全包圍柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全包圍柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法，利用濕法各向異性刻蝕有源區(qū)的硅線條，使硅線條懸空，可以減少工藝復(fù)雜性，降低成本，能很好地控制有源區(qū)尺寸，且本方法與現(xiàn)有的集成電路平面工藝相兼容，所形成的全包圍柵極結(jié)構(gòu)能有效地控制溝道，得到所需要的器件特性。
【專利說明】全包圍柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種全包圍柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路行業(yè)的不斷發(fā)展，集成芯片的關(guān)鍵尺寸也遵照摩爾定律不斷縮小，對(duì)于集成芯片的器件結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。在先進(jìn)的集成芯片中，傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)的器件已經(jīng)難以滿足電路設(shè)計(jì)的要求。因此非平面結(jié)構(gòu)的器件也應(yīng)運(yùn)而生，包括絕緣體上硅(801, 81110011 011 1118111211:010、雙柵、多柵、納米線場效應(yīng)管以及最新的三維柵極。鰭式場效應(yīng)管(打必價(jià))已出現(xiàn)在2011111技術(shù)代的應(yīng)用中，目前的？111而1的柵控制基本是三面控制的。
[0003]這種三面控制的結(jié)構(gòu)有的是在301上形成的，有的是直接從硅襯底上直接得到。它的好處是，由于采用三面控制柵通道，比傳統(tǒng)的單面控制柵通道的服)3結(jié)構(gòu)能更好地控制有源區(qū)中的載流子，提尚器件性能。
[0004]具有全包圍柵極1-3101111(1)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件擁有有效地限制短溝道效應(yīng)0118111161一打一。!:)的特殊性能，正是業(yè)界在遵循摩爾定律不斷縮小器件尺寸的革新中所極其渴望的。全包圍柵極結(jié)構(gòu)中的薄硅膜構(gòu)成的器件溝道被器件的柵極包圍環(huán)繞，而且僅被柵極控制。除此之外，漏場的影響也被移除，所以器件的短溝道效應(yīng)被有效限制。由于構(gòu)成器件溝道的硅膜與底部襯底之間最終需要懸空，因此全包圍柵極器件的制造工藝也較為復(fù)雜。
[0005]請(qǐng)參考圖1至圖4，現(xiàn)有技術(shù)中形成全包圍柵極器件納米線的方法，一般包括以下步驟:
[0006]如圖1所示，首先執(zhí)行步驟3101:提供半導(dǎo)體襯底，包括基底層1以及立于基底層上氧化層2和半導(dǎo)體層3 ；
[0007]如圖1所示，然后執(zhí)行步驟3102:在半導(dǎo)體層3上依次形成一層硬掩膜層4和圖案化的光刻膠層5 ；
[0008]如圖2所示，然后執(zhí)行步驟3103:以圖案化的光刻膠層為掩膜，以氧化層2為蝕刻停止層進(jìn)行干法刻蝕，并去除圖案化的光刻膠層以及刻蝕后殘余的硬掩膜層，刻蝕剩余的半導(dǎo)體層3’和氧化層2’形成了多個(gè)溝道；
[0009]如圖3所示，然后執(zhí)行步驟3104:移除剩余的氧化層，使得剩余的半導(dǎo)體層3’懸空于基底層1上方；
[0010]如圖4所示，然后執(zhí)行步驟3105:熱退火處理使剩余的半導(dǎo)體層3’轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米線。
[0011]然而，上述現(xiàn)有全包圍柵極器件納米線形成工藝中，工藝較為復(fù)雜，必須借助多層掩模和光刻膠，而且最后的熱退火工藝的熱預(yù)算太高，會(huì)使應(yīng)力過大，缺陷增多，容易導(dǎo)致器件失效，載流子也會(huì)受到應(yīng)力過大的影響。
[0012]因此，如何提供一種工藝簡單、可靠、低成本的全包圍柵極結(jié)構(gòu)的制造方法，并保證器件性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全包圍柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法，本方法與現(xiàn)有的集成電路平面工藝相兼容，且能很好地控制有源區(qū)尺寸，并可以減少工藝復(fù)雜性，降低成本，且所形成的全包圍懸柵結(jié)構(gòu)能有效地控制溝道，得到所需要的器件特性。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種全包圍柵極結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括以下步驟:
[0015]步驟301，提供形成有301結(jié)構(gòu)的硅片，并刻蝕形成頂層硅線條；
[0016]步驟302，在具有硅線條的硅片上沉積氧化層；
[0017]步驟303，利用光刻刻蝕所述氧化層，露出具有硅線條的有源區(qū)；
[0018]步驟304，利用濕法各向異性刻蝕所述有源區(qū)，使所述硅線條懸空；
[0019]步驟305，在所述懸空的硅線條表面生長柵介質(zhì)；
[0020]步驟306，在所述有源區(qū)淀積多晶硅，并圖形化以形成全包圍柵極結(jié)構(gòu)。
[0021]進(jìn)一步地，步驟304包括利用濕法各向異性刻蝕所述有源區(qū)，刻蝕出硅線條的?110?晶面，以形成懸空娃線條。
[0022]進(jìn)一步地，步驟304中濕法各向異性刻蝕采用含氧化劑的刻蝕溶液。
[0023]進(jìn)一步地，所述刻蝕溶液含有重鉻酸和氫氟酸。
[0024]進(jìn)一步地，所述重絡(luò)酸和氫氟酸的重量比為2:1?10:1。
[0025]進(jìn)一步地，步驟304中得到的懸空娃線條寬度為5-5011111。
[0026]進(jìn)一步地，步驟303中露出有源區(qū)的寬度為10-100011111。
[0027]進(jìn)一步地，步驟302中沉積的氧化層厚度為5-100011111。
[0028]進(jìn)一步地，步驟305中生長柵介質(zhì)的方法為熱氧化，生長厚度為1-1511%步驟306中淀積多晶硅的方法為低壓化學(xué)氣相沉積)。
[0029]本發(fā)明還提供一種利用上述制造方法制得的全包圍柵極結(jié)構(gòu)，其包括懸空的硅線條，所述硅線條表面依次覆蓋有柵介質(zhì)和多晶硅。
[0030]本發(fā)明提供的全包圍柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法，利用濕法各向異性刻蝕有源區(qū)的硅線條，使硅線條懸空，可以減少工藝復(fù)雜性，降低成本，能很好地控制有源區(qū)尺寸，且本方法與現(xiàn)有的集成電路平面工藝相兼容，所形成的全包圍柵極結(jié)構(gòu)能有效地控制溝道，得到所需要的器件特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中:
[0032]圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)中全包圍柵極器件納米線制造方法的各步驟示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法的流程示意圖；
[0034]圖6至圖11是本發(fā)明全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法的各步驟示意圖；
[0035]圖12是本發(fā)明制造方法中濕法各向異性刻蝕后的有源區(qū)立體示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]請(qǐng)參閱圖5，并同時(shí)參閱圖6至圖11，本實(shí)施例的全包圍柵極結(jié)構(gòu)包括以下步驟:
[0037]步驟301，提供形成有301結(jié)構(gòu)的硅片，自下而上依次包括硅襯底11、二氧化硅層12以及硅層，并刻蝕形成頂層硅層的硅線條13，如圖6所示；
[0038]步驟302，在具有硅線條13的硅片上沉積一層二氧化硅14，如圖6所示；
[0039]步驟303，利用光刻刻蝕二氧化硅14，露出具有硅線條13的有源區(qū)，如圖7所示；
[0040]步驟304，利用濕法各向異性刻蝕有源區(qū)，使硅線條13懸空，如圖8所示；
[0041]步驟305，在懸空的硅線條13表面生長柵介質(zhì)15，如圖9所示；
[0042]步驟306，在有源區(qū)淀積多晶硅16，如圖10所示，并圖形化以形成全包圍柵極結(jié)構(gòu)，如圖11所示。
[0043]本實(shí)施例的制造方法利用濕法各向異性刻蝕有源區(qū)的硅線條，使硅線條懸空，可以減少工藝復(fù)雜性，降低成本，能很好地控制有源區(qū)尺寸，且本方法與現(xiàn)有的集成電路平面工藝相兼容，所形成的全包圍柵極結(jié)構(gòu)能有效地控制溝道，得到所需要的器件特性。
[0044]本實(shí)施例中，步驟304較佳地包括利用濕法各向異性刻蝕有源區(qū)，刻蝕出硅線條的〈110〉晶面，以形成傾斜的矩形形狀的懸空硅線條，如圖12所示。其中，較佳地刻蝕介質(zhì)是含有氧化劑的刻蝕溶液，更佳地為重鉻酸和氫氟酸的混合溶液，其重量比為2:1?10:1,本實(shí)施例為5:1。其他實(shí)施例中，也可選用本領(lǐng)域常用的其他能刻蝕出硅線條〈110〉晶面，從而使硅線條懸空的氧化劑和腐蝕劑。
[0045]本實(shí)施例中，通過控制刻蝕濃度、時(shí)間等參數(shù)，步驟304可得到寬度為5-50=111的懸空硅線條。本實(shí)施例中，步驟303中露出有源區(qū)的寬度較佳地為10-100011111，如圖12中間的方形凹槽。本實(shí)施例中，步驟302淀積的二氧化硅較佳地為5-1000=111厚度。本實(shí)施例中，步驟305較佳地采用熱氧化工藝生長柵介質(zhì)，生長厚度為1-1511111，柵介質(zhì)可以是二氧化娃。本實(shí)施例中，步驟306較佳地采用工藝淀積多晶硅，以使多晶硅在懸空硅線條下方也能很好的填充。
[0046]本實(shí)施例制造方法得到的全包圍柵極結(jié)構(gòu)，包括懸空的硅線條，硅線條表面依次覆蓋有柵介質(zhì)和多晶娃。
【權(quán)利要求】
1.一種全包圍柵極結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟S01，提供形成有SOI結(jié)構(gòu)的硅片，并刻蝕形成頂層硅線條； 步驟S02，在具有硅線條的硅片上沉積氧化層； 步驟S03，利用光刻刻蝕所述氧化層，露出具有硅線條的有源區(qū)； 步驟S04，利用濕法各向異性刻蝕所述有源區(qū)，使所述硅線條懸空； 步驟S05，在所述懸空的硅線條表面生長柵介質(zhì)； 步驟S06，在所述有源區(qū)淀積多晶硅，并圖形化以形成全包圍柵極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟S04包括利用濕法各向異性刻蝕所述有源區(qū)，刻蝕出硅線條的〈110〉晶面，以形成懸空硅線條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟S04中濕法各向異性刻蝕采用含氧化劑的刻蝕溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:所述刻蝕溶液含有重鉻酸和氫氟酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:所述重鉻酸和氫氟酸的重量比為2:1?10:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟S04中得到的懸空娃線條寬度為5-50nmo
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟S03中露出有源區(qū)的寬度為1-1OOOnm0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟S02中沉積的氧化層厚度為5-1000nmo
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全包圍柵極結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟S05中生長柵介質(zhì)的方法為熱氧化，生長厚度為l_15nm，步驟S06中淀積多晶硅的方法為LPCVD。
10.一種利用權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)制造方法制得的全包圍柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于:其包括懸空的硅線條，所述硅線條表面依次覆蓋有柵介質(zhì)和多晶硅。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK104465354SQ201410835991
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】儲(chǔ)佳 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司