鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體特征尺寸的逐漸減小，晶體管漸漸開始從平面晶體管向三維(3D)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)器件結(jié)構(gòu)的過渡。鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，柵極至少可以從兩側(cè)對(duì)超薄體的鰭進(jìn)行控制，因此柵極對(duì)溝道的控制能力較強(qiáng)，能夠很好的抑制短溝道效應(yīng)。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有凸出結(jié)構(gòu)(圖中未標(biāo)示)；氧化層11，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底10的表面以及凸出結(jié)構(gòu)側(cè)壁的一部分，凸出結(jié)構(gòu)超出氧化層11的部分成為鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭(Fin) 14 ;柵極結(jié)構(gòu)，橫跨在所述鰭14上，覆蓋所述鰭14的頂部和側(cè)壁，柵極結(jié)構(gòu)包括柵極介質(zhì)層(圖中未示出)和位于柵極介質(zhì)層上的柵極12。對(duì)于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，鰭14的頂部以及兩側(cè)的側(cè)壁與柵極結(jié)構(gòu)相接觸的部分都成為溝道區(qū)，即具有多個(gè)柵，有利于增大驅(qū)動(dòng)電流，改善器件性能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中由于在鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的多條細(xì)長(zhǎng)的鰭平行排布，需要在鰭兩端形成接觸墊，用于實(shí)現(xiàn)鰭與源漏區(qū)的電連接。如圖1中接觸墊13是平行于條形柵極12的條狀結(jié)構(gòu)，但是目前的接觸墊13與柵極12之間無(wú)法做到完全對(duì)準(zhǔn)，也就是說(shuō)條形的接觸墊13與柵極12之間不是完全的平行關(guān)系，使得柵極12與接觸墊13之間的寄生電容與電阻在與條形的柵極平行的方向上不斷變化，影響鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0005]此外，在現(xiàn)有的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成方法中，形成鰭之后，在鰭覆蓋柵極結(jié)構(gòu)，由于鰭具有一定高度，給之后條狀的柵極的光刻提供了凹凸不平的表面，影響后續(xù)條狀的柵極的光刻精度，并且在覆蓋鰭之后柵極結(jié)構(gòu)的表面平坦度較差，需要采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)柵極結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理，但是化學(xué)機(jī)械研磨工藝容易造成器件損傷，從而影響最終形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明解決的問題是提出一種能優(yōu)化器件性能的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，包括:
[0008]提供襯底；
[0009]在所述襯底上形成硬掩模，所述硬掩模具有用于形成鰭的條狀圖形；
[0010]在所述襯底上形成橫跨所述條狀圖形的偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括偽柵以及位于偽柵側(cè)壁上的側(cè)墻；
[0011]以所述偽柵結(jié)構(gòu)以及硬掩模為掩模，對(duì)所述襯底進(jìn)行離子注入，形成源、漏區(qū)；
[0012]在源、漏區(qū)的襯底上形成與偽柵結(jié)構(gòu)齊平的層間介質(zhì)層；
[0013]去除所述偽柵，露出偽柵下方的硬掩模；
[0014]以所述層間介質(zhì)層及所述硬掩模為掩模，對(duì)所述襯底進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)鰭以及位于鰭之間的多個(gè)溝槽；
[0015]去除鰭上表面的硬掩模，在所述鰭的上表面和側(cè)壁、所述溝槽的底部和側(cè)壁以及側(cè)墻側(cè)壁形成柵極介質(zhì)層；
[0016]對(duì)所述溝槽進(jìn)行金屬填充，以形成金屬柵極。
[0017]可選的，提供襯底的步驟包括:
[0018]提供埋氧層以及位于所述埋氧層上的硅襯底；
[0019]對(duì)襯底進(jìn)行刻蝕形成鰭的步驟包括:對(duì)所述硅襯底進(jìn)行刻蝕且以所述埋氧層作為刻蝕停止層。
[0020]可選的，在襯底上形成硬掩模的步驟包括:在襯底上形成多個(gè)所述條狀圖形，這些條狀圖形之間相互平行。
[0021]可選的，在襯底上形成硬掩模的步驟中，所述硬掩模的厚度小于所述鰭的高度。
[0022]可選的，在襯底上形成硬掩模的步驟中，所述硬掩模的材料包括氮化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或多種。
[0023]可選的，在襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)的步驟中，所述偽柵采用旋涂工藝或化學(xué)氣相沉積法形成。
[0024]可選的，在襯底上形成偽柵結(jié)構(gòu)的步驟中，所述偽柵的材料為碳氧化硅、無(wú)定形碳、有機(jī)娃氧燒中的一種。
[0025]可選的，在形成層間介質(zhì)層的步驟中，所述層間介質(zhì)層的材料包括氮化硅、氧化硅或氮氧化硅中的一種或多種。
[0026]可選的，在去除偽柵的步驟中，采用灰化工藝、濕法刻蝕或等離子體刻蝕的方法去除所述偽柵。
[0027]可選的，所述柵極介質(zhì)層的材料包括高K材料。
[0028]可選的，本發(fā)明形成方法在對(duì)所述溝槽進(jìn)行金屬填充后還包括:
[0029]進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至露出所述鰭的上表面，使位于鰭不同側(cè)壁上的金屬柵極分離；
[0030]去除位于所述鰭側(cè)壁上的柵極介質(zhì)層，在所述鰭與金屬柵極之間形成縫隙；
[0031]在所述縫隙中形成氧化石墨烯介質(zhì)層。
[0032]可選的，在所述縫隙中形成氧化石墨烯介質(zhì)層的步驟包括:
[0033]在縫隙中填充氧化石墨烯分散液；
[0034]對(duì)所述石墨烯分散液進(jìn)行鈍化處理，以形成氧化石墨烯介質(zhì)層。
[0035]可選的，所述柵極介質(zhì)層的材料包括無(wú)定形碳。
[0036]可選的，去除所述柵極介質(zhì)層的步驟包括:采用濕法刻蝕、灰化工藝或干法刻蝕去除所述柵極介質(zhì)層。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0038]本發(fā)明的形成方法中，在襯底上形成具有條狀圖形的硬掩模，并在硬掩模上形成橫跨硬掩模中條狀圖形的偽柵，由于硬掩模的厚度小于鰭的厚度，在所述條狀圖形上進(jìn)行偽柵光刻的表面比直接在鰭上進(jìn)行柵極光刻的表面的平整度好，使得光刻形成偽柵的精度更好，后續(xù)替代偽柵的金屬柵極形貌更佳，所述偽柵用于定義鰭和金屬柵極的形成區(qū)域，且通過對(duì)偽柵底部的襯底進(jìn)行刻蝕形成鰭，這種方式形成的鰭位于襯底中，且并不突出于襯底表面，在鰭上形成金屬柵極時(shí)進(jìn)行平坦化工藝，所述平坦化工藝對(duì)鰭的損傷相對(duì)較小，可以優(yōu)化鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0039]可選方案中，以偽柵結(jié)構(gòu)和所述硬掩模為掩模形成源、漏區(qū)，且通過多個(gè)平行條狀圖形對(duì)偽柵結(jié)構(gòu)下方的襯底進(jìn)行圖形化形成鰭，從而可以使鰭與源、漏區(qū)實(shí)現(xiàn)接觸而省去了源、漏區(qū)接觸墊，避免了因源、漏區(qū)接觸墊與金屬柵極不平行對(duì)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能的影響。
[0040]可選方案中，形成具有氧化石墨烯柵極介質(zhì)層的雙柵鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以進(jìn)一步優(yōu)化器件性能。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1為現(xiàn)有技術(shù)一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法一實(shí)施例的流程圖；
[0043]圖3至圖19為本發(fā)明形成方法形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]現(xiàn)有技術(shù)中鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中用于實(shí)現(xiàn)源、漏區(qū)與鰭相接觸的接觸墊與柵極之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全平行的關(guān)系，使得柵極與接觸墊之間的寄生電容與電阻在平行柵極的方向上不斷變化，影響了鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0045]此外，由于鰭具有一定高度，給之后條狀的柵極的光刻提供了凹凸不平的表面，影響后續(xù)條狀的柵極的光刻精度，并且在覆蓋鰭之后柵極結(jié)構(gòu)的表面平坦度較差，需要采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)柵極結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理，但是化學(xué)機(jī)械研磨工藝容易造成器件損傷，從而影響最終形成的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能。
[0046]為此，本發(fā)明提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，先在襯底上形成具有條狀圖形的硬掩模，并在硬掩模上形成橫跨硬掩模中條狀圖形的偽柵，由于硬掩模的厚度小于鰭的高度，在所述條狀圖形上進(jìn)行偽柵光刻的表面比直接在鰭上進(jìn)行柵極光刻的表面的平整度好，使得光刻形成偽柵的精度更好，后續(xù)替代偽柵的金屬柵極形貌更佳，所述偽柵用于定義鰭和金屬柵極的形成區(qū)域，且通過對(duì)偽柵底部的襯底進(jìn)行刻蝕形成鰭，這種方式形成的鰭位于襯底中，且并不突出于襯底表面，在鰭上形成金屬柵極時(shí)進(jìn)行平坦化工藝，所述平坦化工藝對(duì)鰭的損傷相對(duì)較小，可以優(yōu)化鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。
[0047]本發(fā)明鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法形成的多條鰭的長(zhǎng)度均與金屬柵極的寬度相等，即多條鰭都在金屬柵極的覆蓋下，多條鰭兩端的襯底經(jīng)過離子注入形成了整體的源/漏區(qū)，省去了源/漏區(qū)接觸墊，避免了因源/漏區(qū)接觸墊與金屬柵極