本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，尤其是涉及一種依據(jù)一俯視角具有v型輪廓的外延層。

背景技術(shù)：

為了能增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的載流子遷移率，可以選擇對于柵極通道施加壓縮應(yīng)力或是伸張應(yīng)力。舉例來說，若需要施加的是壓縮應(yīng)力，現(xiàn)有技術(shù)常利用選擇性外延成長(selectiveepitaxialgrowth,seg)技術(shù)于一硅基底內(nèi)形成晶格排列與該硅基底相同的外延結(jié)構(gòu)，例如硅鍺(silicongermanium,sige)外延結(jié)構(gòu)。利用硅鍺外延結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)(latticeconstant)大于該硅基底晶格的特點(diǎn)，對p型金氧半導(dǎo)體晶體管的通道區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力，增加通道區(qū)的載流子遷移率(carriermobility)，并用于增加金氧半導(dǎo)體晶體管的速度。反之，若是n型半導(dǎo)體晶體管則可選擇于硅基底內(nèi)形成硅碳(siliconcarbide,sic)外延結(jié)構(gòu)，對柵極通道區(qū)產(chǎn)生伸張應(yīng)力。

然而，在現(xiàn)今非平面型的金氧半導(dǎo)體晶體管元件，例如鰭狀結(jié)構(gòu)場效晶體管中以外延層作為的主要應(yīng)力結(jié)構(gòu)通常無法顧及電流在不同狀態(tài)下密度分布表現(xiàn)，進(jìn)而影響整個原作的效能運(yùn)作與表現(xiàn)。因此，如何改良現(xiàn)有制作工藝技術(shù)以解決現(xiàn)有瓶頸即為現(xiàn)今一重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明較佳實(shí)施例公開一種制作半導(dǎo)體元件的方法。首先提供一基底，然后形成一鰭狀結(jié)構(gòu)于基底上，形成一柵極結(jié)構(gòu)于鰭狀結(jié)構(gòu)上，形成一凹槽于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)，最后再形成一外延層于凹槽內(nèi)，其中依據(jù)一俯視角該外延層包含一v型輪廓。

本發(fā)明另一實(shí)施例公開一種半導(dǎo)體元件，其主要包含：一基底；一鰭狀結(jié)構(gòu)設(shè)于該基底上；一柵極結(jié)構(gòu)設(shè)于該鰭狀結(jié)構(gòu)上；以及一外延層設(shè)于該柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)，其中依據(jù)一俯視角該外延層包含一v型輪廓。

附圖說明

圖1至圖8為本發(fā)明較佳實(shí)施例制作一半導(dǎo)體元件的方法示意圖；

圖9a、圖9b為一般鰭狀結(jié)構(gòu)場效晶體管運(yùn)作時電流相對于鰭狀結(jié)構(gòu)的密度分布示意圖；

圖10為本發(fā)明一實(shí)施例的鰭狀結(jié)構(gòu)與外延層的放大示意圖。

主要元件符號說明

12基底14鰭狀結(jié)構(gòu)

16淺溝隔離18上半部

20下半部22柵極結(jié)構(gòu)

24柵極介電層26柵極材料層

28第一間隙壁30第二間隙壁

32上半部34下半部

36階梯部38凸出部

40第三間隙壁42倒v型輪廓

44凸出部46凹槽

48外延層50v型輪廓

具體實(shí)施方式

請參照圖1至圖8，圖1至圖8為本發(fā)明較佳實(shí)施例制作一半導(dǎo)體元件的方法示意圖。如圖1所示，首先提供一基底12，例如一硅基底或硅覆絕緣(silicononinsulator,soi)基板，然后形成至少一鰭狀結(jié)構(gòu)14于基底12上，并接著形成一淺溝隔離(shallowtrenchisolation,sti)16環(huán)繞鰭狀結(jié)構(gòu)14。在本實(shí)施例中，鰭狀結(jié)構(gòu)14較佳包含一上半部18與一下半部20，其中上半部18與下半部20的交界處較佳與淺溝隔離16表面切齊，例如上半部18的底表面或下半部20的上表面均與淺溝隔離16表面齊平。另外鰭狀結(jié)構(gòu)14雖以一根為例，但其數(shù)量并不以此為限，可依據(jù)產(chǎn)品需求進(jìn)行調(diào)整，例如可形成一根或一根以上的鰭狀結(jié)構(gòu)14于基底12上。

依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，鰭狀結(jié)構(gòu)14較佳通過側(cè)壁圖案轉(zhuǎn)移(sidewallimagetransfer,sit)技術(shù)制得，其程序大致包括：提供一布局圖案至電腦系統(tǒng)， 并經(jīng)過適當(dāng)?shù)剡\(yùn)算以將相對應(yīng)的圖案定義于光掩模中。后續(xù)可透過光光刻及蝕刻制作工藝，以形成多個等距且等寬的圖案化犧牲層于基底上，使其個別外觀呈現(xiàn)條狀。之后依序施行沉積及蝕刻制作工藝，以于圖案化犧牲層的各側(cè)壁形成間隙壁。繼以去除圖案化犧牲層，并在間隙壁的覆蓋下施行蝕刻制作工藝，使得間隙壁所構(gòu)成的圖案被轉(zhuǎn)移至基底內(nèi)，再伴隨鰭狀結(jié)構(gòu)切割制作工藝(fincut)而獲得所需的圖案化結(jié)構(gòu)，例如條狀圖案化鰭狀結(jié)構(gòu)。

除此之外，鰭狀結(jié)構(gòu)14的形成方式又可包含先形成一圖案化掩模(圖未示)于基底12上，再經(jīng)過一蝕刻制作工藝，將圖案化掩模的圖案轉(zhuǎn)移至基底12中以形成鰭狀結(jié)構(gòu)14。另外，鰭狀結(jié)構(gòu)14的形成方式另也可以是先制作一圖案化硬掩模層(圖未示)于基底12上，并利用外延制作工藝于暴露出于圖案化硬掩模層的基底12上成長出例如包含硅鍺的半導(dǎo)體層，而此半導(dǎo)體層即可作為相對應(yīng)的鰭狀結(jié)構(gòu)14。這些形成鰭狀結(jié)構(gòu)14的實(shí)施例均屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。

接著可于基底12上形成柵極結(jié)構(gòu)22橫跨鰭狀結(jié)構(gòu)14。在本實(shí)施例中，形成柵極結(jié)構(gòu)22的方式較佳依序形成一柵極介電層、一柵極材料層以及一選擇性硬掩模于基底12上，并利用一圖案化光致抗蝕劑(圖未示)當(dāng)作掩模進(jìn)行一圖案轉(zhuǎn)移制作工藝，以單次蝕刻或逐次蝕刻步驟，去除部分硬掩模、部分柵極材料層以及部分柵極介電層，然后剝除圖案化光致抗蝕劑，以于鰭狀結(jié)構(gòu)14上形成至少一由圖案化的柵極介電層24與圖案化的柵極材料層26所構(gòu)成的柵極結(jié)構(gòu)22。

如圖2所示，然后先形成一襯墊層覆蓋柵極結(jié)構(gòu)22與鰭狀結(jié)構(gòu)14表面，再進(jìn)行一蝕刻制作工藝去除部分襯墊層以形成一第一間隙壁28于柵極結(jié)構(gòu)旁。依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，第一間隙壁28較佳選自由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅以及氮碳化硅所構(gòu)成的群組，而用來形成第一間隙壁28的蝕刻制作工藝較佳包含一干蝕刻制作工藝，但均不局限于此。

之后如圖3所示，進(jìn)行另一蝕刻制作工藝去除部分第一間隙壁28以形成一第二間隙壁30。更具體而言，本實(shí)施例在形成第二間隙壁30之前可先選擇性對第一間隙壁28上半部進(jìn)行一處理制作工藝，例如先形成一犧牲層(圖未示)遮蔽第一間隙壁28的下半部，而曝露出第一間隙壁28的上半部，然后利用熱處理、氧化處理、氮化處理、等離子體處理、uv甚至離子注入等手段來改變第一間隙壁28上半部與下半部的表面特性，使第一間隙壁28 的上半部與下半部之間產(chǎn)生一蝕刻選擇比，之后去除該犧牲層。當(dāng)然也可以在不形成任何掩模的情況下，直接利用熱處理、等離子體處理甚至離子注入等手段來局部改變第一間隙壁28上半部的表面特性，使第一間隙壁28的上半部與下半部之間產(chǎn)生一蝕刻選擇比。

接著進(jìn)行一濕蝕刻制作工藝去除第一間隙壁28的部分下半部以形成一第二間隙壁30。在本實(shí)施例中，所形成的第二間隙壁30較佳具有一上半部32與一下半部34，其中上半部32較佳與先前的第一間隙壁28一樣呈半月形的剖面結(jié)構(gòu)，而下半部34則較佳呈現(xiàn)一約略垂直的矩形形狀的剖面結(jié)構(gòu)。

請同時參照圖4，其為圖3的一俯視圖。如圖4的俯視圖所示，第二間隙壁30在經(jīng)由前述蝕刻制作工藝后，依據(jù)一俯視角，或從上往下來看至少包含一階梯部36，其中第二間隙壁30同一側(cè)的兩個階梯部36較佳一同構(gòu)成一凸出部38設(shè)于鰭狀結(jié)構(gòu)14正上方。

然后如圖5所示，進(jìn)行一蝕刻制作工藝，例如利用一干蝕刻制作工藝去除部分第二間隙壁30，以形成一第三間隙壁40。更具體而言，本階段所進(jìn)行的干蝕刻制作工藝較佳修整(trim)前述第二間隙壁30的階梯部36，使階梯部36的菱角消失而轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪哂型钩龅牡箆型輪廓42與三角形凸出部44的第三間隙壁40，而所形成的三角形凸出部44僅局限在鰭狀結(jié)構(gòu)14正上方的位置。之后進(jìn)行另一蝕刻制作工藝，去除第三間隙壁40兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14以形成一凹槽46。而位于倒v型輪廓42與三角形凸出部44下方蝕刻后的鰭狀結(jié)構(gòu)14也會呈一凸出的三角形部位。

請同時參照圖6，其為圖5的一俯視圖。如圖6的俯視圖所示，第三間隙壁40在經(jīng)由前述以蝕刻制作工藝修整第二間隙壁30后，依據(jù)一俯視角，或從上往下來看較佳包含一倒v型輪廓42，并同時將原本的矩形凸出部38修整為三角形凸出部44。

然后如圖7所示，利用例如選擇性外延成長制作工藝形成一外延層48于第三間隙壁40兩側(cè)的凹槽46內(nèi)，其中外延層48較佳包含氧化鍺(geo)或鍺化硅(sige)，但不局限于此。請同時參照圖8，其為圖7的一俯視圖。如圖8的俯視圖所示，由于外延層48是沿著具有倒v型輪廓42的第三間隙壁40側(cè)壁向上成長，因此所形成的外延層48較佳對應(yīng)形成一凹入的v型輪廓50，且第三間隙壁40的倒v型輪廓42與外延層48的v型輪廓50直接相互接觸。

依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，本發(fā)明可于形成外延層48的時候同步進(jìn)行一摻雜制作工藝并搭配進(jìn)行一退火制作工藝，將摻質(zhì)注入外延層48中形成源極/漏極區(qū)域，或可選擇在外延層48形成之后才進(jìn)行一離子注入并搭配進(jìn)行一退火制作工藝形成源極/漏極區(qū)域于外延層48內(nèi)，這些均屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。之后可選擇性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)鰭狀結(jié)構(gòu)晶體管的制作工藝，例如可依序形成一接觸洞蝕刻停止層與一層間介電層覆蓋柵極結(jié)構(gòu)22與外延層48，進(jìn)行一金屬柵極置換(replacementmetalgate,rmg)制作工藝將由多晶硅所構(gòu)成的柵極結(jié)構(gòu)22轉(zhuǎn)換為金屬柵極，最后再形成接觸插塞于層間介電層中電連接外延層48以及/或源極/漏極區(qū)域。至此即完成本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制作。

請繼續(xù)參照圖9與圖10，圖9a、圖9b為本發(fā)明鰭狀結(jié)構(gòu)場效晶體管運(yùn)作時電流相對于鰭狀結(jié)構(gòu)的密度分布示意圖，其中圖9a(左半部分)顯示通態(tài)(on-state)時的電流密度分布而圖9b(右半部分)則為斷態(tài)(off-state)時的電流密度分布。圖10則為本發(fā)明前述實(shí)施例中鰭狀結(jié)構(gòu)14與外延層48的放大示意圖，其中圖9所示的鰭狀結(jié)構(gòu)14較佳為圖10沿著剖面線aa’的剖面示意圖。如圖9a、圖9b所示(左半部分與右半部分)，各設(shè)有一例如前述的鰭狀結(jié)構(gòu)14于基底12上，淺溝隔離16設(shè)于鰭狀結(jié)構(gòu)14周圍，以及一柵極結(jié)構(gòu)22設(shè)于鰭狀結(jié)構(gòu)14上。如左半部分所示，在通態(tài)時較大的電流一般較為集中在鰭狀結(jié)構(gòu)14表面，另外如右半部分所示，在斷態(tài)時較大的電流則集中在鰭狀結(jié)構(gòu)14的中心處。

整體而言，為了使外延層能在通態(tài)時盡量擠壓到電流高的地方或是電流較為集中的路徑，并同時避免斷態(tài)時使電流集中處不受到太多擠壓，本發(fā)明較佳依據(jù)上述制作工藝來制作出一種能因應(yīng)電流在鰭狀結(jié)構(gòu)晶體管的密度分布不同且可產(chǎn)生最大效果的外延層結(jié)構(gòu)。

更具體而言，本發(fā)明較佳依據(jù)前述制作工藝于柵極結(jié)構(gòu)22或圖10中鰭狀結(jié)構(gòu)14兩側(cè)形成一外延層48，而此外延層48依據(jù)一俯視角，或從上往下看時具有一v型輪廓。依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，由于外延層48依據(jù)俯視時所呈現(xiàn)的v型輪廓50可沿著鰭狀結(jié)構(gòu)14邊緣更為延伸并靠近通道區(qū)，但同時在鰭狀結(jié)構(gòu)14中間部分更為退縮，因此除了可在通態(tài)時沿著如圖10中箭頭的方向施加更多應(yīng)力致電流高的地方或是鰭狀結(jié)構(gòu)14的邊緣區(qū)域，又可在斷態(tài)時不致過于擠壓電流集中處或鰭狀結(jié)構(gòu)14的中心部分，進(jìn)而提升 元件的整體運(yùn)作與表現(xiàn)。

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