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半导体装置及其制造方法。该半导体装置包括：衬底结构，该衬底结构包括衬底；在该衬底上的鳍片式结构，该鳍片式结构包括半导体层；包绕鳍片式结构的一部分表面的栅极绝缘物和位于栅极绝缘物上的栅极；分别位于栅极两侧的在半导体层中的源极和漏极；位于栅极的漏极侧的具有第一介电常数的第一电介质间隔物；以及位于栅极的源极侧的具有第二介电常数的第二电介质间隔物和具有第三介电常数的第三电介质间隔物，第三电介质间隔物和第二电介质间隔物中的一方在另一方之上；其中，第一介电常数和第三介电常数均小于第二介电常数。该半导体装置的栅极两侧的电介质间隔物的非对称结构可以提高器件性能。

【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
，特别涉及半导体装置及其制造方法。
技术介绍
目前随着半导体技术的发展，鳍片式场效应晶体管(FinFieldEffectTransistor，FinFET)得到广泛的应用。随着器件尺寸的减小，FinFET器件中栅极两侧的间隔物对器件性能的影响越来越大。为了提高FinFET器件的性能，目前引入高k(介电常数)材料作为间隔物。然而，高k间隔物的宽度需要优化。现有技术中已经提出了这样的双k(dual-k)间隔物结构，其中，高k间隔物在低k间隔物外侧。然而，这样的结构增加了总体间隔物的宽度，使得该宽度需要优化。此外，在这样的结构中，漏极侧的外侧的高k间隔物将会降低器件性能。
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的上述问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了本专利技术的新的技术方案。本专利技术的一个实施例的目的之一是：提供一种半导体装置。本专利技术的一个实施例的目的之一是：提供一种半导体装置的制造方法。根据本专利技术的装置和方法具有新颖的结构，能够优化高k间隔物的宽度，和/或改善器件性能。根据本专利技术的第一方面，提供了一种半导体装置，包括：衬底结构，所述衬底结构包括衬底；在所述衬底上的鳍片式结构，所述鳍片式结构包括半导体层；包绕所述鳍片式结构的一部分表面的栅极绝缘物和位于所述栅极绝缘物上的栅极；分别位于所述栅极两侧的在所述半导体层中的源极和漏极；位于所述栅极的漏极侧的具有第一介电常数的第一电介质间隔物；以及位于所述栅极的源极侧的具有第二介电常数的第二电介质间隔物和具有第三介电常数的第三电介质间隔物，所述第三电介质间隔物和所述第二电介质间隔物中的一方在另一方之上；其中，所述第一介电常数和所述第三介电常数均小于所述第二介电常数。在一些实施例中，所述半导体装置还包括：所述栅极绝缘物包括栅极电介质层，所述栅极电介质层包括在衬底和栅极之间的部分、在栅极与第一电介质间隔物之间的部分、以及在栅极与第二和第三电介质间隔物之间的部分。在一些实施例中，所述第三电介质间隔物位于所述衬底结构上，所述第二电介质间隔物位于所述第三电介质间隔物上。在一些实施例中，所述第二电介质间隔物位于所述衬底结构上，所述第三电介质间隔物位于所述第二电介质间隔物上。在一些实施例中，所述第一电介质间隔物为低k电介质材料；所述第二电介质间隔物为高k电介质材料；所述第三电介质间隔物为低k电介质材料。在一些实施例中，所述第一电介质间隔物与所述第三电介质间隔物由相同的材料形成。在一些实施例中，所述低k电介质材料包括：多孔的硅的氧化物或者掺碳的多孔的硅的氮化物，非晶碳；所述高k电介质材料包括：硅的氮化物、Al2O3、Y2O3、La2O3、Ta2O5、TiO2、HfO2或ZrO2。在一些实施例中，所述衬底结构还包括形成在所述衬底上的电介质层，其中，所述半导体层的一部分位于所述电介质层中，其余部分突出于所述电介质层，所述栅极绝缘物和所述栅极在所述电介质层上方。根据本专利技术的第二方面，提供了一种半导体装置的制造方法，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括衬底，所述衬底上形成有鳍片式结构，所述鳍片式结构包括半导体层；形成包绕所述鳍片式结构的一部分表面的第一栅极结构，所述第一栅极结构至少包括第一栅极；在所述第一栅极结构的漏极侧和源极侧形成具有第一介电常数的第一电介质间隔物；在所述衬底结构上形成包围所述第一栅极结构和所述第一电介质间隔物的层间电介质层，并使至少所述第一电介质间隔物的上表面露出；去除源极侧第一电介质间隔物的至少一部分以形成第一凹陷；以及在所述第一凹陷中形成间隔物结构，所述间隔物结构至少包括具有第二介电常数的第二电介质间隔物；其中，所述第一介电常数小于所述第二介电常数。在一些实施例中，在去除源极侧第一电介质间隔物的至少一部分以形成第一凹陷之前，所述方法还包括：去除所述第一栅极结构以形成第二凹陷；在所述第二凹陷中在所述第二凹陷的底面和侧壁上形成栅极电介质层和在所述栅极电介质层上的金属栅极。在一些实施例中，所述去除源极侧第一电介质间隔物的至少一部分包括去除源极侧第一电介质间隔物，所述间隔物结构还包括具有第三介电常数的第三电介质间隔物，所述第三电介质间隔物和所述第二电介质间隔物中的一方在另一方之上，所述第三介电常数小于所述第二介电常数。在一些实施例中，去除源极侧第一电介质间隔物的至少一部分的步骤包括：在所述栅极的漏极侧形成掩模，所述掩模暴露所述源极侧第一电介质间隔物；利用所述掩模，对所述第一电介质间隔物执行处理，以去除所述源极侧第一电介质间隔物的至少一部分；以及去除所述掩模。在一些实施例中，所述第一电介质间隔物为低k电介质材料；所述第二电介质间隔物为高k电介质材料；所述第三电介质间隔物为低k电介质材料。在一些实施例中，所述第一电介质间隔物与所述第三电介质间隔物由相同的材料形成。在一些实施例中，所述低k电介质材料包括：多孔的硅的氧化物或者掺碳的多孔的硅的氮化物，非晶碳；所述高k电介质材料包括：硅的氮化物、Al2O3、Y2O3、La2O3、Ta2O5、TiO2、HfO2或ZrO2。在一些实施例中，所述衬底结构还包括形成在所述衬底上的电介质层，其中，所述半导体层的一部分位于所述电介质层中，其余部分突出于所述电介质层，所述第一栅极结构在所述电介质层上方。本专利技术的半导体装置中包括电介质间隔物的非对称结构，即位于源极侧的上下结构的由高k电介质材料(第二电介质间隔物)和低k电介质材料(第三电介质间隔物)组成的双k电介质间隔物，以及位于漏极侧的低k电介质材料(第一电介质间隔物)。源极侧的双k电介质间隔物可以提高导通电流与截止电流之比，从而提高器件性能，又由于去除了漏极侧的外侧的高k间隔物，也可以提高器件性能。此外，可以通过在形成的过程中调节第一凹陷的深度来调节高k电介质材料和低k电介质材料的量，从而调节双k电介质间隔物的介电常数，由于双k电介质间隔物是上下结构而不是左右结构，因此这不会涉及到由左右结构造成的通过调节宽度来调节介电常数，而且可以有较宽的阈值电压调节范围，较好地调节栅极间隔物的边缘电场，有利于器件尺寸的减小。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1是示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置的制造方法的流程图。图2A是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置制造过程中的一个阶段的与鳍片式结构的纵向垂直的横截面示意图。图2B是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置制造过程中的一个阶段的沿着鳍片式结构的纵向的横截面示意图。图3A是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置制造过程中的一个阶段的与鳍片式结构的纵向垂直的横截面示意图。图3B是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置制造过程中的一个阶段的沿着鳍片式结构的纵向的横截面示意图。图4是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置制造过程中的一个阶段的沿着鳍片式结构的纵向的横截面示意图。图5是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：衬底结构，所述衬底结构包括衬底；在所述衬底上的鳍片式结构，所述鳍片式结构包括半导体层；包绕所述鳍片式结构的一部分表面的栅极绝缘物和位于所述栅极绝缘物上的栅极；分别位于所述栅极两侧的在所述半导体层中的源极和漏极；位于所述栅极的漏极侧的具有第一介电常数的第一电介质间隔物；以及位于所述栅极的源极侧的具有第二介电常数的第二电介质间隔物和具有第三介电常数的第三电介质间隔物，所述第三电介质间隔物和所述第二电介质间隔物中的一方在另一方之上；其中，所述第一介电常数和所述第三介电常数均小于所述第二介电常数。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，包括：衬底结构，所述衬底结构包括衬底；在所述衬底上的鳍片式结构，所述鳍片式结构包括半导体层；包绕所述鳍片式结构的一部分表面的栅极绝缘物和位于所述栅极绝缘物上的栅极；分别位于所述栅极两侧的在所述半导体层中的源极和漏极；位于所述栅极的漏极侧的具有第一介电常数的第一电介质间隔物；以及位于所述栅极的源极侧的具有第二介电常数的第二电介质间隔物和具有第三介电常数的第三电介质间隔物，所述第三电介质间隔物和所述第二电介质间隔物中的一方在另一方之上；其中，所述第一介电常数和所述第三介电常数均小于所述第二介电常数。2.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，还包括：所述栅极绝缘物包括栅极电介质层，所述栅极电介质层包括在衬底和栅极之间的部分、在栅极与第一电介质间隔物之间的部分、以及在栅极与第二和第三电介质间隔物之间的部分。3.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述第三电介质间隔物位于所述衬底结构上，所述第二电介质间隔物位于所述第三电介质间隔物上。4.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述第二电介质间隔物位于所述衬底结构上，所述第三电介质间隔物位于所述第二电介质间隔物上。5.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述第一电介质间隔物为低k电介质材料；所述第二电介质间隔物为高k电介质材料；所述第三电介质间隔物为低k电介质材料。6.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述第一电介质间隔物与所述第三电介质间隔物由相同的材料形成。7.根据权利要求5所述半导体装置，其特征在于，所述低k电介质材料包括：多孔的硅的氧化物或者掺碳的多孔的硅的氮化物，非晶碳；所述高k电介质材料包括：硅的氮化物、Al2O3、Y2O3、La2O3、Ta2O5、TiO2、HfO2或ZrO2。8.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述衬底结构还包括形成在所述衬底上的电介质层，其中，所述半导体层的一部分位于所述电介质层中，其余部分突出于所述电介质层，所述栅极绝缘物和所述栅极在所述电介质层上方。9.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括衬底，所述衬底上形成有鳍片式结构，所述鳍片式结构包括半导体层；形成包绕所述鳍片式结构的一部分表面的第一栅极结构，所述第一栅极结构至少包括第一栅极；在所述第一栅极结构的漏极侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，郑喆，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11