[发明专利]鳍式场效晶体管

说明书

技术领域

本公开内容是有关于一种场效晶体管，且特别是有关于一种鳍式场效晶体管。

背景技术

当半导体工业逐步进入纳米技术的领域以追求电子装置更高的元件密度、更佳的效能以及更小的成本时，制造及设计上带来的挑战，使现今的技术朝三维的设计方式，如鳍式场效晶体管发展。典型的鳍式场效晶体管由基板蚀刻入硅层，以形成自基板延伸出的鳍状结构。场效晶体管的通道即形成于此垂直的鳍状结构。栅极形成于鳍状结构上。较佳的方式是将栅极形成通道的两侧上，以使栅极可由两侧控制通道。鳍式场效晶体管的优点更包括可降低短通道效应(short-channel effect)及提高电流量等等。

当元件的结构愈趋密集，鳍式场效晶体管的制造遭遇了许多的问题。举例来说，已知的鳍式场效晶体管制造方法无法提供鳍式结构不同横切面的刻面(facet，如硅或硅锗的刻面)，如矩形的横切面。只改变一些工艺中的参数设定，并无法对制造不同的横切面有显著的帮助。刻面横切面将影响接触硅化(salicidation)面积，而已知技术中的鳍式场效晶体管的接触硅化面积常较所需求的为小，而造成较高的接触硅化阻抗以及较差的元件效能。更进一步地，于已知的鳍式场效晶体管制造方法，鳍式结构的高度由于刻面受限于鳍式结构的宽度。当元件愈来愈小，鳍式结构的高度将更加重缩小的接触硅化面积带来的问题。

因此，如何设计一个新的鳍式场效晶体管，以避免上述问题随元件尺寸的缩小而愈趋严重，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

因此，本公开内容的一态样是在提供一种鳍式场效晶体管(fin field-effecttransistor；FinFET)，包含：基板、鳍式结构、栅极结构、外延层以及通道。基板包含晶状半导体(crystalline semiconductor)物质，并包含顶层表面，顶层表面具有第一晶面方向(crystal plane orientation)。鳍式结构包含晶状半导体物质，覆盖于基板上。栅极结构覆盖于鳍式结构的一部份。外延层覆盖于鳍式结构的另一部份，外延层包含表面，表面具有第二晶面方向。外延层以及外延层下的鳍式结构包含漏极区以及源极区，漏极区以及源极区通过栅极结构隔离。通道定义于鳍式结构中，自源极区延伸至漏极区，并与基板的顶层表面以及外延层的表面沿平行方向对齐。

依据本公开内容一实施例，第一晶面方向为(001)，第二晶面方向为(110)。与外延层的表面平行的通道对齐于<110>的方向。

依据本公开内容另一实施例，外延层包含硅与硅锗(SiGe)至少其中之一。外延层包含掺杂有含硼掺杂物的硅。晶状半导体物质为硅。

依据本公开内容又一实施例，其中外延层的上表面与基板的顶层表面平行，外延层的二侧壁表面与外延层的上表面垂直。外延层的上表面具有第一晶面方向，外延层的二侧壁表面具有第二晶面方向。

依据本公开内容再一实施例，其中外延层由镶嵌(damascene)工艺形成，镶嵌工艺包含：形成覆盖层(capping layer)以覆盖基板、鳍式结构以及栅极结构；对覆盖层进行图案化，以形成开口，其中开口使鳍式结构的第二部份曝露；于鳍式结构的第二部份上的开口长成外延层；以及移除覆盖层。

依据本公开内容更具有的一实施例，其中外延层由镶嵌工艺形成，镶嵌工艺包含：移除鳍式结构的第二部份以形成凹槽部于鳍式结构上；形成覆盖层以覆盖基板、鳍式结构以与栅极结构；对覆盖层进行图案化，以形成开口，其中开口使鳍式结构的凹槽部曝露；于鳍式结构的凹槽部上的开口长成外延层；以及移除覆盖层。镶嵌工艺更包含进行布植工艺。

本公开内容的另一态样是在提供一种鳍式场效晶体管，包含：基板、栅极结构、外延层、漏极区以及源极区。基板包含鳍式结构，基板包含晶状半导体物质，并包含顶层表面，顶层表面具有第一晶面方向。栅极结构覆盖于鳍式结构的一部份，栅极结构横跨鳍式结构。外延层覆盖于鳍式结构的另一部份，外延层包含第一、第二以及第三表面，外延层的第一表面与基板的顶层表面平行，外延层的第二表面以及第三表面与外延层的第一表面垂直，且第二表面以及第三表面具有第二晶面方向。漏极区以及源极区形成于外延层，并定义位于鳍式结构中，自源极区延伸至漏极区的通道，通道对齐于第一表面以及第二表面间定义的交界线的方向。

依据本公开内容一实施例，其中鳍式结构以及外延层沿通道的侧剖面具有矩形横切面。

依据本公开内容另一实施例，第一晶面方向为(001)，第二晶面方向为(110)。与外延层的表面平行的通道对齐于<110>的方向。