形成FINFET半导体装置的鳍片的方法及其半导体装置与流程

文档序号:11836159阅读:325来源:国知局
形成FINFET半导体装置的鳍片的方法及其半导体装置与流程

本揭露大体上关于集成电路的制作,而且,更尤指各种形成用于鳍式场效晶体管半导体装置的鳍片的方法以及其半导体装置。



背景技术:

在诸如微处理器、储存装置及类似者等现代集成电路中,是在有限的芯片面积上提供非常大量的电路元件,特别是晶体管。晶体管有各种形状及形式,例如平面型晶体管、鳍式场效晶体管、纳米线装置等。此等晶体管一般是NMOS(NFET)或PMOS(PFET)型装置,其中“N”及“P”名称是基于产生装置的源极/漏极区所用的掺质类型。所谓的CMOS(互补式金属氧化物半导体)技术或产品是指使用NMOS及PMOS晶体管装置所制造的集成电路产品。不论晶体管装置是何种实体组构,各装置皆包含漏极与源极区、以及置于源极/漏极区上面及之间的栅极电极结构。对栅极电极施加适度控制电压时,漏极区与源极区之间便形成导电通道区。

图1是例示性先前技术集成电路产品100的透视图,此集成电路产品是在半导体衬底105上面形成。在这项实施例中,产品100包括五个例示性鳍片110、115、共用栅极结构120、侧壁间隔物125及栅极盖体130。产品100以共用栅极结构实施两个不同的鳍式场效晶体管装置(N型及P型)。栅极结构120一般包含一层绝缘材料(未分别表示),例如一层高k绝缘材料或二氧化硅,以及一或多个导电材料层(例如:金属及/或多晶硅),此一或多个导电材料层作用为产品100上的晶体管的栅极电极。鳍片110、115具有三维组构。鳍片110、115中被栅极结构120所包覆的部分界定产品100上的鳍式场效晶体管的通道区。隔离结构135是在鳍片110、115之间形成。鳍片110与第一类型(例如:N型)的晶体管装置相关联,而鳍片115与互补类型(例如:P型)的晶体管装置相关联。栅极结构120是由N型及P型晶体管共用,这是一种诸如静态随机存取记忆体(SRAM)胞元的常见记忆体产品组构。

一般而言,鳍片初始是在跨布衬底的规则性阵列中形成。若要界定不同晶体管装置,可调整鳍片的长度,并且可移除一些鳍片或鳍片的部分。举例而言,鳍片切割或“FC切割”程序涉及切割或移除鳍片位在FC切割掩膜中所界定的开口下方的部分。FC切割掩膜中的开口的长轴一般是朝与鳍片宽度平行的方向,也就是说,鳍片在FC切割程序期间遭受横切。与FC切割程序相比,鳍片也在所谓的主动区切割程序或“RX切割”程序中遭到切割。在RX切割程序中,鳍片待留下的部分是通过RX切割掩膜来保护或包覆。因此,在RX切割程序中,鳍片未受RX切割掩膜保护的部分遭到移除。举例而言,在RX切割程序期间,(未受RX切割掩膜包覆的)鳍节(fin segment)中有一或多个可予以移除(例如,介于鳍片110与鳍片115之间的区域中可移除一或多个鳍片),这些鳍节是置于(由RX切割掩膜所包覆的)其它平行而置的鳍节之间。

在RX切割程序中,待移除鳍片部分上面的介电材料遭到移除而仅曝露待移除的下面鳍片部分的上表面。后续的等向性蚀刻程序移除经曝露的鳍片部分。等向性蚀刻程序是在鳍片间距小的情况下,用于避免与非等向性蚀刻程序相关联的对准问题。若要使用的是非等向性蚀刻,则对准误差可能导致留下不希望的鳍片部分或破坏其余鳍片。由于等向性蚀刻期间鳍片仅曝露顶端表面,所以蚀刻前端大致是从鳍片的经曝露顶端朝衬底垂直向下移动。

图2A至2C是装置200的截面图,其展示衬底210上面所界定的多个鳍片205。鳍片205可使用各种材料来界定,例如:硅、诸如硅锗等硅的合金、或其它半导电性材料。在图2A至2C中,截面是顺着与鳍片205的长轴垂直的方向取得(也就是说,顺着装置200的栅极宽度方向)。氧化物覆盖层215及氮化物覆盖层220(先前当作硬罩层用于图案化衬底210中的鳍片205)呈现于某些鳍片205的上面。衬垫225、230可在鳍片205上面形成。介电层235可在鳍片205之间形成。

如图2A所示,覆盖层215、220及介电层235的一部分是选择性地从待于RX切割程序期间移除的鳍片205上面移除。覆盖层215、220维持置于待保留的鳍片205上面。

图2B绘示进行等向性蚀刻程序以移除不再被覆盖层215、220所包覆的鳍片205,从而界定腾空区中的凹口240之后的装置200。

图2C绘示进行沉积程序以在鳍片205上面形成介电层245之后的装置200。在一些情况下,介电层245未完全填充凹口240,借以界定气隙250。在后续程序步骤期间,使介电层235、245凹陷以界定介于剩余鳍片205之间的隔离结构,并且曝露鳍片205的侧壁。进行此凹陷之后,气隙250因为与鳍片205实质同一高度而敞开。气隙250代表结构中不理想的沟槽,此等沟槽可能在后续处理期间导致产生诸如短路等显著缺陷。

本揭露是针对可避免、或至少降低以上所指出问题中一或多个的影响的各种方法及产生的装置。



技术实现要素:

以下介绍本发明的简化概要,以便对本发明的一些方面有基本的了解。本概要并非本发明的详尽概述。用意不在于鉴别本发明的重要或关键要素,或叙述本发明的范畴。目的仅在于以简化形式介绍一些概念,作为下文更详细说明的引言。

大体上,本揭露是针对各种形成用于鳍式场效晶体管半导体装置的鳍片的方法以及其半导体装置。一种方法,包括(但不限于)在衬底上面形成多个鳍片,在多个鳍片上面及之间形成至少一个介电材料,以及在介电材料上面形成掩膜层。掩膜层中界定有开口。进行至少一个蚀刻程序以移除至少一个介电材料中被开口所曝露的一部分,以便曝露多个鳍片中至少一个鳍片的顶端表面部分及侧壁表面部分。至少一个介电材料留在衬底上面与至少一个鳍片相邻。进行蚀刻程序以移除至少一个鳍片。

本文中揭示的另一例示性方法,包括(但不限于)在衬底上面形成多个鳍片。各鳍片在顶端表面上形成有覆盖层。在多个鳍片及覆盖层上面形成衬垫层。在衬垫层上面形成第一介电层。平坦化第一介电层以曝露覆盖层的顶端表面。在第一介电层上面形成掩膜层。掩膜层中界定有开口,该开口曝露多个鳍片中至少一个鳍片。移除开口所曝露的覆盖层、衬垫层及第一介电层的一部分,以便曝露至少一个鳍片的顶端与侧壁表面部分。第一介电材料留在衬底上面与至少一个鳍片相邻。进行蚀刻程序以移除通过移除覆盖层、衬垫层及第一介电层的部分所曝露的至少一个鳍片。凹口是通过移除至少一个鳍片来界定。在至少一个鳍片上面形成第二介电层以至少部分填充凹口。

附图说明

本揭露可搭配附图参照以下说明来了解,其中相同的参考元件符号表示相似的元件,并且其中:

图1是先前技术半导体产品的一项例示性具体实施例的平面图;

图2A至2C绘示先前技术RX切割程序所造成的气隙的形成过程;以及

图3A至3I绘示一种经揭示用于形成半导体产品的例示性方法以及其半导体装置。

尽管本文中揭示的专利标的容许各种修改及替代形式,但其特定具体实施例仍已在图式中举例展示,并且于本文中详述。然而,应了解的是,本文中特定具体实施例的说明用意不在于将本发明限制于所揭示的特定形式,相反地,如随附权利要求书所界定,用意在于涵盖落于本发明的精神及范畴内的所有修改、均等例、及替代方案。

符号说明

100 集成电路产品 105 半导体衬底

110、115、205、305 鳍片

120 栅极结构 125 侧壁间隔物

130 栅极盖体 135 隔离结构

200 装置 210 衬底

215 氧化物覆盖层 220 氮化物覆盖层

225、230 衬垫 235、245、335 介电层

240、352 凹口 250 气隙

300 产品 305S 侧壁

310 半导体衬底 315、320 覆盖层

325、330 衬垫层 340 硬掩膜层

345 开口 350 沟槽

355 介电层 360 气隙

365 侧壁。

具体实施方式

下面说明本发明的各项例示性具体实施例。为求清楚,实际实作方面不是所有特征都有在本说明书中说明。当然,将会领会旳是,在开发任何此实际具体实施例时,必须做出许多实作方面特定决策才能达到开发者的特定目的,例如符合系统有关及业务有关的限制条件,这些限制条件会随实作方面不同而变。此外,将会领会的是,此一开发努力可能复杂且耗时,虽然如此,仍会是具有本揭露的效益的本领域技术人员的例行工作。

本专利标的现将参照附图来说明。各种结构、系统及装置在图式中只是为了阐释而绘示,为的是不要因本领域技术人员众所周知的细节而混淆本揭露。虽然如此,仍将附图包括进来以说明并阐释本揭露的说明性实施例。本文中使用的字组及词组应了解并诠释为与本领域技术人员了解的字组及词组具有一致的意义。与本领域技术人员了解的通常及惯用意义不同的词汇或词组(即定义)的特殊定义,用意不在于通过本文词汇或词组的一致性用法提供暗示。就一词汇或词组用意在于具有特殊意义的方面来说,即有别于本领域技术人员了解的意义,此一特殊定义将会按照为此词汇或词组直接且明确提供此特殊定义的定义方式,在本说明书中明确提出。

本揭露大致关于各种形成用于鳍式场效晶体管半导体装置的鳍片的方法以及其半导体装置。此外,如完整阅读本申请案时,对本领域技术人员便将会轻易显而易见的是,本方法适用于各种装置,包括但不限于逻辑装置、记忆体装置等,而本文中揭示的方法可用于形成N型或P型半导体装置。本文中揭示的方法及装置可运用于制造使用例如NMOS、PMOS、CMOS等各种技术的产品,并且其可运用于制造例如记忆体装置、逻辑装置、ASIC等各种不同装置。如本领域技术人员在完整阅读本申请案后将会领会的是,本文中揭示的发明可运用于形成使用诸如鳍式场效晶体管等各种所谓3D装置的集成电路产品。

本文中揭示的发明不应视为受限于本文中所绘示及所述的例示性实施例。现将参照附图更详细说明本文中揭示的方法及装置的各项例示性具体实施例。

图3A至3I绘示一种经揭示用于形成鳍式场效晶体管半导体装置的例示性方法以及其半导体装置。例示性产品300包括多个在半导体衬底310中形成的鳍片305。衬底310可具有各种组构,例如:所示的主体硅组构。衬底310也可具有包括主体硅层、埋置型绝缘层及主动层的绝缘体上覆硅(SOI)组构,其中,半导体装置是在主动层中及主动层上面形成。衬底310可由硅或硅锗所构成,或可由硅除外的材料(诸如锗等)所制成。因此,“衬底”或“半导体衬底”等词应理解成涵盖所有半导电性材料及所有形式的此类材料。衬底310可具有不同层。

图3A绘示在已进行数个程序操作的制作点的产品300。首先,使用覆盖层315、320(例如:分别为二氧化硅及氮化硅)当作图案化蚀刻掩膜来形成多个鳍片305。大体上,鳍片305界定用于形成诸如鳍式场效晶体管等装置的主动区。其次,衬垫层325、300(例如:分别为二氧化硅及氮化硅)是在鳍片305上面形成。虽然图示是具有两个部分325、330的衬垫,但在一些具体实施例中,可在衬垫中使用更多或更少层。本文中揭示的例示性产品300是绘示成包含五个例示性鳍片305。然而,如本领域技术人员在完整阅读本申请案之后将会了解的是,本文中揭示的方法及装置可在制造具有任意鳍片数目的装置时运用。介电层355(例如:二氧化硅、低k介电材料、可流动氧化物等)是接着在鳍片305之间形成以作用为隔离结构。

图3B绘示进行平坦化程序以移除介电层335及衬垫层325、330等曝露覆盖层320的部分之后的产品300。

图3C绘示进行多个程序以在介电层335上面沉积并图案化硬掩膜层340之后的产品300。硬掩膜层340具有开口345。在例示性具体实施例中,硬掩膜层340是使用包括有机平坦化(OPL)层、抗反射涂布(ARC)层及光阻层的光微影堆迭所形成。ARC层是在OPL层上面形成,而光阻是在ARC层上面形成。光阻层是使用光罩(reticle)曝露于辐射并经显影以产生图案。光阻图案是转移到ARC及OPL层,而光阻及ARC层是遭到移除。因此,在一些具体实施例中,硬掩膜层340可以是剩余的OPL层。一般而言,开口345是基于鳍片305中待移除的边缘来调整尺寸,而不是衬垫层330的边缘。这为覆盖误差提供裕度,下面有更详细的描述。

图3D绘示进行蚀刻程序(例如:非等向性反应性离子蚀刻)以移除开口345所曝露的覆盖层315、320、衬垫层325、330及介电材料335以界定具有底端表面的沟槽350之后的产品300,此底端表面曝露鳍片305中待随后移除的顶端表面。

图3E绘示进行蚀刻程序(例如:非等向性反应性离子蚀刻)以对于鳍片305及衬垫325与330的材料选择性地蚀刻的开口345所曝露的介电材料355之后的产品300。

图3F绘示进行一或多个蚀刻程序(例如:等向性蚀刻)以选择性地移除衬垫325、330中被开口345所曝露的部分,从而曝露经曝露的鳍片305的侧壁305S并用以移除掩膜层340之后的产品300。

图3G绘示进行等向性蚀刻程序(例如:RX切割)以移除鳍片305的经曝露部分而产生凹口352之后的产品300。由于鳍片305的侧壁305S已被曝露,可顺着从鳍片305的顶端表面朝衬底310的主体大致向下垂直方向、及顺着始于经曝露侧壁305S的大致横向或水平方向进行等向性蚀刻程序。当然,实际上,蚀刻前端可沿着形式为上述垂直与水平方向的组合的前端来进行,但蚀刻程序可通过曝露鳍片305的侧壁而更快进行。

图3H绘示进行沉积程序以在鳍片305上面沉积介电层355(例如:二氧化硅、低k介电材料、可流动氧化物等)之后、及在进行平坦化程序以曝露覆盖层320之后的产品300。气隙360可界定于通过移除鳍片305所产生的凹口352中的介电层355中。然而,由于凹口352的高度相对较短(与上述先前技术相比较),所以相较于图2C所示的先前技术程序流程,形成气隙360的机会得以降低且确实形成的任何此类气隙360得以缩减尺寸,这是因为鳍片305的侧壁305S在等向性RX切割蚀刻前便已先曝露。如上所述,在一些情况下,由于凹口352的深宽比降低,因此可实质避免形成气隙360。

图3I绘示进行一或多个蚀刻程序以选择性地移除覆盖层315、320、使介电层355凹陷并且移除衬垫325、330的经曝露部分,从而曝露鳍片305的侧壁365之后的产品300。由于气隙360的高度缩减(相较于图2C),气隙360因此维持被包封于介电层355中,从而降低缺陷产生的可能性。

可进行进一步的处理步骤以完成产品300的制作,例如:形成栅极电极、掺杂源极与漏极区、形成接触部等。上述程序流程具有数项优点。由于本文中所述的RX切割蚀刻程序流程导致气隙变小或完全避免气隙形成,因此与产品300相关联的缺陷率得以降低。

以上所揭示的特定具体实施例仅具例示性,因为本发明可采用对受益于本文教示的本领域技术人员显而易见的不同但均等方式来修改并且实践。举例而言,以上所提出的程序步骤可按照不同顺序来进行。再者,除了如权利要求书中所述除外,未意图限制于本文所示构造或设计的细节。因此,证实可改变或修改以上揭示的特定具体实施例,而且所有此类变例全都视为在本发明的范畴及精神内。要注意的是,使用本说明书中及所附权利要求书中诸如“第一”、“第二”、“第三”或“第四”等用以说明各种程序或结构的用语,只是要当作对此类步骤/结构的节略参考来使用,不必然暗示此类步骤/结构是按照所排定顺序来进行/形成。当然,取决于精准的诉求语言,可能或可能不需要此类程序的排定顺序。因此,本文寻求的保护是如所附权利要求书中所提。

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