專利名稱：鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)與形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，以及形成多種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明特別是涉及ー種使用形成氧化物的不同可能來建構(gòu)鰭式場效晶體管的方法，用來降低鰭式場效晶體管漏電流問題，或是增加散熱的解決方案。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)研發(fā)的重要目標(biāo)，在于增加半導(dǎo)體元件的效能，以及減少半導(dǎo)體元件的功率消耗。在増加半導(dǎo)體元件效能此一途徑上，現(xiàn)有技術(shù)已開發(fā)出利用有利于空穴或電子流動的不同晶面定向來提升元件效能。舉例來說，建構(gòu)于(100)硅晶面上的n型通道(n-channel)金屬氧化物半導(dǎo)體 (metal-oxide-semiconductor, M0S)晶體管元件可獲得較高的載流子遷移率；而建構(gòu)于(110)硅晶面上的p型通道(p-channel)MOS晶體管元件則獲得較高的載流子遷移率。因此現(xiàn)有技術(shù)在建構(gòu)平面式(planar)互補(bǔ)式(complementary)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件(CMOS device)時，曾有利用基板結(jié)合技術(shù)等方式，將具有不同晶面定向的硅層制作成基板結(jié)構(gòu)，并將n型通道MOS晶體管元件成長于(100)晶面，以及將p型通道MOS晶體管元件成長于(110)晶面，以增進(jìn)CMOS元件的電性表現(xiàn)。然而，隨著元件發(fā)展進(jìn)入65納米技術(shù)世代后，使用傳統(tǒng)平面式的MOS晶體管制作エ藝實難持續(xù)微縮。因此，現(xiàn)有技術(shù)提出以立體多柵極晶體管元件如鰭式場效晶體管(FinField effect transistor, FinFET)元件取代平面晶體管元件的解決途徑。然而，由于鰭式場效晶體管的底部與基材直接相連，所以在操作時有嚴(yán)重漏電流的問題。另ー方面，若是想要解決漏電流的問題而將鰭式場效晶體管建立在絕緣層覆硅基板(SOI substrate)，則會因為絕緣層覆硅基板(SOI substrate)的高昂價格増加生產(chǎn)成本。因此，目前仍需要可解決上述兩難的多柵極晶體管元件結(jié)構(gòu)及其的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明于是提出ー種形成多樣鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，以得到多種可以滿足不同需求的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明運(yùn)用形成氧化物的不同可能性，就可以來建構(gòu)不同結(jié)構(gòu)的鰭式場效晶體管。一方面，本發(fā)明方法可以無需使用昂貴的絕緣層覆硅基板，就可以形成位于絕緣層上的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，而具有絕緣層的頂面與底面其中的至少ー者不平坦的結(jié)構(gòu)特征。另ー方面，本發(fā)明方法還可以形成具有以瓶頸部而與基材直接相連的鰭式結(jié)構(gòu)。此等瓶頸部既可以降低鰭式場效晶體管漏電流的問題，同時又不干擾鰭式場效晶體管的散熱問題。本發(fā)明首先提出一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其包含基材、鰭式結(jié)構(gòu)、絕緣層與柵極結(jié)構(gòu)。絕緣層覆蓋基材，并具有頂面以及與基材直接接觸的底面，其中頂面與底面的至少ー者不平坦。鰭式結(jié)構(gòu)則位于絕緣層上，并包含鰭式導(dǎo)體層與ー組源極/漏扱。柵極結(jié)構(gòu)則部分包圍鰭式結(jié)構(gòu)，而包含一柵極導(dǎo)電層與包圍鰭式結(jié)構(gòu)的一柵極介電層。
在本發(fā)明ー實施例中，絕緣層包含多個U形底面，使得鰭式結(jié)構(gòu)位于相鄰的U形底面之間。在本發(fā)明另一實施例中，鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)更包含覆蓋鰭式導(dǎo)體層的帽蓋層。在本發(fā)明又一實施例中，鰭式結(jié)構(gòu)具有圓鈍化的頂角。在本發(fā)明再一實施例中，絕緣層實質(zhì)上不含應(yīng)力。本發(fā)明其次提出一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其包含基材、鰭式結(jié)構(gòu)、絕緣層與柵極結(jié)構(gòu)。鰭式結(jié)構(gòu)位于基材上并與基材直接相連。鰭式結(jié)構(gòu)包含鰭式導(dǎo)體層與瓶頸部。絕緣層則覆蓋基材，并具有部分圍繞鰭式結(jié)構(gòu)的瓶頸部而形成的一凸出側(cè)面，以及與基材直接接觸的底面。凸出側(cè)面延伸至鰭式結(jié)構(gòu)下方。柵極結(jié)構(gòu)部分包圍鰭式結(jié)構(gòu)，又包含ー柵極導(dǎo)電層與包圍鰭式結(jié)構(gòu)的一柵極介電層。在本發(fā)明ー實施例中，鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)更包含位于絕緣層下方的淺溝槽隔離。此等淺溝槽隔離具有與絕緣層直接接觸的頂部，而且絕緣層的底面還大于淺溝槽隔離的頂部。
本發(fā)明又提出ー種形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法。首先，提供一基材與位于基材上的鰭式結(jié)構(gòu)。鰭式結(jié)構(gòu)包含掩模層、緩沖層、帽蓋層、鰭式導(dǎo)體層與環(huán)繞掩模層、緩沖層、帽蓋層、鰭式導(dǎo)體層的ー間隙壁。其次，進(jìn)行包含橫向蝕刻步驟與縱向蝕刻步驟的基材蝕刻步驟，而在基材中形成第一凹穴以及與第一凹穴相連的第二凹穴，第一凹穴與第二凹穴其中的至少ー者具有延伸至鰭式結(jié)構(gòu)下方的一凸出側(cè)面。之后，形成填滿第一凹穴與第ニ凹穴的氧化層。繼續(xù)，形成部分包圍鰭式結(jié)構(gòu)的柵極結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明ー實施例中，橫向蝕刻步驟可以在縱向蝕刻步驟之前或是之后進(jìn)行。在本發(fā)明另一實施例中，使用爐管氧化法以氧化基材而形成所需的氧化層。在本發(fā)明又ー實施例中，橫向蝕刻步驟會在鰭式結(jié)構(gòu)中形成所需的瓶頸部。在本發(fā)明再一實施例中，瓶頸部的寬度為鰭式結(jié)構(gòu)寬度的40% -60%。


圖I至圖SB為本發(fā)明形成多樣鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法示意圖；圖9A為本發(fā)明一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖9B為本發(fā)明另ー種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號說明100鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)101 基材102 第二凹穴103 第一凹穴104瓶頸部105凸出側(cè)面109襯墊層110鰭式結(jié)構(gòu)111掩模層112緩沖層113帽蓋層
114間隙壁115側(cè)壁材料層116 頂角117鰭式導(dǎo)體層118源扱/漏極119緩沖層120氧化層121 頂面122 底面130柵極結(jié)構(gòu)131柵極介電層132柵極材料層
具體實施例方式本發(fā)明提供ー種形成多樣鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，以得到多種可以滿足不同需求的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明方法中，形成氧化物方式的不同，就可以來建構(gòu)不同結(jié)構(gòu)的鰭式場效晶體管。一方面，本發(fā)明方法可以無需使用昂貴的絕緣層覆硅基板(SOIsubstrate)，就可以得到位于絕緣層上的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，而具有絕緣層的頂面與底面其中的至少ー者不平坦的結(jié)構(gòu)特征。另ー方面，本發(fā)明方法還可以形成，以瓶頸部而與基材直接相連的鰭式結(jié)構(gòu)，所以既可以降低鰭式場效晶體管漏電流的問題，同時又不影響鰭式場效晶體管的散熱問題。圖I至圖SB繪示本發(fā)明形成多樣鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，以得到多種可以滿足不同需求的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，首先，如圖3所示，提供基材101與位于基材101上的至少ー鰭式結(jié)構(gòu)110。鰭式結(jié)構(gòu)110包含掩模層
111、緩沖層112、帽蓋層113、鰭式導(dǎo)體層117與間隙壁114。形成鰭式結(jié)構(gòu)110的方法可以如下所例示。首先，如圖I所示，在基材101上提供掩模層111、緩沖層112與帽蓋層113。帽蓋層113可以包含氮氧化硅，并使用例如沉積法，整體性地覆蓋基材101。然后在帽蓋層113上，使用例如沉積法，形成包含硅氧化物的緩沖層112。接著，在緩沖層112上形成圖案化的掩模層111，使得掩模層111具有定義鰭式結(jié)構(gòu)110的圖案。掩模層111可以為硬掩模，例如包含氮化硅的硬掩模。形成圖案化掩模層111的方法可以是，使用蝕刻法，將預(yù)先圖案化光致抗蝕劑(圖未示)的圖案，轉(zhuǎn)移至掩模層111 中。其次，如圖I所示，使用圖案化掩模層111作為ー蝕刻掩模，而進(jìn)行ー鰭式結(jié)構(gòu)蝕刻步驟。鰭式結(jié)構(gòu)蝕刻步驟會移除部分的緩沖層112、帽蓋層113與基材101，而界定出鰭式結(jié)構(gòu)110大致的結(jié)構(gòu)。帽蓋層113下方部分的基材101于是成為鰭式導(dǎo)體層117?？梢允褂酶晌g刻法來進(jìn)行鰭式結(jié)構(gòu)蝕刻步驟。例如，利用CF4、02與He來對緩沖層112和帽蓋層113進(jìn)行干蝕刻。另外，還可以使用HBr、O2與He對基材101進(jìn)行干蝕刻。然后，如圖2所示，在掩模層111、緩沖層112、帽蓋層111與基材101上全面性地形成ー側(cè)壁材料層115，以覆蓋背景所形成的材料層與鰭式導(dǎo)體層117。側(cè)壁材料層115可以包含氮化硅。視情況需要，在沉積側(cè)壁材料層115之前，還可以先形成以氧化物為主的另一緩沖層119，使得緩沖層119成為第二側(cè)壁材料層，而側(cè)壁材料層115成為第一側(cè)壁材料層。接下來，就可以如圖3所示，進(jìn)行ー側(cè)壁蝕刻步驟，而移除部分的側(cè)壁材料層115，與視情況需要的緩沖層119。最后得到可以保護(hù)鰭式導(dǎo)體層117的間隙壁114，與前述的鰭式結(jié)構(gòu)110。換言之，間隙壁114會包含側(cè)壁材料層115與視情況需要的緩沖層119。另夕卜，間隙壁114會環(huán)繞掩模層111、緩沖層112、帽蓋層113與鰭式導(dǎo)體層117。側(cè)壁蝕刻步驟還可能會移除部分的鰭式結(jié)構(gòu)110,而得到圓鈍化的頂角(corner-rounded) 116。繼續(xù)，如圖4與圖5A所示，利用掩模層111與間隙壁114當(dāng)作掩模，進(jìn)行一基材蝕刻步驟，而在基材101中形成一第一凹穴103以及與第一凹穴103相連的第二凹穴102。第一凹穴103與第二凹穴102的位置是相對的，例如第二凹穴102會環(huán)繞第一凹穴103。形成 第一凹穴103與第二凹穴102基材蝕刻步驟并非単一的蝕刻步驟，通常包含多次的蝕刻過 程，而分別建立所需的第一凹穴103與第二凹穴102。例如，基材蝕刻步驟包含至少一次的橫向蝕刻步驟與至少一次的縱向蝕刻步驟。由于本發(fā)明橫向蝕刻步驟與縱向蝕刻步驟的順序并非關(guān)鍵，所以可以視情況需要，先進(jìn)行橫向蝕刻步驟或是先進(jìn)行縱向蝕刻步驟其中之一，再進(jìn)行另一次所需的蝕刻步驟。本較佳實施例可以先進(jìn)行縱向蝕刻步驟，如圖4所示，來建立第一凹穴103。例如，使用SF6與He來對基材101進(jìn)行干蝕刻，移除暴露的基材101，而形成所需尺寸的第一凹穴103。例如，從間隙壁114往下再移除5nm lOOnm。隨后，如圖5A所示，使用干蝕刻法，或是干蝕刻法配合濕蝕刻法進(jìn)行橫向蝕刻步驟，形成所需的第二凹穴102，同時在鰭式結(jié)構(gòu)110的下方形成瓶頸部104。例如，干蝕刻法利用SF6與He來對基材101進(jìn)行干蝕刻。或是，濕蝕刻法利用氨水(NH3)與低濃度雙氧水(H2O2)來對基材101進(jìn)行濕蝕刻。請注意，第ニ凹穴102較佳為楔形，亦即其沿著特定硅晶面進(jìn)行蝕刻而形成凸出側(cè)面105延伸至鰭式結(jié)構(gòu)110的下方。當(dāng)然也可以先進(jìn)行橫向蝕刻步驟，如圖5B所示可考慮結(jié)合圖6B。視情況需要，瓶頸部104的寬度可以介于3微米(Pm)與10微米之間，或是瓶頸部104的寬度為鰭式結(jié)構(gòu)110寬度的40% -60%。接下來，要形成填滿第一凹穴103與第二凹穴102的氧化層。可以使用不同的方法來形成氧化層。使用不同的方法，所形成的氧化層結(jié)構(gòu)可能不同，使得最終鰭式場效晶體管的結(jié)構(gòu)也不同。在本發(fā)明ー第一實施方式中，會形成完全支撐鰭式結(jié)構(gòu)110的氧化層。請參考圖6A，在完成所需的第一凹穴103與第二凹穴102后，就可以使用氧化法來形成完全支撐鰭式結(jié)構(gòu)110的氧化層120。例如，使用爐管氧化法來氧化被曝露的基材101，亦即氧化鄰近鰭式結(jié)構(gòu)110、第一凹穴103與第二凹穴102的基材101中的硅原子，以形成包含氧化硅的全面性(bulk)氧化層120，可以作為隔離基材101與鰭式結(jié)構(gòu)110的ー場氧化層。氧化層120的厚度可以為IOnm 200nm。此時,瓶頸部104即因氧化法而消失。由于氧原子被引入的緣故，氧化層120會填滿第二凹穴102，并幾乎占據(jù)大部分的第一凹穴103，而僅僅殘留少許的第一凹穴103。另外，因為硅原子被直接氧化的緣故，氧化層120會呈現(xiàn)不甚平坦的頂面121與底面122，而與使用沉積法來形成的平坦表面(圖未示)有所不同，而且氧化層120實質(zhì)上不含應(yīng)力。
由于掩模層111、緩沖層112、間隙壁114的功能是用來保護(hù)鰭式結(jié)構(gòu)110，不被蝕刻或是氧化步驟所傷害，因此，在完成上述蝕刻或是氧化步驟之后，就可以移除間隙壁114、掩模層111與緩沖層112，如圖7A所示。例如，使用濕蝕刻步驟來移除間隙壁114。如果間隙壁114包含第一側(cè)壁材料層與第二側(cè)壁材料層，移除間隙壁114即ー倂移除第一側(cè)壁材料層與第二側(cè)壁材料層。在本發(fā)明ー第二實施方式中，會形成完全覆蓋鰭式結(jié)構(gòu)110的氧化層。請參考圖6B，在完成所需的第一凹穴103與第二凹穴102后，就可以使用沉積法來形成完全覆蓋鰭式結(jié)構(gòu)110、并填滿第一凹穴103與第二凹穴102的氧化層120，而不氧化基材101中的硅原子。例如,使用旋轉(zhuǎn)涂布法(Spin-On Dielectric, S0D),而在晶片表面旋轉(zhuǎn)涂布含ニ氧化硅的液體物質(zhì)，利用液體高度填補(bǔ)縫隙能力，達(dá)成良好的覆蓋性。然后在液化狀態(tài)與以高溫退火，即可將液化物質(zhì)轉(zhuǎn)變成固態(tài)氧化層，也可以使用沉積法來形成完全覆蓋鰭式結(jié)構(gòu)110、第一凹穴103與第二凹穴102的氧化層120，使得絕緣層120可以包含氧化物，例如 ニ氧化硅或者氧氮化硅。請注意，由于沒有硅原子被氧化的緣故，鰭式結(jié)構(gòu)110仍直接與基材101相連。視情況需要，在沉積法之前，還可以在第一凹穴103與第二凹穴102的內(nèi)壁上，預(yù)先形成一襯墊層109?？梢越?jīng)由氧化基材101而形成襯墊層109。襯墊層109可以用來弭平因為蝕刻步驟而粗化的基材101表面，另外還可以修補(bǔ)晶格結(jié)構(gòu)以減少漏電流。接下來，請參考圖7B,會進(jìn)行ー化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)與回蝕刻(pullback)步驟,經(jīng)由制作エ藝控制(process control)削減掉部分的氧化層120,使得氧化層120的外表面與間隙壁114的底部直接接觸約略切齊。氧化層120于是恰好填滿第一凹穴103與第二凹穴102，但是又完全暴露出鰭式結(jié)構(gòu)110?？梢允褂玫母晌g刻條件可以為CF4+02與Ar，濕蝕刻條件可以是稀釋氫氟酸，來進(jìn)行此回蝕刻(pull back)步驟。填滿第一凹穴103的氧化層120，因為深入基材中，還可以視為半導(dǎo)體元件常用的淺溝槽隔離。由于掩模層111、緩沖層112、間隙壁114的功能是用來保護(hù)鰭式結(jié)構(gòu)110，不被蝕刻或是氧化步驟所傷害，因此，在完成上述蝕刻或是氧化步驟之后，例如氧化層120填滿第一凹穴103與第二凹穴102之后，即可以移除掩模層111、緩沖層112、間隙壁114。如果間隙壁114包含第一側(cè)壁材料層與第二側(cè)壁材料層，移除間隙壁114即ー倂移除第一側(cè)壁材料層與第二側(cè)壁材料層。在經(jīng)過上述氧化層形成步驟后，雖然會形成截然不同的氧化層120，但是并不會影響繼續(xù)要進(jìn)行的柵極結(jié)構(gòu)形成步驟。在移除間隙壁114之后，就可以形成所需的柵極介電層131。背景圖7A的結(jié)構(gòu)如今即成為圖8A所示的結(jié)構(gòu)。又，視情況需要，也可以移除帽蓋層113，于是圖7B的結(jié)構(gòu)如今即成為圖SB所示的結(jié)構(gòu)。柵極介電層131可以是一般的介電材料，例如高品質(zhì)的氧化硅，或是高介電常數(shù)的介電材料，例如HfO2或HfZrO2或ZrO2或BaTiO3或Al2O3或Ta2O5或La2O3或Pr203。形成所需柵極介電層131的方法，為本技術(shù)人士的通常知識，故不多加贅述。之后，即形成位于鰭式結(jié)構(gòu)110之上，而來控制鰭式結(jié)構(gòu)110的柵極結(jié)構(gòu)130。無論是圖8A所示的結(jié)構(gòu)，或是圖8B所示的結(jié)構(gòu)，都可以形成柵極結(jié)構(gòu)130，使得圖8A的結(jié)構(gòu)如今即成為圖9A所示的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100，或是圖SB的結(jié)構(gòu)如今成為圖9B所示的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100。
例如，先在柵極介電層131之上全面沉積ー柵極材料層132，再使用蝕刻方法來界定柵極材料層132。如果帽蓋層113留下來，柵極介電層131即會直接接觸帽蓋層113。如果帽蓋層113被移除，柵極介電層131即會直接圍繞鰭式結(jié)構(gòu)110。最后，圖案化柵極介電層131與柵極材料層132 —起成為柵極結(jié)構(gòu)130，于是便完成了本發(fā)明形成多樣鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明方法可以得到至少兩種鰭式場效晶體管的結(jié)構(gòu)。首先，如圖9A所示，在本發(fā)明ー第一實施例中，提供一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100。本發(fā)明第一實施例的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100，包含基材101、鰭式結(jié)構(gòu)110、絕緣層120與柵極結(jié)構(gòu)130?；?01通常是ー種半導(dǎo)體基材，例如硅，并可以在適當(dāng)?shù)那樾蜗卵趸纬裳趸?。絕緣層120由基材101中的硅原子直接氧化而得，因此整片(bulky)的絕緣層120會直接覆蓋基材101。因此，本發(fā)明鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)1 00無需使用成本較高的硅覆絕緣(SOI)基板，而具有生產(chǎn)成本上的優(yōu)勢。絕緣層120本身具有頂面121以及與基材101直接接觸的底面122。由于絕緣層120由基材101中的硅原子直接氧化而得，因此頂面121與底面122的至少ー者并不平坦，例如，絕緣層120包含多個U形底面122，而與使用沉積法來形成的平坦表面(圖未示)有所不同。而且，絕緣層120也因此實質(zhì)上不含應(yīng)力。鰭式結(jié)構(gòu)110則位于絕緣層120上，并包含鰭式導(dǎo)體層117與位于鰭式導(dǎo)體層117兩側(cè)之一組源極/漏極118。較佳者,鰭式結(jié)構(gòu)110的上面會有圓鈍化的頂角(roundedcorner) 116。本發(fā)明鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100中，可以包含不只ー個鰭式結(jié)構(gòu)110，因此鰭式結(jié)構(gòu)110還可以位于相鄰的U形底面122之間。鰭式結(jié)構(gòu)110的鰭式導(dǎo)體層117原本為基材101的一部分，但是因為絕緣層120的阻隔，而與基材101完全分開。視情況需要，鰭式結(jié)構(gòu)110之中還可以包含覆蓋鰭式導(dǎo)體層117的帽蓋層113，其可以包含氮氧硅化物。柵極結(jié)構(gòu)130則從三個方向部分包圍鰭式結(jié)構(gòu)110，并包含包圍鰭式結(jié)構(gòu)的柵極介電層131與柵極材料層132。延伸的柵極結(jié)構(gòu)130通常形成連續(xù)的U形，可以同時控制多組的鰭式結(jié)構(gòu)110。如果移除帽蓋層113，柵極結(jié)構(gòu)130則會從三個方向控制鰭式結(jié)構(gòu)110。如果保留帽蓋層113，柵極結(jié)構(gòu)130則從兩個方向控制鰭式結(jié)構(gòu)110。其次，如圖9B所示，在本發(fā)明ー第二實施例中，又提供另ー種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100。本發(fā)明第二實施例的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100，包含基材101、鰭式結(jié)構(gòu)110、絕緣層120與柵極結(jié)構(gòu)130?；?01通常是ー種半導(dǎo)體基材，例如硅。較佳者，鰭式結(jié)構(gòu)110的上面會有圓鈍化的頂角116。視情況需要，鰭式結(jié)構(gòu)110之中還可以包含覆蓋鰭式導(dǎo)體層117的帽蓋層113，其可以包含氮氧硅化物。如果柵極結(jié)構(gòu)130會從三個方向控制鰭式結(jié)構(gòu)110，則移除帽蓋層113。如果柵極結(jié)構(gòu)130從兩個方向控制鰭式結(jié)構(gòu)110，則保留帽蓋層113。絕緣層120實質(zhì)上不含應(yīng)力。本發(fā)明第二實施例與本發(fā)明第一實施例的差異在于，本發(fā)明第二實施例中的絕緣層120以沉積的方式，填入鰭式結(jié)構(gòu)110附近，于是位于基材101中的第一凹穴103與第二凹穴102中，而非整片覆蓋基材101。絕緣層120可以包含ニ氧化硅或者氧氮化硅。如圖5A所示，第二凹穴102較佳為楔形，其凸出側(cè)面105延伸至鰭式結(jié)構(gòu)110的下方，因此在鰭式結(jié)構(gòu)110中形成一瓶頸部104。鰭式結(jié)構(gòu)110即通過瓶頸部104與基材101直接相連，既保留散熱功能，又可以減低漏電流。視情況需要，瓶頸部104的寬度可以介于3微米(ym)與10微米之間，或是瓶頸部104的寬度為鰭式結(jié)構(gòu)110寬度的40% -60%。還有，視情況需要，本發(fā)明第二實施例的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)100還可以包含襯墊層109。襯墊層109即位于淺溝槽隔離122與基材101之間，以及絕緣層120與鰭式結(jié)構(gòu)110之間。填滿第一凹穴103與第二凹穴102中的絕緣層120不僅覆蓋基材101，并具有部分圍繞鰭式結(jié)構(gòu)110的瓶頸部104而形成的一凸出側(cè)面105，以及與基材101直接接觸的底面122。凸出側(cè)面105延伸至鰭式結(jié)構(gòu)110下方。填滿的第一凹穴103因為深入基材中，還可以獨立地視為位于填滿第二凹穴102的絕緣層120下方，作為半導(dǎo)體元件常用的淺溝槽隔離122之用。此等淺溝槽隔離122具有與絕緣層120直接接觸的頂部123，因此絕緣層120的底面121還大于淺溝槽隔離122的頂部123。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，包含 基材； 絕緣層，其覆蓋該基材，并具有頂面以及與該基材直接接觸的底面，其中該頂面與該底面的至少ー者不平坦； 鰭式結(jié)構(gòu)，其位于該絕緣層上，并包含一鰭式導(dǎo)體層與ー組源極/漏極；以及 柵極結(jié)構(gòu)，其部分包圍該鰭式結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層包含多個U形底面，使得該鰭式結(jié)構(gòu)位于相鄰的該U形底面之間。
3.如權(quán)利要求I所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，還包含 帽蓋層，其覆蓋該鰭式導(dǎo)體層。
4.如權(quán)利要求I所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該帽蓋層包含氮氧硅化物。
5.如權(quán)利要求I所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該鰭式結(jié)構(gòu)具有圓鈍化的ー頂角(corner-rounaed)。
6.如權(quán)利要求I所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層實質(zhì)上不含應(yīng)力。
7.—種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，包含 基材； 鰭式結(jié)構(gòu)，其位于該基材上并與該基材直接相連，該鰭式結(jié)構(gòu)包含鰭式導(dǎo)體層與瓶頸部; 絕緣層，其覆蓋該基材，并具有部分圍繞該鰭式結(jié)構(gòu)的該瓶頸部而形成的一凸出側(cè)面，以及與該基材直接接觸的一底面，其中該凸出側(cè)面延伸至該鰭式結(jié)構(gòu)下方；以及柵極結(jié)構(gòu)，其部分包圍該鰭式結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，還包含 帽蓋層，其覆蓋該鰭式導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，還包含 淺溝槽隔離，其位于該絕緣層下方，并具有與該絕緣層直接接觸的ー頂部，其中該底面大于該頂部。
10.如權(quán)利要求8所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該帽蓋層包含氮氧硅化物。
11.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該鰭式結(jié)構(gòu)具有圓鈍化的ー頂角(corner-rounaed)。
12.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層實質(zhì)上不含應(yīng)力。
13.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，還包含 襯墊層，位于該淺溝槽隔離以及該絕緣層，與該基材以及該鰭式結(jié)構(gòu)之間。
14.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該瓶頸部的寬度介于3微米(ym)與10微米之間。
15.如權(quán)利要求7所述的鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)，其中該瓶頸部的寬度為該鰭式結(jié)構(gòu)寬度的 40% -60%。
16.ー種形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，包含 提供一基材與位于該基材上的ー鰭式結(jié)構(gòu)； 進(jìn)行一基材蝕刻步驟，其包含一橫向蝕刻步驟與ー縱向蝕刻步驟，以在該基材中形成一第一凹穴以及與該第一凹穴相連的ー第二凹穴，其中該第一凹穴與該第二凹穴的至少ー者具有延伸至該鰭式結(jié)構(gòu)下方的一凸出側(cè)面； 形成ー氧化層，以填滿該第一凹穴與該第二凹穴；以及 形成ー柵極結(jié)構(gòu)，以部分包圍該鰭式結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中在該橫向蝕刻步驟前進(jìn)行該縱向蝕刻步驟。
18.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中在該橫向蝕刻步驟后進(jìn)行該縱向蝕刻步驟。
19.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該鰭式結(jié)構(gòu)包含掩模層、緩沖層、帽蓋層、鰭式導(dǎo)體層與環(huán)繞該掩模層、該緩沖層、該帽蓋層、該鰭式導(dǎo)體層的一間隙壁。
20.如權(quán)利要求19所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中形成該鰭式結(jié)構(gòu)的方法包含 提供該基材、位于該基材上的該帽蓋層、位于該帽蓋層上的該緩沖層與位于該緩沖層上的該掩模層； 以該掩模層作為ー蝕刻掩模而進(jìn)行ー鰭式結(jié)構(gòu)蝕刻步驟，而移除部分的該緩沖層、該帽蓋層與該基材； 形成ー側(cè)壁材料層，以全面性覆蓋該掩模層、該緩沖層、該帽蓋層與該基材；以及 進(jìn)行ー側(cè)壁蝕刻步驟，而移除部分的該側(cè)壁材料層以得到該間隙壁。
21.如權(quán)利要求20所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該側(cè)壁材料層包含第ー側(cè)壁材料層與第二側(cè)壁材料層。
22.如權(quán)利要求20所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該鰭式結(jié)構(gòu)蝕刻步驟包含干蝕刻步驟。
23.如權(quán)利要求22所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該鰭式結(jié)構(gòu)蝕刻步驟還包含濕蝕刻步驟。
24.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中使用干蝕刻法，與干蝕刻法配合濕蝕刻法其中ー者以進(jìn)行該橫向蝕刻步驟。
25.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該橫向蝕刻步驟包含干蝕刻步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該橫向蝕刻步驟還包含濕蝕刻步驟。
27.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中使用一爐管氧化法以氧化該基材以形成該氧化層，且該氧化層成為隔離該基材與該鰭式結(jié)構(gòu)的ー場氧化層。
28.如權(quán)利要求27所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，還包含 在形成該氧化層后，以濕蝕刻移除該側(cè)壁。
29.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該縱向蝕刻步驟形成用于ー淺溝槽隔離的該第一凹穴。
30.如權(quán)利要求16所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該橫向蝕刻步驟在該鰭式結(jié)構(gòu)中形成ー瓶頸部。
31.如權(quán)利要求30所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該瓶頸部的寬度介于3微米Om)與10微米之間。
32.如權(quán)利要求30所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中該瓶頸部的寬度為該鰭式結(jié)構(gòu)寬度的40% -60%。
33.如權(quán)利要求19所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，還包含 氧化該基材以形成一襯墊層，其位于該第一凹穴與該第二凹穴的內(nèi)壁上。
34.如權(quán)利要求33所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，還包含 以該氧化層覆蓋包含該側(cè)壁的該鰭式結(jié)構(gòu)；以及 移除部分該氧化層，使得該氧化層的外表面與該間隙壁的底部直接接觸。
35.如權(quán)利要求19所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，還包含 在該氧化層填滿該第一凹穴與該第二凹穴后移除該間隙壁。
36.如權(quán)利要求19所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，還包含 移除該掩模層與該緩沖層，使得ー柵極介電層得以直接接觸該帽蓋層。
37.如權(quán)利要求19所述的形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法，還包含 移除該帽蓋層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)與形成鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)的方法。鰭式場效晶體管結(jié)構(gòu)包含基材、鰭式結(jié)構(gòu)、絕緣層與柵極結(jié)構(gòu)。鰭式結(jié)構(gòu)位于基材上并與基材直接相連，同時，鰭式結(jié)構(gòu)包含鰭式導(dǎo)體層與瓶頸部。絕緣層覆蓋基材，并具有部分圍繞鰭式結(jié)構(gòu)的瓶頸部而形成的一凸出側(cè)面，以及與基材直接接觸的底面，使得凸出側(cè)面延伸至鰭式結(jié)構(gòu)下方。柵極結(jié)構(gòu)部分包圍鰭式結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/336GK102820334SQ20111015166
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者黃瑞民, 戴圣輝, 蔡振華, 廖端泉, 陳益坤, 朱曉忠 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司