[发明专利]一种鳍式场效应管制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种鳍式场效应管（FinFET）制作方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，作为其发展标志之一的金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)的特征尺寸一直遵循摩尔定律持续按比例缩小，由半导体器件作为元件的集成电路（IC）的电路集成度、性能以及功耗也不断提高。为了进一步提高半导体器件的速度，近些年来提出了不同于传统的平面型MOSFET的三维（3D）结构或非平面（non-planar）结构MOSFET，即发展出水平多面栅结构、纵向多面栅结构等三维结构。

三维结构的多面栅MOSFET可根据栅与半导体衬底平行或是垂直的位置关系直观的分为水平多面栅MOSFET(Planar DG)以及纵向多面栅MOSFET。另外，根据电流流向与半导体衬底的关系纵向多面栅MOSFET又分为鳍式场效晶体管（FinField-effect transistor，FinFET）结构(电流方向平行于半导体衬底)和电流方向垂直于半导体衬底(Sidewall)结构。

FinFET与平面场效应管相比，FinFET的器件关键尺寸由多晶硅栅极高度和宽度两个因素同时决定（对平面型MOSFET而言，关键尺寸被定义为从源极到漏极的栅极的设计长度）。请注意与平面MOSFET不同的是，FinFET的关键尺寸是实际制造中形成的多晶硅栅极长度和厚度，而非设计定义的多晶硅栅极尺寸。

众所周知，每个晶片（wafer）上都有成百上千个芯片（chip），每个芯片的有源区（AA）中又有数以百万计独立的半导体器件（每个FinFET都是一个半导体器件），浅沟槽隔离（STI）用于隔离有源区，避免独立的半导体器件之间的相互干扰。如图1a所示的现有典型的FinFET三维视图，FinFET包括半导体衬底1上长度上沿y方向形成的鳍片2，鳍片2在x方向上具有一定的宽度；多晶硅栅极5沿x方向上包围鳍片2的一个顶面和两个垂直侧面，在鳍片2长度方向的两端离子注入形成源/漏极；图1b为图1a沿A-A’方向的截面图，栅氧化层6将多晶硅栅极5与鳍片2隔开，通常情况下，栅氧化层6会有很多层，我们往往用一个等效的栅氧化层厚度（EOT）来进行表征，但是在图1b中，为了简化问题只画了一层栅氧化层6；多晶硅栅极5能够在鳍片2的三个包围面感应出导电沟道；鳍片2两侧的半导体衬底1中具有STI；源极和漏极分别位于多晶硅栅极5两侧的鳍片2中。

研究文献表明，目前制造出来的FinFET中，位于鳍片顶部的栅极顶部的介质材料还是比较厚，栅极对于导电沟道的控制主要通过在鳍片两侧的较薄的栅极侧壁进行，而不是通过栅极顶部。因此，有人甚至通过这种厚薄差别制造出互相有一定独立性的多栅极FinFET器件，通过独立调控每一个栅极，以一个栅极作为电器的输入端，另外的栅极作为偏置端，来实现精确控制栅极信号。

除了栅极本身之外，另外一个在制造上的转变是需要制作一个绝缘层上硅（SOI）或者体硅作为半导体衬底。很多研究已经充分体现了在SOI和体硅上分别制作的FinFET的差别，这里以在SOI上制作FinFET为例进行说明。

结合图3~8说明现有技术中如图2所示FinFET制作的具体步骤如下：

步骤201，图3为现有技术中FinFET制作步骤201的剖面结构示意图，如图3所示，半导体衬底的晶片器件面制作硬掩膜；

首先，提供以SOI（图中未画出SOI具体结构）作为半导体衬底300的晶片，在半导体衬底300的晶片器件面依次沉积衬垫氧化层301（pad oxide layer）和硬掩膜层302，以及光刻后依次刻蚀硬掩膜层302和衬垫氧化层301，在硬掩膜层302和沉淀层上打开窗口。其中，光刻是指，在硬掩膜层302上涂覆第一光刻胶，经过曝光和显影工艺将第一光刻胶图案化形成第一光刻图案（图中未画出）；以第一光刻图案为掩膜依次用各向异性的反应离子刻蚀（RIE）或者高密度等离子体（HDP）刻蚀去除没有被第一光刻图案覆盖的硬掩膜层302和衬垫氧化层301部分，在硬掩膜层302和衬垫氧化层301上形成窗口，露出部分半导体衬底300表面。本步骤中，还包括刻蚀后，剥离残留第一光刻图案的步骤。制作硬掩膜的具体步骤为现有技术，不再赘述。

步骤202，图4为现有技术中FinFET制作的步骤202的剖面结构示意图，如图4所示，以硬掩膜层302为遮蔽，第一刻蚀导体半导体衬底300，形成凹槽403；

本步骤中，凹槽403的形状同时定义了鳍片805和STI 806的结构，也就是凹槽403的深度为后续形成的鳍片805的高度和STI 806的深度之和。