垂直FET栅极长度控制技术制造技术

提供了用于VFET栅极长度控制的技术。在一个方面，一种形成VFET器件的方法包括：在衬底中图案化鳍片；缘着所述鳍片的相对侧壁形成第一聚合物隔离物；通过所述第一聚合物隔离物形成与所述鳍片偏置的第二聚合物隔离物；去除对所述第二聚合物隔离物有选择性的所述第一聚合物隔离物；使所述第二聚合物隔离物回流以闭合与所述鳍片的间隙；在所述第二聚合物隔离物上方形成覆层；去除所述第二聚合物隔离物；沿着暴露于所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁形成栅极，其中所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；在所述覆层上方形成所述顶部隔离物；在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。还提供了VFET器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】垂直FET栅极长度控制技术
本专利技术涉及垂直场效应晶体管(VFET)器件，并且更具体地，涉及使用具有自限厚度控制的基于材料的图案化方法来控制VFET栅极长度的技术。
技术介绍
与平面互补金属氧化物半导体(CMOS)器件相反，垂直场效应晶体管(VFET)的取向是垂直鳍片通道设置在底部源极和漏极上，顶部源极和漏极设置在鳍片通道上。VFET已被视为一种可行的器件选择，可用于将CMOS规模扩展到7纳米(nm)以上的技术节点。在常规工艺流程中，主要通过两个蚀刻工艺来控制VFET的栅极长度(Lg)。栅导体保形地沉积在鳍片周围，然后进行(1)OPL平坦化和回蚀工艺(以暴露鳍片的顶部作为顶部源极和漏极)，以及(2)湿栅金属蚀刻。栅极长度主要在此阶段定义，但随后的高κ干蚀刻和OPL灰化也可能对Lg产生非常好的影响。但是，这种蚀刻控制的栅极长度(Lg)会有很大的变化，包括晶片内部、晶片间、批次间、工具依赖性以及图案密度(即蚀刻微负载)的影响。因此，期望避免上述蚀刻相关变化的VFET制造技术。因此，在本领域中需要解决上述问题。
技术实现思路
从第一方面来看，本专利技术提供了一种形成垂直场效应晶体管(VFET)器件的方法，该方法包括以下步骤：在衬底中对鳍片进行构图；在所述鳍片的底部形成底部源极和漏极；在所述底部源极和所述漏极上形成底部隔离物；缘着所述鳍片的相对侧壁形成第一聚合物隔离物，其中所述第一聚合物隔离物包括第一聚合物刷材料的单层；在所述底部源极上形成第二聚合物隔离物，并通过所述第一聚合物隔离物从所述鳍片偏移地形成所述漏极，其中所述第二聚合物隔离物包括未接枝到所述第一聚合物刷材料的所述第二聚合物刷材料的单层；去除对所述第二聚合物隔离物有选择性的所述第一聚合物隔离物，从而在所述第二聚合物隔离物和所述鳍片之间形成间隙；使所述第二聚合物隔离物回流以闭合所述间隙；缘着所述第二聚合物隔离物上方的所述鳍片的相对侧壁旁边形成覆层；去除所述第二聚合物隔离物，以暴露在所述底部隔离物和所述覆层之间所述鳍片的所述相对侧壁；沿着暴露于所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的所述相对侧壁形成栅极，其中所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；在所述覆层上方形成顶部隔离物；在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。从另一方面来看，本专利技术提供了一种VFET器件，其包括：在衬底中构图的鳍片；所述鳍片底部的底部源极和漏极；底部隔离物设置在所述底部源极和所述漏极上；缘着鳍片的相对侧壁设置的覆层；在所述底部隔离物和所述覆层之间沿着所述鳍片的所述相对侧壁设置的栅极，其中，所述栅极的栅极长度Lg由所述底部隔离物和所述覆层之间的距离设定。设置在所述覆层上方的顶部隔离物；顶部源极和漏极设置在顶部隔离物上方。本专利技术提供了使用具有自限厚度控制的基于材料的图案化方法来进行垂直场效应晶体管(VFET)栅极长度控制的技术。在本专利技术的一个方面，提供了一种形成VFET器件的方法。该方法包括：在衬底中图案化鳍片；在所述鳍片的底部形成底部源极和漏极；在所述底部源极和所述漏极上形成底部隔离物；缘着所述鳍片的相对侧壁形成第一聚合物隔离物，其中所述第一聚合物隔离物包括第一聚合物刷材料的单层；在所述底部源极上形成第二聚合物隔离物，并通过所述第一聚合物隔离物从所述鳍片偏移地形成所述漏极，其中第二聚合物隔离物包括未接枝到所述第一聚合物刷材料的第二聚合物刷材料的单层；去除对所述第二聚合物隔离物有选择性的所述第一聚合物隔离物，从而在所述第二聚合物隔离物和所述鳍片之间形成间隙；使所述第二聚合物隔离物回流以闭合所述间隙；在所述第二聚合物隔离物上方的所述鳍片的相所述对侧壁旁边形成覆层；去除所述第二聚合物隔离物，所述第二聚合物隔离物暴露出所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁；沿着暴露于所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁形成栅极，其中所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；在所述覆层上方形成顶部隔离物；在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。其中，所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；在所述覆层上方形成顶部隔离物；在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。其中，所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；在所述覆层上方形成顶部隔离物；在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。在本专利技术的另一方面，提供了一种VFET器件。所述VFET器件包括：在基板上构图的鳍片；所述鳍片底部的底部源极和漏极；底部隔离物设置在所述底部源极和所述漏极上；缘着鳍片的相对侧壁设置的覆层；在底部隔离物和覆层之间沿着鳍片的相对侧壁设置的栅极，其中，栅极的栅极长度Lg由底部隔离物和覆层之间的距离设定。设置在覆层上方的顶部隔离物；顶部源极和漏极设置在所述顶部隔离物上方。通过参考以下详细描述和附图，将获得对本专利技术以及本专利技术的其他特征和优点的更完整的理解。附图说明现在将参考附图仅以示例的方式描述本专利技术的实施例，其中：图1是示出根据本专利技术实施例的聚合物刷的示意图；图2是示出根据本专利技术实施例的用于将聚合物刷的单层接枝到表面上的示例性方法的图；图3是横截面图，示出了已经用于对衬底中的至少一个鳍片进行构图的鳍片硬掩模，在所述鳍片的底部的所述衬底中形成了底部源极和漏极以及在根据本专利技术实施例的所述源极和漏极底部形成了底部隔离物；图4是示出根据本专利技术的实施例的已经被涂覆到所述鳍片和所述底部隔离物上的第一聚合物刷材料的剖视图；图5是示出根据本专利技术实施例的已被接枝到所述鳍片硬掩模、所述鳍片和所述底部隔离物的有机聚合物刷材料的单层的截面图；图6是横截面图，示出了被冲洗掉的第一聚合物刷材料的未接枝(未反应)部分，留下接枝到本专利技术的实施例的所述鳍片硬掩模、所述鳍片和所述底部隔离物的有机聚合物刷材料的单层；图7是示出根据本专利技术的实施例的有机聚合物刷材料的单层已被图案化成与所述鳍片的相对侧壁并排的第一聚合物隔离物的截面图；图8是示出根据本专利技术的一个实施例的已经被接枝到形成第二聚合物隔离物的暴露的氧化硅/氮化物表面(即，所述鳍状硬掩模和底部隔离物的表面)的含Si的刷材料的截面图；图9是示出根据本专利技术的实施例的已经被去除的所述第一聚合物隔离物在所述鳍片的侧壁与所述第二聚合物隔离物之间形成间隙的剖视图；图10是示出根据本专利技术的实施例的已经用于所述闭合所述间隙的所述第二聚合物隔离物的回流的剖视图；图11是示出根据本专利技术的实施例的已经在所述第二聚合物隔离物和所述鳍片硬掩模/鳍片之上沉积的覆层的截面图；图12是说明根据本专利技术的一个实施例的已经被用于从包括在所述鳍片之间的所述第二聚合物隔离物的顶表面的水平表面去除覆层的定向蚀刻的截面图；图13是示出根据本专利技术实施例的所述鳍片被掩埋在电介质填充材料中的剖视图；图14是示出根据本专利技术实施例的已经被抛光到所述鳍片状硬掩模的所述电介质填充材料的截面图；图15是示出根据本专利技术的实施例的，已经选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成垂直场效应晶体管(VFET)器件的方法，所述方法包括以下步骤：/n在基板上构图鳍片；/n在所述鳍片的底部形成底部源极和漏极；/n在所述底部源极和漏极上形成底部隔离物；/n缘着所述鳍片的相对侧壁形成第一聚合物隔离物，其中所述第一聚合物隔离物包括第一聚合物刷材料的单层；/n通过所述第一聚合物隔离物在所述底部源极和漏极上偏移地形成第二聚合物隔离物，其中所述第二聚合物隔离物包括未接枝到所述第一聚合物刷材料的第二聚合物刷材料的单层；/n去除对所述第二聚合物隔离物有选择性的所述第一聚合物隔离物，从而在所述第二聚合物隔离物和所述鳍片之间形成间隙；/n使所述第二聚合物隔离物回流以闭合所述间隙；/n在所述第二聚合物隔离物上方缘着所述鳍片的相对侧壁形成覆层；/n去除所述第二聚合物隔离物，所述第二聚合物隔离物暴露出在所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁；/n沿着暴露于所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁形成栅极，其中所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；/n在所述覆层上方形成所述顶部隔离物；以及/n在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180201 US 15/886,5391.一种形成垂直场效应晶体管(VFET)器件的方法，所述方法包括以下步骤：
在基板上构图鳍片；
在所述鳍片的底部形成底部源极和漏极；
在所述底部源极和漏极上形成底部隔离物；
缘着所述鳍片的相对侧壁形成第一聚合物隔离物，其中所述第一聚合物隔离物包括第一聚合物刷材料的单层；
通过所述第一聚合物隔离物在所述底部源极和漏极上偏移地形成第二聚合物隔离物，其中所述第二聚合物隔离物包括未接枝到所述第一聚合物刷材料的第二聚合物刷材料的单层；
去除对所述第二聚合物隔离物有选择性的所述第一聚合物隔离物，从而在所述第二聚合物隔离物和所述鳍片之间形成间隙；
使所述第二聚合物隔离物回流以闭合所述间隙；
在所述第二聚合物隔离物上方缘着所述鳍片的相对侧壁形成覆层；
去除所述第二聚合物隔离物，所述第二聚合物隔离物暴露出在所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁；
沿着暴露于所述底部隔离物和所述覆层之间的所述鳍片的相对侧壁形成栅极，其中所述栅极具有通过去除所述第二聚合物隔离物而设定的栅极长度Lg；
在所述覆层上方形成所述顶部隔离物；以及
在所述顶部隔离物上方形成顶部源极和漏极。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一聚合物刷材料包括有机刷材料。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述有机刷材料包括聚苯乙烯。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中形成所述第一聚合物隔离物的步骤包括以下步骤：
将所述第一聚合物刷材料沉积到所述鳍片和所述底部隔离物上；
使所述第一聚合物刷材料退火，以将所述第一聚合物刷材料的单层接枝到所述鳍片和底部隔离物上；以及
去除所述第一聚合物刷材料的未接枝部分，留下接枝到所述鳍片和所述底部隔离物的所述第一聚合物刷材料的单层。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物刷材料在约25℃至约300℃之间的温度下退火。


6.根据权利要求4或5中任一项所述的方法，其中通过用选自以下的溶剂冲洗所述第一聚合物刷材料来除去所述第一聚合物刷材料的未接枝部分：丙二醇单甲醚乙酸酯、甲苯、苯、二甲苯、四氢呋喃、甲基异丁基甲醇、γ-丁内酯及其组合。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
将所述第一聚合物刷材料的单层图案化为所述第一聚合物隔离物。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二聚合物刷材料包括含硅(Si)的刷材料。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述含Si的刷材料包括聚二甲基硅氧烷。


10.根据权利要求8或9所述的方法，其中形成所述第二聚合物隔离物的步骤包括以下步骤：
将所述第二聚合物刷材料沉积到所述底部隔离物上；
使所述第二聚合物刷材料退火以将所述第二聚合物刷材料的单层接枝到所述底部隔离物上；以及
除去所述第二聚合物刷材料的未接枝部分，留下接枝到所述底部隔离物的所述第二聚合物刷材料的单层。


11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二聚合物刷材料在约25℃至约30...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘其俊，杨振荣，RHK赵，毕振兴，K施密特，Y米格诺特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US