鳍型场效应晶体管及其制造方法
专利名称：鳍型场效应晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明一般地涉及场效应晶体管，更具体地涉及鳍型场效应晶体管(FinFET )。
背景技术：
在过去的几十年中，集成电路中晶体管的速度和密度按照预测了指数型 增长的摩尔定律持续增长。结果，例如微处理器的集成电路以较低成本实现 了更强的功能和性能。随着集成电路上的器件，例如晶体管变得更小、更快 和更便宜，集成电路的应用变得更为广泛。此外，对集成电路性能提高的要 求也在持续增长。因此，持续发展并采用用于构造更快且更小的晶体管的创 新技术。鳍型场效应晶体管(FinFET)技术就是这样的一种在集成电路上构造高 性能晶体管的创新的方法。FinFET是一种易于采用现有制造技术制作的双 栅极结构。在FinFET中，限定垂直鳍(fin)来形成晶体管的主体。栅极可 以形成在垂直鳍的一侧或垂直鳍的两侧上。当垂直鳍的两侧都具有形成在其 上的栅极时，该晶体管一般称为双栅极FinFET。双栅极FinFET帮助抑制短 沟道效应(SCE)、减小漏电流并增强开关动作。还有，双栅极FinFET可 以增加晶体管的电学宽度，这进而可以在不增大栅极导体的长度的情况下增 大导通电流。随着电路密度继续增大，鳍的长度不断减小以缩小FinFET器件。缩小 FinFET器件的一个问题是鳍的宽度沿鳍的整个长度不均匀。例如，鳍的宽 度尤其可能在鳍的末端处偏离理想条件。例如，由于芯片光刻或刻蚀的变化， 可能沿着鳍的末端发生与理想的鳍尺寸的偏差。此外，随着鳍尺寸继续缩小，栅极结构覆盖在鳍的不规则区域上的危险 显著增大。很多因素，例如由寸未对准、光学畸变、放大错误等导致的掩模 层之间的简单平移移位，都会导致在其上形成有栅极结构的鳍结构的特定区 域中的变化。鳍长度的缩小还会增大栅极结构形成在鳍结构的末端处或末端处附近的可能性，在该鳍结构的该末端处鳍宽度太宽和/或沿着鳍的长度方向 变化。在某些情况下，鳍的不规则会导致鳍宽度在栅极结构的相对侧上不同。 结果，硅鳍的栅极控制在栅极结构的源极和漏极边缘之间可能不同，导致退 化和难以预计的电行为。鳍宽度上的变化还可能导致阈值电压和亚阈值摆幅(sub-Vt swing )中的变4匕。前述问题的一种解决方案是增大鳍长度，由此减小栅极结构覆盖鳍的末 端处或末端附近处的可能性，该鳍的末端处鳍宽度极可能不规则。然而，增 大鳍长度除了减小集成电路上的器件密度之外，还导致沿着FinFET的沟道 的串联电阻增大。因此，需要形成具有均匀宽度的短鳍的FinFET的改进方法。发明内容本发明 一般地涉及场效应晶体管，更具体地涉及鳍型场效应晶体管 (FinFET )。本发明的 一 实施例提供一种鳍型场效应晶体管的制造方法。该方法一般 地包括在半导体衬底上形成鳍结构，其中该鳍结构的侧壁部分垂直于第一晶 向，该鳍结构还包括在鳍结构的至少一个末端处的渐缩区域，其中该渐缩区 域的侧壁部分垂直于第二晶向。该方法还包括在FinFET上进行晶面依赖刻 蚀，其中该晶面依赖刻蚀相对于垂直于第一晶向的表面更快速地刻蚀垂直于 第二晶向的表面，晶面依赖刻蚀使鳍结构整形为沿着鳍结构的长度方向具有 基本均匀的宽度。本发明的另 一 实施例提供一种半导体结构的整形方法。该方法 一般地包 括在半导体结构上进行晶面依赖刻蚀步骤，其中该晶面依赖刻蚀步骤相对于 垂直于第二晶向的半导体结构的第二表面更快速的刻蚀垂直于第一晶向的半导体结构的第一表面。本发明的又一实施例提供一种FinFET器件， 一般地包括主体，包括 鳍结构和邻近鳍结构形成的栅极结构；源极区域，设置在主体的第一侧上并 邻近鳍结构的第一末端；以及漏极区域，设置在主体的第二侧上并邻近鳍结 构的第二末端。鳍结构在源极区域与鳍结构的第 一末端处的交界面和鳍结构 在漏极区域与鳍结构的第二末端处的交界面可以形成大致直角。
通过参考附图中所示的本发明的实施例，可以对上文简要总结的本发明 进行具体描述，由此获得本发明的上述特性、优点和目的并能够详细理解它 们。然而，需要说明的是附图仅说明了本发明的典型实施例，因此不应理解 为限制本发明的范围，因为本发明可以允许其它同样有效的实施例。图1示出依照本发明一实施例的FinFET器件的示范性三维图。 图2示出依照本发明 一 实施例的示范性理想FinFET器件的俯视图。 图3示出依照本发明 一 实施例的实际FinFET器件的俯视图。 图4示出依照本发明一实施例的示范性立方晶体结构。 图5A-图5C示出依照本发明一实施例的示范性晶面。 图6示出依照本发明一实施例的示范性FinFET器件的另一俯^L图。 图7示出依照本发明一实施例，晶面刻蚀之后的示范性FinFET器件的 俯视图。图8示出依照本发明 一 实施例，晶面刻蚀之前和之后FinFET器件的示 范形状。图9为依照本发明一实施例进行的使鳍结构整形的示范性搡作的流程图。
具体实施方式
本发明 一般地涉及场效应晶体管，更具体地涉及鳍型场效应晶体管 (FinFET )。 一种鳍结构可以形成为使得鳍结构的侧壁部分的表面垂直于第 一晶体学方向。鳍结构末端处的渐缩区域可以垂直于第二晶向。可以在鳍结 构上进行晶面依赖刻烛(crystallographic dependent etch )。晶面依赖刻蚀可以 从垂直于第二晶向的鳍的部分相对更快地去除材料，由此得到宽度相对均匀 的鳍结构。接着，参考本发明实施例。然而，应理解的是本发明不限于具体描述的 实施例。相反，不论是否与不同的实施例相关，后面的特征和元件的任意结 合都预期能够实现和实践本发明。此外，在不同实施例中，本发明提供了大 量优于现有技术的优点。然而，虽然本发明实施例可以获得优于其它可能的 解决方案和/或现有技术的优点，但是无论特定优点是否能通过给出的实施例获得，它都不限制本发明。因此，除了在权利要求中明确说明之外，随后的 方面、特征、实施方式和优点仅仅是说明性的并且不能理解为所附权利要求 的元素或限制。同样，引用"本发明"不应理解为在此公开的任何发明主题 的概括，并且除了在权利要求中明确说明之外不应理解为所附权利要求的元 素或限制。示范性FinFET结构图1说明了依照本发明一实施例的示范性FinFET晶体管100的三维视 图。如图1所示，FinFET 100可以形成在衬底140上。衬底140可以由任意 适当的半导体材料形成，例如硅、锗、锗硅、镓砷、铟磷等。衬底140可以 是体硅(bulk silicon )衬底、绝缘体上的硅(SOI)衬底或绝缘衬底。FinFET 100可以包括鳍结构110和片册极结构120。鳍结构110也可以由 任意适当的半导体材料形成，例如硅、锗、锗硅、镓砷、铟磷等。鳍结构110 可以由与衬底140相同或者不同的半导体材料形成。如图1所示，鳍结构110可以是衬底140上窄的高起的通道，在该衬底 140上形成FinFET晶体管100。在一个末端111处，鳍结构110可以与FinFET 100的源极区域(图1未示出)耦接。在相反的末端112处，鳍结构110可 以与FinFET 100的漏极区域(图1未示出)耦接。因此，鳍结构110可以 作为连接FinFET 100的源极和漏极区域的通道。可选的氮化物层150可以设置在如图1所示的鳍结构110上从而利于器 件形成。通过使用氮化物层150，可以使鳍的顶部表面和顶角对沟道电流的 贡献最小化。氮化物层可以造成主要由鳍的侧面贡献的沟道电流，由此提高 晶体管的电特性的再现性。鳍结构110可以具有长度115、高度116和宽度117,如图1所示。长 度115、高度116和宽度117的值可以基于FinFET 100的特定功能而选择。 在本发明一实施例中，鳍结构110可以小于20nm宽。通常，为了增大集成 电路密度而缩小器件可以包括缩小鳍结构110的任一尺寸。例如，缩小 FinFET 100的尺寸可以包括缩小鳍长度115。形成鳍结构IIO可以包括在衬底140上形成多个掩模层，例如氧化物层 和氮化物层，以及在该多个氧化物层和氮化物层中形成孔洞使得通过孔洞露 出衬底140。在一实施例中，孔洞可以具有期望的鳍结构的尺寸。可以在孔 洞中外延生长半导体材料，且可以去除多个氧化物和氮化物层以形成图l所示的鳍结构110。可以沿着鳍结构110的至少一个面设置栅极结构120。例如，图1中， 栅极结构120沿着三个面设置，即，鳍结构110的顶面和两个侧面。对于图 1中的示范性结构，氮化物层的存在可以减小顶面对总沟道电流的贡献。在 其它预期的实施例中，顶面可以没有氮化物层。值得注意的是栅极结构120 可以设置在鳍结构110的任意数量的面上。例如，栅极结构120可以包围鳍 结构IIO所有的面或者栅极结构120可以设置在鳍结构IIO的两个侧面上。在本发明一实施例中，栅极结构120可以由多晶硅或非晶硅中的一种形 成。栅极结构120可以由本领域已知的适当工艺形成，例如，低压化学气相 淀积(LPCVD)。鳍结构IIO的狭窄和用鳍结构IIO的至少两个面上的柵极结构120对鳍 结构110进行的栅控(gating)可以显著地减小短沟道4丈感度并提高沟道长 度的可缩小性。此外，栅极结构120可以保持对于半导体电势的强控制并且 可以阻挡晶体管源极穿通到晶体管漏极电场。这种强栅极控制能够实现接近 理想的亚阈值(Vt)摆幅，并减小阈值(Vt)对漏极电压和沟道长度变化的 敏感度。在本发明一实施例中，FinFET100可以在全耗尽模式下工作，得到体反 型(volume inversion )和相比于常规平面单栅极MOSFET增大的电流驱动。图2示出了依照本发明一实施例的理想FinFET器件200的俯视图。理 想FinFET器件200可以包括窄鳍结构110、栅极结构120、源极接触区域 211和漏极接触区域212。源极接触区域211可以在鳍结构110的末端111 处与鳍结构110耦接。漏极接触区域212可以在鳍结构110的末端112处与 鳍结构110耦接，如图2所示。如图2示出，源极接触区域211和漏极接触 区域212可以比鳍宽度117相对宽很多。如图2所示，在理想FinFET器件200中，可以垂直于鳍结构110并沿 着鳍结构110的中心设置栅极结构120。此外，沿着鳍结构110的长度方向 宽度117是均匀的。因此，鳍结构110与源极接触区域211和漏极接触区域 212连接的接合处220形成完美的直角内角。然而，实际FinFET器件可以在许多方面不同于理想FinFET器件200。 图3示出了示范性实际FinFET器件300。例如，如图3所示，栅极结构120 可以从鳍结构110的中心351偏离距离d。因此，栅极结构120的轴352可能设置为靠近源极接触区域211或漏极接触区域212中的一个。由于许多不同的原因，例如由于未对准、光学畸变、放大错误等造成的 掩模层之间的简单平移位移，栅极结构120可能设置为离开鳍结构110的中 心351。栅极对准容许差值可以限定相对于鳍的中心351的偏离距离范围， 在此范围内栅极结构120可以基于特定步骤形成在鳍结构110上，该特定步 骤用于形成FinFET 300的组件。理想FinFET器件200与实际FinFET结构300之间的另 一差别是沿着鳍 结构110的长度方向鳍宽度117可能不均匀。例如，在鳍110与源极接触区 域211耦接的末端111处及鳍110与漏极接触区域212耦接的末端112处， 鳍110的边缘可能展开以产生渐缩并且圓形的内边缘320。如图3所示，渐 缩的内边缘320产生从窄鳍110到源极接触区域211和漏极接触区域212的 渐变过渡。例如，可能由于在形成FinFET 300的组件时光刻和刻蚀的变化 而导致形成渐缩的边缘320。在理想FinFET200中，因为沿着鳍110的长度方向宽度117是均匀的， 栅极结构120沿着鳍结构110的长度方向的偏离可能不对FinFET 200的性 能产生任何显著的影响。然而，在FinFET 300中栅极结构120沿着鰭110 的长度方向的偏离可能导致栅极结构120形成在渐缩的区域320上。结果， 栅极结构120的一侧上的鳍结构IIO的宽度可以不同于栅极结构120的另一 侧上的鳍结构110的宽度。例如，在图3中，栅极结构120的一侧332上的 鳍结构IIO的宽度大于栅极结构120的相反侧331上的鳍结构IIO的宽度。栅极结构120任一侧上的鳍宽度之间的这种差异可能意味着鳍结构110 的栅极控制在栅极结构120的源极和漏极边缘之间将会不同，由此导致退化 的且不可预测的性能。由于FinFET器件的电特性，例如阈值电压和亚Vt 摆幅对鳍结构IIO的宽度变化高度敏感，所以这种变化是不希望的。随着电路密度增大，鳍长度不断缩小，由此使得渐缩区域320进入栅极 对准容许偏差范围内并且增大了栅极结构120位于渐缩拐角320之上的可能 性。因此，本发明的实施例提供了对圓角320进行整形以形成宽度相对均匀 的鳍结构的方法。 形成宽度均匀的鳍在本发明的一实施例中，可以通过进行已知的工艺步骤在体硅或S()I衬 底上形成源极、漏极和鳍区域而开始形成发明的FinFET器件。例如，在一实施例中，可以由例如反应离子刻蚀(RIE )的负向刻蚀工艺(subtractive directional etching process) P艮定出图2示出的鳍结构110、源才及区i或211和 漏极区域212。可选地，可以通过穿过硬掩模层中形成的孔洞的半导体材料 的选择性外延生长，随后对过生长的部分进行抛光，来形成鳍结构110、源 极区域211和漏极区域212。硬掩模层可以包括多个氧化物层和氮化物层。 标准的光刻或图像转移技术可以用于限定鳍、源极和漏极区域图案。在本发明的一实施例中，鳍结构110可以形成为朝向相对于晶轴的特定 晶向。例如，参考图3，鳍结构110的侧面371可以形成为使得侧面371的 表面法线处于预定的晶体学方向。对于包含以周期方式排列的原子的晶体材料，可以定义晶向和晶面。晶 体材料典型地包含基础晶胞，其可以在所有三个维度上重复。在可能存在不 完全键合的原子的表面处，半导体材料表面处的晶向和晶面的特定取向可以 影响半导体材料的电学、物理和化学特性。图4示出简单的示范性晶体立方晶胞结构400。作为晶格常数已知的尺 寸410可以定义一基本距离，晶胞结构可以在该基本距离上自我重复。例如 直角(x， y， z)坐标系的三维坐标系可以定义晶体中的方向。例如，可以以 表示给定方向的矢量的三个整数的形式定义晶体中的方向。矢量可以定义从晶胞结构中的一个原子移动到晶胞结构中的另 一原子 的方向。例如，如果在晶胞结构中从第一原子移动到第二原子需要在x, y 和z方向中的每一个上的一个单位的移动，则晶向可能是[lll]。如果在晶胞 结构中从一个原子移动到另一个原子需要在x和y方向上移动一个单位，而 在z方向上没有移动，则晶向可能是[110]。由于对称，晶体中的很多方向可以是等价的，并且可以依赖于坐标的特 定选择。例如，[100]、
和
方向可以是等价的。等价方向可以认定 为方向族。例如，[100]、
和
方向习惯上可以称为<100〉方向。在引用晶向时用尖括号代替方括号可以区分方向族和方向族中的特定方向。图5A-5C示出对图4所示的简单立方结构定义的三个示范性晶面。晶 面可以由它们的密勒指数描述。例如，图5A示出(IOO)面，图5B示出(110) 面，图5C示出(111)面。晶面的密勒指数可以基于晶面在x、 y和z轴的 截距确定。例如，图5B中的(110)面分别与x、 y和z轴在l、 l和w处相 交。晶面的密勒指数可以由截距的倒数确定。所以，图5B中示出的晶面的密勒指数是(110)。与晶向一样，晶面可以基于参考点而等价。因此，例如(IIO)、 (101)和(Oll )面可以是等价的。等价的晶面可以称为晶面族。例如，(110)、 (101) 和(011)面习惯上可以称为{110}面。在引用晶面时用波形括号代替圓括号 可以区分晶面族和晶面族中的特定晶面。在立方晶格中，由整数[x, y, z，]表示的方向上的晶向垂直于由相同整数 (x, y, z,)标示的晶面。例如，晶向[110]可以垂直于晶面(110)。本领域一 般技术人员将认识到图4和图5A-5C中所示的示范性立方晶体结构仅仅用 于说明晶向和晶面。对于更复杂的晶体结构，例如硅，可以相似地定义晶向 和晶面。图6示出沿着依照本发明 一实施例，沿着FinFET 600的面的晶向，该 FinFET600包括鳍结构110、源极区域211和漏4及区域212。如图6所示， 在本发明一实施例中，鳍结构110可以形成为使得鳍结构110的侧面371 垂直于<110〉晶体学方向。换言之，侧面371沿着图5所示的{110}面。源 极区域211和漏极区域212的侧面620也可以垂直于<110>方向，如图6所 示。如图6中示出，鳍结构110的渐缩区域320和源极区域211及漏极区 域212的圓角610可以大致设置为垂直于<100>方向。在本发明 一 实施例中，可以对图6所示的FinFET结构600进行晶面刻 蚀(crystallographic etch )以对渐缩区域320进行整形，由此形成宽度相对 均勻的鳍结构110。在一 实施例中，在进行晶面刻蚀之前，可以对FinFET 600 进行清洁从而去除FinFET 600的侧壁部分371和620、渐缩区域320和圓 角610处的任何杂质，例如有机颗粒。在本发明一实施例中可以清洁FinFET结构600。例如，可以使用包含 H20-NH4OH-H202 ( SC-1清洁)的第一溶液去除有机污染物和颗粒。可以 使用包含H20-HC1-H202 ( SC-2清洁)的第二溶液去除金属污染物。在每次 清洁之前或之后都可以进行去离子水沖洗或稀释氢氟酸沖洗。此外，可以 在SC-l( supercritical-1 )清洁之前使用包含硫酸过氧化氢(H2S04-H2〇rH20 ) 的溶液以去除有机污染物。在本发明一实施例中，在清洁之后，可以对FinFET结构600进行去光 面(deglaze )以去除可能已形成在FinFET 600的侧壁部分371和620、渐 缩区域320和圓角610上的任何氧化物层。在本发明一实施例中，可以使用稀释的氢氟酸(DHF )对FinFET结构进行去光面。例如，在特定实施例 中，可以在去光面工艺中使用300:1 DHF处理180秒。
可以使用适当的刻蚀剂对FinFET 600进行晶面依赖刻蚀。例如，在一 实施例中，包含氨的含水刻蚀剂可以用作刻蚀剂。可以选^r刻蚀剂使得刻 蚀剂相对于{110}面快很多地刻蚀{100}面。例如，在一实施例中，稀释的 氢氧化铵可以用作刻蚀剂。在一特定实施例中，50: 1的氢氧化铵(NH40H) 溶液可以用作刻蚀剂处理60秒。可选地，氢氧化钾(KOH)、四曱基氢氧 化铵(TMAH )、肼或乙烯联氨邻苯二酚(Ethylene Diamine Pyrocatechol, EDP )也可以用作刻蚀剂。
由于刻蚀剂选择为比{110}面更快地刻蚀{100}面，晶面依赖刻蚀相对于 侧壁区域371更快地刻蚀掉渐缩区域320，由此对鳍结构110进行整形从而 沿着鳍结构110的长度方向具有相对均匀的宽度。例如，在一实施例中， 刻蚀剂刻蚀{100}面的速度可以比刻蚀{110}面快50倍。从而，相对于鳍结 构110的侧壁区域371从渐缩区域320去除了更多的半导体材料。在某些 实施例中，可以从{100}面的表面去除大约25nm的半导体材料，同时从{110} 面的表面仅去除了 0.25nm的半导体材料。
图7示出依照本发明一实施例的示范性FinFET 700。 FinFET 700描绘 了在对FinFET 600进行晶面刻蚀工艺之后图6的FinFET 600的结构。如图 7所示，渐缩区域320通过晶面刻蚀而整形从而在鳍结构110与源极区域 211或漏极区域212的交界面处形成接近直角的拐角。
此外，在{100}面的表面上的更高刻蚀速率可以引起先前的圓角520变 得被裁切过。圆角520的裁切可以得到减小的结电容以及FinFET 700提高 的性能。
图8示出覆盖在FinFET 600的形状上的FinFET 700的形状。如图8所 示，晶面刻蚀工艺相对于侧壁区域371从渐缩区域320去除了更多的硅， 由此形成宽度相对均匀的鳍结构110。由于与鳍结构600相比较，鳍结构 700中鳍结构110的鳍宽度略小，鳍结构600的初始鳍宽度可以选择为允许 在晶面刻蚀期间的鳍宽度减小。
在进行了晶面刻蚀之后，可以再次清洁FinFET结构700以去除来自刻 蚀工艺的任何残留颗粒。例如，在一实施例中，可以使用SC-1、 SC-2和/ 或去离子水沖洗对FinFET 700进行清洁。图9是示范操作的流程图，进行该示范:澡作对鳍结构110进行整形以
形成宽度相对均匀的鳍。该搡作可以开始于提供半导体衬底的步骤902。半 导体衬底可以是体硅衬底或SOI衬底。在步骤904中，包括鳍结构110、 源极区域211和漏极区域212的FinFET器件可以使用常^见制造方法形成在 衬底上。鳍结构可以形成为使得鳍结构的一个或更多侧壁表面垂直于预定 的晶体学方向，如上所述。例如，鳍结构110的侧壁371可以垂直于<110> 晶向。鳍结构110的渐缩区域320可以大致垂直于<100>晶向。
在步骤906中，可以对FinFET器件进行可选的第一清洁#:作从而为晶 面刻蚀做准备。例如，可以使用SC-1清洁FinFET。在步骤908中，可以 对FinFET器件进行去光面以去除可能已经形成在鳍结构表面上的任何氧 化物层。在一实施例中，FinFET器件可以使用稀释的氢氟酸去光面。
在步骤910中，鳍结构可以在晶面依赖刻蚀工艺中整形。晶面刻蚀工 艺可以包括将鳍结构的表面暴露于包括氨的含水刻蚀剂。刻蚀剂可以配置 为相对于垂直于第二晶体学方向的表面更快地刻蚀垂直于第一晶体学方向 的表面。例如，刻蚀剂可以相对于FinFET器件的侧壁371更快地刻蚀渐缩 区域320的表面，由此对鳍结构进行整形以形成宽度相对均匀的鳍。
在步骤912中，可以对FinFET进行第二清洁操作以去除来自晶面依赖 刻蚀工艺的任何残留颗粒。在一实施例中，后刻蚀清洁可以包括使用SC-1 和水。 结论
通过提供一种方法对鳍结构进行整形以在FinFET器件中形成宽度相对 均匀的鳍结构，本发明的某些实施例可以消除栅极对鳍的覆盖敏感度的不期 望的效应，由此允许制造相对更短的鳍从而减小串联电阻、提高性能以及允 许更高的布局密度。此外，鳍整形可以裁切部分的源极和漏极接触区域，由 此减小结电容并进一步提高性能。
虽然前述内容指示本发明的实施例，但是在不脱离本发明基本范围的情 况下可以得出本发明的其他和更多实施例，且本发明的范围由权利要求确 定。
权利要求
1.一种鳍型场效应晶体管的制造方法，包括在半导体衬底上形成鳍结构，其中所述鳍结构的侧壁部分垂直于第一晶向，所述鳍结构进一步包括在所述鳍结构的至少一个末端处的渐缩区域，其中所述渐缩区域的侧壁部分垂直于第二晶向；和对所述鳍型场效应晶体管进行晶面依赖刻蚀，其中所述晶面依赖刻蚀相对于垂直于所述第一晶向的表面更快地刻蚀垂直于所述第二晶向的表面，所述晶面依赖刻蚀使所述鳍结构整形为沿着所述鳍结构的长度方向具有基本均匀的宽度。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括形成邻近所述鳍结构的第一末端的 源极区域和邻近所述鳍结构的第二末端的漏极区域，所述源极区域和所述漏 极区域包括至少一个角区域，所述角区域的侧壁部分垂直于所述第二晶向， 其中所述晶面依赖刻蚀配置为裁切所述圆形角。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前清洁 所述鳍型场效应晶体管，其中所述清洁配置为从所述鳍型场效应晶体管的表 面去除不需要的颗粒。
4. 如权利要求3所述的方法，其中使用H20-NH4OH-H2()2溶液、 H20-HCUH202溶液和H2S04-H20rH20溶液中至少一种清洁所述鳍型场效应 晶体管。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前对所 述鳍型场效应晶体管进行去光面，其中所述去光面配置为去除所述鳍型场效 应晶体管上形成的氧化物层。
6. 如权利要求5所述的方法，其中使用稀释的氢氟酸对所述鳍型场效应 晶体管进行去光面。
7. 如权利要求1所述的方法，其中使用包括氨的含水刻蚀剂进行所述晶 面依赖刻蚀。
8. 如权利要求l所述的方法，其中所述晶面依赖刻蚀使用 氢氧化铵；氢氧化钾； 四曱基氢氧化铵；肼；和乙烯联氨邻苯二酚中任意 一种进行。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之后清洁所述鳍型场效应晶体管以去除刻蚀期间形成的颗粒。
10. 如权利要求9所述的方法，其中使用H20-NH4OH-H202溶液、 H20-HC1-H202溶液、H2S04-H202-H20溶液和去离子水中至少一种清洁所述 鳍型场效应晶体管。
11. 一种半导体结构的整形方法，包括对所述半导体结构进行晶面依赖刻蚀步骤，其中所述晶面依赖刻蚀步骤 相对于垂直于第二晶向的所述半导体结构的第二表面更快地刻蚀垂直于第 一晶向的所述 半导体结构的第 一表面。
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述半导体结构是包括至少一个不 规则地形成的区域的长方形结构，所述不规则地形成的区域的表面是所述第 二表面。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述晶面依赖刻蚀步骤配置为去除 所述不规则地形成的区域。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述长方形结构是鳍型场效应晶体 管的鳍结构，并且所述不规则地形成的区域是在所述鳍结构末端处的渐缩区 域。
15. 如权利要求14所述的方法，其中去除所述渐缩区域形成沿着所述鳍 结构的长度方向宽度基本均匀的鳍结构。
16. 如权利要求11所述的方法，其中所述半导体结构是长方形结构，并 且所述晶面依赖刻蚀配置为裁切所述半导体结构的角区域。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述半导体结构是晶体管的源极区 域和漏极区域中的一个。
18. 如权利要求11所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前清 洁所述半导体结构，其中所述清洁配置为从所述半导体结构的表面去除不需 要的颗粒。
19. 如权利要求18所述的方法，其中使用H20-NH4OH-H202溶液、 H20-HC1-H202溶液和H2S04-H202-H20溶液中至少一种清洁所述半导体结构。
20. 如权利要求11所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前对 所述半导体结构进行去光面，其中所述去光面配置为去除形成在所述半导体 结构上的氧化物层。
21. 如权利要求20所述的方法，其中使用稀释氢氟酸对所述鳍型场效应 晶 体管进行去光面。
22. 如权利要求11所述的方法，其中使用包括氨的含水刻蚀剂进行所述 晶 面依赖刻々虫。
23. 如权利要求11所述的方法，其中所述晶面依赖刻蚀使用 氢氧化铵；氢氧化钾； 四曱基氢氧化铵； 肼；和乙烯联氨邻苯二酚中任意 一种进行。
24. 如权利要求11所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之后清 洁所述鳍型场效应晶体管以去除刻蚀期间形成的颗粒。
25. 如权利要求24所述的方法，其中使用SC-1和水中的一种清洁所述 鳍型场效应晶体管。
26. —种鳍型场效应晶体管器件，包括主体，包括鳍结构和邻近所述鳍结构形成的栅极结构；源极区域，设置在所述主体的第一侧上并邻近所述鳍结构的第一末端；以及漏极区域，设置在所述主体的第二侧上并邻近所述鳍结构的第二末端， 其中所述源极区域与所述鳍结构的第一末端处的鳍结构的交界面和所述漏极区域与所述鳍结构的第二末端处的鳍结构的交界面形成基本直角的拐角。
27. 如权利要求26所述的鳍型场效应晶体管，其中所述源极区域和漏极 区域的每一个的拐角都被裁切。
全文摘要
本发明提供一种鳍型场效应晶体管及其制造方法。本发明的实施例提供了在鳍型场效应晶体管中宽度相对均匀的鳍及其形成该鳍的方法和装置。鳍结构可以形成为使得鳍结构的侧壁部分的表面垂直于第一晶体学方向。鳍结构的末端处的渐缩区域可以垂直于第二晶向。可以对鳍结构进行晶面依赖刻蚀。晶面依赖刻蚀可以相对快地从垂直于第二晶向的鳍的部分上去除材料，由此得到宽度相对均匀的鳍结构。
文档编号H01L21/336GK101256959SQ20081008131
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月25日 优先权日2007年2月28日
发明者杰克·A·曼德尔曼, 程慷果, 约翰·E·希茨二世, 许履尘 申请人:国际商业机器公司
技术领域：
本发明一般地涉及场效应晶体管，更具体地涉及鳍型场效应晶体管(FinFET )。
背景技术：
在过去的几十年中，集成电路中晶体管的速度和密度按照预测了指数型 增长的摩尔定律持续增长。结果，例如微处理器的集成电路以较低成本实现 了更强的功能和性能。随着集成电路上的器件，例如晶体管变得更小、更快 和更便宜，集成电路的应用变得更为广泛。此外，对集成电路性能提高的要 求也在持续增长。因此，持续发展并采用用于构造更快且更小的晶体管的创 新技术。鳍型场效应晶体管(FinFET)技术就是这样的一种在集成电路上构造高 性能晶体管的创新的方法。FinFET是一种易于采用现有制造技术制作的双 栅极结构。在FinFET中，限定垂直鳍(fin)来形成晶体管的主体。栅极可 以形成在垂直鳍的一侧或垂直鳍的两侧上。当垂直鳍的两侧都具有形成在其 上的栅极时，该晶体管一般称为双栅极FinFET。双栅极FinFET帮助抑制短 沟道效应(SCE)、减小漏电流并增强开关动作。还有，双栅极FinFET可 以增加晶体管的电学宽度，这进而可以在不增大栅极导体的长度的情况下增 大导通电流。随着电路密度继续增大，鳍的长度不断减小以缩小FinFET器件。缩小 FinFET器件的一个问题是鳍的宽度沿鳍的整个长度不均匀。例如，鳍的宽 度尤其可能在鳍的末端处偏离理想条件。例如，由于芯片光刻或刻蚀的变化， 可能沿着鳍的末端发生与理想的鳍尺寸的偏差。此外，随着鳍尺寸继续缩小，栅极结构覆盖在鳍的不规则区域上的危险 显著增大。很多因素，例如由寸未对准、光学畸变、放大错误等导致的掩模 层之间的简单平移移位，都会导致在其上形成有栅极结构的鳍结构的特定区 域中的变化。鳍长度的缩小还会增大栅极结构形成在鳍结构的末端处或末端处附近的可能性，在该鳍结构的该末端处鳍宽度太宽和/或沿着鳍的长度方向 变化。在某些情况下，鳍的不规则会导致鳍宽度在栅极结构的相对侧上不同。 结果，硅鳍的栅极控制在栅极结构的源极和漏极边缘之间可能不同，导致退 化和难以预计的电行为。鳍宽度上的变化还可能导致阈值电压和亚阈值摆幅(sub-Vt swing )中的变4匕。前述问题的一种解决方案是增大鳍长度，由此减小栅极结构覆盖鳍的末 端处或末端附近处的可能性，该鳍的末端处鳍宽度极可能不规则。然而，增 大鳍长度除了减小集成电路上的器件密度之外，还导致沿着FinFET的沟道 的串联电阻增大。因此，需要形成具有均匀宽度的短鳍的FinFET的改进方法。发明内容本发明 一般地涉及场效应晶体管，更具体地涉及鳍型场效应晶体管 (FinFET )。本发明的 一 实施例提供一种鳍型场效应晶体管的制造方法。该方法一般 地包括在半导体衬底上形成鳍结构，其中该鳍结构的侧壁部分垂直于第一晶 向，该鳍结构还包括在鳍结构的至少一个末端处的渐缩区域，其中该渐缩区 域的侧壁部分垂直于第二晶向。该方法还包括在FinFET上进行晶面依赖刻 蚀，其中该晶面依赖刻蚀相对于垂直于第一晶向的表面更快速地刻蚀垂直于 第二晶向的表面，晶面依赖刻蚀使鳍结构整形为沿着鳍结构的长度方向具有 基本均匀的宽度。本发明的另 一 实施例提供一种半导体结构的整形方法。该方法 一般地包 括在半导体结构上进行晶面依赖刻蚀步骤，其中该晶面依赖刻蚀步骤相对于 垂直于第二晶向的半导体结构的第二表面更快速的刻蚀垂直于第一晶向的半导体结构的第一表面。本发明的又一实施例提供一种FinFET器件， 一般地包括主体，包括 鳍结构和邻近鳍结构形成的栅极结构；源极区域，设置在主体的第一侧上并 邻近鳍结构的第一末端；以及漏极区域，设置在主体的第二侧上并邻近鳍结 构的第二末端。鳍结构在源极区域与鳍结构的第 一末端处的交界面和鳍结构 在漏极区域与鳍结构的第二末端处的交界面可以形成大致直角。
通过参考附图中所示的本发明的实施例，可以对上文简要总结的本发明 进行具体描述，由此获得本发明的上述特性、优点和目的并能够详细理解它 们。然而，需要说明的是附图仅说明了本发明的典型实施例，因此不应理解 为限制本发明的范围，因为本发明可以允许其它同样有效的实施例。图1示出依照本发明一实施例的FinFET器件的示范性三维图。 图2示出依照本发明 一 实施例的示范性理想FinFET器件的俯视图。 图3示出依照本发明 一 实施例的实际FinFET器件的俯视图。 图4示出依照本发明一实施例的示范性立方晶体结构。 图5A-图5C示出依照本发明一实施例的示范性晶面。 图6示出依照本发明一实施例的示范性FinFET器件的另一俯^L图。 图7示出依照本发明一实施例，晶面刻蚀之后的示范性FinFET器件的 俯视图。图8示出依照本发明 一 实施例，晶面刻蚀之前和之后FinFET器件的示 范形状。图9为依照本发明一实施例进行的使鳍结构整形的示范性搡作的流程图。
具体实施方式
本发明 一般地涉及场效应晶体管，更具体地涉及鳍型场效应晶体管 (FinFET )。 一种鳍结构可以形成为使得鳍结构的侧壁部分的表面垂直于第 一晶体学方向。鳍结构末端处的渐缩区域可以垂直于第二晶向。可以在鳍结 构上进行晶面依赖刻烛(crystallographic dependent etch )。晶面依赖刻蚀可以 从垂直于第二晶向的鳍的部分相对更快地去除材料，由此得到宽度相对均匀 的鳍结构。接着，参考本发明实施例。然而，应理解的是本发明不限于具体描述的 实施例。相反，不论是否与不同的实施例相关，后面的特征和元件的任意结 合都预期能够实现和实践本发明。此外，在不同实施例中，本发明提供了大 量优于现有技术的优点。然而，虽然本发明实施例可以获得优于其它可能的 解决方案和/或现有技术的优点，但是无论特定优点是否能通过给出的实施例获得，它都不限制本发明。因此，除了在权利要求中明确说明之外，随后的 方面、特征、实施方式和优点仅仅是说明性的并且不能理解为所附权利要求 的元素或限制。同样，引用"本发明"不应理解为在此公开的任何发明主题 的概括，并且除了在权利要求中明确说明之外不应理解为所附权利要求的元 素或限制。示范性FinFET结构图1说明了依照本发明一实施例的示范性FinFET晶体管100的三维视 图。如图1所示，FinFET 100可以形成在衬底140上。衬底140可以由任意 适当的半导体材料形成，例如硅、锗、锗硅、镓砷、铟磷等。衬底140可以 是体硅(bulk silicon )衬底、绝缘体上的硅(SOI)衬底或绝缘衬底。FinFET 100可以包括鳍结构110和片册极结构120。鳍结构110也可以由 任意适当的半导体材料形成，例如硅、锗、锗硅、镓砷、铟磷等。鳍结构110 可以由与衬底140相同或者不同的半导体材料形成。如图1所示，鳍结构110可以是衬底140上窄的高起的通道，在该衬底 140上形成FinFET晶体管100。在一个末端111处，鳍结构110可以与FinFET 100的源极区域(图1未示出)耦接。在相反的末端112处，鳍结构110可 以与FinFET 100的漏极区域(图1未示出)耦接。因此，鳍结构110可以 作为连接FinFET 100的源极和漏极区域的通道。可选的氮化物层150可以设置在如图1所示的鳍结构110上从而利于器 件形成。通过使用氮化物层150，可以使鳍的顶部表面和顶角对沟道电流的 贡献最小化。氮化物层可以造成主要由鳍的侧面贡献的沟道电流，由此提高 晶体管的电特性的再现性。鳍结构110可以具有长度115、高度116和宽度117,如图1所示。长 度115、高度116和宽度117的值可以基于FinFET 100的特定功能而选择。 在本发明一实施例中，鳍结构110可以小于20nm宽。通常，为了增大集成 电路密度而缩小器件可以包括缩小鳍结构110的任一尺寸。例如，缩小 FinFET 100的尺寸可以包括缩小鳍长度115。形成鳍结构IIO可以包括在衬底140上形成多个掩模层，例如氧化物层 和氮化物层，以及在该多个氧化物层和氮化物层中形成孔洞使得通过孔洞露 出衬底140。在一实施例中，孔洞可以具有期望的鳍结构的尺寸。可以在孔 洞中外延生长半导体材料，且可以去除多个氧化物和氮化物层以形成图l所示的鳍结构110。可以沿着鳍结构110的至少一个面设置栅极结构120。例如，图1中， 栅极结构120沿着三个面设置，即，鳍结构110的顶面和两个侧面。对于图 1中的示范性结构，氮化物层的存在可以减小顶面对总沟道电流的贡献。在 其它预期的实施例中，顶面可以没有氮化物层。值得注意的是栅极结构120 可以设置在鳍结构110的任意数量的面上。例如，栅极结构120可以包围鳍 结构IIO所有的面或者栅极结构120可以设置在鳍结构IIO的两个侧面上。在本发明一实施例中，栅极结构120可以由多晶硅或非晶硅中的一种形 成。栅极结构120可以由本领域已知的适当工艺形成，例如，低压化学气相 淀积(LPCVD)。鳍结构IIO的狭窄和用鳍结构IIO的至少两个面上的柵极结构120对鳍 结构110进行的栅控(gating)可以显著地减小短沟道4丈感度并提高沟道长 度的可缩小性。此外，栅极结构120可以保持对于半导体电势的强控制并且 可以阻挡晶体管源极穿通到晶体管漏极电场。这种强栅极控制能够实现接近 理想的亚阈值(Vt)摆幅，并减小阈值(Vt)对漏极电压和沟道长度变化的 敏感度。在本发明一实施例中，FinFET100可以在全耗尽模式下工作，得到体反 型(volume inversion )和相比于常规平面单栅极MOSFET增大的电流驱动。图2示出了依照本发明一实施例的理想FinFET器件200的俯视图。理 想FinFET器件200可以包括窄鳍结构110、栅极结构120、源极接触区域 211和漏极接触区域212。源极接触区域211可以在鳍结构110的末端111 处与鳍结构110耦接。漏极接触区域212可以在鳍结构110的末端112处与 鳍结构110耦接，如图2所示。如图2示出，源极接触区域211和漏极接触 区域212可以比鳍宽度117相对宽很多。如图2所示，在理想FinFET器件200中，可以垂直于鳍结构110并沿 着鳍结构110的中心设置栅极结构120。此外，沿着鳍结构110的长度方向 宽度117是均匀的。因此，鳍结构110与源极接触区域211和漏极接触区域 212连接的接合处220形成完美的直角内角。然而，实际FinFET器件可以在许多方面不同于理想FinFET器件200。 图3示出了示范性实际FinFET器件300。例如，如图3所示，栅极结构120 可以从鳍结构110的中心351偏离距离d。因此，栅极结构120的轴352可能设置为靠近源极接触区域211或漏极接触区域212中的一个。由于许多不同的原因，例如由于未对准、光学畸变、放大错误等造成的 掩模层之间的简单平移位移，栅极结构120可能设置为离开鳍结构110的中 心351。栅极对准容许差值可以限定相对于鳍的中心351的偏离距离范围， 在此范围内栅极结构120可以基于特定步骤形成在鳍结构110上，该特定步 骤用于形成FinFET 300的组件。理想FinFET器件200与实际FinFET结构300之间的另 一差别是沿着鳍 结构110的长度方向鳍宽度117可能不均匀。例如，在鳍110与源极接触区 域211耦接的末端111处及鳍110与漏极接触区域212耦接的末端112处， 鳍110的边缘可能展开以产生渐缩并且圓形的内边缘320。如图3所示，渐 缩的内边缘320产生从窄鳍110到源极接触区域211和漏极接触区域212的 渐变过渡。例如，可能由于在形成FinFET 300的组件时光刻和刻蚀的变化 而导致形成渐缩的边缘320。在理想FinFET200中，因为沿着鳍110的长度方向宽度117是均匀的， 栅极结构120沿着鳍结构110的长度方向的偏离可能不对FinFET 200的性 能产生任何显著的影响。然而，在FinFET 300中栅极结构120沿着鰭110 的长度方向的偏离可能导致栅极结构120形成在渐缩的区域320上。结果， 栅极结构120的一侧上的鳍结构IIO的宽度可以不同于栅极结构120的另一 侧上的鳍结构110的宽度。例如，在图3中，栅极结构120的一侧332上的 鳍结构IIO的宽度大于栅极结构120的相反侧331上的鳍结构IIO的宽度。栅极结构120任一侧上的鳍宽度之间的这种差异可能意味着鳍结构110 的栅极控制在栅极结构120的源极和漏极边缘之间将会不同，由此导致退化 的且不可预测的性能。由于FinFET器件的电特性，例如阈值电压和亚Vt 摆幅对鳍结构IIO的宽度变化高度敏感，所以这种变化是不希望的。随着电路密度增大，鳍长度不断缩小，由此使得渐缩区域320进入栅极 对准容许偏差范围内并且增大了栅极结构120位于渐缩拐角320之上的可能 性。因此，本发明的实施例提供了对圓角320进行整形以形成宽度相对均匀 的鳍结构的方法。 形成宽度均匀的鳍在本发明的一实施例中，可以通过进行已知的工艺步骤在体硅或S()I衬 底上形成源极、漏极和鳍区域而开始形成发明的FinFET器件。例如，在一实施例中，可以由例如反应离子刻蚀(RIE )的负向刻蚀工艺(subtractive directional etching process) P艮定出图2示出的鳍结构110、源才及区i或211和 漏极区域212。可选地，可以通过穿过硬掩模层中形成的孔洞的半导体材料 的选择性外延生长，随后对过生长的部分进行抛光，来形成鳍结构110、源 极区域211和漏极区域212。硬掩模层可以包括多个氧化物层和氮化物层。 标准的光刻或图像转移技术可以用于限定鳍、源极和漏极区域图案。在本发明的一实施例中，鳍结构110可以形成为朝向相对于晶轴的特定 晶向。例如，参考图3，鳍结构110的侧面371可以形成为使得侧面371的 表面法线处于预定的晶体学方向。对于包含以周期方式排列的原子的晶体材料，可以定义晶向和晶面。晶 体材料典型地包含基础晶胞，其可以在所有三个维度上重复。在可能存在不 完全键合的原子的表面处，半导体材料表面处的晶向和晶面的特定取向可以 影响半导体材料的电学、物理和化学特性。图4示出简单的示范性晶体立方晶胞结构400。作为晶格常数已知的尺 寸410可以定义一基本距离，晶胞结构可以在该基本距离上自我重复。例如 直角(x， y， z)坐标系的三维坐标系可以定义晶体中的方向。例如，可以以 表示给定方向的矢量的三个整数的形式定义晶体中的方向。矢量可以定义从晶胞结构中的一个原子移动到晶胞结构中的另 一原子 的方向。例如，如果在晶胞结构中从第一原子移动到第二原子需要在x, y 和z方向中的每一个上的一个单位的移动，则晶向可能是[lll]。如果在晶胞 结构中从一个原子移动到另一个原子需要在x和y方向上移动一个单位，而 在z方向上没有移动，则晶向可能是[110]。由于对称，晶体中的很多方向可以是等价的，并且可以依赖于坐标的特 定选择。例如，[100]、
和
方向可以是等价的。等价方向可以认定 为方向族。例如，[100]、
和
方向习惯上可以称为<100〉方向。在引用晶向时用尖括号代替方括号可以区分方向族和方向族中的特定方向。图5A-5C示出对图4所示的简单立方结构定义的三个示范性晶面。晶 面可以由它们的密勒指数描述。例如，图5A示出(IOO)面，图5B示出(110) 面，图5C示出(111)面。晶面的密勒指数可以基于晶面在x、 y和z轴的 截距确定。例如，图5B中的(110)面分别与x、 y和z轴在l、 l和w处相 交。晶面的密勒指数可以由截距的倒数确定。所以，图5B中示出的晶面的密勒指数是(110)。与晶向一样，晶面可以基于参考点而等价。因此，例如(IIO)、 (101)和(Oll )面可以是等价的。等价的晶面可以称为晶面族。例如，(110)、 (101) 和(011)面习惯上可以称为{110}面。在引用晶面时用波形括号代替圓括号 可以区分晶面族和晶面族中的特定晶面。在立方晶格中，由整数[x, y, z，]表示的方向上的晶向垂直于由相同整数 (x, y, z,)标示的晶面。例如，晶向[110]可以垂直于晶面(110)。本领域一 般技术人员将认识到图4和图5A-5C中所示的示范性立方晶体结构仅仅用 于说明晶向和晶面。对于更复杂的晶体结构，例如硅，可以相似地定义晶向 和晶面。图6示出沿着依照本发明 一实施例，沿着FinFET 600的面的晶向，该 FinFET600包括鳍结构110、源极区域211和漏4及区域212。如图6所示， 在本发明一实施例中，鳍结构110可以形成为使得鳍结构110的侧面371 垂直于<110〉晶体学方向。换言之，侧面371沿着图5所示的{110}面。源 极区域211和漏极区域212的侧面620也可以垂直于<110>方向，如图6所 示。如图6中示出，鳍结构110的渐缩区域320和源极区域211及漏极区 域212的圓角610可以大致设置为垂直于<100>方向。在本发明 一 实施例中，可以对图6所示的FinFET结构600进行晶面刻 蚀(crystallographic etch )以对渐缩区域320进行整形，由此形成宽度相对 均勻的鳍结构110。在一 实施例中，在进行晶面刻蚀之前，可以对FinFET 600 进行清洁从而去除FinFET 600的侧壁部分371和620、渐缩区域320和圓 角610处的任何杂质，例如有机颗粒。在本发明一实施例中可以清洁FinFET结构600。例如，可以使用包含 H20-NH4OH-H202 ( SC-1清洁)的第一溶液去除有机污染物和颗粒。可以 使用包含H20-HC1-H202 ( SC-2清洁)的第二溶液去除金属污染物。在每次 清洁之前或之后都可以进行去离子水沖洗或稀释氢氟酸沖洗。此外，可以 在SC-l( supercritical-1 )清洁之前使用包含硫酸过氧化氢(H2S04-H2〇rH20 ) 的溶液以去除有机污染物。在本发明一实施例中，在清洁之后，可以对FinFET结构600进行去光 面(deglaze )以去除可能已形成在FinFET 600的侧壁部分371和620、渐 缩区域320和圓角610上的任何氧化物层。在本发明一实施例中，可以使用稀释的氢氟酸(DHF )对FinFET结构进行去光面。例如，在特定实施例 中，可以在去光面工艺中使用300:1 DHF处理180秒。
可以使用适当的刻蚀剂对FinFET 600进行晶面依赖刻蚀。例如，在一 实施例中，包含氨的含水刻蚀剂可以用作刻蚀剂。可以选^r刻蚀剂使得刻 蚀剂相对于{110}面快很多地刻蚀{100}面。例如，在一实施例中，稀释的 氢氧化铵可以用作刻蚀剂。在一特定实施例中，50: 1的氢氧化铵(NH40H) 溶液可以用作刻蚀剂处理60秒。可选地，氢氧化钾(KOH)、四曱基氢氧 化铵(TMAH )、肼或乙烯联氨邻苯二酚(Ethylene Diamine Pyrocatechol, EDP )也可以用作刻蚀剂。
由于刻蚀剂选择为比{110}面更快地刻蚀{100}面，晶面依赖刻蚀相对于 侧壁区域371更快地刻蚀掉渐缩区域320，由此对鳍结构110进行整形从而 沿着鳍结构110的长度方向具有相对均匀的宽度。例如，在一实施例中， 刻蚀剂刻蚀{100}面的速度可以比刻蚀{110}面快50倍。从而，相对于鳍结 构110的侧壁区域371从渐缩区域320去除了更多的半导体材料。在某些 实施例中，可以从{100}面的表面去除大约25nm的半导体材料，同时从{110} 面的表面仅去除了 0.25nm的半导体材料。
图7示出依照本发明一实施例的示范性FinFET 700。 FinFET 700描绘 了在对FinFET 600进行晶面刻蚀工艺之后图6的FinFET 600的结构。如图 7所示，渐缩区域320通过晶面刻蚀而整形从而在鳍结构110与源极区域 211或漏极区域212的交界面处形成接近直角的拐角。
此外，在{100}面的表面上的更高刻蚀速率可以引起先前的圓角520变 得被裁切过。圆角520的裁切可以得到减小的结电容以及FinFET 700提高 的性能。
图8示出覆盖在FinFET 600的形状上的FinFET 700的形状。如图8所 示，晶面刻蚀工艺相对于侧壁区域371从渐缩区域320去除了更多的硅， 由此形成宽度相对均匀的鳍结构110。由于与鳍结构600相比较，鳍结构 700中鳍结构110的鳍宽度略小，鳍结构600的初始鳍宽度可以选择为允许 在晶面刻蚀期间的鳍宽度减小。
在进行了晶面刻蚀之后，可以再次清洁FinFET结构700以去除来自刻 蚀工艺的任何残留颗粒。例如，在一实施例中，可以使用SC-1、 SC-2和/ 或去离子水沖洗对FinFET 700进行清洁。图9是示范操作的流程图，进行该示范:澡作对鳍结构110进行整形以
形成宽度相对均匀的鳍。该搡作可以开始于提供半导体衬底的步骤902。半 导体衬底可以是体硅衬底或SOI衬底。在步骤904中，包括鳍结构110、 源极区域211和漏极区域212的FinFET器件可以使用常^见制造方法形成在 衬底上。鳍结构可以形成为使得鳍结构的一个或更多侧壁表面垂直于预定 的晶体学方向，如上所述。例如，鳍结构110的侧壁371可以垂直于<110> 晶向。鳍结构110的渐缩区域320可以大致垂直于<100>晶向。
在步骤906中，可以对FinFET器件进行可选的第一清洁#:作从而为晶 面刻蚀做准备。例如，可以使用SC-1清洁FinFET。在步骤908中，可以 对FinFET器件进行去光面以去除可能已经形成在鳍结构表面上的任何氧 化物层。在一实施例中，FinFET器件可以使用稀释的氢氟酸去光面。
在步骤910中，鳍结构可以在晶面依赖刻蚀工艺中整形。晶面刻蚀工 艺可以包括将鳍结构的表面暴露于包括氨的含水刻蚀剂。刻蚀剂可以配置 为相对于垂直于第二晶体学方向的表面更快地刻蚀垂直于第一晶体学方向 的表面。例如，刻蚀剂可以相对于FinFET器件的侧壁371更快地刻蚀渐缩 区域320的表面，由此对鳍结构进行整形以形成宽度相对均匀的鳍。
在步骤912中，可以对FinFET进行第二清洁操作以去除来自晶面依赖 刻蚀工艺的任何残留颗粒。在一实施例中，后刻蚀清洁可以包括使用SC-1 和水。 结论
通过提供一种方法对鳍结构进行整形以在FinFET器件中形成宽度相对 均匀的鳍结构，本发明的某些实施例可以消除栅极对鳍的覆盖敏感度的不期 望的效应，由此允许制造相对更短的鳍从而减小串联电阻、提高性能以及允 许更高的布局密度。此外，鳍整形可以裁切部分的源极和漏极接触区域，由 此减小结电容并进一步提高性能。
虽然前述内容指示本发明的实施例，但是在不脱离本发明基本范围的情 况下可以得出本发明的其他和更多实施例，且本发明的范围由权利要求确 定。
权利要求
1.一种鳍型场效应晶体管的制造方法，包括在半导体衬底上形成鳍结构，其中所述鳍结构的侧壁部分垂直于第一晶向，所述鳍结构进一步包括在所述鳍结构的至少一个末端处的渐缩区域，其中所述渐缩区域的侧壁部分垂直于第二晶向；和对所述鳍型场效应晶体管进行晶面依赖刻蚀，其中所述晶面依赖刻蚀相对于垂直于所述第一晶向的表面更快地刻蚀垂直于所述第二晶向的表面，所述晶面依赖刻蚀使所述鳍结构整形为沿着所述鳍结构的长度方向具有基本均匀的宽度。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括形成邻近所述鳍结构的第一末端的 源极区域和邻近所述鳍结构的第二末端的漏极区域，所述源极区域和所述漏 极区域包括至少一个角区域，所述角区域的侧壁部分垂直于所述第二晶向， 其中所述晶面依赖刻蚀配置为裁切所述圆形角。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前清洁 所述鳍型场效应晶体管，其中所述清洁配置为从所述鳍型场效应晶体管的表 面去除不需要的颗粒。
4. 如权利要求3所述的方法，其中使用H20-NH4OH-H2()2溶液、 H20-HCUH202溶液和H2S04-H20rH20溶液中至少一种清洁所述鳍型场效应 晶体管。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前对所 述鳍型场效应晶体管进行去光面，其中所述去光面配置为去除所述鳍型场效 应晶体管上形成的氧化物层。
6. 如权利要求5所述的方法，其中使用稀释的氢氟酸对所述鳍型场效应 晶体管进行去光面。
7. 如权利要求1所述的方法，其中使用包括氨的含水刻蚀剂进行所述晶 面依赖刻蚀。
8. 如权利要求l所述的方法，其中所述晶面依赖刻蚀使用 氢氧化铵；氢氧化钾； 四曱基氢氧化铵；肼；和乙烯联氨邻苯二酚中任意 一种进行。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之后清洁所述鳍型场效应晶体管以去除刻蚀期间形成的颗粒。
10. 如权利要求9所述的方法，其中使用H20-NH4OH-H202溶液、 H20-HC1-H202溶液、H2S04-H202-H20溶液和去离子水中至少一种清洁所述 鳍型场效应晶体管。
11. 一种半导体结构的整形方法，包括对所述半导体结构进行晶面依赖刻蚀步骤，其中所述晶面依赖刻蚀步骤 相对于垂直于第二晶向的所述半导体结构的第二表面更快地刻蚀垂直于第 一晶向的所述 半导体结构的第 一表面。
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述半导体结构是包括至少一个不 规则地形成的区域的长方形结构，所述不规则地形成的区域的表面是所述第 二表面。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述晶面依赖刻蚀步骤配置为去除 所述不规则地形成的区域。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述长方形结构是鳍型场效应晶体 管的鳍结构，并且所述不规则地形成的区域是在所述鳍结构末端处的渐缩区 域。
15. 如权利要求14所述的方法，其中去除所述渐缩区域形成沿着所述鳍 结构的长度方向宽度基本均匀的鳍结构。
16. 如权利要求11所述的方法，其中所述半导体结构是长方形结构，并 且所述晶面依赖刻蚀配置为裁切所述半导体结构的角区域。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述半导体结构是晶体管的源极区 域和漏极区域中的一个。
18. 如权利要求11所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前清 洁所述半导体结构，其中所述清洁配置为从所述半导体结构的表面去除不需 要的颗粒。
19. 如权利要求18所述的方法，其中使用H20-NH4OH-H202溶液、 H20-HC1-H202溶液和H2S04-H202-H20溶液中至少一种清洁所述半导体结构。
20. 如权利要求11所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之前对 所述半导体结构进行去光面，其中所述去光面配置为去除形成在所述半导体 结构上的氧化物层。
21. 如权利要求20所述的方法，其中使用稀释氢氟酸对所述鳍型场效应 晶 体管进行去光面。
22. 如权利要求11所述的方法，其中使用包括氨的含水刻蚀剂进行所述 晶 面依赖刻々虫。
23. 如权利要求11所述的方法，其中所述晶面依赖刻蚀使用 氢氧化铵；氢氧化钾； 四曱基氢氧化铵； 肼；和乙烯联氨邻苯二酚中任意 一种进行。
24. 如权利要求11所述的方法，还包括在进行所述晶面依赖刻蚀之后清 洁所述鳍型场效应晶体管以去除刻蚀期间形成的颗粒。
25. 如权利要求24所述的方法，其中使用SC-1和水中的一种清洁所述 鳍型场效应晶体管。
26. —种鳍型场效应晶体管器件，包括主体，包括鳍结构和邻近所述鳍结构形成的栅极结构；源极区域，设置在所述主体的第一侧上并邻近所述鳍结构的第一末端；以及漏极区域，设置在所述主体的第二侧上并邻近所述鳍结构的第二末端， 其中所述源极区域与所述鳍结构的第一末端处的鳍结构的交界面和所述漏极区域与所述鳍结构的第二末端处的鳍结构的交界面形成基本直角的拐角。
27. 如权利要求26所述的鳍型场效应晶体管，其中所述源极区域和漏极 区域的每一个的拐角都被裁切。
全文摘要
本发明提供一种鳍型场效应晶体管及其制造方法。本发明的实施例提供了在鳍型场效应晶体管中宽度相对均匀的鳍及其形成该鳍的方法和装置。鳍结构可以形成为使得鳍结构的侧壁部分的表面垂直于第一晶体学方向。鳍结构的末端处的渐缩区域可以垂直于第二晶向。可以对鳍结构进行晶面依赖刻蚀。晶面依赖刻蚀可以相对快地从垂直于第二晶向的鳍的部分上去除材料，由此得到宽度相对均匀的鳍结构。
文档编号H01L21/336GK101256959SQ20081008131
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月25日 优先权日2007年2月28日
发明者杰克·A·曼德尔曼, 程慷果, 约翰·E·希茨二世, 许履尘 申请人:国际商业机器公司
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