晶体管的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶体管的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件正朝着更高的元件密度以及更高的集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，晶体管的栅极尺寸变得比以往更短。然而，晶体管的栅极尺寸变短会使晶体管产生短沟道效应，进而产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。目前，现有技术主要通过提高载流子迁移率来提高半导体器件性能。当载流子的迁移率提闻，晶体管的驱动电流提闻，则晶体管中的漏电流减少，而提闻载流子迁移率的一个关键要素是提闻晶体管沟道区中的应力，因此提闻晶体管沟道区的应力可以极大地提闻晶体管的性能。
[0003]现有技术提高晶体管沟道区应力的一种方法为:在晶体管的源区和漏区形成应力层。其中，PMOS晶体管的应力层材料为硅锗(SiGe)，由于硅锗和硅具有相同的晶格结构，即“金刚石”结构，而且在室温下，硅锗的晶格常数大于硅的晶格常数，因此硅和硅锗之间存在晶格失配，使应力层能够向沟道区提供压应力，从而提高PMOS晶体管沟道区的载流子迁移率性能。相应地，NMOS晶体管的应力层材料为碳化硅(SiC)，由于在室温下，碳化硅的晶格常数小于硅的晶格常数，因此硅和碳化硅之间存在晶格失配，能够向沟道区提供拉应力，从而提闻NMOS晶体管的性能。
[0004]然而，对于现有的在源区和漏区形成有应力层的晶体管，所形成的晶体管形貌不良、性能不稳定。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种晶体管的形成方法，所形成的晶体管形貌良好、性能改善。
[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:提供衬底，所述衬底包括基底、位于基底表面的鳍部、以及位于基底表面的隔离层，所述隔离层覆盖部分鳍部的侧壁表面，且所述隔离层的表面低于所述鳍部的顶部表面；形成栅极层、掩膜层和保护层，所述栅极层横跨在所述鳍部上，且所述栅极层位于部分隔离层表面、以及鳍部的侧壁和顶部表面，所述掩膜层位于所述栅极层的顶部表面，所述栅极层包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁平行于所述鳍部的长度方向，所述第二侧壁垂直于所述鳍部的长度方向，所述保护层位于所述第一侧壁靠近顶部的部分表面；在所述保护层表面以及栅极层的侧壁形成侧墙；在所述侧墙和栅极层两侧的鳍部内形成应力层。
[0007]可选的，还包括:所述保护层完全覆盖所述栅极层的第一侧壁表面。
[0008]可选的，所述栅极层和保护层的形成方法包括:在隔离层和鳍部表面形成栅极膜；在所述栅极膜表面形成初始掩膜层，所述鳍部投影于基底表面的图形在所述初始掩膜层投影于基底表面图形的范围内；以所述初始掩膜层为掩膜，刻蚀所述栅极膜直至暴露出隔离层表面为止，形成初始栅极层；对所述初始栅极层的侧壁进行减薄，使所述初始栅极层的侧壁相对于初始掩膜层的侧壁凹陷；在对所述初始栅极层的侧壁进行减薄之后，在所述初始栅极层的侧壁表面形成保护层；在形成所述保护层之后，对所述初始掩膜层和初始栅极层进行刻蚀，直至暴露出部分鳍部的顶部和侧壁表面、以及隔离层表面为止，形成所述栅极层和掩膜层。
[0009]可选的，形成所述保护层的工艺包括:在所述隔离层表面、初始栅极层的侧壁表面以及初始掩膜层表面形成保护膜；回刻蚀所述保护膜直至暴露出所述初始掩膜层的顶部表面以及隔离层表面为止，形成所述保护层。
[0010]可选的，对所述初始栅极层侧壁进行减薄的工艺为各向同性的刻蚀工艺。
[0011]可选的，所述侧墙位于所述保护层表面以及栅极层的第二侧壁表面。
[0012]可选的，所述栅极层和保护层的形成方法包括:在隔离层和鳍部表面形成栅极膜；在所述栅极膜表面形成所述初始掩膜层，所述鳍部投影于基底表面的图形在所述初始掩膜层投影于基底表面图形的范围内；以所述初始掩膜层为掩膜，刻蚀部分栅极膜，在所述栅极膜内形成栅极沟槽；对所述栅极沟槽的侧壁进行减薄，使所述栅极沟槽的侧壁相对于初始掩膜层的侧壁凹陷；在对所述栅极沟槽的侧壁进行减薄之后，在所述栅极沟槽的侧壁表面形成保护层；在形成所述保护层之后，对所述初始掩膜层和栅极膜进行刻蚀，直至暴露出部分鳍部的顶部和侧壁表面、以及隔离层表面为止，形成所述栅极层和掩膜层。
[0013]可选的，形成所述保护层的工艺包括:在所述栅极沟槽的底部和侧壁表面、以及初始掩膜层表面形成保护膜；回刻蚀所述保护膜直至暴露出初始掩膜层的顶部表面以及栅极沟槽的底部表面为止，形成所述保护层。
[0014]可选的，对所述栅极沟槽侧壁进行减薄的工艺为各向同性的刻蚀工艺。
[0015]可选的，所述侧墙位于所述保护层表面、第二侧壁表面、以及所述保护层暴露出的第一侧壁表面。
[0016]可选的，所述保护层的材料为SiN、S1N, S1BN, S1CN, Si02中的一种或多种；所述保护层的厚度为20埃?200埃。
[0017]可选的，所述侧墙的形成工艺包括:在所述隔离层表面、栅极层的侧壁表面、保护层表面以及掩膜层表面形成侧墙膜；回刻蚀所述侧墙膜，直至暴露出隔离层表面、部分鳍部的侧壁和顶部表面、以及掩膜层的顶部表面为止，形成侧墙。
[0018]可选的，所述应力层的形成工艺包括:在所述侧墙和栅极层两侧的鳍部内形成第一开口 ；采用选择性外延沉积工艺在所述第一开口内形成应力层。
[0019]可选的，所述应力层的材料为硅锗或碳化硅。
[0020]可选的，所述应力层的材料为硅锗，所述应力层内掺杂有P型离子；所述应力层的材料为碳化硅，所述应力层内掺杂有N型离子。
[0021]可选的，所述栅极层的材料为无定形硅或多晶硅。
[0022]可选的，还包括:在所述栅极层和衬底之间形成栅介质层，所述栅介质层的材料包括氧化硅。
[0023]可选的，还包括:在形成所述应力层之后，在所述衬底表面形成介质层，所述介质层的表面齐平于或高于所述栅极层的顶部表面；去除所述掩膜层和栅极层，并暴露出衬底表面，在所述介质层内形成第二开口 ；在所述第二开口底部的侧壁表面形成高K栅介质层；在所述高K栅介质层表面形成填充满所述第二开口的金属栅。
[0024]可选的，所述衬底包括第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域所形成的应力层材料不同。
[0025]可选的，在第一区域的保护层表面以及栅极层的侧壁表面形成侧墙之后，在第一区域的侧墙、保护层和栅极层两侧的衬底内形成应力层；在第一区域形成应力层之后，在第二区域的保护层及栅极层的侧壁表面形成侧墙；在第二区域形成侧墙之后，在第二区域的侧墙、保护层和栅极层两侧的衬底内形成应力层。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明的形成方法中，在所述栅极层的第一侧壁靠近顶部的部分表面形成保护层，所述第一侧壁平行于所述鳍部的长度方向，所述保护层能够在后续形成侧墙的过程中，避免所形成的侧墙暴露出所述第一侧壁靠近顶部的表面，使得所述保护层和掩膜层能够保护所述第一侧壁与栅极层顶部所构成的顶角，避免所述第一侧壁与栅极层顶部构成的顶角在形成侧墙之后被暴露。因此，在形成侧墙之后，形成应力层的过程中，能够避免在所述栅极层顶部的顶角处形成外延颗粒，使得所形成的栅极层的形貌良好，避免所形成的栅极层顶部产生漏电流的问题。
[0028]而且，由于位于所述栅极层的第二侧壁两侧的鳍部内后续用于形成应力层，所述应力层用于形成晶体管的源区和漏区，所述源区和漏区之间的鳍部能够形成沟道区，且所述源区和漏区之间的距离为所述沟道区的长度；由于所述保护层仅形成于第一侧壁表面，而未形成于所述第二侧壁表面，即所述第二侧壁表面仅形成所述侧墙，则能够使后续形成的源区和漏区之间的距离易于精确控制，使得所述沟道区的产度更为精确，则所形成的晶体管性能更为稳定。
[0029]进一步，在形成所述保护层之前，在隔离层和鳍部表面形成栅极膜，以所述初始掩膜层为掩膜，刻蚀部分栅极膜以形成初始栅极层；对所述初始栅极层的侧壁进行减薄之后，在所述初始栅极层的侧壁形成保护层，且所述保护层完全覆盖所述初始栅极层的侧壁表面。由于所述初始栅极的侧壁相对于初始掩膜层的侧壁凹陷，从而能够使所形成的保护层表面相对于初始掩膜层的侧壁表面齐平、凹陷或突出，则所述保护层的顶部能够由所述掩膜层覆盖，在后续形成侧墙的过程中，不会造成所述保护层的顶部被损耗，从而保证了在形成侧墙之后，所述栅极层靠近顶部的第一侧壁以及顶角不会被暴露，从而避免了在所述栅极层顶部的顶角处形成外延颗粒的问题。
[0030]进一步，在形成所述保护层之前，在隔离层和鳍部表面形成栅极膜，以所述初始掩膜层为掩膜，刻蚀部分栅极膜，在所述栅极膜内形成栅极沟槽；在对所述栅极沟槽的侧壁进行减薄之后，在所述栅极沟槽的侧壁形成保护层。由于所述栅极沟槽的侧壁相对于掩膜层的侧壁凹陷，从而能够使所形成的保护层表面相对于掩膜层的侧壁表面齐平、凹陷或突出，则所述保护层的顶部能够由所述掩膜层覆盖，在后续形成侧墙的过程中，不会造成所述保护层的顶部被损耗，从而保证了在形成侧墙之后，所述栅极层靠近顶部的第一侧壁以及顶角不会被暴露，从而避免了在所述栅极层顶部的