Pmos晶体管的形成方法_3

文档序号:8363032阅读:来源:国知局

[0071]所述侧墙403保护所述伪栅极402并且定义后续形成的源漏区与栅极结构之间的距离。
[0072]请参考图8,以所述伪栅极402和侧墙403为掩膜,对所述伪栅极402和侧墙403两侧的本征层300内进行重掺杂离子注入,形成源漏区302。
[0073]所述重掺杂离子注入的掺杂离子为P型离子,例如B、Ga或In中的一种或几种离子。
[0074]在本发明的其他实施例中,还可以形成抬高源漏区302。具体的,形成所述抬高源漏区302的方法包括:以所述伪栅极402和侧墙403为掩膜,刻蚀所述伪栅极402和侧墙403两侧的本征层300,形成第二凹槽;在所述第二凹槽内形成源漏材料层,所述源漏材料层的表面高于本征层300的表面;对所述源漏材料层进行重掺杂并退火,形成源漏区302。所述源漏材料层的材料可以是锗硅,可以提高对晶体管沟道区域的应力作用,从而提高晶体管的载流子迁移率,提闻晶体管的性能。
[0075]请参考图9,在所述伪栅介质材料层401表面形成介质层500,所述介质层500的表面与伪栅极402的表面齐平。
[0076]由于本实施例中,未去除伪栅极402两侧的本征层300表面的伪栅介质材料层,所以,在所述伪栅介质材料层401表面直接形成介质层500。在本发明的其他实施例中,也可以去除所述伪栅极402两侧的本征层300表面的伪栅介质材料层,从而在所述本征层表面形成介质层500。
[0077]所述介质层500的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅等介质材料。
[0078]本实施例中,所述介质层500的材料为氧化硅。采用化学气相沉积工艺,在所述伪栅介质材料层401表面形成介质材料层,所述介质材料层还覆盖侧墙403和伪栅极402的顶部表面;以所述伪栅极402的顶部表面作为停止层,采用化学机械研磨工艺,对所述介质材料层进行平坦化,形成表面与伪栅极402表面齐平的介质层500。
[0079]请参考图10,去除所述伪栅极402 (请参考图9)和位于所述伪栅极402下方的部分伪栅介质材料层401 (请参考图9),形成第一凹槽501。
[0080]可以采用湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺去除所述伪栅极402和所述伪栅极402下方的部分伪栅介质材料层401。本实施例中,在所述介质层表面形成具有开口的掩膜层,所述开口暴露出伪栅极402的顶部表面;采用干法刻蚀工艺,沿所述开口刻蚀所述伪栅极402及其下方的伪栅介质材料层401,以本征层300表面作为刻蚀停止层,形成暴露出部分本征层300表面的第一凹槽501。所述干法刻蚀工艺采用的可是例子可以是CF4、CH2F2、C3F8、C3H2F6等含氟刻蚀气体中的一种或几种。
[0081]请参考图11,对所述第一凹槽501底部的进行等离子体注入,形成注入区502,所述等离子体能够增强载流子的迁移率。
[0082]本实施例中,所述等离子体注入离子为锗离子。
[0083]本实施例中,所述等离子体注入的剂量小于lE17atom/cm2,注入能量小于3KeV,最大掺杂浓度位置与第一凹槽501底部表面之间的距离小于1.6nm,形成的注入区内锗的掺杂浓度小于或等于55%。在所述本征层300内注入锗离子,提高所述本征层300内锗的含量,形成注入区502。本实施例中,所述锗的掺杂浓度为55%。在本发明的其他实施例中,所述注入区502内的锗含量大于50%。
[0084]所述等离子体注入会破坏本征层300内的晶格结构,使所述注入区502的材料成为非晶锗硅层,所述非晶锗硅层内存在大量由于离子注入产生的晶格缺陷,尤其在所述注入区502与本征层300的其他区域接触位置处的非晶结构和晶体结构的接触面上会存在大量的射程末端缺陷,所述缺陷会对载流子产生强烈的散射作用,从而降低载流子在所述注入区502内的迁移速率。
[0085]请参考图12,对所述注入区502 (请参考图11)进行局部再结晶处理,去除所述注入区502内的缺陷,使所述注入区502成为沟道区503。
[0086]所述局部再结晶处理,可以将所述非晶结构的注入区502材料结晶化,从而可以降低所述注入区502内的缺陷数量,并且不会影响到注入区以外区域的材料性质。具体的,所述再结晶处理工艺可以使所述注入区502内的非晶锗硅成为锗硅晶体,从而使形成的沟道区503内部存在缺陷,从而提高所述沟道区内的载流子迁移率。而且,可以提高所述沟道区503表面的平整度,提高后续形成的栅极结构与沟道区503之间的界面质量。并且,所述再结晶处理,还可以使所述沟道区503的材料具有应力,进一步提高沟道区503内载流子的迁移率。
[0087]传统的半导体材料的再结晶处理过程,一般是采用高温退火工艺,将待结晶的材料加热至该材料的熔点以上,然后冷却结晶化,形成晶体结构。传统的高温退火工艺,需要将整个基片放入真空炉中,并且,所述高温退火工艺,需要较高温度和较长时间,在这个过程中,容易使基片表面遭到污染,而且,除了待结晶区域外,基片的其他区域的材料由于长时间加热,电学参数会变坏,例如晶体管源漏区域的掺杂离子大量扩散等,会导致晶体管其他性能变差,而且,常规的退火工艺即使在高达1150°C下退火仍然不能彻底消除结晶缺陷。
[0088]为了避免对在将注入区502内的非晶锗硅转变成锗硅晶体的过程中,对晶体管其他区域的材料产生影响,只可以对注入区502进行局部再结晶处理,并且所述再结晶处理的时间要短,可以避免在长时间的局部再结晶处理过程中,使注入区被外界杂质离子污染。
[0089]本实施例中,采用激光熔融退火工艺进行上述局部再结晶处理。使用高功率密度的激光辐照所述注入区502的表面,并且调整所述激光的辐照范围,避免对所述注入区502以外的区域造成影响。所述激光辐照可以使注入区502的温度急剧升高,当所述温度到达非晶锗硅的熔融阈值后,可以使所述注入区502内的材料形成熔融状态,在熔融状态下,所述注入区502内的材料通过液相外延生长,原子重新排列,使所述注入区502的材料完成从非晶到单晶态的转变,从而彻底消除所述注入区502内的晶格缺陷。并且,可以通过激光的入射深度和入射面积控制所述激光熔融退火工艺的退火深度和退火面积,使注入区502与本征层300界面上的锗硅材料完全熔融化再形成锗硅晶体,完全消除所述注入区502与本征层300接触面上的射程末端缺陷,使形成的沟道区503与本征层300之间的界面质量提高。并且由于所述激光熔融退火只对所述注入区502进行,所以不影响其他部分的本征层300及其下方的材料层,避免其他区域的材料层在高温下发生电性参数的变化。
[0090]具体的,所述激光熔融退火工艺采用的激光波长为308nm?518nm,能量为IJ/cm2?3J/cm2,温度为850°C?1100°C。所述激光熔融退火工艺,使所述注入区502内的非晶锗硅成为晶体锗硅。本实施例中,所述激光的波长为308nm,能量为2.5J/cm2,温度为937°C,退火时间为Is?20s。
[0091]更进一步的,由于对所述本征层300内进一步注入锗等离子体,形成了所述注入区502,所以使得所述注入区502内的锗含量大于其周围的本征层300内的锗含量。由于所述注入区502内的非晶锗硅在重结晶过程中,在其下方的本征层表面采用液相外延形成晶体锗硅,从而形成的所述沟道区503底部的锗硅晶体的晶格常数以及锗硅原子的排列与本征层300内的晶格常数以及锗硅原子的排列相同。而由于所述注入区502内的锗离子含量大于本征层300内的锗离子含量,所以所述沟道区503内的锗-硅键的数量会大于本征层300中锗-硅键的数量,并且可能同时会形成部分锗-锗键,即会形成部分晶体锗结构。由于所述锗硅键的长度大于硅-硅键的长度,锗晶格的晶格常数大于与硅晶格的晶格常数,从而所述沟道区503会受到其周围的本征层300的压应力作用,沟道区503内的压应力可以进一步提闻所述沟道区503内的空穴载流子的迁移率,从而进一步提闻PMOS晶体管的性倉泛。
[0092]在本发明的其他实施例中,所述注入区502通过再结晶处理之后,由于锗含量较高,还可能在最终形成的沟道区503表面形成锗晶体层,所述锗晶体层的晶格常数大于其下方的锗硅晶体的晶格常数,所以所述锗晶体层会受到更大的压应力的作用,使所述PMOS晶体管的空穴载流子在所述沟道区503表面的锗晶体层内具有更高的载流子迁移率。
[0093]请参考图13,在所述第一凹槽501 (请参考图12)内形成栅极结构600,所述栅极结构600包括位于第一凹槽501内壁表面的栅介质层601和位于所述栅介质层601表面的栅极602。
[0094]形成所述栅极602的方法包括:形成覆盖所述第一凹槽501内壁和介质层500表面的栅介质材料层和位于所述栅极材
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