本申請涉及半導(dǎo)體裝置制造，尤其涉及具有與柵極電極自對準(zhǔn)的突變結(jié)(abruptjunctions)的鰭式場效應(yīng)晶體管(finfieldeffecttransistor；finfet)的制造。

背景技術(shù)：

finfet因其快速開關(guān)時間及高電流密度而成為想要的裝置架構(gòu)。在其基本的形式中，finfet包括源區(qū)、漏區(qū)以及位于該源區(qū)與該漏區(qū)之間的鰭形溝道區(qū)。在該鰭片上方所形成的柵極電極調(diào)節(jié)該源區(qū)與該漏區(qū)之間的電子或空穴流動。通常在該柵極電極的側(cè)壁上形成柵極間隙壁，以控制柵極至源極/漏極間距。

隨著finfet的尺寸進一步縮小，設(shè)計人員面臨在短溝道效應(yīng)與源極/漏極電阻之間的權(quán)衡中。用以降低電阻的較大源極/漏極摻雜增加結(jié)深度以及相關(guān)的短溝道效應(yīng)。因此，需要新型的裝置結(jié)構(gòu)來設(shè)置突變結(jié)，同時最大限度地降低短溝道效應(yīng)。

自源/漏區(qū)向finfet的溝道區(qū)的摻雜物橫向擴散的程度也受到很大關(guān)注。由于使用擴散制程時難以實現(xiàn)摻雜物分布的精確控制，因此finfet的溝道區(qū)也可能被摻雜。finfet中的該溝道摻雜導(dǎo)致載流子遷移率降低并因此不利于性能。該溝道摻雜也導(dǎo)致隨機摻雜物波動(randomdopantfluctuation；rdf)，該隨機摻雜物波動是影響芯片變異的主要因素之一。因此，想要制造具有很少或沒有溝道摻雜的finfet，以避免由該溝道摻雜引起的不利后果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┚哂信c柵極電極自對準(zhǔn)的突變結(jié)的finfet。此類突變結(jié)的形成包括通過退火，將摻雜物從在位于犧牲柵極結(jié)構(gòu)的相對側(cè)上的半導(dǎo)體鰭片的部分上所形成的外延半導(dǎo)體層擴散進入該半導(dǎo)體鰭片中，以形成含摻雜物半導(dǎo)體鰭片。設(shè)置該退火條件以確保該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片中的高摻雜區(qū)延伸于該犧牲柵極結(jié)構(gòu)中的犧牲柵極堆疊下方。隨后，移除該犧牲柵極堆疊，以設(shè)置暴露該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分的柵極空腔。移除該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的該暴露部分，以在該柵極空腔下方設(shè)置開口。至少自該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的剩余部分的側(cè)壁外延生長溝道區(qū)。因此，在該溝道區(qū)與該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的剩余部分之間形成突變結(jié)。該突變結(jié)自對準(zhǔn)后續(xù)形成的功能柵極堆疊。

在本申請的一個態(tài)樣中，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括相互隔開并位于襯底上的源區(qū)與漏區(qū)，位于該源區(qū)與該漏區(qū)之間且位于該襯底上的溝道區(qū)，以及位于該溝道區(qū)上方的柵極堆疊。該柵極堆疊的側(cè)壁與該溝道區(qū)的側(cè)壁垂直重合。第一突變結(jié)位于該溝道區(qū)與該源區(qū)之間的界面處，且第二突變結(jié)位于該溝道區(qū)與該漏區(qū)之間的界面處。

在本申請的另一個態(tài)樣中，提供一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在半導(dǎo)體鰭片的部分上方形成犧牲柵極結(jié)構(gòu)。該犧牲柵極結(jié)構(gòu)包括犧牲柵極堆疊以及位于該犧牲柵極堆疊的側(cè)壁上的柵極間隙壁。隨后，在未被該犧牲柵極結(jié)構(gòu)覆蓋的該半導(dǎo)體鰭片的部分上方形成包括第一導(dǎo)電類型的摻雜物的外延半導(dǎo)體層。接著，通過將來自該外延半導(dǎo)體層的該摻雜物擴散進入該半導(dǎo)體鰭片中而形成含摻雜物半導(dǎo)體鰭片。該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片上的摻雜物濃度分布為漸變，以使位于該犧牲柵極堆疊下方的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分與該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的另一部分相比具有較低的摻雜物濃度。在移除該犧牲柵極堆疊以形成暴露該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分的柵極空腔以后，移除該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的該暴露部分，以在該柵極空腔下方設(shè)置開口。隨后，在該開口中形成溝道區(qū)。接著，在該溝道區(qū)上方的該柵極空腔中形成功能柵極堆疊。

附圖說明

圖1a顯示依據(jù)本申請的第一實施例包括在位于半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體鰭片上方所形成的犧牲柵極結(jié)構(gòu)的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖；

圖1b顯示圖1a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖1c顯示圖1a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖2a顯示圖1a至1c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該半導(dǎo)體鰭片的暴露表面上形成外延半導(dǎo)體層以后的自頂向下視圖。

圖2b顯示圖2a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖2c顯示圖2a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖3a顯示圖2a至2c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在形成含摻雜物半導(dǎo)體鰭片以后的自頂向下視圖。

圖3b顯示圖3a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖3c顯示圖3a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖4a顯示圖3a至3c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該外延半導(dǎo)體層及該半導(dǎo)體襯底上方形成層間介電質(zhì)(interleveldielectric；ild)以后的自頂向下視圖。

圖4b顯示圖4a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖4c顯示圖4a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖5a顯示圖4a至4c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在形成柵極空腔以后的自頂向下視圖。

圖5b顯示圖5a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖5c顯示圖5a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖6a顯示圖5a至5c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在移除由該柵極空腔暴露的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分以在該柵極空腔下方設(shè)置開口以后的自頂向下視圖。

圖6b顯示圖6a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖6c顯示圖6a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖7a顯示圖6a至6c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該開口中形成溝道區(qū)以后的自頂向下視圖。

圖7b顯示圖7a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖7c顯示圖7a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖8a顯示圖7a至7c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該柵極空腔中形成功能柵極堆疊以后的自頂向下視圖。

圖8b顯示圖8a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖8c顯示圖8a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖9a顯示圖5a至5c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一變化在由該柵極空腔暴露的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分的側(cè)壁上形成犧牲間隙壁以后的自頂向下視圖。

圖9b顯示圖9a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化沿線b-b’的剖視圖。

圖9c顯示圖9a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化沿線c-c’的剖視圖。

圖10a顯示圖9a至9c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化在移除由該柵極空腔暴露的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的該部分以設(shè)置該開口以后的自頂向下視圖。

圖10b顯示圖10a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化沿線b-b’的剖視圖。

圖10c顯示圖10a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化沿線c-c’的剖視圖。

圖11a顯示圖10a至10c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化在該開口中形成該溝道區(qū)以后的自頂向下視圖。

圖11b顯示圖11a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化沿線b-b’的剖視圖。

圖11c顯示圖11a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第一變化沿線c-c’的剖視圖。

圖12a顯示該第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二變化的自頂向下視圖，其中，采用絕緣體上半導(dǎo)體(semiconductor-on-insulator；soi)襯底替代塊體半導(dǎo)體襯底來形成該半導(dǎo)體鰭片。

圖12b顯示圖12a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線b-b’的剖視圖。

圖12c顯示圖12a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線c-c’的剖視圖。

圖13a顯示圖12a至12c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化在移除由該柵極空腔暴露的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的該部分以設(shè)置該開口以后的自頂向下視圖。

圖13b顯示圖13a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線b-b’的剖視圖。

圖13c顯示圖13a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線c-c’的剖視圖。

圖14a顯示圖13a至13c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化在該開口中形成該溝道區(qū)以后的自頂向下視圖。

圖14b顯示圖14a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線b-b’的剖視圖。

圖14c顯示圖14a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線c-c’的剖視圖。

圖15a顯示圖14a至14c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化在該柵極空腔中形成該功能柵極堆疊以后的自頂向下視圖。

圖15b顯示圖15a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線b-b’的剖視圖。

圖15c顯示圖15a的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的該第二變化沿線c-c’的剖視圖。

圖16a顯示依據(jù)本申請的第二實施例在移除由該柵極空腔暴露的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分的外部以在位于該柵極空腔下方的開口中設(shè)置模板區(qū)以后，可自圖5a至5c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)導(dǎo)出的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的自頂向下視圖。

圖16b顯示圖16a的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖16c顯示圖16a的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖17a顯示圖16a至16c的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該開口中形成溝道區(qū)以后的自頂向下視圖。

圖17b顯示圖17a的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖17c顯示圖17a的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖18a顯示圖17a至17c的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該柵極空腔中形成功能柵極堆疊以后的自頂向下視圖。

圖18b顯示圖18a的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線b-b’的剖視圖。

圖18c顯示圖18a的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)沿線c-c’的剖視圖。

圖19顯示依據(jù)本申請的實施例形成finfet的方法的流程圖。

具體實施方式

下面將通過參照伴隨本申請的下列說明及附圖詳細(xì)說明本申請。要注意的是，本申請的附圖僅用于說明目的，且如此，附圖并非按比例繪制。還要注意的是，類似及相應(yīng)的元件由類似的附圖標(biāo)記表示。

在下面的說明中，闡述大量特定細(xì)節(jié)，例如特定結(jié)構(gòu)、組件、材料、尺寸、制程步驟及技術(shù)，以提供本申請的各種實施例的理解。不過，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解，本申請的各種實施例可在不具有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實施。在其它實例中，為避免模糊本申請，熟知的結(jié)構(gòu)或制程步驟未作詳細(xì)說明。

請參照圖1a至1c，依據(jù)本申請的第一實施例的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括在位于半導(dǎo)體襯底10上的半導(dǎo)體鰭片20上方所形成的犧牲柵極結(jié)構(gòu)。

在一個實施例中并如圖1a中所示，半導(dǎo)體鰭片20可完全由包括半導(dǎo)體材料的塊體半導(dǎo)體襯底形成。該塊體半導(dǎo)體襯底的厚度可為30微米至約2毫米，不過也可采用更小及更大的厚度。

該塊體半導(dǎo)體襯底可包括半導(dǎo)體材料，例如si、ge、sige、sic、sigec或iii-v族化合物半導(dǎo)體。在一個實施例中，該塊體半導(dǎo)體襯底包括單晶半導(dǎo)體材料，例如單晶硅。

該塊體半導(dǎo)體襯底可摻雜有p型或n型摻雜物。在一個實施例中，該摻雜物可為p型摻雜物，包括但不限于硼(b)、鋁(al)、鎵(ga)，以及銦(in)。在另一個實施例中，該摻雜物可為n型摻雜物，包括但不限于銻(sb)、砷(as)，以及磷(p)。該塊體半導(dǎo)體襯底中的該摻雜物濃度可在1x10¹⁴原子/立方厘米至3x10¹⁷原子/立方厘米范圍內(nèi)，不過也可采用更小及更大的摻雜物濃度。

通過使用光刻及蝕刻圖案化該塊體半導(dǎo)體襯底的上部，以形成半導(dǎo)體部分。該光刻步驟包括在該塊體半導(dǎo)體襯底的頂部施加光阻層(未顯示)，將該光阻層曝光于想要的輻射圖案，以及利用傳統(tǒng)的光阻顯影劑顯影該曝光光阻層。該蝕刻制程可為干式蝕刻例如反應(yīng)離子蝕刻(reactiveionetch；rie)和/或濕式化學(xué)蝕刻。該蝕刻制程將該圖案從該圖案化光阻層轉(zhuǎn)移至該塊體半導(dǎo)體襯底中。在將該圖案轉(zhuǎn)移至該塊體半導(dǎo)體襯底中以后，可利用傳統(tǒng)的光阻剝離制程例如灰化來移除該圖案化光阻層。或者，也可利用側(cè)壁圖像轉(zhuǎn)移(sidewallimagetransfer；sit)制程來形成該半導(dǎo)體部分。在典型的sit制程中，在犧牲芯軸上形成間隙壁。移除該犧牲芯軸并使用余下的間隙壁作為硬掩膜來蝕刻該塊體半導(dǎo)體襯底。接著，在形成半導(dǎo)體部分以后移除該間隙壁。

在形成該半導(dǎo)體部分以后，形成絕緣體層12，其橫向包圍該半導(dǎo)體部分的下部。為形成絕緣體層12，可首先在該半導(dǎo)體部分的相對側(cè)上所蝕刻的溝槽(未顯示)中沉積介電材料。絕緣體層12可包括介電氧化物例如二氧化硅，并可通過沉積制程例如化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition；cvd)或物理氣相沉積(physicallyvapordeposition；pvd)形成。接著，可回蝕刻絕緣體層12以暴露該半導(dǎo)體部分的上部?？刹捎梅堑认蛐晕g刻例如rie，以相對該半導(dǎo)體部分的該半導(dǎo)體材料選擇性移除絕緣體層12的該介電材料。突出于絕緣體層12上方的該半導(dǎo)體部分的該上部構(gòu)成半導(dǎo)體鰭片20。被絕緣體層12橫向包圍的該半導(dǎo)體部分的該下部與該塊體半導(dǎo)體襯底的未圖案化部分一起構(gòu)成半導(dǎo)體襯底10。

所形成的半導(dǎo)體鰭片20可具有矩形水平橫截面積。半導(dǎo)體鰭片20的寬度可為5納米至100納米，不過也可采用更小及更大的寬度。半導(dǎo)體鰭片20的高度可為10納米至200納米，不過也可采用更小及更大的寬度。

在形成半導(dǎo)體鰭片20以后，在半導(dǎo)體鰭片20上方形成該犧牲柵極結(jié)構(gòu)。通過絕緣體層12將該犧牲柵極結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體襯底10隔開。該犧牲柵極結(jié)構(gòu)包括：自下而上由犧牲柵極介電質(zhì)32、犧牲柵極導(dǎo)體34及犧牲柵極覆蓋層36構(gòu)成的犧牲柵極堆疊，以及位于該犧牲柵極堆疊(32、34、36)的側(cè)壁上的柵極間隙壁38。在本申請的一些實施例中，可省略犧牲柵極介電質(zhì)32和/或犧牲柵極覆蓋層36。

為形成犧牲柵極堆疊(32、34、36)，可首先在半導(dǎo)體鰭片20及絕緣體層12上方設(shè)置自下而上包括犧牲柵極介電層、犧牲柵極導(dǎo)體層以及犧牲柵極覆蓋層的材料堆疊(未圖示)。在本申請的一些實施例中以及如上所述，可省略該犧牲柵極介電層。如有的話，該犧牲柵極介電層包括介電材料，例如氧化物或氮化物。在一個實施例中，該犧牲柵極介電層由氧化硅、氮化硅或氧氮化硅組成。該犧牲柵極介電層可通過包括但不限于cvd或pvd的傳統(tǒng)沉積制程形成。該犧牲柵極介電層也可通過轉(zhuǎn)變半導(dǎo)體鰭片20的表面部分形成。所形成的該犧牲柵極介電層可具有1納米至10納米的厚度，不過也可采用更小及更大的厚度。

該犧牲柵極導(dǎo)體層可包括半導(dǎo)體材料例如多晶硅，或含硅半導(dǎo)體合金例如硅-鍺合金。該犧牲柵極導(dǎo)體層可通過使用cvd或pecvd形成。所形成的該犧牲柵極導(dǎo)體層可具有20納米至300納米的厚度，不過也可采用更小及更大的厚度。

該犧牲柵極覆蓋層可包括介電材料，例如氧化物、氮化物或氧氮化物。在一個實施例中，該犧牲柵極覆蓋層由氮化硅組成。該犧牲柵極覆蓋層可利用包括cvd及pecvd的傳統(tǒng)沉積制程形成。所形成的該犧牲柵極覆蓋層可具有10納米至200納米的厚度，不過也可采用更小及更大的厚度。

接著，通過光刻及蝕刻來圖案化該材料堆疊，以形成該犧牲柵極堆疊(32、34、36)。具體地說，在該材料堆疊的最頂部表面上方施加光阻層(未圖示)，并通過光刻曝光及顯影光刻圖案化該光阻層。通過蝕刻(可為非等向性蝕刻，例如rie)將該光阻層中的圖案轉(zhuǎn)移至該材料堆疊中。在該圖案轉(zhuǎn)移以后，該材料堆疊的剩余部分構(gòu)成該犧牲柵極堆疊(32、34、36)。隨后，可移除該光阻層的剩余部分。

柵極間隙壁38可包括介電材料，例如氧化物、氮化物、氧氮化物，或其組合。例如，柵極間隙壁38可由氮化硅、硅硼碳氮化物(sibcn)或硅碳氧氮化物(siocn)組成。為形成柵極間隙壁38，可首先在犧牲柵極堆疊(32、34、36)、半導(dǎo)體鰭片20及絕緣體層12的暴露表面上共形沉積柵極間隙壁材料層(未顯示)，接著蝕刻該柵極間隙壁材料層，以移除該柵極間隙壁材料層的水平部分。該柵極間隙壁材料層可通過包括例如cvd、pecvd或pvd的共形沉積制程來設(shè)置。該共形柵極間隙壁材料層的該蝕刻可通過干式蝕刻制程例如rie執(zhí)行。該柵極間隙壁材料層的剩余部分構(gòu)成柵極間隙壁38。在柵極間隙壁38的基部所測量的柵極間隙壁38的寬度可為5納米至100納米，不過也可采用更小及更大的寬度。

請參照圖2a至2c，利用選擇性外延生長制程在半導(dǎo)體鰭片20的暴露表面上形成外延半導(dǎo)體層40。術(shù)語“外延生長和/或沉積”是指在半導(dǎo)體材料的沉積表面上生長半導(dǎo)體材料，其中，所生長的該半導(dǎo)體材料具有與該沉積表面的該半導(dǎo)體材料相同(或幾乎相同)的結(jié)晶特性。在該選擇性生長制程期間，所沉積的半導(dǎo)體材料僅生長于暴露半導(dǎo)體表面上，也就是位于該犧牲柵極結(jié)構(gòu)(32、34、36、38)的相對側(cè)上的半導(dǎo)體鰭片20的部分上，而不生長于介電表面上，例如絕緣體層12、犧牲柵極覆蓋層36及柵極間隙壁28的表面上。外延半導(dǎo)體層40提供半導(dǎo)體裝置的抬升式源區(qū)及抬升式漏區(qū)(總稱為抬升式源/漏區(qū))。

在該選擇性外延生長制程期間，用p型或n型摻雜物原位摻雜外延半導(dǎo)體層40?；蛘?，可執(zhí)行離子注入，以在該選擇性外延生長制程之前或之后向外延半導(dǎo)體層40中引入摻雜物。該注入也可在沒有生長外延層40的情況下執(zhí)行。如果該塊體半導(dǎo)體襯底經(jīng)摻雜，則該外延半導(dǎo)體層40及該注入的導(dǎo)電類型與該塊體半導(dǎo)體襯底的導(dǎo)電類型相反。例如，如果該塊體半導(dǎo)體襯底摻雜有p型摻雜物，則外延半導(dǎo)體層40可摻雜有n型摻雜物，以及反之亦然。在一個實施例中，外延半導(dǎo)體層40具有1x10²¹原子/立方厘米或更高的摻雜物濃度。

外延半導(dǎo)體層40可由si、sige、ge、復(fù)合半導(dǎo)體或其組合組成。在一個實施例中，外延半導(dǎo)體層40由適用于p型finfet的硼摻雜sige組成。依據(jù)該p型finfet的設(shè)計要求，也可使用其它p型摻雜物。在另一個實施例中，外延半導(dǎo)體層40由適用于n型finfet的磷(也可使用其它n型摻雜物)摻雜硅或硅碳(si:c)組成。依據(jù)該n型finfet的設(shè)計要求，也可使用其它n型摻雜物。

請參照圖3a至3c，將來自外延半導(dǎo)體層40的該摻雜物擴散進入半導(dǎo)體鰭片20中，以形成含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22。由于該摻雜物的該橫向擴散，含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22具有不均勻的摻雜物濃度分布，從而含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22中的摻雜物濃度隨著與半導(dǎo)體鰭片20與外延半導(dǎo)體層40之間的界面的距離增加而降低。也就是說，含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的摻雜物濃度向著該柵極堆疊(32、34、36)下方的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的中心逐漸降低。在一個實施例中，含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的摻雜物濃度可在該柵極堆疊(32、34、36)下方的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的中心附近降至零。

在一個實施例中，可通過退火制程將來自外延半導(dǎo)體層40的該摻雜物擴散進入半導(dǎo)體鰭片20中，該退火制程包括但不限于快速熱退火、爐退火、閃光燈退火、激光退火，或其組合。選擇特定的退火制程以使位于柵極間隙壁38下方的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的部分高摻雜，從而確保柵極間隙壁38下方的低電阻率。在一個實施例中，可采用快速熱退火來形成含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22。該退火制程可在800℃至1400℃范圍內(nèi)的溫度下進行。

在一個實施例中并如3b中所示，在退火以后，含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22可由第一區(qū)域22a(為高摻雜區(qū)域)及第二區(qū)域22b(為輕摻雜區(qū)域)組成。如本文中所使用的那樣，高摻雜區(qū)域是具有超過1x10¹⁹原子/立方厘米的摻雜物濃度的區(qū)域。如本文中所使用的那樣，輕摻雜區(qū)域是具有低于1x10¹⁹原子/立方厘米的摻雜物濃度的區(qū)域。在一個實施例中，鄰近柵極間隙壁38的第一區(qū)域22a的側(cè)壁與柵極間隙壁38的內(nèi)側(cè)壁對齊(未圖示)。在另一個實施例并如圖3b中所示，第一區(qū)域22a可延伸超過柵極間隙壁38的內(nèi)側(cè)壁并進入犧牲柵極介電質(zhì)32正下方的區(qū)域中。第一區(qū)域22a與該犧牲柵極堆疊(32、34、36)的該重疊確保柵極間隙壁38的底部表面的全部與含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該高摻雜區(qū)域(也就是第一區(qū)域22a)接觸。因此，柵極間隙壁38下方的鰭片電阻降低。

請參照圖4a至4c，在外延半導(dǎo)體層40及絕緣體層12上方形成層間介電(ild)層50。ild層50橫向包圍該犧牲柵極結(jié)構(gòu)(32、34、36、38)。在本申請的一些實施例中，ild層50由可被輕易平坦化的介電材料組成。例如，ild層50可包括摻雜硅酸鹽玻璃、未摻雜硅酸鹽玻璃(氧化硅)、有機硅酸鹽玻璃(organosilicate；osg)、多孔介電材料或非晶碳。ild層50可通過使用傳統(tǒng)沉積制程例如cvd、pecvd或旋涂沉積，接著例如通過使用犧牲柵極覆蓋層36的頂部表面作為蝕刻停止層透過cmp(化學(xué)機械拋光)平坦化。如此，ild50的頂部表面與犧牲柵極覆蓋層36的頂部表面共面。

請參照圖5a至5c，移除該犧牲柵極堆疊(32、34、36)以設(shè)置柵極空腔52。利用至少一個蝕刻可相對半導(dǎo)體鰭片20的該半導(dǎo)體材料以及柵極間隙壁38、ild層50及絕緣體層12的該介電材料選擇性移除該犧牲柵極堆疊(32、34、36)的各種組件。該蝕刻可為濕式蝕刻，例如氨蝕刻，或干式蝕刻，例如rie。如此，柵極空腔52形成于移除該犧牲柵極堆疊(32、34、36)后的容積內(nèi)并由柵極間隙壁38的內(nèi)側(cè)壁橫向限制。柵極空腔52暴露含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的部分(也就是整個第二區(qū)域22b以及與第二區(qū)域22b鄰接的第一區(qū)域22a的部分)。

請參照圖6a至6c，完全移除由柵極空腔52暴露的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該部分。可采用非等向性蝕刻來相對柵極間隙壁38、ild層50及絕緣體層12的該介電材料選擇性移除含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該半導(dǎo)體材料。該非等向性蝕刻可為干式蝕刻例如rie，或濕式蝕刻。如此，在移除含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分以后，在柵極空腔52下方形成開口54。開口54暴露半導(dǎo)體襯底10的頂部表面。在本文中將含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的剩余部分(也就是第一區(qū)域22a的剩余部分)稱為延伸區(qū)26。延伸區(qū)26是半導(dǎo)體裝置的源/漏區(qū)的組成部分。延伸區(qū)26的側(cè)壁與柵極間隙壁38的內(nèi)側(cè)壁垂直重合。

請參照圖7a至7c，通過選擇性外延生長制程在開口54中形成溝道區(qū)60。在該選擇性外延生長制程期間，該半導(dǎo)體材料僅自暴露的半導(dǎo)體表面(也就是延伸區(qū)26的物理暴露側(cè)壁以及半導(dǎo)體襯底10的頂部表面)生長，而不在介電表面例如絕緣體層12、柵極間隙壁38及ild層50的表面上生長。持續(xù)該選擇性外延生長制程直至溝道區(qū)60的頂部表面與延伸區(qū)26的頂部表面共面。

溝道區(qū)60可包括與半導(dǎo)體鰭片20的半導(dǎo)體材料相同或不同的半導(dǎo)體材料。在一個實施例中且當(dāng)半導(dǎo)體鰭片20由硅組成時，溝道區(qū)60可包括鍺。

在一個實施例中，溝道區(qū)60被設(shè)置為本征半導(dǎo)體區(qū)并與半導(dǎo)體襯底10及延伸區(qū)26外延對齊。在另一個實施例中，溝道區(qū)60被設(shè)置為包含摻雜物的摻雜半導(dǎo)體區(qū)，該摻雜物具有與外延半導(dǎo)體層40及延伸區(qū)26中的摻雜物相反的導(dǎo)電類型。因此，當(dāng)延伸區(qū)26包含n型摻雜物時，溝道區(qū)60可包括p型摻雜物，以及反之亦然。溝道區(qū)60經(jīng)輕摻雜并具有比延伸區(qū)26的摻雜物濃度小至少10倍的摻雜物濃度。例如，溝道區(qū)60的摻雜物濃度可為1x10¹⁷原子/立方厘米至1x10¹⁹原子/立方厘米。溝道區(qū)60可在該外延生長制程期間被原位摻雜，或者在生長本征半導(dǎo)體材料以后通過后續(xù)離子注入制程摻雜。在本申請的一些實施例中，在形成溝道區(qū)60以后，可執(zhí)行退火，以優(yōu)化溝道區(qū)60與相鄰延伸區(qū)26之間的鏈接。

在溝道區(qū)60與延伸區(qū)26之間的界面處形成一對突變結(jié)。突變結(jié)是摻雜濃度變化非常陡峭之處。出于本申請的目的，突變結(jié)是小于3nm/decade的結(jié)，意味著在3納米內(nèi)濃度變化10倍。

在本申請中，通過自延伸區(qū)26的側(cè)壁及半導(dǎo)體襯底10的頂部表面重新生長溝道區(qū)60以在高摻雜延伸區(qū)26之間設(shè)置未摻雜或輕摻雜溝道區(qū)，可獲得突變結(jié)。另外，由于延伸區(qū)26的側(cè)壁與柵極間隙壁38的內(nèi)側(cè)壁垂直重合，因此在本申請中所形成的該突變結(jié)與隨后在柵極空腔52中所形成的功能柵極堆疊自對準(zhǔn)。通過消除該柵極與該溝道之間的重疊，可因此降低短溝道效應(yīng)。如此，本申請的該結(jié)形成制程允許同時減小該柵極間隙壁下方的電阻并最大限度地降低短溝道效應(yīng)。

請參照圖8a至8c，在橫跨溝道區(qū)60的柵極空腔52中形成功能柵極堆疊。該功能柵極堆疊自下而上包括柵極介電質(zhì)72、柵極導(dǎo)體74以及柵極覆蓋76。該功能柵極堆疊(72、74、76)以及位于該功能柵極堆疊(72、74、76)的相對側(cè)壁上的柵極間隙壁38構(gòu)成功能柵極結(jié)構(gòu)。

為形成該功能柵極堆疊(72、74、76)，可首先在柵極空腔52的底部表面及側(cè)壁以及ild層50的頂部表面上沉積共形柵極介電層(未顯示)。該柵極介電層可為具有大于8.0的介電常數(shù)的高介電常數(shù)(高k)材料層。示例高k材料包括但不限于hfo2、zro2、la2o3、al2o3、tio2、srtio3、laalo3、y2o3、hfoxny、zroxny、la2oxny、al2oxny、tioxny、srtioxny、laaloxny、y2oxny、sion、sinx、其硅酸鹽，以及其合金。各x值獨立為0.5至3，且各y值獨立為0至2。在一個實施例中，該柵極介電層包括hfo2。該柵極介電層可通過傳統(tǒng)沉積制程形成，該傳統(tǒng)沉積制程包括但不限于cvd、pvd、原子層沉積(atomiclayerdeposition；ald)、分子束外延(molecularbeamepitaxy；mbe)、離子束沉積、電子束沉積，以及激光輔助沉積。所形成的該柵極介電層可具有0.9納米至6納米范圍內(nèi)的厚度，不過也可采用更小及更大的厚度。該柵極介電層可具有1納米級或小于1納米的有效氧化物厚度。

接著，用柵極導(dǎo)體層(未顯示)填充柵極空腔52的剩余容積。該柵極導(dǎo)體層可包括任意導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料可為摻雜半導(dǎo)體材料或金屬材料，例如鎢、鈦、鉭、鋁、鎳、釕、鈀以及鉑。在一個實施例中，該柵極導(dǎo)體層由鎢組成。

該柵極導(dǎo)體層可利用傳統(tǒng)沉積制程形成，該傳統(tǒng)沉積制程包括例如cvd、pecvd、pvd、濺鍍、化學(xué)溶液沉積以及ald。當(dāng)使用含硅材料作為該柵極導(dǎo)體層時，可通過使用原位摻雜沉積制程或通過使用沉積之一，接著例如離子注入或氣相摻雜步驟(在該步驟中將適當(dāng)雜質(zhì)引入該含硅材料中)以適當(dāng)雜質(zhì)摻雜該含硅材料。

在本申請的一些實施例中，在形成該柵極導(dǎo)體層之前，采用cvd、濺鍍或鍍覆(plating)可在該柵極介電層上方共形沉積功函數(shù)金屬層(未顯示)。該功函數(shù)金屬層所包括的金屬的功函數(shù)適于調(diào)整后續(xù)形成的finfet的功函數(shù)。該功函數(shù)金屬層的厚度可為3納米至15納米，不過也可采用更小及更大的厚度。

例如通過cmp可移除形成于ild層50的頂部表面上方的該柵極導(dǎo)體層的該部分。隨后也可移除形成于ild層50的頂部表面上方的該柵極介電層的該部分。在一些實施例中以及如圖所示，利用干式蝕刻或濕式蝕刻可凹入該柵極導(dǎo)體層的剩余部分以及該柵極介電層的剩余部分，以在該柵極空腔52中設(shè)置孔洞(未圖示)。該柵極導(dǎo)體層的剩余部分構(gòu)成柵極導(dǎo)體74，且該柵極介電層的剩余部分構(gòu)成柵極介電質(zhì)72。

接著，在柵極空腔52中的柵極介電質(zhì)72及柵極導(dǎo)體74上方沉積柵極覆蓋材料并對其平坦化，以填充在凹入該柵極導(dǎo)體層及該柵極介電層以后所形成的該孔洞。示例柵極覆蓋材料包括但不限于氮化硅、硅碳氮化物，或硅硼碳氮化物。利用傳統(tǒng)的沉積制程例如cvd或pecvd可執(zhí)行該柵極覆蓋材料的沉積。在該柵極覆蓋材料的該沉積以后，接著例如通過cmp使用ild層50的頂部表面作為蝕刻停止可平坦化該沉積的柵極覆蓋材料，從而設(shè)置柵極覆蓋76。柵極覆蓋76的頂部表面可與ild層50的頂部表面共面。

在本申請中，該功能柵極堆疊(72、74、76)下方的該溝道區(qū)的主要部分保持本征或輕摻雜，因此可最大限度地降低短溝道效應(yīng)。

請參照圖9a至9c，通過在柵極空腔52中的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的側(cè)壁上形成犧牲間隙壁80，可自圖5a至5c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)導(dǎo)出本申請的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一變化。犧牲間隙壁80可包括與含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的半導(dǎo)體材料不同的材料。例如，犧牲間隙壁80可包括介電材料例如氮化硅或氧氮化硅、介電金屬氧化物、介電金屬氮化物，或非晶碳。為形成犧牲間隙壁80，可例如在含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22、絕緣體層12、柵極間隙壁38以及ild層50的該物理暴露表面上沉積共形犧牲間隙壁材料層(未顯示)，以及非等向性蝕刻該共形犧牲間隙壁材料層。通過非等向性蝕刻移除該共形犧牲間隙壁材料層的水平部分，且位于含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的側(cè)壁上的該共形犧牲間隙壁材料層的剩余垂直部分構(gòu)成犧牲柵極間隙壁80。犧牲間隙壁80橫向包圍含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分。

請參照圖10a至10c，通過執(zhí)行圖6a至6c的制程步驟完全移除暴露于柵極空腔52中的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該部分。含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的該移除提供被犧牲間隙壁80橫向包圍的開口154。如此，通過犧牲間隙壁80定義開口154的橫向尺寸。

請參照圖11a至11c，通過執(zhí)行圖7a至7c的制程步驟在開口154中形成溝道區(qū)60。由于開口154由該犧牲間隙壁定義，因此在該沉積期間，溝道區(qū)60的該生長被犧牲間隙壁80橫向限制。如此，半導(dǎo)體鰭片20的初始形狀被保持。

在形成溝道區(qū)60以后，通過蝕刻(可為等向性蝕刻)相對溝道區(qū)60選擇性移除犧牲間隙壁80。在一個實施例中，可通過濕式蝕刻移除犧牲間隙壁80。例如，如果犧牲間隙壁80包括氮化硅，則犧牲間隙壁80可通過采用熱磷酸的濕式蝕刻移除。

隨后，通過執(zhí)行圖8a至8c的制程步驟，可在柵極空腔52中形成該功能柵極堆疊，以橫跨溝道區(qū)60。

請參照圖12a至12c，該第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二變化可采用絕緣體上半導(dǎo)體(soi)襯底替代塊體半導(dǎo)體襯底來形成半導(dǎo)體鰭片20。該soi襯底自下而上包括操作襯底6、埋置絕緣體層8以及頂部半導(dǎo)體層(未顯示)，半導(dǎo)體鰭片20由該頂部半導(dǎo)體層形成。

操作襯底6可包括半導(dǎo)體材料例如si、ge、sige、sic、sigec或iii-v族化合物半導(dǎo)體。該操作襯底向該埋置絕緣體層及該頂部半導(dǎo)體層提供機械支撐。該操作襯底的厚度可為30微米至約2納米，不過也可采用更小及更大的厚度。

埋置絕緣體層8可包括介電材料例如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮化硼或其組合。在一個實施例中，埋置絕緣體層8可通過沉積制程例如化學(xué)氣相沉積(cvd)或物理氣相沉積(pvd)形成。在另一個實施例中，埋置絕緣體層8可通過使用熱生長制程例如熱氧化形成，以轉(zhuǎn)換該操作襯底的表面部分。埋置絕緣體層8的厚度可為50納米至200納米，不過也可采用更小或更大的厚度。

該頂部半導(dǎo)體層可包括半導(dǎo)體材料例如si、ge、sige、sic、sigec，以及iii-v族化合物半導(dǎo)體例如inas、gaas或inp。該頂部半導(dǎo)體層與該操作襯底的半導(dǎo)體材料可相同或不同。通常，該操作襯底及該頂部半導(dǎo)體層分別包括單晶半導(dǎo)體材料，例如單晶硅。

該頂部半導(dǎo)體層可通過沉積制程例如cvd或等離子體增強型化學(xué)氣相沉積(plasmaenhancedchemicalvapordeposition；pecvd)形成。所形成的該頂部半導(dǎo)體層可具有10納米至200納米的厚度，不過也可采用更小或更大的厚度。或者，該頂部半導(dǎo)體層可通過使用智能切割(smartcut)制程形成，其中，將兩個半導(dǎo)體晶圓通過位于兩者之間的絕緣體結(jié)合在一起。

半導(dǎo)體鰭片20可通過執(zhí)行上面圖1a至1c中所述的光刻及蝕刻制程形成。在形成半導(dǎo)體鰭片20以后，可執(zhí)行圖1a至1c的制程步驟，以在半導(dǎo)體鰭片20上方形成該犧牲柵極結(jié)構(gòu)(32、34、36、38)。

請參照圖13a至13c，順序執(zhí)行圖2a至2c、3a至3c、4a至4c、5a至5c以及6a至6c的制程步驟，以形成外延半導(dǎo)體層40、ild層50、柵極空腔52、開口54以及橫向包圍開口54的延伸區(qū)26。開口54暴露埋置絕緣體層8的頂部表面。在形成開口54之前可選擇性形成該犧牲間隙壁并在后續(xù)制程中移除該犧牲間隙壁。

請參照圖14a至14c，執(zhí)行圖7a至7b的制程步驟，以在開口54內(nèi)形成溝道區(qū)60。在此情況下，設(shè)置溝道區(qū)60的半導(dǎo)體材料僅自延伸區(qū)26的暴露側(cè)壁表面生長，而不自介電表面例如埋置絕緣體層8、柵極間隙壁38以及ild層50生長。

請參照圖15a至15c，執(zhí)行圖8a至8c的制程步驟，以在柵極空腔52中形成該功能柵極堆疊(72、74、76)。

請參照圖16a至16c，在移除由柵極空腔52暴露的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的部分的外部以后，可自圖5a至5c的第一示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)導(dǎo)出依據(jù)本申請的第二實施例的第二示例半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。通過等向性蝕刻移除含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的該外部，該等向性蝕刻可為干式蝕刻或濕式蝕刻。含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22a的該暴露部分的該外部的該移除也暴露半導(dǎo)體襯底10的部分。含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的剩余內(nèi)部是含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22中的最少摻雜區(qū)，因此可被用作溝道區(qū)形成中半導(dǎo)體材料的外延生長的模板。本文將含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的該剩余內(nèi)部稱為模板區(qū)224。與受柵極間隙壁38及ild層50保持保護的含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的那些部分相比，模板區(qū)224更薄且更短。含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該剩余部分提供延伸區(qū)26。含摻雜物半導(dǎo)體鰭片22的該暴露部分的該外部的該移除在柵極空腔52下方形成開口254。

請參照圖17a至17c，通過執(zhí)行圖7a至7c的制程步驟，在開口254中的暴露半導(dǎo)體表面上形成溝道區(qū)260(也就是延伸區(qū)26的側(cè)壁、該半導(dǎo)體襯底的頂部表面以及模板區(qū)224的頂部表面及側(cè)壁)。溝道區(qū)260可包括與模板區(qū)224的半導(dǎo)體材料相同或不同的半導(dǎo)體材料。在一個實施例且當(dāng)模板區(qū)224由硅組成時，溝道區(qū)260可包括鍺。

在溝道區(qū)260的側(cè)壁與延伸區(qū)26的側(cè)壁之間的界面處形成一對突變結(jié)。延伸區(qū)26的側(cè)壁與柵極間隙壁38的內(nèi)側(cè)壁垂直重合。因此，實現(xiàn)突變結(jié)與柵極空腔52中所形成的功能柵極堆疊自對準(zhǔn)。

請參照圖18a至18c，通過執(zhí)行圖9a至9c的制程步驟，在柵極空腔52內(nèi)形成自下而上包括柵極介電質(zhì)72、柵極導(dǎo)體74及柵極覆蓋的功能柵極堆疊。

圖19顯示依據(jù)本申請的實施例形成finfet的方法的流程圖1900。在步驟1902中，形成半導(dǎo)體鰭片。在步驟1904中，形成犧牲柵極結(jié)構(gòu)。在步驟1906中，形成外延半導(dǎo)體層。在步驟1908中，形成含摻雜物半導(dǎo)體鰭片。在步驟1910中，形成柵極空腔。在步驟1912中，在由該柵極空腔暴露的該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的部分的側(cè)壁上形成犧牲間隙壁。在步驟1914中，移除該含摻雜物半導(dǎo)體鰭片的該暴露部分，以在該柵極空腔下方設(shè)置開口。在一些實施例中，步驟1914可在步驟1910之后執(zhí)行，而不執(zhí)行步驟1912。在步驟1916中，在該開口中重新生長溝道區(qū)。

盡管針對本申請的各種實施例已詳細(xì)顯示并說明本申請，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可在形式及細(xì)節(jié)上作上述及其它修改而不背離本申請的精神及范圍。因此，本申請并不限于所述及所示的確切形式及細(xì)節(jié)，而是落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。