场效应晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及场效应晶体管领域，具体而言，涉及一种场效应晶体管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]场效应晶体管(MOSFET)具有易于高集成化的特征，因而作为构成集成电路的电路元件被广泛应用。
[0003]随着场效应晶体管特征尺寸的不断缩小，载流子迁移率已经成为影响场效应晶体管的性能的重要因素。现有技术中一种提高场效应晶体管的载流子迁移率的方法是通过向场效应晶体管的沟道区域有选择地施加应力，这种应力使得半导体晶体的晶格发生畸变，例如，向NMOS晶体管的沟道区域施加压应力，半导体晶体的晶格发生压缩，进而影响能带的排列和半导体电荷的输送性能，通过控制形成的器件中的应力的大小和分布可以提高载流子的迁移率，改善场效应晶体管的性能。
[0004]现有技术中，为了提高场效应晶体管的载流子迁移率，通常在源/漏区埋置SiGe层造成半导体晶格失配，在场效应晶体管沟道区域中引入应力，提高场效应晶体管的载流子迁移率。在场效应晶体管的制造过程中，需要SiGe层中的Ge是高浓度的，以增大沟道应力，而为了降低源漏区的薄层电阻和接触电阻，通常在SiGe层中掺杂硼。然而在SiGe层中的高浓度硼可能向外扩散至沟道区域，而导致短沟道晶体管中的阈值电压的滚降，出现严重的短沟道效应，这使得场效应晶体管的性能退化。
[0005]申请内容
[0006]本申请旨在提供一种场效应晶体管及其制造方法，以解决现有技术中场效应晶体管沟槽内载流子迁移率低的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种场效应晶体管，该场效应晶体管包括:衬底；第一应变层，第一应变层设置在衬底上，第一应变层包括底层和顶层；第二应变层，第二应变层包括间隔设置的两个子应变层，两个子应变层设置在底层上，两个子应变层之间的间隙处设置有顶层。
[0008]进一步地，第一应变层为SiGe层，第二应变层为SiC层。
[0009]进一步地，各子应变层的宽度是底层的宽度的六分之一至二分之一。
[0010]进一步地，各子应变层的宽度为底层的宽度的三分之一。
[0011]进一步地，顶层上还覆盖有保护层。
[0012]进一步地，保护层为硅层。
[0013]进一步地，保护层上还覆盖有介质层。
[0014]进一步地,保护层的厚度为5nm至10nm。
[0015]进一步地，底层的厚度与各子应变层的厚度相等。
[0016]进一步地，底层的厚度大于各子应变层的厚度。
[0017]根据本申请的另一方面，提供了一种场效应晶体管制造方法，该方法包括:在衬底上形成底层，之后，在底层上形成两个间隔的子应变层，两个子应变层形成第二应变层，之后，在两个子应变层之间的间隔处形成顶层，底层和顶层形成第一应变层。
[0018]进一步地，在衬底上形成底层的步骤中包括:在衬底上刻蚀第一凹槽；在刻蚀出的第一凹槽内形成底层。
[0019]进一步地，在刻蚀出的第一凹槽内形成底层的步骤中，通过化学气相沉积或原子沉积形成底层。
[0020]进一步地，在底层上形成两个间隔的子应变层，两个子应变层形成第二应变层的步骤中包括:在底层上形成覆盖层；对覆盖层进行刻蚀，将位于底层中部的覆盖层刻蚀掉，形成第二凹槽，未刻蚀的覆盖层形成两个子应变层。
[0021]进一步地，在底层上形成覆盖层的步骤和对覆盖层进行刻蚀之间还包括以下步骤:在覆盖层上形成掩膜，掩膜覆盖在覆盖层的第二凹槽以外的区域。
[0022]进一步地，在对覆盖层进行刻蚀，将位于底层中部的覆盖层刻蚀掉，形成第二凹槽，未刻蚀的覆盖层形成两个子应变层的步骤之后还包括:在刻蚀出的第二凹槽内形成顶层。
[0023]进一步地，在刻蚀出的第二凹槽内形成顶层的步骤中，采用Si外延生长形成顶层。
[0024]进一步地，对覆盖层进行刻蚀，将位于底层中部的覆盖层刻蚀掉，形成第二凹槽的步骤中，覆盖层的刻蚀深度为30nm至80nm，第二凹槽的深度为30nm至80nm。
[0025]进一步地，在刻蚀出的第二凹槽内形成顶层的步骤之后还包括:在顶层上形成硅层；在硅层上形成介质层；在第二应变层和介质层上形成栅极。
[0026]应用本申请的技术方案，场效应晶体管包括衬底、第一应变层和第二应变层。第一应变层设置在衬底上，第一应变层包括底层和顶层；第二应变层包括间隔设置的两个子应变层，两个子应变层设置在底层上，两个子应变层之间的间隙处设置有顶层。衬底可以是硅也可以是其它半导体材料。这样可以对沟道的底部施加应力，同时也可以对沟道的两侧施加应力，使沟道内的载流子迁移率提高，同时压制场效应晶体管的短沟道效应，保证场效应晶体管的性能。
【附图说明】
[0027]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0028]图1示意性示出了本申请的一种优选的场效应晶体管制造方法的流程图；
[0029]图2示意性示出了本申请的一种在衬底上形成底层和覆盖层的剖面图；
[0030]图3示意性示出了在图2中的覆盖层上刻蚀处第二凹槽的剖面图；
[0031]图4示意性示出了在图3中的第二凹槽内形成顶层和硅层的剖面图；
[0032]图5示意性示出了在图4中的第二应变层和介质层上形成栅极的剖面图；以及
[0033]图6示意性示出了本申请的另一种优选的场效应晶体管的剖面图。
[0034]附图标记说明:10、衬底；20、第一应变层；21、底层；22、顶层；31、子应变层；50、介质层；60、栅极；70、第二凹槽；80、保护层。
【具体实施方式】
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
[0036]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0037]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0038]下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0039]正如【背景技术】中所介绍的，现有技术中的场效应晶体管(MOSFET)在源/漏区埋置SiGe层造成场效应晶体管的晶格失配，由于SiGe层中的Ge的浓度过高，在场效应晶体管沟道区域中引入应力时，造成了源漏区的薄层电阻和接触电阻升高，掺杂在SiGe层的硼的浓度过高，致使高浓度的硼向外扩散至沟道区域，而导致短沟道场效应晶体管总的阈值电压的滚降，出现严重的短沟道效应(SCE)，造成场效应晶体管的性能退化，而且会使得场效应晶体管的沟道载流子迁移率降低。
[0040]为了解决现有技术中的场效应晶体管存在的上述缺陷，本申请提供了一种场效应晶体管。下面结合附图介绍本申请的场效应晶体管的一种优选的实施方式。
[0041]参见图2至4所示，本申请的场效应晶体管包括衬底10、第一应变层20和第二应变层。第一应变层20设置在衬底10上，第一应变层20包括底层21和顶层22 ;第二应变层包括间隔设置的两个子应变层31，两个子应变层31设置在底层21上，两个子应变层31之间的间隙处设置有顶层22。衬底10可以是硅也可以是其它半导体材料。这样可以对沟道的底部施加应力，同时也可以对沟道的两侧施加应力，使沟道内的载流子迁移率提高，同时压制场效应晶体管的短沟道效应，保证场效应晶体管的性能。
[0042]在本实施方式中，第一应变层20为SiGe层，第二应变层为SiC层。SiC层的应力小于SiGe层的应力，这样可以对沟道的底部施加压应力，对沟道的两侧施加拉应力，这样保证沟道的应力分布合理，有效地压制短沟道效应，保证了场效应晶体管的性能，且沟道受第一应变层20和第二应变层施加的应力，提高了载流子迁移率，在SiGe层上形成SiC层的工艺较为简单，SiC层晶格结构较为稳定，保证了场效应晶体管的稳定性。
[0043]在其它实施方式中，第一应变层20为SiC层，第二应变层为SiGe层。这样能够为沟道的底部施加拉应力，对沟道的两侧施加压应力，使沟道受应力作用提高载流子迁移率。同时能够优化沟道所受的应力结构，有效压制短沟道效应。
[0044]优选地，为了保证场效应晶体管的沟道的应力适中，一方面避免应力过小导致载流子迁移率过低，另一方面避免短沟道效应，各子应变层31的宽度是底层21的宽度的六分之一至二分之一。
[0045]更优选地，各子应变层31的宽度为底层21的宽度的三分之