半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半导体装置及其制造方法，涉及半导体技术领域。该方法包括：提供半导体结构，其包括：半导体衬底、在半导体衬底上的半导体鳍片和在半导体鳍片上的栅极结构；对半导体鳍片执行第一刻蚀以在栅极结构两侧分别形成第一凹陷和第二凹陷；执行离子注入以在第一凹陷中注入锗离子和/或碳离子；在执行该离子注入之后，对第一凹陷和第二凹陷执行第二刻蚀；其中，该第二刻蚀使得该第一凹陷的体积大于该第二凹陷的体积；以及在执行该第二刻蚀之后，形成源极和漏极；其中，该源极形成在该第一凹陷和该第二凹陷这两者中的一个凹陷中，该漏极形成这两者中的另一个凹陷中。本发明专利技术可以尽量减小串联电阻或者尽量抑制短沟道效应。

Semiconductor Device and Its Manufacturing Method

The invention discloses a semiconductor device and a manufacturing method thereof, which relates to the field of semiconductor technology. The method includes: providing a semiconductor structure, including: a semiconductor substrate, a semiconductor fin on a semiconductor substrate and a gate structure on a semiconductor fin; performing a first etching on a semiconductor fin to form a first depression and a second depression on both sides of the gate structure, respectively; performing ion implantation to implant germanium ions and/or carbon ions in the first depression; and performing the ion implantation. After entering, a second etching is performed on the first depression and the second depression, in which the second etching makes the volume of the first depression larger than that of the second depression, and after performing the second etching, a source pole and a drain pole are formed, in which the source pole is formed in one of the first depression and the second depression, and the drain pole forms another of the two depressions. Settlement. The invention can minimize the series resistance or restrain the short channel effect as much as possible.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体装置及其制造方法。
技术介绍
目前，随着半导体器件的逐渐减小，短沟道效应(theshortchanneleffect，简称为SCE)变得越来越严重。因而，为了改善核心器件的短沟道效应，目前已经建立了超浅(ultrashallow)结和突变结。为了增强器件性能，下一代技术的一个方向是使用FinFET(FinField-EffectTransistor，鳍式场效应晶体管)器件，该FinFET器件可以缓解短沟道效应。但是，为了满足FinFET器件的要求，需要在器件性能和短沟道效应的控制方面进行权衡，这变成一个越来越有挑战性的问题。为了克服这个问题，技术人员做出了更多的努力。例如，可以通过使用非晶化离子注入的共同离子注入(co-implant)工艺或者应力效应等来优化LDD(LightlyDopedDrain，轻掺杂漏极)和环状掺杂区(halodoping)的形貌，从而改善器件性能。然而，现有技术中，源/漏极与沟道区的串联电阻经常与短沟道效应产生矛盾，例如通过增大源/漏极体积可以使得串联电阻比较小，但是这导致沟道比较短，使得短沟道效应比较严重，或者通过减小源/漏极体积可以使得沟道比较长，短沟道效应得到改善，但是这导致串联电阻比较大。另外，FinFET的源极、漏极或环状掺杂区(halodoping)会使得一部分掺杂物向沟道区扩散，造成沟道区的不期望的低掺杂，这将降低沟道区的载流子迁移率，而且增加漏电流。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种半导体装置的制造方法，包括：提供半导体结构，所述半导体结构包括：半导体衬底、在所述半导体衬底上的半导体鳍片以及在所述半导体鳍片上的栅极结构；对所述半导体鳍片执行第一刻蚀以在所述栅极结构两侧分别形成第一凹陷和第二凹陷；执行离子注入以在所述第一凹陷中注入锗离子和/或碳离子；在执行所述离子注入之后，对所述第一凹陷和所述第二凹陷执行第二刻蚀；其中，所述第二刻蚀使得所述第一凹陷的体积大于所述第二凹陷的体积；以及在执行所述第二刻蚀之后，形成源极和漏极；其中，所述源极形成在所述第一凹陷和所述第二凹陷这两者中的一个凹陷中，所述漏极形成这两者中的另一个凹陷中。在一个实施例中，形成源极和漏极的步骤包括：在所述第一凹陷中外延形成源极以及在所述第二凹陷中外延形成漏极。在一个实施例中，在注入锗离子的过程中，所述锗离子的注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为3×1014/cm2至3×1015/cm2，注入角度为0至15度；或者，在注入碳离子的过程中，所述碳离子的注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为1×1014/cm2至1×1015/cm2，注入角度为0至15度。在一个实施例中，在执行离子注入的步骤中，在所述第一凹陷中注入碳离子，还在所述第二凹陷中注入碳离子，其中，在所述第二凹陷中注入的碳离子的剂量小于在所述第一凹陷中注入的碳离子的剂量。在一个实施例中，在执行所述离子注入的步骤中，还在所述第一凹陷中注入氮离子、氟离子和/或铟离子。在一个实施例中，在执行所述离子注入的步骤中，还在所述第二凹陷中注入所述氮离子、所述氟离子和/或所述铟离子。在一个实施例中，在注入所述氮离子、所述氟离子和/或所述铟离子的过程中，所述氮离子、所述氟离子和/或所述铟离子的注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为1×1014/cm2至1×1015/cm2，注入角度为0至15度。在一个实施例中，利用SF6和O2的混合气体的射频等离子体执行所述第二刻蚀，其中，所述O2在所述混合气体中所占的体积分数为5％至15％。在一个实施例中，在执行所述第二刻蚀的过程中，所使用的射频频率为13.56MHz，射频功率为350瓦至600瓦，气体压强为4毫托至50毫托。在一个实施例中，在执行所述第二刻蚀之前，所述方法还包括：对执行所述离子注入之后的半导体结构执行退火处理；或者，在形成所述源极和漏极之前，所述方法还包括：对执行所述第二刻蚀之后的半导体结构执行退火处理。在一个实施例中，在所述第一凹陷中外延形成源极以及在所述第二凹陷中外延形成漏极的步骤包括：在所述第一凹陷中外延形成掺杂的第一源极部分，并在所述第二凹陷中外延形成掺杂的第一漏极部分；以及在所述第一源极部分上外延形成掺杂的第二源极部分，并在所述第一漏极部分上外延形成掺杂的第二漏极部分；其中，所述第二源极部分的掺杂浓度大于所述第一源极部分的掺杂浓度，所述第二漏极部分的掺杂浓度大于所述第一漏极部分的掺杂浓度；所述源极包括所述第一源极部分和所述第二源极部分，所述漏极包括所述第一漏极部分和所述第二漏极部分。在一个实施例中，在提供半导体结构的步骤中，所述栅极结构包括：在所述半导体鳍片表面上的栅极电介质层、在所述栅极电介质层上的栅极和在所述栅极两侧的侧面上的间隔物层；其中，在执行所述第一刻蚀的过程中，以所述间隔物层和所述栅极作为掩模层，自对准地对所述半导体鳍片执行刻蚀以形成所述第一凹陷和所述第二凹陷。在上述实施例中，提供了一种半导体装置的制造方法。在该制造方法中，先通过第一刻蚀在半导体鳍片上形成位于栅极结构两侧的第一凹陷和第二凹陷，然后在第一凹陷中注入了锗离子和/或碳离子，这样在后续执行第二刻蚀以扩大第一凹陷和第二凹陷的过程中，第一凹陷被刻蚀得更快且更大，使得第一凹陷的体积大于第二凹陷的体积，这样在这两个凹陷中分别形成源极和漏极时，可以使得源极的体积大于漏极的体积(此时在第一凹陷中形成源极，在第二凹陷中形成漏极)，或者，漏极的体积大于源极的体积(此时在第一凹陷中形成漏极，在第二凹陷中形成源极)。这样在与现有技术的器件具有相同沟道长度的情况下，由于通过上述方法所形成的源极和漏极中的其中一个的体积比较大，从而增大了该源极或漏极与沟道区的接触面积，从而减小串联电阻，而且还可以增加对沟道的应力；或者在与现有技术的器件具有相同串联电阻的情况下，由于通过上述方法所形成的源极和漏极中的其中一个的体积比较小，即在形成凹陷过程中沟道区被刻蚀得比较小，从而相比现有技术的器件，本专利技术的实施例相当于增加了有效沟道长度，从而能够尽可能地抑制短沟道效应或抑制源/漏之间的漏电流的增加，提高了器件性能。进一步地，本专利技术实施例的碳离子、氮离子、氟离子和/或铟离子还可以尽量阻挡所形成的源极或漏极中的掺杂物向沟道区的扩散，从而可以改善沟道区的载流子迁移率，提高器件性能。根据本专利技术的第二方面，提供了一种半导体装置，包括：半导体衬底；在所述半导体衬底上的半导体鳍片；在所述半导体鳍片上的栅极结构；在所述半导体鳍片中且分别在所述栅极结构两侧的第一凹陷和第二凹陷；其中，在所述第一凹陷的底部和/或侧壁中含有锗和/或碳，所述第一凹陷的体积大于所述第二凹陷的体积；以及在所述第一凹陷和所述第二凹陷这两者中的一个凹陷中形成的源极，和在这两者中的另一个凹陷中形成的漏极。在一个实施例中，所述源极位于所述第一凹陷中，所述漏极位于所述第二凹陷中。在一个实施例中，在所述第一凹陷的底部和/或侧壁中含有碳，在所述第二凹陷的底部和/或侧壁中也含有碳。在一个实施例中，在所述第一凹陷的底部和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：提供半导体结构，所述半导体结构包括：半导体衬底、在所述半导体衬底上的半导体鳍片以及在所述半导体鳍片上的栅极结构；对所述半导体鳍片执行第一刻蚀以在所述栅极结构两侧分别形成第一凹陷和第二凹陷；执行离子注入以在所述第一凹陷中注入锗离子和/或碳离子；在执行所述离子注入之后，对所述第一凹陷和所述第二凹陷执行第二刻蚀；其中，所述第二刻蚀使得所述第一凹陷的体积大于所述第二凹陷的体积；以及在执行所述第二刻蚀之后，形成源极和漏极；其中，所述源极形成在所述第一凹陷和所述第二凹陷这两者中的一个凹陷中，所述漏极形成这两者中的另一个凹陷中。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：提供半导体结构，所述半导体结构包括：半导体衬底、在所述半导体衬底上的半导体鳍片以及在所述半导体鳍片上的栅极结构；对所述半导体鳍片执行第一刻蚀以在所述栅极结构两侧分别形成第一凹陷和第二凹陷；执行离子注入以在所述第一凹陷中注入锗离子和/或碳离子；在执行所述离子注入之后，对所述第一凹陷和所述第二凹陷执行第二刻蚀；其中，所述第二刻蚀使得所述第一凹陷的体积大于所述第二凹陷的体积；以及在执行所述第二刻蚀之后，形成源极和漏极；其中，所述源极形成在所述第一凹陷和所述第二凹陷这两者中的一个凹陷中，所述漏极形成这两者中的另一个凹陷中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成源极和漏极的步骤包括：在所述第一凹陷中外延形成源极以及在所述第二凹陷中外延形成漏极。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在注入锗离子的过程中，所述锗离子的注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为3×1014/cm2至3×1015/cm2，注入角度为0至15度；或者，在注入碳离子的过程中，所述碳离子的注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为1×1014/cm2至1×1015/cm2，注入角度为0至15度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行离子注入的步骤中，在所述第一凹陷中注入碳离子，还在所述第二凹陷中注入碳离子，其中，在所述第二凹陷中注入的碳离子的剂量小于在所述第一凹陷中注入的碳离子的剂量。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在执行所述离子注入的步骤中，还在所述第一凹陷中注入氮离子、氟离子和/或铟离子。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在执行所述离子注入的步骤中，还在所述第二凹陷中注入所述氮离子、所述氟离子和/或所述铟离子。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在注入所述氮离子、所述氟离子和/或所述铟离子的过程中，所述氮离子、所述氟离子和/或所述铟离子的注入能量为0.5KeV至5KeV，注入剂量为1×1014/cm2至1×1015/cm2，注入角度为0至15度。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用SF6和O2的混合气体的射频等离子体执行所述第二刻蚀，其中，所述O2在所述混合气体中所占的体积分数为5％至15％。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在执行所述第二刻蚀的过程中，所使用的射频频率为13.56MHz，射频功率为350瓦至600瓦，气体压强为4毫托至50毫托。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行所述第二刻蚀之前，所述方法还包括：对执行所述离子注入之后的半导体结构执行退火处理；或者，在形成所述源极和所述漏极之前，所述方法还包括：对执行所述第二刻蚀之后的半导体结构执行退火处理。11.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵猛，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31