专利名称：鳍状晶体管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造半导体器件的方法，更具体涉及一种制造鳍状晶 体管的方法。
背景技术：
当半导体器件变得高度集成时，传统的二维晶体管结构具有若干限制。 尤其是对于高速器件，二维晶体管结构往往不能满足所需的电流驱动。鳍状场效应晶体管(FET)和鞍型鳍片FET是试图克服上述限制的两种 实例。这些鳍状FET和鞍型鳍片FET通常使用三个表面作为通道，因此， 它们提供良好的电流驱动，并且改善背向偏压关联性。图1A~1D为说明鳍状晶体管制造方法的横截面图。图2示出通过图 1A ~ ID图中描述的方法制造的鳍状晶体管的上视图。在图1A ~ ID和图2 中，切割面X-X，的方向为沿有源区15A的主轴，而切割面Y-Y，的方向为 沿将形成栅电极19的区域。参考图1A,在衬底11上形成垫氧化物层12和垫氮化物层13,然后 利用隔离^^模(未图示)蚀刻垫氧化物层12和垫氮化物层13。利用塾氮化物 层13作为蚀刻阻挡层，蚀刻衬底ll至特定深度，以形成沟槽14。参考图 1B，沉积氧化物层直到沟槽14被填满。然后对晶片施以化学机械抛光 (CMP)，以形成场氧化物层15。场氧化物层15被用于隔离和限定有源区 15A。参考图1C，在图1C中所示的所得结构的特定区域上，形成线形鳍 状掩模16。利用鳍状掩模16作为蚀刻阻挡层，对场氧化物层15开槽至特 定深度，以形成鳍片17B。附图标记17A表示对场氧化物层15开槽之后 所得到的凹槽。参考图1D，移除鳍状掩模16，然后形成栅极氧化物层18 和栅电^J:(未示出)并图案化，以形成栅电极19。当形成鳍片17B时，鳍片17B的上部常常受到损伤。特别是在蚀刻场 氧化物层15时，鳍片17B的上部常常被蚀刻掉。如图1C所示，这种损失可能在上方向和横方向T和L上发生。图3A示出具有受损上部的鳍片的图象。由于鳍片上部的损失，导致 产生锥形顶。如上所述，当利用氧化物蚀刻气体蚀刻场氧化物层时，通常 造成鳍片上部的损失。具体而言，当垫氮化物层13因氧化物蚀刻气体而不 足以起到蚀刻阻挡层的作用时，常常造成鳍片上部的损失。鳍片处于将要形成通道的区域中，而且通常决定晶体管的形状。如果 鳍片具有小的临界尺寸(CD)，则鳍片上部的损失常常导致鳍片CD的减小。 因此，如果鳍片可能成为尖锐的锥形，则可能难以实现通道所期望的CD 再现性。与上述鳍片上部的损失类似，当形成用于鞍型鳍片FET的鞍型鳍片图 案时，鳍片图案的上部4艮可能受到损伤。此外，当形成鳍片或鞍型鳍片图 案的场氧化物层的凹槽深度增加时，鳍片或鞍型鳍片图案的上部损失趋于 增加。图3B示出受损鞍型鳍片的图象。由于受到严重的损伤(损失)，导致 鞍型鳍片图案常常呈现锥形的上部.发明内容本发明的一个实施方案涉及鳍片晶体管的制造方法，该方法适合在隔 离层开槽期间减少鳍片的上部损伤。本发明的另 一 实施方案涉及鞍型鳍片晶体管的制造方法，该方法适合 减少鞍型鳍片的上部损伤。根据本发明的一个方面，本发明提供一种制造鳍片晶体管的方法。该 方法包括利用隔离掩模，使提供在衬底上方的第一垫层图案化；利用所述 隔离掩模和所述第一垫层，蚀刻所述衬底以形成沟槽；使用绝缘材料填充 所述沟槽，以形成隔离结构；使用具有绝缘材料/第一垫层的高选择比的气 体，蚀刻所述沟槽中的隔离结构以形成鳍状结构；在所述鳍状结构上方形 成栅极绝缘层；和在所述栅极绝缘层上方形成导电层。根据本发明的另 一方面，本发明提供一种制造鞍型鳍片晶体管的方法。 该方法包括在衬底上方形成塾层；蚀刻衬底以形成第一和第二沟槽，所述 第一和第二沟槽限定二者之间的部分衬底；使用绝缘材料填充所述第一和 第二沟槽，以分别形成第一和第二隔离结构，其中所述垫层提供在所述部 分衬底的上方；使用具有隔离材料/垫层的高选择比的气体，蚀刻所述第一 和第二隔离结构，使得所述部分衬底突出于被蚀刻的第一和第二隔离结构 的上表面上方；移除所述垫层，以暴露出所述部分衬底的上表面；和蚀刻 所述部分衬底，以减少所述部分的高度，从而形成鞍型鳍片。
图1A 1D示出鳍片晶体管的制造方法。图2示出通过图1A 1D所述方法制造的鳍片晶体管的上视图。图3A示出为具有受损上部的鳍片的图象。图3B示出具有受损上部的鞍型鳍片的图象。图4A~4E是示出根据本发明一个实施方案的鳍片晶体管的制造方法 的横截面图。图5示出通过图4A 4E所述方法制造的鳍片晶体管的上视图。图6示出根据本发明实施方案的具有受损上部的鳍片的图象。图7A 7E是示出根据本发明另一实施方案的鞍型鳍片晶体管的制造 方法的横截面图。图8示出通过图7A 7E所述方法制造的鞍型鳍片晶体管的上视图。
具体实施方式
图4A ~ 4E是示出根据本发明一个实施方案的鳍片晶体管的制造方法 的横截面图。图5示出通过图4A 4E所述方法制造的鳍片晶体管的上视 图。在图4A 4E和图5中，切割面A-A，的方向是沿有源区25A的主轴， 而切割面B-B，的方向是沿将要形成栅电极29的区域。参考图4A，在衬底21上方形成第一垫层22和第二垫层23。第一垫 层22包括氧化物基材料，以下称为垫氧化物层。第二垫层23包括氮化物 基材料，以下称为垫氮化物层。垫氧化物层22用于减緩由垫氮化物层23 所产生的应力。垫氮化物层23的功能是用作对抗后续的化学机械抛光 (CMP)和鳍片蚀刻的阻挡层。垫氮化物层23形成的厚度约为100A或M (例如，约100A 2500A)。
利用隔离掩模41蚀刻垫氮化物层23和垫氧化物层22，以暴露出隔离 区域。利用隔离掩模41和垫氮化物层23作为蚀刻阻挡层，蚀刻衬底21 的暴露部分至特定深度，以形成沟槽24。沟槽24是将要填充场氧化物层 的区域，并且具有约2000A或更深的深度。参考图4B,移除隔离掩模41。绝缘层，更具体是氧化物基层填充沟 槽24。氧化物基层可以是通过高密度等离子体(HDP)法沉积的氧化物层。 作为替代方案，氧化物基层可以通过由玻璃上旋涂(SOG)法首先涂布氧化 物层，然后在其上沉积HDP氧化物层而形成。然后对绝缘层进行化学和 机械抛光。在化学机械抛光(CMP)期间，垫氮化物层23的功能是作为研磨 停止层。在CMP之后，形成填满沟槽24的场氧化物层25。场氧化物层 25被用来隔离和限定有源区25A。参考图4C,在图4B所示的所得结构上涂布光刻胶层，并且通过光刻 法制成图案，以形成掩模26。掩模26在将要形成栅级线的区域中提供线 型开口。掩模26同时暴露出部分有源区25A和场氧化物层25。利用掩模26将场氧化物层25开槽(或蚀刻)至特定深度。凹槽深度应 为约50(Li或更深(例如，约500A 1500A)。场氧化物层25仍保留在沟槽 24中，以覆盖沟槽24的底部表面。在本实施方案中，掩模26限定在沿有 源区25A主轴的方向上宽度窄于沟槽24的开口。因此，部分场氧化物层 25保留在沟槽24的侧壁上(参见切割面A-A，)。在蚀刻步骤之后，部分有源区25A突出(或暴露)，并且有源区25A的 突出部分被称为鳍片27B。附图标记27A表示在场氧化物层25被开槽之 后所得到的开口区域。如图4C所示，鳍片27B的高JL&本上和场氧化物 层25的凹槽深度相同，即为约500A或更高。当通过蚀刻对场氧化物层25开槽时，使用对垫氮化物层23具有高选 择性的蚀刻气体(即自对准接触化学)。术语"自对准接触化学"的意思是 提供氮化物相对于氧化物的高蚀刻选择性的情况，使得当蚀刻场氧化物层 25时，垫氮化物层23的蚀刻最小化。例如，使用含碳蚀刻气体来蚀刻场氧化物层25。特别地，蚀刻气体可 以是具有高碳含量的蚀刻气体、具有高碳和氢含量的蚀刻气体，及其组合 的其中之一。
具体而言，含碳蚀刻气体可以是CxFy气体，其中x^2和y^l,或CxHyFz 气体，其中x21， y^2和z^1。例如，蚀刻气体可以是C2F6、 C3F8、 C4F6、 C5F8、或CH2F。例如，常常造成鳍片上部损失的那些氧化物蚀刻气体是 CF4和CHF3气体，而这些气体具有约1比1的氮化物对氧化物的选择比。 但是，用于本实施方案中的蚀刻气体对于垫氮化物层23和场氧化物层25 之间的选择比为8:1或更高。使用此种蚀刻气体，当场氧化物层25被开槽 时，垫氮化物层23保留特定厚度。剩余的垫氮化物层23标示为23A，而 且以下称为、、垫氮化物图案〃 。由于垫氮化物图案23A，使得鳍片27B的 上部损失可以最小化。参考图4D，移除掩模26,并且使用湿化学品移除垫氮化物图案23A， 因而可以防止鳍片27B和场氧化物层25的蚀刻损伤。例如，使用磷酸 (H3P04)移除垫氮化物图案23A。也可以移除在A-A，方向上的垫氮化物层 23。如图4C所示，当蚀刻场氧化物层25以形成鳍片27B时，也可以同时 移除垫氮化物图案23A。为了同时移除垫氮化物层23,使垫氮化物层23 形成为特定厚度，使得能够形成鳍片27B而不损伤鳍片27B的上部。但是， 当蚀刻场氧化物层25时，要被移除的垫氮化物层23足够薄。当通过调整 垫氮化物层23和场氧化物层25之间的选择比至小于8:1来蚀刻垫氧化物 层22时，也可以移除垫氮化物层23。但是，垫氮化物层23对场氧化物层 25的选择比应大于2:1，以防止损伤鳍片27B。随着垫氮化物层23和垫氧化物层22的移除，使得场氧化物层25的垂 直部分25B突出于衬底21的上表面。在本实施方案中，垫氧化物层22被 提供在垫氮化物层23的下方。但是，其它实施方案是单一垫层，而非本实 施方案的多重垫层。单一垫层可以为氮化物基或其它类型的材料。参考图4E,在图4D实施的所得结构上方形成栅极绝缘层28(例如氧 化物基层)，并JMMt极绝缘层28上形成栅极材料并形成图案，以形成栅 电极29。图6示出才艮据本发明实施方案的上部未受损的鳍片的图象。如图所示， 鳍片上部的损失被最小化，而且各鳍片的上部形状被圆化而不是成为角状 (或尖锐锥形)。根据本发听的实施方案，当蚀刻场氧化物层25时，使用具有垫氮化物
层23对场氧化物层25的高选择比的蚀刻气体。结果，鳍片27B的上部损 失被最小化，而且可以确保足够区域的鳍片27B。图7A~7E为示出根据本发明另一实施方案的鞍型鳍片晶体管的制造 方法的横截面图。图8示出通过图7A 7E所示方法制造的鞍型鳍片晶体 管的上视图。在图7A 7E和图8中，切割面C-C，的方向是沿有源区35A 的主轴，而切割面D-D，的方向是沿将要形成栅电极(未示出)的区域。参考图7A，在衬底31上方形成第一垫层32和第二垫层33。第一垫 层32包括氧化物基材料，以下称为垫氧化物层。第二垫层33包括氮化物 基材料，以下称为垫氮化物层。塾氧化物层32用于减緩由垫氮化物层33 所产生的应力。垫氮化物层33的功能^l:作为对抗后续CMP和鳍片蚀刻的 阻挡层。垫氮化物层33形成的厚度为约100A或M(例如，约100A到 2500A)。利用隔离掩模42蚀刻垫氮化物层33和垫氧化物层32。利用隔离掩模 42和垫氮化物层33作为蚀刻阻挡层，蚀刻衬底31的暴露部分至特定深度， 以形成沟槽34。沟槽34是将要被场氧化物层填充的区域，并且具有约 2000A或更深的深度。参考图7B,移除隔离掩模42。绝缘层，尤其氧化物基层填满沟槽34。 氧化物基层可以是通过HDP法沉积的氧化物层。作为替代方案，氧化物 基层可以通过由SOG法首先涂布氧化物层，然后在其上沉积HDP氧化物 层而形成。然后对绝缘层进行化学和M抛光。在CMP期间，垫氮化物 层33的功能是作为研磨停止层。在CMP之后，形成填满沟槽34的场氧 化物层35。场氧化物层35被用来隔离和限定有源区35A。参考图7C，在图7B所示的所得结构上涂布光刻胶层，并且通过光刻 法制成图案，以形成掩模36。掩模36在将要形成栅级线的区域中提供线 型开口 。掩模36同时暴露出部分有源区35A和场氧化物层35。掩模36 限定在沿有源区35A主轴的方向上宽度窄于沟槽34的开口 。利用掩模36对场氧化物层35开槽(或蚀刻)至特定深度。凹槽深度应 为约IOOA或更深(例如，约100A 1500A)。开槽的结果，形成突出于有 源区的鳍片37B。各鳍片37B的高度为500A或更高。附图标记37A表示 在场氧化物层35被开槽之后的凹槽。附图标记33A表示在开槽之后垫氮 化物层33的剩余部分，以下称为、、垫氮化物图案〃 。 在本实施方案中，当通过蚀刻对场氧化物层35开槽时，使用对垫氮化 物层33具有高选择比的蚀刻气体(即自对准接触化学)。术语"自对准接触 化学"的意思是提供氮化物对氧化物的高蚀刻选择比的情况，使得当蚀刻 场氧化物层35时，垫氮化物层33很少被蚀刻。例如，使用含碳蚀刻气体来蚀刻场氧化物层35。特别地，蚀刻气体可 以是具有高碳含量的蚀刻气体、具有高碳和氢含量的蚀刻气体，及其组合 的其中之一。具体而言，含碳蚀刻气体可以是CxFy气体，其中x22和y^l，或CxHyFz 气体，其中x21， y》2和z21。例如，蚀刻气体可以是C2F6、 C3F8、 C4F6、 C5F8、或CH2F。例如，常常造成鳍片上部损失的那些氧化物蚀刻气体是 CF4和CHF3气体，而这些气体具有约的1比1氮化物对氧化物的选择比。 但是，用于本实施方案中的蚀刻气体对于垫氮化物层23和场氧化物层25 之间的选择比为8:1或更高。使用此种蚀刻气体，使得鳍片37B的上部损 失可以最小化。参考图7D,利用掩模36对鳍片37B开槽，以形成鞍型鳍片37C。鳍 片37B的凹槽深度设定小于场氧化物层35的深度，以得到鞍型鳍片37C。 例如，用以形成鞍型鳍片37C的凹槽深度R为800A或更深，并且最大凹 槽深度小于场氧化物层35的凹槽深度。为了形成鞍型鳍片37C，蚀刻垫氮化物图案33A和垫氧化物层32，然 后蚀刻鳍片37B。当蚀刻鳍片37B(即开槽)时，因为鳍片37B包括g材 料，所以使用具有鳍片37B和场氧化物层35之间的高选择比的蚀刻气体。 例如，蚀刻气体包括HBr气体或CU气体。因为在形成鞍型鳍片37C的蚀 刻(即开槽)期间，鳍片37B的损失被最小化，所以鞍型鳍片37C的上部不 可能形成锥形，并且可以避免对鞍型鳍片37C侧部的严重损伤。参考图7E，移除掩模36，并且移除在C-C，方向上剩余的垫氮化物层 33和垫氧化物层32。使用湿化学品移除垫氮化物层33,使得不^it成对 鞍型鳍片37C和场氧化物层35的蚀刻损伤。湿化学品可包括H3P04。虽 然没有说明，但是在图7E所示的所得结构上方形成栅极绝缘层(例如氧化 物基层)和栅极材料层，然后形成图案，以形成栅电极。根据本发明的各实施方案，当蚀刻场氧化物层时，使用具有垫氮化物 层和场氧化物层之间的高选择比的蚀刻气体。因此，可以减少鳍片损失。
結果，鳍片的形状可以再现。此再现性使得还可以得到鳍片晶体管或鞍型 鳍片晶体管制造方法中的方法再现性。虽然本发明已对于特定实施方案详细说明，但是对于本领域技术人员 而言，显而易见的是可以进行各种不同的变化和修正，而不脱离所附权利 要求所限定的本发明的实质和范围。附图标记说明11，21，31衬底12,22,32垫氧化物层13,23,33垫氮化物层14,24,34沟槽15,25,35场氧化物层15A，25A，35A有源区16鳍片掩模17A,37A凹槽17B，27B，37B鳍片18栅极氧化物层19,29栅电极23A垫氮化物图案26,36掩模27A开口区域37C鞍型鳍片28栅极绝缘层41,42隔离掩模
权利要求
1.一种制造鳍状晶体管的方法，该方法包括利用隔离掩模，使提供在衬底上方的第一垫层图案化；利用所述隔离掩模和所述第一垫层，蚀刻所述衬底以形成沟槽；使用绝缘材料填充所述沟槽，以形成隔离结构；使用具有绝缘材料对第一垫层的高选择比的气体，蚀刻在所述沟槽中的隔离结构，以形成鳍状结构；在所述鳍状结构上方，形成栅极绝缘层；和在所述栅极绝缘层上方，形成导电层。
2. 权利要求l的方法，其中所述第一垫层包含氮化物基材料，所述方法还 包括在所述衬底上方形成第二垫层，其中所述第二垫层提供在所述衬底和所 述第一垫层之间；和在形成所述栅极绝缘层之前，先移除所述第一垫层。
3. 权利要求2的方法，其中蚀刻隔离结构包括使用气体，所述气体包括选 自高碳含量的气体、高碳和氢含量的气体、及其组合的其中之一。
4. 权利要求3的方法，其中所述高碳含量的气体包括CxFy气体，其中x》2 和y^1。
5. 权利要求4的方法，其中所述CxFy气体包括选自C2F6、 C3F8、 C4F6和 CsFs中的一种气体。
6. 权利要求3的方法，其中所述高碳和氢含量的气体包括CxHyFz气体， 其中x^1， y》2和z21。
7. 权利要求6的方法，其中所述CxHyFz气体包括CH2F。
8. 权利要求2的方法，其中移除所述第一垫层包括使用湿化学品。
9. 权利要求8的方法，其中所述湿化学品包括磷酸(H3P04)溶液。
10. 权利要求9的方法，其中所述隔离结构被蚀刻至500A或更大的厚度。
11. 权利要求1的方法，其中所述隔离结构包括氧化物，其中所述鳍状结 构另:鞍型鳍片结构。
12. —种制造鞍型鳍片晶体管的方法，该方法包括 在衬底上方形成垫层；蚀刻所述衬底以形成第一和第二沟槽，所述第一和第二沟槽限定二者 之间的部分衬底；使用绝缘材料填充所述第 一和第二沟槽，以分别形成第一和第二隔离 结构，其中所述垫层提供在所述部分衬底的上方；使用具有隔离材料对垫层的高选择比的气体，蚀刻所述第一和第二隔 离结构，使得所述部分衬底突出于被蚀刻的所述第一和第二隔离结构的上 表面上方；移除所述垫层，以暴露出所述部分衬底的上表面；和 蚀刻所述部分衬底，以减少所述部分的高度，从而形成鞍型鳍片。
13. 权利要求12的方法，其中所述垫层包含氮化物基材料。
14. 权利要求13的方法,其中蚀刻所述第一和第二隔离结构包括使用气体， 所述气体包括选自高碳含量的气体、高碳和氢含量的气体，及其组合的其 中之一。
15. 权利要求14的方法，其中所述高碳含量的气体包括CxFy气体，其中 x》2和y》1。
16. 权利要求14的方法，其中所述CxFy气体包括选自C2F6、 C3F8、 C4F6 和CsF8中的一种气体。
17. 权利要求15的方法，其中所述高碳和氬含量的气体包括CxHyFz气体， 其中x21， y^2和z21。
18. 权利要求17的方法，其中所述CxHyFz气体包括CH2F。
19. 权利要求18的方法，其中所述第一和第二隔离结构被蚀刻到至少IOOA 的深度，其中所述衬底的暴露部分被蚀刻至800A或更深。
20. 权利要求12的方法，其中所述第一和第二隔离结构包括氧化物。
全文摘要
一种制造鳍状晶体管的方法，包括利用隔离掩模，使提供在衬底上方的第一垫层图案化；利用所述隔离掩模和所述第一垫层，蚀刻所述衬底以形成沟槽；使用绝缘材料填充所述沟槽，以形成隔离结构；使用具有绝缘材料比第一垫层的高选择比的气体，蚀刻在沟槽中的隔离结构，以形成鳍状结构；在所述鳍状结构上方，形成栅极绝缘层；和在所述栅极绝缘层上方，形成导电层。
文档编号H01L21/336GK101154597SQ20071010529
公开日2008年4月2日 申请日期2007年5月31日 优先权日2006年9月29日
发明者金光玉 申请人:海力士半导体有限公司