半导体结构的制作方法

本公开实施例一般关于集成电路装置，更特别关于鳍状场效晶体管装置。

背景技术：

集成电路产业已经历指数成长。集成电路材料与设计的技术进展，使每一代的集成电路均比前一代的集成电路具有更小且更复杂的电路。在集成电路演进时，功能密度(比如单位芯片面积的内连线装置数目)通常随着几何尺寸(比如制程所能产生的最小构件或线路)缩小而增加。尺寸缩小的制程有利于增加产能并降低相关成本。

尺寸缩小亦增加制程与制作集成电路的复杂性。为实现这些进展，在制程与制作集成电路上亦需类似发展。举例来说，三维鳍状场效晶体管已取代平面晶体管。虽然现有的鳍状场效晶体管装置与其制作方法已适用其发展目的，但无法完全满足所有方面的需求。举例来说，鳍状场效晶体管技术的可行制程朝更小的结构尺寸发展(比如32nm、28nm、20nm、或更小)，以改善源极/漏极外延结构特性的作法，在设计与制作装置时面临挑战。

技术实现要素：

本公开一实施例提供的半导体结构，包括：鳍状结构，具有第一鳍状物与第二鳍状物形成于半导体基板上；多个内侧鳍状物间隔物，沿着第一鳍状物与第二鳍状物的内侧侧壁形成，其中内侧鳍状物间隔物具有高度hi；多个外侧鳍状物间隔物，沿着第一鳍状物与第二鳍状物的外侧侧壁形成，其中外侧鳍状物间隔物具有高度ho，且高度ho实质上小于高度hi；以及外延结构，形成于第一鳍状物与第二鳍状物上，其中外延结构封闭内侧间隔物所形成的气隙，且气隙具有至少一宽度，其中宽度为内侧鳍状物间隔物的相对侧壁之间的分隔距离。

附图说明

图1是本公开多种实施例中，制作包含鳍状场效晶体管的半导体结构的例示性方法的流程图。

图2a与图2b是本公开多种实施例中，制作半导体结构的例示性方法的流程图。

图3是本公开多种实施例中，半导体结构的三维透视图。

图4a、图5a、图6a、图8a与图9a是本公开多种实施例中，半导体结构沿着图3所示的剖线aa的部分剖视图。

图4b、图5b、图6b、图7、图8b、图9b、图10、图11与图12是本公开多种实施例中，半导体结构沿着图3所示的剖线bb的部分剖视图。

其中，附图标记说明如下：

aa、bb剖线

d差异

ha、hf、hi、ho高度

p间距

w宽度

100方法

110、120、130、132、134、140、142、144、146、148、150、160步骤

200、300、400半导体结构

210半导体基板

220鳍状结构

222鳍状物

230隔离区

240栅极结构

242界面层

244栅极介电层

246栅极层

248硬遮罩层

250介电层

310侧壁间隔物材料层

320内侧鳍状物间隔物

330外侧鳍状物间隔物

340材料层

410沟槽

420第一外延层

430第二外延层

430a、430b内侧晶面

430c、430d、430e、430f、430g外侧晶面

440第三外延层

442、444、446厚度

450气隙

460外延结构

具体实施方式

下述公开内容提供许多不同实施例或实例以实施本公开的不同结构。下述特定构件与排列的实施例是用以简化本公开而非局限本公开。举例来说，形成第一构件于第二构件上的叙述包含两者直接接触，或两者之间隔有其他额外构件而非直接接触。

此外，本公开的多种例子中可重复标号，但这些重复仅用以简化与清楚说明，不代表不同实施例及/或设置之间具有相同标号的单元之间具有相同的对应关系。此外，本公开实施例中的结构形成于另一结构上、连接至另一结构、及/或耦接至另一结构等说明，可包含结构直接接触另一结构的实施例，亦可包含结构与另一结构之间具有额外结构(即未直接接触)的实施例。此外，空间性的相对用语如“下侧”、“上侧”、“水平”、“垂直”、“其上”、“上方”、“其下”、“下方”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、类似用语、或衍生用语(如“水平地”、“向下”、“向上”、或类似用语)可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。此外，说明中的数值或数值范围前若有“约”、“近似”、或类似用语，其涵盖合理范围内的数值，比如在所述数值的+/-10％内，或本技术领域中技术人员所理解的其他数值。例如，用语“约5nm”涵盖4.5nm至5.5nm的范围。

本公开实施例一般关于集成电路装置，更特别关于鳍状场效晶体管装置。举例来说，鳍状场效晶体管装置包括p型金属氧化物半导体鳍状场效晶体管装置与n型金属氧化物半导体鳍状场效晶体管装置。下述说明继续以鳍状场校晶体管为例，说明本公开的多种实施例。然而应理解的是，本公开实施例并不限于特定种类的装置。

图1是本公开一些实施例中，制作鳍状场效晶体管装置的方法100的流程图。方法100一开始的步骤110包含形成半导体结构200。如图3所示的实施例，半导体结构200包含半导体基板210与鳍状结构220。鳍状结构200包含两个鳍状物222，其由隔离区230分隔。半导体结构200亦包含栅极结构240，其具有多种材料层如介电层、栅极层246、与硬遮罩层248。应理解的是，本公开实施例的半导体结构200亦可具有额外装置与结构及任何变化。亦应理解的是，图3所示的半导体结构200仅用于说明方法100，而非局限本公开实施例。

方法100的制程的步骤110、120、130(包含步骤132与134)、140(包含步骤142、144、146、与148)、150、与160将搭配半导体结构200的剖视图说明，而剖视图沿着鳍状物222之一的剖线aa或沿着鳍状物222的源极/漏极的剖线bb。

如图3所示，半导体基板210包含结晶材料，其一般具有规则的原子结构或结晶结构。在一些实施例中，半导体基板210包含结晶结构的半导体元素，比如硅。在其他或额外实施例中，半导体基板210包含另一半导体元素如锗；半导体化合物如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、及/或锑化铟；半导体合金如硅锗、磷砷化镓、砷化铝铟、砷化铝镓、砷化镓铟、磷化镓铟、及/或磷砷化镓铟；或上述的组合。另一方面，半导体基板210为绝缘层上半导体基板，比如绝缘层上硅基板、绝缘层上硅锗基板、或绝缘层上锗基板。绝缘层上半导体基板的制作方法可采用布植氧隔离、晶圆接合、及/或其他合适方法。

在一些实施例中，形成鳍状结构220(如鳍状物222)的步骤亦形成隔离区230。如图4b所示，此处提供的实施例所形成的每一鳍状物具有高度hf，其由隔离区230的上表面测量至鳍状物的上表面。在一些实施例中，高度hf介于约30nm至约200nm之间。在一些实施例中，隔离区230包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、气隙、其他合适的介电材料、或上述的组合。隔离区230可包含不同结构，比如浅沟槽隔离结构、深沟槽隔离结构、及/或局部氧化硅结构。

鳍状结构220与隔离区230的形成方法可为任何合适制程。在例示性的实施例中，制程可包含下述步骤：进行光刻制程以形成图案化的光阻层于半导体基板210上，并将图案转移至硬遮罩层(未图示)上，且转移方法可为蚀刻制程。接着进行蚀刻制程如干蚀刻及/或湿蚀刻制程，以蚀刻图案化硬遮罩层未覆盖的半导体基板210，以形成沟槽于半导体基板210中。接着沉积一或多种介电材料以填入沟槽，可形成隔离区，且沉积制程可为化学气相沉积制程及/或旋转涂布玻璃制程。可填入部分沟槽，而保留于沟槽之间的基板形成鳍状物222。采用一或多道光刻制程(包含双重图案化或多重图案化制程)，以图案化硬遮罩层。一般而言，双重图案化或多重图案化制程结合光刻与自对准制程，其形成的图案间距小于采用单一直接光刻制程所能产生的图案间距。举例来说，一实施例形成牺牲层于半导体基板210上，并采用光刻制程图案化牺牲层。采用自对准制程以沿着图案化的牺牲层形成间隔物。接着移除牺牲层，而保留的间隔物(或芯)转变成图案化的硬遮罩层。

另一方面，鳍状物222与隔离区230的形成方法可为下述制程：沉积绝缘材料于半导体基板210上以完全填入沟槽；平坦化填满的沟槽上表面，以移除任何多余的绝缘材料(比如采用研磨制程如化学机械研磨/平坦化制程)；以及选择性地外延成长一或多个半导体材料层于露出的半导体基板210上以形成鳍状物222，且隔离区230位于鳍状物222之间。举例来说，外延的半导体材料可为硅、锗、硅锗、其他合适材料、或上述的组合。在一些实施例中，填入沟槽中的可为多层结构，比如热氧化物衬垫层上填有氮化硅或氧化硅。综上所述，此处提供的实施例所形成的鳍状物可包含与半导体基板210相同的材料，或改为包含一或多个外延成长于半导体基板210上的半导体材料。

在一些实施例中，光刻制程包含对形成于半导体基板210上的硬遮罩层上的光阻层进行曝光前烘烤制程、采用掩模进行曝光制程、对光阻层进行曝光后烘烤制程、并进行显影制程以形成图案化的光阻层。在曝光制程时，以射线束如紫外线、深紫外线、或极紫外线曝光光阻层，其中掩模阻挡射线、被射线穿过、及/或反射射线至光阻层，端视掩模的图案及/或掩模种类(比如双强度掩模、相移掩模、或极紫外线掩模)而定，因此转移至光阻层上的影像对应掩模图案。由于光阻层对射线能量敏感，光阻层的曝光部分将产生化学变化，而显影制程可用于移除光阻层的曝光部分或未曝光部分，端视光阻层及/或显影制程时所用的显影溶液的特性而定。在一些实施例中，光刻制程采用的技术为激光图案化、电子束图案化、及/或离子束图案化，以直接形成图案于光阻层上而不需采用掩模。

在显影后，将光阻层上的图案转移至硬遮罩层，接着采用图案化的硬遮罩层并进行一或多个蚀刻制程，以形成沟槽于半导体基板210中。硬遮罩层包含任何合适材料，比如氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氮氧化硅、旋转涂布玻璃、低介电常数膜、四乙氧基硅烷氧化物、等离子体增强化学气相沉积的氧化物、高深宽比制程形成的氧化物、或其他合适材料，其形成方法可为合适方法如热氧化、化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、其他合适方法、或上述的组合。例示性的蚀刻制程可包含干蚀刻制程、湿蚀刻制程、其他合适的蚀刻制程、或上述的组合。在一些实施例中，进行反应性离子蚀刻制程。在蚀刻制程之后，可自半导体基板210移除图案化光阻层与硬遮罩层，且移除方法可为剥除制程及/或等离子体灰化。

在实施例中，半导体结构200亦包含两个栅极结构240形成于半导体基板210上。应理解与此处所述的栅极结构240类似的额外栅极结构，亦可形成于鳍状物222上并与栅极结构240平行。每一栅极结构240贴合鳍状物222的顶部与侧壁部分，比如贴合此处所示的通道区中的鳍状物222的三侧。

如图4a所示的实施例，半导体结构200中的栅极结构240包含介电层250、栅极层246、与硬遮罩层248。应理解的是，栅极结构240可包含额外层状物如盖层、扩散阻障层、介电层、导电层、其他合适层状物、及/或上述的组合。举例来说，介电层250可包含界面层242与栅极介电层244。界面层242形成于隔离区230与鳍状结构220上。界面层242可由任何合适的制程形成至任何合适的厚度。例示性的界面层包含氧化硅(如热氧化物或化学氧化物)及/或氮氧化硅。

栅极介电层244形成于界面层242上，并包含介电材料如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介电常数的介电材料、其他合适的介电材料、及/或上述的组合。高介电常数的介电材料的例子包含氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化铪钽、氧化铪钛、氧化铪锆、氧化锆、氧化铝、氧化铪-氧化铝合金、其他合适的高介电常数的介电材料、及/或上述的组合。

栅极层246形成于介电层250上，并包含任何合适材料如多晶硅、铝、铜、钛、钽、钨、钼、氮化钽、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛、氮化钨、钛铝、氮化钛铝、碳氮化钽、碳化钽、氮化钽硅、金属合金、其他合适材料、及/或上述的组合。

硬遮罩层248形成于栅极层246上的方法可为任何合适制程。硬遮罩层248包含任何合适材料，比如氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、旋转涂布玻璃、低介电常数膜、四乙氧基硅烷氧化物、等离子体增强化学气相沉积的氧化物、高深宽比制程形成的氧化物、及/或其他合适材料。

此处提供的栅极结构240的每一层其形成方法可为任何合适制程。举例来说，每一材料层的形成方法包含沉积、光刻图案化、与蚀刻制程。举例来说，沉积制程包含化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、高密度等离子体化学气相沉积、有机金属化学气相沉积、远端等离子体化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、电镀、其他合适方法、及/或上述的组合。光刻图案化制程包含涂布光阻(如旋转涂布)、软烘烤、对准掩模、曝光、曝光后烘烤、显影光阻、冲洗、干燥(如硬烘烤)、其他合适制程、及/或上述的组合。在其他实施例中，实施光刻曝光制程或改用其他合适方法如无掩模光刻、电子束写入、离子束写入、及/或纳米压印，以图案化光阻层。蚀刻制程可包含干蚀刻制程、湿蚀刻制程、其他合适的蚀刻制程、或上述的组合。在一些实施例中，进行反应性离子蚀刻制程。

在一些实施例中，形成的栅极结构240为虚置栅极结构。在进行高热预算制程之后，虚置栅极结构的部分将取代为高介电常数的介电层与金属栅极结构。在一些实施例中，虚置栅极结构包含虚置介电层(与前述的介电层250类似)、虚置栅极层(包含多晶硅及/或其他合适材料)、硬遮罩层(与前述的硬遮罩层248类似)、以及任何其他合适的材料层(如盖层、扩散阻障层、介电层、导电层、其他合适的层状物、及/或上述的组合)。

回到图1，方法100的步骤120形成侧壁材料层310于半导体结构200上。如图5a与5b所示，形成侧壁间隔物材料层310于栅极结构240与鳍状结构220上，以形成调整的半导体结构300。侧壁间隔物材料层310一般包含介电材料，比如氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、或上述的组合。侧壁间隔物材料层310的形成方法可为任何合适制程。在实施例中，侧壁间隔物材料层310的形成方法为进行一或多个制程，以沉积介电材料于栅极结构240与鳍状物222上。举例来说，沉积制程的实施方式可为化学气相沉积、高密度等离子体化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、其他合适方法、或上述的组合。

仍如图1所示的方法100，步骤130或140形成图6b所示的内侧鳍状物间隔物320与外侧鳍状物间隔物330。一般而言，非等向地回蚀刻侧壁间隔物材料层310，可沿着栅极结构240(图6a)的侧壁形成栅极间隔物(图6a)，并沿着每一鳍状物222的侧壁形成与内侧鳍状物间隔物320与外侧鳍状物间隔物330(图6b)。在一些实施例中，回蚀刻制程可包含多重步骤的蚀刻，以达蚀刻所用的蚀刻选择性、弹性、与所需的控制。

如图2a所示，步骤130一开始的步骤132对侧壁间隔物材料层310进行主要蚀刻制程。在一些实施例中，主要蚀刻制程包括干蚀刻制程。例示性的干蚀刻剂气体包括一氧化碳、二氧化碳、氟化甲烷、二氧化硫、甲烷、氩气、四氟化碳、溴化氢、氧气、三氟化氮、六氟化硫、与氦气中的一或多者。为达非等向蚀刻，干蚀刻制程亦可采用深反应性离子蚀刻的机制。另一方面，主要蚀刻制程亦可采用湿蚀刻制程。举例来说，湿蚀刻溶液包含氢氧化四甲基铵、氢氟酸与硝酸与醋酸的溶液、或其他合适溶液。

步骤130的步骤134对侧壁间隔物材料层310实施过蚀刻。过蚀刻制程所用的例示性的干蚀刻气体包含氟化甲烷、氧气、与甲烷中的一或多者。在一些实施例中，位于鳍状物222的内侧侧壁上的侧壁间隔物材料层310的蚀刻速率，低于鳍状物222的外侧侧壁上的侧壁间隔物材料层310的蚀刻速率。如此一来，内侧鳍状物间隔物320的回蚀刻量小于外侧侧壁间隔物330。上述蚀刻速率的差异可能来自于下述事实：能与鳍状物222之间的空间中的间隔物材料反应的蚀刻剂气体，少于能与鳍状物222之外的间隔物材料反应的蚀刻剂气体。如此一来，内侧鳍状物间隔物320的蚀刻速率比外侧鳍状物间隔物330的蚀刻速率慢。步骤134的蚀刻制程亦可调整一或多个蚀刻参数如蚀刻温度、蚀刻压力、源功率、射频偏压、射频偏功率、蚀刻剂流速、或其他合适参数。在实施例中，步骤134的蚀刻制程的偏压可降低至小于约300v，以达所需的蚀刻结果。此外，步骤134亦可采用高压偏脉冲以精准控制回蚀刻制程，使内侧鳍状物间隔物320回蚀刻的量低于外侧鳍状物间隔物330。

如图2b所示的其他实施例，步骤120后的步骤140进行主要蚀刻制程的步骤142，接着进行过蚀刻制程的步骤144，其分别与前述的步骤132与134类似。接着步骤140的步骤146沉积材料层340于鳍状结构220上，使材料层340完全填入鳍状物222之间的空间并与鳍状物222相邻，如图7所示。在一些实施例中，材料层340包含聚合物材料，比如钝性载气(如氩气或氮气)中输送的甲烷或氟化甲烷的聚合物。在其他实施例中，材料层340可包含介电材料如氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、其他合适材料、或上述的组合，使材料层340不同于侧壁间隔物材料层310。举例来说，沉积制程可采用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、高密度等离子体化学气相沉积、有机金属化学气相沉积、远端等离子体化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、电镀、其他合适方法、及/或上述的组合。

在沉积材料层340之后，步骤140的步骤148采用步骤132所述的一或多种蚀刻剂气体，非等向地回蚀刻材料层340与侧壁间隔物材料层310。在一些实施例中，在回蚀刻侧壁间隔物材料层310时，施加的偏压介于约1v至约800v之间。在实施例中，偏压可小于约300v以精准控制回蚀刻制程。与步骤134的蚀刻制程的前述内容类似，步骤134所用的高压偏脉冲可精准控制过蚀刻制程，使内侧鳍状物间隔物320的回蚀刻量小于外侧鳍状物间隔物330的回蚀刻量。在一些实施例中，在完成步骤148之后完全移除材料层340，并部分地蚀刻侧壁间隔物材料层310，因此形成内侧鳍状物间隔物320与外侧鳍状物间隔物330于鳍状物222的侧壁上，如图6b所示。在许多实施例中，与搭配步骤134说明的前述理由类似，新增的材料层340进一步限制蚀刻气体与侧壁间隔物材料层310反应的量，因此降低内侧鳍状物间隔物320的蚀刻速率(与外侧鳍状物间隔物的蚀刻速率相较)。

综上所述，可控制步骤130与140提供的蚀刻量，以达高度hi与高度ho，其中高度hi大于高度ho，如图6b所示。在一些实施例中，可一起或分别调整一或多种蚀刻参数以控制蚀刻量，使内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物达到所需的相对高度。应理解的是，自个别鳍状物间隔物的下表面至上表面测量高度hi与高度ho，且内侧鳍状物间隔物320的下表面与外侧鳍状物间隔物330的下表面共平面。在实施例中，内侧鳍状物间隔物320与外侧鳍状物间隔物330的下表面，物理接触围绕鳍状结构220的隔离区230的上表面。在一些实施例中，高度hi大于或等于一半的高度hf。在一些实施例中，内侧鳍状物间隔物320与外侧鳍状物间隔物330亦可由间距p描述，其为内侧鳍状物间隔物320之间的分隔距离。在一些实施例中，间距p为现有技术节点的光刻制程所得的鳍状物222之间所能达到的最小间距。举例来说，在图6b所示的实施例中，高度hf介于约30nm至约200nm之间，间距p介于约0.1nm至约50nm之间，而高度hi、高度ho、与高度hf之间的关系如下式：

hi>>ho，以及

hi>0.5hf。

本公开实施例考虑高度hi相对于高度ho的变化，其影响形成于鳍状场效晶体管装置中的外延结构。

回到图1，方法100的步骤150使鳍状物222凹陷以形成沟槽410，如图8a、8b、9a、与9b所示。在一些实施例中，凹陷制程包含蚀刻制程，其选择性地蚀刻半导体结构300的其他结构上的鳍状物222。在此实施例中，蚀刻鳍状物222的源极/漏极区使其凹陷，并以栅极结构240保护通道区免于蚀刻。蚀刻制程可为干蚀刻制程、湿蚀刻制程、或上述的组合。在一些实施例中，湿蚀刻制程采用的蚀刻溶液包含氢氧化钾。在一些实施例中，湿蚀刻制程采用蚀刻溶液，其包含氢氧化铵、过氧化氢、硫酸、氢氧化四甲基铵、其他合适的湿蚀刻溶液、或上述的组合。举例来说，湿蚀刻溶液可采用氢氧化铵与过氧化氢的溶液、氢氧化铵与过氧化氢与水的溶液(即已知的氨-过氧化物混合物)、或硫酸与过氧化氢的溶液(即已知的硫酸过氧化物混合物)。在一些实施例中，干蚀刻制程采用蚀刻剂气体，其包括含氟蚀刻剂气体(如四氟化碳、六氟化硫、二氟甲烷、氟仿、及/或六氟乙烷)、含氧气体、含氯气体(如氯气、氯仿、四氯化碳、及/或三氯化硼)、含溴气体(如溴化氢及/或溴仿)、含碘气体、氦、其他合适气体及/或等离子体、或上述的组合。在一些实施例中，凹陷制程采用氧化制程。举例来说，凹陷制程可将鳍状物222暴露至臭氧环境以氧化鳍状物222的部分，接着以清洁制程及/蚀刻制程移除鳍状物222的氧化部分，如此处所述。

通过控制影响凹陷制程的参数(如凹陷时间、凹陷制程条件、或其他凹陷参数)，可调整鳍状物222的轮廓以符合最终鳍状场效晶体管装置所需的多种设计需求。举例来说，当凹陷制程包含蚀刻制程时，可调整多种制程参数如采用的蚀刻剂、蚀刻温度、蚀刻压力、源功率、射频偏压、射频偏功率、蚀刻剂流速、及/或其他合适的蚀刻参数，以移除所需量的鳍状物222及/或达到鳍状物222所需的轮廓。

在实施例中，蚀刻鳍状物222以形成相同高度与相同轮廓的沟槽410。以图8a与8b为例，蚀刻鳍状物222后，鳍状物222的上表面高于隔离区230的上表面。以图9a与9b为例，蚀刻鳍状物222后，鳍状物222的上表面低于隔离区230的上表面。在一些实施例中，沟槽410的侧壁实质上垂直并彼此平行。

回到图1，方法100的步骤160形成外延结构460于鳍状结构220上，以合并半导体结构400的源极/漏极区中的鳍状物222。

如图10所示的实施例，外延结构460包含三个外延层：第一外延层420、第二外延层430、与第三外延层440。然而应理解的是，外延结构460并不限于三个外延层，而可包含一个、两个、或四个外延层。每一外延层的形成方法可为外延成长半导体材料于凹陷的鳍状物222及/或其他外延层的露出表面上。举例来说，合适的外延半导体材料包含单一元素的半导体材料如锗或硅、半导体化合物材料如砷化镓或砷化铝镓、或半导体合金如硅锗或磷砷化镓。对具有超过一个外延层的实施例而言，外延层的外延材料可相同或不同。此外，每一外延层可具有任何合适的晶向，比如<100>、<110>、或<111>等晶向。在图10所示的实施例中，第一外延层420的厚度442介于约1nm至约10nm之间，第二外延层430的厚度444介于约5nm至约60nm之间，而第三外延层440的厚度446介于约1nm至约10nm之间。在一例中，厚度442、厚度444、与厚度446的比例为约1:5:1。

在一些实施例中，外延结构460为源极与漏极区中的结构，可称作外延源极/漏极结构。在一些实施例中，外延结构460可包含多种掺质。举例来说，若需形成n型金属氧化物半导体鳍状场效晶体管，则外延结构460可包含一或多个硅或碳化硅的外延层，且硅或碳化硅掺杂n型掺质如砷、磷、其他n型掺质、或上述的组合。另一方面，若需形成p型金属氧化物半导体鳍状场效晶体管，则外延结构460可包含一或多个硅锗的外延层，且硅锗掺杂p型掺质如硼、镓、铟、其他p型掺质、或上述的组合。图10与11所示的第一外延层420、第二外延层430、与第三外延层440可包含不同掺质，或不同浓度的相同掺质。在一些实施例中，第一外延层420、第二外延层430、与第三外延层440包含不同浓度的掺质。举例来说，第一外延层420的掺质浓度可小于约1e21原子/cm³、第二外延层430的掺质浓度可介于约1e21原子/cm³至约1e22原子/cm³之间、且第三外延层440的掺质浓度可小于约1e21原子/cm³。在实施例中，第一外延层420、第二外延层430、与第三外延层440之间的掺质浓度比例为约1:10:1。

可实施任何合适制程如离子布植制程、扩散制程、原位掺杂制程、或上述的组合，以掺杂沉积于凹陷的鳍状物222上的外延半导体材料。在一些实施例中，进行选择性外延成长制程以成长半导体材料的外延层于凹陷的鳍状物222上，且在选择性外延成长制程中掺杂半导体材料(比如添加掺质至选择性外延成长制程的源极与漏极材料)，以形成掺杂的外延层。选择性外延成长制程的实施方法可为任何沉积制程，比如化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、高密度等离子体化学气相沉积、有机金属化学气相沉积、远端等离子体化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、原子层化学气相沉积、常压化学气相沉积、气相外延、超高真空化学气相沉积、分子束外延、其他合适制程、或上述的组合。选择性外延成长制程可采用气相前驱物(如含硅气体如硅烷及/或含锗气体如锗烷)及/或液体前驱物，且上述前驱物可与鳍状物222的组成作用形成外延硅或外延硅锗层。可进行一或多道退火制程，以活化外延结构460。退火制程包含快速热退火及/或激光退火制程。

在图10与图11所示的实施例中，按序形成外延结构460的第一外延层420、第二外延层430、与第三外延层440于鳍状结构220上。一开始形成第一外延层420于每一凹陷的鳍状物222其露出的上表面上。虽然图示中的第一外延层420其上表面与外侧鳍状物间隔物330的上表面共平面，但本公开实施例不限于此设置。举例来说，第一外延层420的上表面可高于或低于外侧鳍状物间隔物330的上表面。此外如上所述，凹陷的鳍状物222的上表面可高于隔离区230的上表面(如图11)，或低于隔离区230的上表面(如图10)。在形成第一外延层420之后，形成第二外延层430于第一外延层420(作为基板材料)上。在实施例中，由于第二外延层430中的外延半导体其结晶成长的方向，第二外延层430具有多个外侧晶面430c、403d、430e、与430f。外侧晶面430c、430d、430e、与430f提供用于外延成长第三外延层440的基板，且第三外延层440顺应性地形成于外侧晶面430c、430d、430e、与430f上。

在沉积第二外延层430时，形成气隙450于外延结构460中，如图10至图12所示。气隙450包含内侧鳍状物间隔物320所形成的第一部分，其具有高度hi所定义的高度，以及内侧鳍状物间隔物的间距p所定义的宽度。气隙450亦包含由内侧鳍状物间隔物320与第二外延层430的内侧晶面430a与430b所形成的第二部分，因此第二部分具有高度ha。在实施例中，高度ha与高度hi之间的比例介于约1:3至约1:2之间，而高度ha与高度hi的总合为高度hf的约30％至约80％之间。综上所述，气隙450的总体积为第一部分与第二部分的总合，且为高度hi、间距p、及/或形成第二外延层430所采用的材料的函数。在实施例中，实施步骤130与140可改变侧壁间隔物材料层310的回蚀刻量，以明显地调整内侧鳍状物间隔物320的高度

在实施例中，由于气隙450的存在，第二外延层430与第三外延层440可成长为具有五个外侧晶面430c、430d、430e、430f、与430g并形成c形的外延结构。在其他实施例中，第二外延层430与第三外延层440可成长为具有四个外侧晶面并形成钻石形的外延结构。在图10所示的例示性实施例中，第二外延层430与第三外延层440包含五个晶面430c、430d、430e、430f、与430g，且直接位于鳍状结构220上的晶面(如外侧晶面430e)实质上平行于凹陷的鳍状物222的上表面。应理解的是，外侧晶面的宽度w可不相同。举例来说，外侧晶面430e的宽度w可小于第二外延层430的其他晶面的宽度w。此外，虽然图10与11所示的外侧晶面430e为平坦，但一些实施例提供的外侧晶面430e可包含形貌上的变化。以图12为例，外侧晶面430e的形貌上的最低点与最高点之间的差异d不为0，且小于第二外延层430的厚度444的5％。虽然实施例中，第二外延层430与第三外延层440包含以锐角相连的晶面，但本公开实施例并不限于此，比如晶面可由平滑或圆润的角度相连。

为降低包含鳍状场效晶体管装置(如此处所示的半导体结构400)的集成电路中的电阻电容延迟，需要增加外延源极/漏极结构中的气隙体积(如气隙450的体积)以加大电容。本公开实施例的优点在于经由此处所述的控制蚀刻的制程，可调整高度hi以改变气隙体积。

在方法100之前、之中、或之后可进行额外步骤，且方法100的额外实施例可取代、省略、或调换一些上述步骤。举例来说，方法100亦可包含在形成外延结构460之后，将虚置的栅极结构240置换为高介电常数介电层-金属栅极结构。

此处提供的半导体结构400可包含于微处理器、存储器、及/或其他集成电路装置中。在一些实施例中，半导体结构400可为集成电路芯片的一部分，或者单芯片系统或其部分，其可包含多种被动与主动微电子装置如电阻、电容、电感、二极管、金属氧化物半导体场效晶体管、互补式金属氧化物半导体晶体管、双极接面晶体管、横向扩散金属氧化物半导体晶体管、高压晶体管、高频晶体管、其他合适构件、或上述的组合。通过后续制程步骤，可新增额外结构至半导体结构400。举例来说，多种垂直内连线结构如接点及/或通孔及/或水平内连线结构如线路，以及多层内连线结构如金属层与层间介电层可形成于半导体基板210上，其设置以连接半导体结构400的多种结构。多种内连线结构可采用多种导电材料，比如铝、铝合金(如铝硅铜合金、铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物、其他合适金属、或上述的组合。金属硅化物可包含镍硅化物、钴硅化物、钨硅化物、钽硅化物、钛硅化物、铂硅化物、铒硅化物、钯硅化物、或上述的组合。

综上所述，本公开不同的实施例提供鳍状场效晶体管装置中的外延结构与其制作方法。在一实施例中，提供例示性的半导体结构(如鳍状场效晶体管装置)，其包含的鳍状结构具有第一鳍状物与第二鳍状物形成于半导体基板上，内侧鳍状物间隔物沿着第一鳍状物与第二鳍状物的内侧侧壁形成，外侧鳍状物间隔物沿着第一鳍状物与第二鳍状物的外侧侧壁形成，而外延结构形成于第一鳍状物与第二鳍状物上。在一些实施例中，内侧鳍状物间隔物具有高度hi，外侧鳍状物具有高度ho，且高度ho实质上小于高度hi，外延结构封闭内侧间隔物所形成的气隙，且气隙具有至少一宽度，其中宽度为内侧鳍状物间隔物的相对侧壁之间的分隔距离(如间距p)。在一些实施例中，外延结构包括多个晶面。在例示性的实施例中，直接位于第一鳍状物与第二鳍状物的上表面上的晶面，实质上平行于第一鳍状物与第二鳍状物的上表面。在例示性的实施例中，外延结构包括至少一掺杂的外延半导体层。在例示性的实施例中，外延结构包括第一外延层、第二外延层、与第三外延层，其中第一外延层、第二外延层、与第三外延层包括不同的掺质浓度。在其他实施例中，第一外延层外延成长于第一鳍状物与第二鳍状物的上表面上，因此第一外延层的上表面与外侧鳍状物间隔物的上表面共平面，而第三外延层顺应性地成长于第二外延层所形成的多个晶面上。在一实施例中，高于内侧鳍状物间隔物的气隙的一部分的高度，介于高度hi的约1/3至约1/2之间。

在另一实施例中，提供例示性的半导体结构，其包括半导体基板；鳍状结构，包括第一鳍状物与第二鳍状物形成于半导体基板上，其中内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物垂直地沿着每一第一鳍状物与第二鳍状物的两侧的侧壁，且其中第一鳍状物的内侧侧壁间隔物与第二鳍状物的内侧侧壁间隔物相邻，第一鳍状物与第二鳍状物的内侧侧壁间隔物之间隔有间距p且具有高度hi，外侧侧壁间隔物具有高度ho，且高度hi实质上大于高度ho；栅极结构，形成于鳍状结构上；外延结构，形成鳍状结构的源极区与漏极区中，其中外延结构合并第一鳍状物与第二鳍状物及至少一外延半导体层，且外延半导体层与内侧鳍状物间隔物形成气隙；以及隔离区，形成于半导体基板上以隔离第一鳍状物与第二鳍状物。在一些实施例中，气隙的高度至少为高度hi，且气隙的宽度至少为间距p。在一些实施例中，第一鳍状物与第二鳍状物的上表面高于或低于隔离区的上表面。在一些实施例中，源极区与漏极区中的外延结构位于栅极结构的两侧上。在一些实施例中，其中外延结构的上表面实质上平行于鳍状结构的上表面。

在另一实施例中，提供例示性的方法，其包括形成鳍状结构于半导体基板上，且鳍状结构包括第一鳍状物与第二鳍状物，其中第一鳍状物与第二鳍状物具有高度hf；形成栅极结构于鳍状结构上，其中栅极结构包括至少一介电层与栅极层；沿着第一鳍状物与第二鳍状物的侧壁形成内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物，其中内侧鳍状物间隔物位于第一鳍状物与第二鳍状物之间；蚀刻内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物，使内侧鳍状物间隔物具有高度hi且外侧鳍状物间隔物具有高度ho，其中高度hi大于高度ho与至少一半的高度hf；使第一鳍状物与第二鳍状物凹陷；以及通过合并凹陷的第一鳍状物与第二鳍状物以及至少一外延半导体层，形成外延结构于源极区或漏极区中。在一些实施例中，外延半导体层与内侧鳍状物间隔物形成气隙于外延结构中，且气隙的体积取决于高度hi及内侧鳍状物间隔物之间的分隔间距p所定义。

在一些实施例中，蚀刻内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物的步骤包括：沉积材料层以填入内侧鳍状物间隔物之间的空间；以及非等向蚀刻内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物。在一些实施例中，沉积材料层的步骤包括在钝性载气中沉积甲烷或氟化甲烷。在其他实施例中，沉积材料层的步骤包括沉积介电材料，且介电材料不同于内侧鳍状物间隔物与外侧鳍状物间隔物。在一些实施例中，形成鳍状结构的步骤包括形成多个隔离区于半导体基板上。在一些实施例中，形成外延结构于源极区或漏极区中的步骤包括在源极区或漏极区中，合并凹陷的第一鳍状物与第二鳍状物以及第一外延半导体层与第二外延半导体层。在例示性的实施例中，第一外延半导体层形成于凹陷的第一鳍状物与第二鳍状物的上表面上，且第二外延半导体层形成于第一外延半导体层的上表面上。在一些实施例中，第二外延半导体层包括多个外侧晶面，其中直接位于凹陷的第一鳍状物与第二鳍状物的上表面上的外侧晶面，实质上平行于凹陷的第一鳍状物与第二鳍状物的上表面。

上述实施例的特征有利于本技术领域中技术人员理解本公开实施例。本技术领域中技术人员应理解可采用本公开实施例作基础，设计并变化其他制程与结构以完成上述实施例的相同目的及/或相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解，这些等效置换并未脱离本公开构思与范围，并可在未脱离本公开的权利要求的构思与范围的前提下进行改变、替换、或变动。