应力层的形成方法和晶体管的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种应力层的形成方法和晶体管的形成方法。
【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PMOS晶体管的空穴迁移率，以使得PMOS晶体管的载流子迁移率与NMOS晶体管的载流子迁移率匹配。一般通过采用应力材料形成PMOS晶体管的源极和漏极，以对PMOS晶体管的沟道区域施加压应力，从而提高所述PMOS晶体管的沟道区域内的空穴迁移率。具体包括:在PMOS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层作为PMOS晶体管的源极和漏极。所述应力层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PMOS晶体管的沟道区域施加压应力。所述PMOS晶体管采用的应力层材料一般为SiGe。现有技术也可以采用SiC作为NMOS晶体管的源极和漏极，进一步提高NMOS晶体管的载流子迁移率。
[0004]为了避免由于应力层与半导体衬底之间的晶格不匹配造成源极和漏极内产生缺陷，在形成SiGe或SiC的过程中，通常随着应力层厚度的增加，逐渐增加含Ge或含C气体的浓度，减少应力层与半导体衬底界面上的晶格常数差异，并且在到达一定浓度后，保持浓度不变，继续沉积形成应力层。但是由于沉积过程中，含Ge或含C气体浓度逐渐升高的状态，在停止变化的时候，很难精确控制含Ge或含C气体的浓度，所述含Ge或含C气体的浓度还会有一个短暂的上升和回落过程，从而使得最终的应力层中，Ge或者C的浓度变化不均匀，影响形成的应力层的质量，使应力层内具有较多缺陷，所述应力层作为晶体管的源极和漏极会影响形成的晶体管的性能。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种应力层的形成方法和一种晶体管的形成方法，提高应力层的性能以及晶体管的性能。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种应力层的形成方法，包括:提供半导体衬底；提供外延设备，所述外延设备包括反应腔、位于反应腔外部与反应腔连通的气体输送装置；将半导体衬底置于反应腔内，采用外延工艺在所述半导体衬底上形成应力层，所述应力层的材料包括第一元素和第二元素，所述外延工艺采用的反应气体包括含第一元素气体和含第二元素气体，所述应力层包括体层，所述体层的形成步骤依次包括:第一上升阶段，第一上升阶段内向反应腔内通入反应气体，形成第一部分体层，其中，含第二元素气体的浓度逐渐上升至第一浓度，然后进行第一稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输送装置排出，然后进行第一生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分体层表面形成第二部分体层。
[0007]可选的，所述第一稳定阶段的时间为5s?lmin。
[0008]可选的，所述第一元素为Si，第二元素为Ge或C。
[0009]可选的，所述含第一元素气体为SiH4或SiH2Cl2。
[0010]可选的，所述含第二元素气体为GeH4或CH4。
[0011]可选的，所述应力层还包括半导体衬底以及体层之间的种子层。
[0012]可选的，所述种子层的形成步骤依次包括:第二上升阶段，第二上升阶段内向反应腔内通入反应气体，形成第一部分种子层，其中，含第二元素气体浓度逐渐上升至第二浓度，然后进行第二稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输送装置排出，然后进行第二生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分种子层表面形成第二部分种子层。
[0013]可选的，所述第二浓度小于第一浓度，且所述第二浓度为形成体层过程中，第一上升阶段内的含第二元素气体的起始浓度。
[0014]可选的，所述第二稳定阶段的时间为5s?lmin。
[0015]可选的，所述外延工艺的温度为500°C?800°C,压强为ITorr?lOOTorr。
[0016]可选的，所述外延工艺中的反应气体还包括HjPHCl，所述外延工艺中含第一元素气体、含第二元素气体和HCl的流量为Isccm?100sccm, H2的流量为0.1slm?50slm。
[0017]可选的，第一稳定阶段的反应气体温度和压强与第一生长阶段的反应气体温度和压强相同；第二稳定阶段的反应气体温度和压强与第二生长阶段的反应气体温度和压强相同。
[0018]可选的，所述体层的形成步骤还包括位于第一生长阶段之后的第一下降阶段:向反应腔内通入反应气体，使含第二元素气体浓度逐渐下降至第三浓度，在第二部分体层表面形成第三部分体层。
[0019]可选的，所述应力层还包括位于体层表面的盖帽层，所述盖帽层的形成过程中，保持含第二元素气体的浓度为第三浓度。
[0020]可选的，所述第三浓度大于或等于O。
[0021]可选的，所述第二元素为Ge时，所述种子层内的Ge的摩尔浓度为5%?25%，所述体层内的Ge的摩尔浓度为25%?45%，盖帽层内的Ge的摩尔浓度为1%?15%。
[0022]可选的，所述第二元素为C时所述种子层内的C含量为I %?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%。
[0023]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型掺杂离子的浓度为 lE19atom/cm3 ?lE19atom/cm3。
[0024]本发明的技术方案还提供一种晶体管的形成方法，包括:提供衬底；形成覆盖部分衬底表面的栅极结构；在所述栅极结构两侧的衬底内形成凹槽；采用上述应力层的形成方法，形成填充满凹槽的应力层。
[0025]可选的，所述凹槽为U形或者具有Σ形侧壁。
[0026]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0027]本发明的技术方案中，所述应力层材料包括第一元素和第二元素，且所述应力层包括体层，所述体层的形成过程包括第一上升阶段、第一稳定阶段和第一生长阶段。所述第一上升阶段内，反应气体中的含第二元素气体浓度逐渐上升，使得体层内的第二元素浓度也逐渐上升，在进入含第二元素气体浓度稳定的第一生长阶段之前，增加第一稳定阶段，第一稳定阶段内，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，并且所述反应气体不经过反应腔，直接通过反应腔外的气体输送装置排出，通过第一稳定阶段的调整，所述输入气体中的含第二元素气体的浓度已经较为稳定，随后再将所述反应气体通入反应腔内进行第一生长阶段，使得第一生长阶段内通入的反应气体中含第二元素气体的浓度稳定，从而与现有技术相比，体层内不同厚度处的第二元素浓度的过渡平缓，不会产生过冲现象，从而可以减少体层内的缺陷。
[0028]进一步，所述应力层还包括位于半导体衬底与体层之间的种子层，所述种子层内的第二元素含量较低，使得种子层的晶格常数与半导体衬底的晶格常数差距较小，从而可以提高在种子层表面形成的体层的沉积质量。所述种子层的形成过程包括:第二上升阶段、第二稳定阶段和第二生长阶段，可以使种子层内的第二元素的浓度变化平缓，不会出现过冲现象，可以减少种子层内的缺陷。
[0029]本发明的技术方案还提供一种晶体管的性能方法，提供衬底，在衬底上形成栅极结构，在栅极结构两侧的衬底内形成凹槽，采用上述方法形成填充满凹槽的应力层。所述应力层内第二元素的浓度变化平缓，不会出现过冲显现，从而可以减少所述应力层内的缺陷，提高晶体管的性能。
【附图说明】
[0030]图1是本发明的一个实施例的应力层形成过程中，反应气体中含第二元素气体的浓度随时间变化曲线；
[0031]图2是本发明的一个实施例的形成的多个应力层内的Ge与B在应力层不同深度处的浓度变化曲线；
[0032]图3是本发明的另一实施例的应力层的形成过程结构示意图；
[0033]图4是本发明的另一实施例的应力层的形成过程中，反应气体中含第二元素气体的浓度随时间变化的曲线；
[0034]图5是本发明的另一实施例形成的应力层内的Ge以及B在应力层不同深度处的浓度变化曲线；
[0035]图6至图7是本发明的实施例的晶体管形成过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]如【背景技