鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法及半导体元件与流程

本申请属于半导体，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法、阻隔结构及半导体元件。

背景技术：

1、finfet被称为鳍式场效应晶体管，是一种新的互补式金属氧化物半导体晶体管。finfet中通常在鳍形成结构工艺fin loop中采用双扩散区切断结构(double diffusionbreak，ddb)和单扩散区切断结构(single diffusion break，sdb)来实现有源区的隔离；在多晶硅栅结构工艺poly loop中采用栅极切割结构(cut-poly-gate，cpo)以实现金属栅极结构mg之间的隔离。

2、但参考图1-3所示，现有的单扩散区切断结构sdb及栅极切割隔离结构cpo的形成过程中，单扩散区切断结构sdb通常在鳍片制作完成之前形成，但鳍片制造完成之前，尤其是在源极或漏极形成之前形成单扩散区切断容易导致源极或漏极的外延面形成缺角，不能形成理想的外延面且容易造成形成的源极、漏极不对称的问题；栅极切割隔离结构cpo设置于多晶硅栅结构制作完成之前形成，因需要预留空间形成功函数金属层，使得cpo关键尺寸无法放大，进而导致切割阻断尺寸不易控制。

3、以上问题都会导致半导体元器件的形成受到影响。

技术实现思路

1、本申请针对上述的形成单扩散区切断结构sdb和栅极切割隔离结构cpo的器件性能不好的技术问题，通过对工艺过程的改进，提高器件性能和良率。

2、第一方面，本申请提供一种鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，包括以下步骤：

3、s1：在硅衬底上形成条状鳍片和伪多晶硅栅极；

4、s2：在所述条状鳍片上形成源极和漏极；

5、s3：沉积层间介质层并进行第一平坦化，以露出伪多晶硅栅极的顶部；

6、s4：刻蚀所述伪多晶硅栅极以去除伪多晶硅栅极，形成沟槽；

7、s5：在所述沟槽内沉积金属层，形成金属栅极；

8、s6：依次沉积硬掩膜层和光刻胶层，在所述硬掩膜层和光刻胶层形成单扩散区及栅极隔离区的图形；具体的，首先沉积形成硬掩膜层，其次，在硬掩膜层上旋涂光刻胶层，通过图案化的光刻胶层用作掩膜来图案化硬掩膜层，以打开单扩散区及栅极隔离区。

9、s7：曝光刻蚀所述单扩散区和栅极隔离区至预设深度后，形成单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽，其中，所述硬掩膜层作为掩膜；

10、s8：在所述单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽经一次沉积、二次沉积形成单扩散区切断结构sdb及栅极切割隔离结构cpo。

11、在其中一些实施例中，所述步骤s8中，进一步包括：

12、步骤s81：在所述单扩散区沟槽和栅极隔离区沟槽沉积第一填充层，进行一次沉积；

13、步骤s82：对所述单扩散区和栅极隔离区进行第二平坦化后，回蚀所述第一填充层；

14、步骤s83：在所述单扩散区沟槽和栅极隔离区沟槽沉积第二填充层，进行二次沉积；

15、步骤s84：进行第三平坦化直至露出所述层间介质层，形成单扩散区切断结构sdb及栅极切割隔离结构cpo。

16、在其中一些实施例中，所述步骤s82中，回蚀所述第一填充层的深度为

17、

18、在其中一些实施例中，所述硬掩膜层为二氧化硅和/或氮化硅。

19、在其中一些实施例中，所述第一填充层的填充材料包括氮化硅和/或碳氮化硅。

20、在其中一些实施例中，所述第二填充层的填充材料包括二氧化硅。

21、在其中一些实施例中，所述第一平坦化、第二平坦化及第三平坦化采用化学机械平坦化工艺cmp(chemical mechanical planarization)。

22、在其中一些实施例中，在硅衬底上形成条状鳍片和伪多晶硅栅极进一步还包括：

23、s11：在硅衬底上形成条状鳍片；

24、s12：去除不需要的条状鳍片；

25、s13：形成栅极氧化层；

26、s14：形成伪多晶硅栅极，所述伪多晶硅栅极两侧形成有侧墙。

27、在其中一些实施例中，所述步骤s7中，形成单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽包括去除设置在源极和/或漏极上方的一部分层间介质层。

28、在其中一些实施例中，所述步骤s7中，曝光刻蚀所述单扩散区和栅极隔离区至预设深度为基于同一光罩进行图案化，所述光罩上设有用于刻蚀所述单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽的图形。

29、第二方面，本申请还提供了一种鳍式场效应晶体管阻隔结构，通过上述第一方面所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法制备得到。

30、第三方面，本申请提供了一种半导体元件，设置有如上第二方面所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构。

31、与现有技术相比，本申请的优点和积极效果在于：

32、在7nm芯片制造工艺以下，晶体管栅极宽度的缩小导致单扩散区切断结构sdb及栅极切割隔离结构cpo的深宽比约达10倍，为了更好的填充单扩散区切断结构sdb及栅极切割隔离结构cpo，本申请将单扩散区切断结构sdb及栅极切割隔离结构的形成工艺合并设置于金属栅极形成之后，并利用二次sdb/cpo沉积工艺改善孔洞填充能力，同时还减少了栅极的高度消耗，增大金属栅极填充窗口，提高器件性能和良率。

技术特征：

1.一种鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述步骤s8中，进一步包括：

3.根据权利要求2所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述步骤s82中，回蚀所述第一填充层的深度为

4.根据权利要求2所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层为二氧化硅和/或氮化硅。

5.根据权利要求2所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述第一填充层的填充材料包括氮化硅和/或碳氮化硅。

6.根据权利要求5所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述第二填充层的填充材料包括二氧化硅。

7.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述步骤s7中，形成单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽包括去除设置在源极和/或漏极上方的一部分层间介质层。

8.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法，其特征在于，所述步骤s7中，曝光刻蚀所述单扩散区和栅极隔离区至预设深度为基于同一光罩进行图案化，所述光罩上设有用于刻蚀所述单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽的图形。

9.一种鳍式场效应晶体管阻隔结构，其特征在于，通过上述权利要求1-8中任一项所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法制备得到。

10.一种半导体元件，其特征在于，设置有如权利要求9所述的鳍式场效应晶体管阻隔结构。

技术总结
本申请提出一种鳍式场效应晶体管阻隔结构的形成方法及半导体元件，该形成方法，包括以下步骤：在硅衬底上形成条状鳍片和伪多晶硅栅极；在条状鳍片上形成源极和漏极；沉积层间介质层并进行第一平坦化，以露出伪多晶硅栅极的顶部；刻蚀伪多晶硅栅极以去除伪多晶硅栅极，形成沟槽；在所述沟槽内沉积金属层，形成金属栅极；依次沉积硬掩膜层和光刻胶层，在所述硬掩膜层和光刻胶层形成单扩散区及栅极隔离区的图形；曝光刻蚀所述单扩散区和栅极隔离区，形成单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽；在所述单扩散区沟槽及栅极隔离区沟槽经一次沉积、二次沉积形成单扩散区切断结构SDB及栅极切割隔离结构CPO。该技术方案通过对工艺过程的改进，提高器件性能和良率。

技术研发人员：颜天才,杨列勇
受保护的技术使用者：青岛物元技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13