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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Halbleiterbauelemente und insbesondere Feldeffekttransistoren des Finnentyps (FinFETs).
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Doppel-Gate-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Doppel-Gate-MOSFETs) sind MOSFETs, die zwei Gates in ein einzelnes Bauelement eingliedern. Diese Bauelemente sind auch aufgrund ihrer Struktur, die eine dünne, sich vom Substrat erstreckende „Finne“ umfasst, als Fin-Feldeffekttransistoren (FinFETs) bekannt. Das Doppel-Gate besteht darin, dass ein Gate auf beiden Seiten des Kanals vorhanden ist, was eine Gatesteuerung des Kanals von beiden Seiten ermöglicht. Außerdem können FinFETs die Kurzkanaleffekte reduzieren und einen höheren Stromfluss bereitstellen. Andere FinFET-Architekturen können auch drei oder mehrere wirksame Gates umfassen.
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Aus den
US 2013/0078818 A1 und
US 2010/0163971 A1 sind FinFETs bekannt, für deren Herstellung ein Ausheilen mit Wasserstoff ausgeführt wird, nachdem dielektrisches Material um einen unteren Bereich einer Finne ausgebildet wurde.
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Die
US 2014/0227858 A1 beschreibt die Ausbildung einer ISSG Liner-Schicht auf einem Substrat um Oberflächenschäden zu reparieren und dadurch Leak-Ströme zu reduzieren.
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Aus der
US 2015/0144998 A1 und der
US 2015/097239 A1 sind Oxidation-Nitridation-Prozesse bekannt, durch die eine Oxidschicht und eine Oxid-Nitrid-Schicht auf einem Substrat ausgebildet werden.
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Die Verwendung einer Ausheilung in einer Wasserstoffatmosphäre zur Glättung von Oberflächen ist aus der
US 2010/0270619 A1 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung dient dem Ziel, die Qualität von Halbleiterstrukturen für FinFETs zu verbessern. Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur für einen Feldeffekttransistor des Finnentyps gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst insbesondere: Ausheilen eines Substrats in einer Atmosphäre, die ein wasserstoffhaltiges Gas umfasst, wobei das Substrat mehrere darauf angeordnete Finnen und mindestens einen die Finnen trennenden Graben aufweist und wobei das wasserstoffhaltige Gas Ammoniak umfasst, wodurch Seitenwand und unterer Abschnitt des Grabens geglättet werden; Füllen des Grabens mit einem dielektrischen Material; und Entfernen eines oberen Abschnitts des dielektrischen Materials, um obere Abschnitte der Finnen freizulegen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Figurenliste
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem Standardverfahren in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
- 1 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
- 2 bis 9 sind Querschnittsansichten der Halbleiterstruktur bei verschiedenen Fertigungsstufen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale bereit. Konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
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Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z.B. „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Bauelements zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.
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1 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 2 bis 9 sind Querschnittsansichten der Halbleiterstruktur bei verschiedenen Fertigungsstufen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren beginnt mit Block 10, in dem eine Hartmaskenschicht 110 auf einem Substrat 120 ausgebildet wird (wie in 2 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 20 fort, in dem Gräben 122 in dem Substrat 120 ausgebildet werden (wie in 3 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 30 fort, in dem das Substrat 120 mit Wasserstoff ausgeheilt wird (wie in 3 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 40 fort, in dem eine erste Liner-Schicht 130 auf Seitenwänden S und unteren Flächen B der Gräben 122 ausgebildet wird (wie in 4 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 50 fort, in dem eine zweite Liner-Schicht 140 auf der ersten Liner-Schicht 130 ausgebildet wird (wie in 5 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 60 fort, in dem ein dielektrisches Material 150 die Gräben 122 überfüllt (wie in 6 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 70 fort, in dem das überschüssige dielektrische Material 150 außerhalb der Gräben 122 entfernt wird (wie in 7 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 80 fort, in dem die Hartmaskenschicht 110 entfernt wird (wie in 8 dargestellt). Das Verfahren fährt mit Block 90 fort, in dem das dielektrische Material 150 in den Gräben 122 ausgespart wird (wie in 9 dargestellt).
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Nun wird Bezug auf 2 genommen. Eine Hartmaskenschicht 110 wird auf einem Substrat 120 gebildet und weist darin Öffnungen 112 auf, um Finnen zu definieren, die in den nachfolgenden Schritten ausgebildet werden. Das Substrat 120 wird aus einem Halbleitermaterial, wie z.B. Diamant, Silizium (Si), Germanium (Ge), Siliziumkarbid (SiC), Siliziumgermanium (SiGe) oder Kombinationen davon, gefertigt. Das Substrat 120 ist zum Beispiel dotiertes oder undotiertes Bulk-Silizium (Si). Andere Substrate, die verwendet werden können, umfassen mehrschichtige Substrate, Gradient-Substrate oder Substrate mit Hybridorientierung.
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Die Hartmaskenschicht 110 wird aus einem Material gefertigt, das eine Sperre gegen Wassermoleküle (H2O) und Sauerstoff (O) bildet. In einigen Ausführungsformen wird die Hartmaskenschicht 110 zum Beispiel aus Siliziumnitrid (Si3N4) gefertigt. Die Hartmaskenschicht 110 weist eine Dicke auf, die in einem Bereich von ungefähr 40 nm bis ungefähr 200 nm liegt. Die Hartmaskenschicht 110 wird zum Beispiel mithilfe einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD), einer plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung (PECVD) oder anderer Abscheidungsprozesse ausgebildet.
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Der Begriff „ungefähr“ kann verwendet werden, um eine quantitative Repräsentation zu modifizieren, die zulässigerweise variieren könnte, ohne eine Änderung der Grundfunktion, mit der sie zusammenhängt, zu verursachen. Zum Beispiel kann die hier offenbarte Hartmaskenschicht 110, die eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 40 nm bis ungefähr 200 nm aufweist, zulässigerweise eine Dicke aufweisen, die ein wenig kleiner als 40 nm ist, wenn ihre Sperreigenschaft nicht wesentlich verändert wird.
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Eine Sperrschicht 115 kann auf dem Substrat 120 ausgebildet werden, bevor die Hartmaskenschicht 110 ausgebildet wird. Die Sperrschicht 115 wird aus einem Material gefertigt, das eine Haftung zwischen der Hartmaskenschicht 110 und dem Substrat 120 verbessern kann. In einigen Ausführungsformen wird die Sperrschicht 115 zum Beispiel aus Siliziumoxid (SiO2) gefertigt. Die Sperrschicht 115 weist eine Dicke auf, die in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 20 nm liegt. Die Sperrschicht 115 wird zum Beispiel mithilfe einer thermischen Oxidation, einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder anderer Abscheidungsprozesse ausgebildet.
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Obwohl 2 die Sperrschicht 115 zeigt, die zwischen der Hartmaskenschicht 110 und dem Substrat 120 angeordnet ist, könnte die Sperrschicht 115 zulässigerweise ausgelassen werden. In einigen Ausführungsformen kann die Hartmaskenschicht 110 in Abwesenheit der Sperrschicht 115 auf dem Substrat 120 ausgebildet werden, wenn die Haftung zwischen der Hartmaskenschicht 110 und dem Substrat 120 akzeptabel ist.
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Die Hartmaskenschicht 110 und die Sperrschicht 115 werden strukturiert, um Öffnungen 112 darin auszubilden, so dass Abschnitte des Substrats 120 freigelegt werden, in denen in nachfolgenden Schritten Gräben ausgebildet werden. Die Hartmaskenschicht 110 und die Sperrschicht 115 werden mithilfe eines fotolithographischen und Ätzprozesses strukturiert. Der fotolithografische und Ätzprozess umfasst ein Auftragen, ein Belichten, ein Entwickeln, ein Ätzen von Fotolack sowie ein Fotolackentfernen. Der Fotolack wird auf die Hartmaskenschicht 110 zum Beispiel mithilfe einer Rotationsbeschichtung aufgetragen. Der Fotolack wird anschließend vorgebacken, um überschüssiges Fotolacklösemittel auszutreiben. Nach dem Vorbacken wird der Fotolack mit einer Struktur intensiven Lichts belichtet. Die Belichtung mit Licht verursacht eine chemische Änderung, die es ermöglicht, dass ein Teil des Fotolacks in einem fotografischen Entwickler lösbar wird. Ein Backen nach dem Belichten (Post-Exposure-Bake, PEB) kann vor dem Entwickeln durchgeführt werden, um dabei zu helfen, Phänomene stehender Wellen, die durch destruktive und konstruktive Interferenzmuster des einfallenden Lichts verursacht werden, zu reduzieren. Der fotografische Entwickler wird dann auf den Fotolack aufgetragen, um Abschnitte des Fotolacks, die in dem fotografischen Entwickler lösbar sind, zu entfernen. Der verbleibende Fotolack wird dann einem Hardbake unterzogen, um den verbleibenden Fotolack zu verfestigen. Abschnitte der Hartmaskenschicht 110 und der Sperrschicht 115, die nicht durch den verbleibenden Fotolack geschützt werden, werden geätzt, so dass die Öffnungen 112 ausbildet werden. Das Ätzen der Hartmaskenschicht 110 und der Sperrschicht 115 kann zum Beispiel ein reaktives Ionenätzen (RIE) sein.
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Das reaktive Ionenätzen (RIE) ist eine Art von Trockenätzen, das andere Charakteristiken aufweist als ein Nassätzen. Das reaktive Ionenätzen (RIE) verwendet ein chemisch reaktives Plasma, um die Öffnungen 112 auszubilden. Das Plasma wird unter Niederdruck (Vakuum) mithilfe eines elektromagnetischen Feldes erzeugt. Energiereiche Ionen aus dem chemisch reaktiven Plasma greifen die Hartmaskenschicht 110 und die Sperrschicht 115 an und reagieren mit ihnen. In einigen Ausführungsformen kann ein auf Fluorkohlenstoff oder Fluorkohlenwasserstoff basierendes reaktives Ionenätzen (RIE) zum Ausbilden der Öffnungen 112 verwendet werden.
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Nach dem Ätzen der Hartmaskenschicht 110 und der Sperrschicht 115 wird der Fotolack von der Hartmaskenschicht 110 zum Beispiel mithilfe eines Plasmaveraschens oder -strippens entfernt. Ein Plasmaveraschen verwendet eine Plasmaquelle, um eine einatomige reaktive Spezies, wie z.B. Sauerstoff oder Fluor, zu erzeugen. Die reaktive Spezies verbindet sich mit dem Fotolack und bildet Asche, die mit einer Unterdruckpumpe entfernt wird. Das Strippen verwendet ein Fotolack-Ablösemittel, wie z.B. Azeton oder ein Phenol-Lösemittel, um den Fotolack von der Hartmaskenschicht 110 zu entfernen.
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Ein Reinigungsprozess kann nach dem Strukturieren der Hartmaskenschicht 110 und der Sperrschicht 115 durchgeführt werden, um ein natives Oxid des Substrats 120 zu entfernen. In einigen Ausführungsformen kann das native Oxid des Substrats 120 mithilfe von Flusssäure (HF) entfernt werden, wenn das Substrat 120 aus Silizium (Si) gefertigt ist. Der Reinigungsprozess ist fakultativ. In einigen Ausführungsformen kann der Reinigungsprozess ausgelassen werden, wenn das native Oxid des Substrats 120 auf einem akzeptablen Niveau liegt.
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Nun wird Bezug auf 3 genommen. Gräben 122 werden in dem Substrat 120 ausgebildet. Die Gräben 122 definieren die Finnen 124. Das heißt, die Gräben 122 trennen die Finnen 124 voneinander. Die durch die Öffnungen 112 freigelegten Abschnitte des Substrats 120 werden mithilfe eines Ätzprozesses, wie z.B. eines reaktiven Ionenätzens (RIE), entfernt, um die Gräben 122 in dem Substrat 120 auszubilden.
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In einigen Ausführungsformen kann ein auf Chlor (Cl) oder Brom (Br) basierendes reaktives Ionenätzen (RIE) zum Ausbilden der Gräben 122 verwendet werden. Mindestens einer der Gräben 122 weist eine Tiefe in einem Bereich von ungefähr 0,3 µm bis ungefähr 0,5 µm auf. Mindestens einer der Gräben 122 weist mindestens eine Seitenwand S, eine untere Fläche B, und einen Kegelwinkel α zwischen der Seitenwand S und einer Fläche, die sich von der unteren Fläche B erstreckt, auf. Der Kegelwinkel α des Grabens 122 liegt in einem Bereich von ungefähr 78° bis ungefähr 88°.
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Nach dem Ausbilden der Finnen 124, werden die Finnen 124 und das Substrat 120 mit Wasserstoff ausgehheilt, um die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 zu glätten. Das heißt, die Finnen 124 und das Substrat 120 werden in einer Atmosphäre ausgeheilt, die ein wasserstoffhaltiges Gas umfasst. Das wasserstoffhaltige Gas umfasst Ammoniak (NH3), zum Beispiel Kombinationen davon mit Wasserdampf (H2O). Erfindungsgemäß liegt eine Temperatur für das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas in einem Bereich von ungefähr 500 Grad Celsius bis ungefähr 1100 Grad Celsius. Wenn die Temperatur für das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas niedriger als ungefähr 500 Grad Celsius ist, dann glättet das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 möglicherweise nicht. Wenn die Temperatur für das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas höher als ungefähr 1100 Grad Celsius ist, dann kann das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas das thermische Budget der Fertigung der Halbleiterstruktur wesentlich erhöhen. In einigen Ausführungsformen liegt die Temperatur für das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas in einem Bereich von ungefähr 790 Grad Celsius bis ungefähr 950 Grad Celsius. Ein Teildruck für den Wasserstoff liegt in einem Bereich von ungefähr 133,322 Pa bis ungefähr 119,99 kPa.
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Der Begriff „ungefähr“ kann verwendet werden, um eine quantitative Repräsentation zu modifizieren, die zulässigerweise variieren könnte, ohne eine Änderung der Grundfunktion, mit der sie zusammenhängt, zu verursachen. Zum Beispiel kann die Temperatur für das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas, die gemäß dieser Offenbarung in einem Bereich von ungefähr 500 Grad Celsius bis ungefähr 1100 Grad Celsius liegt, zulässigerweise ein wenig niedriger als 500 Grad Celsius sein, wenn ihre glättende Eigenschaft nicht wesentlich verändert wird.
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Das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas wandelt mindestens einen Abschnitt der Seitenwände S und der unteren Flächen B der Gräben 122 in eine wasserstoffterminierte Oberfläche um. Die wasserstoffterminierte Oberfläche weist mindestens eine ungesättigte Oberflächenbindung (Dangling Bond), die mit mindestens einem Wasserstoffatom terminiert ist. Wenn das Substrat 120 und/oder die Finnen 124 aus Silizium (Si) gefertigt sind, weist die wasserstoffterminierte Oberfläche mindestens eine Silizium-Wasserstoff-Bindung (Si-H) auf.
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Das Ausheilen mit dem wasserstoffhaltigen Gas kann Strukturschäden reparieren, die durch den Ätzprozess zum Ausbilden der Gräben 122 im Substrat 120 und/oder den Finnen 124 entstanden sind, und daher die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 glätten. Wenn die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 rau sind, können Ecken und Spitzen, die durch die rauen Flächen erzeugt sind, als Spannungskonzentratoren innerhalb der Finnen 124 wirken und verursachen, dass die Finnen 124 brechen. Wenn eine Biegekraft an die Finnen 124 angelegt wird, wird in einigen Ausführungsformen die Kraft gleichmäßig über die Finnen 124 verteilt, da die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 mithilfe des Ausheilens mit einem wasserstoffhaltigen Gas geglättet sind, und daher kann verhindert werden, dass Risse entstehen und wachsen. In einigen Ausführungsformen können die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 auf Atomebene glatt sein, wenn das Substrat 120 und/oder den Finnen 124 aus Silizium (Si) gefertigt werden.
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Nun wird Bezug auf 4 genommen. Eine erste Liner-Schicht 130 wird auf den Seitenwänden S und den unteren Flächen B der Gräben 122 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die erste Liner-Schicht 130 zum Beispiel aus Siliziumoxid (Si02) gefertigt. Die erste Liner-Schicht 130 weist eine Dicke auf, die in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis ungefähr 10 nm liegt. In einigen Ausführungsformen liegt eine Temperatur für das Ausbilden der ersten Liner-Schicht 130 in einem Bereich von ungefähr 800 Grad Celsius bis ungefähr 1200 Grad Celsius.
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Obwohl 4 die erste Liner-Schicht 130 zeigt, die auf den Seitenwänden S und den unteren Flächen B der Gräben 122 ausgebildet wird, könnte die erste Liner-Schicht 130 zulässigerweise ausgelassen werden. In einigen Ausführungsformen kann ein dielektrisches Material in den Gräben 122 in Abwesenheit der ersten Liner-Schicht 130 ausgebildet werden, wenn die in dem Substrat 120 und/oder den Finnen 124 verursachten Strukturschäden akzeptabel sind.
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Nach dem Ausbilden der ersten Liner-Schicht 130, werden das Substrat 120 und die Finnen 124 ausgeheilt, um die Strukturschäden im Substrat 120 und/oder den Finnen 124, die durch den Ätzprozess zum Ausbilden der Gräben 122 verursacht wurden, weiter zu reparieren. In einigen Ausführungsformen werden das Substrat 120 und die Finnen 124 in einer sauerstofffreien Umgebung ausgeheilt. In einigen Ausführungsformen liegt eine Temperatur für das Ausbilden des Substrats 120 und der Finnen 124 in einem Bereich von ungefähr 900 Grad Celsius bis ungefähr 1200 Grad Celsius. In einigen Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit für das Ausheilen des Substrats 120 und der Finnen 124 in einem Bereich von ungefähr 15 Minuten bis ungefähr 60 Minuten. Dieser Ausheilungsprozess ist fakultativ. In einigen Ausführungsformen kann der Ausheilungsprozess ausgelassen werden, wenn die im Substrat 120 und/oder den Finnen 124 verursachten Strukturschäden akzeptabel sind.
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Nun wird Bezug auf 5 genommen. Eine zweite Liner-Schicht 140 wird auf der ersten Liner-Schicht 130 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die zweite Liner-Schicht 140 zum Beispiel aus Siliziumoxid (SiO2) gefertigt. Die zweite Liner-Schicht 140 weist eine Dicke auf, die in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 nm liegt. Die zweite Liner-Schicht 130 kann zum Beispiel mithilfe einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder insbesondere mithilfe einer plasmaunterstützten Atomlagenabscheidung (PEALD) ausgebildet werden.
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Obwohl 5 die zweite Liner-Schicht 140 zeigt, die auf der ersten Liner-Schicht 130 ausgebildet wird, könnte die zweite Liner-Schicht 140 zulässigerweise ausgelassen werden. In einigen Ausführungsformen kann ein dielektrisches Material in den Gräben 122 in Abwesenheit der zweiten Liner-Schicht 140 ausgebildet werden, wenn die in dem Substrat 120 und/oder den Finnen 124 verursachten Strukturschäden akzeptabel sind.
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Nun wird Bezug auf 6 genommen. Ein dielektrisches Material 150 überfüllt die Gräben 122. Das dielektrische Material 150 umfasst zum Beispiel Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumoxinitrid (SiOxNy) oder Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen wird das dielektrische Material 150 zum Beispiel mithilfe einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) ausgebildet. In einigen anderen Ausführungsformen umfasst das dielektrische Material 150 ein fließfähiges dielektrisches Material, um die Grabenfüllkapazität zu verbessern. Das fließfähige dielektrische Material umfasst zum Beispiel Hydrogensilsesquioxan (HSQ), Polyarylether (PAE), poröses Siliziumoxid (d.h. das Xerogel oder das Aerogel), Methylsilsesquioxan (MSQ), Methylsilsesquioxan (MSQ) / Hydrogensilsesquioxan (HSQ), Perhydrosilazan (TCPS), Perhydropolysilazan (PSZ), Silikat, Siloxan oder Kombinationen davon. Das fließfähige dielektrische Material wird zum Beispiel mithilfe einer Rotationsbeschichtung ausgebildet.
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Dann wird das fließfähige dielektrische Material einem Aushärtungsprozess unterzogen. In dem Aushärtungsprozess wird das fließfähige dielektrische Material gebacken, um überschüssiges Lösemittel auszutreiben und das fließfähige dielektrische Material zu härten. In einigen Ausführungsformen liegt eine Temperatur für den Aushärtungsprozess in einem Bereich von ungefähr 150 Grad Celsius bis ungefähr 500 Grad Celsius.
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Nun wird Bezug auf 7 genommen. Das überschüssige dielektrische Material 150 außerhalb der Gräben 122 wird mithilfe eines Entfernungsprozess entfernt. In einigen Ausführungsformen wird das überschüssige dielektrische Material 150 mithilfe eines chemischmechanischen Polierprozesses (CMP) entfernt. In einigen Ausführungsformen wird eine Kombination aus einem Plasma-Rückätzen, auf welches der chemisch-mechanische Polierprozess (CMP) folgt, verwendet. Die Hartmaskenschicht 110 wirkt als eine Polierstoppschicht, um die darunterliegenden Finnen 124 vor Schäden zu schützen, die durch das chemisch-mechanische Polieren (CMP) entstehen.
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Nun wird Bezug auf 8 genommen. Die Hartmaskenschicht 110 wird mithilfe eines Ätzprozesses, wie z.B. eines Nassätzprozesses, entfernt. In einigen Ausführungsformen kann die Hartmaskenschicht 110 mithilfe einer heißen Phosphorsäure (H3PO4) entfernt werden, wenn die Hartmaskenschicht 110 aus Siliziumnitrid (Si3N4) gefertigt ist.
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Nun wird Bezug auf 9 genommen. Das dielektrische Material 150 in den Gräben 122 wird ausgespart. Das heißt, ein oberer Abschnitt des dielektrischen Materials 150 in den Gräben 122 wird entfernt. Das Aussparen des dielektrischen Materials 150 kann zum Beispiel mithilfe eines Nassätzprozesses durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das dielektrische Material 150 mithilfe von Flusssäure (HF) ausgespart werden, wenn das Substrat 150 aus Siliziumoxid (SiO2) gefertigt ist.
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Mindestens eine der Seitenwände S der Gräben 122 wird in einen oberen Abschnitt US und einen vergrabenen Abschnitt BS aufgeteilt. Beim Aussparen des dielektrischen Materials 150 werden die erste Liner-Schicht 130, die zweite Liner-Schicht 140 und das dielektrische Material 150 auf den oberen Abschnitten US der Seitenwände S der Gräben 122 entfernt. Außerdem kann auch die Sperrschicht 115 beim Aussparen des dielektrischen Materials 150 entfernt werden, wenn die Sperrschicht 115, die erste Liner-Schicht 130, die zweite Liner-Schicht 140 und das dielektrische Material aus im Wesentlichen demselben Material, wie z.B. Siliziumoxid (SiO2), gefertigt sind. Nach dem Aussparen des dielektrischen Materials 150 werden daher die oberen Abschnitte US der Seitenwände S der Gräben 122 von der ersten Liner-Schicht 130, der zweiten Liner-Schicht 140 und dem dielektrischen Material 150 freigelegt, während die vergrabenen Abschnitte BS der Seitenwände S der Gräben 122 mit der ersten Liner-Schicht 130, der zweiten Liner-Schicht 140 und/oder dem dielektrischen Material 150 abgedeckt sind.
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Da die Finnen 124 und das Substrat 120 vor dem Ausbilden der ersten Liner-Schicht 130 mit einem wasserstoffhaltigen Gas ausgeheilt werden, ist eine Grenzfläche zwischen der ersten Liner-Schicht 130 und einer Kombination aus den Finnen 124 und dem Substrat 120 wasserstoffterminiert. Das heißt, die Grenzfläche zwischen der ersten Liner-Schicht 130 und der Kombination aus den Finnen 124 und dem Substrat 120 weist mindestens eine ungesättigte Oberflächenbindung (Dangling Bond) auf, die mit mindestens einem Wasserstoffatom terminiert ist. Wenn die Finnen 124 und das Substrat 122 aus Silizium (Si) gefertigt werden, weist die Grenzfläche zwischen der ersten Liner-Schicht 130 und der Kombination aus den Finnen 124 und dem Substrat 120 mindestens eine Silizium-Wasserstoff-Bindung (Si-H) auf. Wenn die Finnen 124 und das Substrat 122 aus Silizium (Si) gefertigt werden, kann außerdem die Grenzfläche zwischen der ersten Liner-Schicht 130 und der Kombination aus den Finnen 124 und dem Substrat 120 auf Atomebene glatt sein.
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In 9 ist mindestens einer der vergrabenen Abschnitte BS der Seitenwände S und der unteren Flächen 150 der Gräben 122 eine wasserstoffterminierte Oberfläche. Das heißt, mindestens einer der vergrabenen Abschnitte BS der Seitenwände S der Gräben 122 weist mindestens eine ungesättigte Oberflächenbindung (Dangling Bond), die mit mindestens einem Wasserstoffatom terminiert ist, und/oder mindestens eine der unteren Flächen B der Gräben 122 weist mindestens eine ungesättigte Oberflächenbindung (Dangling Bond), die mit mindestens einem Wasserstoffatom terminiert ist. Wenn die Finnen 124 und/oder das Substrat 120 aus Silizium (Si) gefertigt werden, weist mindestens einer der vergrabenen Abschnitte BS der Seitenwände S der Gräben 122 mindestens eine Silizium-Wasserstoff-Bindung (Si-H) auf, und/oder mindestens eine der unteren Flächen B der Gräben 122 weist mindestens eine Silizium-Wasserstoff-Bindung (Si-H) auf. Wenn die Finnen 124 und/oder das Substrat 120 aus Silizium (Si) gefertigt werden, kann außerdem mindestens einer der vergrabenen Abschnitte BS der Seitenwände S der Gräben 122 auf Atomebene glatt sein, und/oder mindestens eine der unteren Flächen B der Gräben 122 kann auf Atomebene glatt sein.
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In 9 kann mindestens einer der oberen Abschnitte US der Seitenwände S der Gräben 122 eine wasserstoffterminierte Oberfläche sein. Das heißt, mindestens einer der oberen Abschnitte US der Seitenwände S der Gräben 122 kann mindestens eine ungesättigte Oberflächenbindung (Dangling Bond) aufweisen, die mit mindestens einem Wasserstoffatom terminiert ist. Wenn die Finnen 124 aus Silizium (Si) gefertigt werden, kann mindestens einer der oberen Abschnitte US der Seitenwände S der Gräben 122 mindestens eine Silizium-Wasserstoff-Bindung (Si-H) aufweisen. Wenn die Finnen 124 aus Silizium (Si) gefertigt werden, kann außerdem mindestens einer der oberen Abschnitte US der Seitenwände S der Gräben 122 auf Atomebene glatt sein.
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In einigen Ausführungsformen können die Prozesse zum Entfernen der Hartmaskenschicht 110 und der Sperrschicht 115 nach dem Aussparen des dielektrischen Materials 150 durchgeführt werden. Das heißt, die erste Liner-Schicht 130, die zweite Liner-Schicht 140 und das dielektrische Material 150 auf den oberen Abschnitten US der Seitenwände S der Gräben 122 werden zuerst entfernt, und anschließend werden die Hartmaskenschicht 110 und die Sperrschicht 115 entfernt.
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Es versteht sich, dass für die vorstehend dargestellten Ausführungsformen zusätzliche Schritte durchgeführt werden können, um die Fertigung eines Feldeffekttransistorbauelements des Finnentyps (FinFET-Bauelements) zu vervollständigen. Zum Beispiel können diese zusätzlichen Schritte umfassen: Ausbildung von Gatedielektrika, Ausbildung von Gates, Ausbildung von Source- und Draingebieten, Ausbildung von Kontakten, Ausbildung von Verbindungsstrukturen (z.B. stellen Leitungen, Durchkontaktierungen, Metallschichten und dielektrische Zwischenschichten eine elektrische Verbindung mit dem FinFET-Bauelement bereit), Ausbildung von Passivierungsschichten und Häusung des FinFET-Bauelements.
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Um die Strukturschäden in den Finnen 124, die durch den Ätzprozess zum Ausbilden der Gräben 122 verursacht wurden, zu reparieren, werden die Finnen 124 einem Ausheilungsprozess mit einem wasserstoffhaltigen Gas unterzogen. Der Ausheilungsprozess mit dem wasserstoffhaltigen Gas kann die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 glätten. Wenn eine Biegekraft an die Finnen 124 angelegt wird, wird die Kraft gleichmäßig über die Finnen 124 verteilt, da die Seitenwände S und die unteren Flächen B der Gräben 122 mithilfe des Ausheilungsprozesses, der ein wasserstoffhaltiges Gas verwendet, geglättet sind, und daher kann verhindert werden, dass Risse entstehen und wachsen.