[发明专利]半导体结构的形成方法

说明书

本公开实施例提供一种具有金属栅极的半导体结构的形成方法。半导体结构是先于半导体基板之上制造鳍片，再形成源极与漏极凹口。接着，可于源极与漏极凹口之中沉积源极与漏极区。栅极结构可沉积于鳍片之间的区域之中。栅极结构包括介电与金属层。在鳍片之间的区域中，绝缘层隔离了栅极结构以及源极与漏极区。

技术领域

本公开实施例涉及一种半导体结构及其形成方法，特别涉及一种鳍状场效晶体管及其形成方法。

背景技术

半导体产业的其中一个目标是持续缩小个别场效晶体管的尺寸并增加其速度。为了达到这些目标，而发展出鳍状场效晶体管(fin field-effect transistor,FinFET)。鳍状场效晶体管是基于传统金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorFET,MOSFET)的变化，且其包括形成于硅或绝缘体上覆硅(silicon-on insulator,SOI)基板上非平面的双栅极晶体管。鳍状场效晶体管与金属氧化物半导体场效晶体管的区别在于其具有位于基板之上的薄硅“鳍片”反转通道(inversion channel)，使栅极得以与鳍片的左侧与右侧接触。

晶体管进一步的微型化在鳍状场效晶体管的制造与设计中存在着各种挑战。例如，制造鳍状场效晶体管时，可使用金属栅极取代典型的多晶硅栅极电极，以改善装置性能。形成金属栅极结构的其中一种工艺称为取代栅极(replacement-gate)或栅极后制(gate-last)工艺，其中最后才制造最终的栅极结构，如此可减少后续工艺的数量，包括形成栅极后进行的高温处理。然而，执行这样的工艺有着许多的挑战，特别是对于微缩化的装置部件与复杂的表面形貌(topology)。其中一个挑战是于紧密相隔的鳍片之间形成金属栅极结构。

发明内容

本公开实施例提供一种半导体结构的形成方法，半导体结构包括半导体基板，其包括被鳍片凹蚀区分离的鳍片，方法包括：利用一第一材料填充该鳍片凹蚀区，以形成一填充半导体结构；于填充半导体结构的第一部分之上形成顶层；从填充半导体结构的第二部分蚀刻出源极凹蚀区与漏极凹蚀区；从源极与漏极凹蚀区所露出的第一部分的前侧与后侧侧壁横向地蚀刻一部分的第一材料，以形成前侧与后侧侧壁沟槽；沉积第二材料至前侧与后侧侧壁沟槽之中；于源极凹蚀区中形成源极区，且于漏极凹蚀区中形成漏极区；移除顶层，以露该第一部分的顶表面；移除第一材料，且部分地重新露出鳍片凹蚀区；沉积栅极介电层，其顺应于(conformal)部分地重新露出的鳍片凹蚀区的表面；以及沉积导电材料至鳍片凹蚀区的剩余部分之中。

本公开实施例亦提供一种半导体结构的形成方法，半导体结构包括半导体基板，其包括被鳍片凹蚀区分离的鳍片，方法包括：沉积第一填充材料，以对鳍片凹蚀区的表面形成顺应层；沉积第二填充材料，以形成填充半导体结构；于填充半导体结构的第一部分之上形成顶层；从填充半导体结构的第二部分蚀刻出源极凹蚀区与漏极凹蚀区；从源极与漏极凹蚀区所露出的第一部分的前侧与后侧侧壁横向地蚀刻一部分的第一填充材料，以形成前侧与后侧侧壁沟槽；沉积第二材料至前侧与后侧侧壁沟槽之中；于源极凹蚀区中形成源极区，且于漏极凹蚀区中形成漏极区；移除顶层，以露出第一部分的顶表面；移除第一与第二填充材料，且部分地重新露出鳍片凹蚀区；沉积栅极介电层，其顺应于部分地重新露出的鳍片凹蚀区的表面；以及沉积导电材料至鳍片凹蚀区的剩余部分之中。

本公开实施例亦提供一种半导体结构，用于形成鳍状场效晶体管装置，半导体结构包括：鳍片区，从半导体基板延伸出，鳍片区包括至少一对鳍片，其中此对鳍片被第一材料所填充的填充区分离，第一材料与用于形成至少一对鳍片的材料相比具有较高的蚀刻速率，第一材料是外延成长以形成填充区，鳍片区包括第一组表面与第二组表面；以及源极区与漏极区，源极区邻近于鳍片区的第一组表面，且漏极区邻近于鳍片区的第二组表面。

附图说明

以下将配合说明书附图详述本公开实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开实施例的特征。