一种自对准后切SDBFinFET器件的制作方法与流程

一种自对准后切sdb finfet器件的制作方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种自对准后切sdb finfet器件的制作方法。


背景技术：

2.逻辑标准单元中的逻辑设计是使用标准单元创建的。单元的高度是轨道数乘以金属间距 (pitch)，轨道和pitch用金属层2(m2)测量。图1显示为7.5轨道单元示意图，电源(power) 和地轨(ground)高度的一半分别位于上面的单元和下面的单元中。
3.单元宽度与多晶硅接触间距(contact poly pitch,cpp)有关，构成单元宽度的cpps数量取决于单元类型以及单元是否具有双扩散间断(ddb)或单扩散间断(sdb)。
4.一个ddb在单元的每侧增加一个半cpp。对于实际的单元，诸如nand栅极和单元扫描触发器，单元宽度上的cpp数目较多，sdb对ddb影响较小。
5.如果fcvd退火过程中fin损失过大，就会导致沟道cd扩大，多晶硅栅极不能够很好地覆盖sdb，会影响后续sige和sip外延生长。因此，如何控制fcvd退火过程中的fin 损耗是关键问题。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自对准后切sdb finfet器件的制作方法，用于解决现有技术中finfet器件制造中的fcvd退火过程中fin损耗太大的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自对准后切sdb finfet器件的制作方法，至少包括：
8.步骤一、提供位于基底上纵向排列的多个fin，所述fin结构上设有sin层，所述sin层上设有第一硬掩膜层；
9.步骤二、沉积覆盖所述基底上表面和所述fin结构侧壁的薄层氧化物；
10.步骤三、沉积填充所述fin结构之间并覆盖所述fin结构顶部sin层的氧化物介质层，之后进行退火；
11.步骤四、对所述氧化物介质层进行研磨，研磨至露出所述sin层顶部为止；
12.步骤五、去除所述sin层；
13.步骤六、对所述氧化物介质层进行回刻，回刻至露出所述fin结构高度的30-90nm为止；
14.步骤七、在露出的所述fin结构上沉积多晶硅层，之后在所述多晶硅层上形成第二硬掩膜层；接着对所述多晶硅层和所述第二硬掩膜层进行刻蚀，形成横向排列的多个多晶硅-硬掩膜结构，在所述多晶硅-硬掩膜结构的侧壁形成侧墙；
15.步骤八、在相邻两个所述多晶硅-硬掩膜结构之间的所述fin结构上形成sige区，在与所述sige区相邻的两个所述多晶硅-硬掩膜结构之间的所述fin结构上形成sip区；之
后沉积ild 层以填充所述多晶硅-硬掩膜结构之间的空间；
16.步骤九、研磨去除所述多晶硅层上的第二硬掩膜层，直至露出所述多晶硅层为止；
17.步骤十、去除所述多晶硅层，形成凹槽；
18.步骤十一、在去除所述多晶硅层后的凹槽内填充高k介电材料，形成金属栅极；
19.步骤十二、回刻所述金属栅极；
20.步骤十三、在回刻后的所述金属栅极上形成帽层并且进行平坦化；
21.步骤十四、在所述fin结构上刻蚀形成sdb沟槽；
22.步骤十五、在所述sdb沟槽的顶部形成sin栓塞以形成顶部密封且中空的sdb沟槽。
23.优选地，步骤二中沉积覆盖所述基底上表面和所述fin结构侧壁的薄层氧化物的方法为原子层沉积法或原位水汽生成法。
24.优选地，步骤三中沉积所述氧化物介质层的方法为流体化学气相沉积法。
25.优选地，步骤八中沉积ild层以填充所述多晶硅-硬掩膜结构之间的空间之后，对所述ild 层进行化学机械研磨，并且研磨至露出所述第二硬掩膜层为止。
26.优选地，步骤十四中刻蚀形成sdb沟槽的方法包括：先进行光刻形成光刻胶图形，定义出所述sdb沟槽的位置和形貌，之后按照所述光刻胶图形对所述帽层、金属栅极以及位于所述金属栅极下方的fin结构进行刻蚀，形成所述sdb沟槽。
27.优选地，步骤十五中形成所述sin塞的方法包括：先沉积一层sin层，填充所述sdb沟槽的顶部，之后进行化学机械研磨将所述sin层表面平坦化，形成sin栓塞。
28.优选地，该方法还包括步骤十六、沉积介质层，之后刻蚀所述介质层形成接触孔，所述接触孔位于所述sige区和sip区的上方。
29.优选地，该方法还包括步骤十七、在所述接触孔中填充金属形成金属接触。
30.如上所述，本发明的自对准后切sdb finfet器件的制作方法，具有以下有益效果：本发明中sige和sip的生长不受影响，因此形成的sige区和sip区质量更高；并且形成sdb 工艺采用金属栅-硬掩膜-帽层-硬掩膜的工艺，无需额外费用，工艺兼容性好。同时sdb蚀刻工艺是自对准的，可以更好地控制工艺变化，在sdb沟槽之后，进行回拉过程，以扩大sdb 沟槽的顶部开口，然后填充sin塞以密封sdb沟槽。sdb沟槽是空气填充的，而不是氧化物，不需要进行热退火，因此退火氧化过程中几乎没有fin损失，因此可以更好地控制sdb 沟槽的均匀性；sdb沟道充满空气，降低了相邻触点的寄生电容，有利于提高器件速度。
附图说明
31.图1显示为7.5轨道单元示意图；
32.图2a显示为本发明的fin结构上设有sin层及第一硬掩膜层的横向截面结构示意图；
33.图2b显示为本发明的fin结构上设有sin层及第一硬掩膜层的纵向截面结构示意图；
34.图3a显示为本发明的基底上表面和fin结构侧壁沉积有薄层氧化物的横截面结构示意图；
35.图3b显示为本发明的基底上表面和fin结构侧壁沉积有薄层氧化物的纵截面结构示意图；
36.图4a显示为本发明中沉积填充fin结构之间并覆盖fin结构顶部sin层的氧化物介质层后形成的横截面结构示意图；
37.图4b显示为本发明中沉积填充fin结构之间并覆盖fin结构顶部sin层的氧化物介质层后形成的纵截面结构示意图；
38.图5a显示为本发明中对氧化物介质层研磨至露出sin层顶部后形成的横截面结构示意图；
39.图5b显示为本发明中对氧化物介质层研磨至露出sin层顶部后形成的纵截面结构示意图；
40.图5b显示为本发明中对氧化物介质层研磨至露出sin层顶部后形成的纵截面结构示意图；
41.图6a显示为本发明中去除fin结构上的sin层后形成的横截面结构示意图；
42.图6b显示为本发明中去除fin结构上的sin层后形成的纵截面结构示意图；
43.图7a显示为本发明中对氧化物介质层回刻后形成的横截面结构示意图；
44.图7b显示为本发明中对氧化物介质层回刻后形成的纵截面结构示意图；
45.图8a显示为本发明中形成多晶硅-硬掩膜结构后的横截面结构示意图；
46.图8b显示为本发明中形成多晶硅-硬掩膜结构后的纵截面结构示意图；
47.图9显示为本发明中形成sige区和sip区以及ild层后的纵截面结构示意图；
48.图10显示为本发明中去除多晶硅层后的纵截面结构示意图；
49.图11显示为本发明中去除多晶硅层形成凹槽后的纵截面结构示意图；
50.图12显示为本发明在凹槽内填充hk层后的纵截面结构示意图；
51.图13显示为本发明中回刻金属栅极后形成的纵截面结构示意图；
52.图14显示为本发明在金属栅极上形成帽层后的纵截面结构示意图；
53.图15显示为本发明中形成sdb沟槽的纵截面结构示意图；
54.图16显示为本发明中在sdb沟槽顶部形成sin塞后的纵截面结构示意图。
具体实施方式
55.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
56.请参阅图2a至图16。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
57.本发明提供一种自对准后切sdb finfet器件的制作方法，至少包括以下步骤：
58.步骤一、提供位于基底上纵向排列的多个fin结构，所述fin结构上设有sin层，所述 sin层上设有第一硬掩膜层；如图2a何图2b所示，图2a显示为本发明的fin结构上设有sin 层及第一硬掩膜层的横向截面结构示意图，图2b显示为本发明的fin结构上设有sin层及第一硬掩膜层的纵向截面结构示意图；其中所述基底01上形成有多个相互间隔的fin结
构02，所述fin结构02的上表面设有所述sin层03，所述sin层03上设有第一硬掩膜层04。
59.步骤二、沉积覆盖所述基底上表面和所述fin结构侧壁的薄层氧化物；如图3a和图3b所示，其中图3a显示为本发明的基底上表面和fin结构侧壁沉积有薄层氧化物的横截面结构示意图；图3b显示为本发明的基底上表面和fin结构侧壁沉积有薄层氧化物的纵截面结构示意图。进一步地，步骤二中沉积覆盖所述基底01上表面和所述fin结构02侧壁的薄层氧化物 05的方法为原子层沉积法(ald)或原位水汽生成法(issg)。
60.步骤三、沉积填充所述fin结构之间并覆盖所述fin结构顶部sin层的氧化物介质层，之后进行退火；如图4a和图4b所示，其中图4a显示为本发明中沉积填充fin结构之间并覆盖 fin结构顶部sin层的氧化物介质层后形成的横截面结构示意图；图4b显示为本发明中沉积填充fin结构之间并覆盖fin结构顶部sin层的氧化物介质层后形成的纵截面结构示意图。进一步地，步骤三中沉积所述氧化物介质层06的方法为流体化学气相沉积法(fcvd)。
61.步骤四、对所述氧化物介质层进行研磨，研磨至露出所述sin层顶部为止；如图5a和图5b所示，其中图5a显示为本发明中对氧化物介质层研磨至露出sin层顶部后形成的横截面结构示意图；图5b显示为本发明中对氧化物介质层研磨至露出sin层顶部后形成的纵截面结构示意图，进一步地，该步骤四中采用化学机械研磨法(cmp)对所述氧化物介质层06进行研磨。
62.步骤五、去除所述sin层；如图6a和图6b所示，其中图6a显示为本发明中去除fin结构上的sin层后形成的横截面结构示意图；图6b显示为本发明中去除fin结构上的sin层后形成的纵截面结构示意图。
63.步骤六、对所述氧化物介质层进行回刻，回刻至露出所述fin结构高度的30-90nm为止；如图7a和图7b所示，其中图7a显示为本发明中对氧化物介质层回刻后形成的横截面结构示意图；图7b显示为本发明中对氧化物介质层回刻后形成的纵截面结构示意图。
64.步骤七、在露出的所述fin结构上沉积多晶硅层，之后在所述多晶硅层上形成硬掩膜层；接着对所述多晶硅层和所述硬掩膜层进行刻蚀，形成纵向排列的多个多晶硅-硬掩膜结构，在所述多晶硅-硬掩膜结构的侧壁形成侧墙；如图8a和图8b所示，其中图8a显示为本发明中形成多晶硅-硬掩膜结构后的横截面结构示意图；图8b显示为本发明中形成多晶硅-硬掩膜结构后的纵截面结构示意图。图8a中，由于步骤六对所述氧化物介质层进行回刻，将所述fin 结构02的一部分暴露出来，该步骤七沉积的所述多晶硅层07覆盖在露出的所述fin结构02 上；然后在所述多晶硅层07上形成第二硬掩膜层(hm)08；之后对所述多晶硅层07和所述第二硬掩膜层(hm)08一起刻蚀，参阅图8b，从结构的纵向来看，刻蚀所述多晶硅层07 和所述第二硬掩膜层(hm)08形成纵向(与本发明中的横截面垂直)排列的多个相互独立的结构(即所述多晶硅-硬掩膜结构)，每个所述多晶硅-硬掩膜结构由多晶硅层07和位于其上的第二硬掩膜层08构成；接着在所述多晶硅-硬掩膜结构的侧壁形成如图8b所示的侧墙09，形成覆盖所述多晶硅-硬掩膜结构侧壁的侧墙的同时，暴露在外的所述fin结构上也覆盖有所述侧墙09，图8a中未示出覆盖在所述fin结构上的侧墙。
65.步骤八、在相邻两个所述多晶硅-硬掩膜结构之间的所述fin结构上形成sige区，在与所述sige区相邻的两个所述多晶硅-硬掩膜结构之间的所述fin结构上形成sip区；之后沉积ild 层以填充所述多晶硅-硬掩膜结构之间的空间；进一步地，步骤八中沉积ild层以填充所述多晶硅-硬掩膜结构之间的空间之后，对所述ild层10进行化学机械研磨，并且
研磨至露出所述硬掩膜层为止。如图9所示，图9显示为本发明中形成sige区和sip区以及ild层后的纵截面结构示意图。本发明中所述两个多晶硅-硬掩膜结构之间的所述fin结构上形成所述sige 区11，与形成该sige区11相邻的两个多晶硅-硬掩膜结构之间的fin结构上形成所述sip区 12，本发明的其他实施例中，还可以形成多个所述sige区和sip区，其中形成的多个所述sige区11位于所述多个sip区12的一侧。
66.如图9所示，该步骤八在形成所述sige区和sip区之后，沉积所述ild层10以填充所述多晶硅-硬掩膜结构之间的空间。
67.步骤九、研磨去除所述多晶硅层上的硬掩膜层，直至露出所述多晶硅层为止；如图10所示，图10显示为本发明中去除多晶硅层后的纵截面结构示意图。
68.步骤十、去除所述多晶硅层，形成凹槽；如图11所示，图11显示为本发明中去除多晶硅层形成凹槽后的纵截面结构示意图。该步骤中去除所述多晶硅层07后，在所述每两个侧墙 09之间留下凹槽。
69.步骤十一、在去除所述多晶硅层后的凹槽内填充高k介电材料，形成金属栅极；如图 12所示，图12显示为本发明在凹槽内填充hk层后的纵截面结构示意图；在所述凹槽内填充的高k介电材料(hk材料)13后，形成金属栅极(hkmg)。
70.步骤十二、回刻所述金属栅极；如图13所示，图13显示为本发明中回刻金属栅极后形成的纵截面结构示意图。该步骤回刻所述金属栅极后，在所述ild层10之间回刻后的金属栅极上形成凹槽，该凹槽用于后续形成帽层。
71.步骤十三、在回刻后的所述金属栅极上形成帽层并且进行平坦化；如图14所示，图14 显示为本发明在金属栅极上形成帽层后的纵截面结构示意图。该步骤现沉积一层帽层14覆盖所述ild层并填充了所述金属栅极13上的凹槽，之后对所述帽层进行平坦化，即对所述帽层进行研磨，直到研磨至露出所述ild层10上表面为止，形成如图14中的结构。
72.步骤十四、在所述fin结构上刻蚀形成sdb沟槽；如图15所示，图15显示为本发明中形成sdb沟槽的纵截面结构示意图。
73.进一步地，步骤十四中刻蚀形成sdb沟槽的方法包括：先进行光刻(曝光和显影)形成光刻胶图形15，定义出所述sdb沟槽的位置和形貌，之后按照所述光刻胶图形对所述帽层、金属栅极以及位于所述金属栅极下方的fin结构进行刻蚀，形成所述sdb沟槽。并且该步骤中刻蚀的所述帽层、金属栅极以及所述金属栅极下方的fin结构是指位于所述sige区和与所述sige区相邻的一个sip区之间的所述帽层、金属栅极以及所述金属栅极下方的fin结构，刻蚀后形成具有上开口的sdb沟槽。
74.步骤十五、在所述sdb沟槽的顶部形成sin塞以形成顶部密封且中空的sdb沟槽。如图16所示，图16显示为本发明中在sdb沟槽顶部形成sin塞后的纵截面结构示意图。
75.进一步地，步骤十五中形成所述sin塞16的方法包括：先沉积一层sin层，填充所述 sdb沟槽的顶部，之后进行化学机械研磨将所述sin层表面平坦化，形成sin塞。该步骤十五在所述sdb沟槽的顶部形成sin塞后，所述sin塞16下方的所述sdb沟槽内还存在中空的部分，因此该步骤十五形成了顶部密封且中空的sdb沟槽(中空的部分充满空气)。
76.该方法还包括步骤十六、沉积介质层，之后刻蚀所述介质层形成接触孔，所述接触孔位于所述sige区和sip区的上方。
77.该方法还包括步骤十七、在所述接触孔(ct)中填充金属形成金属接触。
78.综上所述，本发明中sige和sip的生长不受影响，因此形成的sige区和sip区质量更高；并且形成sdb工艺采用金属栅-硬掩膜-帽层-硬掩膜的工艺，无需额外费用，工艺兼容性好。同时sdb蚀刻工艺是自对准的，可以更好地控制工艺变化，然后填充sin塞以密封sdb 沟槽。sdb沟槽是空气填充的，而不是氧化物，不需要进行热退火，因此退火氧化过程中几乎没有fin损失，因此可以更好地控制sdb沟槽的均匀性；sdb沟道充满空气，降低了相邻触点的寄生电容，有利于提高器件速度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
79.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。