用于高鳍状物的硬掩模蚀刻停止层制造技术

在高鳍状物的顶表面上形成硬掩模蚀刻停止层，以在晶体管制造过程的蚀刻步骤期间保持鳍状物高度并保护鳍状物的顶表面以避免受损。在一个实施例中，使用双硬掩模系统形成硬掩模蚀刻停止层，其中，在衬底的表面之上形成硬掩模蚀刻停止层，第二硬掩模层用于借助鳍状物顶表面上的硬掩模蚀刻停止层对鳍状物进行图案化。去除第二硬掩模层，同时保留硬掩模蚀刻停止层，以在后续制造步骤过程中保护鳍状物的顶表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高鳍状物的硬掩模蚀刻停止层
本专利技术的实施例涉及半导体设备领域，更具体地，涉及用于在制造过程中使用硬掩模蚀刻停止层以保持鳍状物高度来形成基于鳍状物的晶体管结构的方法。
技术介绍
半导体制造技术的发展已经导致诸如晶体管的数十亿个电路元件集成在单个集成电路(IC)上。为了将越来越多数量的电路元件集成在集成电路上,必需减小晶体管的尺寸。非平面、基于鳍状物的MOSFET对于较小设备占用面积已经实现了增大的性能。环绕栅极由于短沟道的较高控制导致例如寄生电容和截止状态泄漏。较高的鳍状物实现了较大的驱动电流，但由于其他设备组件的蚀刻而在制造过程期间使鳍状物的上表面遭受的损坏会减小鳍状物高度。【附图说明】图1A-H示出了根据本专利技术实施例的用于形成基于鳍状物的半导体设备结构的过程中的步骤的二维横截面图。图2A-K示出了根据本专利技术实施例的用于形成基于鳍状物的半导体设备结构的过程中的步骤的二维横截面图。图3A-B示出了根据本专利技术实施例的基于鳍状物的半导体设备结构的三维透视图。图4示出了根据本专利技术一个实施例的计算设备。【具体实施方式】描述了用于形成具有高鳍状物的基于鳍状物的晶体管的方法。相关于特定细节描述了本专利技术，以便提供对本专利技术的透彻理解。本领域普通技术人员会意识到，可以无需这些特定细节来实施本专利技术。在其他实例中，没有特别详细地说明公知的半导体工艺和设备，以避免不必要地使得本专利技术模糊不清。另外，附图中所示的多个实施例是说明性表示，不一定按照比例绘制。本专利技术的实施例提供了用于形成具有高鳍状物的基于鳍状物的晶体管的方法，其中，在其他设备组件的蚀刻过程中由硬掩模蚀刻停止层保护高鳍状物的顶部。在一个实施例中，在半导体衬底的表面之上形成双硬掩模。顶部第二硬掩模用于限定衬底表面上的高鳍状物。在形成鳍状物后去除第二硬掩模，保留较低的第一硬掩模层以在后续制造过程中保护鳍状物的顶表面。例如，在用以为替代栅极工艺形成栅极结构的材料的蚀刻过程中，第一硬掩模层防止鳍状物的顶表面的凹陷。另外，在从鳍状物的侧壁去除保护性侧壁间隔物的过程中，第一硬掩模层可以保护鳍状物的顶表面。因而，第一硬掩模层保持鳍状物的较高高度和顶表面的原始本质。从沟道区去除第一硬掩模层，以便形成与鳍状物表面接触的功能栅极结构。也可以从鳍状物的源极区和漏极区去除第一硬掩模，以便形成源极触点和漏极触点。在另一个实施例中，通过在鳍状物之上形成电介质材料、抛光电介质材料以与鳍状物的顶表面在同一平面上、选择性地使鳍状物凹陷以形成沟槽、以及在沟槽内形成硬掩模蚀刻停止结构，而使硬掩模蚀刻停止结构在鳍状物的顶表面上自对准。硬掩模蚀刻停止结构可以包括单一硬掩模材料，或者它可以包括内衬沟槽的底表面和侧表面的硬掩模层，以及形成于硬掩模层之上的牺牲填充材料。硬掩模蚀刻停止结构覆盖鳍状物的顶表面，从而在制造工艺的后续蚀刻步骤过程中保护其并保持鳍状物高度。硬掩模蚀刻停止结构可以在形成栅极的过程中从鳍状物的沟道区去除，并在形成源极触点和漏极触点的过程中从鳍状物的源极区和漏极区去除。图1A-H示出了用于形成具有极高鳍状物的基于鳍状物的晶体管的过程中的步骤的二维视图。图1A-F示出了沿鳍状物的长度的视图，而图1G-H示出了垂直于鳍状物的长度且平行于栅极结构的视图。尽管示例性地示出了两个鳍状物，但应理解，可以形成更多或更少的鳍状物。如图1A所示地，提供衬底102。衬底102可以由任何公知的材料形成，可以通过施加外部电控制使该材料相反地从绝缘状态改变到导电状态。在一个实施例中，衬底102是大块(bulk)单晶体衬底。衬底102可以是任何公知的半导体材料，例如但不限于，硅、锗、硅锗、和II1-V族组合，包括GaAs、InSb、GaP和GaSb。在另一个实施例中，衬底102是绝缘体上半导体(SOI)衬底，包括大块下衬底、中间绝缘层和上单晶体层。上单晶体层可以包括以上列出的用于大块单晶体衬底的任何材料。第一硬掩模层104均厚(blanket)沉积在衬底表面之上。在一个实施例中，第一硬掩模层104是可以抵抗用于蚀刻后续形成的虚拟栅极电极材料的蚀刻过程的材料。在一个实施例中，第一硬掩模材料104是二氧化硅或高k金属氧化物电介质，例如氧化钛、氧化铪、或氧化铝。第一硬掩模材料可以是I到IOnm厚。在一个实施例中，第一硬掩模104是3nm厚。第一硬掩模层104可以借助任何适合的过程来形成，例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)。第二硬掩模层106均厚沉积在第一硬掩模层104之上。第二硬掩模层106可以是可抵抗用于蚀刻衬底102材料以形成鳍状物110的蚀刻过程的任何材料。在一个实施例中，第二硬掩模层106是具有与第一硬掩模层104不同的蚀刻特性的材料。在一个实施例中，第二硬掩模层106是氮化娃。第二硬掩模层106可以是10到IOOnm厚。在一个实施例中，第二硬掩模层106是50nm厚。第二硬掩模层可以借助任何适合的过程来形成，例如CVD、PVD 或 ALD。在一个实施例中，如图1B中所示地随后对第二硬掩模层106进行图案化，以形成掩模，其限定衬底102表面上的多条高纵横比线。可以使用光刻法来对第二硬掩模层106进行图案化，如本领域中公知的。在一个实施例中，与第二硬掩模层106对准地对第一硬掩模层104进行图案化。接下来，与掩模对准地蚀刻衬底102，以在基底衬底108上形成多个鳍状物110，如图1B示出的实施例中所示的。在衬底102是SOI衬底的实施例中，由上单晶体层形成鳍状物110。衬底102可以借助任何适合的过程来蚀刻，例如干法蚀刻或湿法蚀刻。在一个实施例中，将电介质材料112均厚沉积在鳍状物之上，如图1C所示的。电介质材料112完全填充在鳍状物110之间的间隙，形成于鳍状物110上的第二硬掩模106的顶表面之上。在一个实施例中，电介质材料112可以是适合于隔离相邻设备并防止来自鳍状物的泄漏的任何材料。在一个实施例中，电介质材料112是二氧化硅。电介质材料112可以借助任何适合的过程来沉积，例如CVD、ALD及其他方法。在一个实施例中，对电介质材料112抛光以与第一硬掩模层104的表面在同一平面，如图1D所示的。在一个实施例中，通过抛光处理去除第二硬掩模层106。在抛光处理中可以去除一部分第一硬掩模层104。电介质材料112和第二硬掩模层106可以借助任何适合的过程来抛光，例如化学机械抛光(CMP)。接下来，使电介质材料112凹陷以暴露出鳍状物110的一部分侧壁，如图1E所示的。在一个实施例中，凹陷的电介质材料112形成浅沟槽隔离(STI)区114。在一个实施例中，鳍状物110的暴露部分将用于形成晶体管的有源部分分。在STI区114之上暴露出的鳍状物110的量将确定驱动电流、栅极宽度及其他晶体管特性。因而，电介质材料112凹陷的程度由在STI区114的表面上方的期望的鳍状物高度Hf来确定，如图1E所示的。每一个鳍状物110的基底由STI区114与相邻鳍状物隔离，如图1E所示的。STI区114还可以防止相邻鳍状物之间的泄漏和串扰。在一个实施例中，借助对第一硬掩模层104的选择性蚀刻过程使电介质材料112凹陷。在一个实施例中，鳍状物110具有高纵横比。将鳍状物110的纵横比定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成半导体设备的方法，包括：提供衬底，其中，所述衬底包括单晶半导体材料；在所述衬底之上均厚沉积第一硬掩模层；在所述第一硬掩模层之上均厚沉积第二硬掩模层；蚀刻所述第一硬掩模层和所述第二硬掩模层以形成掩模；与所述掩模对准地蚀刻所述衬底以形成鳍状物；在所述鳍状物之上均厚沉积电介质材料；对所述电介质材料抛光，以与所述第一硬掩模层的顶表面在同一平面，其中，在抛光过程中去除所述第二硬掩模层；蚀刻所述电介质材料，以暴露出所述鳍状物的有源区；均厚沉积栅极结构材料；以及蚀刻所述栅极结构材料以形成栅极结构，其中，所述栅极结构环绕所述鳍状物，以限定所述鳍状物内的沟道区以及在所述沟道区的相对侧上的源极区/漏极区，并且其中，所述第一硬掩模层保护所述鳍状物的顶表面以避免蚀刻过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于形成半导体设备的方法，包括: 提供衬底，其中，所述衬底包括单晶半导体材料； 在所述衬底之上均厚沉积第一硬掩模层； 在所述第一硬掩模层之上均厚沉积第二硬掩模层； 蚀刻所述第一硬掩模层和所述第二硬掩模层以形成掩模； 与所述掩模对准地蚀刻所述衬底以形成鳍状物； 在所述鳍状物之上均厚沉积电介质材料； 对所述电介质材料抛光，以与所述第一硬掩模层的顶表面在同一平面，其中，在抛光过程中去除所述第二硬掩模层； 蚀刻所述电介质材料，以暴露出所述鳍状物的有源区； 均厚沉积栅极结构材料；以及 蚀刻所述栅极结构材料以形成栅极结构，其中，所述栅极结构环绕所述鳍状物，以限定所述鳍状物内的沟道区以及在所述沟道区的相对侧上的源极区/漏极区，并且其中，所述第一硬掩模层保护所述鳍状物的顶表面以避免蚀刻过程。2.根据权利要求1所 述的方法，进一步包括: 在所述栅极结构、所述鳍状物和所述第一硬掩模层之上均厚沉积侧壁间隔物层；蚀刻所述侧壁间隔物层以形成在所述栅极结构的侧壁上的栅极侧壁间隔物和在所述鳍状物的侧壁上的鳍状物侧壁间隔物，其中，所述第一硬掩模层在蚀刻过程中保护所述鳍状物的顶表面。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括: 蚀刻所述第一硬掩模层，以暴露出所述鳍状物的源极区/漏极区的顶表面；以及 从所述鳍状物的顶表面生长外延半导体层。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 在所述栅极结构和所述鳍状物之上均厚沉积层间电介质材料； 对所述层间电介质材料抛光，以暴露出所述栅极结构的表面； 蚀刻以去除所述栅极结构； 蚀刻以去除所述第一硬掩模层，以暴露出在所述沟道区内的所述鳍状物的顶表面； 在所述沟道区内沉积栅极电介质层；以及 在所述沟道区内的所述栅极电介质层之上沉积栅极电极。5.根据权利要求4所述的方法，其中，沉积所述栅极电极包括: 沉积功函数金属层；以及 沉积填充金属。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 蚀刻以从所述鳍状物的源极区/漏极区去除所述第一硬掩模层；以及 在所述鳍状物的源极区/漏极区的顶表面上形成源极触点/漏极触点。7.一种方法，包括: 提供具有布置于其上的鳍状物的衬底，其中，所述鳍状物具有基底部分和有源部分，并且其中，所述有源部分具有顶表面和侧壁表面； 在所述鳍状物的顶表面之上均厚沉积电介质材料；对所述电介质材料抛光以暴露出所述鳍状物的顶表面； 蚀刻以使所述鳍状物的顶表面凹陷，以形成沟槽； 在所述电介质材料之上并且所述沟槽内均厚沉积硬掩模； 对所述硬掩模抛光，以与所述电介质材料的表面在同一平面； 蚀刻所述电介质层，以暴露出所述鳍状物的所述有源部分的侧壁； 在所述鳍状物之上均厚沉积栅极材料； 蚀刻所述栅极材料以形成栅极结构，其中，所述栅极结构环绕所述鳍状物，以限定所述鳍状物内的沟道区和在所述沟道区的相对侧上的源极区/漏极区，并且其中，所述硬掩模保护所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·雅韦里，B·B·塞尔，T·加尼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US