半導(dǎo)體裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域，特別是涉及一種具有鰭狀結(jié)構(gòu)的非平面半導(dǎo)體裝置及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著場效晶體管(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)場效晶體管元件，例如多柵極場效晶體管(mult1-gate M0SFET)元件及鰭式場效晶體管(fin field effect transistor, FinFET)元件取代平面晶體管元件已成為目前的主流發(fā)展趨趨勢。由于非平面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，可進一步增加?xùn)艠O對于載流子通道區(qū)域的控制，從而降低小尺寸元件面臨的由源極引發(fā)的能帶降低(drain induced barrier lowering, DIBL)效應(yīng)，并可以抑制短通道效應(yīng)(short channel effect, SCE)。此外，相較于平面式場效晶體管元件，非平面晶體管元件在同樣的柵極長度下具有較寬的通道寬度，因而也可提供加倍的漏極驅(qū)動電流。
[0003]另一方面，目前業(yè)界還發(fā)展出所謂的「應(yīng)變娃(strained-silicon)技術(shù)」，以進一步增加晶體管元件的載流子遷移率。舉例來說，其中一種主流的應(yīng)變硅技術(shù)是將硅鍺(SiGe)或石圭碳(SiC)等晶格常數(shù)(lattice constant)不同于單晶石圭(single crystal Si)的外延結(jié)構(gòu)設(shè)置于半導(dǎo)體元件的源/漏極區(qū)域。由于硅鍺外延結(jié)構(gòu)及硅碳外延結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)分別比單晶硅大及小，使得與外延結(jié)構(gòu)相鄰的載流子通道會感受到一外加應(yīng)力，而產(chǎn)生了晶格以及帶結(jié)構(gòu)(band structure)的改變。在此情況之下，載流子遷移率以及相對應(yīng)場效晶體管的速度均會有效提升。
[0004]然而，隨著半導(dǎo)體元件的尺度不斷減縮，即便同時采用非平面場效晶體管元件以及在源/漏極區(qū)域形成外延結(jié)構(gòu)，仍無法有效提升半導(dǎo)體元件的驅(qū)動電流，因此仍需要提供一種半導(dǎo)體元件及其制作方法，以滿足對驅(qū)動電流的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置及其制作方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供一種半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置包括鰭狀結(jié)構(gòu)、外延結(jié)構(gòu)以及柵極結(jié)構(gòu)。鰭狀結(jié)構(gòu)設(shè)置于基板上，外延結(jié)構(gòu)僅設(shè)置于鰭狀結(jié)構(gòu)的頂面上而且完全覆蓋住鰭狀結(jié)構(gòu)的頂面，其中外延結(jié)構(gòu)具有一圓弧頂面。柵極結(jié)構(gòu)覆蓋住鰭狀結(jié)構(gòu)以及外延結(jié)構(gòu)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明另一實施例，提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，可應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置半成品。半導(dǎo)體裝置半成品包括基板、鰭狀結(jié)構(gòu)以及絕緣結(jié)構(gòu)，其中鰭狀結(jié)構(gòu)以及絕緣結(jié)構(gòu)均設(shè)置于基板上。制作方法包括蝕刻鰭狀結(jié)構(gòu)的頂面，在蝕刻鰭狀結(jié)構(gòu)的頂面之后，僅于鰭狀結(jié)構(gòu)的頂面上成長外延結(jié)構(gòu)，其中外延結(jié)構(gòu)具有圓弧頂面。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體裝置的局部俯視圖；
[0009]圖2是本發(fā)明第一實施例沿著圖1剖線所繪制的半導(dǎo)體裝置的剖視圖；
[0010]圖3是本發(fā)明第一實施例沿著圖1剖線所繪制的半導(dǎo)體裝置的剖視圖；
[0011]圖4至圖7是本發(fā)明一實施例半導(dǎo)體裝置的制造方法示意圖；
[0012]圖8至圖10是本發(fā)明另一實施例半導(dǎo)體裝置的制造方法示意圖。
[0013]圖11是本發(fā)明又一實施例半導(dǎo)體裝置的制造方法示意圖。
[0014]主要元件符號說明
[0015]10基底10a主表面
[0016]12突起結(jié)構(gòu)13鰭狀結(jié)構(gòu)
[0017]14柵極結(jié)構(gòu)16源極區(qū)域
[0018]18漏極區(qū)域20金屬接觸結(jié)構(gòu)
[0019]30絕緣結(jié)構(gòu)30a 頂面
[0020]32介電層34間隙壁
[0021]40外延結(jié)構(gòu)42主要電流路徑
[0022]50蝕刻制作工藝54外延成長制作工藝
[0023]
[0024]56蝕刻制作工藝60虛置柵極結(jié)構(gòu)
[0025]62柵極溝槽100半導(dǎo)體裝置
[0026]100’ 半導(dǎo)體裝置半成品 101下層基底
[0027]102絕緣結(jié)構(gòu)121頂面
[0028]141柵極介電層142功函數(shù)層
[0029]143柵極金屬層144 蓋層
[0030]341下層間隙壁342上層間隙壁
[0031]401圓弧頂面402平坦界面
[0032]601柵極介電層602 虛置柵極電極層
[0033]603蓋層Η:聞度
[0034]H2高度H3初始高度
[0035]H4減縮高度Ητ總和高度
[0036]ff!寬度W2寬度
【具體實施方式】
[0037]在下文中，加以陳述本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的【具體實施方式】，以使本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常技術(shù)者可據(jù)以實施本發(fā)明。該些【具體實施方式】可參考相對應(yīng)的附圖，使該些附圖構(gòu)成實施方式的一部分。雖然本發(fā)明的實施例公開如下，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)，可作些許的更動與潤飾。
[0038]圖1是本發(fā)明第一實施例的半導(dǎo)體裝置的局部俯視圖。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，圖1所示的半導(dǎo)體裝置100至少包括一基底10、至少二設(shè)置于基底10上的鰭狀結(jié)構(gòu)13、僅設(shè)置在各鰭狀結(jié)構(gòu)13頂面上的外延結(jié)構(gòu)40、柵極結(jié)構(gòu)14、源極區(qū)域16、漏極區(qū)域18以及至少二分別電連接于源極區(qū)域16和漏極區(qū)域18的金屬接觸結(jié)構(gòu)20。
[0039]上述基底10的主表面10a可具有一預(yù)定晶面，且鰭狀結(jié)構(gòu)13的長軸軸向平行于一晶向。舉例來說，對于一塊硅基底而言，上述預(yù)定晶面可以是(100)晶面。鰭狀結(jié)構(gòu)13的頂面也可具有(100)晶面，且鰭狀結(jié)構(gòu)13可沿著〈110〉晶向延伸，但晶面與晶向不限于此。柵極結(jié)構(gòu)14可以橫跨鰭狀結(jié)構(gòu)以及外延結(jié)構(gòu)40。源極區(qū)域16和漏極區(qū)域18分別設(shè)置于柵極結(jié)構(gòu)14的兩側(cè)，其可以例如是設(shè)置在柵極結(jié)構(gòu)14兩側(cè)的外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)或是設(shè)置在疊覆于外延結(jié)構(gòu)40上的其他外延結(jié)構(gòu)(圖未示)內(nèi)。金屬接觸結(jié)構(gòu)20可以分別電連接源極區(qū)域16和漏極區(qū)域18，使得電信號可以經(jīng)由金屬接觸結(jié)構(gòu)20而在源極區(qū)域16和漏極區(qū)域18間傳遞。此外，也可以額外設(shè)置電連接至柵極結(jié)構(gòu)14的另一金屬接觸結(jié)構(gòu)(圖未示)，以傳遞開、關(guān)載流子通道的電信號至柵極結(jié)構(gòu)14。
[0040]圖2是本發(fā)明第一實施例沿著圖1剖線所繪制的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。根據(jù)圖2所示的半導(dǎo)體裝置100剖視圖，外延結(jié)構(gòu)40具有一由下往上漸縮的寬度，致使其具有一圓弧頂面401。此外，其成分優(yōu)選不同于下方鰭狀結(jié)構(gòu)13的成分，致使兩者可具有相異的晶格常數(shù)(lattice constant)。舉例來說，當(dāng)外延結(jié)構(gòu)40設(shè)置于P型場效晶體管內(nèi)時，則夕卜延結(jié)構(gòu)40內(nèi)成分的晶格常數(shù)優(yōu)選大于鰭狀結(jié)構(gòu)13主體成分的晶格常數(shù)，例如當(dāng)鰭狀結(jié)構(gòu)13的主要組成是娃時，外延結(jié)構(gòu)40組成可例如是娃鍺(S1: xGex, X < 1)。選擇性地，外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)的鍺濃度可以由外延結(jié)構(gòu)40下部往上部漸增或是由外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)部往外部漸增，但不限于此。另一方面，當(dāng)外延結(jié)構(gòu)40設(shè)置于N型場效晶體管內(nèi)時，則外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)成分的晶格常數(shù)優(yōu)選小于鰭狀結(jié)構(gòu)13主體成分的晶格常數(shù)，例如當(dāng)鰭狀結(jié)構(gòu)13的主要組成是硅時，夕卜延結(jié)構(gòu)40組成可例如是娃碳(S1: XCX, X〈l)、娃磷(SiP)或其他合適組成。選擇性地，外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)的碳濃度可以由外延結(jié)構(gòu)40下部往上部漸增或是由外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)部往外部漸增，但不限于此。
[0041]本實施例的一特征在于，當(dāng)半導(dǎo)體裝置100處于一開啟狀態(tài)(on-state)時，與柵極結(jié)構(gòu)14重疊的外延結(jié)構(gòu)40可作為源極區(qū)域16和漏極區(qū)域18間載流子的主要流通路徑。由于外延結(jié)構(gòu)40具有圓弧頂面401，因此源自于柵極結(jié)構(gòu)14的電場可以均勻地分布在此圓弧頂面401上，避免電場集中在外延結(jié)構(gòu)40內(nèi)的特定區(qū)域而影響了半導(dǎo)體裝置100的電性表現(xiàn)。又，由于外延結(jié)構(gòu)40取代了原先鰭狀結(jié)構(gòu)的頂部區(qū)段(圖未示)，通過其具有圓弧頂面401的特征，因此也提供了較寬的載流子通道。此外，由于外延結(jié)構(gòu)40的晶格常數(shù)相異于下方鰭狀結(jié)構(gòu)13的晶格常數(shù)，相較于直接采用鰭狀結(jié)構(gòu)13作為載流子的主要流通路徑，本實施例的外延結(jié)構(gòu)40也可以提供優(yōu)選的載流子遷移率。
[0042]為了清楚起見，以下就繪示于圖2的半導(dǎo)體裝置作進一步的描述。半導(dǎo)體裝置100還包括一突起結(jié)構(gòu)12以及一絕緣結(jié)構(gòu)30。突起結(jié)構(gòu)12直接接觸基底10且自基底10的一主表面10a延伸出。絕緣結(jié)構(gòu)30可以是一淺溝槽絕緣結(jié)構(gòu),其可以包圍突起結(jié)構(gòu)12的下部，致使突起結(jié)構(gòu)12的上部會突出于絕緣結(jié)構(gòu)30的頂面30a。此突出于絕緣結(jié)構(gòu)30的突起結(jié)構(gòu)12即為鰭狀結(jié)構(gòu)13。外延結(jié)構(gòu)40直接接觸以及完全覆蓋住鰭狀結(jié)構(gòu)13的頂面。較佳而言，外延結(jié)構(gòu)40與鰭狀結(jié)構(gòu)13間具有一平坦界面402。