用于FINFET间隔物成型的集成工艺制造技术

技术编号:14693451 阅读:114 留言:0更新日期:2017-02-23 16:22
介绍了一种新型等离子工艺作为在FinFET器件的间隔物成型期间常规等离子体工艺的改进。在此新型等离子体工艺下,在侧壁材料上生长氧化层并使用低能量等离子体气体对侧壁的拐角区域进行过度蚀刻。该氧化层可在通过低能量等离子体气体过度蚀刻的过程中有效保护侧壁材料,由此降低低能量等离子体气体引起的上述CD损耗。此改进的低能量等离子体蚀刻技术相比于传统低能量等离子体工艺可保护鳍结构不受CD损耗,并且相比于传统高能量等离子体工艺也以降低的Si损耗避免了损害鳍硅结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体工艺与器件。
技术介绍
自从早年德州仪器的JackKilby博士专利技术了集成电路之时起,科学家们和工程师们已经在半导体器件和工艺方面作出了众多专利技术和改进。近50年来,半导体尺寸已经有了明显的降低,这转化成不断增长的处理速度和不断降低的功耗。迄今为止,半导体的发展大致遵循着摩尔定律,摩尔定律大致是说密集集成电路中晶体管的数量约每两年翻倍。现在,半导体工艺正在朝着20nm以下发展,其中一些公司正在着手14nm工艺。这里仅提供一个参考,一个硅原子约为0.2nm,这意味着通过20nm工艺制造出的两个独立组件之间的距离仅仅约为一百个硅原子。半导体器件制造因此变得越来越具有挑战性,并且朝着物理上可能的极限推进。华力微电子有限公司TM是致力于半导体器件和工艺研发的领先的半导体制造公司之一。鳍式场效应晶体管(FinFET)器件包括使用凸起的源-漏沟道区域(被称为鳍)的晶体管架构。FinFET器件可构建于绝缘体上硅(SOI)衬底上,其中诸如硅之类的半导体材料被图案化为鳍形形状并起到晶体管沟道的作用。栅极可包覆在鳍周围和上方。双栅极结构或双重栅极结构包括形成在沟道两侧上的栅极氧化物和栅极触点。3D的三栅极FinFET包括包覆在鳍的三个侧面上的栅极结构。不同于2D平面FET,在3DFinFET器件中,沟道垂直于半导体衬底的上表面形成,由此降低了FinFET器件的物理尺寸。因此,3D三栅极FinFET结构有效地克服了FinFET器件的晶体管尺寸问题并改善了器件性能。然而相比于2D平面FinFET,3D三栅极FinFET器件的三栅极和垂直鳍结构会增加集成3D三栅极FinFET器件的难度。例如,蚀刻毗邻栅极的氮化物间隔物是FinFET器件集成工艺中的关键挑战之一。常用的蚀刻氮化物间隔物的方法是等离子体蚀刻。可用在等离子体工艺中移除多晶硅的蚀刻剂包括单独的HCl、HBr、HI和Cl2、或者与彼此和/或He,Ar,Xe,N2和O2中的一个或多个的组合。可用于移除氧化硅的合适蚀刻剂是包括CF4/CHF3或CF4/CH2F2的等离子体。移除氮化硅的合适的蚀刻剂是包括CF4/HBr的等离子体。在等离子体工艺的操作中,等离子体气体可流入到内部腔室中并且通过来自反应线圈的能量输入被转换为等离子体。可在衬底上生成合适的RF偏置以将等离子体组分汲取到衬底的表面以蚀刻此表面上的材料。随着蚀刻的进行,可监视释出的反应产物和/或蚀刻剂气体的浓度。蚀刻剂残骸的监视可通过例如分光镜法实现,例如包括紫外可视光谱分析和质谱分析。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览,并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。根据本专利技术的一方面,提供了一种用于制造3D鳍场效应晶体管FinFET器件的方法,该方法包括在衬底之上提供鳍形硅;提供包覆在该鳍形硅的三个侧面周围的栅极结构;在该栅极结构和该鳍形硅的整个表面之上沉积氮化硅SiN层;在该SiN层的整个表面之上沉积氧化层;执行氧化物蚀刻工艺以移除该SiN层的表面上在该鳍形硅上方的氧化层部分;执行SiN蚀刻工艺以移除该鳍形硅上方的SiN层部分;以及执行氧化物移除工艺以移除该SiN层上垂直方向上的氧化物层部分,以使垂直方向上的该SiN层至少形成该栅极结构的侧壁间隔物。附图说明图1解说常规3D三栅极FinFET(鳍式场效应晶体管)器件的一部分。图2解说在一些常规FinFET制造工艺中所含的侧壁蚀刻工艺中可采用低能量等离子体气体以平滑拐角。图3解说在一些FinFET常规工艺中的侧壁蚀刻工艺中可采用高能量等离子体气体以平滑拐角。图4A大致解说可在改进的低能量等离子体工艺中在栅极结构之上沉积氮化硅层从而形成该栅极结构的间隔物。图4B解说可在SiN层的整个表面之上生长氧化层以使其覆盖SiN层。图4C解说可执行选择性湿法蚀刻工艺以移除氧化层。图4D解说可释放低能量等离子体气体以蚀刻侧壁上水平方向上的SiN材料。图4E解说可使用湿法蚀刻工艺或SiCoNi工艺移除侧壁上剩余的氧化层以获得间隔物。参照以下附图,可实现对各个实施例的本质和优点的进一步理解。在附图中,类似组件或特征可具有相同的附图标记。此外,相同类型的各个组件可通过在附图标记后跟随破折号以及在类似组件间进行区分的副标记来区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记,则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个类似组件而不管副附图标记。具体实施方式本公开内容涉及在具有不同栅极节距尺寸的集成电路产品上制造间隔物结构以及结果得到的产品。给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本专利技术并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的,并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此,本专利技术并不限于本文中给出的实施例,而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。在以下详细描述中,阐述了许多特定细节以提供对本专利技术的更透彻理解。然而,对于本领域技术人员显而易见的是,本专利技术的实践可不必局限于这些具体细节。换言之,公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示,以避免模糊本专利技术。请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献,且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明,否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此,除非另有明确说明,否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。而且,权利要求中未明确表示用于执行特定功能的装置、或用于执行特定功能的步骤的任意组件皆不应被理解为如35USC第112章节第6段中所规定的装置或步骤条款。特别地,在此处的权利要求中使用“….的步骤”或“….的动作”并不表示涉及35USC第112章第6段的规定。注意,在使用到的情况下,标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的,而并不暗示任何具体的固定方向。事实上,它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。典型地,如上所述,晶体管的栅极结构将包括定位于毗邻该栅极结构的至少一个侧壁间隔物。侧壁间隔物典型地由氮化硅(具有相对较高的例如约7-8的k值)构成,并且对于使用替换栅极技术制造的器件它们通常在形成牺牲栅极结构之后很快就形成。对于替换栅极结构,氮化硅间隔物的两个主要用途是限定替换栅极制造工艺中的栅极腔以及保护最终的替换栅极结构。图1解说常规3D三栅极FinFET(鳍式场效应晶体管)器件100的一部分。此特定的FinFET器件100包括底层衬底(未示出)上的栅极102和鳍104。如图所示,栅极102被间隔物106围绕且在栅极102之上形成有硬掩模108。如上所述,在传统FinFET器件制造过程中,在制造晶体管栅极时,间隔物材料通常被施加于晶体管栅极102,然后被部分地移除或蚀刻以在晶体管栅极的侧壁上形成侧壁间隔物106。在蚀刻侧壁间隔物106期间,由于F本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/59/201611167849.html" title="用于FINFET间隔物成型的集成工艺原文来自X技术">用于FINFET间隔物成型的集成工艺</a>

【技术保护点】
一种用于制造3D鳍场效应晶体管FinFET器件的方法,所述方法包括:在衬底之上提供鳍形硅;提供包覆在所述鳍形硅的三个侧面周围的栅极结构;在所述栅极结构和所述鳍形硅的整个表面之上沉积氮化硅SiN层;在所述SiN层的整个表面之上沉积氧化层;执行氧化物蚀刻工艺以移除所述SiN层的表面上在所述鳍形硅上方的氧化层部分;执行SiN蚀刻工艺以移除所述鳍形硅上方的SiN层部分;以及执行氧化物移除工艺以移除所述SiN层上垂直方向上的氧化物层部分,以使垂直方向上的所述SiN层至少形成所述栅极结构的侧壁间隔物。

【技术特征摘要】
1.一种用于制造3D鳍场效应晶体管FinFET器件的方法,所述方法包括:在衬底之上提供鳍形硅;提供包覆在所述鳍形硅的三个侧面周围的栅极结构;在所述栅极结构和所述鳍形硅的整个表面之上沉积氮化硅SiN层;在所述SiN层的整个表面之上沉积氧化层;执行氧化物蚀刻工艺以移除所述SiN层的表面上在所述鳍形硅上方的氧化层部分;执行SiN蚀刻工艺以移除所述鳍形硅上方的SiN层部分;以及执行氧化物移除工艺以移除所述SiN层上垂直方向上的氧化物层部分,以使垂直方向上的所述SiN层至少形成所述栅极结构的侧壁间隔物。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氧化层的厚度介于10埃至100埃之间。3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氧化层包括氧化硅。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氧化层是使用原子层沉积A...

【专利技术属性】
技术研发人员:易海兰雷通陈勇跃
申请(专利权)人:上海华力微电子有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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