鳍状结构及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种鳍状结构(fin structure)及其制造方法，特别是涉及一种具有不规则形状的鳍状结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体元件尺寸的缩小，维持小尺寸半导体元件的效能是目前业界的主要目标。然而，随着场效晶体管(field effect transistors, FETs)元件尺寸持续地缩小，平面式(planar)场效晶体管元件的发展已面临制作工艺上的极限。非平面(non-planar)式场效晶体管元件，例如鳍状场效晶体管(fin field effect transistor, Fin FET)元件,具有立体结构可增加与栅极之间接触面积，进而提升栅极对于通道区域的控制，俨然已取代平面式场效晶体管成为目前的主流发展趋势。
[0003]现有鳍状场效晶体管的制作工艺是先将鳍状结构形成于基底上，再将栅极形成于鳍状结构上。鳍状结构一般为蚀刻基底所形成的条状鳍片，但在尺寸微缩的要求下，各鳍片宽度渐窄，而鳍片之间的间距也渐缩小。因此，其制作工艺也面临许多限制与挑战，例如现有掩模及光刻蚀刻技术受限于微小尺寸的限制，无法准确定义鳍状结构的位置而造成鳍片倒塌，或是无法准确控制蚀刻时间而导致过度蚀刻等问题，连带影响鳍状结构的作用效能。
[0004]因此，现有的鳍状结构及其形成方法尚无法完全满足产品需求，宜进一步改良。
【发明内容】
[0005]本发明的一目的在于提供一种解决上述问题的方法，以形成具有较佳作用效能的鳍状结构。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种鳍状结构，其具有较佳的作用效能。
[0007]为达上述的目的，本发明提供一种形成鳍状结构的方法，包含以下步骤。首先，在一基底上形成一第一鳍片及第二鳍片。接着，进行一第一蚀刻制作工艺，移除该第二鳍片的一部分。之后，进行一第二蚀刻制作工艺，移除该第二鳍片的另一部分，以在该第二鳍片形成不规则形状。最后，进行一第三蚀刻制作工艺，移除该第二鳍片的再一部分，以形成一突状物，其中该突状物的高度小于该第一鳍片的高度。
[0008]为达上述的目的，本发明提供一种鳍状结构，其特征在于包含一鳍片；以及一突状物。该鳍片及该突状物均是位于一基底上，该突状物具有不规则形状，且该突状物的高度小于该鳍片的高度。
[0009]本发明的鳍状结构的形成方法主要是利用阶段性地鳍片切割制作工艺，渐进地进行虚拟鳍片的蚀刻，同时在第二阶段的蚀刻制作工艺中，选用对于硅基底具有较高蚀刻比例的蚀刻剂，以提升对于虚拟鳍片的蚀刻效果。因此，利用本发明的方法可有效地移除虚拟鳍片，同时可避免发生倒塌或过度蚀刻等问题。再者，经由本发明的方法，可形成具有不规则形状的鳍状结构，使其具有优化的作用效能。
【附图说明】
[0010]图1至图9分别是本发明一优选实施例的鳍状结构的形成方法示意图；
[0011]图10是本发明一优选实施例的鳍状结构的电显图。
[0012]主要元件符号说明
[0013]10鳍状结构
[0014]100基底
[0015]110掩模层
[0016]111第一掩模层
[0017]113第二掩模层
[0018]115第三掩模层
[0019]120轴心体
[0020]130间隙壁
[0021]140掩模层
[0022]150有机介电层
[0023]300鳍片
[0024]310鳍片
[0025]320鳍片
[0026]330突状物
[0027]350绝缘层
[0028]360孔洞
[0029]370介电层
[0030]Pi间隔
[0031]%宽度
【具体实施方式】
[0032]为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效，使该领域的一般技术人士得以具以实施。
[0033]图1至图9绘示本发明一优选实施例的鳍状结构的形成方法示意图，其中，图1、图2及图4分别为鳍状结构各形成阶段的上视图，图3及图5则分别为沿着图2的剖面线A-A以及沿着图4的剖面线B-B的剖面示意图，其余则是鳍状结构的形成阶段的剖面示意图。
[0034]请先参照图1至图3所示，首先，提供一基底100，再于基底100上形成分别一掩模层110。具体来说，基底100例如是一半导体基底，包含硅基底、硅锗基底(silicongermanium substrate)、碳石圭基底(silicon carbide substrate)或石圭覆绝缘(silicon oninsulator, SOI)基底等。而掩模层110是全面性地形成在基底100的表面上，例如可选择利用化学气相沉积(chemical vapor deposit1n, CVD)或物理气相沉积(physical vapordeposit1n,PVD)等制作工艺。其中，掩模层110可以是单层或多层结构，例如是包含氧化物层、氮化物层等的多层结构。本实施例的掩模层110是由一第一掩模层111，例如是一氧化石圭(silicon oxide)层；一第二掩模层113，例如是一氮化石圭(silicon nitride)层；以及一第三掩模层115，例如是一氧化硅层所组成，但不以此为限。
[0035]随后，如图1所示，在基底100的掩模层110上形成多个图案化的轴心体(mandrel) 120。在本实施例中,轴心体120的制作工艺可利用一般现有的半导体制作工艺，例如可进行一标准栅极制作工艺，以形成多个栅极图案作为各个轴心体120于基底100上，但本发明并不以此为限。此外，轴心体120的材质可以是多晶硅(polysilicon)，或是其他合适的材料，如氧化硅、氮化硅等。具体来说，各轴心体120之间优选是相互分隔，使任两相邻的轴心体120间具有一间隔(pitch)P1()值得注意的是，间隔(pitch)P:至少大于轴心体120的宽度Wi，例如是约为80微米至100微米，但不以此为限。
[0036]接着，先全面性地在掩模层110上形成一侧壁材料层(未绘示)，覆盖各轴心体120。而后，进行一回蚀刻制作工艺，移除部分的侧壁材料层，暴露出部分的掩模层110以形成环绕各轴心体120的间隙壁130。在本实施例中，间隙壁130的制作工艺也可整合前述的栅极制作工艺，形成包含氮化物材质的间隙壁130，但不以此为限。在其他实施例中，也可选择使用其他与轴心体具有蚀刻选择比的材料，并利用其他制作工艺形成。
[0037]后续，如图2及图3所示，图3为沿着图2的剖面线A_A的剖面示意图。移除轴心体120，剩下具有封闭式的矩形框架的间隙壁130位于基底100的掩模层110上。值得注意的是，间隙壁130具有小于轴心体120宽度Wi的宽度。然后利用间隙壁130作为蚀刻掩模来进行图案转移制作工艺，以于基底100中进一步形成一初始的鳍状结构(未绘示)。例如，进行至少一干蚀刻、湿蚀刻或依序进行干蚀刻及湿蚀刻制作工艺等，将间隙壁130的图案逐次性地或一次性地转移至下方的掩模层110及基底100，以形成初始鳍状结构，且该等初始鳍状结构具有跟间隙壁130相同的布局图案，随后则移除间隙壁130，但本发明并不以此为限。
[0038]在形成初始的鳍状结构之后，则如图4至图8所示，继续进行一鳍片切割(fin cut)制作工艺，移除该初始鳍状结构中不必要的鳍片，例如是虚拟鳍片(dummy fin)以及两端相连接的部分等。
[0039]首先，参照图4所示。先选择性地在基底100上全面形成一平坦化的有机介电层(organic dielectric layer, ODL) 150,再图案化有机介电层150。具体来说，有机介电层150是完全覆盖在该初始鳍状结构的各鳍片300上，并填入各鳍片300之间。接着，在有机介电层150上形成一图案化的掩模层140，例如光致抗蚀剂层，并以设置在有机介电层150上的该些掩模层140为蚀刻掩模，进行一移除制作工艺，例如是干蚀刻，移除掩模层140外的有机介电层150且部分移除其下方对应的鳍片320，而不蚀刻位于掩模层140下方的有机介电层150及鳍片310，然后移除掩模层140，如图5所示。值得注意的是，此阶段的移除制作工艺主要是先进行一图案转移制作工艺，以将掩模层140的图案转移至下方的有机介电层150与该初始鳍状结构中，以使该等初始鳍状结构具有跟掩模层140相同的布局图案，而且本阶段的移除制作工艺至少要同时蚀刻掉其下方对应鳍片320的掩模层110，以暴露出下方相对应的鳍片320。换言之，此时基底100上仅裸露有两种材质，即被图案化的有机介电层150以及被其所曝露的鳍片320
[0040]接续，再利用后续阶段性的蚀刻制作工艺，进一步进行该些鳍片320的切割制作工艺。本实施例的鳍片切割制作工艺主要是利用蚀刻比不同(相对于有机介电层150与鳍片320)的蚀刻剂，阶段性地切割鳍片，例如是包含三阶段的蚀刻制作工艺，第一蚀刻制作工艺、第二蚀刻制作工艺及第三蚀刻制作工艺，在三阶段的蚀刻制作工艺是使用不同的蚀刻剂进行处理。
[0041]在第一蚀刻制作工艺中，例如是一干蚀刻制作工艺，主要是利用一第一蚀刻剂进行蚀刻。该第一蚀刻剂对于娃基底(鳍片320)与氧化物(有机介电层150)具有相同的蚀刻率，也就是说，该第一蚀刻剂会同时蚀刻暴露出的鳍片320与有机介电层150，并且移除一部分的鳍片320与一部分的有机介电层150，如图6所示。在一实施例中，该第一蚀刻剂可包含一齒素，例如是四氟化碳(carbon tetrafluoride, CF4)、三氟甲烧(Trifluoromethane,CHF3)或其组合等，以及氧气，但不