一种鳍式场效应晶体管的制造方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管(finfield-effecttransistor，finfet)的制造方法。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互补式金氧半导体晶体管)器件的尺寸也不断缩小。由于cmos器件按比例缩小时栅极的线宽也随之缩小，源极或漏极很容易漏电，cmos器件的饱和电流也难以提高，因此cmos器件从二维平面型向三维型发展，鳍式场效应管(finfet)应运而生。

鳍式场效应晶体管是一种新的互补式金氧半导体晶体管。鳍式场效应晶体管的主要特点是其沟道区域呈被栅极包裹的鳍状半导体。沿源漏方向的鳍的长度为沟道长度。栅极包裹的结构增强了栅的控制能力，对沟道提供了更好的电学控制。相对于传统的平面晶体管而言，鳍式场效应晶体管具有以下优势：

(1)鳍式场效应晶体管沟道一般是轻掺杂甚至不掺杂的，它避免了离散的掺杂原子的散射作用，同重掺杂的平面器件相比，载流子迁移率将会大大提高；

(2)与传统的平面cmos相比，鳍式场效应晶体管器件在抑制亚阈值电流和栅极漏电流方面有着绝对的优势。鳍式场效应晶体管的双栅或半环栅等体鳍形结构增加了栅极对沟道的控制面积，使得栅控能力大大增强，从而可以有效抑制短沟效应，减小亚阈值漏电流；

(3)由于短沟效应的抑制和栅控能力的增强，鳍式场效应晶体管器件可以使用比传统晶体管更厚的栅氧化层，使得栅漏电流随之减小；

(4)由于鳍式场效应晶体管在工艺上与cmos技术相似，技术上比较容易实现。

由于以上明显优势，鳍式场效应晶体管已被很多大企业用在小尺寸半导体器件的制造中。为了提高finfet工艺中器件的密度，现有技术利用多个单扩散区切断(singlediffusionbreak，sdb)来形成更多更窄的浅沟槽隔离，以节省栅极阵列的区域。

一般情况下，单扩散区切断在鳍片制作完成之前形成，但该种方式容易导致以下问题：

(1)蚀刻工艺困难，cmos器件的源漏极出现漏电的风险变高；

(2)高的纵横比容易导致沟槽的填充性能变差；

(3)需要覆盖比较大的虚拟栅极来避免后续工艺产生高的漏电流，但较大的虚拟栅极会导致金属栅极与金属层之间的接触性能变差；

(4)源漏极的外延面有缺角，不能形成理想的外延面，且形成的外延面极不对称；

(5)鳍片的边缘会出现接触贯通等等问题。

上述问题均会导致半导体器件的性能受到影响。为解决上述问题，本发明旨在提出一种鳍式场效应晶体管的制造方法，该方法改进了单扩散区切断在finfet形成过程中的制造次序，从而防止了上述问题的出现。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种鳍式场效应晶体管的制造方法，包括：在衬底上形成若干条状鳍片和虚拟栅极，所述虚拟栅极的两侧形成有侧墙；在所述条状鳍片上形成源极或漏极；沉积层间介质层，并对所述层间介质层进行化学机械平坦化cmp以露出所述虚拟栅极的顶部；在单扩散区域形成单扩散区切断；以及将所述单扩散区域以外的其它虚拟栅极替换为金属栅极。

更进一步地，所述在单扩散区域形成单扩散区切断包括：蚀刻在单扩散区域内的虚拟栅极及其下方的硅衬底以形成单扩散区沟槽；在所述单扩散区沟槽内沉积填充材料以填满所述单扩散区沟槽；以及对所述填充材料进行化学机械平坦化使得所述填充材料与所述层间介质层平齐以形成所述单扩散区切断。

更进一步地，所述蚀刻在单扩散区域内的虚拟栅极及其下方的硅衬底以形成单扩散区沟槽包括：在所述单扩散区域以外的其它区域形成单扩散区遮罩以打开所述单扩散区域内的虚拟栅极；蚀刻被打开的虚拟栅极以及所述被打开的虚拟栅极下方的硅衬底以形成所述单扩散区沟槽；以及去除所述单扩散区遮罩。

更进一步地，所述在单扩散区域以外的其它区域形成单扩散区遮罩包括：利用光阻或硬掩膜将所述单扩散区域以外的其它区域覆盖以形成所述单扩散区遮罩。

更进一步地，所述蚀刻在单扩散区域内的虚拟栅极及其下方的硅衬底以形成单扩散区沟槽包括：蚀刻去除所述单扩散区域内的虚拟栅极；以及蚀刻所述单扩散区域内的虚拟栅极下方的硅衬底至预设深度以形成所述单扩散区沟槽。

在一实施例中，所述蚀刻去除所述单扩散区域内的虚拟栅极包括：通过干法蚀刻或湿法蚀刻工艺去除所述单扩散区域内的虚拟栅极；在一实施例中，所述蚀刻所述单扩散区域内的虚拟栅极下方的硅衬底至预设深度包括：通过干法蚀刻去除所述单扩散区域内的虚拟栅极下方的硅衬底至预设深度。

更进一步地，所述蚀刻单扩散区域内的虚拟栅极下方的硅衬底至预设深度以形成所述单扩散区沟槽还包括：基于所述单扩散区切断所需的深度确定所述预设深度。

更进一步地，所述单扩散区切断的深度为300～2000埃。

更进一步地，所述填充材料为氮化硅或硅的氧化物。

更进一步地，所述将单扩散区域以外的其它虚拟栅极替换为金属栅极包括：采用替代金属浇口工艺将所述单扩散区域以外的其它虚拟栅极替换为金属栅极。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

图1是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的鳍式场效应晶体管的制造方法的流程示意图；

图2是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的一工艺阶段的finfet器件的剖面结构示意图；

图3是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的一工艺阶段的finfet器件的剖面结构示意图；

图4是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的一工艺阶段的finfet器件的剖面结构示意图；

图5是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的finfet器件的剖面结构示意图；

图6是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的finfet器件的俯视结构示意图；

图7是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的鳍式场效应晶体管的制造方法的部分流程示意图；

图8是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的鳍式场效应晶体管的制造方法的部分流程示意图。

为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：

s110～s150步骤

101衬底

102条状鳍片

103虚拟栅极

1031单扩散区域内的虚拟栅极

104侧墙

105源极或漏极

106层间介质层

107单扩散区遮罩

108单扩散区沟槽

109单扩散区切断

具体实施方式

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

而且，权利要求中未明确表示用于执行特定功能的装置、或用于执行特定功能的步骤的任意组件皆不应被理解为如35usc第112章节第6段中所规定的装置或步骤条款。特别地，在此处的权利要求中使用“….的步骤”或“….的动作”并不表示涉及35usc§112第6段的规定。

注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

根据本发明的一个方面，提供一种鳍式场效应晶体管的制造方法，用于在鳍式场效应晶体管的批量制造过程中，改进单扩散区切断形成的工艺阶段，从而解决了现有的单扩散区切断的形成阶段导致的cmos器件性能变差的问题，且无需扩大虚拟栅极的特征尺寸(criticaldimension，cd)，因此导致金属栅极与金属层之间的接触性能也随之变好。

在一实施例中，如图1所示，鳍式场效应晶体管的制造方法包括步骤s110～s150。

其中，步骤s110为：在衬底上形成若干条状鳍片和虚拟栅极，所述虚拟栅极的两侧形成有侧墙。

图2示出了一finfet的剖面结构示意图，图6则示出了一finfet的俯视结构示意图。

具体地，如图2所示，步骤s110首先可包括提供衬底101。该衬底101可以是硅衬底。进一步地，在衬底101上先形成若干个条状鳍片102，然后形成若干个虚拟栅极103，虚拟栅极103的两侧形成有侧墙104。

一般情况下，若干个条状鳍片102相互平行，若干个虚拟栅极103相互平行，虚拟栅极103与条状鳍片102垂直；虚拟栅极103覆盖条状鳍片102的一部分。如图6所示，衬底101(未示出)上包括若干个条状鳍片102与若干个虚拟栅极103。

本领域的技术人员可以理解，虚拟栅极103可包括多晶硅栅和临时栅氧化层等结构。

本领域的技术人员可以理解，鳍片102和虚拟栅极103的形成可采用现有的或将有的鳍片和虚拟栅极的形成方法来形成，并不以上述的形成顺序或形成方法为限。

步骤s120为：在所述条状鳍片上形成源极或漏极。

如图2所示，通过光刻和离子注入工艺，在若干个条状鳍片102未被虚拟栅极103覆盖的部分上形成源极或漏极105。

较优地，采用自对准工艺在所述条状鳍片上形成源极或漏极的外延区。

步骤s130为：沉积层间介质层，并对所述层间介质层进行化学机械平坦化cmp(chemicalmechanicalplanarization)以露出所述虚拟栅极的顶部。

在衬底101的表面沉积层间介质层(interlayerdielectric，ild)106，然后对层间介质层106进行cmp,当露出虚拟栅极103的顶部时，停止cmp。

步骤s140为：在单扩散区域形成单扩散区切断。

单扩散区域时指需要形成单扩散区切断的虚拟栅极的区域。

现有技术中，存在利用金属栅极来形成单扩散区切断的方案。即在形成层间介质层之后，需要先将虚拟栅极替换为金属栅极，再在金属栅极的基础上形成单扩散区切断。可以理解，在将虚拟栅极替换为金属栅极时，单扩散区域内的虚拟栅极也被替换，造成了资源的浪费；同时，虚拟栅极的去除会导致虚拟栅极区域的特征尺寸的变大，因此会造成金属栅极与金属层之间的接触性能变差。

而本发明在对层间介质层cmp之后以及替换虚拟栅极之前形成单扩散区切断，既避免了在源极或漏极形成之前形成单扩散区切断导致的源极或漏极的外延面有缺角和不对称的问题，又避免了扩大虚拟栅极导致的金属栅极与金属层之间的接触性能变差的问题，进而达到了更好的cmos器件的效能以及良率的改善。

步骤s150为：将所述单扩散区域以外的其它虚拟栅极替换为金属栅极。

可采用传统的替代金属浇口工艺来将虚拟栅极替换为金属栅极。具体可先通过光刻、或刻蚀工艺去除虚拟栅极，包括构成虚拟栅极的多晶硅栅和临时栅氧化层，形成沟槽，同时保留虚拟栅极两侧的侧墙；再依次在沟槽内沉积界面氧化层、高k介质层、金属层以形成金属栅极。本领域的技术人员可以理解，还可采用其他现有或将有的制造工艺来将虚拟栅极替换为金属栅极。

进一步具体地，假设图2中的虚拟栅极1031为预设的需要形成单扩散区切断的单扩散区域，以该虚拟栅极1031为例来简要地说明单扩散区切断的形成步骤s140的具体过程。

如图7所示，步骤s140可具体包括步骤s141～s143。

其中，步骤s141为：蚀刻在单扩散区域内的虚拟栅极及其下方的硅衬底以形成单扩散区沟槽。

可以理解，为准确地蚀刻到单扩散区域内的虚拟栅极，可先在单扩散区域以外的其他区域形成单扩散区域遮罩。则在一具体实施例中，如图8所示，步骤s141可包括步骤s1411～s1413。

其中，步骤s1411为：在所述单扩散区域以外的其它区域形成单扩散区遮罩以打开所述单扩散区域内的虚拟栅极。

遮罩是不与蚀刻材料反应的材料，因此可防止单扩散区域以外的其它区域被蚀刻。而单扩散区域未被遮罩覆盖，因此蚀刻工艺仅对单扩散区域内的虚拟栅极进行。

具体地，如图3所示，可利用光阻或硬掩膜将所述单扩散区域以外的其它区域覆盖以形成所述单扩散区遮罩107。遮罩的具体形成过程为本领域的常规技术手段，仅以硬掩膜作为遮罩为例来进行简要说明。

可先在衬底101上生成硬掩膜(hardmask，hm)，硬掩膜可以是sin、sio、sino或其他合适的材料制成。其次，在硬掩膜层之上旋涂光刻胶材料，通过图案化的光刻胶层用作掩模来图案化硬掩膜层以打开单扩散区域即虚拟栅极1031。

步骤s1412为：蚀刻被打开的虚拟栅极以及所述被打开的虚拟栅极下方的硅衬底以形成所述单扩散区沟槽。

通过将遮罩107用作掩模，对虚拟栅极1031以及虚拟栅极1031下方的硅衬底101进行蚀刻。较优地，保留虚拟栅极1031的两侧的侧墙104。

更进一步地，可采用不同的蚀刻工艺来去除虚拟栅极1031与虚拟栅极1031下方的硅衬底。具体地，可先蚀刻去除所述单扩散区域内的虚拟栅极1031，再蚀刻虚拟栅极1031下方的硅衬底至预设深度，从而形成单扩散区沟槽108，如图4所示。

虚拟栅极1031下方的硅衬底的蚀刻深度即预设深度可基于单扩散区切断所需的深度进行设置。

较优地，所述单扩散区切断的深度为300～2000埃。

可选地，可通过干法蚀刻或湿法蚀刻工艺去除虚拟栅极1031。

可选地，可通过干法蚀刻去除所述单扩散区域内的虚拟栅极下方的硅衬底。

步骤s1413为：去除所述单扩散区遮罩。

在沉积填充材料之前，去除步骤s1411中在衬底表面形成的光刻胶或硬掩模，即图3所示的单扩散区遮罩107。

在形成单扩散区沟槽108后，步骤s142为：在所述单扩散区沟槽内沉积填充材料以填满所述单扩散区沟槽。

填充材料可采用与层间介质层相同的材料。较优地，填充材料为氮化硅或硅的氧化物。

步骤s143为：对所述填充材料进行化学机械平坦化使得所述填充材料与所述层间介质层平齐以形成所述单扩散区切断。

如图5或图6所示，在沉积填充材料后，对填充材料进行cmp，当露出层间介质层106时，停止cmp，完成单扩散区切断109的制作。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本发明所述的鳍式场效应晶体管的制造方法的优势在于：

(1)无需扩大虚拟栅极的特征尺寸，因此金属栅极与金属层之间的接触性能更好；

(2)可形成高质量的源极和漏极；

(3)较少的沟槽的填充性能变差问题；

(4)不存在鳍片区域的外延面的不对称生长问题；

(5)避免了鳍片的边缘出现接触贯通问题。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。