窄半導體結構的離子植入技術制造技術

一種處理半導體裝置的方法包含：對薄晶體半導體結構執行包括第一離子的第一離子植入，第一離子劑量將所述薄晶體半導體結構的第一區域非晶化；對至少所述薄晶體半導體結構的所述第一區域執行包括摻雜劑物質的摻雜劑離子的第二離子植入；以及在所述第一植入之后，執行所述半導體裝置的至少一次退火，其中在所述第一植入和所述第二植入與所述至少一次退火之后，所述薄晶體半導體結構形成不具有缺陷的單晶區域。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的實施例涉及場效應晶體管(field effect transistor)的處理，且更明確地說，涉及離子植入場效應晶體管。
技術介紹
隨著半導體裝置縮小為較小尺寸，由于平面晶體管幾何結構賦予的對可縮放性(scalability)的限制，非平面晶體管作為平面晶體管的替代日益具有吸引力。舉例來說，所謂的鰭式場效應晶體管(fin field effect transistor，finFET)已在互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)技術中采用以用于22納米的裝置的產生。finFET為一種類型的三維(3-D)晶體管，其中從主襯底表面垂直地延伸的半導體材料的窄條帶(即，鰭(fin))用于形成晶體管的源極/漏極(S/D)和溝道區域(channel region)。接著沉積晶體管柵極以纏繞鰭的相對側，進而形成限定溝道的多側的柵極結構。在蝕刻半導體襯底以界定鰭結構之后形成常規finFET的處理期間，對鰭結構進行各種植入步驟，以形成源極/漏極(S/D)區域、源極/漏極延伸(SDE)區域、閾值電壓調整植入等。某些植入(例如，明確地說，S/D植入和SDE植入)需要相對高劑量的植入物質，其中相對高劑量的植入物質是在鰭結構中實現摻雜所需含量(例如，1E15/平方厘米)所需的。在砷(As)植入的狀況下，由于大原子質量的植入物質，常發現鰭結構在植入期間變得充分損壞，以致于在植入后退火之后將鰭結構呈現為多晶的。雖然在高溫(例如，高于300℃的溫度)下進行的植入可在As植入期間減少或消除非晶化材料，但在植入后退火之后，尤其在植入溫度超過300℃時，發現了晶體缺陷。這些缺陷可能與裝置性能的降低相關聯。因此，僅提高襯底溫度以在植入期間避免晶體半導體鰭的非晶化，可能不會產生具有所要電氣性質的鰭結構。鑒于這些和其它考慮，需要本專利技術的改進。
技術實現思路
提供此
技術實現思路
以按簡化形式介紹概念的選擇，下文在具體實施方式中進一步描述所述概念。此
技術實現思路
不希望確定所主張標的物的關鍵特征或基本特征，也不希望輔助確定所主張標的物的范圍。在一個實施例中，一種處理半導體裝置的方法包含：對薄晶體半導體結構執行包括第一離子的第一離子植入，第一離子劑量將所述薄晶體半導體結構的第一區域非晶化；對至少所述薄晶體半導體結構的所述第一區域執行包括摻雜劑物質的摻雜劑離子的第二離子植入；以及在所述第一植入之后，執行所述半導體裝置的至少一次退火，其中在所述第一植入和所述第二植入與所述至少一次退火之后，所述薄晶體半導體結構形成不具有缺陷的單晶區域。在另一實施例中，一種形成鰭式場效應晶體管(finFET)的方法包含：提供垂直于襯底表面而延伸的鰭結構，所述鰭結構包括單晶半導體，具有小于50納米的鰭厚度；對所述鰭結構執行包括第一離子的第一離子植入，第一離子劑量將所述薄晶體半導體結構的第一區域非晶化；在高于300℃的植入溫度下對至少所述鰭結構的所述第一區域執行包括摻雜劑物質的摻雜劑離子的第二離子植入；以及在所述第一植入之后，執行半導體裝置的至少一次退火，其中在所述第一植入和所述第二植入與所述至少一次退火之后，所述鰭結構形成不具有缺陷的單晶區域。附圖說明圖1A、圖1B和圖1C展示根據各種實施例的裝置的離子植入的示范性幾何結構的等距視圖、俯視平面圖和側視圖。圖2A到圖2C描繪根據本專利技術的實施例的植入工藝中所涉及的各操作。圖3A到圖3C描繪根據本專利技術的其它實施例的另一植入工藝中所涉及的各操作。圖4A到圖4D描繪根據本專利技術的額外實施例的又一植入工藝中所涉及的各操作。圖5A到圖5D描繪根據本專利技術的其它實施例的再一植入工藝中所涉及的各操作。具體實施方式現將在下文中參考附圖更全面地描述本專利技術的實施例，附圖中展示了一些實施例。然而，本專利技術的標的物可按許多不同形式體現且不應視為限于本文所闡述的實施例。而是，提供這些實施例以使得本專利技術將為詳盡且完整的，且將向所屬領域的技術人員全面地傳達標的物的范圍。在附圖中，相同參考數字在全文中指相同元件。為了解決前述植入工藝中的一些缺陷，本文中描述提供用于形成具有薄或窄半導體層或結構的裝置(例如，finFET裝置)的經改進的技術的實施例。明確地說，本專利技術的實施例提供促進薄單晶半導體區域的摻雜而不會產生有害缺陷的新穎離子植入操作。在各種實施例中，對薄半導體結構執行多次植入操作，其中至少一次離子植入工藝(本文中稱為“植入”)產生非晶區域。執行一次或多于一次的額外植入，其可在高于環境溫度(25℃)的高溫下進行。多次植入避免如上所述因單次植入工藝所致的問題。出于說明的目的，圖1A到圖1C描繪說明根據各種實施例的finFET裝置的離子植入工藝的幾何結構的不同視圖。finFET裝置100包含基底部分102，其為單晶半導體材料。基底部分102可在平行于所展示的笛卡爾(Cartesian)坐標系統的X-Y平面的襯底平面中延伸。鰭結構104可通過常規方法從基底部分102形成為整體結構，其在垂直于襯底平面(X-Y平面)的方向上(沿著所展示的笛卡爾坐標系統的Z軸)延伸。鰭結構104兩側部分是氧化物層106，其可根據已知技術而形成。氧化物層106凹陷，以使得鰭結構104在氧化物層106上方延伸到高度H以暴露側面114、與側面114相對的側面112和頂部110。鰭部分具有厚度t，其在各種實施例中為50納米或少于50納米。為了適當地對鰭部分104進行摻雜而不產生不想要的晶體缺陷，可執行由離子120說明的多次植入操作。在如下文詳述的不同實施例中，可至少在鰭的側面中的一者(例如，側面112、側面114中的一者)處和鰭結構104的頂部110處引導離子120。可選擇離子120的入射角d的角度以產生所要植入深度和摻雜劑濃度輪廓與損壞輪廓。在一些實施例中，離子120可相對于襯底平面的垂線(Z方向)形成0與45度之間的角度。所述實施例在此上下文中不受限制。根據如參考附圖詳述的各種實施例，執行多次植入中的至少一次以將鰭結構(例如，鰭結構104)的至少一區域非晶化。此外，除產生非晶區域的植入之外，至少執行額外植入。在各種實施例中，可在高植入溫度下執行額外植入，以使得結合非晶化植入，且在植入后退火之后，產生了單晶的、無可見缺陷的且含有所要濃度的活性摻雜劑的鰭結構。如本文中所使用，術語“無可見缺陷”可指針對3納米或大于3納米的缺陷，缺陷含量小于1E7/平方厘米，兩者都表示可在當今的透射電子顯微鏡中觀察到的極限。圖2A到圖2C描繪根據本專利技術的實施例的植入工藝中所涉及的各操作。在圖2A中，展示襯底200，其包含在平行于X-Y平面的平面中延伸的半導體基底202，其中鰭結構204從半導體基底202沿著Z方向垂直地延伸。在本專利技術的各種實施例中，鰭結構204和半導體基底202形成整體單晶半導體材料，例如硅、硅鍺合金、化合物半導體材料或其它半導體。在一個實例中，離子220植入到襯底200中，且明確地說，植入到鰭結構204的暴露部分204A中。離子220可由用于將離子引導到襯底的任何便利設備產生。適用于產生離子220的系統包含常規束線植入器，其操作是已知的，用于產生可在抵達襯底200時經過準直的離子束。在一些狀況下，可例如通過對襯底本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種處理半導體裝置的方法，包括：對薄晶體半導體結構執行包括第一離子的第一離子植入，所述第一離子植入將所述薄晶體半導體結構的第一區域非晶化；對至少所述薄晶體半導體結構的所述第一區域執行包括摻雜劑物質的摻雜劑離子的第二離子植入；以及在所述第一植入之后，執行所述半導體裝置的至少一次退火，其中在所述第一植入和所述第二植入與所述至少一次退火之后，所述薄晶體半導體結構形成不具有缺陷的單晶區域。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.01.24 US 14/163,7391.一種處理半導體裝置的方法，包括：對薄晶體半導體結構執行包括第一離子的第一離子植入，所述第一離子植入將所述薄晶體半導體結構的第一區域非晶化；對至少所述薄晶體半導體結構的所述第一區域執行包括摻雜劑物質的摻雜劑離子的第二離子植入；以及在所述第一植入之后，執行所述半導體裝置的至少一次退火，其中在所述第一植入和所述第二植入與所述至少一次退火之后，所述薄晶體半導體結構形成不具有缺陷的單晶區域。2.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述第一離子包括不充當所述半導體裝置的摻雜劑的非摻雜劑離子。3.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述第二植入的植入溫度為400℃或高于400℃。4.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述第一離子為Ge或Xe，或兩者，且其中所述摻雜劑離子包括砷物質。5.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述第一離子包括小于5千電子伏特的離子能量。6.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述薄晶體半導體結構包括鰭結構，所述鰭結構從所述半導體裝置的襯底平面垂直地延伸，在平行于所述襯底平面的方向上具有小于50納米的鰭厚度。7.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述薄晶體半導體結構包括具有小于50納米的層厚度的絕緣體上半導體層。8.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述第二植入包括5E14/平方厘米到2E15/平方厘米的離子劑量的As離子。9.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述退火的退火溫度高于800℃。10.根據權利要求1所述的處理半導體裝置的方法，其中所述第一離子包括所述摻雜劑離...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德魯·M·懷特，克理帕南·維偉克·理奧，
申請(專利權)人：瓦里安半導體設備公司，
類型：發明
國別省市：美國;US