一种pmos器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及伴半导体工艺领域，特别是涉及一种PMOS器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是集成电路最重要的基本有源器件，以NMOS与PMOS互补形成的CMOS是深亚微米超大集成电路的组成单元。其中，Si CMOS集成电路因具有低功耗、高集成度、低噪声和高可靠性等优点，在半导体集成电路产业中占据着支配地位。然而随着集成电路规模的进一步增大、器件特征尺寸的减小、集成度和复杂性的增加，尤其是器件特征尺寸进入纳米尺度以后，Si CMOS器件的材料、物理特征的局限性逐步显现了出来，限制了 Si集成电路及其制造工艺的进一步发展。
[0003]目前，影响CMOS器件性能的主要因素在于载流子的迁移率，载流子的迁移率会影响沟道中电流的大小。CMOS器件中载流子迁移率的下降不仅会降低晶体管的切换速度，而且还会使开和关时的电阻差异缩小。因此，有效提高载流子迁移率是CMOS器件结构设计的重点之一。
[0004]由于电子和空穴对相同类型的应变具有不同的响应。例如，在电流流动的方向上施加压应力对空穴迁移率有利，但是对电子迁移率有害；而施加张应力对电子迁移率有利，但是对空穴迁移率有害。因此，为了提高CMOS器件中载流子的迁移率，一般是将PMOS和NMOS分开处理。具体而言，对于NMOS器件，在沿沟道方向引入张应力来提高其沟道中电子的迁移率；对于PMOS器件，在沿沟道方向引入压应力来提高其沟道中空穴的迁移率。
[0005]嵌入式硅锗技术是针对提高PMOS器件中空穴的迁移率而提出的，通常是通过选择性外延技术在源漏区生长锗硅，实现沟道区引入应变。PMOS器件中的源漏区一般引入B(硼)作为杂质原子，但是由于B的半径较Si和Ge小，因此，在离子注入B之后，小半径的B原子会聚集在Si与SiGe的界面处，使界面处B的掺杂浓度过高，影响PMOS器件的性能，如图1所示，横坐标为距离半导体衬底表面的深度，纵坐标为B的掺杂浓度，由图1可看到曲线上有明显的浓度峰值(虚线所示)，这就代表B在Si与SiGe的界面处确实有聚集；另一方面，由于Si与SiGe界面处Ge原子含量的剧烈变化，该界面处会因为晶格适配等原因产生位错、缺陷，使沟道内压应力减小，限制空穴迁移率的有效提闻。
[0006]因此，提供一种能有效提高空穴迁移率的PMOS器件及其制备方法是本领域技术人员需要解决的课题。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种PMOS器件及其制备方法，用于解决现有技术中Si和SiGe的界面处硼原子聚集且界面处易产生缺陷等导致器件性能下降的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种PMOS器件的制备方法，所述PMOS器件的制备方法至少包括步骤:
[0009]I)提供一半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底形成沟槽；
[0010]2)在所述沟槽内壁上依次外延生长第一种子层和SiGe种子层，所述SiGe种子层中掺杂有硼；
[0011]3)将步骤2)获得的结构进行退火处理，使SiGe种子层的硼扩散进入第一种子层，在第一种子层和SiGe种子层中形成均匀的硼掺杂；
[0012]4)在所述SiGe种子层内壁外延生长SiGe填充层,直至所述SiGe填充层填充满所述沟槽，形成PMOS器件的源区或漏区，所述SiGe填充层中掺杂有硼。
[0013]优选地，所述第一种子层为Si或SiGe，所述第一种子层为SiGe时，Ge的原子百分比含量为10%?30%。
[0014]优选地，所述SiGe种子层中Ge的原子百分比含量为10%?30%，所述SiGe种子层中硼的惨杂浓度范围为1E18?5E20atoms/cm3。
[0015]优选地，所述第一种子层的厚度范围为10?100埃，所述SiGe种子层的厚度范围为20?200埃。
[0016]优选地，进行退火处理时以H2作为载气，退火处理的温度范围为600?900度，退火处理的时间范围为10?500秒。
[0017]优选地，所述SiGe填充层中Ge的原子百分比含量为30%?50%，SiGe填充层中硼的惨杂浓度范围为1E19?5E20atoms/cm3。
[0018]优选地，所述制备方法还包括在所述SiGe填充层上表面沟槽外形成帽层的步骤，所述帽层由Si或SiGe构成。
[0019]本发明还提供一种PMOS器件，所述PMOS器件至少包括:
[0020]半导体衬底，在所述半导体衬底中刻蚀形成有沟槽；
[0021]含有均匀硼掺杂的第一种子层，外延于所述沟槽的内壁；
[0022]含有均匀硼掺杂的SiGe种子层，外延于所述第一种子层内壁；
[0023]SiGe填充层，外延于所述SiGe种子层内壁并填充满所述沟槽，所述SiGe填充层中掺杂有硼。
[0024]优选地，所述第一种子层的厚度范围为10?100埃，所述SiGe种子层的厚度范围为20?200埃。
[0025]优选地，所述沟槽呈“ Σ ”形状。
[0026]优选地，所述PMOS器件还包括形成于所述SiGe填充层上表面、所述沟槽外的帽层，所述帽层由Si或SiGe构成。
[0027]如上所述，本发明的PMOS器件及其制备方法，具有以下有益效果:本发明在形成SiGe填充层之前制作第一种子层和SiGe种子层，这两层种子层中的Ge原子含量均小于SiGe填充层中Ge原子含量，可以减少Si与SiGe界面处产生的位错及缺陷；另外，本发明通过先制备未掺杂硼的第一种子层，再在第一种子层上制备掺杂硼的SiGe种子层，之后通过退火工艺将SiGe种子层中掺杂的硼扩散进入第一种子层中，使硼在SiGe种子层和第一种子层中分布均匀，避免了硼掺杂在Si与SiGe界面处聚集，降低源漏区的电阻，有利于提高空穴迁移率。
【附图说明】
[0028]图1为现有技术的PMOS器件中硼掺杂浓度的变化曲线图。
[0029]图2为本发明的PMOS器件的制备方法的流程示意图。
[0030]图3为本发明的PMOS器件的制备方法步骤I)所呈现的结构示意图。
[0031]图4?图5为本发明的PMOS器件的制备方法步骤2)所呈现的结构示意图。
[0032]图6为本发明的PMOS器件的制备方法步骤4)所呈现的结构示意图。
[0033]图7为本发明的PMOS器件的制备方法步骤4)后在SiGe填充层上形成帽层的结构示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]I半导体衬底
[0036]2沟槽
[0037]3第一种子层
[0038]4SiGe 种子层
[0039]5SiGe 填充层
[0040]6帽层
【具体实施方式】
[0041]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0042]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0043]实施例一
[0044]如图2所示，本发明提供一种PMOS器件的制备方法，所述PMOS器件的制备方法至少包括以下步骤:
[0045]首先执行步骤SI，如图3所示，提供一半导体衬底1，刻蚀所述半导体衬底形成沟槽2。
[0046]所述半导体I衬底可为任意公知的半导体衬底，包括但不限于Si衬底或SOI衬底。本实施例中所述半导体衬底I以Si衬底为例进行说明。
[0047]所述沟槽2可以采用公知的工艺手段来形成，例如，采用干法刻蚀、湿法刻蚀等。形成的沟槽2形状包括但不限于sigma形状，即“ Σ ”形状。当然，所述沟槽2也可以根据需要为长方形、倒梯形等形状。本实施例中，所述沟槽2形状为“ Σ ”形状，以增强后续形成在沟槽2中的SiGe填充层的压应力效果。需要说明的是，“ Σ ”形状是由半导体衬底表面、沟槽2—侧的侧壁、以及沟槽2底部的延长线(如图1中的虚线)构成，但为了便于描述，一般用“ Σ ”代表如图1所示沟槽2的整体形状，这也是半导体制造业业内承认的表示方式。所述沟槽2的深度可以根据源区或漏区所需要的深度的来确定。
[0048]形成“ Σ ”形沟槽2的具体步骤为:首先，在半导体衬底I表面形成掩膜层(未予以图示)，图形化所述掩膜层后先对所述半导体衬底I进行干法刻蚀以形成U型沟槽；接着，对U型沟槽的槽壁进行具有晶向选择的湿法刻蚀，形成“Σ”形沟槽。需要说明的是，除了在半导体衬底2表面形成掩膜层作为掩膜外，也可以以形成在半导体衬底I上的栅极及栅极侧墙作为掩膜来对半导体衬底I进行干法刻蚀以形成U型沟槽。
[0049]然后执行步骤S2，如图4和图5所示，在所述沟槽2内壁上依次外延生长第一种子层(Seed layer) 3和SiGe种子层4,所述SiGe种子层4中掺杂有硼。
[0050]所述第一种子层3可以是Si或者SiGe。
[0051]优选地，生长形成的第一种子层3的厚度范围为10?100埃。本实施例中，所述第一种子层3的厚度选择为20埃。
[0052]所述外延生长第一种子层3可以采用低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、快速热化学气相沉积、或者分子束外延技术等。生长的温度可以在600°C?800°C范围内。
[0053]作为一个示例，若第一种子层3为Si，形成第一种子层3所使用的工艺气体可以包含SiH2Cl2或者SiH4 ；HC1以及H2。其中，H2的气体流速可以为0.1slm至50slm (每分钟标准升),其他气体的流速可以为Isccm至100sccm (每分钟标准毫升)。当然,也可以选择其他适合的工艺气体来作为生长Si第一种子层的源气体。
[0054]作为又一个示例，若第一种子层3为SiGe，形成第一种子层3所使用的工艺气体可以包含SiH2Cl2或者SiH4 ;GeH4 ;HC1以及H2。其中，H2的气体流速可以为0.1slm至50slm(每分钟标准升)，其他气体的流速可以为Isccm至lOOOsccm (每分钟标准毫升)。形成的第一种子层3中Ge的原子百分比含量为10%?30%。作为不例，Ge的原子百分比含量为10%。当然，也可以选择其他适合的工艺气体来作为生长SiGe第一种子层的源气体。
[0055]外延生长SiGe种子层4可以采用与外延生长第一种子层3的工艺相同，例如，可以采用低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、快速热化学气相沉积、或者分子束外延技术等。生长SiGe种子层4的温度同样可以在600°C?800°C范围内。
[0056]优选地，生长形成的SiGe种子层4的厚度范围为20?200埃。本实施例中，所述SiGe种子层4的厚