[發(fā)明專(zhuān)利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010475964.7
• 申請(qǐng)日: 2020-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112309981A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江國(guó)誠(chéng);潘冠廷;林志昌;朱熙甯;王志豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/8234
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/8234;H01L27/088
• 代理公司: 隆天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 謝強(qiáng);黃艷

本公開(kāi)實(shí)施例提供一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是先于半導(dǎo)體基板之上制造鰭片，再形成源極與漏極凹口。接著，可于源極與漏極凹口之中沉積源極與漏極區(qū)。柵極結(jié)構(gòu)可沉積于鰭片之間的區(qū)域之中。柵極結(jié)構(gòu)包括介電與金屬層。在鰭片之間的區(qū)域中，絕緣層隔離了柵極結(jié)構(gòu)以及源極與漏極區(qū)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，特別涉及一種鰭狀場(chǎng)效晶體管及其形成方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的其中一個(gè)目標(biāo)是持續(xù)縮小個(gè)別場(chǎng)效晶體管的尺寸并增加其速度。為了達(dá)到這些目標(biāo)，而發(fā)展出鰭狀場(chǎng)效晶體管(fin field-effect transistor,FinFET)。鰭狀場(chǎng)效晶體管是基于傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductorFET,MOSFET)的變化，且其包括形成于硅或絕緣體上覆硅(silicon-on insulator,SOI)基板上非平面的雙柵極晶體管。鰭狀場(chǎng)效晶體管與金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管的區(qū)別在于其具有位于基板之上的薄硅“鰭片”反轉(zhuǎn)通道(inversion channel)，使柵極得以與鰭片的左側(cè)與右側(cè)接觸。

晶體管進(jìn)一步的微型化在鰭狀場(chǎng)效晶體管的制造與設(shè)計(jì)中存在著各種挑戰(zhàn)。例如，制造鰭狀場(chǎng)效晶體管時(shí)，可使用金屬柵極取代典型的多晶硅柵極電極，以改善裝置性能。形成金屬柵極結(jié)構(gòu)的其中一種工藝稱(chēng)為取代柵極(replacement-gate)或柵極后制(gate-last)工藝，其中最后才制造最終的柵極結(jié)構(gòu)，如此可減少后續(xù)工藝的數(shù)量，包括形成柵極后進(jìn)行的高溫處理。然而，執(zhí)行這樣的工藝有著許多的挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于微縮化的裝置部件與復(fù)雜的表面形貌(topology)。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是于緊密相隔的鰭片之間形成金屬柵極結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基板，其包括被鰭片凹蝕區(qū)分離的鰭片，方法包括：利用一第一材料填充該鰭片凹蝕區(qū)，以形成一填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；于填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一部分之上形成頂層；從填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二部分蝕刻出源極凹蝕區(qū)與漏極凹蝕區(qū)；從源極與漏極凹蝕區(qū)所露出的第一部分的前側(cè)與后側(cè)側(cè)壁橫向地蝕刻一部分的第一材料，以形成前側(cè)與后側(cè)側(cè)壁溝槽；沉積第二材料至前側(cè)與后側(cè)側(cè)壁溝槽之中；于源極凹蝕區(qū)中形成源極區(qū)，且于漏極凹蝕區(qū)中形成漏極區(qū)；移除頂層，以露該第一部分的頂表面；移除第一材料，且部分地重新露出鰭片凹蝕區(qū)；沉積柵極介電層，其順應(yīng)于(conformal)部分地重新露出的鰭片凹蝕區(qū)的表面；以及沉積導(dǎo)電材料至鰭片凹蝕區(qū)的剩余部分之中。

本公開(kāi)實(shí)施例亦提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基板，其包括被鰭片凹蝕區(qū)分離的鰭片，方法包括：沉積第一填充材料，以對(duì)鰭片凹蝕區(qū)的表面形成順應(yīng)層；沉積第二填充材料，以形成填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；于填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一部分之上形成頂層；從填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二部分蝕刻出源極凹蝕區(qū)與漏極凹蝕區(qū)；從源極與漏極凹蝕區(qū)所露出的第一部分的前側(cè)與后側(cè)側(cè)壁橫向地蝕刻一部分的第一填充材料，以形成前側(cè)與后側(cè)側(cè)壁溝槽；沉積第二材料至前側(cè)與后側(cè)側(cè)壁溝槽之中；于源極凹蝕區(qū)中形成源極區(qū)，且于漏極凹蝕區(qū)中形成漏極區(qū)；移除頂層，以露出第一部分的頂表面；移除第一與第二填充材料，且部分地重新露出鰭片凹蝕區(qū)；沉積柵極介電層，其順應(yīng)于部分地重新露出的鰭片凹蝕區(qū)的表面；以及沉積導(dǎo)電材料至鰭片凹蝕區(qū)的剩余部分之中。

本公開(kāi)實(shí)施例亦提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，用于形成鰭狀場(chǎng)效晶體管裝置，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：鰭片區(qū)，從半導(dǎo)體基板延伸出，鰭片區(qū)包括至少一對(duì)鰭片，其中此對(duì)鰭片被第一材料所填充的填充區(qū)分離，第一材料與用于形成至少一對(duì)鰭片的材料相比具有較高的蝕刻速率，第一材料是外延成長(zhǎng)以形成填充區(qū)，鰭片區(qū)包括第一組表面與第二組表面；以及源極區(qū)與漏極區(qū)，源極區(qū)鄰近于鰭片區(qū)的第一組表面，且漏極區(qū)鄰近于鰭片區(qū)的第二組表面。

附圖說(shuō)明

以下將配合說(shuō)明書(shū)附圖詳述本公開(kāi)實(shí)施例。應(yīng)注意的是，依據(jù)在業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)做法，各種特征并未按照比例繪制且僅用以說(shuō)明例示。事實(shí)上，可任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現(xiàn)出本公開(kāi)實(shí)施例的特征。