金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與其形成方法，特別來說，是關(guān)于一種具有特殊外延結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著各種消費(fèi)性電子產(chǎn)品不斷的朝小型化發(fā)展，半導(dǎo)體元件設(shè)計(jì)的尺寸也不斷縮小，以符合高集成度、高效能和低耗電的潮流以及產(chǎn)品需求。
[0003]然而，隨著電子產(chǎn)品的小型化發(fā)展，現(xiàn)有的平面晶體管(planar transistor)已經(jīng)無法滿足產(chǎn)品的需求。因此，目前發(fā)展出一種非平面晶體管(non-planar)的鰭狀晶體管(Fin-FET)技術(shù)，其具有立體的柵極通道(channel)結(jié)構(gòu)。鰭狀場效晶體管元件的制作工藝能與傳統(tǒng)的邏輯元件制作工藝整合，因此具有相當(dāng)?shù)闹谱鞴に囅嗳菪?，且由于鰭狀結(jié)構(gòu)的立體形狀增加了柵極與硅的接觸面積，因此可增加?xùn)艠O對于通道區(qū)域電荷的控制，以降低小尺寸元件帶來的漏極引發(fā)的能帶降低(Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)效應(yīng)以及短通道效應(yīng)(short channel effect)?，F(xiàn)有的鰭狀晶體管也持續(xù)改良，以朝更小尺寸的方向邁進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種新穎的金屬氧化物半導(dǎo)體裝置與其形成方法，能具有較佳的電性表現(xiàn)與可靠度。
[0005]為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供了一種金屬氧化物半導(dǎo)體(metaloxide semiconductor, M0S)裝置，包含一柵極結(jié)構(gòu)以及一外延結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)設(shè)在一基底上。外延結(jié)構(gòu)設(shè)在柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的基底中，外延結(jié)構(gòu)的部分作為該金屬氧化物半導(dǎo)體的一源極/漏極區(qū)，其中外延結(jié)構(gòu)包含:一第一緩沖層具有一第二導(dǎo)電型摻質(zhì)、一第二緩沖層，以及一外延層具有一第一導(dǎo)電型摻質(zhì)，其中第一導(dǎo)電型摻質(zhì)與第二導(dǎo)電型摻質(zhì)電性上互補(bǔ)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，提供了一種形成金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的方法，包含下列步驟。首先在一基底上形成一柵極結(jié)構(gòu)，并在柵極結(jié)構(gòu)其中一側(cè)的基底中形成至少一凹槽。后續(xù)形成一外延結(jié)構(gòu)于凹槽中，此外延結(jié)構(gòu)包含:一第一緩沖層具有一第二導(dǎo)電型摻質(zhì)、一第二緩沖層以及一外延層具有一第一導(dǎo)電型摻質(zhì)，其中第一導(dǎo)電型摻質(zhì)與第二導(dǎo)電型摻質(zhì)電性上互補(bǔ)。
[0007]本發(fā)明所提供的一種晶體管結(jié)構(gòu)與其形成方法，特征在于特殊的外延結(jié)構(gòu)，由此能獲得較佳的穩(wěn)定度以及防止漏電流的問題，也能維持晶體管的低驅(qū)動電壓。。
【附圖說明】
[0008]圖1至圖10為本發(fā)明一種形成金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的步驟示意圖，
[0009]主要元件符號說明
[0010]300基底312S凹槽側(cè)壁
[0011]302淺溝槽隔離314第一緩沖層
[0012]304鰭狀結(jié)構(gòu)314D擴(kuò)散區(qū)
[0013]306柵極結(jié)構(gòu)316第二緩沖層
[0014]306A柵極介電層318外延層
[0015]306B導(dǎo)電層320外延結(jié)構(gòu)
[0016]306C蓋層322源極/漏極區(qū)
[0017]308輕摻質(zhì)漏極324覆蓋層
[0018]310間隙壁402第一方向
[0019]312凹槽404第二方向
[0020]312B凹槽底面
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使熟悉本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)者能更進(jìn)一步了解本發(fā)明，下文特列舉本發(fā)明的數(shù)個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附的附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的構(gòu)成內(nèi)容及所欲達(dá)成的功效。
[0022]請參考圖1至圖9，所繪示為本發(fā)明一種形成金屬氧化物半導(dǎo)體裝置的步驟示意圖，其中圖1和圖2為立體圖，而圖3至圖9為沿著圖1與圖2的AA’切線所繪制的剖視圖。
[0023]首先請參考圖1，提供一基底300，其用來在其上形成所需的元件或電路，優(yōu)選具有含娃材質(zhì)，例如是娃、單晶娃(single crystal silicon)、單晶娃鍺(single crystalsilicon germanium)、非晶娃(amorphous silicon)或是上述的組合。在另一實(shí)施例中，基底300也可以包含其他半導(dǎo)體材質(zhì)，例如是鍺或III/V族的復(fù)合半導(dǎo)體材料，如鍺砷等。在另一實(shí)施例中，基底300也可以包含其他介電材料，例如是硅覆絕緣基底(silicon oninsulator, SOI)?；?00具有多個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)(fin structure) 304以及多個(gè)淺溝槽隔離(shallow trench isolat1n, STI) 302。如圖1所示，鰭狀結(jié)構(gòu)304大體上沿著一第一方向402延伸，且與淺溝槽隔離302彼此間隔地(alternatively)均勾排列。形成鰭狀結(jié)構(gòu)304的步驟，例如是先在基底300上形成圖案化硬掩模層(圖未示)，然后再進(jìn)行一蝕刻制作工藝以在基底300中形成多個(gè)溝槽(圖未示)。接著以絕緣材料例如二氧化硅(S12)填滿溝槽，再進(jìn)行一平坦化及/或蝕刻制作工藝，以形成淺溝槽隔離302，使著突出于淺溝槽隔離302的基底300的部分形成鰭狀結(jié)構(gòu)304。
[0024]后續(xù)，如圖2所示，在基底300上形成多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)306，大體上沿著一第二方向404延伸，第二方向404大體上與第一方向402垂直。在一實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)306由下至上包含一柵極介電層306A、一導(dǎo)電層306B以及一蓋層306C。在一實(shí)施例中，柵極介電層306A例如是二氧化硅，或是高介電材料，例如是介電常數(shù)高于4的材料。導(dǎo)電層306B例如金屬是或是多晶娃(poly silicon)。蓋層306C例如包含氮化娃(SiN)、碳化娃(SiC)或氮氧化硅(S1N)。在一實(shí)施例中，蓋層306C可以是一層或多層不同介電材料所組成，例如可以包含一第一蓋層(圖未示)與第二蓋層(圖未示)，分別包含氧化硅和氮化硅。后續(xù)，在柵極結(jié)構(gòu)306的側(cè)壁上形成一間隙壁(spacer) 310。間隙壁310可以是單層或復(fù)合膜層的結(jié)構(gòu)，其可包含高溫氧化娃層(high temperature oxide, HT0)、氮化娃、氧化娃或使用六氯二娃燒(hexachlorodisilane, Si2Cl6)形成的氮化娃(HCD-SiN)。在一實(shí)施例中，在形成間隙壁310之前，可以選擇性的進(jìn)行一離子注入制作工藝，以在柵極結(jié)構(gòu)306兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)304中形成一輕摻雜漏極(light doped drain，LDD) 308(未示于圖2，可參考后續(xù)圖3的剖視圖)，輕摻雜漏極308具有一第一導(dǎo)電型的摻質(zhì)，若后續(xù)形成的晶體管為P型晶體管，則第一導(dǎo)電型摻質(zhì)為P型摻質(zhì)，例如是硼(B)及/或氟化硼(BF);反之，若后續(xù)形成的晶體管為N型晶體管，則第一導(dǎo)電型摻質(zhì)為N型摻質(zhì)例如是砷(As)及/或磷⑵及/或銻(Sb)。
[0025]如圖3所示的剖視圖，進(jìn)行一次或多次的蝕刻制作工藝，以在柵極結(jié)構(gòu)306兩側(cè)的鰭狀結(jié)構(gòu)304中形成至少一凹槽(recess)312。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所形成的凹槽312具有一相對水平的凹槽底面312B與相對垂直的凹槽側(cè)壁312S，且兩者的交界處優(yōu)選為圓弧狀。所述凹槽312形成方式例如用一次或多次的干蝕刻制作工藝，并在越后段執(zhí)行的干蝕刻制作工藝中調(diào)整偏壓功率(bias power)，直至產(chǎn)生圓弧狀凹槽312為止。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，凹槽312也可以通過濕蝕刻技術(shù)而具有如鉆石或六角等多邊形的角度。在形成凹槽312后，可選擇性進(jìn)行一清洗步驟，以稀釋氫氟酸(diluted hydrofluoricacid)或一含有硫酸(H2SO4)、過氧化氫(H2O2)、與去離子水(de1nized water, DI water)的Piranha(又稱SPM)混合溶液或其他適當(dāng)?shù)那逑匆禾幚?，以去除不純物質(zhì)。
[0026]如圖4所示，在凹槽312中形成一第一緩沖層(buffer layer) 314，以覆蓋在凹槽312內(nèi)鰭狀結(jié)構(gòu)304的表面上。在一實(shí)施例中，若后續(xù)形成的晶體管為N形晶體管，第一緩沖層314的材料可以是硅化磷(SiP)或硅化碳(SiC);若后續(xù)形成的晶體管為P形晶體管，則第一緩沖層314的材料則為硅化鍺(SiGe)。在本發(fā)明中，第一緩沖層314具有一第二導(dǎo)電型，其與前述的第一導(dǎo)電型為互補(bǔ)(complementary)。本發(fā)明其中一個(gè)特征在于，第一緩沖層314優(yōu)選僅形成在凹槽底面314B上，而并不會形成在凹槽側(cè)壁312S上。形成所述第一緩沖層312的方法，包含一第一選擇性外延成長(selective epitaxial growth, SEG)制作工藝，在一實(shí)施例中，此第一選擇性外延成長制作工藝包含至少一選擇性外延成長制作工藝以及至少一蝕刻制作工藝。例如，先進(jìn)行選擇性外延成長后，進(jìn)行一蝕刻制作工藝以移除些許凹槽底部312B形成的外延層且大體上移除凹槽側(cè)壁312S的外延層。若無法完全移除凹槽側(cè)壁312S的外延層，也可重復(fù)進(jìn)行「選擇性外延成長制作工藝一蝕刻制作工藝」多次周期，直至完全去除凹槽側(cè)壁312S的外延層為止。而在另一實(shí)施例中，第一緩沖層314除了形成在凹槽底部312B，也可些許地形成在凹槽側(cè)面312S，例如形成在凹槽側(cè)面312S由下而上高度的1/2至1/3之間。此外，由于第一緩沖層314具有第二導(dǎo)電型摻質(zhì)，故可在形成第一緩沖層314時(shí)以原位處理(in-situ)的方式伴隨著外延成長制作工藝導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的摻質(zhì)。而在另一實(shí)施例中，也可在全部選擇性外延制作工藝后，再進(jìn)行離子注入制作工藝以形成具有第二導(dǎo)電型摻質(zhì)的第一緩沖層314。而在另一實(shí)施例中，也可在形成第一緩沖層314之前額外地進(jìn)行一離子注入制作工藝，形成一摻雜區(qū)(圖未示)位在凹槽底面312B下方的基底300。
[0027]如圖5所示，在凹槽312中形成一第二緩沖層316，覆蓋在凹槽312第一緩沖層314以及凹槽側(cè)壁312S的表面上。第二緩沖層316的材質(zhì)大體上與第一緩沖層314相同。在一實(shí)施例中，第二外延層316的鍺(P型晶體管)或碳/磷(N型晶體管)的濃度大于第一緩沖層314的鍺(P型晶體管)或碳/磷(N型晶體管)的濃度，在另一實(shí)施例中兩者的濃度也可相同。此外，本發(fā)明的第二緩沖層316優(yōu)選為未摻雜外延層(undoped epitaxiallayer)，亦即不具有第一導(dǎo)電型或第二導(dǎo)電型的摻質(zhì)。在一實(shí)施例中，第二緩沖層314是以一第二選擇性外延成長制作工藝形成，且會共形(conformally)地成長于凹槽側(cè)壁312S以及第一緩沖層314的表面上，因此所形成的第二緩沖層316具有一 U型剖面，且優(yōu)選具有均一厚度。
[0028]接著請參考圖6，形成一外延層318于第二緩沖層316上。在一實(shí)施例