用于改善FINFET效能的栅极裙氧化及其制造方法与流程

本揭示内容涉及鳍式场效应晶体管(finfet)装置及其制造。特别是，本揭示内容涉及用于增加finfet效能的氧化栅极裙。

背景技术：

晶体管的尺寸已持续被缩小以提高效能及减少耗电量。这已导致出现更有效率的可缩放电子装置及增加的用户经验。不过，小型化也已增加制造装置的复杂度。finfet及其他多栅极装置的制造商所面对的挑战之一是最大化功率效能。可惜，装置缩放及制程可能引进最小化交流电(ac)效能的缺陷。例如，金属栅极在鳍片上方垂直延伸的长度在蚀刻期间可能无意中延伸。栅极的延伸长度导致栅极电容增加而限制交流电效能。

因此，亟须一种有受控栅极长度用以提高功率效能的finfet装置及其制造方法。

技术实现要素：

本揭示内容的一方面为一种有增加功率效能的finfet装置。

本揭示内容的另一方面为一种用间隔件的第一及第二氧化部分及该间隔件形成邻接于栅极的低介电部分来控制栅极长度在finfet内的方法。

本揭示内容的附加方面及其他特征会在以下说明中提出以及部分在本领域技术人员审查以下内容或学习本揭示内容的实施后会明白。按照随附权利要求书的特别提示，可实现及得到本揭示内容的优点。

根据本揭示内容，有些技术效果部分可用一种方法达成，其包括：形成在多个鳍片上方延伸的垂直栅极；沉积各自的氧化物层于该垂直栅极与该多个鳍片的各自的交叉点处形成的多个裙区上方；以及氧化各个氧化物层以形成多个氧化栅极裙。

本揭示内容的数个方面包括：形成沿着该垂直栅极的各侧且邻接该多个氧化栅极裙的间隔件，其中该间隔件的有效面积包括该多个氧化栅极裙的各自的面积。数个其他方面包括该间隔件，其包括非晶硅(a-si)、氧碳氮化硅(siliconoxycarbonitride,siocn)或碳氮化硅硼(silicoboroncarbonitride,sibcn)。另一方面包括：用原子层沉积(ald)或等离子体增强式ald沉积该各个氧化物层。

数个附加方面包括：用以下方式氧化各氧化物层：施加前驱物至该多个裙区用于与各个相应氧化物层反应，其中该前驱物包括：(n,n-二甲胺基)三甲基硅烷，(ch3)3sin(ch3)2，乙烯基三甲氧基硅烷，三乙烯甲氧基硅烷(ch2¹/4ch)3sioch3)，四(二甲胺基)硅烷si(n(ch3)2)4，三(二甲胺基)硅烷(tdmas)sih(n(ch3)2)3，ch2¹/4chsi(och3)3，以氧等离子体作为反应物的二异丙基胺基硅烷(dipas)，和以臭氧作为反应物的双(乙基-甲基-氨基)硅烷(bemas)。数个其他方面包括该反应是在一反应室内在室温至600℃的温度发生且各个相应氧化物层暴露于一系列的前驱物持续20秒至4小时。数个附加方面包括：该反应室以10瓦特至100瓦特的功率位准运作。数个其他方面包括：该反应室以0毫托(mtorr)至1毫托的开阀压力运作。另一方面包括：形成由二氧化硅(sio2)、氮氧化硅(sion)或二氧化钛(tio2)组成的该氧化物层。数个附加方面包括：形成与该多个鳍片垂直的该垂直栅极，其中该垂直栅极包括a-si、硅锗(sige)或外延硅。

本揭示内容的另一方面为一种装置，其包括：多个鳍片，形成于衬底内；垂直栅极，经形成为在该多个鳍片上方垂直地延伸；以及多个氧化栅极裙，经形成为填入在该垂直栅极与该多个鳍片的交叉点处形成的相应裙区。

该装置的数个方面包括：间隔件，经形成为沿着该垂直栅极的各侧且邻接该多个氧化栅极裙，其中该间隔件的有效面积包括该多个氧化栅极裙的各自面积。另一方面包括：由a-si、siocn或sibcn形成的该间隔件。其他方面包括：沉积于该相应裙区中的各者上方的多个氧化物层。另一方面包括：用ald或等离子体增强式ald沉积的该氧化物层。另一方面包括该氧化物层，其包括sio2、sion或tio2。其他方面包括：垂直于该多个鳍片的该垂直栅极，且其中该垂直栅极包括a-si、sige或外延硅。

本揭示内容的另一方面为一种装置，包括：间隔件的第一及第二氧化部分，形成于栅极的第一及第二裙区上方；以及该间隔件的低介电部分，经形成为邻接该栅极和该间隔件的该第一及第二氧化部分，其中该第一及第二裙区形成在该栅极与各自的第一及第二鳍片的各自的交叉点处。

本揭示内容的数个方面包括：形成该间隔件中由sio2、sion或tio2组成的该第一及第二氧化部分。另一方面包括：形成该间隔件中由a-si、siocn或sibcn组成的该低介电部分。

本领域技术人员由以下详细说明可明白本揭示内容的其他方面及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述本揭示内容的具体实施例。应了解，本揭示内容能够做出其他及不同的具体实施例，以及在各种明显的方面，能够修改数个细节而不脱离本揭示内容。因此，附图及说明内容本质上应被视为图解说明用而不是用来限定。

附图说明

在此用附图举例说明而不是限定本揭示内容，图中类似的组件用相同的附图标记表示，且其中：

图1a及图1b的俯视图根据数个示范具体实施例示意图示有多个裙区的finfet；

图1c及图1d的俯视图根据数个示范具体实施例示意图示有用于填入多个裙区的多个氧化裙的finfet；以及

图1e的立体图根据一示范具体实施例示意图示有用于填入多个裙区的多个氧化裙的finfet横截面。

主要附图标记说明

100finfet装置、装置

101a-101c(金属)栅极

102部分

103、103a-103c鳍片

104、106方向

105栅极裙区、金属化栅极裙区、裙区

105a、105b栅极裙区

108乙二醇层

109部分

111a、111b间隔件区、区域

115氧化裙、氧化栅极裙

115a、115b氧化裙

117a、117b间隔件

119直线

121氧化物层

123衬底。

具体实施方式

为了解释，在以下的说明中，提出许多特定细节供彻底了解示范具体实施例。不过，显然在没有该特定细节下或用等效配置仍可实施示范具体实施例。在其他情况下，众所周知的结构及装置用方块图图标以免不必要地混淆示范具体实施例。此外，除非另有说明，在本专利说明书及权利要求书中表示成分、反应条件等等的数量、比例及数值性质的所有数字应被理解为在所有情况下可用措辞“约”来修饰。

本揭示内容针对且解决finfet装置内出现延伸栅极长度的问题，例如栅极裙。和直边角落相反，栅极裙是指在装置的金属栅极与一或多个鳍片的交叉点(角落)附近形成裙状突出物或凸部的物理特性。当出现栅极裙时，栅极的有效长度增加，这也导致栅极电容增加且限制交流电效能。

栅极裙通常在栅极反应性离子蚀刻(rie)制程期间形成，在此离子局限于角落会产生rx孔洞(fin通道的非所欲蚀刻)。若置之不理，栅极裙使装置的预期运作及/或效能偏离预定设计规格。例如，当沉积金属于鳍片上方以形成栅极时，裙区也金属化，从而增加金属栅极在鳍片上方的有效长度以与栅极的有效电容。偏离的栅极长度(例如，每纳米小到3％)也使从源极越过栅极到漏极的ac电路效能恶化。

可惜，减少栅极裙对半导体制造商而言是挑战，特别是在多晶硅蚀刻期间。蚀刻需要按照规格来形成及/或图案化鳍片或栅极，包括企图移除栅极裙。不过，栅极裙的过度蚀刻可能引进主动栅极或鳍片的主动区孔洞(rx孔洞)，同时蚀刻不足导致蚀刻材料的残余积累。栅极裙也可能在后续制造期间造成下游的严重rx孔洞，就像在取代金属栅极(rmg)程序的金属栅极柱(metalgatevia)执行期间一样。再者，下游栅极泄漏可靠性问题可能起因于在绝单相位频率制造(true-single-phase-clockingfabrication)期间出现的不适当崩溃电压。

特别是，根据本揭示内容的数个具体实施例，通过形成填入装置的栅极裙区的氧化裙来解决上述问题。在此为了图解说明，用finfet装置描述该示范具体实施例。不过，所描述的示范装置及方法可应用于任何单或多栅极电路的制造及/或设计。

根据本揭示内容的数个具体实施例的方法包括：形成在多个鳍片上方延伸的垂直栅极。然后，氧化形成在栅极与多个鳍片的各自的交叉点处的多个裙区中的每一个裙区，以填满该多个裙区中的每一个裙区。该氧化栅极裙经形成为可填入该多个裙区，由此具有裙区的形状。结果，被氧化栅极裙占用的面积与间隔件的低介电部分的面积构成间隔件的有效面积。

此外，本领域技术人员由以下实施方式可明白本揭示内容的其他方面、特征及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述本揭示内容的具体实施例。本揭示内容能够做出其他及不同的具体实施例，而且能够修改其在各种不同方面的数个细节。因此，附图及说明内容本质上应被视为图解说明用而不是用来限定。

图1a至图1b的俯视图根据数个示范具体实施例示意图示有多个裙区的finfet。请参考图1a的俯视图，finfet装置100包括有多个(金属)栅极101a-101c(在此一起被称为栅极101)形成于其上的多个鳍片103a-103c(在此一起被称为鳍片103)。鳍片103可进一步包含乙二醇层(ethyleneglycollayer)108，其用于隔绝鳍片103在制造期间的过度加热劣化(excessiveheatdeterioration)。例如，乙二醇层108可具有合适的热传递系数用于在形成栅极101期间隔绝鳍片103。鳍片103在衬底(为求便于图解说明而未图示)内形成为向上延伸高出装置100表面的结构。因此，该鳍片提供最终形成多个垂直栅极101(亦即，作为栅极电极)于其上的架构。此外，可在鳍片103之间或四周形成外延层(为求便于图解说明而未图标)用于finfet装置100的进一步发展。

在某些具体实施例中，栅极101由金属制成，例如a-si、sige或外延硅。或者，栅极101可由多晶硅形成为复晶栅极结构(polygatestructure)。在此为了图解说明，栅极101可属于任一形式的栅极电极制造。此外，形成垂直延伸到鳍片103的栅极101，而产生用于支撑多个finfet的多栅极装置架构。例如，栅极101图标为在多个阴影鳍片103a-103c(延伸方向106)上方朝方向104而延伸越过装置100表面的无阴影区。照此，各栅极101主体的部分(例如，栅极101b的部分111)直接在各自的鳍片103c上方延伸，同时其他部分在各自的鳍片103b、103c之间延伸(例如，栅极101b的部分109)。

在某些具体实施例中，自其形成鳍片103的衬底(为求便于图解说明而未图示)可为硅(si)。用习知微影或蚀刻技术加工该衬底以形成鳍片103。提供作为绝缘体的介电层(为求便于图解说明而未图示)也可形成于衬底上面以提供装置100表面。此外，蚀刻装置100表面可蚀刻有线/图标记，用于沿着表面以及在鳍片103上方指定多个栅极101的布置。在蚀刻的情形下，该制程的执行可为例如干式蚀刻、反应性离子蚀刻(rie)、等离子体蚀刻、离子束蚀刻、激光烧蚀等等。

在某些实例中，可在早期阶段的上述蚀刻制程期间形成一或多个栅极裙区105。例如，该栅极裙区为形成在衬底表面或其附近的弯曲区域或突出物(例如，凸部)。

图1b的放大图图示图1a的finfet装置100的一部分102用于进一步描绘栅极裙区105。在图1b中，示范栅极裙区105a及105b(在此一起被称为栅极裙区105)图示成其各自出现在鳍片103a及103b的角落及/或与栅极101b的交叉点处。也图示间隔件区111a及111b；沿着栅极101b两侧最终可形成低介电(低k)间隔件的开放区域。用来形成低k间隔件的材料可包含a-si，siocn或sibcn或适用于硅基装置制造的任何其他材料。在此实例下，当间隔件形成在各自的区域111a及11b时，介电间隔件最终覆盖及/或包含取决于栅极裙的尺寸的金属化栅极裙区105。

尽管在该示范具体实施例中图示成一致，然而各个栅极裙区105a及105b的尺寸在深度、大小、形状等等可不同；最终各自导致栅极101接触鳍片103a及103b的附加长度。例如，栅极由栅极裙引起的附加长度可由以下公式给出：

栅极裙长度＝栅极金属长度+介电层长度

就小型微处理器设计而言，栅极裙长度可能以纳米测量。如前述，栅极裙长度(单位：纳米)的增量对应至栅极101b在finfet装置100运作期间的有效电容的增量。

图1c至图1d的俯视图根据数个示范具体实施例示意图示有用于填入多个裙区的多个氧化裙的finfet。氧化裙115对应至finfet装置100中用氧化物层填满图1a的开放的栅极裙区105的区域。用ald或等离子体增强式ald，在裙区105上方形成氧化物层，例如sio2、sion或tio2。然后，执行等离子体氧化以氧化裙区105。例如，将finfet装置100安置于反应室(为求便于图解说明而未图示)内，且暴露于前驱物，例如，(n,n-二甲胺基)三甲基硅烷，(ch3)3sin(ch3)2，乙烯基三甲氧基硅烷，三乙烯甲氧基硅烷(ch2¹/4ch)3sioch3)，四(二甲胺基)硅烷si(n(ch3)2)4，三(二甲胺基)硅烷(tdmas)sih(n(ch3)2)3，ch2¹/4chsi(och3)3，以氧等离子体作为反应物的二异丙基胺基硅烷(dipas)，和以臭氧作为反应物的双(乙基-甲基-氨基)硅烷(bemas)，这些前驱物是通过以例如10标准立方公分/分钟(sccm)至50sccm的流率输送例如10瓦特至100瓦特的功率位准至反应室持续60秒至4小时来产生。该前驱物在反应室中也可维持在0毫托至1毫托的压力。这导致薄氧化物膜缓慢地沉积于裙区105上方以产生氧化栅极裙115。

在一替代具体实施例中，该氧化制程可在多晶提拉程序(polycrystallinepullingprocedure)或其他制造步骤期间执行。在提拉制程的情形下，修饰在衬底及/或介电层内的多晶硅块或多晶硅粒以优化装置效能。依照此办法，氧化物层在多晶硅的熔化或加压期间可被氧化。照此，氧化裙115可形成为装置制程的固有部分而不需要重大的附加步骤。

请参考图1d的放大图图示图1c的finfet装置100的一部分102用于进一步描绘氧化栅极裙115。根据该示范具体实施例，间隔件117a及117b沿着栅极101b的两侧且邻接氧化栅极裙115地延伸。照此，由图1a及图1b的栅极裙105形成的开口换成氧化栅极裙115以变成间隔件的有效面积的一部分。结果，用间隔件按照设计规格来维持栅极长度101而不是附加栅极裙长度。

图1e的立体图根据一示范具体实施例示意图示具有用于填入多个裙区的多个氧化裙的finfet的横截面。该横截面对应至横贯图1d的finfet装置100的部分102的放大图的直线119。在此实施例中，间隔件117a及117b图示成其与形成于氧化物层121上方的垂直栅极101b并排地形成，氧化物层121则搁在衬底123上。再者，间隔件117a及117b经形成以与垂直栅极101b邻接的方式延伸于鳍片103之间且于氧化裙115a及115b上方，从而包含及/或合并氧化裙115a及115b的面积作为间隔件117a及117b的有效面积的一部分。

吾等预期，本文的示范具体实施例可能涉及氧化裙115a及115b与各个间隔件117a及117b的任何邻接取向。例如，栅极裙的高度或深度可能与图示的不同(例如，可能不出现于氧化物层121及/或衬底123的表面附近)，从而影响所施加的氧化剂的数量或填满栅极裙所需的开放空间数量。该示范具体实施例应用于氧化裙与较低介电材料的任何邻接布置，其中，氧化裙与较低介电材料变成实体及/或功能合并在一起。

描述于本文的示范制程在finfet装置的设计及制造提供数种优点。在一优点中，装置的栅极裙区在制造期间氧化而不须附加步骤，以改善装置的固有ac功率效能。作为另一优点，维持栅极金属长度且有效地转换/合并栅极裙区与低介电间隔件。在另一优点中，可排除在取代金属栅极制程期间出现的rx孔洞及缺陷。应注意，提及于本文的示范技术可与任何已知互补金属–氧化物–半导体(cmos)加工流程整合。

根据本揭示内容的数个具体实施例所形成的装置可用于各种工业应用，例如微处理器、智能型手机、移动电话、手机、机顶盒、dvd刻录机及播放器、汽车导航、打印机及接口设备、网络及电信设备，游戏系统及数字相机。因此，本揭示内容在产业上可用于制造各种高度整合半导体装置中的任一者。本揭示内容特别可应用于先进技术节点的半导体装置，例如finfet。

在以上说明中，用数个特定示范具体实施例来描述本揭示内容。不过，显然仍可做出各种修改及改变而不脱离本揭示内容更宽广的精神及范畴，如权利要求书所述。因此，本专利说明书及附图应被视为图解说明用而非限定。应了解，本揭示内容能够使用各种其他组合及具体实施例且在如本文所述的本发明概念范畴内能够做出任何改变或修改。