照光的外延制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種照光的外延制作工藝，包含有下述步驟。首先，提供一基底。接著，進行一干蝕刻制作工藝以及一濕蝕刻制作工藝，以在基底中形成一凹槽，其中在進行濕蝕刻制作工藝時照射一紅外光。接續(xù)，形成一外延結構于凹槽中。
【專利說明】
照光的外延制作工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種外延制作工藝，且特別是涉及一種照光的外延制作工藝。
【背景技術】
[0002]隨著半導體制作工藝進入到深次微米時代，例如65納米(nm)以下的制作工藝，對于MOS晶體管元件的驅動電流(drive current)的提升已顯得日益重要。為了改善元件的效能，目前業(yè)界已發(fā)展出所謂的「應變娃(strained-silicon)技術」，其原理主要是使柵極通道部分的硅晶格產生應變，使電荷在通過此應變的柵極通道時的移動力增加，進而達到使MOS晶體管運作更快的目的。
[0003]在目前已知的應變娃(strained-silicon)技術中，有使用應變娃(strainedsilicon)作為基底的MOS晶體管，以對于PMOS晶體管為例，其利用硅鍺(SiGe)的晶格常數與單晶娃(single crystal Si)不同的特性，使娃鍺外延結構產生結構上應變而形成應變娃。由于外延結構的晶格常數(lattice constant)比娃大，這使得娃的帶結構(bandstructure)發(fā)生改變，而造成載流子移動性增加，因此可增加MOS晶體管的速度。
[0004]然而，隨著所形成的半導體元件的尺寸微縮，形成于其中的外延結構的尺寸、形狀以及與柵極的距離也需要精確控制。因此，如何形成所需的外延結構已為業(yè)界的一重要議題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種照光的外延制作工藝，其在進行外延制作工藝時照射紅外光，以改變對于不同結晶面的蝕刻率，能形成所需的外延結構。
[0006]為達上述目的，本發(fā)明提供一種照光的外延制作工藝，包含有下述步驟。首先，提供一基底。接著，進行一干蝕刻制作工藝以及一濕蝕刻制作工藝，以在基底中形成一凹槽，其中在進行濕蝕刻制作工藝時照射一紅外光。接續(xù)，形成一外延結構于凹槽中。
[0007]基于上述，本發(fā)明提出一種照光的外延制作工藝，其在基底中以濕蝕刻制作工藝形成凹槽時，同時照射紅外光，以通過改變對于不同結晶面的蝕刻率，而形成所需形狀的凹槽，進而形成位于凹槽中的特定規(guī)格的外延結構。例如，當集成電路的集成度增加，結構尺寸縮小，而外延結構的間距更靠近時，可形成高深度且窄寬度的外延結構，進而能防止各外延結構過于靠近，加劇短通道效應(short channel effect)或是短路的問題，并且能改善摻雜于外延結構中的雜質，例如硼原子，擴散等問題。
【附圖說明】
[0008]圖1-圖8為本發(fā)明一實施例的照光的外延制作工藝的立體示意圖；
[0009]圖9為圖8的照光的外延制作工藝的沿AA’方向的剖面示意圖。
[0010]主要元件符號說明
[0011]10:硬掩模層
[0012]12:氧化層
[0013]14:氮化層
[0014]110、110’:基底
[0015]112:鰭狀結構
[0016]120:絕緣結構
[0017]130:柵極
[0018]132:柵極介電層
[0019]134:柵極電極層
[0020]136:蓋層
[0021]138:間隙壁
[0022]142:緩沖層
[0023]144:外延結構
[0024]d:深度
[0025]dl:距離
[0026]Pl:蝕刻制作工藝
[0027]P2:干蝕刻制作工藝
[0028]P3:濕蝕刻制作工藝
[0029]R1、R2:凹槽
[0030]t:尖角
【具體實施方式】
[0031]圖1-圖8繪示本發(fā)明一實施例的照光的外延制作工藝的立體示意圖。本實施例以一三柵極場效晶體管(tr1-gate M0SFET)為例，但本發(fā)明不以此為限。本發(fā)明也可應用于其他多柵極場效晶體管(mult1-gate M0SFET)等非平面(non-planar)晶體管或者平面(planar)晶體管。
[0032]如圖1-圖2所示，一基底110具有一鰭狀結構112。本實施例的圖示僅繪示一鰭狀結構112，但所形成的鰭狀結構112的個數非限于此。詳細而言，如圖1所示，提供一基底110’?；?10 ’例如是一硅基底、一含硅基底、一三五族覆硅基底(例如GaN-on-si I icon)、一石墨稀覆娃基底(graphene-on-silicon)或一娃覆絕緣(silicon-on-1nsulator，SOI)基底等半導體基底。在本實施例中，基底110’為一硅質基底，如此可搭配后續(xù)形成凹槽的本實施例的蝕刻液，但本發(fā)明不以此為限。
[0033]接著，在基底110’上形成一圖案化的硬掩模層10，以定義出其下的基底110’中欲對應形成的鰭狀結構112的位置。本實施例的硬掩模層10為包含一氧化層12以及一氮化層14的雙層結構，但本發(fā)明不限于此。其后，進行一蝕刻制作工藝P1，在基底110’中形成鰭狀結構112，如圖2所示。如此，完成鰭狀結構112于基底110中的制作。在本實施例中，形成鰭狀結構112后即移除硬掩模層10，因此可于后續(xù)制作工藝中形成三柵極場效晶體管(tr1-gate M0SFET)。如此一來，由于鰭狀結構112與后續(xù)形成的介電層之間具有三直接接觸面(包含二接觸側面及一接觸頂面)，因此被稱作三柵極場效晶體管(tr1-gateM0SFET)。相較于平面場效晶體管，三柵極場效晶體管可通過將上述三直接接觸面作為載流子流通的通道，而在同樣的柵極長度下具有較寬的載流子通道寬度，使在相同的驅動電壓下可獲得加倍的漏極驅動電流。而在另一實施例中，也可保留硬掩模層10，而于后續(xù)制作工藝中形成另一具有鰭狀結構的多柵極場效晶體管(mult1-gate MOSFET) 一鰭式場效晶體管(fin field effect transistor, Fin FET)。鰭式場效晶體管中，由于保留了硬掩模層10，鰭狀結構112與后續(xù)將形成的介電層之間僅有兩接觸側面。
[0034]此外，如前所述，本發(fā)明也可應用于其他種類的半導體基底，例如在另一實施態(tài)樣中，提供一硅覆絕緣基底(未繪示)，并以蝕刻暨光刻的方法蝕刻硅覆絕緣基底(未繪示)上的單晶硅層而停止于氧化層，即可完成鰭狀結構于硅覆絕緣基底上的制作。
[0035]如圖3所示，形成一絕緣結構120于鰭狀結構112以外的基底110上，其中絕緣結構120可例如以沉積與回蝕刻等制作工藝形成，用以當作淺溝槽隔離(shallow trenchisolat1n, STI)結構而設置于鰭狀結構112以外的基底110表面，但本發(fā)明非限于此。
[0036]如圖4所示，形成一柵極130覆蓋部分絕緣結構120并跨設鰭狀結構112。形成柵極130的制作工藝可包含形成一柵極介電層132覆蓋部分絕緣結構120及部分鰭狀結構112。形成一柵極電極層134覆蓋柵極介電層132。形成一蓋層136覆蓋柵極電極層134。圖案化蓋層136、柵極電極層134、柵極介電層132。以及，形成一間隙壁138于圖案化的柵極介電層132、柵極電極層134及蓋層136的側邊。在一實施例中，柵極介電層132可為二氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、或金屬氧化物等高介電系數材質，其可選自氧化給(hafnium oxide，HfO2)、娃酸給氧化合物(hafnium silicon oxide，HfS14)、娃酸給氮氧化合物(hafniumsilicon oxynitride, HfS1N)、氧化招(aluminum oxide，Al2O3)、氧化鑭(lanthanumoxide，La2O3)、氧化組(tantalum oxide, Ta2O5)、氧化?乙(yttrium oxide, Y2O3)、氧化錯(zirconium oxide, ZrO2)、欽酸鎖(strontium titanate oxide, SrT13)、娃酸錯氧化合物(zirconium silicon oxide，ZrS14)、錯酉愛給(hafnium zirconium oxide，HfZrO4)、鎖祕組氧化物(strontium bismuth tantalate, SrBi2Ta2O9, SBT)、錯欽酸鉛(lead zirconatetitanate, PbZrxTi1 x03, PZT)與欽酸鋇鎖(barium strontium titanate, BaxSr1 xTi03, BST)所組成的群組，但本發(fā)明不以此為限。柵極電極層134可為重摻雜多晶硅、金屬硅氧化物，或是包含一以前柵極(Gate-first)制作工藝所形成的金屬娃氧化物、鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭或鎢等金屬合金的金屬柵極。在一實施例中，如本發(fā)明的柵極130中的柵極電極層134為一多晶娃電極層，則可再進行一替換性金屬柵極制作工藝(replacement metalgate，RMG)，例如一后柵極(Gate-last)制作工藝，以將多晶硅電極層取代為金屬電極層。蓋層136例如為氮化硅或氮化氧等所組成的單層或多層結構。間隙壁138則例如為氮化硅或氮化氧等組成，且間隙壁138可為單層結構或者具有內層間隙壁及外層間隙壁等多層結構。柵極130的詳細形成方法為本領域所熟知，故不再贅述。
[0037]如圖5所示，進行一干蝕刻制作工藝P2，以形成凹槽Rl于柵極130側邊的鰭狀結構112中。干蝕刻制作工藝P2優(yōu)選可例如為通入氟氣及氯氣的制作工藝，以蝕刻硅質鰭狀結構112。
[0038]如圖6所示，進行一濕蝕刻制作工藝P3，以在鰭狀結構112中形成一凹槽R2，在后續(xù)制作工藝中成長外延結構于凹槽R2中。換言之，凹槽Rl可經由進行濕蝕刻制作工藝P3時擴大、改質、改變形狀或者改善表面粗糙度，而形成所需的表面更平緩的凹槽R2，以能易于后續(xù)的外延結構或者緩沖層成長。在此強調，本發(fā)明在進行濕蝕刻制作工藝P3時必須照射一紅外光，以形成具有一鉆石形剖面結構的凹槽R2，且此鉆石形剖面結構的深度d/尖角t至柵極130的距離的比例優(yōu)選小于25。鉆石形剖面結構可包含具有四邊、六邊、八邊或其他多邊等的一多邊形剖面結構。在一更佳的實施例中，鉆石形剖面結構的深度d/尖角t至柵極130的距離的比例為10。如此一來，當結構的尺寸縮小而鰭狀結構112之間的間距更靠近時，可形成高深度且窄寬度的外延結構，進而能防止于柵極130側邊的外延結構太靠近，加劇短通道效應或是短路的問題，或是改善摻雜于外延結構中的雜質，例如硼原子，擴散的問題。
[0039]在一優(yōu)選的實施例中，進行濕蝕刻制作工藝P3時所照射的紅外光的波長小于1.2微米或者6?50微米。更佳者，進行濕蝕刻制作工藝P3時所照射的紅外光的波長為0.85微米，以能在硅質鰭狀結構112中形成所需的凹槽R2。微觀而言，本發(fā)明在進行濕蝕刻制作工藝P3時照射的紅外光，可促使?jié)裎g刻制作工藝P3對于結晶面[100]的蝕刻率與對于結晶面[111]的蝕刻率不同。在本實施例中，濕蝕刻制作工藝P3對于結晶面[100]的蝕刻率需大于對于結晶面[111]的蝕刻率，以形成上述規(guī)格的凹槽R2。具體而言，濕蝕刻制作工藝P3對于結晶面[100]/結晶面[111]的蝕刻率比例優(yōu)選大于2。更佳者，濕蝕刻制作工藝P3對于結晶面[100]/結晶面[111]的蝕刻率比例為2.27。
[0040]再者，在一優(yōu)選的實施例中，濕蝕刻制作工藝P3的蝕刻液為一有機蝕刻液。例如，濕蝕刻制作工藝P3可為一氫氧化四甲基銨蝕刻制作工藝。另外，由于本實施例的干蝕刻制作工藝P2通入氟氣及氯氣，故本實施例的濕蝕刻制作工藝P3的蝕刻液優(yōu)選為一堿性蝕刻液，以進一步移除干蝕刻制作工藝P2中的氟氣及氯氣等所形成的酸性殘余物，但本發(fā)明不以此為限。
[0041]如圖7所示，形成緩沖層142覆蓋凹槽R2。緩沖層142可例如為一硅質外延結構或一已摻雜的外延結構。緩沖層142可順應覆蓋凹槽R2，維持凹槽R2的鉆石形剖面結構?；蛘撸彌_層142可進一步平緩凹槽R2的表面。
[0042]如圖8所示，進行一選擇性外延(SEG)制作工藝，以形成外延結構144于凹槽R2中以及緩沖層142上。由于各凹槽R2具有一鉆石形剖面結構，故所形成的外延結構144也具有一鉆石形剖面結構。并且，此鉆石形剖面結構的深度d/尖角t至柵極130的距離的比例小于25。在一優(yōu)選的實施例中，鉆石形剖面結構的深度d/尖角t至柵極130的距離的比例為10。如此一來，當結構的尺寸縮小而鰭狀結構112之間的間距更靠近時，可形成高深度且窄寬度的外延結構144，進而能防止于柵極130側邊的外延結構144太靠近，加劇短通道效應或是短路的問題，或是改善摻雜于外延結構144中的雜質，例如硼原子，擴散的問題。
[0043]在本實施例中，外延結構144為一娃鍺外延結構，其適于形成一 PMOS晶體管，但本發(fā)明不以此為限。例如，本發(fā)明也可形成一硅磷外延結構或一硅碳外延結構等，用以形成一NMOS晶體管。再者，為更清楚說明本發(fā)明，圖9再繪示圖8的照光的外延制作工藝的沿AA’方向的剖面示意圖。以本發(fā)明的圖1-圖8的制作工藝步驟，即可形成如圖9的結構，其具有緩沖層142及外延結構144于鰭狀結構112中。外延結構144或者緩沖層142及外延結構144則形成具有鉆石形剖面結構。此鉆石形剖面結構的深度d/尖角t至柵極130的一距離dl的比例小于25。在一優(yōu)選的實施例中，鉆石形剖面結構的深度d/尖角t至柵極130的距離dl的比例為10。
[0044]另外，在形成凹槽Rl之前、形成外延結構144之后，甚至于形成外延結構144的同時，可進行一次或多次離子注入制作工藝或/且原位摻雜制作工藝，以將所需的摻雜質摻入外延結構144中，以形成晶體管元件的輕摻雜源極/漏極及源極/漏極等，或者可再摻雜如硼或磷等助于導電等雜質。
[0045]此外，上述實施例以一非平面(non-planar)晶體管為例，但本發(fā)明也可應用于一平面(planar)晶體管。意即，可應用本發(fā)明的照射一紅外光的濕蝕刻制作工藝形成凹槽于柵極兩側的基底中，以在基底中形成外延結構。此平面晶體管形成凹槽及外延結構的方法類似于非平面晶體管，故不再贅述。
[0046]綜上所述，本發(fā)明提出一種照光的外延制作工藝，其在基底中以濕蝕刻制作工藝形成凹槽時，同時照射紅外光，以通過改變對于不同結晶面的蝕刻率，而形成所需形狀的凹槽，進而形成位于凹槽中的特定規(guī)格的外延結構。例如，當集成電路的集成度增加，結構尺寸縮小，而鰭狀結構的間距更靠近時，可形成高深度且窄寬度的外延結構，進而能防止于柵極兩側的外延結構過于靠近，加劇短通道效應或是短路的問題，并且能改善摻雜于外延結構中的雜質，例如硼原子，擴散等問題。
[0047]詳細而言，進行濕蝕刻制作工藝時所照射的紅外光的波長小于1.2微米或者6?50微米。更佳者，進行濕蝕刻制作工藝時所照射的紅外光的波長為0.85微米。因而，促使?jié)裎g刻制作工藝對于結晶面[100]的蝕刻率與對于結晶面[111]的蝕刻率不同。在本實施例中，濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]的蝕刻率需大于對于結晶面[111]的蝕刻率。具體而言，濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]/結晶面[111]的蝕刻率比例優(yōu)選大于2。更佳者，濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]/結晶面[111]的蝕刻率比例為2.27。
[0048]具體而言，本發(fā)明的濕蝕刻制作工藝的蝕刻液可為一有機蝕刻液。例如，濕蝕刻制作工藝可為一氫氧化四甲基銨蝕刻制作工藝。另外，本發(fā)明在以濕蝕刻制作工藝形成凹槽前，可先以一干蝕刻制作工藝初步形成一凹槽，由于此干蝕刻制作工藝可能通入氟氣及氯氣以蝕刻硅基底，故濕蝕刻制作工藝的蝕刻液優(yōu)選為搭配一堿性蝕刻液，以進一步移除干蝕刻制作工藝中的氟氣及氯氣等所形成的酸性殘余物。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，都應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種照光的外延制作工藝，包含有: 提供一基底；以及 進行一干蝕刻制作工藝以及一濕蝕刻制作工藝，以在該基底中形成一凹槽，其中在進行該濕蝕刻制作工藝時照射一紅外光；以及形成一外延結構于該凹槽中。2.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該干蝕刻制作工藝包含通入氟氣及氯氣。3.如權利要求2所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝包含一堿性蝕刻液。4.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝包含一有機蝕刻液。5.如權利要求4所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝包含一氫氧化四甲基銨蝕刻制作工藝。6.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該紅外光的波長小于1.2微米或者6?50微米。7.如權利要求6所述的照光的外延制作工藝，其中該紅外光的波長為0.85微米。8.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]的蝕刻率與對于結晶面[111]的蝕刻率不同。9.如權利要求8所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]的蝕刻率大于對于結晶面[111]的蝕刻率。10.如權利要求9所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]/結晶面[111]的蝕刻率比例大于2。11.如權利要求10所述的照光的外延制作工藝，其中該濕蝕刻制作工藝對于結晶面[100]/結晶面[111]的蝕刻率比例為2.27。12.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該外延結構具有一鉆石形剖面結構。13.如權利要求12所述的照光的外延制作工藝，其中該外延結構的深度/尖角至柵極的距離的比例小于25。14.如權利要求13所述的照光的外延制作工藝，其中該外延結構的深度/尖角至柵極的距離的比例為10。15.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，還包含: 形成一柵極于該基底上，且該凹槽位于該柵極側邊。16.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該基底具有至少一鰭狀結構，且該凹槽位于該鰭狀結構中。17.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該基底包含一硅質基底。18.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，其中該外延結構包含一硅鍺外延結構。19.如權利要求1所述的照光的外延制作工藝，在形成該外延結構之前，還包含: 形成一緩沖層覆蓋該凹槽。
【文檔編號】H01L21/02GK105845546SQ201510019753
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月15日
【發(fā)明人】林猷穎, 郭敏郎, 簡金城, 劉志建, 許信國, 林進富, 吳俊元
【申請人】聯(lián)華電子股份有限公司