专利名称：制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置的制法，尤其涉及一种制造自对准鳍状场
效应晶体管(FinFET)装置的方法。
背景技术：
近年来，随着各种消费性电子产品不断的朝小型化发展，半导体元件 设计的尺寸亦不断缩小，以符合高集成度、高效能和低耗电的潮流以及产 品需求。
动态随机存取存储器(Dynamic random access semiconductor memory,简 称DRAM)含有一存储单元阵列，形成的列经由字线连接，形成的行经由 位线连接。通过启动适当的字线与位线以读取存储单元的数据或是将数据 储存于存储单元中。存储单元一般包括一选择晶体管(selection transistor)及 一贮存电容(storage capacitor)。选4奪晶体管通常为水平构形的场效应晶体 管，其包括二扩散区，由一沟道所分开，沟道上方为栅极。栅极与字线连 接，扩散区之一者与字线连接，另一者与贮存电容连接。经由字线对栅极 施加适当的电压时，可启动晶体管而使电流在扩散区之间流动，藉以经由 位线将贮存电容充电。
然而，随着电子产品的小型化发展，而有鳍状场效应晶体管的提出， 鳍状场效应晶体管具有减少底材的漏电途径、可获得较高的驱动电流及降 低短沟道效应等优点。因鳍状场效应晶体管基本上是属于立体的结构，较 传统结构复杂，故制造难度较高。
因此，新颖的鳍状场效应晶体管装置的制法，仍有其需要。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种制造自对准鳍状场效应晶体管装置的 方法，以获得具有更薄的鳍状结构的场效应晶体管。
依据本发明的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，包括下列步骤。首先，提供一半导体基底。于半导体基底上形成一硬掩模，硬掩模具 有一图案，半导体基底被硬掩模覆盖的区域为一有源区，有源区包括一栅 极区位于有源区的中段区域。接着，蚀刻半导体基底未被硬掩模覆盖的区 域而形成一沟槽，半导体基底被硬掩模覆盖的有源区形成一鳍状结构。填 入一绝缘材料于沟槽中。然后，回蚀刻沟槽中位于栅极区二侧的部分绝缘 材料层，以露出位于栅极区的鳍状结构的上部。各向同性蚀刻栅极区的鳍 状结构上部的侧壁，以减小其厚度。然后，移除硬掩模，最后形成一栅极 材料层以填满栅极区二侧的沟槽及覆盖栅极区。
于本发明的另 一方面，依据本发明的一种制造自对准鳍状场效应晶体 管装置的方法，包括下列步骤。首先，提供一半导体基底。于半导体基底 上形成一第一硬掩模，第一硬掩模具有一图案，半导体基底被第一硬掩模 覆盖的区域具有一有源区，有源区包括一栅极区位于有源区的中段区域， 半导体基底未被第 一硬掩模覆盖的区域具有 一字线区及一 浅沟绝缘结构 区。接着，蚀刻半导体基底未被第一硬掩模覆盖的区域而形成一沟槽，而 半导体基底被第一硬掩模覆盖的区域形成一鳍状结构。然后，形成一绝缘 材料层填满于沟槽中。通过一光刻及蚀刻工艺将位于浅沟绝缘结构区的绝
缘材料层回蚀刻至大体上与第一硬掩模的底部相同的高度。然后，形成一 第二硬掩模于浅沟绝缘结构区的绝缘材料层上。使用第 一硬掩模及第二硬 掩模作为掩模，回蚀刻字线区的绝缘材料层的上部，露出有源区的栅极区 鳍状结构的上部。然后，各向同性蚀刻栅极区鳍状结构上部的侧壁，并移 除第 一硬掩模及第二硬掩模。最后形成一栅极材料层以填满字线区及覆盖 栅极区而成为一字线。
本发明的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法与已知技术比较， 因为有源区具有更薄的鳍状结构，元件单位面积可缩小，而增加集成密集 度；控制栅极与有源区的鳍状结构做三面立体接合，可增进电流增益
(on-current gain);而位线与源极/漏极的接触面并未被影响，仍然具有良好 接触。
图1至IO显示依据本发明的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法 的一具体实施例；图ll显示具有使用本发明的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法
制得的鳍状场效应晶体管的DRAM阵列的一存储器单元的部分元件的上视
示意图。
主要元件符号说明
10半导体基底 12
14沟槽 16
16a鳍状结构 18
20硬掩模 22
24 字线 26 28 源极区/漏极区
硬掩模 鳍状结构 绝缘材料层 字线区
源才及区/漏一及区
具体实施例方式
下述是参照图1至IO以说明依据本发明的制造自对准鳍状场效应晶体 管装置的方法的一具体实施例。请参阅图l。首先，提供一半导体基底IO, 半导体基底可为例如硅、锗、碳-硅、硅覆绝缘、绝缘层上覆硅锗、化合物 半导体、多层半导体或其任意的组合。于半导体基底IO上形成一硬掩模12， 硬掩模12具有一图案。硬掩模12的形成方式，可通过沉积一硅氮化物层(特 定实例可举例有氮化硅层)于此半导体基底10上，再通过光刻与蚀刻工艺而 将硅氮化物层形成图案，以形成硬掩模12。半导体基底IO被硬掩模12覆 盖的区域为一有源区，有源区可包括一栅极区，及进一步包括一源极区及 一漏极区。栅极区位于有源区的中段区域，源极区及漏极区位于栅极区的 两侧的有源区。半导体基底10未^皮硬掩模12覆盖的区域具有一字线区及 一浅沟绝缘结构区。
接着，请参阅图2，对半导体基底10的未被硬掩模12覆盖的区域进行 各向异性蚀刻，例如干蚀刻，向下形成一沟槽14 (图2中显示部分的沟槽 14)，如此，半导体基底IO被硬掩模12覆盖的区域形成一鳍状结构16,沟 槽14则围绕此鳍状结构16。
请参阅图3,于沟槽14中填入一绝缘材料层18。填入绝缘材料层18 的方法可为例如化学气相沉积法，而绝缘材料可为例如氧化物、氮化物、 或氮氧化物等。将绝缘材料沉积填满沟槽14并覆盖硬掩模12,再通过化学 机械抛光工艺将绝缘材料层18表面平坦化，并露出硬掩模12。于本发明的方法中，为制造鳍状栅极，是将位于栅极区二侧的绝缘材 料层的部分移除，以露出栅极鳍状结构的上部。而栅极区二侧的绝缘材料 层部分移除后的空间，为字线区，是供后续字线的制作。如此，字线可与 栅极结构交叉配置，而且字线与栅极结构是三面接触。可通过例如蚀刻的 方式将位于栅极区二侧的绝缘材料层的部分移除，即，例如将不需蚀刻移 除的部分(例如，后续留做浅沟绝缘结构的部分)以硬掩模遮蔽，露出欲移除 的部分，再以各向异性干蚀刻的方式移除此等位于栅极区二侧的绝缘材料 层的部分。此硬掩模的形成，可通过光刻及蚀刻工艺进行。例如，形成一
光致抗蚀剂层于绝缘材料层18与硬掩模层12的上方，定义光致抗蚀剂层
图案(图未示出)，露出欲以硬掩模图案遮盖的部分，进行回蚀刻，回蚀刻的
深度是蚀刻至大体上与硬掩模12的底部相同的高度。接着，可全面性沉积 一硬掩模材料层于绝缘材料层18及硬掩模12上，经过平坦化，即形成如 图4所示的硬掩模20。硬掩模20覆盖于浅沟绝缘结构区的绝缘材料层上， 以于后续的蚀刻工艺中遮蔽此等区域。
接着，如图5所示，使用硬掩模12及硬掩模20作为掩模，回蚀刻栅 极区二侧的绝缘材料层的上部(亦即，位于字线区的绝缘材料层18的上部)， 露出有源区的栅极区鳍状结构16的上部。蚀刻的方式可为例如干蚀刻。栅 极区鳍状结构16的厚度可为例如60nm,高度可为例如60nm，但不限于此。 图6显示图5中沿着I-I，线段的剖面示意图。
接着，请参阅图7，进行一各向同性蚀刻以蚀刻鳍状结构16的侧壁， 以减小鳍状结构16的厚度，成为如图所示的鳍状结构16a。各向同性蚀刻 的方法可为例如湿蚀刻。举例来说，若鳍状结构16厚度为60nm,经过各 向同性蚀刻后，每侧减少约15nm的厚度，因此所得的鳍状结构16a厚度可 为大约30nm。
然后，请参阅图8，移除硬掩模12及硬掩模20，经蚀刻后所形成的凹 槽处则为字线区22。接着，请参阅图9,形成一栅极材料层以填满字线区 22及覆盖栅极区而成为一字线24,使柵极材料层(亦即字线)夹住栅极区鳍 状结构16a的相对二侧及上方。形成字线的方法例如可利用全面沉积一栅极 材料层，例如是多晶硅，填满字线区22的凹槽而覆盖在有源区与浅沟绝缘 结构区上，再利用光刻与蚀刻工艺留下字线区及栅极区上方的栅极材料层， 如此，即形成通过栅极区的字线24。最后，于字线24两侧的源极区/漏极区26及28中分别形成一源极与一漏极，形成鳍状场效应晶体管装置。
图IO显示图9中沿着II-II，线段的剖面示意图。鳍状结构16a顶表面 设置有字线24。
本发明的制得自对准鳍状场效应晶体管装置的方法可应用于一 DRAM 阵列的制作，例如应用于棋盘式深沟渠电容动态随机存取存储器阵列布局 结构的制作等等。图11显示DRAM阵列的一存储器单元的部分元件的上视 示意图。字线WL (包括控制栅极)与有源区AA交叉排列，深沟渠电容DT 与有源区AA的源极/漏极电连接。有源区AA为鳍状结构，且在与字线WL 交会处，为更薄的鳍状结构(如虚线所示)，显示本发明的主要特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等 变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，包括提供半导体基底；形成硬掩模于该半导体基底上，该硬掩模具有图案，该半导体基底被该硬掩模覆盖的区域为有源区，该有源区包括栅极区位于该有源区的中段区域；蚀刻该半导体基底未被该硬掩模覆盖的区域而形成沟槽，该半导体基底被该硬掩模覆盖的有源区形成鳍状结构；填入绝缘材料层于该沟槽中；回蚀刻该沟槽中位于该栅极区二侧的部分该绝缘材料层，以露出位于该栅极区的鳍状结构的上部；各向同性蚀刻该栅极区的鳍状结构上部的侧壁，以减小其厚度；移除该硬掩模；以及以栅极材料层填满该栅极区二侧的沟槽及覆盖该栅极区。
2. 如权利要求1所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，其 中该硬掩模包括硅氮化物。
3. 如权利要求1所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，其 中该栅极材料层包括多晶硅。
4. 如权利要求1所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，其 中该绝缘材料包括氧化物、氮化物、或氮氧化物。
5. 如权利要求1所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，进 一步包括于该栅极材料层两侧的该有源区中分别形成源极与漏极。
6. —种制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，包括 提供半导体基底；形成第一硬掩模于该半导体基底上，该第一硬掩模具有图案，该半导 体基底被第 一硬掩模覆盖的区域具有有源区，该有源区包括栅极区位于该 有源区的中段区域，该半导体基底未被第 一硬掩模覆盖的区域具有字线区 及浅沟绝缘结构区；蚀刻该半导体基底未被第 一硬掩模覆盖的区域而形成沟槽，而该半导体基底被该第 一硬掩模覆盖的区域形成鳍状结构；形成绝缘材料层填满于该沟槽中；通过光刻及蚀刻工艺将位于该浅沟绝缘结构区的绝缘材料层回蚀刻至大体上与第 一硬掩模的底部相同的高度；形成第二硬掩模于该浅沟绝缘结构区的绝缘材料层上；使用第 一硬掩模及第二硬掩模作为掩模，回蚀刻该字线区的绝缘材料 层的上部，露出该有源区的栅极区鳍状结构的上部；各向同性蚀刻该栅极区鳍状结构上部的侧壁；移除第一硬掩模及第二硬掩模；以及以栅极材料层填满该字线区及覆盖该栅极区而成为字线。
7. 如权利要求6所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，其 中该第 一硬掩模包括硅氮化物。
8. 如权利要求6所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，其 中该第二硬掩模包括硅氮化物。
9. 如权利要求6所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，其 中该栅极材料层包括多晶硅。
10. 如权利要求6所述的制造自对准鳍状场效应晶体管装置的方法，进 一步包括于该栅极材料层两侧的该有源区中分别形成源极与漏极。
全文摘要
本发明揭示一种制造自对准鳍状场效应晶体管(self-aligned fin fieldeffect transistor，FinFET)装置的方法。利用对于浅沟绝缘结构的绝缘材料层的回蚀刻以露出半导体基底的部分侧壁，及对此露出的半导体基底的部分侧壁予以各向同性蚀刻，以形成具有更小厚度的鳍状半导体基底，而供形成具有三面的立体栅极结构。
文档编号H01L21/02GK101315892SQ200710106419
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者李宗翰, 杨青天 申请人:南亚科技股份有限公司