TW201338133A - 半導體裝置及其製造方法和設計方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種半導體裝置及其製造方法和設計方法。上述半導體裝置包括一主動鰭式場效電晶體，設置於一工件上方，上述工件包括一第一半導體材料，上述主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭。一電性閒置鰭式場效電晶體結構，設置於上述工件上方，且接近上述主動鰭式場效電晶體，上述電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭。一第二半導體材料，設置於上述第一鰭和上述第二鰭之間。

Description

半導體裝置及其製造方法和設計方法
本發明係有關於一種半導體裝置及其製造方法和設計方法，特別係有關於一種鰭式場效電晶體及其製造方法和設計方法。
半導體裝置應用於例如個人電腦、手機、數位相機和其他電子配備等多種電子應用。通常會利用於一半導體基板上方依序沉積絕緣或介電層、導電層和半導體層的材料，且利用微影製程圖案化上述多層材料層，以於半導體基板上形成電路構件和元件。
在半導體技術中，最近發展的多重閘極場效電晶體(MuGFETs)為於單一元件中加入多於一個閘極的金氧半導體電晶體(MOSFETs)。可利用單一閘極控制上述多重閘極，其中多重閘極的表面電性上視為單一閘極，或利用獨立閘極控制上述多重閘極。多重閘極場效電晶體的一種類型係視為一鰭式場效電晶體(FinFET)，其為具有鰭狀半導體通道的電晶體結構，鰭式場效電晶體可垂直高出積體電路的半導體表面。
鰭式場效電晶體為半導體元件中較新的技術。因此，在此技術領域中，有需要一種改良的鰭式場效電晶體及其製造方法和設計方法，以克服習知技術的缺點。
有鑑於此，本發明一實施例係揭露一種半導體裝置，包括一主動鰭式場效電晶體，設置於一工件上方，上述工件包括一第一半導體材料，上述主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭。一電性閒置鰭式場效電晶體結構，設置於上述工件上方，且接近上述主動鰭式場效電晶體，上述電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭。一第二半導體材料，設置於上述第一鰭和上述第二鰭之間。
本發明另一實施例係揭露一種半導體裝置的製造方法，包括提供一工件，上述工件包括一第一半導體材，且於上述工件上方形成複數個主動鰭式場效電晶體，其中每一個上述些主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭。上述半導體裝置的製造方法包括於上述工件上方形成複數個電性閒置主動鰭式場效電晶體，且接近上述些主動鰭式場效電晶體，其中每一個上述些電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭，以及以一第二半導體材料部分填充接近上述些第一鰭和上述些第二鰭之間的間隙、接近上述些第一鰭之間的間隙或接近上述些第二鰭之間的間隙。
本發明又一實施例係揭露一種半導體裝置的設計方法，包括決定用於複數個主動鰭式場效電晶體的一佈局，決定上述些主動鰭式場效電晶體之間的一距離，且評估上述些主動鰭式場效電晶體之間決定的上述距離。基於評估的上述距離和想要形成於上述些主動鰭式場效電晶體的互相接近的鰭之間的一半導體材料數量來模擬上述佈局，以包括位於上述些主動鰭式場效電晶體的其中兩個之間的一 電性閒置主動鰭式場效電晶體。
以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在不脫離本發明之精神和範圍內，任何熟悉此項技藝者，可依據此項技藝，以清楚地形成本發明其他的實施例。而本發明之保護範圍僅為申請專利範圍之附屬項所限制。
本發明實施例係有關於例如鰭式場效電晶體(FinFET)的多重閘極半導體裝置。以下係說明包括主動鰭式場效電晶體和電性閒置(electrically inactive)主動鰭式場效電晶體結構之新穎半導體裝置及其製造方法和設計方法。
首先，請參考第1圖，第1圖為本發明一實施例之半導體裝置100的剖面圖。上述半導體裝置100包括複數個主動鰭式場效電晶體(active FinFET)104和至少一個電性閒置鰭式場效電晶體結構(electrically inactive FinFET structure)106。主動鰭式場效電晶體104係包括電性主動鰭式場效電晶體或功能性鰭式場效電晶體。利用使用”主動鰭式場效電晶體(active FinFET)”一詞，其並非意指在製程步驟中應用此結構提供動力或執行一電性功能。更確切地說，當一製備完成的半導體裝置100適當的組裝和通電時，”主動鰭式場效電晶體(active FinFET)”104用於半導體裝置100中起電性作用。每一個主動鰭式場效電晶體104包括一鰭107、設置於鰭107上的一閘極介電質108和設置於閘極介電質108上一閘極110，鰭107包括一半導體 材料，閘極介電質108包括一絕緣材料，而閘極110包括一導電層、上述組合或上述多層。此處的主動鰭式場效電晶體104的鰭107也可視為第一鰭。
舉例來說，此處的電性閒置鰭式場效電晶體結構106也可視為閒置鰭式場效電晶體結構(inactive FinFET structure)、閒置鰭式場效電晶體(inactive FinFET)及/或虛設鰭式場效電晶體(dummy FinFET)。電性閒置鰭式場效電晶體結構106包括與形成主動鰭式場效電晶體104的相同材料或相同材料層，然而電性閒置鰭式場效電晶體結構106於製備完成的半導體裝置100中不會起電性作用。每一個電性閒置鰭式場效電晶體結構106包括一鰭107’、一閘極介電質108和一閘極110。舉例來說，上述鰭107’、閘極介電質108和閘極110包括與主動鰭式場效電晶體104的鰭107’、閘極介電質108和閘極110相同的材料。此處的電性閒置鰭式場效電晶體結構106的鰭107’也可視為第二鰭。在本發明一些實施例中，電性閒置鰭式場效電晶體結構106並未連接或耦接至一外部接觸(contact)，用以做為半導體裝置100對外部的電性接觸。
半導體裝置100包括設置於主動鰭式場效電晶體104之間的至少一電性閒置鰭式場效電晶體結構106。在如第1圖所示之實施例中，兩個電性閒置鰭式場效電晶體結構106係設設置於兩個主動鰭式場效電晶體104之間。在本發明其他實施例中，依據半導體裝置100的設計或佈局，可僅有一個電性閒置鰭式場效電晶體結構106設置於兩個主動鰭式場效電晶體104之間，或者三個或更多個電性閒置鰭 式場效電晶體結構106設置於兩個主動鰭式場效電晶體104之間。
在本發明一些實施例中，一半導體材料128(顯示為第1圖中的陰影)，可形成於主動鰭式場效電晶體104的鰭107和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的鰭107’之間、位於相鄰的主動鰭式場效電晶體104的數對鰭107之間，以及位於相鄰的電性閒置鰭式場效電晶體結構106的數對鰭107’之間。此處的半導體材料128也可視為第二半導體材料128。第二半導體材料128可包括與工件102的第一半導體材料的導電類型相同的材料。或者，在本發明其他實施例中，半導體材料128可包括與工件102的第一半導體材料的導電類型不同的材料。
在一些應用中，會想要使用半導體材料128來合併鰭107及/或鰭107’。可用一磊晶成長製程來形成半導體材料128。舉例來說，在一”合併磊晶成長”製程中，以合併鰭107及/或鰭107’。在本發明一些實施例中，電性閒置鰭式場效電晶體結構106的存在可有助於改善磊晶成長半導體材料128，保證鰭107及/或鰭107’之間的間隙可被完全填充至工件的一頂面，例如鰭107和鰭107’的至少一頂面。在本發明一些實施例中，磊晶成長半導體材料128包括形成一第二半導體材料128，第二半導體材料128位於工件102上方的下方輪廓為合併在一起。
電性閒置鰭式場效電晶體結構106可首先應用於半導體裝置100的設計，且應用於設計主動鰭式場效電晶體104的一佈局。第2圖為本發明一實施例之包括複數個電性閒 置鰭式場效電晶體106的原始佈局剖面圖。第3圖為第2圖所示之半導體裝置100的原始佈局的上視圖。第2圖顯示第3圖所示之上視圖沿A-A’切線的剖面圖。實際上可依據本發明一些實施例製作第2和3圖所示之結構，然而第2和3圖所示之結構係顯示包括電性閒置鰭式場效電晶體結構106於佈局中之前的原始佈局。在此處所示的半導體裝置100僅做為實施例使用，然而也可使用其他的佈局和設計。舉例來說，在本發明一些實施例中，可於區塊105中形成一或多個主動鰭式場效電晶體104，舉例來說，在本發明一些實施例中，可重覆數個(數打或數千個)上述區塊105以遍及工件102的一表面。區塊105可包括電路區塊，舉例來說，區塊105可包括複數個p型場效電晶體(PFET)或複數個n型場效電晶體(NFET)。在本發明一些實施例中，p型場效電晶體(PFET)不會與n型場效電晶體(NFET)結合，反之亦然。
半導體裝置100可包括一工件102，工件102例如可包括一p型基板，或者，工件102例如可包括一n型基板。如第2和3圖所示，一井120，其包括一n型井(或者一p型井)，形成接近工件102的頂部。主動鰭式場效電晶體104包括由井120材料形成的鰭107、包括設置於閘極110上方的一絕緣材料的一硬遮罩124及包括設置於閘極介電質108、閘極110和硬遮罩124的側壁上方的一絕緣材料的間隙壁126。可於工件102的不同位置內形成可包括淺溝槽隔絕(STI)氧化物或其他絕緣區的隔絕區122。主動鰭式場效電晶體104可包括p型通道金氧半導體電晶體(PMOS)元 件或n型通道金氧半導體電晶體(NMOS)元件。或者，舉例來說，主動鰭式場效電晶體104可使用於二極體應用。
在本發明一些實施例中，區域112可包括包含PMOS元件的主動鰭式場效電晶體104。舉例來說，半導體裝置100可包括包含NMOS元件的主動鰭式場效電晶體的其他區域(圖未顯示)。在本發明其他實施例中，半導體裝置100的區域112和其他區域可包括相同類型的元件或其他類型的元件。
如第3圖所示的半導體裝置100的佈局的上視圖係顯示主動鰭式場效電晶體104沿著如圖示的垂直方向係縱向延伸遍及工件102的表面。在一些設計中，於後續製程步驟形成的半導體材料128會形成主動鰭式場效電晶體104的源極和汲極區。後續形成的接觸元件130會藉由接觸132連接至半導體材料128，且後續形成的接觸元件136會連接至主動鰭式場效電晶體104的閘極110。舉例來說，接觸元件130和接觸元件136可包括狹縫形接觸(slot contact)，其也具有半導體裝置100的內連線功能。上述接觸元件130和接觸元件136可包括接觸(contact)或第零層金屬層(M0)。當接觸元件130為接觸時，接觸元件130上方會連接至第一層金屬層(M1)。另外，當接觸元件130為第零層金屬層(M0)時，接觸元件130可能需藉由第零層介層孔(via 0)連接至第一層金屬層(M1)。然而，上述實施例並非用以限定本發明。
請再參考第2圖，決定主動鰭式場效電晶體104的佈局之後，可分析出包括主動鰭式場效電晶體104之間的距 離的尺寸d1a和d1b。相鄰主動鰭式場效電晶體104之間的一些距離可能會大於其他距離。在如第2和3圖所示之實施例中，舉例來說，尺寸d1a會大於尺寸d1b。
在本發明一實施例中，會基於主動鰭式場效電晶體104之間的距離來決定電性閒置鰭式場效電晶體結構106的配置。在本發明一些實施例中，也會考慮想要形成於主動鰭式場效電晶體104之間的半導體材料128置於電性閒置鰭式場效電晶體結構106中的數量。接著會改變半導體裝置100的佈局，將閒置鰭式場效電晶體結構106包含於設計中。在本發明一些實施例中，閒置鰭式場效電晶體結構106的存在會藉由提供例如一較佳或更同質的輪廓的一均勻結構改善後續製程步驟的結果。舉例來說，如果使用磊晶成長製程，於如第2、3圖所示的設計中的主動鰭式場效電晶體104之間形成半導體材料128，當主動鰭式場效電晶體104之間的距離大時，例如為距離d1a，半導體材料128的數量會不足。在本發明一些實施例中，會對半導體裝置100的性能表現有不好的影響。半導體材料128的數量不足，例如半導體材料128的數量不會完全到達主動鰭式場效電晶體結構104的鰭107的頂面，可能會導致從主動鰭式場效電晶體結構104(更正)的汲極至工件102的高漏電流(例如P-N二極體漏電)。
第4圖為如第2和3圖所示在包括設置於主動鰭式場效電晶體104之間的複數個電性閒置鰭式場效電晶體結構106之後的本發明一實施例之半導體裝置100的佈局剖面圖。包括設置於主動鰭式場效電晶體104之間的複數個電 性閒置鰭式場效電晶體結構106的數量為包含主動鰭式場效電晶體104之間的距離的尺寸d1a和d1b的函數。舉例來說，主動鰭式場效電晶體104之間設置有三個電性閒置鰭式場效電晶體結構106，以符合於尺寸d1a，至於尺寸d1b，則不會有電性閒置鰭式場效電晶體結構106設置於主動鰭式場效電晶體104之間。在本發明其他實施例中，設計中可包括一或多個電性閒置鰭式場效電晶體結構106。
如第4圖所示，在本發明一些實施例中，可設計半導體裝置100的佈局使尺寸d2包括主動鰭式場效電晶體104及/或電性閒置鰭式場效電晶體結構106之間的距離，以及數對主動鰭式場效電晶體104之間和數對電性閒置鰭式場效電晶體結構106之間的距離，上述距離大體上相同。舉例來說，尺寸d2可包括介於0.04μm至3μm之間。在本發明其他實施例中，尺寸d2可包括其他的尺寸。舉例來說，在設計中，可由核心閘極長度及/或輸入/輸出(I/O)閘極長度來改變尺寸d2。在本發明一些實施例中，舉例來說，可選擇尺寸d2以大體上等於尺寸d1b，而係尺寸d1b包括兩個主動鰭式場效電晶體104之間的最小距離。在本發明其他實施例中，尺寸d2包括相鄰主動鰭式場效電晶體104及/或電性閒置鰭式場效電晶體結構106之間的距離，且數對主動鰭式場效電晶體104之間的距離可不同於數對電性閒置鰭式場效電晶體結構106之間的距離。
為了製造半導體裝置100，可進行除了更改用於圖案化主動鰭式場效電晶體104的閘極110和鰭107的一微影遮罩之外，不包括電性閒置鰭式場效電晶體結構106的製 程步驟。如第4圖所示，舉例來說，首先，提供一工件102。上述工件102可包括一半導體基板，其包括矽或其他半導體材料，且上述工件102例如可被一絕緣層覆蓋。舉例來說，上述工件102可包括其他主動元件和電路(圖未顯示)。上述工件102可包括其他導電層或其他半導體元件，例如電晶體或二極體等。也可使用例如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、矽/鍺(Si/Ge)或碳化矽(SiC)之化合物半導體來代替矽。上述工件102可包括例如絕緣層上覆矽(SOI)或絕緣層上覆鍺(GOI)基板。在本發明一些實施例中，上述工件102中可包括一第一半導體材料。
可利用圖案化上述工件102和以一絕緣材料填充上述圖案以於上述工件102中形成隔絕區122。舉例來說，隔絕區122可包括二氧化矽或其他絕緣材料。利用一離子植入製程於工件102中形成井120，且使用微影或其他方式於井120中形成鰭107和107’。形成鰭107和107’之後可於鰭107和107’上方形成閘極介電質108、閘極110、硬遮罩124和間隙壁126。
在本發明另一實施例中，可於未被圖案化的工件的表面上方形成一氧化層(圖未顯示)，然後圖案化上述氧化層以形成一系列溝槽，上述溝槽係對應至後續形成的主動鰭式場效電晶體104和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的尺寸和位置。使用常見的磊晶製程，可從溝槽中工件102暴露出的表面磊晶成長主動鰭式場效電晶體104的鰭107和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的鰭107’，因而形成鰭107和107’。
無論鰭107和107’的製程為何，形成鰭107和107’之後，可於鰭107和107’上方形成一閘極介電材料，且於上方形成一閘極材料，上述閘極材料包括例如矽或其他半導體材料之一半導體材料。沉積和圖案化硬遮罩124，且之後硬遮罩124和一選擇性的光阻層(圖未顯示)可用做為圖案化閘極介電材料和閘極材料的遮罩以形成閘極介電質108和閘極110。接著，於閘極介電質108、閘極110、硬遮罩124的側壁上形成間隙壁126。上述間隙壁126可包括氮化矽、二氧化矽、其他絕緣物、上述組合或上述多層。舉例來說，可利用一沉積製程和一異向性蝕刻製程形成間隙壁126。在本發明其他實施例中，間隙壁126可包括其他材料，且可使用其他方式形成間隙壁126。
在工件102包括一絕緣層上覆矽(SOI)基板的實施例中，上述SOI基板例如可包括工件102材料、閘極介電材料和閘極材料。於閘極材料上方沉積硬遮罩124，且圖案化硬遮罩124。硬遮罩124和一選擇性的光阻層(圖未顯示)可用做為圖案化閘極介電材料、閘極材料和工件102的井120的遮罩，以形成閘極介電質108、閘極110主動鰭式場效電晶體104的鰭107和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的鰭107’。
有利地，在本發明一些實施例中，可使用與圖案化主動鰭式場效電晶體104的相同微影遮罩來圖案化電性閒置鰭式場效電晶體結構106，其可不需使用額外的微影遮罩。
主動鰭式場效電晶體104的鰭107和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的鰭107’係分別縱向延伸(例如為第4圖 的出紙面和入紙面方向)，鰭107和鰭107’的長度例如可介於0.2μm至50μm之間，且寬度例如可約為50nm。在本發明其他實施例中，鰭107和鰭107’例如可依據應用而包括其他的尺寸。
第5圖為第4圖所示之於主動鰭式場效電晶體104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107和鰭107’之間、於數對主動鰭式場效電晶體結構104之間和數對置主動鰭式場效電晶體結構106之間形成半導體材料128之後的半導體裝置100的剖面圖。半導體材料128的形成方式可包括磊晶成長方式。然而，在本發明其他實施例中，可利用其他方式形成半導體材料128。在磊晶成長製程期間，硬遮罩124和間隙壁126可避免於主動鰭式場效電晶體104和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的頂面和主動鰭式場效電晶體104和電性閒置鰭式場效電晶體結構106的閘極110和閘極介電質108的側壁上分別形成半導體材料128。分別於接近主動鰭式場效電晶體104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107和鰭107’的位置成長半導體材料128。半導體材料128可包括例如矽、鍺化矽或碳化矽。在本發明其他實施例中，半導體材料128可包括其他材料。半導體材料128例如可包括用於N型場效電晶體(NFET)元件的磷化矽(SiP)、磷碳化矽(SiCP)、氮碳化矽(SiCN)、磷鍺化矽(SiGeP)。
在本發明一些實施例中，半導體材料128至少部分填充接近主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107和鰭107’之間的間隙、接近數對 主動鰭式場效電晶體結構104的鰭107之間的間隙及/或接近數對置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107’之間的間隙。在本發明其他實施例中，可形成半導體材料128，使半導體材料128的頂面與主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107和鰭107’的頂面共平面。在本發明其他實施例中，半導體材料128的頂面可高於鰭107和鰭107’的頂面例如45nm或少於45nm。且在本發明一些實施例中，半導體材料128的頂面可低於一閘極高度。在本發明其他實施例中，鰭107和鰭107’的頂面例如可包括其他的相對高度。
在本發明一些實施例中，磊晶成長半導體材料128可包括”雙重磊晶”方式，其中例如於遮蔽工件102的區域112的同時於工件102的其他區域(圖未顯示)中磊晶成長一種導電類型的半導體材料，且於遮蔽工件102的其他區域的同時於工件102的區域112中磊晶成長另一種導電類型的半導體材料。在一些應用中，不同導電類型的半導體材料128可用來形成例如NMOS和PMOS元件。包括矽的半導體材料128可用來形成NMOS元件，而包括鍺化矽的半導體材料128可用來形成PMOS元件。在本發明其他實施例中，半導體材料128可使用其他類型的半導體材料。
閒置主動鰭式場效電晶體結構106的存在係增加接近閒置主動鰭式場效電晶體結構106的半導體材料128的成長數量，且因此增加接近主動鰭式場效電晶體結構104的半導體材料128的成長數量，以接近於閒置主動鰭式場效電晶體結構106的半導體材料128的成長數量。有利地， 在本發明一些實施例中，閒置主動鰭式場效電晶體結構106的存在會導致半導體材料128會完全填滿主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107和鰭107’之間的間隙，上述半導體材料128可防止閒置主動鰭式場效電晶體結構106中的漏電。
第6圖為第5圖的上視圖。第5圖為第6圖沿A-A’切線的剖面圖，且第7圖為第6圖沿B-B’切線的剖面圖。閒置主動鰭式場效電晶體結構106設置於工件102上，且接近主動鰭式場效電晶體結構104。在上視圖中，閒置主動鰭式場效電晶體結構106沿主動鰭式場效電晶體結構104的長度延伸，且閒置主動鰭式場效電晶體結構106大體上平行主動鰭式場效電晶體結構104。在第6圖所示之實施例中，閒置主動鰭式場效電晶體結構106為連續。接觸元件136係形成於半導體裝置100的上方材料層中，且位於主動鰭式場效電晶體結構104上方。在本發明一實施例中，接觸元件136係耦接至至少一些主動鰭式場效電晶體結構104。在本發明一些實施例中，沒有接觸形成於電性閒置的閒置主動鰭式場效電晶體結構106上方。接觸132和接觸元件130對半導體材料128提供電性接觸，而半導體材料128係形成主動鰭式場效電晶體結構104的源極和汲極區域。
第7圖第5、6圖所示之於主動鰭式場效電晶體104上方形成接觸元件136之後的區域112的剖面圖。形成接觸元件136之前係移除硬遮罩124，且於主動鰭式場效電晶體結構104上方形成接觸元件136之前，係於主動鰭式場 效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的閘極110上方選擇性形成一導電或半導體材料138。材料138可包括一矽化物，且可利用一矽化製程形成材料138，或者材料138可包括利用一磊晶成長製程形成的一半導體材料。在本發明其他實施例中，材料138可包括利用一其他製程形成的其他類型的材料。在本發明一些實施例中，材料138例如可包括NiSix。在本發明其他實施例中，材料138可包括其他矽化物材料。
可使用例如單一鑲嵌製程或雙鑲嵌製程形成接觸132及接觸元件130、136。藉由於半導體裝置100上方，且於主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106方沉積一絕緣材料140，圖案化絕緣材料140，且以一導電材料填充絕緣材料140中的圖案。在本發明其他實施例中，可使用導電材料的減少蝕刻製程(subtractive etch process)，接著於接觸132及接觸元件130、136之間沉積絕緣材料140的方式來形成接觸132及接觸元件130、136。
第8圖為應用本發明一實施例之半導體裝置100的電路150示意圖。如第8圖所示的電路150可應用為例如用於一邏輯元件、一類比元件、一記憶體元件(例如一靜態隨機存取記憶體(SRAM)元件或其他類型的記憶體元件)或一輸入/輸出(I/O)元件的一靜電放電防護(ESD)電路。然而，在本發明其他實施例中，電路150可用於其他應用。在本發明一些實施例中，此處的主動鰭式場效電晶體結構104，與具寬間隙之主動鰭式場效電晶體結構104一起形成的閒 置主動鰭式場效電晶體結構106，可用於電路150中以取代習知ESD電路應用中的平面元件。電路150例如可包括一輸入/輸出靜電放電防護二極體(I/O ESD diode)應用，其包括閒置(虛設)主動鰭式場效電晶體結構106，或其他二極體應用。
第9圖為本發明一實施例之半導體裝置100的上視圖，其中包括位於閒置(虛設)鰭式場效電晶體106之間的接觸元件130。第10、11圖第9圖所示之本發明一實施例之半導體裝置的部分剖面圖，其中第10圖為第9圖沿A-A’切線的剖面圖，且第11圖為第9圖沿B-B’切線的剖面圖。在本發明一些實施例中，接觸元件130、130’包括狹縫形接觸，且接觸132、132’可形成於每一個閒置主動鰭式場效電晶體結構106之間。半導體裝置100的製造方法例如可包括將接觸元件130耦接至互相接近的主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107和鰭107’之間、互相接近的數對主動鰭式場效電晶體結構104的鰭107之間，或互相接近的數對置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107’之間的半導體材料128。
第10圖係顯示用於半導體裝置100的電性接觸。位於閒置主動鰭式場效電晶體結構106之間或位於主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106之間的半導體材料128可電性耦接至一輸入電壓接觸(Vin contact)。半導體裝置100的其他部分，例如主動鰭式場效電晶體結構104的閘極G和工件102的一部分，可耦接至一電源電壓接觸(Vdd contact)。第11圖係顯示垂直於第10 圖所示方向的圖式，其顯示磊晶成長的半導體材料128和半導體材料128上方的一矽化物129合併後的形狀。
第12圖為本發明另一實施例之半導體裝置的上視圖，其中閒置主動鰭式場效電晶體結構106為破碎不連續(fragmented)，且其中閒置主動鰭式場效電晶體結構106僅設置於半導體裝置100的預定區域中。當閒置主動鰭式場效電晶體結構106為如第6圖所示為連續時，在第12圖中的閒置主動鰭式場效電晶體結構106為不連續或可包括多個部分106a、106b和106c。部分106a、106b和106c可包括想要形成前述第6圖所示之閒置主動鰭式場效電晶體結構106、鰭107’、閘極介電質108和閘極110的材料。包括互相接近主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106之間的距離及互相接近的數對閒置主動鰭式場效電晶體結構106部分的尺寸d2可包括與前述第4圖所示的尺寸d2類似的尺寸。包括交錯主動鰭式場效電晶體結構104和閒置主動鰭式場效電晶體結構106之間的距離d3可包括兩倍的尺寸d2再加上主動鰭式場效電晶體結構104的鰭107或閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107’的寬度。在本發明一些實施例中，尺寸d4也顯示會有大於尺寸d2、d3的區域，且上述區域不包括閒置主動鰭式場效電晶體結構106。可於佈局的一些區域中設置閒置主動鰭式場效電晶體結構106，上述區域的位置會對半導體裝置100有益，或者在其他區域不設置閒置主動鰭式場效電晶體結構106。
在第5、7、10、11圖所示之剖面圖中，合併且磊晶成 長的半導體材料128係顯示於主動鰭式場效電晶體結構104的鰭107和閒置主動鰭式場效電晶體結構106的鰭107’之間，其中半導體材料128係完全填充鰭107及/或鰭107’之間的間隙。在本發明一實施例中，可控制和最佳化半導體材料128的磊晶成長，使鰭107及鰭107’能維持其形貌：在本發明一些實施例中，半導體材料128可為不合併(non-merge)(圖未顯示)。如第5、7、10圖所示，在本發明其他實施例中，半導體材料128的磊晶成長可選擇性過填充鰭107及鰭107’之間的間隙。
第13圖為本發明一實施例之半導體裝置的設計方法的流程圖160。如第2、3圖所示，上述設計方法包括決定主動鰭式場效電晶體結構104(步驟162)的一佈局。接著，決定主動鰭式場效電晶體結構104之間的距離(例如第2圖的尺寸d1a、d1b)(步驟164)。上述設計方法包括評估主動鰭式場效電晶體104之間決定的距離(步驟166)。上述設計方法包括基於評估的距離和想要形成於主動鰭式場效電晶體104的互相接近的鰭107之間的一半導體材料128數量來模擬佈局，以包括位於主動鰭式場效電晶體104的其中兩個之間的一電性閒置主動鰭式場效電晶體106(步驟168)。接著，製造用於模擬佈局的一微影遮罩(步驟170)。然後，使用上述微影遮罩製造半導體元件100(步驟172)。舉例來說，也可改變用於定義主動鰭式場效電晶體104的閘極110圖案的上述微影遮罩的一佈局，以包括定義前述電性閒置主動鰭式場效電晶體106的一圖案。
本發明揭露的實施例係包括包含主動鰭式場效電晶體 104和電性閒置主動鰭式場效電晶體106之半導體裝置100及其製造方法。本發明揭露的實施例也包括主動鰭式場效電晶體104和電性閒置主動鰭式場效電晶體106兩者之半導體裝置100的設計方法。
本發明實施例包括提供主動鰭式場效電晶體104和電性閒置主動鰭式場效電晶體106兩者之半導體裝置100和結構。電性閒置主動鰭式場效電晶體106利用改善主動鰭式場效電晶體104的鰭107之間的磊晶成長製程以改善半導體裝置100的性能。在本發明一些實施例中，於具寬間隙(widely-spaced)的主動鰭式場效電晶體104之間插入電性閒置主動鰭式場效電晶體106可解決於主動鰭式場效電晶體104的鰭107之間的磊晶成長半導體材料128的負載效應問題(loading effect problem)。此種改善的、更均勻合併的半導體材料128的磊晶成長可避免例如形成接觸元件136期間的接觸蝕穿(etch-through)問題，減少或避免主動鰭式場效電晶體104的漏電。此種改善的、更均勻磊晶成長的半導體材料128會改善矽化物的形成，上述例如鎳化矽(NiSix)的矽化物係於形成接觸元件136之前形成於成長半導體材料128的上方。改善的矽化物形成可避免例如因接觸元件136接觸蝕穿而造成的接面高漏電(high junction leakage)問題。藉由包括電性閒置主動鰭式場效電晶體106係提供改善的磊晶成長製程容許度(window)，且可避免具寬間隙(widely-spaced)的主動鰭式場效電晶體104中發生的磊晶合併問題。
並且，係易於使用一掃瞄式電子顯微鏡(SEM)影像、 穿透式電子顯微鏡(TEM)影像或能量分散式X光光譜儀(EDX)分析來測試電性閒置主動鰭式場效電晶體106，例如檢查其表面或分析表面元素。不需額外的微影遮罩或額外的製程用來製造電性閒置主動鰭式場效電晶體106。此處敘述的電性閒置主動鰭式場效電晶體106和設計係易於應用於半導體裝置100的製造流程。
本發明一實施例係揭露一種半導體裝置，包括一主動鰭式場效電晶體，設置於一工件上方，上述工件包括一第一半導體材料，上述主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭。一電性閒置鰭式場效電晶體結構，設置於上述工件上方，且接近上述主動鰭式場效電晶體，上述電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭。一第二半導體材料，設置於上述第一鰭和上述第二鰭之間。
本發明另一實施例係揭露一種半導體裝置的製造方法，包括提供一工件，上述工件包括一第一半導體材，且於上述工件上方形成複數個主動鰭式場效電晶體，其中每一個上述些主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭。上述半導體裝置的製造方法包括於上述工件上方形成複數個電性閒置主動鰭式場效電晶體，且接近上述些主動鰭式場效電晶體，其中每一個上述些電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭，以及以一第二半導體材料部分填充接近上述些第一鰭和上述些第二鰭之間的間隙、接近上述些第一鰭之間的間隙或接近上述些第二鰭之間的間隙。
本發明又一實施例係揭露一種半導體裝置的設計方法，包括決定用於複數個主動鰭式場效電晶體的一佈局， 決定上述些主動鰭式場效電晶體之間的一距離，且評估上述些主動鰭式場效電晶體之間決定的上述距離。基於評估的上述距離和想要形成於上述些主動鰭式場效電晶體的互相接近的鰭之間的一半導體材料數量來模擬上述佈局，以包括位於上述些主動鰭式場效電晶體的其中兩個之間的一電性閒置主動鰭式場效電晶體。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100‧‧‧半導體裝置
102‧‧‧工件
104‧‧‧主動鰭式場效電晶體
105‧‧‧區塊
106‧‧‧電性閒置鰭式場效電晶體結構
106a、106b、106c‧‧‧部分
107、107’‧‧‧鰭
108‧‧‧閘極介電質
110‧‧‧閘極
112‧‧‧區域
120‧‧‧井
122‧‧‧隔絕區
124‧‧‧硬遮罩
126‧‧‧間隙壁
128‧‧‧半導體材料
132、132’‧‧‧接觸
130、130’、136‧‧‧接觸元件
138‧‧‧材料
140‧‧‧絕緣材料
150‧‧‧電路
160‧‧‧流程圖
162、164、166、168、170、172‧‧‧步驟
d1a、d1b、d2、d3、d4‧‧‧尺寸
第1圖為本發明一實施例之半導體裝置的剖面圖，其包括複數個主動鰭式場效電晶體和至少一個電性閒置鰭式場效電晶體結構。
第2圖為本發明一實施例之包括複數個主動鰭式場效電晶體之半導體裝置的原始佈局剖面圖。
第3圖為第2圖所示之原始佈局的上視圖。
第4圖為本發明一實施例之半導體裝置的佈局剖面圖，其包括複數個虛設鰭式場效電晶體或電性閒置鰭式場效電晶體結構，設置於主動鰭式場效電晶體之間。
第5圖為第4圖所示之於主動鰭式場效電晶體和閒置主動鰭式場效電晶體結構之間形成半導體材料之後的半導體裝置的剖面圖。
第6圖為第5圖的上視圖。
第7圖第5、6圖所示之於主動鰭式場效電晶體上方形成接觸之後的的半導體裝置的剖面圖。
第8圖為應用本發明一實施例之半導體裝置的電路示意圖。
第9圖為本發明一實施例之半導體裝置的上視圖，其中包括位於虛設鰭式場效電晶體之間的接觸。
第10、11圖第9圖所示之本發明一實施例之半導體裝置的的部分剖面圖。
第12圖為本發明另一實施例之半導體裝置的上視圖，其中閒置主動鰭式場效電晶體結構為破碎不連續，且其中閒置主動鰭式場效電晶體結構僅設置於半導體裝置的 預定區域中。
第13圖為本發明一實施例之半導體裝置的設計方法的流程圖。
100‧‧‧半導體裝置
104‧‧‧主動鰭式場效電晶體
106‧‧‧電性閒置鰭式場效電晶體結構
112‧‧‧區域
128‧‧‧半導體材料
130、130’‧‧‧接觸元件
132、132’‧‧‧接觸

Claims (10)

  1. 一種半導體裝置，包括：一主動鰭式場效電晶體，設置於一工件上方，該工件包括一第一半導體材料，該主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭；一電性閒置鰭式場效電晶體結構，設置於該工件上方，且接近該主動鰭式場效電晶體，該電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭；以及一第二半導體材料，設置於該第一鰭和該第二鰭之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中在該工件的上視圖中，該電性閒置鰭式場效電晶體結構沿著該主動鰭式場效電晶體的長度大體上平行該主動鰭式場效電晶體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置，其中在該工件的上視圖中，該電性閒置鰭式場效電晶體結構為連續或為破碎不完整。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該主動鰭式場效電晶體包括用於一邏輯元件、一類比元件、一記憶體元件或一輸入/輸出元件的一靜電放電防護電路。
  5. 一種半導體裝置的製造方法，包括下列步驟：提供一工件，該工件包括一第一半導體材料；於該工件上方形成複數個主動鰭式場效電晶體，其中每一個該些主動鰭式場效電晶體包括一第一鰭；於該工件上方形成複數個電性閒置主動鰭式場效電晶體結構，且接近該些主動鰭式場效電晶體，其中每一個該 些電性閒置鰭式場效電晶體結構包括一第二鰭；以及以一第二半導體材料部分填充相鄰的該些第一鰭和該些第二鰭之間的間隙、相鄰的複數對的該些第一鰭之間的間隙或相鄰的複數對該些第二鰭之間的間隙。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體裝置的製造方法，其中形成該些電性閒置主動鰭式場效電晶體包括使用一微影遮罩，其中該微影遮罩係用以形成該些主動鰭式場效電晶體。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之半導體裝置的製造方法，更包括將一接觸耦接至該些主動鰭式場效電晶體的至少一個。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之半導體裝置的製造方法，其中以該第二半導體材料部分填充相鄰的該些第一鰭和該些第二鰭之間的該些間隙、相鄰的該些對的該些第一鰭之間的該些間隙或相鄰的該些對的該些第二鰭之間的該些間隙的該步驟包括磊晶成長該第二半導體材料，以及形成該些主動鰭式場效電晶體的源極或汲極區，且其中該半導體裝置的製造方法更包括將接觸耦合至位於相鄰的該些主動鰭式場效電晶體的該些第一鰭和該些電性閒置鰭式場效電晶體結構的該些第二鰭之間、位於相鄰的該些對的該些電性閒置鰭式場效電晶體結構的該些第二鰭之間或位於相鄰的該些對的該些主動鰭式場效電晶體的該些第一鰭之間的該第二半導體材料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置的製造方法，其中磊晶成長該第二半導體材料包括形成該第二半導 體材料，第二半導體材料於該工件上方的下方輪廓為合併在一起。
  10. 一種半導體裝置的設計方法，包括下列步驟：決定用於複數個主動鰭式場效電晶體的一佈局；決定該些主動鰭式場效電晶體之間的一距離；評估該些主動鰭式場效電晶體之間決定的該距離；以及基於評估的該距離和想要形成於該些主動鰭式場效電晶體的互相接近的鰭之間的一半導體材料數量來模擬該佈局，以包括位於該些主動鰭式場效電晶體的其中兩個之間的一電性閒置主動鰭式場效電晶體。
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