FinFET器件及其栅极结构的形成方法与流程

finfet器件及其栅极结构的形成方法
技术领域
1.本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种finfet器件及其栅极结构的形成方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的不断发展，传统的平面器件已难以满足人们对高性能器件的需求。鳍式场效应晶体管(fin-field-effect-transistor，finfet)是一种立体型器件，包括在衬底上垂直形成的鳍以及与鳍相交的高介电常数金属栅极(hkmg)，这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流，同时也可以大幅缩短晶体管的闸长。
3.目前，通常采用置换金属栅(rmg)工艺形成栅极结构，例如先形成虚拟栅极(也称为伪栅)，然后移除虚拟栅极以形成栅极结构。请参照图1所示，虚拟栅极230’覆盖若干鳍片110’，相邻鳍片110’之间设置有隔离墙250’，利用隔离墙250’隔断虚拟栅极，并以该隔离墙250’截断(隔断)后续形成的栅极结构。若形成时隔离墙250’发生偏移，即隔离墙250’并未位于相邻鳍片110’的中间位置，而是偏向某一侧的鳍片110’，将导致隔离墙250’与该鳍片110’的距离l’较小，从而使得位于隔离墙250’与鳍片110’的窗口240’变小(变窄)，甚至小于工艺允许范围的最小间距。须知，上述变小的窗口240’在后续的诸多制程中将有不利的影响，例如在去除虚拟栅极时虚拟栅极极易残留于窗口240’内，进而影响产品良率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种finfet器件及其栅极结构的形成方法，以解决隔离墙发生偏移的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种finfet器件的栅极结构的形成方法，包括：提供一衬底，所述衬底上形成有多个沿第一方向延伸并间隔排列的鳍片；依次形成牺牲层及停止层，所述牺牲层覆盖所述鳍片的外壁及所述衬底的表面，所述停止层覆盖所述牺牲层；形成至少两个虚拟栅极，所述虚拟栅极覆盖所述停止层及所述衬底，且所述虚拟栅极沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向正交；蚀刻部分所述虚拟栅极、停止层及牺牲层以形成暴露所述衬底的深槽，并于所述深槽内形成隔离墙，所述隔离墙截断所述虚拟栅极；以及，去除所述虚拟栅极、所述停止层及所述牺牲层，以形成栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍片。
6.可选的，所述牺牲层及所述停止层沿所述第二方向的厚度之和大于或等于工艺允许的隔离墙与鳍片的最小间距。
7.可选的，所述牺牲层的材质包括非晶硅、无定型碳、碳化硅或氮化硅。。
8.可选的，所述停止层的材质为包括氮化钛、氮化钽、氧化铝或氧化钛。
9.可选的，所述隔离墙的材质包括氮化硅、氮碳化硅或氮碳氧化硅。
10.可选的，所述隔离墙利用原子层沉积工艺形成。
11.可选的，所述鳍片与所述牺牲层之间还形成有栅氧层，所述栅氧层覆盖所述鳍片
的外壁，所述牺牲层覆盖所述栅氧层。
12.可选的，所述深槽的形成方法包括：形成层间介质层，所述层间介质层填充于相邻虚拟栅极之间；蚀刻部分所述虚拟栅极、停止层及牺牲层以形成暴露所述衬底的深槽。
13.可选的，所述栅极结构包括位于中间的栅极导电层及沿所述栅极导电层的侧壁部分包围所述栅极导电层的栅氧层。
14.基于本发明的另一方面，本技术实施例还提供一种finfet器件的形成方法，采用如上述的finfet器件的栅极结构的形成方法形成栅极结构。
15.综上所述，本发明提供的一种finfet器件的栅极结构的形成方法，利用覆盖于鳍片上的牺牲层及停止层，可在蚀刻虚拟栅极以形成深槽时利用停止层确保深槽与鳍片的距离，从而使得于深槽中形成的隔离墙与鳍片保持合适的距离以具有类似自对准的效果，进而防止隔离墙发生过度偏移，可确保形成的隔离墙与两侧的鳍片具有更合理的窗口，有利于提高后续制程的良率。
附图说明
16.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。
17.图1是现有技术中栅极结构的示意图；
18.图2a至2b是本技术实施例提供的形成鳍片的剖视及俯视示意图；
19.图3是本技术实施例提供的形成牺牲层的示意图；
20.图4是本技术实施例提供的形成停止层的示意图；
21.图5a至5b是本技术实施例提供的形成虚拟栅极的示意图；
22.图6a至6d是本技术实施例提供的形成隔离墙的示意图；
23.图7a至7b是本技术实施例提供的形成栅极结构的示意图；
24.图8是本技术实施例提供的finfet器件的栅极结构的形成方法的流程图。
25.图1中：
26.10
’‑
衬底；110
’‑
鳍片；230
’‑
虚拟栅极；240
’‑
窗口；250
’‑
隔离墙；l
’‑
窗口距离；
27.图2a至图7b中：
28.100-衬底；110-鳍片；
29.210-牺牲层；220-停止层；230-虚拟栅极；
30.240-深槽；250-隔离墙；260-层间介质层；270-栅极结构；l-窗口距离；
31.d1-第一方向；d2-第二方向。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
33.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义
而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
34.图8是本技术实施例提供的finfet器件的栅极结构的形成方法的流程图。
35.如图8所示，本实施例提供的finfet器件的栅极结构的形成方法，包括以下步骤：
36.s01：提供一衬底，所述衬底上形成有多个沿第一方向延伸并间隔排列的鳍片；
37.s02：依次形成牺牲层及停止层，所述牺牲层覆盖所述鳍片的外壁及所述衬底的表面，所述停止层覆盖所述牺牲层；
38.s03：形成虚拟栅极，所述虚拟栅极覆盖所述停止层及所述衬底，且所述虚拟栅极沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向正交；
39.s04：蚀刻部分所述虚拟栅极、停止层及牺牲层以形成暴露所述衬底的深槽，并于所述深槽内形成隔离墙，所述隔离墙截断所述虚拟栅极；
40.s05：去除所述虚拟栅极、所述停止层及所述牺牲层，以形成栅极结构，所述栅极结构覆盖所述鳍片。
41.图2a～图7b为本实施提供的finfet器件的栅极结构的形成方法的相应步骤对应的结构示意图，接下来，将结合图2a～图7b对所述finfet器件的栅极结构的形成方法进行详细说明。
42.请参照图2a及图2b，执行步骤s01，提供一衬底100，衬底100上形成有多个沿第一方向d1延伸的鳍片110，多个鳍片110沿第二方向d2间隔排列，第一方向d1与第二方向d2正交。
43.其中，衬底100可以是本领域技术人员所熟知的任意合适的基底材料，例如可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。本实施例中衬底100的材料以硅为例加以说明。
44.具体的，可利用自对准多重图形技术于衬底100的表面形成鳍片110。相邻鳍片110之间的间距可根据工艺需求而设定，可以为全部均匀设置，也可以是部分均匀设置。优选的，finfet器件可具有两个以上的鳍片110，finfet器件内的鳍片之间均匀设置，而不同finfet器件之间的鳍片之间具有较大间距。
45.优选的，鳍片110上形成有栅氧层(图中未示出)，该栅氧层覆盖鳍片110的表面，同时该栅氧层还可作为鳍片110的保护层。该栅氧层包括界面层以及覆盖界面层的高介电常数介质层，界面层的材质例如为氧化硅，高介电常数介质层的材质例如是氧化铪。
46.请参照图3和图4，执行步骤s02，形成牺牲层210和停止层220。首先，参考图3所示，先形成牺牲层210，牺牲层210覆盖鳍片110的外壁及衬底100的表面。优选方案中，牺牲层210具有较佳的粘附性及台阶覆盖性，以粘附停止层与鳍片110，并利用牺牲层210的厚度以控制后续隔离墙与鳍片110的距离。牺牲层210的材质可为非晶硅、无定型碳、碳氧化硅、碳化硅或氮化硅等任意具有上述特性且不同于栅氧层的材质。优选的，牺牲层210的材质可为非晶硅，以利用其较佳的台阶覆盖性。牺牲层210的厚度例如为15nm～30nm，可利用lpcvd工艺形成该牺牲层210。
47.接着，请参照图4，形成停止层220，停止层220覆盖牺牲层210的表面。由此，形成牺牲层210及停止层220的双层结构覆盖于鳍片110及衬底100的表面，且牺牲层210及停止层220沿第二方向d2(鳍片的宽度方向)的厚度之和大于或等于工艺允许的隔离墙与鳍片的最小距离，以便于后续形成的隔离墙偏移时保证隔离墙与鳍片的距离符合工艺要求。实际中，工艺允许的隔离墙与鳍片的最小距离为鳍片110的底部与隔离墙的最小允许距离。应理解，鳍片110的截面形状为上窄下宽，后续隔离墙与鳍片110在鳍片110底部形成最小窗口。
48.其中，停止层220的材质与牺牲层210及后续的虚拟栅极的材质不同，以便在后续蚀刻时具有较佳的蚀刻停止效果(选择性)，停止层220的材质可例如包括氮化钛、氮化钽、氧化铝或氧化钛。在本实施例中，停止层220的材质可例如是氮化钛，并可利用cvd工艺形成，停止层220的厚度例如为1nm～3nm。应理解，氮化钛是制程中常用且便于形成、成本较低的材料，有利于降低成本。
49.请参照图5a及5b，执行步骤s03，形成虚拟栅极230，虚拟栅极230部分覆盖停止层220及衬底100，虚拟栅极230沿第二方向d2延伸且横跨多个finfet器件的区域，第二方向d2与第一方向d1正交。实际应用中，可在停止层220及衬底100的表面同时形成多个虚拟栅极230，多个虚拟栅极230沿第一方向d1间隔排列。虚拟栅极230在衬底100(或鳍部110)上的高度与后续待替换形成的栅极结构的高度基本相同。在本实施例中，虚拟栅极230的材质为多晶硅，以便于形成及去除。
50.在形成上述的虚拟栅极230后，还可在去除虚拟栅极230之间的停止层220及牺牲层210，以暴露部分鳍片110，以便在虚拟栅极230两侧暴露的鳍片110上相应形成源漏区(s/d)、源漏拓展结构(sde)等结构，此为本领域技术人员熟知的内容，此处不予赘述。
51.请参照图6a，执行步骤s04，形成层间介质层260，层间介质层260填充相邻虚拟栅极230之间，且其在衬底100上的高度与虚拟栅极230的高度相同。层间介质层260的材质例如为氧化硅。
52.接着，请参照图6b及6c，蚀刻以去除部分虚拟栅极230、停止层220及牺牲层210以形成暴露衬底100的深槽240。其中，蚀刻工艺与具体的膜层的材质相对应，例如蚀刻虚拟栅极230采用干法蚀刻、蚀刻停止层220采用湿法蚀刻等，此为本领域技术人员熟知的内容，此处不予赘述。
53.深槽240的开口宽度及形成位置与待形成的隔离墙的宽度及位置相同，深槽240沿深度方向暴露衬底100，且深槽240的侧壁暴露虚拟栅极230两侧的层间介质层260，从而完全截断虚拟栅极230。所形成的深槽240由蚀刻后的虚拟栅极230及层间介质层260所围成。应理解，在虚拟栅极230横跨多个finfet器件的区域的区域时，可与虚拟栅极230上同时形成相应多个深槽260，以完全截断相应的finfet器件。
54.较佳的，深槽240位于相邻鳍片110的相对中间位置，以使得后续形成的隔离墙与两侧的鳍片110均具有合适的窗口距离l。实际中，由于鳍片110之间的间距较小，例如小于10纳米，蚀刻形成深槽240时极易出现位置的偏移或偏差，使得最后所形成的隔离墙与两侧的鳍片110的距离小于工艺允许的最小距离。在本实施例中，当蚀刻虚拟栅极230出现蚀刻位置的偏移时，由于停止层220覆盖于鳍部110上，使得位于蚀刻区域(蚀刻范围)内的停止层220及牺牲层210得以保留，从而达到类似自对准蚀刻的效果以确保深槽240的边缘(即停止层220的边缘)与相应鳍片110的窗口距离l符合工艺要求。再进一步蚀刻去除相应区域的
停止层220及牺牲层210以暴露衬底100。
55.接着，请参照图6d，在深槽240中形成隔离墙250，隔离墙250在衬底100上的高度与两侧的层间介质层260或虚拟栅极230的高度基本相同。隔离墙250的材质可例如包括氮化硅(sin)、氮碳化硅(sicn)或氮碳氧化硅(siocn)，作为一种优选方法，可通过原子层沉积工艺(ald)工艺形成隔离墙250，以同时提高其膜层质量以及台阶覆盖性。
56.请参照图7a，执行步骤s05，依次去除剩余的虚拟栅极230、停止层220及牺牲层210，以暴露鳍片110的外壁、衬底100的表面、隔离墙250的侧壁及层间介质层(未示出)的侧壁，并于由隔离墙250及层间介质层260所围成的区域内形成栅极结构270。其中，栅极结构270包括位于中间的栅极导电层及沿栅极导电层的侧壁部分包围栅极导电层的栅氧层。
57.结合上述分析可知，利用隔离墙250与鳍片110之间较大的窗口距离l，使得在去除剩余的虚拟栅极230时不易因窗口距离l过小产生虚拟栅极残留。特别的，在形成栅极结构270时，可利用上述较大的窗口距离l，使得位于窗口区的栅极结构250能较好的覆盖于相应的鳍片110上，得以保证栅极结构对finfet器件的沟道的控制能力。
58.本技术实施例还提供一种finfet器件的形成方法，该finfet器件中包括栅极结构，该finfet器件的形成方法采用如上述的finfet器件的栅极结构的形成方法形成栅极结构。
59.综上所述，本发明提供的一种finfet器件的栅极结构的形成方法，利用覆盖于鳍片上的牺牲层及停止层，可在蚀刻虚拟栅极以形成深槽时利用停止层确保深槽与鳍片的距离，从而使得于深槽中形成的隔离墙与鳍片保持合适的距离以具有类似自对准的效果，进而防止隔离墙发生过度偏移，可确保形成的隔离墙与两侧的鳍片具有更合理的窗口，有利于提高后续制程的良率。
60.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。