專利名稱：晶體管的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種晶體管的形成方法。
背景技術：
隨著半導體制造技術的飛速發(fā)展，半導體器件為了達到更高的運算速度、更大的數據存儲量、以及更多的功能，半導體器件朝向更高的元件密度、更高的集成度方向發(fā)展。因此，互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)晶體管的柵極變得越來越細且長度變得比以往更短。然而，柵極的尺寸變化會影響半導體器件的電學性能，目前，主要通過控制載流子遷移率來提高半導體器件性能。該技術的一個關鍵要素是控制晶體管溝道中的應力。比如適當控制應力，提高了載流子(n-溝道晶體管中的電子，P-溝道晶體管中的空穴)遷移率，就能提高驅動電流。因而應力可以極大地提高晶體管的性能。因為硅、鍺具有相同的晶格結構，即“金剛石”結構，在室溫下，鍺的晶格常數大于硅的晶格常數，所以在PMOS晶體管的源、漏區(qū)形成硅鍺(SiGe)，可以引入硅和鍺硅之間晶格失配形成的壓應力，進一步提聞壓應力，提聞PMOS晶體管的性能。相應地，在NMOS晶體管的源、漏區(qū)形成碳硅(CSi)可以引入硅和碳硅之間晶格失配形成的拉應力，進一步提高拉應力，提高NMOS晶體管的性能?，F有技術中，具有應力的晶體管的形成方法為:請參考圖1，提供半導體襯底100 ;在所述半導體襯底100內形成淺溝槽隔離區(qū)103 ;形成位于所述半導體襯底100表面柵絕緣層105 ;形成覆蓋所述柵絕緣層105的柵電極層107 ;在所述半導體襯底100表面形成與位于所述柵絕緣層105、柵電極層107兩側且與其接觸的側墻109 ；請參考圖2，以所述側墻109為掩膜在所述半導體襯底100內形成開口 111 ；請參考圖3，在所述開口內填充滿硅鍺，形成源/漏區(qū)113。然而，現有技術在晶體管的源漏區(qū)域形成鍺硅的方法形成的應力有限，溝道區(qū)的載流子遷移率的提聞較小，晶體管的性能提聞有限。更多關于晶體管及其形成方法見公開號為“CN101789447A”的申請文件。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管的形成方法，溝道區(qū)的載流子遷移率高，晶體管的性能好。為解決上述問題，本發(fā)明的實施例提供了一種晶體管的形成方法，包括:提供基底，所述基底包括半導體襯底、位于所述半導體襯底表面的柵極結構；刻蝕半導體襯底，在柵極結構兩側的半導體襯底內形成開口 ；對所述開口進行退火處理，使所述開口的底部和側壁變得圓滑；采用濕法刻蝕工藝，繼續(xù)刻蝕退火處理后的所述開口，使所述開口向溝道區(qū)延伸；待濕法刻蝕后，填充滿所述開口形成應力襯墊層。可選地，所述退火處理的工藝參數范圍為:退火溫度為650-1000°C，退火腔室的壓強為lTorr-600Torr，退火時長為30S-150S?？蛇x地，還包括:在退火處理時，向退火腔室內通入惰性氣體或氫氣?？蛇x地，所述惰性氣體或氫氣的流量為20-50slm?？蛇x地，退火處理前，所述開口的深度為3_30nm?？蛇x地，濕法刻蝕后，所述開口的形狀為sigma形狀?？蛇x地，濕法刻蝕后，所述開口的深度為40_100nm，所述開口靠近溝道區(qū)的頂角距離半導體襯底表面的距離為5-20nm?？蛇x地，所述應力襯墊層的材料為SiGe或SiC?？蛇x地，所述應力襯墊層的形成工藝為選擇性外延沉積工藝?？蛇x地，所述選擇性外延沉積工藝的參數范圍為:溫度為550°C _800°C，壓強為5-20Torr,硅源氣體 SiH2Cl2、SiH4 或 Si2H6 的流量為 30_500sccm，HCl 的流量為 50_500sccm，H2的流量為5slm-50slm，鍺源氣體GeH4的流量為5SCCm-500SCCm，碳摻雜氣體的流量為5_500sccmo與現有技術相比，本發(fā)明的實施例具有以下優(yōu)點:對開口進行了退火處理，退火處理時半導體襯底內的硅發(fā)生了遷移，所述開口的底部和側壁變得圓滑，所述開口的底部和側壁的晶向發(fā)生了變化，而濕法刻蝕工藝時，刻蝕速率與開口的底部和側壁的晶向有關，濕法刻蝕工藝時沿溝道區(qū)方向的刻蝕速率大于縱向的刻蝕速率，或兩者相差不大，后續(xù)濕法刻蝕形成的開口距離半導體襯底底部的距離較遠，不易在半導體底部產生漏電流，并且開口底部不存在尖角，形成應力襯墊層時的生長速率快，形成的應力襯墊層的質量好，且晶體管溝道區(qū)的應力大，滿足工藝需求，溝道區(qū)載流子遷移率高，晶體管的性能好。


圖1-圖3是現有技術的晶體管的形成過程的剖面結構示意圖；圖4是本發(fā)明的實施例中晶體管的形成方法的流程示意圖；圖5-圖9是本發(fā)明的實施例中晶體管的形成過程的剖面結構示意圖。
具體實施例方式正如背景技術所述，現有技術的晶體管的溝道區(qū)載流子的遷移率低，晶體管的性
倉泛壟I。經過研究，發(fā)明人發(fā)現，溝道區(qū)載流子的遷移率與應力襯墊層距離溝道區(qū)的距離有關，應力襯墊層離溝道區(qū)的距離越近，溝道區(qū)產生的應力越大，越有利于形成載流子的遷移率高的晶體管?？梢栽陂_口 111(如圖2所示)后，采用濕法刻蝕工藝刻蝕所述開口 111，使開口 111的側壁朝溝道區(qū)的方向凹陷，再填充鍺硅或碳硅形成應力襯墊層。經過進一步研究，發(fā)明人發(fā)現，在采用濕法刻蝕工藝刻蝕上述開口 111時，由于開口 111側壁和底部的晶向不同，濕法刻蝕工藝每橫向刻蝕開口 111的側壁lnm，縱向刻蝕開口 111的底部的深度則達到了 3-4nm，當濕法刻蝕形成的開口 111離溝道區(qū)的距離滿足工藝需求時，開口 111的深度極有可能過大，導致后續(xù)形成的應力襯墊層在半導體襯底底部產生較大的應力，產生漏電，而溝道區(qū)的應力卻較小，并且，由于濕法刻蝕工藝時縱向的刻蝕速度，開口 111底部易形成尖角，所述尖角會影響后續(xù)形成應力襯墊層時的速率，并且形成的應力襯墊層的質量較差，內部容易出現缺陷。更進一步的，發(fā)明人發(fā)現，濕法刻蝕工藝時，刻蝕速率與半導體襯底表面的晶向有關，當開口的底部和側壁變得圓滑后，表面的晶向隨之產生了變化，濕法刻蝕工藝時朝溝道區(qū)方向的刻蝕速率大于縱向的刻蝕速率，或兩者相差不大，使得濕法刻蝕工藝后形成的開口縱向的深度較小，且底部不存在尖角。因此后續(xù)形成的半導體襯底底部不存在漏電流，且后續(xù)形成應力襯墊層時生長速度快，形成的應力襯墊層的質量好。為了使本領域技術人員更好的理解本發(fā)明，下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。請參考圖4，本發(fā)明實施例的晶體管的形成方法，包括:步驟S201，提供基底，所述基底包括半導體襯底、位于所述半導體襯底表面的柵極結構；步驟S203，刻蝕半導體襯底，在柵極結構兩側的半導體襯底內形成開口 ；步驟S205，對所述開口進行退火處理，使所述開口的底部和側壁變得圓滑；步驟S207，采用濕法刻蝕工藝，繼續(xù)刻蝕退火處理后的所述開口，使所述開口向溝道區(qū)延伸；步驟S209，待濕法刻蝕后，填充滿所述開口形成應力襯墊層。具體的，請參考圖5-圖9，圖5-圖9示出了本發(fā)明實施例的晶體管的形成過程的剖面結構示意圖。請參考圖5，提供基底，所述基底包括半導體襯底300、位于所述半導體襯底300表面的柵極結構(未標示)。所述半導體襯底300的材料為單晶硅，所述半導體襯底300內形成有淺溝槽隔離結構303，用于隔離晶體管。在本發(fā)明的實施例中，所述半導體襯底300表面的晶向為〈I 10>或〈100〉。所述柵極結構包括位于所述半導體襯底300表面的柵介質層305、位于所述柵介質層305表面的柵電極層307、以及位于所述柵介質層305和柵電極層307兩側且與其接觸的半導體襯底300表面的側墻309。在本發(fā)明的實施例中，所述柵極結構的形成步驟為:采用沉積工藝在所述半導體襯底300表面形成柵介質層305 ;采用沉積工藝在所述柵介質層305表面形成柵電極層307 ;采用沉積、刻蝕工藝在所述柵介質層305和柵電極層307兩側的半導體襯底300表面形成側墻309。其中，所述柵介質層305的材料為二氧化硅或高K介質，所述柵電極層307的材料為多晶硅或者金屬，所述側墻309的材料為二氧化硅。需要說明的是，所述柵電極層307表面還形成有掩膜層(未圖示)，用于在后續(xù)工藝中保護柵電極層307不被損壞。請參考圖6，刻蝕所述半導體襯底300，在柵極結構兩側的半導體襯底300內形成開口 311。所述開口 311用于為后續(xù)形成靠近溝道區(qū)的應力襯墊層提供平臺。所述開口 311的深度為3-30nm。所述開口 311的形成工藝為干法刻蝕工藝，所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體包括HBr或Cl2等。所述干法刻蝕工藝過程中，采用HBr的流量為200-800sCCm，Cl2的流量為20-100sccm，刻蝕腔室的壓力為2-200毫托(mTorr)，刻蝕時間為15-60秒(S)。需要說明的是，本發(fā)明的實施例中，干法刻蝕工藝時還通入流量為50-1000SCCm的惰性氣體，例如He。請參考圖7，對所述開口 311進行退火處理，使所述開口 311的底部和側壁變得圓滑。發(fā)明人發(fā)現，由于干法刻蝕后形成的開口 311的側壁和底部較為平坦，如果直接采用濕法刻蝕工藝刻蝕上述開口 311，由于開口 311側壁和底部的晶向不同，濕法刻蝕工藝每橫向刻蝕開口 311的側壁lnm，縱向刻蝕開口 311的底部的深度則達到了 3_4nm，當濕法刻蝕形成的開口 311離溝道區(qū)的距離滿足工藝需求時，開口 311的深度極有可能過大，導致后續(xù)形成的應力襯墊層在半導體襯底300底部產生較大的應力，產生漏電，而溝道區(qū)的應力卻較小，并且，由于濕法刻蝕工藝時縱向的刻蝕速度大，開口 311底部易形成尖角，所述尖角會影響后續(xù)形成應力襯墊層時的速率，并且形成的應力襯墊層的質量較差，內部容易出現缺陷。進一步的，發(fā)明人發(fā)現，濕法刻蝕工藝時，刻蝕速率與半導體襯底300表面的晶向有關，底部和側壁圓滑的開口 311有利于后續(xù)形成向溝道區(qū)延伸的開口。在本發(fā)明的實施例中，發(fā)明人對所述開口 311進行退火處理，在高溫低壓條件下，開口 311底部和側壁的硅原子發(fā)生了遷移，所述開口 311的底部和側壁變得圓滑。在本發(fā)明的實施例中，所述退火處理的工藝參數范圍為:退火溫度為650-1000°C，退火腔室的壓強為lTorr-600Torr，退火時長為30S-150S。上述參數范圍內形成的開口 311的底部和側壁較為圓滑，后續(xù)形成的向溝道區(qū)延伸的開口 311底部不具備尖角，形成應力襯墊層時生長速率快，并且形成的晶體管的載流子遷移率高。為避免退火處理工藝時氧氣與開口 311底部和側壁的硅發(fā)生反應形成氧化薄膜，在本發(fā)明的實施例中，退火處理工藝時，同時向退火腔室內通入惰性氣體或氫氣，以保護開口 311的底部和側壁不被氧化。其中，所述惰性氣體或氫氣的流量為20-50slm。請參考圖8，采用濕法刻蝕工藝，繼續(xù)刻蝕退火處理后的所述開口 311，使得所述開口 311向溝道區(qū)延伸。濕法刻蝕后的所述開口 311用于為后續(xù)形成應力襯墊層提供平臺。所述開口 311的形成工藝為濕法刻蝕工藝。由于濕法刻蝕時的開口的底部和側壁變得圓滑后，其底部和側壁的晶向隨之產生了變化，濕法刻蝕工藝時朝溝道區(qū)方向的刻蝕速率大于縱向的刻蝕速率，或兩者相差不大，使得濕法刻蝕工藝后形成的開口 311平行于半導體襯底300表面的方向更加靠近溝道區(qū)，其縱向的深度較小，且底部不存在尖角。因此后續(xù)形成的半導體襯底300底部不存在漏電流，且后續(xù)形成應力襯墊層時生長速度快，形成的應力襯墊層的質量好。在本發(fā)明的實施例中，所述濕法刻蝕工藝采用的化學試劑為氫氧化鉀(KOH)、氨水(NH4OH)或四甲基氫氧化氨(TMAH)，濕法刻蝕后形成的開口 311的形狀為sigma形狀。所述濕法刻蝕形成的開口的深度為40-100nm，所述開口 311靠近溝道區(qū)處具有頂角，所述頂角距離半導體襯底表面的距離為5-20nm，濕法刻蝕形成的開口 311，在退火處理前形成的開口 311的基礎上，沿溝道區(qū)方向刻蝕了 10-30nm的半導體襯底300，使得開口更加靠近溝道區(qū)，有利于后續(xù)在溝道區(qū)形成較大的應力。請參考圖9，待濕法刻蝕后，填充滿所述開口形成應力襯墊層315。所述應力襯墊層315用于增加溝道區(qū)的壓應力或拉應力，以提高溝道區(qū)的載流子遷移率，改善晶體管的性能。所述應力襯墊層315的材料為SiGe或SiC。所述應力襯墊層315的形成工藝為沉積工藝或選擇性外延生長工藝。在本發(fā)明的實施例中，所述應力襯墊層315的材料為SiGe，所述應力襯墊層315的形成工藝為選擇性外延生長工藝。采用選擇性外延生長工藝形成所述應力襯墊層315時，采用的反應物包括:硅源氣體SiH4、SiH2Cl2或Si2H6，和鍺源氣體GeH4,用于形成SiGe。為了避免應力襯墊層315內或其他不需要形成SiGe的地方產生雜質，所述反應物中還包括HC1，并且，為了避免半導體襯底300表面的硅被氧化，形成氧化薄膜影響晶體管的性能，在采用選擇性外延生長工藝形成應力襯墊層315時，同時還通入氫氣。在本發(fā)明的實施例中，所述選擇性外延沉積工藝采用的反應物為SiH2Cl2、SiH4,GeHjP H2，其參數范圍為:溫度為550°C -800°C，壓強為5_20Torr，硅源氣體SiH2Cl2、SiH4或Si2H6的流量為30-500sccm，HCl的流量為50-500sccm，H2的流量為5slm-50slm，鍺源氣體GeH4的流量為5sccm-500sccm,碳摻雜氣體的流量為5_500sccm。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，若應力襯墊層315的材料為SiC，采用選擇性外延生長工藝形成應力襯墊層315時采用的反應物包括=SiH4和二甲胺硅烷，還可以包括HCl和H2。上述步驟完成之后，本發(fā)明實施例的晶體管的制作完成。由于本發(fā)明實施例對開口進行了退火處理，退火處理時半導體襯底內的硅原子發(fā)生了遷移，所述開口的底部和側壁變得圓滑，所述開口的底部和側壁的晶向發(fā)生了變化，而濕法刻蝕工藝時，刻蝕速率與開口的底部和側壁的晶向有關，濕法刻蝕工藝時沿溝道區(qū)方向的刻蝕速率大于縱向的刻蝕速率，或兩者相差不大，后續(xù)濕法刻蝕形成的開口距離半導體襯底底部的距離較遠，不易在半導體底部產生漏電流，并且開口底部不存在尖角，形成應力襯墊層時的生長速率快，形成的應力襯墊層的質量好，且晶體管溝道區(qū)的應力大，滿足工藝需求，溝道區(qū)載流子遷移率高，晶體管的性能好。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種晶體管的形成方法，其特征在于，包括: 提供基底，所述基底包括半導體襯底、位于所述半導體襯底表面的柵極結構； 刻蝕半導體襯底，在柵極結構兩側的半導體襯底內形成開口 ； 對所述開口進行退火處理，使所述開口的底部和側壁變得圓滑； 采用濕法刻蝕工藝，繼續(xù)刻蝕退火處理后的所述開口，使所述開口向溝道區(qū)延伸； 待濕法刻蝕后，填充滿所述開口形成應力襯墊層。
2.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述退火處理的工藝參數范圍為:退火溫度為650-1000°C，退火腔室的壓強為lTorr-600Torr，退火時長為30S-150S。
3.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，還包括:在退火處理時，向退火腔室內通入惰性氣體或氫氣。
4.如權利要求3所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述惰性氣體或氫氣的流量為 20_50slm。
5.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，退火處理前，所述開口的深度為 3_30nm。
6.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，濕法刻蝕后，所述開口的形狀為sigma形狀。
7.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，濕法刻蝕后，所述開口的深度為40-100nm，所述開口靠近溝道區(qū)的頂角距離半導體襯底表面的距離為5_20nm。
8.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述應力襯墊層的材料為SiGe 或 SiC。
9.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述應力襯墊層的形成工藝為選擇性外延沉積工藝。
10.如權利要求1所述的晶體管的形成方法，其特征在于，所述選擇性外延沉積工藝的參數范圍為:溫度為550°C _800°C，壓強為5-20Torr，硅源氣體SiH2Cl2、SiH4或Si2H6的流量為30-500sccm，HCl的流量為50_500sccm，H2的流量為5slm_50slm，鍺源氣體GeH4的流量為5sccm-500sccm,碳慘雜氣體的流量為5_500sccm。
全文摘要
一種晶體管的形成方法，包括提供基底，所述基底包括半導體襯底、位于所述半導體襯底表面的柵極結構；刻蝕半導體襯底，在柵極結構兩側的半導體襯底內形成開口；對所述開口進行退火處理，使所述開口的底部和側壁變得圓滑；采用濕法刻蝕工藝，繼續(xù)刻蝕退火處理后的所述開口，使所述開口向溝道區(qū)延伸；待濕法刻蝕后，填充滿所述開口形成應力襯墊層。形成應力襯墊層時生長速率快，形成的應力襯墊層的質量好，且晶體管溝道區(qū)的應力大，滿足工藝需求，溝道區(qū)載流子遷移率高，晶體管的性能好。
文檔編號H01L21/324GK103187269SQ201110457018
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者何有豐 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司