晶体管及其形成方法

文档序号:9689439阅读:656来源:国知局
晶体管及其形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域,特别涉及一种晶体管及其形成方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的不断发展,半导体器件的尺寸逐渐缩小,晶体管的性能也受到 影响。为了进一步提高晶体管的性能,应力工程被引入晶体管的制程中。对晶体管的沟道 区域施加压应力可以提高沟道区域内的空穴迁移率,而对晶体管的沟道区域施加张应力, 则可以提高沟道区域内的电子迁移率。
[0003] 由于电子在单晶硅中的迁移率大于空穴的迁移率,所以,现有技术通常通过应力 工程提高PM0S晶体管的空穴迁移率,以使得PM0S晶体管的载流子迁移率与NM0S晶体管的 载流子迁移率匹配。一般通过采用应力材料形成PM0S晶体管的源极和漏极,以对PM0S晶 体管的沟道区域施加压应力,从而提高所述PM0S晶体管的沟道区域内的空穴迁移率。具体 包括:在PM0S晶体管的栅极结构两侧的半导体衬底内形成凹槽,然后再在所述凹槽内填充 应力材料作为PM0S晶体管的源极和漏极。所述应力材料的晶格常数大于半导体衬底沟道 区域的晶格常数,从而会对PM0S晶体管的沟道区域施加压应力。所述PM0S晶体管采用的 应力材料一般为SiGe。现有技术也可以采用SiC作为NM0S晶体管的源极和漏极,进一步提 高NM0S晶体管的载流子迁移率。
[0004] 但是,目前采用上述方法形成的晶体管的源极和漏极表面具有较多缺陷,使得源 极和漏极的接触电阻较高,影响晶体管的性能。

【发明内容】

[0005] 本发明解决的问题是提供一种晶体管及其形成方法,提高晶体管的性能。
[0006] 为解决上述问题,本发明提供一种晶体管的形成方法,包括:提供半导体衬底;在 所述半导体衬底上形成栅极结构;在所述栅极结构两侧的半导体衬底内形成凹槽;在所述 凹槽内壁内且填充满所述凹槽的应力层;在所述应力层表面形成过渡层;在所述过渡层表 面形成盖帽层,所述盖帽层的表面高于半导体衬底的表面,所述盖帽层与过渡层的晶格常 数差异小于盖帽层与应力层的晶格常数差异。
[0007] 可选的,所述盖帽层的生长速率大于过渡层的生长速率。
[0008] 可选的,所述应力层包括位于凹槽内壁表面的种子层和位于所述种子层表面的体 层。
[0009] 可选的,所述种子层的材料为SiGe,所述体层的材料为SiGe,所述盖帽层的材料 为SiGe,且所述种子层、体层和盖帽层内的Ge含量不相同;所述种子层的Ge含量小于体层 的Ge含量,所述盖帽层内的Ge含量小于体层内的Ge含量。
[0010] 可选的,所述种子层内的Ge含量为5%~25%,所述体层内的Ge含量为25%~ 45%,盖帽层内的Ge含量为1 %~15%。
[0011] 可选的,所述种子层的材料为SiC,所述体层的材料为SiC,所述盖帽层的材料为 SiC,且所述种子层、体层和盖帽层内的C含量不相同;所述种子层的C含量小于体层的C含 量,所述盖帽层内的C含量小于体层内的C含量。
[0012] 可选的,所述种子层内的C含量为1 %~3%,所述体层内的C含量为3%~10%, 盖帽层内的C含量为0. 5%~2%。
[0013] 可选的,所述体层内具有P型或N型掺杂离子,所述体层内的P型或N型掺杂离子 浓度为lE19atom/cm3 ~lE19atom/cm3。
[0014] 可选的,所述盖帽层内具有P或N型掺杂离子,所述盖帽层内的P型或N型掺杂离 子浓度为lE19atom/cm3 ~lE19atom/cm3。
[0015] 可选的,所述过渡层的材料为Si,所述过渡层的厚度为丨A~50入。
[0016] 可选的,采用选择性外延工艺形成所述种子层、体层和盖帽层,所述选择性外延工 艺采用的外延气体包括锗源气体、硅源气体、HC1和H2,其中,锗源气体为GeH4,硅源气体包 括SiH4或SiH2Cl2,锗源气体、硅源气体和HC1的气体流量为lsccm~lOOOsccm,H2的流量 为 0·lslm~50slm,温度为 50(TC~80(TC,压强为ITorr~lOOTorr。
[0017] 可选的,形成所述体层和盖帽层的选择性外延工艺的外延气体还包括掺杂气体, 所述掺杂气体包括B2H6,所述掺杂气体的流量为lsccm~lOOOsccm。
[0018] 可选的,所述锗源气体由碳源气体替代,所述碳源气体包括CH4。
[0019] 可选的,形成所述体层和盖帽层的选择性外延工艺的外延气体还包括掺杂气体, 所述掺杂气体包括PH3,所述掺杂气体的流量为lsccm~lOOOsccm。
[0020] 可选的,采用选择性外延工艺形成所述过渡层,所述选择性外延工艺采用的外延 气体包括硅源气体、HC1和H2,其中硅源气体包括SiH4或SiH2Cl2,所述硅源气体和HC1的气 体流量为lsccm~lOOOsccm,H2的流量为0·lslm~50slm,温度为500°C~800°C,压强为 ITorr~100Torr〇
[0021] 可选的,所述凹槽具有垂直于半导体衬底表面的侧壁或Σ侧壁。
[0022] 可选的,所述种子层的厚度为20~30nm,所述盖帽层的厚度为10nm~20nm。
[0023] 为解决上述问题,本发明的技术方案还提供一种采用上述方法形成的晶体管,包 括:半导体衬底;位于所述半导体衬底上的栅极结构;位于所述栅极结构两侧的半导体衬 底内的凹槽;位于所述凹槽内且填充满所述凹槽的应力层;位于所述应力层表面的过渡 层;位于所述过渡层表面的盖帽层,所述盖帽层的表面高于半导体衬底的表面,且所述盖帽 层与过渡层的晶格常数差异小于盖帽层与应力层的晶格常数差异。
[0024] 可选的,所述应力层包括位于凹槽内壁表面的种子层和位于所述种子层表面的体 层。
[0025] 可选的,所述种子层的材料为SiGe,所述体层的材料为SiGe,所述盖帽层的材料 为SiGe,所述种子层内的Ge含量为5%~25%,所述体层内的Ge含量为25%~45%,盖 帽层内的Ge含量为1 %~15%;或者,所述种子层的材料为SiC,所述体层的材料为SiC,所 述盖帽层的材料为SiC,所述种子层内的C含量为1 %~3 %,所述体层内的C含量为3 %~ 10%,盖帽层内的C含量为0. 5%~2%。
[0026] 可选的,所述过渡层的材料为Si,厚度为?A~50Λ;所述种子层的厚度为20~ 30nm,所述盖帽层的厚度为10nm~20nm。
[0027] 与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
[0028] 本发明的技术方案中,在半导体衬底上形成栅极结构之后,在栅极结构两侧的半 导体衬底内形成凹槽,然后在所述凹槽内形成应力层,再在所述应力层表面形成过渡层之 后,在过渡层表面形成盖帽层。所述过渡层的沉积速率小于盖帽层的沉积速率,虽然所述过 渡层与应力层的晶格常数之间具有差异,但是由于沉积速率缓慢,并且由于晶格具有弛豫 特性,所以在所述过渡层与应力层的界面上的晶格常数会发生过渡,使得所述过渡层与应 力层的界面上基本不存在或仅有少量的缺陷存在,且随着所述过渡层的厚度增加,所述缺 陷逐渐消失,使得过渡层的表面没有缺陷,可以提高后续在过渡层表面形成的盖帽层的质 量;且所述过渡层与后续形成的盖帽层之间的晶格常数差异小于盖帽层与应力层之间的晶 格常数差异,所以,所述过渡层可以作为晶格常数过渡层,与直接在应力层表面形成盖帽层 相比,在过渡层表面形成盖帽层,可以降低盖帽层与下层材料层之间的晶格常数差异,从而 进一步提高所述盖帽层的沉积质量,从而提高形成的晶体管的性能。
[0029] 进一步,所述过渡层的厚度为1A~50A。所述过渡层的厚度较小,可以避免对晶 体管的载流子迁移率造成不良的影响,并且,也容易在形成盖帽层的过程中,由于外延工艺 的温度较高,盖帽层和应力层内的掺杂离子会扩散进入所述过渡层内,由于所述过渡层的 厚度较小,所述过渡层能够被完全掺杂,从而减小所述过渡层的电阻。
[0030] 本发明的技术方案提出的晶体管,晶体管的栅极结构两侧的半导体衬底内的应力 层与盖帽层之间具有过渡层,过渡层与盖帽层之间的晶格常数差异小于盖帽层与应力层之 间的晶格常数差异,所以,所述过渡层可以作为晶格常数过渡层,与直接在应力层表面形成 盖帽层相比,在过渡层表面形成盖帽层,可以降低盖帽层与下层材料层之间的晶格常数差 异,从而进一步提高所述盖帽层的沉积质量,从而提高形成的晶体管的性能。
【附图说明】
[0031] 图1至图7是本发明的实施例的晶体管的形成过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032] 如【背景技术】中所述,现有技术形成的晶体管的性能有待进一步的提高。
[0033] 采用应力工程形成晶体管的源极和漏极的过程中,所述源极和漏极的应力材料的 形成过程一般包括种子层、位于种子层表面的体层和位于体层表面的盖帽层。所述应力材 料为SiGe或SiC,且盖帽层内的Ge含量或C含量远小于体层内的Ge含量或C含量,使得盖 帽层与体层的晶格常数相差较大。由于所述SiC或SiGe的外延生长速率较快,由于盖帽层 与体层之件晶格不匹配造成大量应力,使得所述盖帽层内会出现较多的缺陷,影响形成的 晶体管的性能。
[0034] 本发明的实施例中,在形成所述体层之后,在体层表面形成过渡层之后,再在所述 过渡层表面形成盖帽层,所述过渡层的生长速率小于盖帽层的生长速率,使得形成的过渡 层内基本没有缺陷,并且,所述过渡层与盖帽层之间的晶格常数差距较小,从而提高形成的 盖帽层的质量,进而提高晶体管的性能。
[0035] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显盖帽层内易懂,下面结合附图 对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0036] 请参考图1,提供半导体衬底100。
[0037] 所述半导体衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅
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