本發(fā)明的實(shí)施例涉及集成電路器件,更具體地,涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù):
集成電路(IC)的制造已經(jīng)大大地受到增加半導(dǎo)體器件中形成的集成電路的密度的需求的驅(qū)動(dòng)。這通常是通過實(shí)施更多積極的設(shè)計(jì)規(guī)則以允許形成的IC器件的更大的密度來完成。然而,諸如晶體管的IC器件的增加的密度也已經(jīng)增加了處理具有減小的部件尺寸的半導(dǎo)體器件的復(fù)雜性。
例如,諸如鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)的半導(dǎo)體器件通過各個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)按比例縮小,使用外延(epi)半導(dǎo)體材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的源極/漏極部件(例如,應(yīng)力源區(qū)域)以增強(qiáng)載流子遷移率和提高器件性能。形成具有應(yīng)力源區(qū)域的FinFET通常實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)硅(Si)以形成用于n-型器件的凸起的源極和漏極部件,并且外延生長(zhǎng)硅鍺(SiGe)以形成用于p-型器件的凸起的源極和漏極部件。在應(yīng)力源的制造工藝中,進(jìn)一步改進(jìn)是在按比例縮小工藝中不斷滿足性能需求所必需的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括:器件區(qū)域,包括:第一鰭結(jié)構(gòu);第一鰭間隔件,覆蓋所述第一鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第一高度;和第一外延結(jié)構(gòu),設(shè)置在所述第一鰭結(jié)構(gòu)中,并且部分所述第一外延結(jié)構(gòu)位于所述第一鰭間隔件之上并且具有第一寬度;和測(cè)試區(qū)域,包括:第二鰭結(jié)構(gòu);第二鰭間隔件,覆蓋所述第二鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第二高度,并且所述第二高度大于所述第一高度;和第二外延結(jié)構(gòu),設(shè)置在所述第二鰭結(jié)構(gòu)中,部分所述第二外延結(jié)構(gòu)位于所述第二鰭間隔件之上并且具有第二寬度,并且所述第二寬度小于所述第一寬度。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括:第一鰭結(jié)構(gòu);第一鰭間隔件,覆蓋所述第一鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第一高度;第一外延結(jié)構(gòu),分別設(shè)置在所述第一鰭結(jié)構(gòu)中,并且第一接近距離位于兩個(gè)鄰近的所述第一外延結(jié)構(gòu)之間;第二鰭結(jié)構(gòu);第二鰭間隔件,覆蓋所述第二鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第二高度,所述第二高度大于所述第一高度;以及第二外延結(jié)構(gòu),分別設(shè)置在所述第二鰭結(jié)構(gòu)中,第二接近距離位于兩個(gè)鄰近的所述第二外延結(jié)構(gòu)之間,并且所述第二接近距離大于所述第一接近距離。
本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法,所述方法包括:由襯底形成第一鰭結(jié)構(gòu)和第二鰭結(jié)構(gòu);在所述第一鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上覆蓋第一鰭間隔件;在所述第二鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上覆蓋第二鰭間隔件;使所述第一鰭結(jié)構(gòu)和所述第一鰭間隔件凹進(jìn)以在所述第一鰭結(jié)構(gòu)中形成第一凹槽;使所述第二鰭結(jié)構(gòu)和所述第二鰭間隔件凹進(jìn)以在所述第二鰭結(jié)構(gòu)中形成第二凹槽,并且所述第二凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度;以及分別在所述第一凹槽和所述第二凹槽中生長(zhǎng)第一外延結(jié)構(gòu)和第二外延結(jié)構(gòu)。
附圖說明
當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí),從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該指出,根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐,各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上,為了清楚的討論,各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
圖1B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的沿著線AA的圖1A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
圖2B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的沿著線AA的圖2A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖3A至圖3E是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的處于制造的中間階段的沿著線AA的圖1A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4A至圖4B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的處于制造的中間階段的沿著線AA的圖2A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。
具體實(shí)施方式
以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗O旅婷枋隽私M件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然,這些僅僅是實(shí)例,而不旨在限制本發(fā)明。例如,以下描述中,在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例,并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件,從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)例。此外,本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的,并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
而且,為便于描述,在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ),以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)原件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外,空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上),而本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)通常包括器件區(qū)域和測(cè)試區(qū)域,并且在器件區(qū)域和測(cè)試區(qū)域的鰭結(jié)構(gòu)中同時(shí)制造具有相同體積的外延結(jié)構(gòu)。一般地,期望器件區(qū)域中的外延結(jié)構(gòu)具有更大的體積,這甚至可能通過合并兩個(gè)鄰近的外延結(jié)構(gòu)獲得,以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。然而,在測(cè)試區(qū)域中的合并的外延結(jié)構(gòu)減小了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的良率。在這個(gè)問題中,制造具有不同體積的外延結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法是必要的以滿足器件區(qū)域和測(cè)試區(qū)域的要求。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并且圖1B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的沿著線AA的圖1A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖1A和圖1B中描述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100可以包括無(wú)源組件(諸如電阻器、電容器、電感器)和有源組件(諸如p-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)、N-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(CMOS)、高壓晶體管和/或高頻晶體管、其它合適的組件和/或它們的組合)。還應(yīng)該明白,可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100中添加額外的部件,并且對(duì)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的額外的實(shí)施例,可以替換或消除以下所描述的一些部件。
如圖1A和圖1B所示,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括襯底110、第一鰭結(jié)構(gòu)120a、第二鰭結(jié)構(gòu)120b、第一鰭間隔件130a、第二鰭間隔件130b、第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150。第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b由襯底110形成,其中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a設(shè)置在襯底110的器件區(qū)域112中,并且第二鰭結(jié)構(gòu)120b設(shè)置在襯底110的測(cè)試區(qū)域114中。在一些實(shí)施例中,襯底110可以包括元素半導(dǎo)體,該元素半導(dǎo)體包括晶體、多晶和/或非晶結(jié)構(gòu)的硅或鍺。在各個(gè)實(shí)施例中,襯底110可以包括化合物半導(dǎo)體,該化合物半導(dǎo)體包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦。在各個(gè)實(shí)施例中,襯底110可以包括合金半導(dǎo)體(包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP);任何其他合適的材料和/或它們的組合。
在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100還包括設(shè)置在兩個(gè)鄰近的第一鰭結(jié)構(gòu)120a之間、兩個(gè)鄰近的第二鰭結(jié)構(gòu)120b之間或一個(gè)第一鰭結(jié)構(gòu)120a和鄰近的第二鰭結(jié)構(gòu)120b之間的隔離結(jié)構(gòu)160。換句話說,隔離結(jié)構(gòu)160分隔開和電隔離鄰近的鰭結(jié)構(gòu)。在各個(gè)實(shí)施例中,隔離結(jié)構(gòu)160是包括氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、它們的組合或其它合適的材料的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。
第一鰭間隔件130a覆蓋第一鰭結(jié)構(gòu)120a的側(cè)壁,并且第二鰭間隔件130b覆蓋第二鰭結(jié)構(gòu)120b的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中,第一鰭間隔件130a和第二鰭間隔件130b進(jìn)一步延伸至覆蓋隔離結(jié)構(gòu)160的頂面。在一些實(shí)施例中,第一鰭間隔件130a和第二鰭間隔件130b可以包括氮化硅、SiC、SiON或它們的組合。
如圖1A所示,使部分第一鰭結(jié)構(gòu)120a和部分第一鰭間隔件130a凹進(jìn),并且第一外延結(jié)構(gòu)140設(shè)置在第一鰭結(jié)構(gòu)120a的凹進(jìn)的部分中。類似地,使部分第二鰭結(jié)構(gòu)120b和部分第二鰭間隔件130b凹進(jìn),并且第二外延結(jié)構(gòu)150設(shè)置在第二鰭結(jié)構(gòu)120b的凹進(jìn)的部分中。
在一些實(shí)施例中,第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150包括硅、硅鍺或它們的組合。例如,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100是N-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)器件,并且第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150由硅形成以增加應(yīng)變,在NFET器件的操作期間產(chǎn)生更高的電子遷移率。在另一實(shí)例中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100是P-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)器件,并且第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150由硅鍺形成以增加應(yīng)變,在PFET器件的操作期間產(chǎn)生更高的空穴遷移率。
圖1B示出了凹進(jìn)的部分中的第一鰭結(jié)構(gòu)120a、第二鰭結(jié)構(gòu)120b、第一鰭間隔件130a、第二鰭間隔件130b、第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150的關(guān)系。在圖1B中,位于隔離結(jié)構(gòu)160之上的每個(gè)第一鰭間隔件130a具有第一高度H1,并且第一外延結(jié)構(gòu)140分別設(shè)置在第一鰭結(jié)構(gòu)120a中。具體地,在器件區(qū)域112中,第一外延結(jié)構(gòu)140具有插入在兩個(gè)第一鰭間隔件130a之間的第一部分142,并且第一部分142的寬度與第一鰭結(jié)構(gòu)120a的寬度W相同。第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144位于第一鰭間隔件130a之上,第二部分144水平擴(kuò)展以逐漸增加寬度W至第一寬度W1。換句話說,第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144位于第一鰭間隔件130a之上并且具有大于第一鰭結(jié)構(gòu)120a的寬度W的寬度的第一寬度W1。此外,第一接近距離D1位于兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140之間,第一接近距離D1定義為兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140的兩個(gè)最近的頂點(diǎn)144a之間的距離。
在測(cè)試區(qū)域114中,位于隔離結(jié)構(gòu)160之上的每個(gè)第二鰭間隔件130b具有第二高度H2,第二高度H2大于第一高度H1,并且第二外延結(jié)構(gòu)150分別設(shè)置在第二鰭結(jié)構(gòu)120b中。具體地,第二外延結(jié)構(gòu)150具有插入在兩個(gè)第二鰭間隔件130b之間的第一部分152,并且第一部分152的寬度與第二鰭結(jié)構(gòu)120b的寬度W相同。第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154位于第二鰭間隔件130b之上,第二部分154水平擴(kuò)展以逐漸增加寬度W至第二寬度W2。換句話說,第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154位于第二鰭間隔件130b之上并且具有大于第二鰭結(jié)構(gòu)120b的寬度W的寬度的第二寬度W2。此外,第二接近距離D2位于兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150之間,第二接近距離D2定義為兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150的兩個(gè)最近的頂點(diǎn)154a之間的距離。
在各個(gè)實(shí)施例中,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100還包括分別在第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150上的覆蓋層以保護(hù)它們?cè)陔S后的曝光和蝕刻工藝期間免受損害。在一些實(shí)施例中,第一外延結(jié)構(gòu)140、第二外延結(jié)構(gòu)150和覆蓋層由硅鍺形成,其中,覆蓋層的硅鍺的鍺百分比在從約0至約30%的范圍內(nèi),并且第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150的硅鍺的鍺百分比大于約30%。
值得注意的是,第一接近距離D1和第二接近距離D2的值分別由第一鰭間隔件130a的第一高度H1和第二鰭間隔件130b的第二高度H2確定,并且原因?qū)⒃谝韵旅枋?。第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144或第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154在第一鰭間隔件130a或第二鰭間隔件130b之上開始水平擴(kuò)展并且形成小平面,并且第一外延結(jié)構(gòu)140的頂部144b和第二外延結(jié)構(gòu)150的頂部154b在相同層級(jí)L1上。由于第二高度H2大于第一高度H1,因此,第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144在厚度上大于第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154。同樣地,第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154水平擴(kuò)展的體積小于第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144水平擴(kuò)展的體積,并且第二部分154的第二寬度W2小于第二部分144的第一寬度W1。
在一些實(shí)施例中,第一寬度W1在與第二寬度W2的不同的層級(jí)上延伸。在各個(gè)實(shí)施例中,第一寬度W1在低于第二寬度W2的層級(jí)上延伸。
此外,如圖1B所示,具有較大的第一寬度W1的第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144減小了兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140之間的間隔。因此,位于兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150之間的第二接近距離D2大于位于兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140之間的第一接近距離D1,并且測(cè)試區(qū)域114中的兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150彼此未接觸以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的良率。在一些實(shí)施例中,第二接近距離D2在從約5nm至約25nm的范圍內(nèi)。在各個(gè)實(shí)施例中,器件區(qū)域112中的兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140彼此未接觸。
在一些實(shí)施例中,第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144與第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154為菱形。在各個(gè)實(shí)施例中,第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144和第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154的每個(gè)都具有四個(gè)小平面,S1、S2、S3和S4。每個(gè)小平面都具有(111)晶向。在各個(gè)實(shí)施例中,小平面S1平行于小平面S3并且小平面S2平行于小平面S4。小平面S1和S4與鰭間隔件130a或130b的頂面具有固定角α,并且小平面S2和S4與鰭間隔件130a和130b的頂面平行的方向具有固定角β。例如,固定角α與固定角β為54.7度。
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100還包括分別在第一鰭結(jié)構(gòu)120a上和第二鰭結(jié)構(gòu)120b上并且橫跨第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b的柵極結(jié)構(gòu)170。在一些實(shí)施例中,柵極結(jié)構(gòu)170依次包括柵極介電層172、柵電極174和硬掩模176。柵極介電層172設(shè)置在第一鰭結(jié)構(gòu)120a或第二鰭結(jié)構(gòu)120b上并且包括諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、高k介電材料、其它合適的介電材料或它們的組合的介電材料。典型的高k介電材料包括HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、其它合適的材料或它們的組合。
在各個(gè)實(shí)施例中,柵極介電層172是多層結(jié)構(gòu)(例如,包括界面層和界面層上的高k介電材料層)。典型的界面層可以是通過熱工藝或原子層沉積(ALD)工藝形成的生長(zhǎng)的氧化硅層。
柵電極174設(shè)置在柵極介電層172上。在一些實(shí)施例中,柵電極174由多晶硅(polysilicon)形成,并且多晶硅被摻雜以用于適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性。可選地,如果在隨后的金屬柵極置換工藝中,將形成和替換偽柵極,則摻雜多晶硅是不必要的。在各個(gè)實(shí)施例中,柵電極174包括具有適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)的導(dǎo)電材料,該導(dǎo)電材料也稱為功函層。功函層包括任何合適的材料,從而使得調(diào)整該層以具有用于增強(qiáng)相關(guān)器件性能的適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)。例如,如果期望的是用于PFET器件的p-型功函金屬,則使用TiN或TaN制備功函層。另一方面,如果期望的是NFET器件的n-型功函金屬,則使用Ta、TiAl、TiAlN或TaCN制備功函層。在各個(gè)實(shí)施例中,柵電極174包括諸如鋁、銅、鎢、金屬合金、金屬硅化物、其它合適的材料或它們的組合的其它導(dǎo)電材料。具體地,柵電極174包括功函層和功函層上的另一導(dǎo)電層。
硬掩模176設(shè)置在柵電極174上并且保護(hù)柵電極174。在一些實(shí)施例中,硬掩模176包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、其它合適的介電材料或它們的組合。在各個(gè)實(shí)施例中,硬掩模176是多層結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2A和圖2B。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并且圖2B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的沿著線AA的圖2A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。以下將描述圖1A和圖1B中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100和圖2A和圖2B中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200之間的不同。圖2B中的第一鰭間隔件230a具有第三高度H3,該第三高度H3小于圖1B中所示的第一鰭間隔件130a的第一高度H1。如上所述的圖1B中,第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144在第一鰭間隔件130a之上開始水平擴(kuò)展并且形成小平面S1、S2、S3和S4,并且位于兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140之間的第一接近距離D1的值由第一鰭間隔件130a的高度確定。由于第一鰭間隔件230a的第三高度H3小于第一鰭間隔件130a的第一高度H1,因此第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144水平擴(kuò)展以形成大于第一寬度W1的寬度,并且因此縮短了第一接近距離D1。當(dāng)?shù)谝唤咏嚯xD1小于零時(shí),則位于器件區(qū)域112中的兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140彼此接觸并且合并成合并的外延結(jié)構(gòu)240,該合并的外延結(jié)構(gòu)240具有更大的體積并且因此增加了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的性能。應(yīng)該注意的是,位于測(cè)試區(qū)域114中的兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150仍由第二接近距離D2分隔開以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的良率。
根據(jù)一些實(shí)施例,提供了制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的方法。圖3A至圖3E是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的處于制造的中間階段的沿著線AA的圖1A中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的截面圖。值得注意的是,可以在方法之前、期間和/或之后提供額外的步驟,并且對(duì)于方法的額外的實(shí)施例,可以替換或消除以下描述的一些步驟。
在圖3A中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b由襯底110形成。襯底110包括器件區(qū)域112和測(cè)試區(qū)域114,其中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a位于器件區(qū)域112中,并且第二鰭結(jié)構(gòu)120b位于測(cè)試區(qū)域114中。此外,第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b都具有寬度W,并且距離D位于鄰近的第一鰭結(jié)構(gòu)120a或鄰近的第二鰭結(jié)構(gòu)120b之間。
在一些實(shí)施例中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b可以使用包括光刻和蝕刻工藝的合適的工藝制造。光刻工藝可以包括在襯底110上面形成光刻膠層(未示出),曝光光刻膠層以形成圖案,實(shí)施曝光后烘烤工藝并且顯影圖案以形成掩模元件。上述提到的掩模元件用于保護(hù)部分襯底110而通過蝕刻工藝在襯底110中形成溝槽,留下延伸的第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b。
在各個(gè)實(shí)施例中,在鄰近的第一鰭結(jié)構(gòu)120a和鄰近的第二鰭結(jié)構(gòu)120b之間形成隔離結(jié)構(gòu)160。在一些實(shí)施例中,通過使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)和/或其它合適的工藝形成溝槽,并且在這些溝槽中填充諸如氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、它們的組合或其它合適的材料的隔離材料。之后,實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝以去除過量的隔離材料。用于制造隔離結(jié)構(gòu)160的其它技術(shù)是可能的。
在各個(gè)實(shí)施例中,圖1A中所示的柵極結(jié)構(gòu)170分別形成在第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b上并且橫跨第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b。在這個(gè)步驟中,隨后,通過諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、熱氧化、其它合適的技術(shù)或它們的組合的沉積工藝在第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b上形成柵極介電層172、柵電極174和硬掩模176。之后,圖案化柵極介電層172、柵電極174和硬掩模176以形成覆蓋第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b的頂面和側(cè)壁的柵極結(jié)構(gòu)170。換句話說,當(dāng)對(duì)柵極結(jié)構(gòu)170施加電壓時(shí),第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b的頂面和側(cè)壁起溝道的作用。
在一些實(shí)施例中,圖案化工藝還包括光刻工藝和蝕刻工藝。光刻工藝包括光刻膠(或抗蝕劑)涂布(例如,旋涂)、軟烘烤、掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影光刻膠、清洗、干燥(例如,硬烘烤)、其它合適的工藝和/或它們的組合。蝕刻工藝包括干蝕刻、濕蝕刻和/或其它的蝕刻方法(例如,反應(yīng)離子蝕刻)。
在圖3B中,第一鰭間隔件130a覆蓋在第一鰭結(jié)構(gòu)120a的側(cè)壁上,并且第二鰭間隔件130b覆蓋在第二鰭結(jié)構(gòu)120b的側(cè)壁上。在一些實(shí)施例中,通過在第一鰭結(jié)構(gòu)120a、第二鰭結(jié)構(gòu)120b和隔離結(jié)構(gòu)160上共形地覆蓋介電材料形成第一鰭間隔件130a和第二鰭間隔件130b。之后,蝕刻位于第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b之上的介電材料以分別在第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b的側(cè)壁上保留第一鰭間隔件130a和第二鰭間隔件130b。蝕刻工藝可以包括多步蝕刻以獲得蝕刻選擇性、靈活性和期望的過蝕刻控制。
在圖3C中,使第二鰭結(jié)構(gòu)120b和第二鰭間隔件130b凹進(jìn)以在第二鰭結(jié)構(gòu)120b中形成具有深度d2的第二凹槽315。具體地,在凹進(jìn)之前,第二鰭結(jié)構(gòu)120b的頂面在層級(jí)L1上,并且之后使頂面凹進(jìn)以使頂面的層級(jí)低于層級(jí)L1,其中,深度d2定義為凹槽315的底面和層級(jí)L1之間的距離。在這個(gè)步驟中,施加第一光刻膠320以保護(hù)器件區(qū)域112,并且通過持續(xù)第二時(shí)間周期T2的選擇性蝕刻工藝使位于測(cè)試區(qū)域114中的第二鰭結(jié)構(gòu)120b和第二鰭間隔件130b同時(shí)凹進(jìn),其中,第二鰭結(jié)構(gòu)120a的去除速率大于第二鰭間隔件130b的去除速率。因此,在蝕刻工藝之后,位于隔離結(jié)構(gòu)160之上的第二鰭結(jié)構(gòu)120b的高度低于第二鰭間隔件130b的第二高度H2。
在一些實(shí)施例中,選擇性蝕刻工藝是使用合適的溶劑或等離子氣體的干蝕刻工藝或濕蝕刻工藝。在各個(gè)實(shí)施例中,第二鰭結(jié)構(gòu)120b的去除速率在第二鰭間隔件130b的去除速率的約1.5至約2倍的范圍內(nèi)。
在圖3D中,使第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第一鰭間隔件130a凹進(jìn)以在第一鰭結(jié)構(gòu)120a中形成具有深度d1的第一凹槽325。類似地,在凹進(jìn)之前,第一鰭結(jié)構(gòu)120a的頂面在層級(jí)L1上,并且之后使頂面凹進(jìn)以使頂面層級(jí)低于層級(jí)L1,其中,深度d1定義為凹槽325的底面和層級(jí)L1之間的距離。在這個(gè)步驟中,施加第二光刻膠330以保護(hù)測(cè)試區(qū)域114,并且通過持續(xù)第一時(shí)間周期T1的選擇性蝕刻工藝使位于器件區(qū)域112中的第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第一鰭間隔件130a同時(shí)凹進(jìn),其中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a的去除速率大于第一鰭間隔件130a的去除速率。因此,在凹進(jìn)工藝之后,位于隔離結(jié)構(gòu)160之上的第一鰭結(jié)構(gòu)120a的高度低于第一鰭間隔件130a的第一高度H1。
在一些實(shí)施例中,選擇性蝕刻工藝是使用合適的溶劑或等離子氣體的干蝕刻工藝或濕蝕刻工藝。在各個(gè)實(shí)施例中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a的去除速率在第一鰭間隔件130a的去除速率的約1.5至約2倍的范圍內(nèi)。
值得注意的是,第一時(shí)間周期T1大于第二時(shí)間周期T2。具體地,在凹進(jìn)之前,第一鰭間隔件130a和第二鰭間隔件130b具有相同的高度,在第一時(shí)間周期T1期間,使第一鰭間隔件130a的高度凹進(jìn)至第一高度H1,并且在第二時(shí)間周期T2期間,使第二鰭間隔件130b的高度凹進(jìn)至第二高度H2。由于第一時(shí)間周期T1長(zhǎng)于第二時(shí)間周期T2,因此第二鰭間隔件130b的第二高度H2大于第一鰭間隔件130a的第一高度H1。第一高度H1和第二高度H2設(shè)計(jì)為獲得隨后的外延結(jié)構(gòu)的目標(biāo)尺寸,將在之后詳細(xì)地描述。
類似地,在凹進(jìn)之前,第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第二鰭結(jié)構(gòu)120b具有相同的高度,其中,在第一周期時(shí)間T1期間,使第一鰭結(jié)構(gòu)120a凹進(jìn)以形成具有深度d1的凹槽325,并且在第二時(shí)間周期T2期間,使第二鰭結(jié)構(gòu)120b凹進(jìn)以形成具有深度d2的凹槽315。由于第一時(shí)間周期T1長(zhǎng)于第二時(shí)間周期T2,因此凹槽315的深度d2小于第一凹槽325的深度d1。
在圖3E中,第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150分別在凹槽315和325中生長(zhǎng)并且分別填充在凹槽315和325中。在一些實(shí)施例中,通過包括含Si氣體(例如,硅烷或二氯硅烷(DCS))、含Ge氣體(例如,GeH4、GeCl4)、載氣(例如,H2)和/或選擇性蝕刻氣體(例如,HCl)的外延工藝同時(shí)生長(zhǎng)第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150。在介于500℃至約800℃之間的范圍的溫度下以及在介于約10托至約100托之間的范圍的壓力下實(shí)施外延工藝。
具體地,第一鰭間隔件130a起屏障作用以限制第一外延結(jié)構(gòu)140在兩個(gè)第一鰭間隔件130a之間生長(zhǎng)并且形成第一外延結(jié)構(gòu)140的第一部分142,并且第一部分142的寬度與第一鰭結(jié)構(gòu)120a的寬度W相同。之后,第一外延結(jié)構(gòu)140在第一鰭間隔件130a之上開始水平擴(kuò)展以逐漸增加寬度W至第一寬度W1,并且因此形成第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144。此外,第一接近距離D1形成在兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140之間,其中,第一接近距離D1定義為兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140的兩個(gè)最近的頂點(diǎn)144a之間的距離。
類似地,第二鰭間隔件130b起屏障作用以限制第二外延結(jié)構(gòu)在兩個(gè)第二鰭間隔件130b之間生長(zhǎng)并且形成第二外延結(jié)構(gòu)150的第一部分152。之后,第二外延結(jié)構(gòu)150在第二鰭間隔件130b之上開始水平擴(kuò)展以逐漸增加寬度W至第二寬度W2,并且因此形成第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154。此外,第二接近距離D2位于兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150之間,其中,第二接近距離D2定義為兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150的兩個(gè)最近的頂點(diǎn)154a之間的距離。
如圖1A和1B所討論的,第一接近距離D1和第二接近距離D2的值分別由第一鰭間隔件130a的第一高度H1和第二鰭間隔件130b的第二高度H2確定。由于第二高度H2大于第一高度H1,因此,第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144在厚度上大于第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154。因此,第二外延結(jié)構(gòu)150的第二部分154水平擴(kuò)展的體積小于第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144的水平擴(kuò)展的體積,因此,第二部分154的第二寬度W2小于第一部分142的第一寬度W1。較小的第二寬度W2擴(kuò)大了位于兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150之間的第二接近距離D2,因此,第二接近距離D2大于第一接近距離D1。此外,具有較大的值的第二接近距離D2確保了位于測(cè)試區(qū)域中114中的兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150彼此未接觸,并且因此增加了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的良率。另一方面,位于器件區(qū)域112中的第一外延結(jié)構(gòu)140保留較大的體積以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的性能。
在一些實(shí)施例中,分別在第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150上形成覆蓋層以保護(hù)它們?cè)陔S后的曝光和蝕刻工藝期間免受損害。在一些實(shí)施例中,第一外延結(jié)構(gòu)140、第二外延結(jié)構(gòu)150和覆蓋層都由硅鍺形成,其中,覆蓋層的硅鍺的鍺百分比在從約0至約30%的范圍內(nèi),并且第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150的硅鍺的鍺百分比大于約30%。
參照?qǐng)D4A和圖4B,圖4A和圖4B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的處于制造的中間階段的圖2A和圖2B中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的截面圖。具體地,圖4A和圖4B是在使第二鰭結(jié)構(gòu)120b和第二鰭間隔件130b凹進(jìn)(如圖3C所示)之后的下一階段的截面圖。在圖4A中,使第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第一鰭間隔件230b凹進(jìn)以在第一鰭結(jié)構(gòu)120a中形成具有深度d3的第三凹槽415。在凹進(jìn)之前,第一鰭結(jié)構(gòu)120a的頂面在層級(jí)L1上,并且之后,使頂面凹進(jìn)至頂面層級(jí)低于層級(jí)L1,其中,深度d3定義為凹槽415的底面和層級(jí)L1之間的距離。在這個(gè)步驟中,施加第二光刻膠330以保護(hù)測(cè)試區(qū)域114,并且通過持續(xù)第三時(shí)間周期T3的選擇性蝕刻工藝使位于器件區(qū)域112中的第一鰭結(jié)構(gòu)120a和第一鰭間隔件230a同時(shí)凹進(jìn),其中,第一鰭結(jié)構(gòu)120a的去除速率大于第一鰭間隔件230a的去除速率。因此,在凹進(jìn)工藝之后,位于隔離結(jié)構(gòu)160之上的第一鰭結(jié)構(gòu)120a的高度低于第一鰭間隔件230a的第三高度H3。
值得注意的是,第三時(shí)間周期T3長(zhǎng)于第一時(shí)間周期T1,因此,使第一鰭間隔件230a的高度凹進(jìn)至第三高度H3,該第三高度H3小于第一高度H1。第三高度H3和第二高度H2設(shè)計(jì)為獲得隨后的外延結(jié)構(gòu)的目標(biāo)尺寸,將在之后詳細(xì)地描述。
在圖4B中,第一外延結(jié)構(gòu)140和第二外延結(jié)構(gòu)150分別在凹槽315和415中生長(zhǎng)并且填充在凹槽315和415中。這個(gè)步驟類似于圖3E中提到的步驟,并且此處未詳細(xì)的描述。應(yīng)該注意,第一接近距離D1和第二接近距離D2的值分別由第一鰭間隔件230a的第三高度H3和第二鰭間隔件130b的第二高度H2確定。由于第一鰭間隔件230a的第三高度H3小于第一鰭間隔件130a的第一高度H1,因此第一外延結(jié)構(gòu)140的第二部分144水平擴(kuò)展以形成大于第一寬度W1的寬度,并且因此進(jìn)一步縮短了第一接近距離D1。當(dāng)?shù)谝唤咏嚯xD1小于零時(shí),位于器件區(qū)域112中的兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)140彼此接觸并且合并成合并的外延結(jié)構(gòu)240,該合并額外延結(jié)構(gòu)240具有更大的體積并且因此增加了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的性能。應(yīng)該注意的是,位于測(cè)試區(qū)域114中的兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)150仍由第二接近的距離D2分隔開以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的良率。
以上討論的本發(fā)明的實(shí)施例具有超越現(xiàn)有方法和結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),并且該優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下。根據(jù)一些實(shí)施例,提供分別位于器件區(qū)域和測(cè)試區(qū)域中的具有不同的體積的外延結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。位于測(cè)試區(qū)域中的外延結(jié)構(gòu)具有較小的體積以將它們以期望的距離分隔開,以防止外延結(jié)構(gòu)合并以及減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的良率。另一方面,位于器件區(qū)域中的外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)至較大的體積,這甚至通過合并兩個(gè)鄰近的外延結(jié)構(gòu)獲得,以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能和效率??偨Y(jié)以上幾點(diǎn),提供了改進(jìn)的方法和/或結(jié)構(gòu)以在器件區(qū)域中形成較大的外延結(jié)構(gòu)而增加性能,并且同時(shí)在測(cè)試區(qū)域中形成較小的外延結(jié)構(gòu)以增加良率。
根據(jù)一些實(shí)施例,本發(fā)明公開了包括器件區(qū)域和測(cè)試區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該器件區(qū)域包括第一鰭結(jié)構(gòu)、第一鰭間隔件以及第一外延結(jié)構(gòu)。第一鰭間隔件覆蓋第一鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第一高度,并且第一外延結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一鰭結(jié)構(gòu)中,并且部分第一外延結(jié)構(gòu)位于第一鰭間隔件之上并且具有第一寬度。測(cè)試區(qū)域鄰近第一區(qū)域并且包括第二鰭結(jié)構(gòu)、第二鰭間隔件以及第二外延結(jié)構(gòu)。第二鰭間隔件覆蓋第二鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第二高度,并且第二高度大于第一高度。第二外延結(jié)構(gòu)設(shè)置在第二鰭結(jié)構(gòu)中,并且部分第二外延結(jié)構(gòu)位于第二鰭間隔件之上并且具有第二寬度,該第二寬度小于第一寬度。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述第一外延結(jié)構(gòu)的頂面和所述第二外延結(jié)構(gòu)的頂面在相同的層級(jí)。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,還包括:覆蓋層,分別覆蓋所述第一外延結(jié)構(gòu)和所述第二外延結(jié)構(gòu)。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述第一外延結(jié)構(gòu)的所述部分和所述第二外延結(jié)構(gòu)的所述部分為菱形。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述第一外延結(jié)構(gòu)的所述部分和所述第二外延結(jié)構(gòu)的所述部分為菱形,所述第一外延結(jié)構(gòu)的所述部分和所述第二外延結(jié)構(gòu)的所述部分包括具有(1,1,1)晶向的四個(gè)小平面。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述第一外延結(jié)構(gòu)的所述部分在厚度上大于所述第二外延結(jié)構(gòu)的所述部分。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述第一寬度延伸的層級(jí)與所述第二寬度不同。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述第一外延結(jié)構(gòu)和所述第二外延結(jié)構(gòu)包括硅、硅鍺或它們的組合。
根據(jù)各個(gè)實(shí)施例,本發(fā)明公開了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一鰭結(jié)構(gòu)、第一鰭間隔件、第一外延結(jié)構(gòu)、第二鰭結(jié)構(gòu)、第二鰭間隔件和第二外延結(jié)構(gòu)。第一鰭間隔件覆蓋第一鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第一高度。第一外延結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在第一鰭結(jié)構(gòu)中,并且第一接近距離位于兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)之間。第二鰭間隔件覆蓋第二鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁并且具有第二高度,并且第二高度大于第一高度。第二外延結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在第二鰭結(jié)構(gòu)中,并且第二接近距離位于兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)之間,該第二接近距離大于第一接近距離。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)彼此未接觸。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)彼此未接觸,位于所述兩個(gè)鄰近的第二外延結(jié)構(gòu)之間的所述第二接近距離在從5nm至25nm的范圍內(nèi)。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,所述兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)彼此接觸并且合并。
在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中,其中,位于所述兩個(gè)鄰近的第一外延結(jié)構(gòu)之間的所述第一接近距離小于零。
根據(jù)各個(gè)實(shí)施例,本發(fā)明公開了制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法,并且該方法包括以下步驟。由襯底形成第一鰭結(jié)構(gòu)和第二鰭結(jié)構(gòu),并且第一鰭間隔件和第二鰭間隔件分別覆蓋在第一鰭結(jié)構(gòu)和第二鰭結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。使第一鰭結(jié)構(gòu)和第一鰭間隔件凹進(jìn)以在第一鰭結(jié)構(gòu)中形成第一凹槽,并且使第二鰭結(jié)構(gòu)和第二鰭間隔件凹進(jìn)以在第二鰭結(jié)構(gòu)中形成第二凹槽,并且第二凹槽的深度小于第一凹槽的深度。第一外延結(jié)構(gòu)和第二外延結(jié)構(gòu)分別在第一凹槽和第二凹槽中生長(zhǎng)。
在上述方法中,其中,所述第二鰭結(jié)構(gòu)的去除速率大于所述第二鰭間隔件的去除速率。
在上述方法中,其中,所述第一鰭結(jié)構(gòu)的去除速率大于所述第一鰭間隔件的去除速率。
在上述方法中,其中,使所述第一鰭結(jié)構(gòu)和所述第一鰭間隔件凹進(jìn)持續(xù)第一時(shí)間周期。
在上述方法中,其中,使所述第一鰭結(jié)構(gòu)和所述第一鰭間隔件凹進(jìn)持續(xù)第一時(shí)間周期,使所述第二鰭結(jié)構(gòu)和所述第二鰭間隔件凹進(jìn)持續(xù)第二時(shí)間周期。
在上述方法中,其中,使所述第一鰭結(jié)構(gòu)和所述第一鰭間隔件凹進(jìn)持續(xù)第一時(shí)間周期,使所述第二鰭結(jié)構(gòu)和所述第二鰭間隔件凹進(jìn)持續(xù)第二時(shí)間周期,其中,所述第一時(shí)間周期長(zhǎng)于所述第二時(shí)間周期。
在上述方法中,其中,使所述第一鰭間隔件凹進(jìn)至第一高度,使所述第二鰭間隔件凹進(jìn)至第二高度,并且所述第二高度大于所述第一高度。
上面概述了若干實(shí)施例的特征,使得本領(lǐng)域人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域人員應(yīng)該理解,他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)施與本人所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到,這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍,并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。