[发明专利]鳍式场效应晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体的制造技术，特别涉及一种场效应晶体管及其形成方法。

背景技术

例如双栅极金属氧化物半导体场效应应晶体管(metal oxide transistorfield transistor；MOSFET)结构的鳍式场效应晶体管(fin field transistor；FinFET)包括形成于直立式的硅鳍状物之中的通道。鳍式场效应晶体管的应用广泛，例如可使用于电子产品的例如数位处理上。如同其他晶体管装置一样，为了改善集成电路的效能及成本，鳍式场效应晶体管的尺寸也持续地缩小。当鳍式场效应晶体管装置进一步地微型化时，装置密度会增加。而为了制造需要较小尺寸的鳍式场效应晶体管的图案时，在制造的技术上，会变得愈来愈具挑战性。

鳍状物所需的宽度，已经超越现行可用的光刻技术的分辨率的或是分辨能力，因此，必须使用不同于标准光刻工艺(photolithography)的制造技术。这些技术通常会形成比起想要的最终尺寸还要大的硅结构，然后经由各种方式修整(trimming)硅结构的尺寸，直到想要的尺寸为止，然而这些技术仍有许多缺点而无法被接受。修整尺寸过大的硅鳍状物的方法之一为，利用反应性离子蚀刻法，由原来过度定义的尺寸修整而缩小硅鳍状物的尺寸，而由于技术节点(technology node)变得小于这个尺寸，因此，上述方法不可实行。再者，由于反应性离子蚀刻法会导致鳍状物具有粗糙的表面，此粗糙表面会导致完成的晶体管具有较差的电子性能。

Ahmed等人的美国专利第6,812,119号公开了一种双栅极鳍式场效应晶体管，其通过氧化鳍状物使鳍状物变窄。此用于双栅极鳍式场效应晶体管的鳍状物的形成方法包括形成第二半导体材料层于第一半导体材料层上，以及形成双覆盖物(cap)于上述第二导体材料层，此形成方法还包括在双覆盖物每一个邻接侧形成间隔件(spacer)，以及在上述双覆盖物下方的第一半导体材料层中形成双鳍状物。此形成方法也包括薄化上述双鳍状物以形成变窄的双鳍状物。

然而，先前技术仍有鳍状物过度定义(overdefined)的尺寸或者表面粗糙度衍生的相关问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，其目的在于改善现有技术对于鳍状物的过度定义尺寸进行修整而产生的工艺复杂度的问题，或者改善表面粗糙度所导致的鳍式场效应晶体管的电子效能不佳的问题。

根据上述目的，本发明提供一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在该半导体衬底上方形成第一掩模层；在该第一掩模层上方形成第二掩模层；在该第二掩模层上方形成光致抗蚀剂图案，其具有第一宽度；利用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，并且蚀刻该第二掩模层；修整该光致抗蚀剂图案，以形成修整后的光致抗蚀剂图案，具有第二宽度，其小于该第一宽度；利用该修整后的光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，并且蚀刻该第二掩模层以及该第一掩模层，以形成由该第一掩模层以及该第二掩模层构成的叠层掩模；以及蚀刻该半导体衬底以形成鳍状物结构，其介于两个沟槽之间。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，还包括：在形成所述光致抗蚀剂图案之前，在第二掩模层上方形成底部抗反射层。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，还包括：在所述半导体衬底上方形成第一氧化层；以及在第一掩模层上方形成第二氧化层。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，还包括：填入隔离层于所述沟槽之中；凹蚀所述隔离层，以留下浅沟槽隔离物以及形成凹陷部于所述浅沟槽隔离物的上方；以及在所述叠层掩模以及所述浅沟槽隔离物上方形成栅极电极，其中所述栅极电极大体上垂直于所述鳍状物结构。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，还包括：在凹蚀所述隔离层之前，使用所述叠层掩模为停止层，并平坦化所述隔离层。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，还包括去除所述叠层掩模的所述第二掩模层。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，还包括在凹蚀所述隔离层之后，沿着所述鳍状物结构的侧壁形成栅极介电层。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，其中所述第一掩模层以及所述第二掩模层由不同的材料构成。

根据本发明的鳍式场效应晶体管的形成方法，其中形成所述栅极电极的步骤包括：在所述叠层掩模以及所述浅沟槽隔离物上形成金属层；在所述金属层上形成硬掩模层，其中所述硬掩模层以及所述第一掩模层由不同材料构成；以及蚀刻所述金属层以形成所述栅极电极。