鳍状场效晶体管元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种场效晶体管元件及其制造方法，尤其是涉及一种鳍状场效晶体管元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的进步，在追求微小化的同时，还必须确保效能的提升，因此发展出了不同于一般场效晶体管的鳍状场效晶体管(FinFET)的技术。鳍状场效晶体管(FinFET)，不同于现有的平面场效晶体管，鳍状场效晶体管(FinFET)具有类似鱼鳍形状的结构，并以此命名。其特征在于结构上为非平面双栅极晶体管，电路设计上可以设计成两个单独控制的栅极，让晶体管的设计更为弹性，制造出更具效能、低耗电的元件。对于现今微小化、高效能的趋势，鳍状场效晶体管将成为未来电子产业的主流，但就现有技术而言，制作工艺与效能上还有改进的空间。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供一种鳍状场效晶体管(FinFET)元件制造方法，其包括以下步骤。首先提供一基材，并且基材表面具有鳍状结构。在基材上形成氧化层后，移除部分氧化层，用以露出部分的鳍状结构，同时形成至少一浅沟槽隔离结构。在鳍状结构的露出部分两侧形成一对间隙壁，之后，移除部分鳍状结构用以于该对间隙壁间形成凹槽，并同时移除部分未被间隙壁覆盖的浅沟槽隔离结构。在凹槽中形成外延鳍状结构后，移除间隙壁，再于外延鳍状结构上形成栅极结构，使其延伸方向垂直于外延鳍状结构的延伸方向。
[0004]在本发明的优选实施例中，上述移除部分未被间隙壁覆盖的浅沟槽隔离结构，用以形成凹陷部，同时形成边缘部被覆盖于间隙壁之下，其中边缘部的顶面高于凹陷部的顶面。
[0005]在本发明的优选实施例中，上述的凹槽的底面与边缘部的顶面共平面。
[0006]在本发明的优选实施例中，上述的凹槽的底面高于边缘部的顶面。
[0007]在本发明的优选实施例中，上述的凹槽的底面低于边缘部的顶面。
[0008]在本发明的优选实施例中，上述外延鳍状结构的顶面与该对间隙壁的顶部对齐。
[0009]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构的顶面高于该对间隙壁的顶部。
[0010]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构的顶面低于该对间隙壁一顶部。
[0011]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构物理接触凹槽的底面，且外延鳍状结构中含锗的比例范围为50%?100%。
[0012]在本发明的优选实施例中，上述的鳍状场效晶体管元件制造方法，还包含以下步骤:移除部分未被栅极结构覆盖的外延鳍状结构，用以形成移除区；以及于移除区中外延形成源/漏极结构，并且源/漏极结构的成分不同于外延鳍状结构。
[0013]本发明同时提供一种鳍状场效晶体管(FinFET)元件，包含:基材、鳍状结构、浅沟槽隔离结构与栅极结构。鳍状结构位于基材表面，其中鳍状结构包含底部鳍状结构与位于底部鳍状结构上的外延鳍状结构；浅沟槽隔离结构位于基材上，其中，浅沟槽隔离结构包含边缘部与凹陷部，且边缘部物理接触鳍状结构；以及栅极结构，垂直横跨外延鳍状结构上。
[0014]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构的底面与边缘部的顶面共平面。
[0015]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构的底面高于边缘部的顶面。
[0016]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构的底面低于边缘部的顶面。
[0017]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构包含源/漏极结构与鳍状通道结构。源/漏极结构未被栅极结构覆盖；以及鳍状通道结构覆盖于栅极结构之下，并且鳍状通道结构中含锗的比例范围为50%?100%，其成分不同于源/漏极结构。
[0018]在本发明的优选实施例中，上述的外延鳍状结构的成分不同于基材，且外延鳍状结构含错。
【附图说明】
[0019]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下:
[0020]图1-图6A为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件制造过程剖面示意图；
[0021]图6B为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的制造过程剖面示意图；
[0022]图6C为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的制造过程剖面示意图；
[0023]图7A为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的制造过程剖面示意图；
[0024]图7B为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的制造过程剖面示意图；
[0025]图7C为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的制造过程剖面示意图；
[0026]图8-图9为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件制造过程的剖面示意图；
[0027]图10为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的立体示意图；
[0028]图11-图13为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件制造过程的剖面示意图；以及
[0029]图14为本发明一实施例所绘制的鳍状场效晶体管元件的立体示意图。
[0030]符号说明
[0031]10:基材
[0032]11:浅沟槽
[0033]12:氧化层
[0034]13:材料层
[0035]20、20’:浅沟槽隔离结构
[0036]21:边缘部
[0037]21T:边缘部顶面
[0038]22:凹陷部
[0039]30:间隙壁
[0040]30T:间隙壁顶部
[0041]31、32、33:凹槽
[0042]31B、32B、33B:凹槽底面
[0043]41、42、43、300:外延鳍状结构
[0044]41T、42T、43T:外延鳍状结构的顶面
[0045]41’:鳍状通道结构
[0046]50:栅极结构
[0047]60:源/漏极结构
[0048]61:移除区
[0049]100、200、201、202、400:鳍状结构
[0050]101:鳍状结构的露出部
[0051]102、103、104:底部鳍状结构
[0052]501:栅介电层
[0053]502:栅极材料层
[0054]S1:第一侧
[0055]S2:第二侧
[0056]a_a，、b_b，:切线
[0057]X、Y:方向
【具体实施方式】
[0058]本发明是在提供一种鳍状场效晶体管元件(FinFET)及其制作工艺，以提升鳍状场效晶体管元件的品质与效能，并节省制作工艺成本与工时。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文以实施例配合所附的附图，做详细说明。
[0059]首先如图1所示，提供一基材10，基材10具有第一侧S1与第二侧S2。基材10例如是硅基材或是其他的半导体基材，移除第一侧S1的部分基材10，用以于基材10表面上形成至少一浅沟槽11以及至少一鳍状结构100，其中浅沟槽11与鳍状结构100相邻且相间。浅沟槽11与鳍状结构100的形成方法可以包含一般的光掩模光刻制作工艺与蚀刻制作工艺，例如干式蚀刻或其他现有技术。其后，如图2所示，在鳍状结构100与基材10上，形成氧化层12以填满浅沟槽11，并覆盖整个鳍状结构100与基材10的表面，氧化层12的形成方法例如是进行化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit1n, CVD)、物理气相沉积(PhysicalVapor Deposit1n, PVD)或原子层沉积(Atomic Layer Deposit1n, ALD)等。然后，移除部分氧化层12，以暴露鳍状结构100的露出部101，并同时形成浅沟槽隔离结构20，如图3所示。移除部分氧化层12的方法可选择使用一般蚀刻制作工艺，如干式或湿式蚀刻，湿式蚀刻溶剂例如氢氟酸(HF)溶液、氢氧化钾(Κ0Η)溶液、氟化铵(NH4F)溶液等。鳍状结构100的露出部101的高度可依据需要调整蚀刻制作工艺，依据本发明一实施例，露出部101的高度介于200纳米至500纳米之间。
[0060]接着，在鳍状结构100的露出部101的两侧面形成间隙壁，用以在后续制作工艺中定义外延鳍状结构的形状。形成间隙壁的步骤如图4-图5所示，先于鳍状结构100的露出部101与浅沟槽隔离结构20上，形成材料层13，并与露出部101及浅沟槽隔离结构20共形(conformal)。材料层13的厚度可介于100埃?200埃。然后如图5所示,进行回蚀制作工艺，移除部分材料层13以形成间隙壁30。间隙壁30位于鳍状结构100露出部101的两侦牝且具有与露出部101接触的平面内侧壁与远离露出部101的曲面外侧壁，覆盖并接触于部分浅沟槽隔离结构20上，形成帆船形(sail-shaped)的间隙壁。间隙壁30具有一顶部30T，顶部30T可以低于露出部101的上表面，或是与露出部101的上表面共平面。图5为依据本发明的一实施例所绘制的示意图，其中间隙壁30的顶部30T低于露出部101的上表面。
[0061]接着，移除部分鳍状结构100，如图6A-图6C所示，其中图6A-图6C为依据本发明不同实施例所绘制的剖面示意图。方法可以是一般蚀刻制作工艺，如干式或湿式蚀刻，湿式蚀刻溶剂例如氢氟酸(HF)溶液、氢氧化钾(Κ0Η)溶液、氟化铵(NH4F)溶液等。值得注意的是，鳍状结构100与间隙壁30间具有高蚀刻选择比，故可掏除部分的鳍状结构100，而留下间隙壁30 ;鳍状结构100与浅沟槽隔离结构20间也具有高蚀刻选择比。为能达到较好的效果，可依需要使用选择性较高的蚀刻溶剂。在对鳍状结构100蚀刻的过程中，无法避免的会同时移除少量浅沟槽隔离结构20而形成凹陷部22，但由于部分浅沟槽隔离结构20表面被间隙壁30所覆盖，受到保护而形成边缘部21，因此在本蚀刻步骤后产生的浅沟槽隔离结构20’表面具有至少一边缘部21与凹陷部22。浅沟槽隔离结构20’的边缘部21与鳍状结构100的两侧相接触，且与间隙壁30接触；浅沟槽隔离结构20’的凹陷部22相对的两侧与边缘部21相接触，配置于边缘部21远离与鳍状结构100物理接触的一侧，其表面未被间隙壁30所覆盖，并且边缘部21的顶面高于凹陷部22的顶面。
[0062]移除部分鳍状结构100的步骤，如图6A示意的实