本發(fā)明涉及一種制作半導(dǎo)體元件的方法，尤其是涉及一種利用退火制作工藝將鍺趨入鰭狀結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：

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)有鰭狀場(chǎng)效晶體管元件制作工藝中，去除部分鰭狀結(jié)構(gòu)后形成凹槽以進(jìn)行后續(xù)外延層成長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制作工藝時(shí)常因過(guò)渡蝕刻鰭狀結(jié)構(gòu)而使鰭狀結(jié)構(gòu)略低于周圍的淺溝隔離，影響后續(xù)外延層的成長(zhǎng)。因此如何改良現(xiàn)有鰭狀場(chǎng)效晶體管制作工藝以改良前述缺點(diǎn)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)明優(yōu)選實(shí)施例揭露一種制作半導(dǎo)體元件的方法。首先提供一基底，該基底上設(shè)有至少一鰭狀結(jié)構(gòu)，其中鰭狀結(jié)構(gòu)包含一上半部以及一下半部。然后形成一柵極結(jié)構(gòu)于鰭狀結(jié)構(gòu)上，形成一遮蓋層于柵極結(jié)構(gòu)未覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)的上半部上方，進(jìn)行一退火制作工藝將遮蓋層內(nèi)的鍺原子趨入鰭狀結(jié)構(gòu)的上半部，去除遮蓋層，最后再形成一外延層于鰭狀結(jié)構(gòu) 的上半部周圍。

本發(fā)明另一實(shí)施例揭露一種制作半導(dǎo)體元件的方法。首先提供一基底，該基底上設(shè)有至少一鰭狀結(jié)構(gòu)，其中鰭狀結(jié)構(gòu)包含一上半部以及一下半部且上半部及下半部包含不同材料。然后進(jìn)行一濕式清洗改變鰭狀結(jié)構(gòu)上半部的形狀，之后再形成一第一外延層于鰭狀結(jié)構(gòu)上半部周圍。

本發(fā)明又一實(shí)施例揭露一種半導(dǎo)體元件，其包含一基底、至少一鰭狀結(jié)構(gòu)設(shè)于基底上且包含一上半部與一下半部以及一柵極結(jié)構(gòu)設(shè)于基底及鰭狀結(jié)構(gòu)上。其中柵極結(jié)構(gòu)所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)與未被柵極結(jié)構(gòu)所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)具有不同形狀，且未被柵極結(jié)構(gòu)所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)小于被柵極結(jié)構(gòu)所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1a至圖6b為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制作一半導(dǎo)體元件的方法示意圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)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 間隙壁 26 遮蓋層

28 外延層 30 外延層

32 遮蓋層

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參照?qǐng)D1a至圖6b，圖1a至圖6b為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制作一半導(dǎo)體元件的方法示意圖，其中各圖示中的右半部分為本發(fā)明鰭狀結(jié)構(gòu)晶體管的立體結(jié)構(gòu)示意圖，左半部分則為右半部分中沿著切線AA'的剖面示意圖。如圖1a、圖1b所示，首先提供一基底12，例如一硅基底或硅覆絕緣(silicon oninsulator, 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(shallow trench isolation, 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優(yōu)選包含一上半部18與一下半部20，其中上半部18與下半部20的交界處優(yōu)選與淺溝隔離16表面切齊，而且上半部18的底表面或下半部 20的上表面等大小且均與淺溝隔離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)明的優(yōu)選實(shí)施例，鰭狀結(jié)構(gòu)14優(yōu)選通過(guò)側(cè)壁圖案轉(zhuǎn)移(sidewall image transfer,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(guò)適當(dāng)?shù)剡\(yùn)算以將相對(duì)應(yīng)的圖案定義于光掩模中。后續(xù)可通過(guò)光刻及蝕刻制作工藝，以形成多個(gè)等距且等寬的圖案化犧牲層于基底上，使其個(gè)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(fin cut)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(guò)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(zhǎng)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(duì)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，在柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14中形成輕摻雜漏極(圖未示)，形成間隙壁24于柵極結(jié)構(gòu)22側(cè)壁，并于間隙壁24兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14中形成源極/漏極區(qū)域(圖未示)等元件。

如圖2a、圖2b所示，然后全面性形成一遮蓋層26于柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上，其中遮蓋層26優(yōu)選覆蓋柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)被暴露的整個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18。在本實(shí)施例中，遮蓋層26優(yōu)選為一利用選擇性外延成長(zhǎng)制作工藝所形成的外延層，例如一由氧化鍺(GeO)或鍺化硅(SiGe)所構(gòu)成的外延層，且其會(huì)沿特定結(jié)晶面進(jìn)行成長(zhǎng)而使遮蓋層26的剖面優(yōu)選呈現(xiàn)如圖2a、圖2b所示的菱形。需注意的是，此時(shí)遮蓋層26所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18與柵極結(jié)構(gòu)22正下方的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18仍具有相同形狀與大小，例如均為矩形。

接著如圖3a、圖3b所示，進(jìn)行一退火制作工藝將遮蓋層26內(nèi)的鍺原子 趨入柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18，使原本為單晶硅結(jié)構(gòu)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18轉(zhuǎn)變成鍺濃度大于50％的鍺化硅結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，退火制作工藝優(yōu)選將原本具有棱角的矩形剖面的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18頂端以及具有菱形剖面的遮蓋層26改變?yōu)閳A弧狀，并同時(shí)縮小鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的體積。更具體而言，經(jīng)由退火制作工藝所縮小的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18與下半部20優(yōu)選具有不同寬度，例如鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的底表面寬度優(yōu)選小于鰭狀結(jié)構(gòu)14下半部20的上表面寬度。

值得注意的是，由于柵極結(jié)構(gòu)14原本便蓋住部分鰭狀結(jié)構(gòu)14，因此退火制作工藝僅縮小柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18但不影響到原本設(shè)于柵極結(jié)構(gòu)22正下方的部分鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18。換句話說(shuō)，原本鰭狀結(jié)構(gòu)14經(jīng)由退火制作工藝后優(yōu)選被分隔為兩部分，其中設(shè)于柵極結(jié)構(gòu)22正下方的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18(亦即通道區(qū)域)由于不受退火制作工藝影響優(yōu)選維持原本具有棱角的矩形且高度不變，柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18(亦即源極/漏極區(qū)域)則經(jīng)由退火制作工藝呈圓弧狀且高度降低。

隨后如圖4a、圖4b所示，先去除遮蓋層26裸露出柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18，然后選擇性形成一外延層28覆蓋柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18，其中外延層28可具有約略菱形的剖面包覆住約略橢圓頂部的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18，且外延層28可包含鍺化硅。至此可完成本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制作。

此外，如圖5a、圖5b所示，本發(fā)明另一實(shí)施例可再接著進(jìn)行一濕式清洗或濕式蝕刻去除外延層28與部分柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18，由此改變柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的形狀，例如將原本具有圓弧狀頂部的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18沿特定結(jié)晶面進(jìn)行蝕刻而修整為約略菱形。在本實(shí)施例中，濕式清洗或蝕刻所使用的溶液優(yōu)選選自由氫氧化四甲銨(Tetramethylammonium Hydroxide,TMAH)、氫氧化鉀(potassium hydroxide,KOH)以及乙二胺-鄰苯二酚(ethylenediamine pyrocatechol,EDP)所構(gòu)成的群組，但不局限于此。

在本實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18體積可于清洗的過(guò)程中再次被縮小，例如其高度可低于圖3a、圖3b剖面結(jié)構(gòu)中柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部的高度，且其寬度可再小于圖3a、圖3b剖面結(jié)構(gòu)中柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的寬度。另外如同圖3a、圖 3b中柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部與下半部之間的寬度比例，圖5a、圖5b中柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18與下半部20同樣具有不同寬度，例如鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的底表面寬度優(yōu)選小于鰭狀結(jié)構(gòu)14下半部20的上表面寬度。

需注意的是，本實(shí)施例雖于去除遮蓋層26后先于鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18形成一外延層28再進(jìn)行濕式清洗，但又可選擇省略形成外延層28的步驟，直接于去除遮蓋層26后對(duì)柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18進(jìn)行清洗制作工藝來(lái)改變鰭狀結(jié)構(gòu)14的形狀，此實(shí)施例也屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。

如圖6a、圖6b所示，接著形成一外延層30于柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14的上半部18周圍，其中外延層30優(yōu)選與原本柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18同為菱形。在本實(shí)施例中，外延層30優(yōu)選包含鍺，且其鍺濃度優(yōu)選高于柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的鍺濃度。另外，在形成外延層30時(shí)，可同時(shí)(in-situ)摻雜硼作為源極/漏極區(qū)域，而柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18則優(yōu)選不包含硼。之后可再形成一由外延所構(gòu)成的遮蓋層32環(huán)繞外延層30，其中遮蓋層32同樣包含鍺且其鍺濃度又高于外延層30的鍺濃度，另外可再選擇性形成一由硅所構(gòu)成的另一遮蓋層(圖未示)于遮蓋層32外圍，此實(shí)施例也屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。

此外，在形成外延層30之后又可選擇性再進(jìn)行一摻雜制作工藝以及一退火制作工藝以形成源極/漏極區(qū)域。換句話說(shuō)，本發(fā)明總共可于三個(gè)時(shí)間點(diǎn)形成源極/漏極區(qū)域，包括可于圖2a、圖2b形成遮蓋層26之前以離子注入形成源極/漏極區(qū)域，在圖6a、圖6b形成外延層30的時(shí)候以摻雜硼的方式形成源極/漏極區(qū)域，或形成外延層30之后以另一摻雜制作工藝形成源極/漏極區(qū)域。其中本發(fā)明可于上述三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的任何一者或任何組合來(lái)形成源極/漏極區(qū)域，且可于各離子注入或摻雜制作工藝后分別搭配進(jìn)行一退火制作工藝形成源極/漏極區(qū)域，這些實(shí)施例均屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。至此即完成本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制作。

請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D5a、圖5b，圖5a、圖5b另揭露一種半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)。如圖中所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件包含一基底12、至少一鰭狀結(jié)構(gòu)14設(shè)于基底12上、一柵極結(jié)構(gòu)22設(shè)于基底12上并橫跨鰭狀結(jié)構(gòu)14以及一淺溝隔離16設(shè)于鰭狀結(jié)構(gòu)14周圍、一外延層30設(shè)于柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18周圍以及一遮蓋層32覆蓋于外延層30表面。

在本實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18與下半部20優(yōu)選包含不同材料，例如上半部18優(yōu)選包含鍺而下半部20則由純硅所構(gòu)成。更具體而言，柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的鍺濃度大于50％，外延層30的鍺濃度優(yōu)選高于柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的鍺濃度，遮蓋層32的鍺濃度又高于外延層30的鍺濃度，且外延層30包含硼而柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18則不包含任何硼。

以結(jié)構(gòu)形狀來(lái)看，柵極結(jié)構(gòu)22正下方或其所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18優(yōu)選為矩形，柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18則為菱形，外延層30與遮蓋層32也優(yōu)選為菱形，且柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18高度優(yōu)選小于鰭狀結(jié)構(gòu)14下半部20高度的二分之一。從細(xì)部來(lái)看，柵極結(jié)構(gòu)22正下方或其所覆蓋的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18與下半部20優(yōu)選具有相同寬度，柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18與下半部20則具有不同寬度，例如柵極結(jié)構(gòu)22兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18的底表面寬度優(yōu)選小于鰭狀結(jié)構(gòu)14下半部20的上表面寬度，但無(wú)論鰭狀結(jié)構(gòu)14上半部18底表面或鰭狀結(jié)構(gòu)14下半部20上表面均與淺溝隔離16上表面齊平。

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。