半導體元件及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體元件及其制作方法，尤其是涉及一種利用兩次干蝕刻制作工藝于柵極結構兩側基底中形成正圓形凹槽的方法。
【背景技術】
[0002]為了能增加半導體結構的載流子遷移率，可以選擇對于柵極通道施加壓縮應力或是伸張應力。舉例來說，若需要施加的是壓縮應力，現有技術常利用選擇性外延成長(selective epitaxial growth, SEG)技術于一娃基底內形成晶格排列與該娃基底相同的外延結構，例如娃鍺(silicon germanium, SiGe)外延結構。利用娃鍺外延結構的晶格常數(lattice constant)大于該硅基底晶格的特點，對P型金屬氧化物半導體晶體管的通道區產生應力，增加通道區的載流子遷移率(carrier mobility),并用于增加金屬氧化物半導體晶體管的速度。反之，若是N型半導體晶體管則可選擇于硅基底內形成硅碳(siliconcarbide, SiC)外延結構，對柵極通道區產生伸張應力。
[0003]前述方法雖然可以有效提升通道區的載流子遷移率，卻導致整體制作工藝的復雜度以及制作工藝控制的難度，尤其是在半導體元件尺寸持續縮小的趨勢下。舉例來說，現有往往先于硅基底中定義一凹槽，然后于凹槽中形成一緩沖層(buffer layer)后再形成一外延層。然而，依據現行制作工藝所制作出的緩沖層常具有不均一的厚度，例如緩沖層的底部厚度通常為側壁厚度的三到五倍，進而導致短通道效應(short channel effect)或漏極引發能帶降低(drain induce barrier lowering, DIBL)等負面影響，造成漏電流增加并損及元件的品質及效能。
【發明內容】
[0004]因此本發明的目的在于提供一種半導體元件及其制作方法，以解決上述現有問題。
[0005]依據本發明的優選實施例，是公開一種制作半導體元件的方法。首先提供一基底，然后形成一柵極結構于基底上，接著進行一第一干蝕刻制作工藝以于柵極結構旁形成一凹槽，最后再進行一第二干蝕刻制作工藝以擴大該凹槽。
[0006]本發明還公開一種半導體元件，其主要包含一基底、一柵極結構設于基底上以及一凹槽設于柵極結構旁，其中該凹槽包含一圓形。
【附圖說明】
[0007]圖1至圖5為本發明優選實施例制作一半導體元件的示意圖。
[0008]主要元件符號說明
[0009]12基底 14柵極結構
[0010]16柵極介電層18柵極材料層
[0011]20硬掩模 22偏位間隙壁
[0012]24輕摻雜漏極26凹槽
[0013]28凹槽 30緩沖層
[0014]32外延層
【具體實施方式】
[0015]請參照圖1至圖5,圖1至圖5為本發明優選實施例制作一半導體元件的示意圖。如圖1所示，首先提供一基底12，然后于基底上形成至少一柵極結構14。在本實施例中，形成柵極結構14的方式優選依序形成一柵極介電層、一柵極材料層以及一硬掩模于基底12上，并利用一圖案化光致抗蝕劑(圖未示)當作掩模進行一圖案轉移制作工藝，以單次蝕刻或逐次蝕刻步驟，去除部分的硬掩模、柵極材料層與柵極介質層，然后剝除圖案化光致抗蝕劑，以于基底上形成至少一由圖案化的柵極介電層16、圖案化的柵極材料層18以及圖案化的硬掩模20所構成的柵極結構14。在本實施例中，柵極結構14的數量雖以兩個為例，但不局限于此。
[0016]在一實施例中，基底12例如是硅基底、外延硅基底、碳化硅基底或硅覆絕緣(silicon-on-1nsulator, SOI)基底等的半導體基底，但不以此為限。柵極介電層16可包含二氧化石圭(Si02)、氮化石圭(SiN)或高介電常數(high dielectric constant, high-k)材料；柵極材料層18可包含金屬材料、多晶硅或金屬硅化物(silicide)等導電材料；硬掩模20則包含二氧化硅、氮化硅、碳化硅(SiC)或氮氧化硅(S1N)等，但不以此為限。另外，在一實施例中，硬掩模20可進一步包含一第一硬掩模及第二硬掩模，其可分別包含氧化硅及氮化硅，此變化型也屬本發明所涵蓋的范圍。
[0017]此外，在一實施例中，還可選擇預先在基底12中形成多個摻雜阱(未繪示)或多個作為電性隔離之用的淺溝槽隔離(shallow trench isolat1n, STI)。并且，本實施例雖以平面型晶體管為例，但在其他變化實施例中，本發明的半導體制作工藝也可應用于非平面晶體管，例如是鰭狀晶體管(Fin-FET)，此時，圖1所標示的元件12即相對應代表為形成于一基底上的鰭狀結構。
[0018]然后分別在各柵極結構14側壁形成一間隙壁，例如偏位間隙壁22，并選擇性進行一輕摻雜離子注入，利用約930°C溫度進行一快速升溫退火制作工藝活化植入基底12的摻質，以于偏位間隙壁兩側的基底12中分別形成一輕摻雜漏極24。
[0019]隨后如圖2所示，進行一第一干蝕刻制作工藝，利用柵極結構14與偏位間隙壁22作為蝕刻掩模，以沿著偏位間隙壁22向下蝕刻基底12，而于各柵極結構14兩側的基底12中分別形成一凹槽26。
[0020]如圖3所示，接著進行一第二干蝕刻制作工藝，再次蝕刻前述第一干蝕刻制作工藝所蝕刻出的凹槽26，尤其是蝕刻凹槽26側壁，亦即橫向蝕刻位于偏位間隙壁22下方的基底12，并進一步擴大該凹槽26的面積。
[0021]依據本發明的優選實施例，第一干蝕刻制作工藝優選以垂直蝕刻(verticaletch)方式形成凹槽26，且所形成的凹槽26的底部呈現約略圓弧形。之后進行第二干蝕刻制作工藝時，本發明優選調整制作工藝機臺的偏壓，例如可稍微降低所施加的偏壓功率(bias power),因此可使第二干蝕刻制作工藝以側向蝕刻(lateral etch)方式擴展凹槽26，而不會出現一般濕蝕刻制作工藝沿特定結晶面蝕刻速率較快形成鉆石、六角等多邊形(hexagon,又可稱為sigmaS)凹槽結構的現象。另外經由第二次干蝕刻制作工藝以側向蝕刻方式擴大凹槽26后，柵極結構14旁的基底12中優選形成一約略圓形，或優選呈正圓形的凹槽28，如圖4所示。
[0022]需注意的是，本實施例雖進行兩次干蝕刻制作工藝來蝕刻出一正圓