一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別是涉及一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過半導(dǎo)體行業(yè)的不斷努力和創(chuàng)新，傳統(tǒng)平面MOSFET器件的生命力得到了極大的延續(xù)。但是，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸按摩爾定律等比縮小，芯片集成度不斷提高，出現(xiàn)的眾多負(fù)面效應(yīng)使傳統(tǒng)的平面型MOSFET在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到22nm時(shí)遇到了瓶頸。為了維持摩爾定律繼續(xù)有效，具有更強(qiáng)柵控能力的三維全耗盡MOSFET取代傳統(tǒng)平面MOSFET成為必然趨勢(shì)。
[0003]典型的三維器件有鰭式場(chǎng)效應(yīng)管(FinFET)，F(xiàn)inFET與平面型MOSFET結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于其溝道由絕緣襯底上凸起的高而薄的鰭(Fin)構(gòu)成，源漏兩極分別在其兩端，三柵極緊貼其側(cè)壁和頂部，用于輔助電流控制。這種鰭型結(jié)構(gòu)增大了柵極對(duì)溝道的控制范圍，柵極可以從多個(gè)方向控制溝道，有效地抑制平面器件中出現(xiàn)的短溝道效應(yīng)，也正由于該特性，F(xiàn)inFET無需高摻雜溝道，因此能夠有效降低雜質(zhì)離子散射效應(yīng)，提高溝道載流子遷移率，另夕卜，F(xiàn)inFET還具有優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)能力和低的關(guān)斷電流，并且同時(shí)降低漏電和動(dòng)態(tài)功耗。英特爾已經(jīng)在22nm上使用了稱為“三柵”的FinFET技術(shù)，同時(shí)許多晶圓廠也正在準(zhǔn)備16nm或14nm 的 FinFET 工藝。
[0004]如圖1所示為現(xiàn)有的鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的立體結(jié)構(gòu)示意圖，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)至少包括:半導(dǎo)體襯底1A，所述半導(dǎo)體襯底IA上形成有凸出的鰭結(jié)構(gòu)2A，所述鰭結(jié)構(gòu)2A —般是通過對(duì)半導(dǎo)體襯底IA進(jìn)行刻蝕形成溝槽后獲得；淺溝道隔離結(jié)構(gòu)5A，淀積在所述溝槽2A中。柵極結(jié)構(gòu)7A，橫跨于所述鰭結(jié)構(gòu)2A上，覆蓋于所述鰭結(jié)構(gòu)2A的表面和側(cè)壁，所述柵極結(jié)構(gòu)7A包括柵氧和形成于柵氧上的柵電極。
[0005]然而，現(xiàn)有的鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的鰭結(jié)構(gòu)頂部?jī)蓚?cè)容易形成大于等于90度的尖角，如圖1虛線所示，該尖角容易產(chǎn)生高場(chǎng)聚集效應(yīng)，導(dǎo)致源漏間漏電流增大，并且鰭結(jié)構(gòu)頂部尖角的存在會(huì)使后續(xù)沉積在鰭結(jié)構(gòu)之上的柵極結(jié)構(gòu)厚度不均勻，從而導(dǎo)致柵極電阻不相同，影響器件的整體性能。
[0006]在實(shí)際工藝中，通常在鰭結(jié)構(gòu)形成后采用一些方法將鰭結(jié)構(gòu)頂部圓化，但工藝方法都不夠便捷，工藝成本過高。
[0007]因此，提供一種優(yōu)化的鰭式場(chǎng)效應(yīng)管制備方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備形成的鰭結(jié)構(gòu)頂部存在尖角的問題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法包括對(duì)鰭結(jié)構(gòu)頂部的處理方法，所述處理方法至少包括以下步驟:
[0010]I)在已制備的鰭結(jié)構(gòu)上旋涂有機(jī)材料層或無定形碳，使有機(jī)材料層或無定形碳覆蓋鰭結(jié)構(gòu)的表面和側(cè)壁；
[0011]2)通入第一氣體和第二氣體的混合氣體，并將混合氣體等離子化，在混合氣體形成的等離子的作用下刻蝕有機(jī)材料層或無定形碳，使得鰭結(jié)構(gòu)頂部暴露并圓化；
[0012]3)去除剩余的有機(jī)材料層或無定形碳。
[0013]優(yōu)選地，所述有機(jī)材料層為SOC、NFC0
[0014]優(yōu)選地，所述有機(jī)材料層或無定形碳與鰭結(jié)構(gòu)材料的刻蝕選擇比為1.1?1.2。
[0015]優(yōu)選地，所述第一氣體為CF4,所述第二氣體為CHF3、CH2F2或CH3F中的一種。
[0016]優(yōu)選地，所述第一氣體和第二氣體的流量之比為1:1?1:2。
[0017]優(yōu)選地，等離子刻蝕的功率范圍為50?500瓦，等離子刻蝕的時(shí)間范圍為30?120 秒。
[0018]優(yōu)選地，去除所述剩余的有機(jī)材料層的方法為原位灰化或異位灰化，其采用的處理氣體包括02、N2, H2, CO2, CH4, NH3中的至少一種。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟I)中制備的所述鰭結(jié)構(gòu)的具體過程包括:首先，提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上自下而上依次沉積墊氧化層、墊氮化層和光刻膠層；然后圖形化光刻膠層形成多個(gè)開口，再依次對(duì)開口下方的墊氮化層、墊氧化層和半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕形成多個(gè)溝槽，溝槽與溝槽之間的凸出的半導(dǎo)體襯底定義為鰭結(jié)構(gòu)。
[0020]優(yōu)選地，形成鰭結(jié)構(gòu)之后還包括淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的形成步驟:首先，采用高密度等離子化學(xué)氣相沉積工藝在所述溝槽中淀積絕緣介質(zhì)材料，直至絕緣介質(zhì)材料覆蓋于墊氮化層表面；之后，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋除墊氮化層表面的絕緣介質(zhì)材料；最后，采用干法刻蝕工藝刻蝕溝槽中的絕緣介質(zhì)材料使絕緣介質(zhì)材料表面低于鰭結(jié)構(gòu)的表面，從而形成淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。
[0021]優(yōu)選地，形成淺溝道隔離結(jié)構(gòu)之后去除所述墊氮化層和墊氧化層，露出鰭結(jié)構(gòu)表面。
[0022]如上所述，本發(fā)明的鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，包括步驟:首先，在已制備的鰭結(jié)構(gòu)上旋涂有機(jī)材料層或無定形碳，使有機(jī)材料層或無定形碳覆蓋鰭結(jié)構(gòu)表面和側(cè)壁；然后，通入第一氣體和第二氣體的混合氣體，并將混合氣體等離子化，在混合氣體形成的等離子的作用下刻蝕有機(jī)材料層或無定形碳，使得鰭結(jié)構(gòu)頂部暴露并并圓化；最后，去除剩余的有機(jī)材料層或無定形碳。本發(fā)明在鰭結(jié)構(gòu)上旋涂有機(jī)材料層或無定形碳，并采用等離子刻蝕工藝將鰭結(jié)構(gòu)的頂部圓化，圓化的鰭結(jié)構(gòu)頂部一方面降低鰭結(jié)構(gòu)頂部的高場(chǎng)聚集效應(yīng)，減小源漏間的漏電流，另一方面，在圓化的鰭結(jié)構(gòu)表面淀積形成柵極結(jié)構(gòu)的厚度比較均勻，不會(huì)出現(xiàn)斷裂，電阻處處相等，器件的整體性能得以提升。
【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備流程圖。
[0025]圖3?7為本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8為本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖9為本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]元件標(biāo)號(hào)說明
[0029]SI ?S3步驟
[0030]I, IA半導(dǎo)體襯底
[0031]2,2k鰭結(jié)構(gòu)
[0032]3墊氮化層
[0033]4墊氧化層
[0034]5，5A淺溝道隔離結(jié)構(gòu)
[0035]6有機(jī)材料層或無定形碳
[0036]7A柵極結(jié)構(gòu)
[0037]8溝槽
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0039]請(qǐng)參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0040]本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，如圖2所示流程圖，所述鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法包括對(duì)鰭結(jié)構(gòu)2頂部的處理方法，所述處理方法至少包括以下步驟:
[0041]首先執(zhí)行步驟SI，如圖3?圖7所示，在已制備的鰭結(jié)構(gòu)2上旋涂有機(jī)材料層或無定形碳6,使有機(jī)材料層或無定形碳6覆蓋鰭結(jié)構(gòu)2表面和側(cè)壁。
[0042]制備形成所述鰭結(jié)構(gòu)2的具體過程包括:
[0043]第一步，如圖3所示，提供一半導(dǎo)體襯底I，在所述半導(dǎo)體襯底I上自下而上依次沉積墊氧化層3、墊氮化層4和光刻膠層(未予以圖示)。
[0044]所述半導(dǎo)體襯底I可以是Si襯底、GeSi襯底或者是絕緣體上硅襯底(Silicon OnInsulator, SOI)。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底I為Si襯底。
[0045]所述墊氧化層3包括但不限于二氧化硅，本實(shí)施例中優(yōu)選為二氧化硅，有利于增強(qiáng)半導(dǎo)體襯底I與墊氮化層4之間的界面粘附性。所述墊氮化層4包括但不限于氮化硅，本實(shí)施例中優(yōu)選為氮化硅，作為后續(xù)拋光工藝的停止層。
[0046]第二步，如圖4所示，圖形化光刻膠層形成多個(gè)開口，再依次對(duì)開口下方的墊氮化層4、墊氧化層3和半導(dǎo)體襯底I進(jìn)行刻蝕以在所述半導(dǎo)體襯底I中形成多個(gè)溝槽8，并去除光刻膠層。
[0047]形成的溝槽8形狀包括但不限于倒梯形，也可以是長(zhǎng)方形等，本實(shí)施例中，所述溝槽8為倒梯形。
[0048]刻蝕形成多個(gè)溝槽8之后，溝槽與溝槽之間凸起的半導(dǎo)體襯底I被定義為鰭結(jié)構(gòu)2，其中，所述鰭結(jié)構(gòu)2的兩端定義為源區(qū)和漏區(qū)，源區(qū)和漏區(qū)之間的區(qū)域定義為溝道區(qū)。根據(jù)器件的實(shí)際需要，源區(qū)和漏區(qū)的寬度可以與溝道區(qū)的寬度相等，也可以是源區(qū)和漏區(qū)的寬度大于溝道區(qū)的寬度。本實(shí)施例中，源區(qū)和漏區(qū)的寬度與溝道區(qū)的寬度相等(由于視圖方向不同，源區(qū)、漏區(qū)及溝道區(qū)均未標(biāo)示出)。
[0049]進(jìn)一步地，形成鰭結(jié)構(gòu)2之后還包括淺溝道隔離結(jié)構(gòu)5的形成步驟:首先，采用高密度等離子化學(xué)氣相沉積(HPCVD)工藝在所述溝槽8中淀積絕緣介質(zhì)材料，直至絕緣介質(zhì)材料覆蓋于墊氮化層4表面；之后，以墊氮化層4為拋光停止層，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋除墊氮化層4表面的絕緣介質(zhì)材料；最后，采用干法刻蝕工藝刻蝕溝槽2中的絕緣介質(zhì)材料使絕緣介質(zhì)材料表面低于鰭結(jié)構(gòu)2的表面，露出鰭結(jié)構(gòu)2的部分側(cè)壁，未刻蝕的絕緣介質(zhì)材料形成淺溝道隔離結(jié)構(gòu)5，如圖5所示。
[0050]當(dāng)