晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸縮小，晶體管的性能也受到 影響。為了進(jìn)一步提高晶體管的性能，應(yīng)力工程被引入晶體管的制程中。對晶體管的溝道 區(qū)域施加壓應(yīng)力可W提高溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率，而對晶體管的溝道區(qū)域施加張應(yīng)力， 則可W提高溝道區(qū)域內(nèi)的電子遷移率。
[0003] 由于電子在單晶娃中的遷移率大于空穴的遷移率，所W，現(xiàn)有技術(shù)通常通過應(yīng)力 工程提高PMOS晶體管的空穴遷移率，W使得PMOS晶體管的載流子遷移率與NMOS晶體管的 載流子遷移率匹配。一般通過采用應(yīng)力材料形成PMOS晶體管的源極和漏極，W對PMOS晶 體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力，從而提高所述PMOS晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率。具體 包括：在PMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，然后再在所述凹槽內(nèi)填充 應(yīng)力材料作為PMOS晶體管的源極和漏極。所述應(yīng)力材料的晶格常數(shù)大于半導(dǎo)體襯底溝道 區(qū)域的晶格常數(shù)，從而會對PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力。所述PMOS晶體管采用的 應(yīng)力材料一般為SiGe?，F(xiàn)有技術(shù)也可W采用SiC作為NMOS晶體管的源極和漏極，進(jìn)一步提 高NMOS晶體管的載流子遷移率。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)形成的源極和漏極表面具有凹陷，影響晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管及其形成方法，提高形成的晶體管的性能。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在 所述半導(dǎo)體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽；形成 填充滿所述凹槽的應(yīng)力層；形成覆蓋半導(dǎo)體襯底、應(yīng)力層W及柵極結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體材料 層；W所述柵極結(jié)構(gòu)頂部作為停止層，對所述非晶半導(dǎo)體材料層進(jìn)行平坦化，形成表面與柵 極結(jié)構(gòu)頂部齊平的非晶半導(dǎo)體層；采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述非晶半導(dǎo)體層，在所述應(yīng)力 層表面形成蓋帽層。
[0007] 可選的，所述非晶半導(dǎo)體材料層的材料為非晶娃。
[0008] 可選的，形成所述非晶半導(dǎo)體材料層的方法包括：采用氣體SiH4、&和Ar,反應(yīng)溫 度為250°C~450°C，反應(yīng)壓強(qiáng)為50化~70化，其中，SiH4的流量為20sccm~200sccm，Hz 和Ar的流量均為IOsccm~lOOsccm。
[0009] 可選的，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對所述非晶半導(dǎo)體材料層進(jìn)行平坦化。
[0010] 可選的，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為四甲基氨氧化錠溶液，質(zhì)量濃度為 1. 5%~2. 4%，刻蝕溫度為25°C~70°C，刻蝕時(shí)間為30s~30min。
[0011] 可選的，通過調(diào)整所述濕法刻蝕的時(shí)間，控制所述蓋帽層的厚度。
[0012] 可選的，所述蓋帽層的厚度為]00 A~200 A。
[0013] 可選的，所述應(yīng)力層的材料為SiGe或SiC。
[0014] 可選的，所述應(yīng)力層包括位于凹槽內(nèi)壁表面的種子層和位于種子層表面填充滿所 述凹槽的體層。
[0015] 可選的，所述種子層的材料為SiGe,其中Ge的摩爾濃度為10%~25% ;所述體層 的材料為SiGe,其中Ge的摩爾濃度為25%~40%。
[0016] 可選的，所述種子層的材料為SiC,其中，C摩爾濃度為1 %~3%;所述體層的材料 為SiC,其中C含量為3%~10%。
[0017] 可選的，所述體層內(nèi)具有P型或N型滲雜離子，所述體層內(nèi)的P型或N型滲雜離子 的濃度為 lE19atom/cm3~lE20atom/cm3。
[0018] 可選的，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)還形成有若干淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)W及凹 槽位于相鄰的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面高于半導(dǎo)體襯底表面，所 述淺溝槽隔離表面與半導(dǎo)體襯底表面之間的高度差大于或等于蓋帽層的厚度。
[0019] 可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：位于部分半導(dǎo)體襯底表面的柵介質(zhì)層，位于柵介質(zhì)層 表面的柵極。
[0020] 可選的，所述柵極結(jié)構(gòu)還包括位于柵極表面的掩膜層。
[0021] 可選的，在形成所述凹槽之前，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁表面形成側(cè)墻。
[0022] 可選的，所述側(cè)墻包括第一側(cè)墻和位于第一側(cè)墻表面的第二側(cè)墻。
[0023] 可選的，在形成所述第一側(cè)墻之后，在所述柵極結(jié)構(gòu)和第一側(cè)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底 內(nèi)進(jìn)行輕滲雜離子注入，然后在所述第一側(cè)墻表面形成第二側(cè)墻。
[0024] 可選的，所述凹槽具有X形的側(cè)壁。
[00巧]本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種采用上述方法形成的晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底； 位于所述半導(dǎo)體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹槽；填 充滿所述凹槽的應(yīng)力層；位于所述應(yīng)力層表面的蓋帽層，所述蓋帽層的材料為非晶半導(dǎo)體 材料。
[00%]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之后，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半 導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，在凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，然后形成覆蓋所述應(yīng)力層?xùn)艠O結(jié)構(gòu)的非晶半 導(dǎo)體材料層；對所述非晶半導(dǎo)體材料層進(jìn)行平坦化形成表面與柵極結(jié)構(gòu)頂部表面齊平的非 晶半導(dǎo)體層；然后對所述非晶半導(dǎo)體層進(jìn)行濕法刻蝕，形成位于應(yīng)力層表面的蓋帽層。由 于所述非晶半導(dǎo)體材料層不存在晶格結(jié)構(gòu)，所W不會在非晶半導(dǎo)體材料層和應(yīng)力層的界面 上出現(xiàn)晶格不匹配等問題，所W不會對應(yīng)力層施加晶格應(yīng)力，影響應(yīng)力層對溝道區(qū)域施加 的應(yīng)力，并且，可W使最終形成的蓋帽層的表面平坦。由于所述非晶半導(dǎo)體層不具有晶格結(jié) 構(gòu)，所W，所述濕法刻蝕工藝在各個方向上具有均勻的刻蝕速率，并且，由于位于柵極結(jié)構(gòu) 兩側(cè)的非晶半導(dǎo)體層的表面齊平，所W，最終刻蝕非晶半導(dǎo)體層剩余的位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè) 的蓋帽層的厚度一致，且表面平坦。后續(xù)在所述蓋帽層表面形成金屬層，使所述金屬層與蓋 帽層反應(yīng)形成金屬娃化物層，作為晶體管的源極、漏極表面的接觸層，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所 述蓋帽層的表面平坦，從而可W降低形成的接觸層的接觸電阻，提高形成的晶體管的性能。
[0028] 進(jìn)一步的，形成所述非晶半導(dǎo)體材料層的反應(yīng)溫度為250°C~450°C，沉積溫度較 低，不會使下方的應(yīng)力層的應(yīng)力被釋放，可W保持應(yīng)力層對溝道區(qū)域施加較大的應(yīng)力作用。
【附圖說明】
[0029] 圖1至圖9是本發(fā)明的實(shí)施例的晶體管的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的源極和漏極表面會具有凹陷，使得源極和漏 極的表面接觸電阻較高，影響晶體管性能。
[0031] 研究發(fā)現(xiàn)，目前采用應(yīng)力工程形成晶體管的源極和漏極的過程中，所述源極和漏 極的應(yīng)力材料的形成過程一般包括種子層、位于種子層表面的體層和位于體層表面的蓋帽 層。所述蓋帽層的材料一般為外延娃或具有滲雜離子的外延娃層，但是在形成所述蓋帽層 的過程中，所述蓋帽層內(nèi)往往會出現(xiàn)凹陷。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，所述蓋帽層內(nèi)出現(xiàn)凹陷主要是 由于，蓋帽層與應(yīng)力層之間存在晶格不匹配的問題，在蓋帽層的形成過程中，導(dǎo)致蓋帽層的 沉積質(zhì)量較差，使得最終形成的蓋帽層表面會出現(xiàn)凹陷。
[0032] 本發(fā)明的實(shí)施例中，在應(yīng)力層形成非晶半導(dǎo)體材料作為蓋帽層，避免蓋帽層與應(yīng) 力層之間的晶格不匹配問題，從而提高形成的蓋帽層的表面平整度，進(jìn)而提高形成的晶體 管的性能。
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