外延结构、半导体装置以及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种外延结构、半导体装置以及其制造方法。其中半导体装置包括一半导体基底、一形成于该半导体基底上的栅极结构以及一部分形成于该半导体基底中的外延结构。该外延结构的一垂直延伸部于与该栅极结构相邻的一区域中的该半导体基底的一上表面上方垂直延伸。该外延结构的一侧向延伸部于该半导体基底的该上表面下方的一区域朝一往该栅极结构下方的一区域以及远离该外延结构垂直延伸的一区域的方向上侧向延伸。该半导体装置还包括一层间介电层位于该外延结构的该垂直延伸部的一侧表面以及该栅极结构的一侧表面之间。该外延结构的该侧向延伸部的一上表面直接接触该层间介电层。

【技术实现步骤摘要】
外延结构、半导体装置以及其制造方法
本专利技术涉及一种半导体装置，尤其是涉及一种半导体场效晶体管以及其制造方法。
技术介绍
随着半导体集成电路工业的技术发展，越来越多的半导体装置可被整合于一半导体集成电路(integratedcircuit，IC)中，而个别半导体装置的体积则变得越来越小。场效晶体管(field-effecttransistor，FET)于半导体IC中当作基础单元的典型半导体装置。一个场效晶体管包括一栅极结构形成于一半导体基底上以及一源极与一漏极形成于半导体基底中且与栅极结构相邻。在现有技术中，源极与漏极以对半导体基底进行掺杂而形成。随着集成电路的集成度越来越高且集成电路中的场效晶体管越来越小，许多不同的制作工艺被开发来形成源极与漏极。上述的制作工艺之一利用外延技术来形成源极与漏极。在此制作工艺中，半导体基底被蚀刻而形成凹陷(也可被称为源极/漏极凹陷)，并接着于凹陷中沉积半导体材料以形成源极与漏极。在一些场效晶体管中，上述的半导体材料也沉积于源极/漏极凹陷的上方，故所形成的源极或漏极也被视为凸起源极或凸起漏极，其具有位于基底的表面上方的凸起部。上述的凹陷可为六边形凹陷，且也可被称为Σ形凹陷。形成六边形凹陷的制作工艺可包括以一干式蚀刻先形成一U形凹陷，接着再以一湿式蚀刻来形成六边形凹陷。在凹陷中所沉积的半导体材料可视不同种类的场效晶体管而有所变化。举例来说，对于硅基底中形成的P型通道场效晶体管来说，可于凹陷中沉积锗化硅(也可称为硅锗，SiGe)以形成源极与漏极。由于锗化硅具有比硅更大的晶格常数，故锗化硅的源极与漏极会对场效晶体管的通道产生压缩应力，进而使得通道的空穴迁移率增加。此外，对于硅基底中形成的N型通道场效晶体管来说，可于凹陷中沉积掺杂磷的硅(Si:P)以形成源极与漏极。图1为一现有的半导体装置100的示意图，半导体装置100包括一基底102、两个栅极结构104、一六边形的源极/漏极凹陷106以及一凸起的源极/漏极108。在现有技术中，两个栅极结构104形成于基底102上，且六边形的源极/漏极凹陷106形成于基底102中并位于栅极结构104之间。凸起的源极/漏极108形成于源极/漏极凹陷106中以及源极/漏极凹陷106上方，且凸起的源极/漏极108位于栅极结构104之间。各栅极结构104包括一栅极介电层104-2、一栅极电极104-4、一盖层104-6以及一间隙壁104-8。栅极介电层104-2形成于基底102上，栅极电极104-4形成于栅极介电层104-2上，盖层104-6形成于栅极电极104-4上，而间隙壁104-8形成于栅极结构的侧表面上，也就是说间隙壁104-8形成于栅极介电层104-2的侧表面、栅极电极104-4的侧表面以及盖层104-6的侧表面上。源极/漏极108包括一形成于源极/漏极凹陷106中的埋入部108-2以及一形成于源极/漏极凹陷106上方的凸起部108-4，也就是说凸起部108-4形成于基底102的上表面的上方。在半导体装置100中，凸起部108-4与栅极电极104-4之间的距离(在此也称为距离S2G)由间隙壁104-8的厚度所决定。本专利技术人已在现有的半导体装置100中观察到其结构上与操作上的缺点。
技术实现思路
本专利技术提供一种半导体装置，包括一半导体基底、一形成于该半导体基底上的栅极结构以及一部分形成于该半导体基底中的外延结构。该外延结构作为一对应该栅极结构的一源极区或一漏极区。该外延结构的一垂直延伸部于与该栅极结构相邻的一区域中的该半导体基底的一上表面上方垂直延伸。该外延结构的一侧向延伸部于该半导体基底的该上表面下方的一区域朝一往该栅极结构下方的一区域以及远离该外延结构垂直延伸的一区域的方向上侧向延伸。该半导体装置还包括一层间介电层位于该外延结构的该垂直延伸部的一侧表面以及该栅极结构的一侧表面之间。该外延结构的该侧向延伸部的一上表面直接接触该层间介电层。本专利技术另提供一种半导装置的制造方法，包括下列步骤。在一半导体基底上形成一栅极结构，并于该半导体基底以及该栅极结构上形成一盖层。以该栅极结构为掩模，将砷穿过该盖层而注入该半导体基底中，用以于该半导体基底中形成一注入区。移除该盖层，并于该栅极结构的一侧表面上形成一蚀刻间隙壁。以该栅极结构以及该蚀刻间隙壁为掩模，蚀刻该注入区，用以于该半导体基底中形成一凹陷(recess)。该凹陷包括一下切(undercut)区直接位于该蚀刻间隙壁的下方。本专利技术另提供一种部分形成于一半导体基底中的外延结构，该外延结构包括一垂直延伸部于该半导体基底的一上表面上方垂直延伸，以及一侧向延伸部于该半导体基底的该上表面下方的一区域并朝远离该垂直延伸部垂直延伸的一区域的方向上侧向延伸。该垂直延伸部以及该侧向延伸部于一圆转角接合。本专利技术的技术特征与优点将于后述的内容中进行部分说明，且部分的技术特征或/及优点也可由本专利技术的内容进一步得知或推知。此些技术特征以及优点可由本案权利要求中所提及的元素与组合达到与实现。必须了解的是，上述的
技术实现思路
以及后述的实施方式仅为范例用以提供更进一步说明而并未对本专利技术的范围构成限制。本专利技术说明书所附附图是绘示本专利技术数个实施例，且与专利技术书内容结合来说明本专利技术的原理。附图说明图1为一现有的半导体装置的剖面示意图；图2A为一P型通道场效晶体管的源极/漏极的堆叠缺陷的影像图；图2B为一N型通道场效晶体管的源极/漏极的猫耳现象的影像图；图3A至图3D为一些示范性实施例的半导体装置的剖面示意图；图4为另一示范性实施例的半导体装置的剖面示意图；图5A至图5G为图3A-图3D中的半导体装置的制作工艺示意图；图6为又一示范性实施例的半导体装置的剖面示意图；图7A与图7B为图6中的半导体装置的部分制作工艺步骤示意图；图8A与图8B分别为本专利技术的具有凹陷的场效晶体管的源极/漏极的影像图；图9A与图9B为本专利技术的场效晶体管与现有的场效晶体管之间的电性比较图。符号说明100半导体装置102基底104栅极结构104-2栅极介电层104-4栅极电极104-6盖层104-8间隙壁106源极/漏极凹陷106-2凹陷尖端108源极/漏极108-2埋入部108-4凸起部300A半导体装置300B半导体装置300C半导体装置300D半导体装置302基底304栅极结构304-2栅极介电层304-4栅极电极304-6间隙壁306源极/漏极凹陷308源极/漏极308-2埋入部308-4凸起部308A缓冲硅锗层308B主硅锗层308C硅盖层308C-1金属硅化物层310层间介电层310-1蚀刻接触停止层312源极/漏极接触314通道区316部分400半导体装置502盖层504砷注入区506可抛层508可抛间隙壁510下切区600半导体装置602基底604栅极结构604-2栅极介电层604-4栅极电极604-6间隙壁606源极/漏极凹陷608源极/漏极610层间介电层612接触614通道区710下切区RCD深度S2G距离SMD深度T2G距离具体实施方式后述的实施例将搭配附图参考进行说明，且各附图中相同或相似的元件是以相同的符号标示。本专利技术的实施例包括一具有源极/漏极下切部的半导体场效晶体管以及其制造方法。本专利技术的专利技术人发现如图1所示的现有的半导体装置100具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：半导体基底；栅极结构，形成在该半导体基底上；外延结构，作为一对应该栅极结构的源极区或漏极区，该外延结构部分形成于该半导体基底中，该外延结构的一垂直延伸部于与该栅极结构相邻的一区域中的该半导体基底的一上表面上方垂直延伸，该外延结构的一侧向延伸部于该半导体基底的该上表面下方的一区域朝一往该栅极结构下方的一区域以及远离该外延结构垂直延伸的一区域的方向上侧向延伸；以及层间介电层，位于该外延结构的该垂直延伸部的一侧表面以及该栅极结构的一侧表面之间，其中该外延结构的该侧向延伸部的一上表面直接接触该层间介电层。

【技术特征摘要】
2016.06.21 US 15/188,1941.一种半导体装置，包括：半导体基底；栅极结构，形成在该半导体基底上；外延结构，作为一对应该栅极结构的源极区或漏极区，该外延结构部分形成于该半导体基底中，该外延结构的一垂直延伸部于与该栅极结构相邻的一区域中的该半导体基底的一上表面上方垂直延伸，该外延结构的一侧向延伸部于该半导体基底的该上表面下方的一区域朝一往该栅极结构下方的一区域以及远离该外延结构垂直延伸的一区域的方向上侧向延伸；以及层间介电层，位于该外延结构的该垂直延伸部的一侧表面以及该栅极结构的一侧表面之间，其中该外延结构的该侧向延伸部的一上表面直接接触该层间介电层。2.如权利要求1所述的半导体装置，其中该栅极结构包括：栅极介电层，形成于该半导体基底上；栅极电极，形成于该栅极介电层上；以及间隙壁，形成于该栅极介电层以及该栅极电极的侧表面上。3.如权利要求2所述的半导体装置，其中该外延结构的该侧向延伸部的该上表面还直接接触该栅极结构的该间隙壁。4.如权利要求1所述的半导体装置，其中该外延结构的该侧向延伸部的一侧向端包括一近乎垂直的侧表面。5.如权利要求1所述的半导体装置，其中该外延结构包括一圆转角，其中该外延结构的该垂直延伸部以及该外延结构的该侧向延伸部于该圆转角接合。6.如权利要求1所述的半导体装置，其中该半导体基底包括硅基底。7.如权利要求6所述的半导体装置，其中该外延结构包括硅锗(SiGe)外延层。8.如权利要求7所述的半导体装置，其中该硅锗外延层包括缓冲硅锗层以及主硅锗层，该主硅锗层形成于该缓冲硅锗层上，且该主硅锗层的锗浓度高于该缓冲硅锗层的锗浓度。9.如权利要求8所述的半导体装置，其中该主硅锗层含有约45％的锗。10.如权利要求7所述的半导体装置，其中该外延结构还包括硅盖层，形成于该硅锗外延层上。11.如权利要求1所述的半导体装置，还包括：金属接触，穿过该层间介电层并接触该外延结构。12.一种半导装置的制造方法，包括：在一半导体基底上形成一栅极结构；在该半导体基底以及该栅极结构上形成一盖层；以该栅极结构为掩模，将砷穿过该盖层而注入该半导体基底中，用以于该半导体基底中形成一注入区；移除该盖层；在该栅极结构的一侧表面上形成一蚀刻间隙壁；以及以该栅极结构以及该蚀刻间隙壁为掩模，蚀刻该注入区，用以于该半导体基底中形成一凹陷(recess)，其中该凹陷包括一下切(undercut)区直接位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：林猷颖，古冠轩，胡益诚，刘厥扬，吕水烟，林钰书，杨钧耀，王俞仁，杨能辉，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71