鰭式場效應電晶體及其製作方法
2023-06-01 23:24:06 2
專利名稱：鰭式場效應電晶體及其製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種鰭式場效應電晶體及其製作方法。
背景技術：
自半導體集成電路發展以來，其性能一直穩步提高。性能的提高主要是通過不斷縮小集成電路中半導體元件的尺寸來實現的。其中，CMOS電晶體是一種至關重要的半導體元件。隨著半導體技術的發展，CMOS電晶體的特徵尺寸已經縮小到45納米節點。但在45納米節點以下，傳統的平面CMOS技術很難進一步發展，新的技術必須適時產生。在所提出的各種技術中，多柵電晶體技術被認為是最有希望在亞45納米節點後能得到應用的技術。與傳統單柵電晶體相比，多柵電晶體具有更強的短溝道抑制能力、更好的亞閾特性、更高的驅動能力以及能帶來更高的電路密度。目前，鰭式場效應電晶體(FinFET)因其自對準結構可由常規的平面CMOS工藝來實現，從而成為最有希望能得到廣泛應用的多柵電晶體。它既可以在體矽(Bulk Silicon)襯底上形成，也可以在絕緣體上娃(Silicon On Insulator, SOI)襯底上形成。另外,鰭式場效應電晶體的柵極既可由多晶矽也可由金屬等柵極材料形成。鰭式場效應電晶體在結構上可分為雙柵鰭式場效應電晶體和三柵鰭式場效應電晶體。現有技術中一種雙柵鰭式場效應電晶體的製作方法如下:如圖1A所示，提供半導體襯底1，半導體襯底I為體矽襯底。在半導體襯底I上依次形成墊氧化層2、硬掩膜層3，硬掩膜層3在後續化學機械拋光(CMP)過程中可以用作拋光阻擋層，其材質可為氮化矽。然後在硬掩膜層3上形成光刻膠層4，對光刻膠層4進行曝光、顯影，形成圖形化光刻膠。依次對沒有被圖形化光刻膠層4覆蓋的硬掩膜層3、墊氧化層2、半導體襯底I進行刻蝕，在半導體襯底I內至少形成兩個溝槽5。因此，相鄰溝槽5之間的半導體襯底I凸出(沿著垂直於半導體襯底表面Ia的方向向上凸出)，並且凸出的這部分半導體襯底構成鰭式場效應電晶體的鰭6。由此可知，在半導體襯底I內形成溝槽5的目的是為了在半導體襯底I上形成鰭式場效應電晶體的鰭6。如圖1B所示，去除光刻膠層4，在形成有溝槽5的半導體襯底I上沉積絕緣材料層以使溝槽5被其填充。絕緣材料層可以為氧化矽。利用化學機械拋光工藝對絕緣材料層進行拋光處理直至硬掩膜層3露出。依次去除硬掩膜層3、墊氧化層2，在半導體襯底I上形成淺溝槽隔離結構8。淺溝槽隔離結構8頂部8a高於半導體襯底I表面la。如圖1C所示，對淺溝槽隔離結構8進行刻蝕，使刻蝕後的淺溝槽隔離結構8』頂部8a』低於半導體襯底I表面la，即相鄰淺溝槽隔離結構8，之間的鰭式場效應電晶體的鰭6高於淺溝槽隔離結構8，頂部8a』，並暴露出來。在後續工藝中暴露出來的這部分鰭6可用於形成鰭式場效應電晶體的源極、漏極、溝道。圖3A是圖1C的俯視圖，結合圖1C、圖3A，可看出鰭6沿著平行於半導體襯底表面Ia的第一方向A-A延伸。為了能在鰭式場效應電晶體的柵極與半導體襯底之間獲得質量更高的高K柵介質層，可利用後柵極工藝(gate-last approach)形成鰭式場效應電晶體的柵極及高K柵介質層。後柵極工藝的基本原理是:首先在半導體襯底上沉積多晶矽層，在多晶矽層上形成圖形化光刻膠，對沒有被圖形化光刻膠覆蓋的多晶矽層進行刻蝕，以形成虛擬柵極；在虛擬柵極的兩側形成側牆；去除虛擬柵極，在虛擬柵極去除後所在的位置形成開口 ；依次沉積高K柵介質層、金屬柵極材料層以填充所述開口 ；利用化學機械拋光工藝對金屬柵極材料層、高K柵介質層進行平坦化處理，這樣就可以形成金屬柵極。利用後柵極工藝形成鰭式場效應電晶體柵極及高K柵介質層的製作方法如下:結合圖2A、圖1D (圖1D是圖2A沿另一個橫截面的剖視圖)及圖3B (圖3B是圖2A的俯視圖)所示，在形成有淺溝槽隔離結構8，的半導體襯底I上沉積虛擬柵極材料層，如多晶矽層，虛擬柵極材料層覆蓋在鰭6及淺溝槽隔離結構8』上方。在虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠層，然後對虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極9。虛擬柵極9沿著平行於半導體襯底表面Ia的第二方向B-B(第二方向B-B與第一方向A-A不同)延伸，並橫跨過鰭式場效應電晶體的鰭6，S卩，它的一部分(圖3B中鰭6的上下兩端部分)位於鰭6的兩側且位於淺溝槽隔離結構8』上方，一部分(圖3B中鰭6的中間部分)位於鰭6上方。鰭6的被虛擬柵極9包圍的部分(圖3B中兩條虛線之間的部分)用以形成鰭式場效應電晶體的溝道10。如圖2B所示，在虛擬柵極9的側壁(左右兩垂直側壁)形成側牆11。然後對鰭6的部分區域進行離子注入，以在鰭6中形成鰭式場效應電晶體的源極/漏極16。如圖2C所示，在虛擬柵極9形成有側牆11的半導體襯底I上沉積層間介質層12。利用化學機械拋光工藝對層間介質層12進行拋光處理直至虛擬柵極9露出。去除虛擬柵極9，在虛擬柵極9所在位置形成開口 13。如圖2D所示，在虛擬柵極9去除後的半導體襯底I上依次沉積高K柵介質層14、金屬柵極材料層15以填充開口 13,利用化學機械拋光工藝對金屬柵極材料層15、高K柵介質層14進行拋光處理直至層間介質層12露出，形成金屬柵極15。至此，鰭式場效應電晶體已製作完成。但在實際應用中發現，利用上述製作方法形成的鰭式場效應電晶體中金屬柵極與源極/漏極之間具有較大的寄生電容，嚴重影響了鰭式場效應電晶體的電學性能。
發明內容
本發明要解決的問題是:鰭式場效應電晶體中金屬柵極與源極/漏極之間具有較大的寄生電容，嚴重影響了鰭式場效應電晶體的電學性能。為解決這個問題，本發明提供了 一種鰭式場效應電晶體的製作方法，所述製作方法包括以下步驟:提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成鰭，所述鰭沿著平行於半導體襯底表面的第一方向延伸；在所述形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極，所述虛擬柵極沿著平行於半導體襯底表面的第二方向延伸，並橫跨過所述鰭；在所述虛擬柵極的兩側形成第一側牆，對鰭進行離子注入，以形成所述鰭式場效應電晶體的源極、漏極；去除所述虛擬柵極，在所述虛擬柵極的所在位置形成開口，依次沉積高K柵介質層、金屬柵極材料層以填充所述開口，形成金屬柵極；依次去除所述第一側牆，及金屬柵極側壁上的高K柵介質層。可選的，在所述虛擬柵極的兩側形成第一側牆並對所述鰭進行離子注入之後，在所述虛擬柵極的兩側形成第二側牆，所述第二側牆、第一側牆的材質不相同，然後再次對所述鰭進行離子注入。可選的，所述對鰭進行離子注入為低濃度離子注入，所述對鰭再次進行離子注入為中等濃度或高濃度離子注入。可選的，所述第一側牆的材質為多孔材料。可選的，所述第一側牆的材質為無定形碳。可選的，所述第一側牆的去除方法為灰化處理，其採用的刻蝕氣體包括02、C02、N2、H2、NH3> CH4中的至少一種。可選的，所述半導體襯底為體矽襯底，在所述半導體襯底上形成鰭的步驟包括:在所述半導體襯底中形成溝槽，相鄰所述溝槽之間的凸出的半導體襯底構成所述鰭。可選的，在所述形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極的步驟包括:在所述溝槽內填充材質為氧化矽的絕緣材料層，以形成淺溝槽隔離結構，然後對淺溝槽隔離結構進行刻蝕，使所述淺溝槽隔離結構的頂部低於所述半導體襯底的表面；沉積虛擬柵極材料層，在所述虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠，對沒有被光刻膠覆蓋的虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極，所述虛擬柵極的一部分位於鰭兩側的淺溝槽隔離結構上方，一部分位於所述鰭的上方。可選的，所述半導體襯底為絕緣體上矽襯底，其包括:依次堆疊的襯底、材質為氧化矽的埋入氧化層、矽層，在所述半導體襯底上形成鰭的步驟包括:在所述半導體襯底上形成圖形化光刻膠層，對沒有被光刻膠層覆蓋的矽層進行刻蝕，形成所述鰭。可選的，在所述形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極的步驟包括:在形成有鰭的半導體襯底上沉積虛擬柵極材料層，在所述虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠，對沒有被光刻膠覆蓋的虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極，所述虛擬柵極的一部分位於鰭的兩側的埋入氧化層上方，一部分位於鰭的上方。可選的，所述金屬柵極側壁上的高K柵介質層的去除方法為溼法刻蝕，其採用的刻蝕劑對高K柵介質層的刻蝕速率大於對位於高K柵介質層下方的淺溝槽隔離結構的刻蝕速率。可選的，所述金屬柵極側壁上的高K柵介質層的去除方法為溼法刻蝕，其採用的刻蝕劑對高K柵介質層的刻蝕速率大於對位於高K柵介質層下方的矽層的刻蝕速率。可選的，所述刻蝕劑為純酒精。可選的，所述第一側牆的厚度為5nm 10nm。相應的，本發明還提供一種鰭式場效應電晶體，其包括:形成在半導體襯底上的鰭；高K柵介質層，高K柵介質層的一部分位於所述鰭的兩側，一部分位於所述鰭的上方；形成在高K柵介質層上方的金屬柵極，所述金屬柵極的兩側形成有層間介質層，所述層間介質層與金屬柵極的側壁之間存在間隙。
可選的，所述層間介質層與所述金屬柵極的側壁之間形成有第二側牆，所述第二側牆與所述金屬柵極的側壁之間存在間隙。可選的，所述間隙的寬度為5nm 10nm。與現有技術相比，本發明具有以下優點:鰭式場效應電晶體中金屬柵極兩側壁上的高K柵介質層被有效清除，避免了金屬柵極與源極/漏極之間產生寄生電容，且在清除的過程中不會對鰭式場效應電晶體中的其它半導體結構造成損害，使形成的鰭式場效應電晶體具有良好的電學性能。
為了能更清楚的說明本發明要解決的技術問題及本發明的技術方案，附圖中同時採用了多種視圖(沿不同橫截面的剖視圖、及剖視圖所對應的俯視圖)以對鰭式場效應電晶體的結構進行說明。圖1A至圖1D是現有一種鰭式場效應電晶體的製作方法中鰭式場效應電晶體沿一個橫截面的剖視圖。圖2A至2D是現有一種鰭式場效應電晶體的製作方法中鰭式場效應電晶體沿另一個橫截面的剖視圖，這裡所述的另一個橫截面與上述圖1A至圖1D中所述的一個橫截面相
互垂直。圖3A是圖1C的俯視圖，圖3B是圖2A俯視圖。圖4是本發明的鰭式場效應電晶體的製作方法的實施例中鰭式場效應電晶體的製作流程圖。圖5A至圖5E是本發明的鰭式場效應電晶體製作方法的一個實施例中鰭式場效應電晶體沿一個橫截面的剖視圖。圖6A至圖6F是本發明的鰭式場效應電晶體製作方法的一個實施例中鰭式場效應電晶體沿另一個橫截面的剖視圖，這裡所述的另一個橫截面與上述圖5A至圖5E中所述的一個橫截面相互垂直。圖7A是圖的俯視圖，圖7B是圖6A的俯視圖。圖8A至圖SC是本發明的鰭式場效應電晶體製作方法的另一個實施例中鰭式場效應電晶體沿一個橫截面的剖視圖。圖9是本發明的鰭式場效應電晶體製作方法的另一個實施例中鰭式場效應電晶體沿另一個橫截面的剖視圖，這裡所述的另一個橫截面與圖8A至圖SC中所述的一個橫截
面相互垂直。圖1OA是圖8B的俯視圖，圖1OB是9的俯視圖。
具體實施例方式如背景技術中所述，現有技術中鰭式場效應電晶體的金屬柵極與源極/漏極之間具有較大的寄生電容，嚴重影響了鰭式場效應電晶體的電學性能。發明人經過分析得知，產生這種現象的原因是:如圖2D所示，利用後柵極工藝形成鰭式場效應電晶體的金屬柵極15時，雖然能形成質量更高的高K柵介質層14，但在沉積高K柵介質層14的同時，會造成金屬柵極15兩側壁(圖2D中左右垂直側壁)附著有高K柵介質層14，高K柵介質層14是一種介電常數很大的材料，在這種鰭式場效應電晶體結構中，金屬柵極15、源極/漏極16及高K柵介質層14會產生電容值較大的寄生電容。為解決上述問題，本發明提供了一種鰭式場效應電晶體及其製作方法，如圖4所示，所述製作方法包括以下製作流程:S1.提供半導體襯底，在半導體襯底上形成鰭式場效應電晶體的鰭，鰭沿著平行於半導體襯底表面的第一方向延伸。S2.在形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極，虛擬柵極沿著平行於半導體襯底表面的第二方向延伸，並橫跨過鰭。S3.在虛擬柵極的兩側形成第一側牆，對鰭進行離子注入以形成鰭式場效應電晶體的源極/漏極。S4.形成層間介質層，去除虛擬柵極，以在虛擬柵極所在位置形成開口。S5.依次沉積高K柵介質層、金屬柵極材料層以填充開口，去除層間介質層之上的金屬柵極材料層、高K柵介質層，形成金屬柵極。S6.依次去除第一側牆，及金屬柵極側壁上的高K柵介質層。下面結合附圖，通過具體實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據這些實施例，本領域的普通技術人員在無需創造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬於本發明的保護範圍。需說明的是，為了能更清楚的說明本發明的技術方案，本發明的實施例附圖中同時採用了多種視圖(沿不同橫截面的剖視圖、及剖視圖所對應的俯視圖)以對鰭式場效應電晶體的結構進行說明。理解本發明時應將多個附圖結合起來以便理解。首先執行步驟S1:提供半導體襯底，在半導體襯底上形成鰭式場效應電晶體的鰭，鰭沿著平行於半導體襯底表面的第一方向延伸。如圖5A所示，提供半導體襯底100，半導體襯底100可以是體矽襯底，也可以是絕緣體上矽襯底(Silicon On Insulator，SOI)。在本實施例中，半導體襯底100為體矽襯底。在半導體襯底100上依次形成墊氧化層101、硬掩膜層102、光刻膠層103。墊氧化層101可以是氧化矽，硬掩膜層102可以是氮化矽。墊氧化層101可以增強硬掩膜層102與半導體襯底100之間的界面特性，它可以利用熱氧化生長工藝、化學氣相沉積(CVD)工藝、原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)等方法形成。硬掩膜層102在後續工藝中可用作拋光阻擋層，它可以利用化學氣相沉積(CVD)工藝、原子層沉積(Atomic Layer Deposition,ALD)等方法形成。對光刻膠層103進行曝光、顯影以形成圖形化光刻膠，圖形化光刻膠上形成有開口。依次對位於開口下方的硬掩膜層102、墊氧化層101、半導體襯底100進行刻蝕以在半導體襯底100中至少形成溝槽105。這樣，相鄰溝槽105之間的半導體襯底100凸出(沿著垂直於半導體襯底表面IOOa的方向凸出)，凸出的這部分半導體襯底構成鰭式場效應電晶體的鰭106。鰭106可用於形成鰭式場效應電晶體的源極、漏極、溝道。由上述可知，當鰭式場效應電晶體是在體矽襯底上製作形成時，鰭式場效應電晶體的鰭是利用淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation)工藝定義形成。接著執行步驟S2:在形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極，虛擬柵極沿著平行於半導體襯底表面的第二方向延伸，並橫跨過鰭。如圖5B所示，去除光刻膠層103。在形成有溝槽105的半導體襯底100上沉積絕緣材料層107，以填充溝槽105。絕緣材料層107可以是但不限於氧化矽，其形成方法可以是化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)或熱氧化生長工藝。如,氧化娃可以利用TEOS(正矽酸乙酯)並通過化學氣相沉積工藝形成。在沉積絕緣材料層107之前，可在溝槽105側壁上沉積襯墊氧化層，以增強絕緣材料層107與半導體襯底100之間的界面特性。襯墊氧化層可以是但不限於氧化矽。利用化學機械拋光工藝去除位於硬掩膜層102上方的絕緣材料層107，直至硬掩膜層102露出。在對絕緣材料層107進行化學機械拋光過程中，硬掩膜層102用作拋光阻擋層。如圖5C所示，依次去除硬掩膜層102、墊氧化層101，形成淺溝槽隔離結構107，淺溝槽隔離結構107頂部107a高於半導體襯底100表面100a。結合圖5D、圖7A(圖7A是圖的俯視圖)所示，去除部分淺溝槽隔離結構107，使經過去除處理後的淺溝槽隔離結構107』頂部107a』低於半導體襯底100表面100a。SP，相鄰淺溝槽隔離結構107』之間的部分鰭106暴露出來。可以利用回蝕(etch back)工藝對淺溝槽隔離結構107進行刻蝕，直至部分鰭106暴露出來。暴露出來的鰭106經過後續處理後可用於形成鰭式場效應電晶體的源極、漏極、溝道。如圖7A所示，鰭106沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第一方向A-A延伸。結合圖6A、圖5E (圖5E是圖6A沿另一個橫截面的剖視圖)及圖7B (圖7B是圖6A的俯視圖)所示，在淺溝槽隔離結構107部分被去除、部分鰭106暴露出來後，在半導體襯底100上沉積虛擬柵極材料層，虛擬柵極材料層的材質可為多晶矽。在虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠，對沒有被圖形化光刻膠覆蓋的虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極111。虛擬柵極111沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第二方向B-B (第二方向B-B與本實施例中提到的第一方向A-A不同)延伸，並橫跨過鰭式場效應電晶體的鰭106。BP,虛擬柵極111的一部分(虛擬柵極111的兩端部分)位於鰭106的兩側(圖7B中上下兩側)，具體來說，是位於鰭106兩側的淺溝槽隔離結構107』的上方，一部分(虛擬柵極111的中間部分)位於鰭106的上方。鰭106的被虛擬柵極111包圍的部分(圖7B中兩條虛線之間的中間部分)用以形成鰭式場效應電晶體的溝道112。接著執行步驟S3:在虛擬柵極的兩側形成第一側牆，對鰭進行離子注入以形成鰭式場效應電晶體的源極/漏極。鰭式場效應電晶體的源極/漏極可由一次離子注入形成，也可由兩次離子注入(即倒摻雜離子注入工藝)形成。當鰭式場效應電晶體的源極/漏極由一次離子注入形成時，如圖6B所示，在虛擬柵極111的兩側形成第一側牆113，然後對鰭106進行離子注入，以使位於虛擬柵極111兩側的鰭106形成鰭式場效應電晶體的源極/漏極114。當鰭式場效應電晶體的源極/漏極是由兩次離子注入形成時，在虛擬柵極111兩側形成第一側牆113之後，對鰭106進行低濃度離子注入；然後在虛擬柵極111的兩側形成第二側牆115，再對鰭106進行中等濃度或高濃度離子注入。當鰭式場效應電晶體的源極/漏極114由倒摻雜離子注入工藝形成時，可以減少鰭式場效應電晶體溝道漏電流的產生。由於鰭106形成在淺溝槽隔離結構107』上方，半導體襯底100上相鄰鰭式場效應電晶體的鰭106、每個鰭式場效應電晶體106的源極/漏極114之間是隔絕的，減少了漏電流的產生。
在後續工藝中，第一側牆113會被去除，為了使第一側牆113在被去除的過程中不會損害半導體襯底100中的其它半導體結構，第一側牆113的材質可為多孔材料，多孔材料是一種很容易被去除的材料，且在去除的過程中不會損害其它半導體結構。在本實施例中，所述多孔材料為無定形碳，當然，它還可以是其它類似材料。為了使第一側牆113被去除後其所在位置形成的間隙較小，第一側牆113的厚度W為5nm 10nm。當鰭式場效應電晶體虛擬柵極111的兩側還形成有第二側牆115時，第一側牆113與第二側牆115的材料不相同，即第二側牆115為非多孔材料。這樣，當第一側牆113被去除時不會損傷第二側牆115。第二側牆115的材料可以是氮化矽、氮氧化矽等等。接著執行步驟S4:形成層間介質層，去除虛擬柵極，以在虛擬柵極所在位置形成開口。如圖6C所示，在鰭式場效應電晶體的源極/漏極114上沉積矽化物116，以減小鰭式場效應電晶體的源極/漏極114的表面電阻。然後在形成有矽化物116的半導體襯底100上沉積層間介質層117。利用化學機械拋光工藝對層間介質層117進行拋光處理。去除虛擬柵極111，虛擬柵極111所在位置形成開口 108。接著執行步驟S5:依次沉積高K柵介質層、金屬柵極材料層以填充開口，去除層間介質層之上的金屬柵極材料層、高K柵介質層，形成金屬柵極。如圖6D所示，在虛擬柵極111被去除後的半導體襯底100上依次沉積高K柵介質層118、金屬柵極材料層119以填充開口 108。在半導體襯底100上沉積高K柵介質層118、金屬柵極材料層119之後，開口 108的側壁(圖6D中左右兩垂直側壁)也沉積有高K柵介質層118。高K柵介質層118的材質可為Hf02、HfSi0、HfSi0N、HfZr0等合適的高K材料，它的形成方法可為化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)等。在本實施例中，高K柵介質層118的材質為HfO2。金屬柵極材料層119可包括一層金屬或多層材質不同的金屬，金屬柵極材料層119的材質可包括:Ta (鉭)、TaN(氮化鉭)、TaC (碳化鉭)、W(鎢)、WN(氮化鎢)、A1 (鋁)、TiAl (鋁化鈦)、TiAlN(氮化鈦鋁)、TiN(氮化鈦)等。金屬柵極材料層119的材質需根據鰭式場效應電晶體的應用需求設置，如當鰭式場效應電晶體設計為PMOS時，金屬柵極材料層119的材質可包括W(鎢)或Al (鋁)、TiN(氮化鈦)、WN(氮化鎢)、TiAl (鋁化鈦)、TiAlN(氮化鈦鋁)；如當鰭式場效應電晶體設計為NMOS時，金屬柵極材料層119的材質可包括W (鎢)或Al (鋁)、TiN (氮化鈦)、TaN (氮化鉭)、TiAl (鋁化鈦)。可利用物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)等工藝形成金屬柵極材料層119。在沉積高K柵介質層118之後、金屬柵極材料層119之前，還可在高K柵介質層118上沉積擴散阻擋層120，以防止金屬柵極材料層119中的金屬擴散到高K柵介質層118，從而影響高K柵介質層118的特性。擴散阻擋層120的材質可為TiAl (鋁化鈦)等等。可以利用化學機械拋光工藝依次對金屬柵極材料層119、高K柵介質層118進行拋光處理，直至層間介質層117露出，形成金屬柵極。接著執行步驟S6:依次去除第一側牆，及金屬柵極側壁上的高K柵介質層。如前所述，當第一側牆113的材質為無定形碳時，很方便將其去除，並且在去除的過程中，不會損傷其它半導體結構。如圖6E所示，可利用灰化(ashing)工藝將第一側牆113去除，刻蝕劑包括02、CO2, N2, H2, NH3> CH4中的至少一種。當然，還可以採用其它方法將第一側牆113去除。如圖6F所示，去除第一側牆113之後，再去除金屬柵極的側壁(圖6E中兩垂直側壁)上的高K柵介質層118。高K柵介質層118的去除方法有多種，在本實施例中，可利用溼法刻蝕將高K柵介質層118去除，且刻蝕劑對高K柵介質層118的刻蝕速度大於對高K柵介質層118下方材質為氧化矽的淺溝槽隔離結構的刻蝕速度。這樣，在刻蝕高K柵介質層118的過程中，不會損傷其下方的半導體結構。發明人發現，當刻蝕劑為純酒精時，可達到上述目的。相反，當利用氫氟酸等含水溶液去除高K柵介質層118時，氫氟酸等含水溶液對高K柵介質層118的刻蝕速度遠大於氧化矽的刻蝕速度，不能達到上述目的。鰭式場效應電晶體形成之後，還可對半導體襯底100進行其它半導體加工以形成半導體集成電路。在本發明的另一個實施例中，半導體襯底100為絕緣體上矽(Silicon OnInsulator)襯底，即鰭式場效應電晶體形成在絕緣體上娃襯底上。如圖8A所示,絕緣體上矽襯底100包括依次堆疊的襯底201、埋入氧化層202、矽層203。在本實施例中，埋入氧化層202的材質可為氧化矽。通過在矽層上形成圖形化光刻膠，然後對沒有被圖形化光刻膠覆蓋的矽層203進行刻蝕，如圖SB所示，即可在埋入氧化層202上形成鰭106，結合圖10A(圖1OA是圖8B的俯視圖)所示，鰭106沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第一方向A-A延伸。由此可見，當鰭式場效應電晶體形成在絕緣體上矽襯底上時，鰭106可通過刻蝕絕緣體上矽襯底的矽層203形成。與在體矽襯底上製作鰭時，該製作工藝更為簡單。結合圖9、圖8C(圖8C是圖9沿另一個橫截面的剖視圖)及圖1OB (圖1OB是圖9的俯視圖)所示，在形成有鰭106的絕緣體上矽襯底100上沉積虛擬柵極材料層。在虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠，對沒有被圖形化光刻膠覆蓋的虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極111。虛擬柵極111沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第二方向B-B (第二方向B-B本實施例中的第一方向A-A不同)延伸，並橫跨鰭式場效應電晶體的鰭106。BP,虛擬柵極111的一部分(虛擬柵極111的兩端部分)位於鰭106的兩側(圖1OB中上下兩側)，具體來說，是位於鰭106兩側的埋入氧化層202上方，一部分(虛擬柵極111的中間部分)位於鰭106的上方。鰭106的被虛擬柵極111包圍的部分(圖1OB中兩虛線之間的中間部分)用以形成鰭式場效應電晶體的溝道112。然後對鰭106進行離子注入，即可在位於虛擬柵極111兩側的鰭106的部分形成鰭式場效應電晶體的源極/漏極114。由於鰭106形成在埋入氧化層202上方，半導體襯底100上相鄰鰭式場效應電晶體的鰭106、每個鰭式場效應電晶體106的源極、漏極之間是隔絕的，減少了漏電流的產生。在絕緣體上矽襯底100上形成鰭式場效應電晶體的源極/漏極114後，可參照上述實施例的製作工藝以在絕緣體上矽襯底100上形成鰭式場效應電晶體。由於後續製作工藝與上述實施例相同，在此不贅述。相應的，本發明還提供了一種鰭式場效應電晶體，它可利用本發明中上述製作方法形成。如圖6F所示，並結合圖5A至圖5E、圖6A至圖6E、圖7A至圖7B、圖8A至圖8C、圖
9、圖1OA至圖10B，鰭式場效應電晶體包括:形成在半導體襯底100上的鰭106，鰭106沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第一方向延伸；高K柵介質層118,高K柵介質層118沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第二方向(第二方向與所述第一方向不同)延伸，並橫跨過鰭106。即，高K柵介質層118的一部分位於鰭106的兩側，具體來說，是位於鰭106兩側的淺溝槽隔離結構107』的上方(當鰭式場效應電晶體形成在絕緣體上矽襯底時，高K柵介質層118的一部分位於鰭106兩側的埋入氧化層202的上方)，一部分位於鰭106的上方；形成在高K柵介質層118上方的金屬柵極，金屬柵極也沿著平行於半導體襯底表面IOOa的第二方向延伸，金屬柵極的兩側形成有層間介質層117，層間介質層117與金屬柵極的側壁之間存在間隙。當鰭式場效應電晶體還形成有第二側牆115時，第二側牆115位於層間介質層117與金屬柵極之間，第二側牆115與金屬柵極的側壁之間存在間隙。與現有技術相比，本發明具有以下優點:鰭式場效應電晶體中金屬柵極兩側壁上的高K柵介質層被有效清除，避免了金屬柵極與源極/漏極之間產生寄生電容，且在清除的過程中不會對鰭式場效應電晶體中的其它半導體結構造成損害，使形成的鰭式場效應電晶體具有良好的電學性能。上述通過實施例的說明，應能使本領域專業技術人員更好地理解本發明，並能夠再現和使用本發明。本領域的專業技術人員根據本文中所述的原理可以在不脫離本發明的實質和範圍的情況下對上述實施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發明不應被理解為限制於本文所示的上述實施例，其保護範圍應由所附的權利要求書來界定。
權利要求
1.一種鰭式場效應電晶體的製作方法，其特徵在於，所述製作方法包括以下步驟: 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成鰭，所述鰭沿著平行於半導體襯底表面的第一方向延伸； 在所述形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極，所述虛擬柵極沿著平行於半導體襯底表面的第二方向延伸，並橫跨過所述鰭； 在所述虛擬柵極的兩側形成第一側牆，對鰭進行離子注入，以形成所述鰭式場效應電晶體的源極、漏極； 去除所述虛擬柵極，在所述虛擬柵極的所在位置形成開口，依次沉積高K柵介質層、金屬柵極材料層以填充所述開口，形成金屬柵極； 依次去除所述第一側牆，及金屬柵極側壁上的高K柵介質層。
2.根據權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，在所述虛擬柵極的兩側形成第一側牆並對鰭進行離子注入之後，在所述虛擬柵極的兩側形成第二側牆，所述第二側牆、第一側牆的材質不相同，然後對鰭再次進行離子注入。
3.根據權利要求2所述的製作方法，其特徵在於，所述對鰭進行離子注入為低濃度離子注入，所述對鰭再次進行離子注入為中等濃度或高濃度離子注入。
4.根據權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述第一側牆的材質為多孔材料。
5.根據權利要求4所述的製作方法，其特徵在於，所述第一側牆的材質為無定形碳。
6.根據權利要求5所述的製作方法，其特徵在於，所述第一側牆的去除方法為灰化處理，其採用的刻蝕氣體包括O2、CO2、N2、H2、NH3> CH4中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述半導體襯底為體矽襯底，在所述半導體襯底上形成鰭的步驟包括:在所述半導體襯底中形成溝槽，相鄰所述溝槽之間的凸出的半導體襯底構成所述鰭。
8.根據權利要求7所述的製作方法，其特徵在於，在所述形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極的步驟包括: 在所述溝槽內填充材質為氧化矽的絕緣材料層，以形成淺溝槽隔離結構，然後對淺溝槽隔離結構進行刻蝕，使所述淺溝槽隔離結構的頂部低於所述半導體襯底的表面； 沉積虛擬柵極材料層，在所述虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠，對沒有被光刻膠覆蓋的虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極，所述虛擬柵極的一部分位於鰭兩側的淺溝槽隔離結構上方，一部分位於所述鰭的上方。
9.根據權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述半導體襯底為絕緣體上矽襯底，其包括依次堆疊的襯底、材質為氧化矽的埋入氧化層、矽層，在所述半導體襯底上形成鰭的步驟包括:在所述半導體襯底上形成圖形化光刻膠層，對沒有被光刻膠層覆蓋的矽層進行刻蝕，形成所述鰭。
10.根據權利要求9所述的製作方法，其特徵在於，在所述形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極的步驟包括: 在形成有鰭的半導體襯底上沉積虛擬柵極材料層，在所述虛擬柵極材料層上形成圖形化光刻膠，對沒有被光刻膠覆蓋的虛擬柵極材料層進行刻蝕，以形成虛擬柵極，所述虛擬柵極的一部分位於鰭的兩側的埋入氧化層上方，一部分位於鰭的上方。
11.根據權利要求8所述的製作方法，其特徵在於，所述金屬柵極側壁上的高K柵介質層的去除方法為溼法刻蝕，其採用的刻蝕劑對高K柵介質層的刻蝕速率大於對位於高K柵介質層下方的淺溝槽隔離結構的刻蝕速率。
12.根據權利要求10所述的製作方法，其特徵在於，所述金屬柵極側壁上的高K柵介質層的去除方法為溼法刻蝕，其採用的刻蝕劑對高K柵介質層的刻蝕速率大於對位於高K柵介質層下方的矽層的刻蝕速率。
13.根據權利要求11或12所述的製作方法，其特徵在於，所述刻蝕劑為純酒精。
14.根據權利要求1所述的製作方法，其特徵在於，所述第一側牆的厚度為5nm IOnm0
15.一種鰭式場效應電晶體，其特徵在於，包括: 形成在半導體襯底上的鰭，所述鰭沿著平行於半導體襯底表面的第一方向延伸； 高K柵介質層，所述高K柵介質層沿著平行於半導體襯底表面的第二方向延伸，並橫跨過所述鰭； 形成在高K柵介質層上方的金屬柵極，所述金屬柵極的兩側形成有層間介質層，所述層間介質層與金屬柵極的側壁之間存在間隙。
16.根據權利要求15所述的鰭式場效應電晶體，其特徵在於，所述層間介質層與所述金屬柵極的側壁之間形成有第二側牆，所述第二側牆與所述金屬柵極的側壁之間存在間隙。
17.根據權利要求15所述的鰭式場效應電晶體，其特徵在於，所述間隙的寬度為5nm 1Onm0
全文摘要
本發明提供一種鰭式場效應電晶體及其製作方法，該方法包括在半導體襯底上形成鰭；在形成有鰭的半導體襯底上形成虛擬柵極，其橫跨過鰭；在虛擬柵極的兩側形成第一側牆，對鰭進行離子注入，以形成鰭式場效應電晶體的源極、漏極；去除虛擬柵極，在虛擬柵極的所在位置形成開口，依次沉積高K柵介質層、金屬柵極材料層以填充開口，形成金屬柵極；依次去除第一側牆及金屬柵極側壁上的高K柵介質層。本發明的鰭式場效應電晶體中金屬柵極兩側的高K柵介質層被有效清除，避免了金屬柵極與源極/漏極之間產生寄生電容，且在清除的過程中不會對其它半導體結構造成損害，使形成的鰭式場效應電晶體具有良好的電學性能。
文檔編號H01L21/336GK103165447SQ20111040676
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者張海洋, 韓秋華 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司