[发明专利]后形成鳍的置换型金属栅极FINFET

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，并且更具体而言，涉及鳍型场效应晶体管(FinFET)器件及其制造方法。

背景技术

由于鳍型场效应晶体管(FinFET)器件的快速切换时间以及高的电流密度，鳍型场效应晶体管是期望的器件架构。在FinFET器件的基本形式中，FinFET器件包括源极、漏极以及在源极和漏极之间的一个或者多个鳍形沟道。在鳍之上的栅极电极调节在源极和漏极之间的电子流。

然而，FinFET器件的架构展现出显著的制造挑战。例如，随着器件的特征尺寸变得越来越小(与当前技术相匹配)，使源极和漏极精确且一致地接触成为问题。FinFET器件的某些先前示范已经关于单个鳍、隔离的器件或者以极大弛豫间距构建的器件。这些特性允许避开使源极和漏极接触的问题。

源极/漏极连接焊盘有时用来接触鳍，这在处理期间提供机械稳定性、简化器件接触方案并且减小外部电阻。然而，连接焊盘需要与栅极精确地对准，以便实现实际的栅极间距(在使用最小栅极间距的逻辑布局的情况中)并且最小化外部电阻和寄生电容中的变化。将连接盘焊盘与栅极适当且一致地对准很困难。因此，已经提出了并不使用连接焊盘的备选接触方案。然而，在没有连接盘焊盘的情况下，需要与各个鳍形成接触，这可能例如由于最小鳍间距与接触过孔的最小间距之间的失配而较困难。

已经提出了诸如外延地合并鳍或者使用接触条来接触多个鳍之类的解决方案。例如，外延提升的源极区和漏极区用来减小串联电阻并且简化接触方案。例如，参见Kaneko等人的Sidewall transfer process and selective gate sidewall spacer formation technology for sub-15nm finfet with elevated source/drain extension，IEDM Technical Digest，第844至847页(2005)；Kavalieros等人的Tri-Gate Transistor Architecture with High-k Gate Dielectrics，Metal Gates and Strain Engineering，Sympos ium on VLSI Technology 2006，第50至51页(2006)；以及Shang等人的Investigation of FinFET Devices for 32nm Technologies and Beyond，Symposium on VLSI Technology 2006，第54至55页(2006)。

然而，外延工艺由于它们对表面化学、晶体定向和生长条件的极端敏感性而具有缺陷。例如，利用外延生长工艺，需要防止在栅极上的寄生生长，需要保护器件结构的其余部分不受激进的预外延清洁之害，并且需要控制外延生长的分面(faceting)和方向以最小化寄生电容和寄生电阻两者并且以在不同掺杂的源极表面和漏极表面上实现相似的生长。

缩小的鳍宽度是FinFET制造的另一挑战。对于在栅极图案化之前形成鳍的方案而言，薄的鳍必须经受得住通常包括激进的刻蚀工艺的栅极和间隔物处理。

由Schulz提交的美国专利申请公开No.2006/0189043(此后称为“Schulz”)描述了finFET器件制造方法，其包括使用在衬底之上的掩模层、在掩模层中创建沟槽、在衬底中在沟槽内形成鳍以及然后在沟槽中在鳍之上形成平面化的栅极电极。然而，Schulz的教导并不用于尤其是在缩小的工艺技术的背景中以制造所需的精度和一致性形成鳍。

因此，期望改善器件接触方案和器件的可缩放性的FinFET器件及其制造方法。

发明内容

本发明提供了改进的鳍型场效应晶体管(FinFET)器件及其制造方法。在本发明的一个方面中，提供了一种用于制造场效应晶体管器件的方法。该方法包括以下步骤。提供了具有在绝缘体上的有源层的晶片。在有源层上图案化多个鳍硬掩模。将虚设栅极布置在鳍硬掩模的中心部分之上，其中有源层的、在虚设栅极之外的部分将用作器件的源极区和漏极区。将一种或者多种掺杂剂注入到源极区和漏极区中。在虚设栅极的周围沉积电介质填料层。移除虚设栅极，以在电介质填料层中形成沟槽，其中鳍硬掩模存在于沟槽中的有源层之上。鳍硬掩模用来在沟槽内的有源层中蚀刻多个鳍，其中鳍将用作器件的沟道区域。使用快速热退火来活化注入到源极区和漏极区中的掺杂剂。在沟槽中形成置换型(replacement)栅极，其中活化被注入到源极区和漏极区中的掺杂剂的步骤在于沟槽中形成置换型栅极的步骤之前执行。