本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有優(yōu)選品質(zhì)的外延層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著場(chǎng)效晶體管(field effect transistors,FETs)元件尺寸持續(xù)地縮小，現(xiàn)有平面式(planar)場(chǎng)效晶體管元件的發(fā)展已面臨制作工藝上的極限。為了克服制作工藝限制，以非平面(non-planar)的場(chǎng)效晶體管元件，例如鰭狀場(chǎng)效晶體管(fin field effect transistor,Fin FET)元件來(lái)取代平面晶體管元件已成為目前的主流發(fā)展趨勢(shì)。由于鰭狀場(chǎng)效晶體管元件的立體結(jié)構(gòu)可增加?xùn)艠O與鰭狀結(jié)構(gòu)的接觸面積，因此，可進(jìn)一步增加?xùn)艠O對(duì)于載流子通道區(qū)域的控制，從而降低小尺寸元件面臨的漏極引發(fā)能帶降低(drain induced barrier lowering,DIBL)效應(yīng)，并可以抑制短通道效應(yīng)(short channel effect,SCE)。再者，由于鰭狀場(chǎng)效晶體管元件在同樣的柵極長(zhǎng)度下會(huì)具有更寬的通道寬度，因而可獲得加倍的漏極驅(qū)動(dòng)電流。甚而，晶體管元件的臨界電壓(threshold voltage)也可通過(guò)調(diào)整柵極的功函數(shù)而加以調(diào)控。

然而，在現(xiàn)行的鰭狀場(chǎng)效晶體管元件制作工藝中，鰭狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍存在許多瓶頸，除了影響通道區(qū)載流子的遷移率之外，又影響元件的整體電性表現(xiàn)。因此如何改良現(xiàn)有鰭狀場(chǎng)效晶體管制作工藝即為現(xiàn)今一重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含一基底，一第一鰭狀結(jié)構(gòu)與一第二鰭狀結(jié)構(gòu)位于該基底上，一第一絕緣區(qū)，位于該第一鰭狀結(jié)構(gòu)與該第二鰭狀結(jié)構(gòu)之間，一第二絕緣區(qū)，位于該第一鰭狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于該第一絕緣區(qū)另外一側(cè)的基底中，以及至少一外延層，位于該第一鰭狀結(jié)構(gòu)與該第二鰭狀結(jié)構(gòu)側(cè)邊，其中該外延層具有一底面，該底面至少?gòu)脑摰谝祸挔罱Y(jié)構(gòu)延伸至該第二鰭狀結(jié)構(gòu)，且該底面低于該第一絕緣區(qū)的一底面以及該第二 絕緣區(qū)的一頂面。

本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包含：首先，提供一基底，一第一鰭狀結(jié)構(gòu)與一第二鰭狀結(jié)構(gòu)位于該基底上，接著形成一第一絕緣區(qū)，位于該第一鰭狀結(jié)構(gòu)與該第二鰭狀結(jié)構(gòu)之間，并形成一第二絕緣區(qū)，位于該第一鰭狀結(jié)構(gòu)相對(duì)于該第一絕緣層另外一側(cè)的基底中，然后，形成至少一外延層，位于該第一鰭狀結(jié)構(gòu)與該第二鰭狀結(jié)構(gòu)側(cè)邊，其中該外延層具有一底面，該底面至少?gòu)脑摰谝祸挔罱Y(jié)構(gòu)延伸至該第二鰭狀結(jié)構(gòu)，且該底面低于該第一絕緣區(qū)的一底面以及該第二絕緣區(qū)的一頂面。

本發(fā)明特征在于，在制作鰭狀結(jié)構(gòu)過(guò)程中，就已經(jīng)先移除部分的鰭狀結(jié)構(gòu)，以預(yù)留后續(xù)制作外延層的生長(zhǎng)區(qū)域。如此一來(lái)，可提升后續(xù)外延層制作的品質(zhì)，進(jìn)一步提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的效能。此外，本發(fā)明的外延層同時(shí)接觸多個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)，換句話說(shuō)，同時(shí)形成多個(gè)晶體管的源/漏極區(qū)域，也進(jìn)一步提高制作工藝的便利性。

附圖說(shuō)明

圖1至圖8為本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法示意圖；

圖9為本發(fā)明另外一實(shí)施例的剖視圖；

圖10為本發(fā)明另外一實(shí)施例的剖視圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明

110 基底

112 鰭狀結(jié)構(gòu)

112a 虛置鰭狀結(jié)構(gòu)

114 鰭狀結(jié)構(gòu)

116 凹槽

120 絕緣層

120a 頂面

122 第一絕緣區(qū)

124 第二絕緣區(qū)

130 柵極結(jié)構(gòu)

132 柵極介電層

134 柵極導(dǎo)電層

136 帽蓋層

140 凹槽

142 底面

144 側(cè)壁

150 外延層

150a 外延層

152 底面

152a 底面

154 側(cè)壁

210 基底

214 鰭狀結(jié)構(gòu)

230 柵極結(jié)構(gòu)

236 帽蓋層

238 間隙壁

250 外延層

t1 夾角

t2 夾角

t3 夾角

D1 深度

D2 深度

A1 主動(dòng)區(qū)

S 源極區(qū)

D 漏極區(qū)

A-A’ 剖面線

B-B’ 剖面線

a、b 長(zhǎng)度

M 中線

P1 蝕刻步驟

P2 蝕刻步驟

P3 鰭狀切割步驟

P4 蝕刻步驟

P5 外延成長(zhǎng)步驟

具體實(shí)施方式

為使熟悉本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)者能更進(jìn)一步了解本發(fā)明，下文特列舉本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附的附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成內(nèi)容及所欲達(dá)成的功效。

為了方便說(shuō)明，本發(fā)明的各附圖僅為示意以更容易了解本發(fā)明，其詳細(xì)的比例可依照設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行調(diào)整。在文中所描述對(duì)于圖形中相對(duì)元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域的人都應(yīng)能理解其是指物件的相對(duì)位置而言，因此都可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此都應(yīng)同屬本說(shuō)明書(shū)所揭露的范圍，在此容先敘明。

圖1至圖8繪示了本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1繪示了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)于初始階段的立體圖。如圖1所示，首先，提供一基底100，基底100上設(shè)置有多個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)112?；?00除了塊硅基底之外，上述基底100也可例如是一含硅基底、一三五族半導(dǎo)體覆硅基底(例如GaAs-on-silicon)、一石墨烯覆硅基底(graphene-on-silicon)或硅覆絕緣(silicon-on-insulator,SOI)基底、氧化硅基底(silicon dioxide)、鋁化硅基底(aluminum oxide),藍(lán)寶石基底(sapphire)、含鍺(germanium)基底或是硅鍺合金基底(alloy of silicon and germanium)等半導(dǎo)體基底。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，鰭狀結(jié)構(gòu)112的制備方法可包括下列步驟，但不以此為限。舉例來(lái)說(shuō)，首先提供一塊狀基底(未繪示)，并在其上形成硬掩模層(未繪示)，接著利用光刻以及蝕刻制作工藝，將硬掩模層圖案化，以定義出后續(xù)欲對(duì)應(yīng)形成的鰭狀結(jié)構(gòu)112的位置。接著，進(jìn)行一蝕刻步驟P1，將定義于硬掩模層內(nèi)的圖案轉(zhuǎn)移至塊狀基底中，而形成所需的鰭狀結(jié)構(gòu)112。最后選擇性地去除硬掩模層，便可獲得如圖1所示的結(jié)構(gòu)。在此情況下，鰭狀結(jié)構(gòu)112可視為延伸出自基底10的一表面，且彼此間具有相同的成分組成，例如單晶硅。另一方面，當(dāng)基底并非選自上述塊狀基底，而是選自于三五族半導(dǎo)體覆硅基底時(shí)，則鰭狀結(jié)構(gòu)的主要組成會(huì)與此基底的三五族半導(dǎo)體組成相同。

接著如圖2所示，再次進(jìn)行一光刻以及蝕刻步驟P2，將上述的鰭狀結(jié)構(gòu)112部分移除，而形成多個(gè)彼此分離的鰭狀結(jié)構(gòu)114。更詳細(xì)說(shuō)明，可在 基底上形成另一硬掩模層(圖未示)，硬掩模層優(yōu)選為多個(gè)彼此平行排列的長(zhǎng)條形光致抗蝕劑圖案，其中各長(zhǎng)條形硬掩模層的延伸方向優(yōu)選與鰭狀結(jié)構(gòu)112的延伸方向垂直。因此在經(jīng)過(guò)蝕刻步驟之后，各鰭狀結(jié)構(gòu)112將會(huì)被分割成多個(gè)彼此相互分開(kāi)的鰭狀結(jié)構(gòu)114。值得注意的是，此步驟中，鰭狀結(jié)構(gòu)112被移除的區(qū)域，將會(huì)是后續(xù)步驟中生長(zhǎng)外延層的區(qū)域，將會(huì)在后續(xù)段落中描述。另外，在此步驟中可能有部分的鰭狀結(jié)構(gòu)作為虛置鰭狀結(jié)構(gòu)(例如圖2中的虛置鰭狀結(jié)構(gòu)112a)，而不會(huì)被蝕刻形成鰭狀結(jié)構(gòu)114。

此外，上述步驟中，先形成鰭狀結(jié)構(gòu)112之后，再利用另外一次的蝕刻步驟P2以移除部分鰭狀結(jié)構(gòu)112，而形成鰭狀結(jié)構(gòu)114。然而本發(fā)明的另外一實(shí)施例中，也可以在形成長(zhǎng)條狀硬掩模層后，進(jìn)行一蝕刻步驟，直接移除部分的硬掩模層，因而形成多個(gè)彼此分開(kāi)的硬掩模層，再進(jìn)行一次蝕刻步驟，將上述硬掩模層的圖案轉(zhuǎn)移至基底100中，形成如圖2所示的鰭狀結(jié)構(gòu)114，也屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。除此之外，上述的硬掩模層可通過(guò)一側(cè)壁圖案轉(zhuǎn)移(sidewalls image transfer,SIT)步驟形成于基底上，該方法屬于本領(lǐng)域的熟知技術(shù)而不在此贅述。

接下來(lái)，再利用一光致抗蝕劑圖案(未繪示)當(dāng)作掩模來(lái)進(jìn)行一鰭狀結(jié)構(gòu)切割(fin-cut)步驟。如圖3所示，經(jīng)過(guò)鰭狀切割步驟P3之后，部分鰭狀結(jié)構(gòu)112與部分的基底被移除而形成凹槽116。一般來(lái)說(shuō)，凹槽116所在的區(qū)域?qū)⒃俸罄m(xù)步驟會(huì)被填入絕緣層，而形成例如淺溝隔離(shallow trench isolation,STI)的絕緣區(qū)。而被凹槽116所包圍的區(qū)域A1可定義為半導(dǎo)體元件的主動(dòng)區(qū)，也就是后續(xù)步驟中形成的晶體管等元件的所在區(qū)域。

如圖4所示，全面性形成一平坦的絕緣層120于基底110上，覆蓋各鰭狀結(jié)構(gòu)114并且填入凹槽116中，絕緣層120例如為氧化硅或是氮化硅等絕緣材質(zhì)。其中主動(dòng)區(qū)A1內(nèi)的絕緣層的厚度較各鰭狀結(jié)構(gòu)114的厚度小。更詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明中，在各鰭狀結(jié)構(gòu)114之間的絕緣層120可定義為一第一絕緣區(qū)122，而各凹槽116被填入絕緣層120后，形成第二絕緣區(qū)124，且第二絕緣區(qū)124的深度D2應(yīng)大于第一絕緣區(qū)122的深度D1。此外，在形成絕緣層120之前，可先選擇性形成一襯墊層于基底與絕緣層120之間，在此不另外贅述。

如圖5所示，形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)130，位于絕緣層120上并且橫跨于各鰭狀結(jié)構(gòu)114上。其中各柵極結(jié)構(gòu)130可包含一柵極介電層132、一柵極導(dǎo) 電層134以及一帽蓋層136。其中柵極介電層132的材料可以包括氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)，或包含介電常數(shù)大于4的介電材料，例如是選自氧化鉿(hafnium oxide，HfO₂)、硅酸鉿氧化合物(hafnium silicon oxide，HfSiO₄)、硅酸鉿氮氧化合物(hafnium silicon oxynitride，HfSiON)、氧化鋁(aluminum oxide，Al₂O₃)、氧化鑭(lanthanum oxide，La₂O₃)、氧化鉭(tantalum oxide，Ta₂O₅)、氧化釔(yttrium oxide，Y₂O₃)、氧化鋯(zirconium oxide，ZrO₂)、鈦酸鍶(strontium titanate oxide，SrTiO₃)、硅酸鋯氧化合物(zirconium silicon oxide，ZrSiO₄)、鋯酸鉿(hafnium zirconium oxide，HfZrO₄)、鍶鉍鉭氧化物(strontium bismuth tantalate,SrBi₂Ta₂O₉,SBT)、鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate,PbZr_xTi_1-xO₃,PZT)、鈦酸鋇鍶(barium strontium titanate,Ba_xSr_1-xTiO₃,BST)、或其組合所組成的群組。柵極導(dǎo)電層134的材料可以包括未摻雜的多晶硅、重?fù)诫s的多晶硅、金屬硅化物、或是單層或多層金屬層，金屬層例如功函數(shù)金屬層，阻擋層和低電阻金屬層等。帽蓋層136可包括單層結(jié)構(gòu)或多層的介電材料，例如氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、碳氮化硅(SiCN)，氮氧化硅(SiON)或者其組合。此外，柵極結(jié)構(gòu)130側(cè)壁應(yīng)含有間隙壁，但為了附圖簡(jiǎn)潔，間隙壁未被繪于圖5中，而繪示于以下敘述的圖6中。

圖6分別繪示圖5中沿著剖面線A-A’以及剖面線B-B’所得的剖面結(jié)構(gòu)圖。配合圖5所繪的立體結(jié)構(gòu)說(shuō)明，沿著剖面線A-A’的剖視圖即為沿著X方向的剖視圖；著剖面線B-B’的剖視圖即為沿著Y方向的剖視圖。為明確說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征，接下來(lái)的圖示將以剖面結(jié)構(gòu)表示，各元件之間的相對(duì)位置可以參考圖5與圖6而得到正確的位置關(guān)系。另外，上述間隙壁138標(biāo)示于圖6中的Y方向剖視圖。

圖7繪示圖6的剖面結(jié)構(gòu)中經(jīng)過(guò)一外延凹槽蝕刻步驟后所得的剖視圖。如圖7所示，先形成一圖案化光致抗蝕劑(圖未示)于絕緣層120上，該圖案化光致抗蝕劑具有多條開(kāi)口圖案，且各開(kāi)口圖案分別位于相鄰的柵極結(jié)構(gòu)130之間，接著進(jìn)行一蝕刻步驟P4，在各柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)各形成一凹槽140，其中在蝕刻凹槽140的過(guò)程中，除了移除部分的絕緣層120之外，鰭狀結(jié)構(gòu)114與基底110也可能一并/或是在后續(xù)另外的蝕刻步驟被部分移除，因此凹槽140的底面142可能會(huì)比原先主動(dòng)區(qū)A1內(nèi)的基底110的頂面更低，或是從Y方向的剖視圖來(lái)看(剖面線B-B’的方向)，凹槽140的底部142較鰭狀結(jié)構(gòu)114的底部更低。此外，從沿著X方向的剖視圖(剖面線A-A’的方向)來(lái)看， 凹槽140還具有兩側(cè)壁144，且底面142與側(cè)壁144之間的夾角t1角度優(yōu)選大于90度，但不限于此。實(shí)際上凹槽的形狀還可以依照需求而調(diào)整。

最后，圖8繪示圖7的剖面結(jié)構(gòu)中經(jīng)過(guò)一選擇性外延成長(zhǎng)步驟后所得的剖視圖。如圖8所示，在移除圖案化光致抗蝕劑之后，進(jìn)行一選擇性外延成長(zhǎng)(SEG)步驟，以于凹槽140內(nèi)形成一外延層150，且外延層150是填滿凹槽140。熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人士應(yīng)知，在進(jìn)行外延成長(zhǎng)步驟P5時(shí)，外延層150是沿著凹槽140的各表面成長(zhǎng)。因此，外延層150具有一底面152，且底面152較絕緣層120的頂面120a(也就是第二絕緣區(qū)124的頂面)更低，此外底面152也應(yīng)比第一絕緣層122的底面更低(其中第一絕緣層122的底面可參考圖6所示)。除此之外，外延層150的平坦底面152與其側(cè)壁154之間的夾角優(yōu)選大于90度。值得注意的是，外延層150位于各鰭狀結(jié)構(gòu)114的側(cè)邊，且底面152至少延伸經(jīng)過(guò)兩個(gè)以上的鰭狀結(jié)構(gòu)114。換句話說(shuō)，外延層150的底面152位于基底110中，且外延層150直接接觸兩個(gè)以上的鰭狀結(jié)構(gòu)114。

在上述實(shí)施例中，外延層150具有平坦底面152。然而在本發(fā)明另外一實(shí)施例中，可參考圖9所示，其繪示本發(fā)明另外一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。外延層150a的底面152a具有一夾角t2，并非具有一平坦的底面。該實(shí)施例也屬于本發(fā)明的涵蓋范圍內(nèi)。

根據(jù)不同實(shí)施例，外延層150(或150a)可包含一硅鍺外延層，而適用于一PMOS晶體管，或者外延層150(或150a)可包含一硅碳外延層，而適用于一NMOS晶體管。接著再進(jìn)行一離子注入制作工藝以注入適當(dāng)?shù)膿劫|(zhì)，或者于進(jìn)行外延成長(zhǎng)步驟P5時(shí)，同時(shí)摻雜適當(dāng)?shù)膿劫|(zhì)，如此，外延層150便可用以作為一源/漏極區(qū)(S/D)。在形成外延層150之后，可再進(jìn)行一金屬硅化物制作工藝(未繪示)，以在源/漏極中形成金屬硅化物，其中金屬硅化物制作工藝可包含前清洗制作工藝、金屬沉積制作工藝、退火制作工藝、選擇性蝕刻制作工藝及測(cè)試制作工藝等。當(dāng)然，在進(jìn)行金屬硅化物制作工藝之后，可再進(jìn)行其他后續(xù)制作工藝。

圖10繪示本發(fā)明另外一實(shí)施例的剖視圖。本實(shí)施例中，基底210上有多個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)214以及多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)230，每一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)230包含頂端的帽蓋層236，間隙壁238位于柵極結(jié)構(gòu)230兩側(cè)，另外在每一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)230的兩側(cè)都包含有各一外延層250。與圖8Y方向的剖視圖差異在于，本實(shí)施 例中，因?yàn)橹谱鞴に囍锌赡墚a(chǎn)生的對(duì)準(zhǔn)誤差影響，因此柵極結(jié)構(gòu)230與鰭狀結(jié)構(gòu)214的位置之間產(chǎn)生一錯(cuò)位，可能導(dǎo)致柵極結(jié)構(gòu)230往某一特定方向偏移。因此，以任一鰭狀結(jié)構(gòu)214的中線M為對(duì)稱(chēng)軸，每一個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)214被柵極結(jié)構(gòu)230以非對(duì)稱(chēng)的方式覆蓋，換句話說(shuō)，任一柵極結(jié)構(gòu)230的中心到鰭狀結(jié)構(gòu)214左右兩側(cè)壁的水平距離分別為a、b，而本實(shí)施例中a、b的大小并不相同。在此情況下，特定的柵極結(jié)構(gòu)230(尤其是位于邊緣部分的柵極結(jié)構(gòu))其左右兩邊生長(zhǎng)出的外延層250體積大小可能會(huì)不同。

除此之外，在完成柵極結(jié)構(gòu)230之后，在利用蝕刻步驟蝕刻出外延層的凹槽過(guò)程中，將會(huì)先形成一光致抗蝕劑層(圖未示)，而此光致抗蝕劑層可能有多個(gè)開(kāi)口，各開(kāi)口圖案的寬度可略大于相鄰的柵極結(jié)構(gòu)230的間距，以利用柵極結(jié)構(gòu)230的間隙壁238及/或帽蓋層236進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)蝕刻。因此在上述過(guò)程中也可能一并移除部分的鰭狀結(jié)構(gòu)214側(cè)壁，而使得鰭狀結(jié)構(gòu)214呈現(xiàn)一階梯狀的側(cè)壁，進(jìn)而從剖視圖上看來(lái)，外延層250的也具有至少一階梯狀側(cè)壁(如圖10中的夾角t3)。另外，上述第一實(shí)施例也可能具有本實(shí)施例所述的外延層具有階梯狀側(cè)壁的特征，在此不另外贅述。

本發(fā)明特征在于，在制作鰭狀結(jié)構(gòu)過(guò)程中，就已經(jīng)先移除部分的鰭狀結(jié)構(gòu)，以預(yù)留后續(xù)制作外延層的生長(zhǎng)區(qū)域。如此一來(lái)，可提升后續(xù)外延層制作的品質(zhì)，進(jìn)一步提高半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的效能。此外，本發(fā)明的外延層同時(shí)接觸多個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)，換句話說(shuō)，同時(shí)形成多個(gè)晶體管的源/漏極區(qū)域，也進(jìn)一步提高制作工藝的便利性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，都應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。