[发明专利]实现可变鳍片间距的双芯轴

说明书

本发明涉及实现可变鳍片间距的双芯轴，其使用双掩膜工艺以形成在不同阵列内具有受控的且可变的鳍片间距的半导体鳍片阵列。在该工艺期间，顶部芯轴层位于半导体衬底上方的底部芯轴层上方。形成于该衬底的第一区域内的第一芯轴上的侧壁结构定义图案化硬掩膜，其与位于该衬底的第二区域上方的图案化光阻层配合以在该衬底的第一区域及第二区域内形成第二芯轴。将形成于该第二芯轴上的侧壁结构用作掩膜层，以在该衬底上方形成多个鳍片。

技术领域

本申请通常涉及半导体装置，尤其涉及鳍式场效应晶体管(fin field effecttransistor；FinFET)及其制造方法。

背景技术

全耗尽装置例如鳍式场效应晶体管(FinFET)是能够使下一代栅极长度缩小至14纳米及以下的候选装置。鳍式场效应晶体管(FinFET)提供三维架构，其中，将晶体管沟道抬升于半导体衬底的表面上方，而不是将沟道设置于该表面或在该表面下方。抬升式沟道使栅极可包覆沟道的侧面，以提供装置的改进静电控制。

FinFET的制造通常运用自对准工艺(process)，以通过使用选择性蚀刻技术在衬底的表面上生产极薄的鳍片，例如20纳米宽或更小。接着，沉积栅极结构以接触各鳍片的多个表面，从而形成多栅极架构。

可将FinFET包含于各种装置中，包括逻辑及存储器(memory)平台。不过，在同一芯片上包括不同功能的装置中，可能想要形成具有不同鳍片尺寸及/或鳍内间距的鳍片阵列。一种定义具有可变间距的多个鳍片的方法是自初始鳍片阵列切割选定鳍片。不过，应当了解，通过此种方法可实现的鳍片至鳍片间距是有限的。

在原位鳍片之间定义可变及可控间距已成问题，因为光刻工艺窗口不足，导致例如线宽变化及/或线粗糙。

发明内容

本申请揭露一种双芯轴(dual mandrel)工艺，以定义具有局部定义的鳍片间距的不同鳍片阵列。依据各种实施例，可针对不同的功能例如逻辑及/或存储器应用配置各阵列内的鳍片间距。利用相应的第一组芯轴及第二组芯轴通过侧壁图像转移(sidewall imagetransfer；SIT)技术可定义半导体衬底的第一区域及第二区域内的鳍片。利用第一图案化方案可定义该第一组芯轴，而利用第二图案化方案可定义该第二组芯轴。在特定实施例中，利用该第一组芯轴定义该第二组芯轴的子集。

依据本申请的实施例，一种形成半导体结构的方法包括：在半导体衬底上方形成底部芯轴层，以及在该底部芯轴层上方形成顶部芯轴层。蚀刻该顶部芯轴层，以在该衬底的第一区域内形成多个顶部牺牲芯轴；以及在该顶部牺牲芯轴的侧壁上形成顶部间隙壁(spacer)层。在特定实施例中，自该衬底的该第一区域内移除该顶部牺牲芯轴并自该衬底的第二区域内移除该顶部芯轴层的剩余部分。

该方法还包括：将对应该顶部间隙壁层的图案转移至该底部芯轴层中，以在该衬底的该第一区域内形成多个底部牺牲芯轴；以及蚀刻该底部芯轴层，以在该衬底的该第二区域内形成多个底部牺牲芯轴。在该衬底的该第一区域及第二区域内的底部牺牲芯轴的该形成可同时执行。

接着，在该衬底的该第一区域及第二区域内的该底部牺牲芯轴的侧壁上形成底部间隙壁层；以及将对应该底部间隙壁层的图案转移至该衬底中，以形成多个半导体鳍片。

附图说明

下面有关本申请的具体实施例的详细说明与下面的附图结合阅读时可被最好地理解，附图中，类似的附图标记表示类似的结构，且其中：

图1显示位于半导体衬底上的半导体鳍片阵列的示意剖视图，在该衬底的不同区域内形成有不同的鳍内间距；

图2为示意剖视图，显示设于半导体衬底上方的图案化架构以及用以在该衬底的第一区域内定义顶部组芯轴的掩膜层的图案化；

图3显示用以自该衬底的该第一区域内的非晶碳层形成该顶部组芯轴的反应离子蚀刻；

图4显示在该顶部组芯轴上方共形沉积顶部间隙壁层；