掩模层表面。
11.如权利要求10所述的鳍式场效应管的形成方法，其特征在于，还包括：去除第一区域的所有鳍状结构后，所述第二掩模层和第一掩模层在同一步骤中去除。
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