用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法與鰭式場效晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蝕刻制作工藝方法及半導體元件結構，且特別是涉及一種用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法與利用此方法所制做的鰭式場效晶體管。
【背景技術】
[0002]在利用半導體制作工藝制作鰭式場效晶體管的過程中，常常會需要在硅基板中成長良好的硅鍺外延材料層。而在成長硅鍺外延材料層之前，需在硅基板中先形成硅凹槽，之后再于娃凹槽中成長娃鍺外延材料層。
[0003]然而由于不同晶體管元件在電性上的不同需求，因此需要成長出不同形狀與不同深度的硅鍺外延材料層。在這樣的需求條件下，就不會是單純的利用一次性的蝕刻制作工藝來形成硅凹槽。但當經(jīng)歷多次的蝕刻制作工藝之后，先前形成的凹槽會因為后續(xù)的蝕刻制作工藝的侵蝕所造成的過度蝕刻(overetch)的問題而無法維持其特定的輪廓。
[0004]有鑒于此，仍有必要提出一種新的蝕刻制作工藝方法與具有多邊形的硅鍺外延材料層的鰭式場效晶體管元件結構，以解決上述制作工藝問題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法與利用此方法所制做的鰭式場效晶體管，以符合不同鰭式場效晶體管元件在電性上的不同需求，提升元件的電性表現(xiàn)。
[0006]為達上述目的，本發(fā)明提出一種用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法，包括:提供硅基板，上述硅基板上具有至少兩個柵極結構；對硅基板進行第一蝕刻制作工藝，以形成第一凹槽，其中第一凹槽具有槽底與分別連接于槽底的兩個斜向的側壁，其中兩個斜向的側壁分別延伸至上述柵極結構下方；以及對第一凹槽的槽底的硅基板進行第二蝕刻制作工藝，以形成圓弧形或倒Π字形的第二凹槽，其中第一凹槽的兩個斜向的側壁分別連接至第二凹槽，且第一蝕刻制作工藝不同于第二蝕刻制作工藝。
[0007]本發(fā)明另提出一種鰭式場效晶體管，包括:硅基板、至少兩個位于硅基板上的柵極結構、至少兩個柵極間隙壁結構、與半導體結構。上述兩個柵極間隙壁結構位于硅基板上且分別環(huán)繞于各個柵極結構的側壁。上述半導體結構鑲嵌于硅基板中，且半導體結構具有延伸部，并且還具有連接于延伸部的第一圓形部或第一 U形部，其中延伸部延伸至各個柵極結構下方。
[0008]綜上所述，本發(fā)明提供數(shù)種硅凹槽的蝕刻制作工藝方法，包括先利用干蝕刻與濕蝕刻制作工藝先形成具有兩個延伸至柵極結構下方的斜向的側壁的第一凹槽，再通過對凹槽側壁進行表面氧化制作工藝以形成氧化硅薄膜來避免過度蝕刻現(xiàn)象，并且接續(xù)進行垂直凹陷干蝕刻制作工藝或側向凹陷干蝕刻制作工藝來形成后續(xù)的第二凹槽或甚至是第三凹槽，以完成不同硅凹槽的制作。并于硅凹槽中形成硅鍺外延層，以作為鰭式場效晶體管中的外延漏極結構或外延源極結構。如此可符合不同元件在電性上的不同需求。
[0009]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附的圖式，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0010]圖1A?圖1F為本發(fā)明的一實施例所繪示的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法流程圖；
[0011]圖2A?圖2E為本發(fā)明的另一實施例所繪示的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法流程圖；
[0012]圖3A?圖3C為本發(fā)明的又一實施例所繪示的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法流程圖；
[0013]圖4A?圖4E為本發(fā)明的再一實施例所繪示的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法流程圖；
[0014]圖5A?圖5C為本發(fā)明的更一實施例所繪示的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法流程圖；
[0015]圖6?圖10為本發(fā)明的再又一實施例所繪示的鰭式場效晶體管的結構示意圖。
[0016]符號說明
[0017]110、610:硅基板
[0018]120、620:柵極結構
[0019]122、622:柵極間隙壁結構
[0020]130、132、432:氧化硅薄膜
[0021]Rl:第一凹槽
[0022]R2:第二凹槽
[0023]R3:第三凹槽
[0024]Brl、Br2:槽底
[0025]Sw:側壁
[0026]600:鰭式場效晶體管
[0027]630、730、830、930、932:半導體結構
[0028]632:延伸部
[0029]634:第一 U 形部
[0030]734:第一圓形部
[0031]836、936:第二圓形部
[0032]636:第二 U 形部
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0034]圖1A?圖1F為根據(jù)本發(fā)明的一實施例所繪示的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法流程圖。請先合并參照圖1A?圖1B。本發(fā)明的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法包括:提供硅基板110，其中硅基板110上具有至少兩個柵極結構120，且上述每一柵極結構120的側壁都環(huán)繞有柵極間隙壁結構122 ;對硅基板110進行第一蝕刻制作工藝，以形成第一凹槽R1，其中第一凹槽Rl具有槽底Brl與分別連接于槽底Brl的兩個斜向的側壁Sw，且兩個斜向的側壁Sw分別延伸至各個柵極結構120下方。在圖1A中以硅基板110上配置有三個柵極結構120為解說范例，但本發(fā)明不以此為限。且上述第一凹槽Rl形成在兩相鄰柵極結構120之間的硅基板110中。
[0035]值得注意的是，上述第一蝕刻制作工藝包括先進行干蝕刻制作工藝，以移除原位于第一凹槽Rl中的大部分的硅基板110。之后再利用濕蝕刻制作工藝來清潔殘留物，并進一步蝕刻出沿著娃基板110的晶面(crystallographicplanes)延伸至各柵極結構120下方的斜向的側壁Sw，以形成完整的第一凹槽Rl。
[0036]請接續(xù)合并參照圖1C?圖1D。在形成第一凹槽Rl之后，本發(fā)明的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法還包括:形成圖案化保護層于第一凹槽Rl中，其中圖案化保護層暴露出第一凹槽Rl的槽底Brl的硅基板110，且上述圖案化保護層例如是圖案化氧化硅薄膜。上述形成圖案化氧化硅薄膜的步驟包括:對暴露于第一凹槽Rl中的硅基板110進行表面氧化制作工藝，以形成氧化硅薄膜130于暴露于第一凹槽Rl中的硅基板110的表面(如圖1C所示)；并且，進行突破(breakthrough)蝕刻制作工藝，以移除槽底Brl的氧化娃薄膜130,并暴露出槽底Brl的硅基板110 (如圖1D所示)，以完成圖案化氧化硅薄膜的制作。因此上述圖案化氧化硅薄膜只包括第一凹槽Rl的斜向的側壁Sw上的氧化硅薄膜130。上述的突破蝕刻制作工藝中例如可利用含氟等離子體氣體來移除槽底Brl的氧化硅薄膜130，其中上述含氟等離子體氣體選自四氟化碳(CF4)、六氟乙烷(C2F6)、八氟環(huán)丁烷(C4F8)其中之一或其混合物。
[0037]請參閱圖1E?圖1F。在移除槽底Brl的硅基板110的氧化硅薄膜130之后，本發(fā)明的用以形成硅凹槽的蝕刻制作工藝方法還包括:對第一凹槽Rl的槽底Brl進行第二蝕刻制作工藝，以形成倒π字形或U字形的第二凹槽R2，其中上述第一凹槽Rl的斜向的側壁Sw分別連接至第二凹槽R2(如圖1E所示)；之后，再利用濕蝕刻制作工藝，例如是稀釋氫氟酸(DHF, diIutedHF)，來移除位于側壁Sw的氧化硅薄膜130，而完成硅凹槽的制作。在后續(xù)用于制作鰭式場效晶體管元件的制作工藝中，可于構成硅凹槽的第一凹槽Rl與第二凹槽R2中繼續(xù)形成硅鍺外延層，以形成外延漏極結構或外延源極結構。此外，值得注意的是，上述第二蝕刻制作工藝不同于第一蝕刻制作工藝。上述用以形成倒π字形或U字形的第二凹槽R2的第二蝕刻制作工藝為非等向性蝕刻方法，例如是垂直凹陷干蝕刻制作工藝。并且，上述垂直凹陷干蝕刻制作工藝所使用的第一等離子體氣體例如是溴化氫(HBr)。
[0038]值得一提的是，在進行第二蝕刻制作工藝之前，對第一凹槽Rl中的硅基板110進行表面氧化制作工藝，使第一凹槽Rl的側壁Sw上包覆有氧化硅薄膜130的目的，在于利用氧化硅薄膜130來保護第一凹槽Rl的側壁Sw，使側壁Sw在第二蝕刻制作工藝的過程中可以避免被垂直凹陷干蝕刻制作工藝所使用的第一等離子體氣體所侵蝕，以便于維持第一凹槽Rl的側壁Sw的輪廓。此外，在其他實施例中，上述圖案化保護層例如可以是圖案化聚合物薄膜。因此可以利用于第一凹槽Rl表面形成聚合物薄膜的方式，來替代表面氧化制作工藝的形成氧化硅薄膜的方式。并且，在移除位于槽底上的聚合物薄膜后，即完成圖案化聚合物薄膜的制作。之后再對槽底的硅基板進行后續(xù)的第二蝕刻制作工藝，以形成第二凹