用于外延半导体成长的双曲度空腔制造技术

本发明专利技术涉及用于外延半导体成长的双曲度空腔，提出数种形成场效应晶体管的方法及用于场效应晶体管的结构。形成在半导体鳍片中与沟道区重叠的栅极结构。用第一蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成伸入该半导体鳍片而邻接该沟道区的第一空腔。用第二蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成容积小于该第一空腔且毗邻该第一空腔的第二空腔。

Hyperbolic Cavity for Epitaxy Semiconductor Growth

The present invention relates to hyperbolic cavity for epitaxial semiconductor growth, and proposes several methods for forming field effect transistors and structures for field effect transistors. A gate structure formed in the semiconductor fin overlaps with the channel region. The semiconductor fin is etched by a first etching process to form a first cavity extending into the semiconductor fin adjacent to the channel region. A second etching process is used to etch the semiconductor fin to form a second cavity with a volume smaller than the first cavity and adjacent to the first cavity.

【技术实现步骤摘要】
用于外延半导体成长的双曲度空腔
本专利技术是有关于半导体装置制造和数种集成电路，且更特别的是，有关于用于场效应晶体管的结构及形成场效应晶体管的方法。
技术介绍
用于场效应晶体管的装置结构通常包括本体区，界定在本体区中的源极及漏极，与经组配成可施加控制电压的栅极结构，控制电压是用以开关形成于本体区中的沟道里的载子流。当施加大于指定临界电压的控制电压时，载子流便出现于源极与漏极之间的沟道中以产生装置输出电流。外延半导体膜可用来修改场效应晶体管的效能。例如，外延半导体膜通过在沟道中诱发应力可用来增加载子移动率(carriermobility)。在p-沟道场效应晶体管中，通过施加压缩应力至沟道可增强空穴移动率。压缩应力的施加可通过在沟道的相对两侧形成外延半导体材料，例如硅锗。同样，在n-沟道场效应晶体管中，通过施加拉伸应力至沟道可增强电子移动率。拉伸应力的施加可通过在沟道的相对两侧形成外延半导体材料，例如掺碳硅。这些应力源(stressor)也可作为场效应晶体管的源极区及漏极区的一部分运作，且可充当源极区及漏极区的其他部分的掺杂物供应者。应力源中含有的外延半导体材料容积可与装置效能及良率直接有关联。赋予沟道的应力随着容积增加而增加，这可优化移动率。容积增加也可减少源极及漏极电阻，且在某些情况也可提供一致的接触着陆区(contactlandingarea)。因此，亟须用于场效应晶体管的改良结构与形成场效应晶体管的方法。
技术实现思路
在本专利技术的一具体实施例中，提供一种用于形成场效应晶体管的方法。形成在半导体鳍片中与沟道区重叠的栅极结构。用第一蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成伸入该半导体鳍片而邻接该沟道区的第一空腔。用第二蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成容积小于该第一空腔且毗邻该第一空腔的第二空腔。在本专利技术的一具体实施例中，提供一种用于形成场效应晶体管的结构。该结构包括半导体鳍片，其具有沟道区、第一空腔、与容积小于该第一空腔且毗邻该第一空腔的第二空腔。该结构进一步包括与该沟道区重叠而邻接该第一空腔的栅极结构，与源极/漏极区，其具有在该第一空腔中的第一区段与在该第二空腔中的第二区段。附图说明并入本专利说明书且构成其一部分的附图图示本专利技术的各种具体实施例，其与以上的“
技术实现思路
”及以下的“具体实施方式”一起用来解释本专利技术的具体实施例。图1A的横截面图根据本专利技术的具体实施例图示场效应晶体管在加工方法的初始制造阶段的结构。图1B图标图1A结构从与半导体鳍片长度平行的观点绘出位在栅极结构之间的横截面图。图2A的横截面图图示在加工方法的后续制造阶段的图1A结构。图2B图标图2A结构从与半导体鳍片长度平行的观点绘出位在栅极结构之间的横截面图。图3A的横截面图图示在加工方法的后续制造阶段的图2A结构。图3B图标图3A结构从与半导体鳍片长度平行的观点绘出位在栅极结构之间的横截面图。图4A的横截面图图示在加工方法的后续制造阶段的图3A结构。图4B图标图4A结构从与半导体鳍片长度平行的观点绘出位在栅极结构之间的横截面图。图5的横截面图根据本专利技术的替代具体实施例图示实作成与单一扩散断点(singlediffusionbreak)有关联的结构。具体实施方式参考图1A、图1B且根据本专利技术的具体实施例，数个栅极结构14配置在半导体鳍片10的顶面12上且在半导体鳍片10中于隔开位置处的各自的沟道区11重叠。栅极结构14也可位在邻接半导体鳍片10的沟槽隔离物13上。半导体鳍片10由单晶半导体材料构成，且在一具体实施例中，半导体鳍片10可由单晶硅构成。使用侧壁成像转移(SIT)制程、自对准双重图案化(SADP)、或自对准四重图案化(SAQP)，通过图案化衬底或成长于衬底上的外延层，可形成半导体鳍片10。各栅极结构14包括栅极电极15与插在栅极电极15与半导体鳍片10之间的栅极介电质17。栅极电极15可由复晶硅(亦即，多晶硅)构成，或可包括一或多个阻障金属层，功函数金属层，及/或由导体构成的填充金属层，例如金属(例如，钨(W))及/或金属氮化物或碳化物(例如，氮化钛(TiN)及钛碳化铝(titaniumaluminumcarbide，TiAlC))。栅极介电质17可由介电质材料构成，例如二氧化硅(SiO2)或高k介电质材料，例如氧化铪(HfO2)。栅极结构14可为功能栅极结构，或替代地，可为随后在取代金属栅极制程被移除且用功能栅极结构取代的牺牲栅极结构。如本文所用的用语“牺牲栅极结构”是指用于随后将会形成的功能栅极结构的占位结构。如本文所用的用语“功能栅极结构”是指用来控制场效应晶体管的输出电流(亦即，载子在沟道中的流动)的永久栅极结构。在与各栅极结构14的垂直侧壁邻接的位置处，安置侧壁间隔件18于半导体鳍片10的顶面12上。侧壁间隔件18可由介电质材料构成，例如氮化硅(Si3N4)，其用原子层沉积(ALD)沉积成为共形层且用定向蚀刻制程蚀刻，例如反应性离子蚀刻(RIE)。用来形成侧壁间隔件18的共形层可为保护层，它在加工互补类型的场效应晶体管时施涂于半导体鳍片10与门极结构14上面。也安置侧壁间隔件19于半导体鳍片10的侧壁上。侧壁间隔件19可由介电质材料构成，例如氮化硅(Si3N4)，其用ALD沉积成为共形层且用定向蚀刻制程蚀刻，例如反应性离子蚀刻(RIE)。在一具体实施例中，侧壁间隔件18及侧壁间隔件19可同时形成。栅极结构14及侧壁间隔件18覆盖在半导体鳍片10的顶面及侧面上的各个区域。栅极结构14也可配置成与包围半导体鳍片10的浅沟槽隔离物(未图示)重叠。在半导体鳍片10的顶面12及侧面上的栅极结构14与其侧壁间隔件18之间的区域被暴露。帽盖20配置在各栅极结构14的栅极电极15的顶面上并且横向配置在侧壁间隔件18之间的空间中。帽盖20可由介电质材料构成，例如氮化硅(Si3N4)，其用化学气相沉积(CVD)沉积。参考图2A及图2B，其中与图1A、图1B中类似的特征用相同的附图标记表示，且在加工方法的后续制造阶段，移除在暴露区上面的半导体鳍片10配置在栅极结构14之间的区段以形成朝垂直方向穿入半导体鳍片10到给定深度的沟槽或空腔22。可移除半导体鳍片10在侧壁间隔件18之间的附加区段以形成鳍片空腔21，如图2B以虚线示意图示者。使用等向性(isotropic)蚀刻制程，以适当的蚀刻化学物，可形成空腔21、22。形成空腔21、22的蚀刻制程可同时且从半导体鳍片10部分移除侧壁间隔件19，如图2B所示。空腔22具有侧壁24，侧壁24有赋予空腔22圆球形状的给定曲度。空腔22在半导体鳍片10的顶面12的入口可具有宽度尺寸w0，其等于侧壁间隔件18之间的距离。由于在非等向性(anisotropic)蚀刻制程期间的底切，侧壁24在侧壁间隔件18下面向外弯曲到稍微大于宽度尺寸w0的宽度尺寸。空腔22因此底切侧壁间隔件18。参考图3A、图3B，其中与图2A、图2B中类似的特征用相同的附图标记表示，且在加工方法的后续制造阶段，形成迭加于空腔22上的沟槽或空腔26。使用反应性离子蚀刻(RIE)制程，以适当的蚀刻化学物，可形成空腔26，例如使用四氟化碳(CH4)作为来源气体以产生反应性离子的RIE制程。该蚀刻制程为定向的干式非等向性蚀刻，且通过在栅极结构14上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成场效应晶体管的方法，该方法包含：形成栅极结构，该栅极结构与在半导体鳍片中的沟道区重叠；用第一蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成伸入该半导体鳍片而邻接该栅极结构的第一空腔；以及用第二蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成容积小于该第一空腔且毗邻该第一空腔的第二空腔。

【技术特征摘要】
2017.10.27 US 15/795,8791.一种用于形成场效应晶体管的方法，该方法包含：形成栅极结构，该栅极结构与在半导体鳍片中的沟道区重叠；用第一蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成伸入该半导体鳍片而邻接该栅极结构的第一空腔；以及用第二蚀刻制程蚀刻该半导体鳍片以形成容积小于该第一空腔且毗邻该第一空腔的第二空腔。2.如权利要求1所述的方法，其中，该第一空腔在形成该第二空腔之前形成。3.如权利要求1所述的方法，其中，该半导体鳍片由硅构成，且该第二蚀刻制程为非等向性蚀刻制程。4.如权利要求3所述的方法，其中，该第一蚀刻制程为等向性蚀刻制程。5.如权利要求1所述的方法，其中，该半导体鳍片在该半导体鳍片用该第一蚀刻制程蚀刻之前包括侧壁间隔件，且该第一蚀刻制程与该第二蚀刻制程共同从该半导体鳍片移除该侧壁间隔件。6.如权利要求1所述的方法，其中，该第一空腔从该半导体鳍片的顶面延伸到一第一深度，且该第一空腔配置在该半导体鳍片的该第二空腔与该顶面之间。7.如权利要求6所述的方法，其中，该第二空腔相对于该第一空腔而位于中央。8.如权利要求1所述的方法，进一步包含：外延成长嵌入式源极/漏极区，该嵌入式源极/漏极区具有在该第一空腔中的第一区段与在该第二空腔中的第二区段。9.如权利要求8所述的方法，其中，该半导体鳍片由硅构成，且该嵌入式源极/漏极区包括转移到该半导体鳍片的该沟道区的内应力。10.如权利要求9所述的方法，其中，该嵌入式源极/漏极区由硅锗构成，该场效应晶体管为p型场效应晶体管，且该嵌入式源极/漏极区将压缩应变转移到该沟道区。11.如权利要求9所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿利纳·夫拉瓦，罗先庆，石勇军，彭建伟，晏江虎，亓屹，
申请(专利权)人：格芯公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY