專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，特別涉及一種在形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體(M0Q元件的外延區(qū)時(shí)的選擇性蝕刻法。
背景技術(shù)：
為了增強(qiáng)金屬-氧化物-半導(dǎo)體元件(以下簡(jiǎn)稱MOS元件)的性能，可于MOS元件的溝道區(qū)中導(dǎo)入應(yīng)力物，以改善載流子遷移率(carrier mobility)。大體而言，會(huì)想要于 η型MOS元件(以下簡(jiǎn)稱NMOS元件)的溝道區(qū)中，且在源極至漏極方向中導(dǎo)入一拉伸應(yīng)力物，且于P型M0S(以下簡(jiǎn)稱PM0S)元件的溝道區(qū)中，且在源極至漏極方向中導(dǎo)入一壓縮應(yīng)力物。對(duì)PMOS元件的溝道區(qū)中應(yīng)用壓縮應(yīng)力物的一常用方法為于源極和漏極區(qū)中成長(zhǎng)硅鍺應(yīng)力物。這種方法通常包括下列步驟于一硅基板上形成一柵極堆疊結(jié)構(gòu)，于上述柵極堆疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成柵極間隙壁，于上述硅基板中形成凹陷且鄰接于柵極間隙壁，且于上述凹陷中外延成長(zhǎng)硅鍺應(yīng)力物。然后進(jìn)行一退火步驟。由于硅鍺的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)，在退火步驟之后硅鍺會(huì)伸展，且對(duì)各別MOS元件的溝道區(qū)施加一壓縮應(yīng)力，上述 MOS元件的溝道區(qū)位于一源極硅鍺應(yīng)力物和漏極硅鍺應(yīng)力物之間。一芯片可具有擁有不同圖案密度的不同區(qū)域。由于圖案負(fù)載效應(yīng) (patternloading effect)，在不同區(qū)域成長(zhǎng)的硅鍺應(yīng)力物會(huì)有不同成長(zhǎng)速率。舉例來說， 圖1顯示在邏輯元件區(qū)300和靜態(tài)存取存儲(chǔ)元件(SRAM)區(qū)400中用于PMOS元件的硅鍺區(qū)的形成方式。因?yàn)樵陟o態(tài)存取存儲(chǔ)元件(SRAM)區(qū)400中的PMOS元件的圖案密度通常會(huì)高于邏輯元件區(qū)300中的PMOS元件的圖案密度，且硅鍺區(qū)410的尺寸通常會(huì)小于硅鍺區(qū)310 的尺寸，所以硅鍺區(qū)410的成長(zhǎng)速率會(huì)快于硅鍺區(qū)310的成長(zhǎng)速率。結(jié)果，位于基板320的頂面上方的硅鍺區(qū)410部分的高度H2可明顯高于位于基板320的頂面上方的硅鍺區(qū)310 部分的高度HI。舉例來說，即使硅鍺區(qū)310和410為同時(shí)形成，高度H2可約為20nm，且高度Hl可僅約為5nm。因?yàn)楣桄N區(qū)410具有大的高度H2和小的尺寸，所以硅鍺區(qū)410可具有金字塔形(pyramid)的頂部，且上述頂部的斜率會(huì)位于(111)晶格平面上。這種具有金字塔形頂部的硅鍺區(qū)在例如形成源極和漏極硅化物區(qū)之后續(xù)工藝步驟會(huì)產(chǎn)生重大的問題。因此，在此技術(shù)領(lǐng)域中，有需要一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，以克服公知技術(shù)的缺點(diǎn)ο

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括于一半導(dǎo)體基板的上方形成一柵極堆疊結(jié)構(gòu)；于上述半導(dǎo)體基板中形成一凹陷，且鄰接于上述柵極堆疊結(jié)構(gòu)；進(jìn)行一選擇性成長(zhǎng)步驟，以于上述凹陷中成長(zhǎng)一半導(dǎo)體材料，以形成一外延區(qū)；進(jìn)行上述選擇性成長(zhǎng)步驟之后，對(duì)上述外延區(qū)進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，其中使用包括用以成長(zhǎng)上述半導(dǎo)體材料的一第一氣體和用以蝕刻上述外延區(qū)的一第二氣體的工藝氣體進(jìn)行上
4述選擇性回蝕刻步驟。本發(fā)明其他實(shí)施例揭示如下。本發(fā)明還一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基板，其包括位于一第一元件區(qū)的一第一部分和位于一第二元件區(qū)的一第二部分；于該第一元件區(qū)中及該半導(dǎo)體基板的上方形成一第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)；于該第二元件區(qū)中及該半導(dǎo)體基板的上方形成一第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)；于該半導(dǎo)體基板中形成鄰接于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)的一第一凹陷，且于該半導(dǎo)體基板中形成鄰接于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)的一第二凹陷；進(jìn)行一選擇性成長(zhǎng)步驟，以同時(shí)于該第一凹陷中成長(zhǎng)一第一外延區(qū)，并于該第二凹陷中成長(zhǎng)一第二外延區(qū)， 且該第二外延區(qū)的成長(zhǎng)速率大于該第一外延區(qū)的成長(zhǎng)速率；以及進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，以回蝕刻該第二外延區(qū)，其中以原位方式進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟和進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟。本發(fā)明又一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下列步驟提供一基板，其包括位于該基板的一表面的一半導(dǎo)體區(qū)；以及對(duì)該半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，其進(jìn)行該半擇性回蝕刻步驟中使用包括用以于該半導(dǎo)體區(qū)上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體材料的一第一氣體和用以蝕刻該半導(dǎo)體材料的一第二氣體的工藝氣體進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟，其中該第一氣體和該第二氣體擇自由甲鍺烷、氯化氫氣體、二氯硅烷和上述組合所組成的族群。本發(fā)明實(shí)施例可借由選擇性回蝕刻步驟減少圖案負(fù)載效應(yīng)，以達(dá)到形成更均一的外延區(qū)(例如硅鍺應(yīng)力物)，且改善外延區(qū)的輪廓?？蓽p少甚至消除外延區(qū)的琢面。另外， 可以原位方式進(jìn)行選擇性成長(zhǎng)步驟和進(jìn)行選擇性回蝕刻步驟，以最小化額外成本。


圖1為包括PMOS元件的公知集成電路結(jié)構(gòu)的工藝剖面圖，其中在不同元件區(qū)中的硅鍺應(yīng)力物因?yàn)閳D案負(fù)載效應(yīng)而具有不同高度。圖2至圖9為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法的工藝剖面圖，進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟以降低圖案負(fù)載效應(yīng)。圖10為硅鍺的成長(zhǎng)速率，其為蝕刻氣體的氣體分壓與成長(zhǎng)氣體的氣體分壓重量的比值的函數(shù)。其中，附圖標(biāo)記說明如下1 晶片；2 基板；2a 頂面；4 淺溝槽隔絕區(qū)；36 蝕刻停止層；100、200 元件區(qū)；101、201 有源區(qū)；102,202 柵極堆疊結(jié)構(gòu)；104、204 柵極介電質(zhì)；106、206 柵極；110、210 輕摻雜源/漏極區(qū)；
116、216 柵極間隙壁；118、218 凹陷；120、220 外延區(qū)；130,230 含硅覆蓋物；134、234 硅化物區(qū)；140、240 接觸孔插塞；300 邏輯元件區(qū)；400 靜態(tài)存取存儲(chǔ)元件區(qū)；310,410 硅鍺區(qū)；320 基板；502 虛設(shè)柵極堆疊結(jié)構(gòu)；504 虛設(shè)柵極介電質(zhì)；506 虛設(shè)柵極；516 虛設(shè)柵極間隙壁；W1、W2 寬度；D 深度；H1、H1，、H2、H2， 高度；Α、B、C、D 范圍。
具體實(shí)施例方式以下以各實(shí)施例詳細(xì)說明并伴隨著

的范例，做為本發(fā)明的參考依據(jù)。在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分皆使用相同的圖號(hào)。且在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，并以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。再者，附圖中各元件的部分將以分別描述說明之， 值得注意的是，圖中未繪示或描述的元件，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的形式。圖2顯示基板2，其為晶片1的一部分，基板2可包括位于元件區(qū)100中的一第一部分和位于元件區(qū)200中的一第二部分。在本發(fā)明一實(shí)施例中，元件區(qū)100可為一邏輯元件區(qū)，其可為例如一核心電路區(qū)、一輸入/輸出(I/O)電路區(qū)及/或類似的元件區(qū)。且元件區(qū)200可為一存儲(chǔ)器電路區(qū)，其可包括例如靜態(tài)存取存儲(chǔ)器(以下簡(jiǎn)稱SRAM)單元之存儲(chǔ)器單元。因此，元件區(qū)200可為一 SRAM區(qū)。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，元件區(qū)100可為一區(qū)域，其元件(例如電晶體)密度低于元件區(qū)200的元件密度。元件區(qū)100中的有源區(qū)101 的尺寸可大于元件區(qū)200中的有源區(qū)201的尺寸。舉例來說，有源區(qū)101的長(zhǎng)度(其為垂直于寬度Wl的方向的有源區(qū)的尺寸)可為元件區(qū)200的各別長(zhǎng)度的5至30倍。如果從俯視圖看去，有源區(qū)101可接近于一長(zhǎng)條物，其寬度Wl小長(zhǎng)條物的尺寸。另一方面，有源區(qū) 201可為一正方形或者為具有接近的寬度(W2)和長(zhǎng)度的一長(zhǎng)方形。形成淺溝槽隔絕區(qū)(STI region) 4以隔絕元件區(qū)100和200。基板2可包括例如硅的塊狀半導(dǎo)體材料，或例如絕緣層上覆硅(SOI)結(jié)構(gòu)的一復(fù)合結(jié)構(gòu)。于元件區(qū)100和基板2的上方形成包括柵極介電質(zhì)104和柵極106的柵極堆疊結(jié)構(gòu)102。于元件區(qū)200和基板2的上方形成包括柵極介電質(zhì)204和柵極206的柵極堆疊結(jié)構(gòu) 202。柵極介電質(zhì)104和204可包括氧化硅或例如介電常數(shù)大于7的的高介電常數(shù)(high_k)材料。柵極106和206可包括例如摻雜多晶硅、金屬、金屬硅化物或上述組合的常用導(dǎo)電材料。此外，虛設(shè)柵極堆疊結(jié)構(gòu)502包括虛設(shè)柵極介電質(zhì)504和虛設(shè)柵極506，其中虛設(shè)柵極 506可為電性浮接(floating) 0請(qǐng)參考圖3，可利用例如注入ρ型摻質(zhì)的方式形成輕摻雜源/漏極(LDD)區(qū)110和 210。柵極106和206可視為掩模以使輕摻雜源/漏極(LDD)區(qū)110和210的內(nèi)側(cè)壁大體上分別與柵極106和206的邊緣對(duì)齊。請(qǐng)參考圖4，形成柵極間隙壁116、216和虛設(shè)柵極間隙壁516。在本發(fā)明一實(shí)施例中，每一個(gè)柵極間隙壁116和216可包括一襯墊氧化層位于上述襯墊氧化層上方的一氮化物層。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，每一個(gè)柵極間隙壁116和216可包括一層或多層，每一個(gè)柵極間隙壁116和216可包括氧化物、氮化硅、氮氧化硅/或其他介電材料，可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)法、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法、次常壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)法或其他類似的方法的常用方法形成每一個(gè)柵極間隙壁116、216。柵極間隙壁 116和216的形成方式可包括全面性形成柵極間隙壁層，且接著進(jìn)行蝕刻步驟以移除上述柵極間隙壁層的水平部分，以使上述柵極間隙壁層的剩下的垂直部分形成柵極間隙壁116 和 216。請(qǐng)參考圖5，可利用各向同性或各向異性蝕刻基板2的方式形成凹陷118和218。 凹陷118和218的深度D可介于500A至1000人之間，然而也可使用其他的厚度。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可了解，說明書中所提到的尺寸僅做為實(shí)施例，如果使用不同的工藝的話可以改變上述尺寸。在本發(fā)明一實(shí)施例中，凹陷118的剖面圖可為一矛形(spare shape) 0 在透視圖中，每一個(gè)凹陷118和218的底部的具有一上下顛倒的金字塔形(upside-down pyramid shape)。然而，也可依據(jù)用于蝕刻工藝中的方法和工藝參數(shù)，而使凹陷具有其他的形狀。圖6顯示外延區(qū)的形成方式?？衫眠x擇性外延成長(zhǎng)步驟中，于凹陷118和218中成長(zhǎng)例如硅鍺的一半導(dǎo)體材料，以形成外延區(qū)120和220。上述半導(dǎo)體材料可具有較基板2 大的晶格常數(shù)。當(dāng)進(jìn)行外延成長(zhǎng)步驟時(shí)，可摻雜或可不摻雜想要的摻質(zhì)。在經(jīng)過一退火工藝之后，硅鍺會(huì)試著恢復(fù)其晶格常數(shù)，因此會(huì)對(duì)最終PMOS元件溝道區(qū)導(dǎo)入壓縮應(yīng)力。在說明書中，硅鍺外延區(qū)120和220可各別視為硅鍺應(yīng)力物120和220。用于成長(zhǎng)硅鍺的前驅(qū)氣體可包括例如甲鍺烷(GeH4，其提供鍺)和二氯硅烷(DCS， 其提供硅)的成長(zhǎng)氣體。另外可添加一含碳硅源氣體(例如甲基硅甲烷((CH3)SiH3)或 SiCxH4J及/或一含碳鍺源氣體(例如GeCH3或GeCxH4J?？蓪?dǎo)入擇自氯化氫氣體(HCl)、 氫氟酸氣體(HF)、氯氣(Cl2)或上述組合的一蝕刻氣體，用以移除成長(zhǎng)于例如柵極間隙壁 116和216和淺溝槽隔絕區(qū)(STIregi0n)4上的不想要的硅鍺部分。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，上述蝕刻氣體可擇由自CxFyHz、(；ClyHz、SixFyHz和SixClyHz所組成的族群，其中x、y、z值表示各別元素的比例。上述蝕刻氣體也可具有降低圖案負(fù)載效應(yīng)(localloading effect) 的效果。因此，在外延成長(zhǎng)步驟期間，成長(zhǎng)和蝕刻兩者會(huì)同時(shí)存在。然而，成長(zhǎng)速率會(huì)大于蝕刻速率，因此凈效應(yīng)為成長(zhǎng)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，可于一腔體中使用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法的方式進(jìn)行選擇性成長(zhǎng)步驟，腔體中氣體的總壓力可介于約1托爾(torr)至 200托爾(torr)之間，或介于約3托爾(torr)至50托爾(torr)之間。在選擇性成長(zhǎng)步驟期間，晶片1的溫度例如可介于500°C至800°C之間。
如圖5所示，因?yàn)閳D案負(fù)載效應(yīng)會(huì)分別導(dǎo)致凹陷118和218的不同寬度W3和W4， W3大于W4。硅鍺應(yīng)力物220的(111)方向的晶格面(facet)會(huì)釘扎(pin)于外延區(qū)218中 (如圖6所示)。因此，硅鍺應(yīng)力物220會(huì)具有(111)方向的平面。此外，硅鍺應(yīng)力物220的成長(zhǎng)速率低于硅鍺應(yīng)力物120。因此，如圖6所示，位于基板2的頂面加上方的硅鍺應(yīng)力物 120的高度ΗΓ會(huì)小于位于基板2的頂面加上方的硅鍺應(yīng)力物220的高度H2’。位于基板 2的頂面加上方的硅鍺應(yīng)力物220可為一金字塔形或接近于一金字塔形，且上述的斜面具有(111)晶格的表面。高度ΗΓ、高度H2’和非平面頂面輪廓的高度差，特別是硅鍺應(yīng)力物 220，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)元件工藝的復(fù)雜度，且會(huì)不利于元件性能表現(xiàn)。如圖7所示，在本發(fā)明一實(shí)施例中，在硅鍺應(yīng)力物220的頂端高于基板2的頂面加之后，可進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，以回蝕刻硅鍺應(yīng)力物220。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，當(dāng)上述選擇性回蝕刻步驟時(shí)間開始時(shí)，硅鍺應(yīng)力物220的頂端(參考圖6)可對(duì)齊于基板2的頂面加或低于基板2的頂面2a。在本發(fā)明一實(shí)施例中，當(dāng)硅鍺應(yīng)力物220的頂部為近似金字塔形時(shí)，且其中上述硅鍺應(yīng)力物220的頂部高于基板2的頂面加時(shí)，則開始進(jìn)行上述選擇性回蝕刻步驟?？梢栽?in-situ)方式進(jìn)行硅鍺應(yīng)力物120和220的選擇性成長(zhǎng)步驟和選擇性回蝕刻步驟，意即在選擇性成長(zhǎng)工藝和選擇性回蝕刻工藝之間不會(huì)破真空。此外，于腔體中的晶片1在選擇性成長(zhǎng)步驟完成時(shí)不會(huì)被取出腔體。此外，可利用進(jìn)行調(diào)整例如工藝氣體的成分和壓力、晶片1的溫度或類似方法等工藝條件，從進(jìn)行選擇性成長(zhǎng)步驟轉(zhuǎn)換至進(jìn)行選擇性回蝕刻步驟。在本發(fā)明一實(shí)施例中，為了達(dá)到從進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟轉(zhuǎn)換至進(jìn)行選擇性回蝕刻步驟，可增加例如氯化氫氣體(HCl)的蝕刻氣體的分壓或流速，以增加蝕刻效應(yīng)。同時(shí)， 可持續(xù)導(dǎo)入用以成為硅鍺的例如甲鍺烷(GeH4)或二氯硅烷(DCS)的成長(zhǎng)氣體。另外，在選擇性回蝕刻步驟期間，成長(zhǎng)和蝕刻兩者會(huì)同時(shí)存在。然而，蝕刻速率會(huì)大于成長(zhǎng)速率，因此至少對(duì)于硅鍺應(yīng)力物220來說，凈效應(yīng)為蝕刻。再者，因?yàn)閳D案負(fù)載效應(yīng)，對(duì)硅鍺應(yīng)力物120 的蝕刻會(huì)弱于對(duì)硅鍺應(yīng)力物220的蝕刻，且因此對(duì)硅鍺應(yīng)力物120的凈效應(yīng)可為持續(xù)成長(zhǎng)、 回蝕刻或不成長(zhǎng)也不回蝕刻，上述硅鍺應(yīng)力物120的凈效應(yīng)依據(jù)選擇性回蝕刻步驟中的工藝條件而定。為了決定上述選擇性回蝕刻步驟的最理想條件，可用一回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)來判斷工藝條件。上述回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)為回蝕刻氣體(例如氯化氫氣體(HCl))的分壓(partial pressure)對(duì)成長(zhǎng)氣體(例如甲鍺烷(GeH4)和二氯硅烷 (DCS))的重量分壓(weighted partial pressure)的比值。在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述回蝕刻/成長(zhǎng)比值可顯示為回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio) = Phc1/(PDCS+100xPGeH4)，其中、PHC1、 Pdcs和Pcdl4分別為氯化氫氣體(HCl)、甲鍺烷(GeH4)和二氯硅烷(DCQ的分壓。數(shù)值100表示甲鍺烷(GeH4)的重量。可了解的是甲鍺烷(GeH4)的成長(zhǎng)效應(yīng)遠(yuǎn)高于二氯硅烷(DCS)。換句話說，為了增加成長(zhǎng)速率，導(dǎo)入更多的甲鍺烷(GeH4)會(huì)比導(dǎo)入更多的二氯硅烷(DCS)更為有效。雖然可具有不同的最理想的重量，但是數(shù)值100表示甲鍺烷(GeH4)的效應(yīng)較二氯硅烷(DCS)更為明顯。在本發(fā)明一實(shí)施例的回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)可介于約0. 4 至2.0之間。可以經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得知上述選擇性回蝕刻步驟的最理想的回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/ G ratio)0
圖10為回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)對(duì)硅鍺的成長(zhǎng)/蝕刻速率(growth/ etchrate)的效應(yīng)，其中X軸表示回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio), Y軸表示硅鍺的成長(zhǎng)/ 蝕刻速率(growth/etch rate)。正值(Y軸)表示凈效應(yīng)為成長(zhǎng)，其可包括范圍A的帶缺陷的外延成長(zhǎng)范圍(Epi growth with defect)、范圍B的標(biāo)準(zhǔn)外延成長(zhǎng)范圍(Normal Epi growth)以及范圍C的平衡外延成長(zhǎng)范圍(Balanced Epigrowth)，而負(fù)值(Y軸)表示凈效應(yīng)為回蝕刻，其可包括范圍D的選擇性外延成長(zhǎng)范圍(Selective Epi growth)?？闪私獾氖钱?dāng)增加氯化氫氣體(HCl)使回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)低的時(shí)候，相反的，可能會(huì)發(fā)生硅鍺的成長(zhǎng)速率增加而不是降低的情形。當(dāng)回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)更為增加的時(shí)候，雖然凈效應(yīng)仍為成長(zhǎng)，但是硅鍺的成長(zhǎng)速率會(huì)降低。當(dāng)回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio) 更為增加的時(shí)候，回蝕刻的效應(yīng)會(huì)勝過成長(zhǎng)的效應(yīng)，且凈效應(yīng)會(huì)變成回蝕刻?？衫迷黾佣裙柰?DCS)分壓及/或降低甲鍺烷(GeH4)、增加工藝氣體的總壓力或增加晶片1的溫度等方式，從進(jìn)行選擇性成長(zhǎng)步驟轉(zhuǎn)換至進(jìn)行選擇性回蝕刻步驟，且達(dá)到最理想的回蝕刻條件。在本發(fā)明一實(shí)施例中，在選擇性回蝕刻步驟期間，晶片1的溫度可介于500°C至800°C之間，或可介于600°C至700°C之間。選擇性回蝕刻步驟的持續(xù)時(shí)間可介于3秒至600秒之間，或可介于3秒至50秒之間。工藝氣體的總壓力可介于1托爾 (torr)至 200 托爾(torr)之間。在選擇性回蝕刻步驟期間，會(huì)發(fā)生想要的反向圖案負(fù)載效應(yīng)，其中硅鍺應(yīng)力物120 的蝕刻速率會(huì)至少低于硅鍺應(yīng)力物220的蝕刻速率。因此，可消除不想要的金字塔形狀的硅鍺應(yīng)力物220。最終形成的硅鍺應(yīng)力物220可具有較佳的輪廓，其可包括如圖7所示的大體上平坦的頂面。因此，可以至少減少或可甚至于消除硅鍺應(yīng)力物120及/或硅鍺應(yīng)力物220的晶格面(facet)。在本發(fā)明一實(shí)施例的回蝕刻/成長(zhǎng)比值(E/G ratio)可介于約 0. 4至2. 0之間?？梢越?jīng)過實(shí)驗(yàn)得知上述選擇性回蝕刻步驟的最理想的回蝕刻/成長(zhǎng)比值 (E/Gratio)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，硅鍺應(yīng)力物120和220可以在一道成長(zhǎng)-蝕刻循環(huán) (growth-etch cycle)中，先過成長(zhǎng)(overgrown)再回蝕刻至想要的厚度，或利用漸進(jìn)式改變(gradient changing)氣體組成達(dá)到所欲的反應(yīng)氣體濃度。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，硅鍺應(yīng)力物120和220的形成方式可包括多道成長(zhǎng)-蝕刻循環(huán)，以達(dá)到較佳的硅鍺表面輪廓。 上述額外的成長(zhǎng)-蝕刻循環(huán)可實(shí)質(zhì)上類似于第6、7圖所示的成長(zhǎng)-蝕刻循環(huán)，因而在此不做顯示。圖8顯示硅覆蓋物或硅鍺覆蓋物130和230(此后也可視為硅/硅鍺覆蓋物或含硅覆蓋物)的形成方式，可利用選擇性外延成長(zhǎng)步驟形成上述硅鍺覆蓋物130和230。當(dāng)含硅覆蓋物中包含鍺時(shí)，在含硅覆蓋物130和230中的鍺原子百分比，會(huì)低于位于含硅覆蓋物130和230各別下方的硅鍺應(yīng)力物120和220中的鍺原子百分比。此外，在含硅覆蓋物 130和230中的鍺原子百分比會(huì)低于百分之20。因?yàn)榈碗娮璧墓杌飼?huì)形成于硅上而不會(huì)形成于硅鍺上，所以含硅覆蓋物130和230有益于后續(xù)形成的源極和漏極硅化物區(qū)。用以形成的工藝氣體可包括硅烷(SiH4)或氯化氫氣體(HCl)。再者，在選擇性外延成長(zhǎng)含硅覆蓋物130和230中，成長(zhǎng)和蝕刻兩者會(huì)同時(shí)存在，而凈效應(yīng)為成長(zhǎng)。也會(huì)于含硅覆蓋物130 和230上形成琢面(facet)。因此，類似于硅鍺應(yīng)力物120和220的形成方式，在選擇性外延成長(zhǎng)含硅覆蓋物130和230之后，可選擇性進(jìn)行一選擇性回蝕刻，以降低圖案負(fù)載效應(yīng)，且改善含硅覆蓋物130和230的輪廓。附圖中繪示的虛線顯示含硅覆蓋物130和230的在選擇性回蝕刻步驟開始時(shí)的輪廓，且使用實(shí)線顯示含硅覆蓋物130和230的在選擇性回蝕刻步驟之后的輪廓。再者，可以原位(in-situ)方式進(jìn)行選擇性成長(zhǎng)和選擇性回蝕刻含硅覆蓋物130和230。在選擇性回蝕刻含硅覆蓋物130和230中，成長(zhǎng)和回蝕刻兩者會(huì)同時(shí)存在，而凈效應(yīng)為回蝕刻?？衫美缭黾勇然瘹錃怏w(HCl)分壓及/或降低硅烷(SiH4)分壓等調(diào)整工藝條件的方式，從選擇性成長(zhǎng)步驟轉(zhuǎn)換至選擇性回蝕刻步驟。圖9顯示硅化物區(qū)134、234、蝕刻停止層(ESL) 36和接觸孔插塞140、240的形成方式?？衫糜谠野ê韪采w物130、和230和柵極106、206暴露出來的表面上方沉積例如鈦、鈷、鎳或類似材料的薄金屬層。然后加熱晶片1，其可導(dǎo)致與硅接觸的金屬發(fā)生硅化反應(yīng)。在硅化反應(yīng)發(fā)生之后，會(huì)于硅和金屬之間形成一金屬硅化物層。借由使用一蝕刻劑選擇性移除未反應(yīng)的金屬，上述蝕刻劑會(huì)攻擊金屬但不會(huì)攻擊硅化物。此外，不會(huì)形成與虛設(shè)柵極堆疊結(jié)構(gòu)502連接的接觸孔插塞。可全面性沉積蝕刻停止層(ESL)36。可利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 (PECVD)法形成蝕刻停止層(ESL)36。然而，也可以使用例如低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD) 法或熱化學(xué)氣相沉積(thermal CVD)法的其他化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成蝕刻停止層 (ESL) 36 0接著，沉積層間介電層(ILD)38。上述層間介電層(ILD) 38可包括硼磷硅玻璃 (BPSG)或其他適當(dāng)?shù)牟牧?。上述層間介電層(ILD) 38提供MOS元件和其上方金屬導(dǎo)線之間的隔絕物。之后，形成接觸孔插塞140J40，上述接觸孔插塞140、240提供穿過硅化物區(qū) 134,234至源/漏極區(qū)和柵極的溝道。上述實(shí)施例中顯示用于平面元件的硅鍺應(yīng)力物的成長(zhǎng)方式。然而，上述實(shí)施例的教導(dǎo)也可應(yīng)用在用于鰭狀場(chǎng)效電晶體(FinFET)的硅鍺應(yīng)力物的成長(zhǎng)方式。上述工藝可包括于一半導(dǎo)體鰭狀物(圖未顯示)上形成一柵極堆疊結(jié)構(gòu)，蝕刻未被柵極堆疊結(jié)構(gòu)覆蓋的半導(dǎo)體鰭狀物的暴露部分，且進(jìn)行一選擇性成長(zhǎng)步驟，之后進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，以形成硅鍺應(yīng)力物?？蓮膶?shí)施例的教導(dǎo)了解工藝的詳細(xì)內(nèi)容，因而在此不做敘述。另外，上述實(shí)施例的教導(dǎo)也可應(yīng)用在用于MOS元件的應(yīng)力物(例如碳化硅應(yīng)力物)的成長(zhǎng)方式。在實(shí)施例中討論的選擇性回蝕刻步驟，除了可用于CMOS元件的形成方式，也可用于例如太陽能電池、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ元件的其他元件的形成方式。在本發(fā)明實(shí)施例中，可借由選擇性回蝕刻步驟減少圖案負(fù)載效應(yīng)，以達(dá)到形成更均一的外延區(qū)(例如硅鍺應(yīng)力物)，且改善外延區(qū)的輪廓?？蓽p少甚至消除外延區(qū)的琢面。 另外，可以原位(in-situ)方式進(jìn)行選擇性成長(zhǎng)步驟和進(jìn)行選擇性回蝕刻步驟，以最小化額外成本。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下列步驟 提供一半導(dǎo)體基板；于該半導(dǎo)體基板的上方形成一柵極堆疊結(jié)構(gòu)； 于該半導(dǎo)體基板中形成一凹陷，且鄰接于該柵極堆疊結(jié)構(gòu)； 進(jìn)行一選擇性成長(zhǎng)步驟，以于該凹陷中成長(zhǎng)一半導(dǎo)體材料，以形成一外延區(qū)；以及進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟之后，對(duì)該外延區(qū)進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，其中使用包括用以成長(zhǎng)該半導(dǎo)體材料的一第一氣體和用以蝕刻該外延區(qū)的一第二氣體的工藝氣體進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中該第一氣體包括甲鍺烷GeH4* 二氯硅烷DCS，且該第二氣體包括氯化氫氣體HC1、氫氟酸氣體HF、氯氣Cl2、CxFyHz, CxClyHz, SixFyHz 或 SixClyHz0
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，更包括一含碳硅源氣體或一含碳鍺源氣體其中該含碳硅源氣體包括甲基硅甲烷(CH3)SiH3或SiCxH4_x，且該含碳鍺源氣體包括 GeCH3 或 GeCxH4_x。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中以原位方式進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟和進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟之后更包括于該外延區(qū)上方形成一含硅覆蓋物，且該含硅覆蓋物與該外延區(qū)具有不同的成分，其中形成該含硅覆蓋物包括進(jìn)行一額外選擇性成長(zhǎng)步驟，以成長(zhǎng)該含硅覆蓋物；以及進(jìn)行該額外選擇性成長(zhǎng)步驟之后，進(jìn)行一額外選擇性回蝕刻步驟，以回蝕刻該含硅覆蓋物。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟之后，進(jìn)行一工藝循環(huán)，包括下列步驟進(jìn)行一額外選擇性成長(zhǎng)步驟，以增加該外延區(qū)的一厚度；以及進(jìn)行該額外選擇性成長(zhǎng)步驟之后，進(jìn)行一額外選擇性回蝕刻步驟，以進(jìn)一步降低該外延區(qū)的該厚度。
7.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基板，其包括位于一第一元件區(qū)的一第一部分和位于一第二元件區(qū)的一第二部分；于該第一元件區(qū)中及該半導(dǎo)體基板的上方形成一第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)； 于該第二元件區(qū)中及該半導(dǎo)體基板的上方形成一第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)； 于該半導(dǎo)體基板中形成鄰接于該第一柵極堆疊結(jié)構(gòu)的一第一凹陷，且于該半導(dǎo)體基板中形成鄰接于該第二柵極堆疊結(jié)構(gòu)的一第二凹陷；進(jìn)行一選擇性成長(zhǎng)步驟，以同時(shí)于該第一凹陷中成長(zhǎng)一第一外延區(qū)，并于該第二凹陷中成長(zhǎng)一第二外延區(qū)，且該第二外延區(qū)的成長(zhǎng)速率大于該第一外延區(qū)的成長(zhǎng)速率；以及進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，以回蝕刻該第二外延區(qū)，其中以原位方式進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟和進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟和進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟的每一個(gè)使用包括甲鍺烷GeH4和二氯硅烷DCS的一成長(zhǎng)氣體，和包括氯化氫氣體HCl、氫氟酸氣體HF或氯氣Cl2的一蝕刻氣體，且進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟中的該成長(zhǎng)氣體和該蝕刻氣體的分壓分別不同于進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟中的該成長(zhǎng)氣體和該蝕刻氣體的分壓。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中從進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟轉(zhuǎn)換至進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟包括增加氯化氫氣體HC1、氫氟酸氣體HF或氯氣Cl2的一分壓。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中從進(jìn)行該選擇性成長(zhǎng)步驟轉(zhuǎn)換至進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟包括降低二氯硅烷DCS或甲鍺烷GeH4的一分壓至一非零值。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中在進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟期間，增加該第一外延區(qū)的一厚度。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中在進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟期間，不改變?cè)摰谝煌庋訁^(qū)的一厚度。
13.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其中在進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟期間，降低該第一外延區(qū)的一厚度。
14.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下列步驟提供一基板，其包括位于該基板的一表面的一半導(dǎo)體區(qū)；以及對(duì)該半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，其進(jìn)行該半擇性回蝕刻步驟中使用包括用以于該半導(dǎo)體區(qū)上成長(zhǎng)一半導(dǎo)體材料的一第一氣體和用以蝕刻該半導(dǎo)體材料的一第二氣體的工藝氣體進(jìn)行該選擇性回蝕刻步驟，其中該第一氣體和該第二氣體擇自由甲鍺烷GeH4、 氯化氫氣體HC1、二氯硅烷DCS和上述組合所組成的族群。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法包括于一半導(dǎo)體基板的上方形成一柵極堆疊結(jié)構(gòu)；于上述半導(dǎo)體基板中形成一凹陷，且鄰接于上述柵極堆疊結(jié)構(gòu)；進(jìn)行一選擇性成長(zhǎng)步驟，以于上述凹陷中成長(zhǎng)一半導(dǎo)體材料，以形成一外延區(qū)；進(jìn)行上述選擇性成長(zhǎng)步驟之后，對(duì)上述外延區(qū)進(jìn)行一選擇性回蝕刻步驟，其中使用包括用以成長(zhǎng)上述半導(dǎo)體材料的一第一氣體和用以蝕刻上述外延區(qū)的一第二氣體的工藝氣體進(jìn)行上述選擇性回蝕刻步驟。本發(fā)明可借由選擇性回蝕刻步驟減少圖案負(fù)載效應(yīng)，以達(dá)到形成更均一的外延區(qū)，且改善外延區(qū)的輪廓?？蓽p少甚至消除外延區(qū)的琢面。
文檔編號(hào)H01L21/306GK102254866SQ201010547530
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者李啟弘, 李資良, 鄭有宏 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司