Nmos晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，特別涉及一種NMD0S晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸越來越小，相應(yīng)的核心器件所占用面積也相應(yīng)減小，導(dǎo)致單位面積的能量密度大幅增高，漏電問題更加凸顯，功耗也隨之增大。因此在45納米以下的工藝中，傳統(tǒng)的以二氧化硅為材料的柵極介質(zhì)層的工藝已遇到瓶頸，無法滿足半導(dǎo)體器件的工藝要求；為解決上述瓶頸，目前采用高介電常數(shù)(高k:k值大于等于3.5)介質(zhì)材料作為柵介質(zhì)層，然后，形成以金屬為材料的柵極以減小漏電，使功耗得到很好的控制。
[0003]由于應(yīng)力可以改變硅材料的能隙和載流子遷移率，因此通過應(yīng)力來提高半導(dǎo)體器件的性能成為越來越常用的手段。具體地，通過適當(dāng)控制應(yīng)力，可以提高載流子(NM0S器件中的電子，PM0S器件中的空穴)遷移率，進(jìn)而提高驅(qū)動(dòng)電流，以此極大地提高半導(dǎo)體器件的性能。
[0004]圖1?圖4為具有嵌入式應(yīng)力源漏區(qū)的NM0S晶體管的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成偽柵結(jié)構(gòu)，所述偽柵結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底上的氧化硅層101、和位于氧化硅層101表面上的偽柵102。
[0006]所述偽柵結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面上還形成有側(cè)墻103，以所述偽柵和側(cè)墻103為掩膜刻蝕偽柵102和側(cè)墻103兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成凹槽；在所述凹槽中填充碳化硅層，形成碳硅源/漏區(qū)108，所述碳/硅源漏區(qū)108向后續(xù)形成的晶體管的溝道區(qū)提供拉伸應(yīng)力，提高溝槽區(qū)的載流子(電子)的遷移率；形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底100和側(cè)墻103側(cè)壁表面的介質(zhì)層104，所述介質(zhì)層104的表面與偽柵102的表面齊平。
[0007]參考圖2，去除所述偽柵結(jié)構(gòu)，形成第二凹槽105，所述第二凹槽105暴露出半導(dǎo)體襯底100的表面。
[0008]參考圖3，在所述第二凹槽105 (參考圖2)的側(cè)壁和底部表面以及介質(zhì)層104表面形成高K柵介質(zhì)材料層；在所述高K柵介質(zhì)材料層上形成金屬層，所述金屬層填充滿第二凹槽；采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除介質(zhì)層104表面上的高K柵介質(zhì)材料層和金屬層，在第二凹槽側(cè)壁和底部表面上形成高K柵介質(zhì)層，，所述金屬柵極包括位于第二凹槽側(cè)壁和底部的高K柵介質(zhì)層106、在高K柵介質(zhì)層106上形成金屬柵電極107，金屬柵電極107填充滿第二凹槽，所述金屬柵電極107和高K柵介質(zhì)層106構(gòu)成金屬柵極結(jié)構(gòu)。
[0009]但是現(xiàn)有技術(shù)形成的NM0S晶體管的性能仍有待提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明解決的問題是怎樣提高形成NM0S晶體管的性能。
[0011]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種NM0S晶體管的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵，所述偽柵的側(cè)壁上形成有側(cè)墻，所述偽柵和側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成碳硅源漏區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的表面與偽柵的表面平齊回刻蝕去除部分厚度的偽柵，暴露出側(cè)墻側(cè)壁的部分表面；刻蝕去除部分高度的側(cè)墻；去除剩余的偽柵，形成“T”字型的凹槽；形成填充滿“T”字型的凹槽的金屬柵極。
[0012]可選的，所述側(cè)墻包括:位于偽柵側(cè)壁的第一側(cè)墻、位于第一側(cè)墻側(cè)壁表面的第二側(cè)墻、位于第二側(cè)墻側(cè)壁表面的第三側(cè)墻，所述第一側(cè)墻與第二側(cè)墻和第三側(cè)墻的材料不相同；回刻蝕部分的偽柵，暴露出第一側(cè)墻的部分側(cè)壁；刻蝕去除部分高度的所述第一側(cè)工回ο
[0013]可選的，在形成偽柵之前，在所述半導(dǎo)體襯底上形成高Κ柵介質(zhì)層，在所述高Κ柵介質(zhì)層上形成功能金屬層。
[0014]可選的，所述偽柵和碳硅源漏區(qū)的形成過程為:在半導(dǎo)體襯底上形成高Κ柵介質(zhì)材料層；在高Κ柵介質(zhì)材料層上形成功能金屬材料層；在功能金屬材料層上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成圖形化的硬掩膜層；以所述圖形化的硬掩膜層為掩膜，依次刻蝕所述多晶硅層、功能金屬材料層和高Κ柵介質(zhì)材料層，在半導(dǎo)體襯底上形成高κ柵介質(zhì)層、位于高Κ柵介質(zhì)層上的功能金屬層、和位于功能金屬層上的偽柵；在所述偽柵的側(cè)壁表面上形成第一側(cè)墻；以所述偽柵和第一側(cè)墻為掩膜，進(jìn)行淺摻雜離子注入，在偽柵和第一側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺摻雜區(qū)；在所述第一側(cè)墻側(cè)壁表面上形成第二側(cè)墻，在第二側(cè)墻側(cè)壁表面上形成第三側(cè)墻；以所述第三側(cè)墻和偽柵為掩膜，刻蝕所述偽柵和第三側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二凹槽；形成填充滿第二凹槽的碳硅源漏區(qū)。
[0015]可選的，介質(zhì)層的形成過程為:形成覆蓋所述偽柵、第一側(cè)墻、第二側(cè)墻、第三側(cè)墻、碳硅源漏區(qū)和半導(dǎo)體襯底表面的介質(zhì)材料層；采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除部分介質(zhì)材料層和圖形化的硬掩膜層，暴露出偽柵的頂部表面，形成介質(zhì)層。
[0016]可選的，所述第一側(cè)墻的材料為低介電常數(shù)的氮化物，所述第三側(cè)墻材料為高介質(zhì)常數(shù)的氮化物。
[0017]可選的，低介電常數(shù)的氮化物的材料為摻碳的氮化硅，所述高介質(zhì)常數(shù)的氮化物為氮化硅，所述第二側(cè)墻的材料為氧化硅。
[0018]可選的，采用等離子刻蝕工藝去除部分高度的第一側(cè)墻。
[0019]可選的，所述等離子刻蝕采用刻蝕氣體為Ν2, Ν2的流量為50sccm-1000sccm,腔室溫度為0-100°C，源功率為100W-1000W，偏置功率為0-300W。
[0020]可選的，所述等離子刻蝕采用的刻蝕氣體為ch2f2、chf3、h2、n2, ch2f2的流量為5-100sccm, CHF3 的流量為 5-100sccm, H2 的流量為 10-500sccm, N2 的流量為 50-1000sccm，腔室溫度為0-100°C，源功率為lOOw-lOOOW，偏置功率為0-300W。
[0021]可選的，所述等離子刻蝕采用的刻蝕氣體為C4Fs、C4F6、Ar、02，C4F8的流量為5-100sccm,C4F6 的流量為 5_100sccm，Ar 的流量為 50_500sccm，02 的流量為 5-100scc，腔室溫度為0-100°C，源功率為100w-1000W，偏置功率為0-300W。
[0022]可選的，所述等離子刻蝕為循環(huán)等離子刻蝕，包括交替進(jìn)行的沉積步驟和刻蝕步驟，所述沉積步驟材料的氣體為C4FS，刻蝕步驟采用的氣體為Ar，C4F8的流量為5-100sccm，Ar的流量為50-500sccm，源功率為100w-1000W，偏置功率為0-300W。
[0023]可選的，所述功能金屬層的材料為TiN、TaN、TiAl、TaC、TaSiN、TiAIN。
[0024]可選的，去除剩余的偽柵，形成“T”字型的凹槽，所述“T”字型的凹槽暴露出功能金屬層的表面，去除剩余的偽柵采用等離子刻蝕工藝，所述等離子刻蝕工藝采用的刻蝕氣體為HBr和02。
[0025]可選的，對(duì)凹槽底部的功能金屬層進(jìn)行等離子清洗。
[0026]可選的，所述等離子清洗采用的氣體為N2，N2的流量為50-1000SCCm，腔室溫度為0-100°C，源功率為100-1000W，偏置功率為0-300W。
[0027]可選的，所述等離子清洗包括交替進(jìn)行的沉積步驟和刻蝕步驟，所述沉積步驟材料的氣體為C4Fs，刻蝕步驟采用的氣體為Ar，C4F8的流量為5-200SCCm，Ar的流量為50-1000sccm，源功率為 100-1000W，偏置功率為 0-300W。
[0028]可選的，所述第一側(cè)墻的材料為高介電常數(shù)的氮化物，所述第三側(cè)墻材料為低介質(zhì)常數(shù)的氮化物，刻蝕去除部分高度的第一側(cè)墻采用濕法刻蝕，濕法刻蝕采用的刻蝕溶液為濃磷酸。
[0029]本發(fā)明還提供了一種NM0S晶體管，包括:半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有碳硅源/漏區(qū)；覆蓋所述半導(dǎo)體襯底的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層中具有暴露出碳硅源/漏區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底的凹槽；位于凹槽兩側(cè)側(cè)壁表面的側(cè)墻，所述側(cè)墻的頂部表面低于介質(zhì)層的表面；填充滿凹槽的“T”字型金屬柵極，所述金屬柵極覆蓋所述側(cè)墻的頂部和側(cè)壁表面，且金屬柵極的頂部表面與介質(zhì)層的表面齊平。
[0030]可選的，所述側(cè)墻包括:位于凹槽側(cè)壁表面的第三側(cè)墻、位于第三側(cè)墻側(cè)壁表面的第二側(cè)墻、位于第二側(cè)墻側(cè)壁表面的第一側(cè)墻，所述第一側(cè)墻與第二側(cè)墻和第三側(cè)墻的材料不相同，且第一側(cè)墻的頂部表面低于介質(zhì)層的表面，第二側(cè)墻和第三側(cè)墻的頂部表面與介質(zhì)層表面齊平，“T”字型金屬柵極覆蓋所述第一側(cè)墻的側(cè)壁和頂部表面。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0032]本發(fā)明NM0S晶體管的形成方法，在形成介質(zhì)層后，去除部分高度的側(cè)墻，使得側(cè)墻的頂部表面低于介質(zhì)層的表面，在去除偽柵后，從而可以形成“T”字型的凹槽，“T”字型的凹槽的開口的寬度會(huì)大于底部的寬度，相比于現(xiàn)有技術(shù)在去除偽柵后形成的凹槽開口的寬度，本發(fā)明實(shí)施例中形成的凹槽的開口的寬度增寬，因此即使半導(dǎo)體襯底中形成的碳硅源漏區(qū)對(duì)與其(碳硅源漏區(qū))靠近或接觸的側(cè)墻和介質(zhì)層會(huì)產(chǎn)生向外的拉伸應(yīng)力，使得側(cè)墻和介質(zhì)層會(huì)向去除偽柵后形成的凹槽方