Mos管及其形成方法
【專利摘要】一種MOS管及其形成方法，其中，MOS管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有偽柵極結(jié)構(gòu)，并且所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有第一應(yīng)力層；形成位于所述半導(dǎo)體襯底和第一應(yīng)力層表面的刻蝕停止層，所述刻蝕停止層與所述偽柵極結(jié)構(gòu)表面齊平；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)，形成暴露出部分半導(dǎo)體襯底的開口；在所述開口底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二應(yīng)力層，所述第二應(yīng)力層的應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型相反；形成位于所述第二應(yīng)力層表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)與所述開口表面齊平。形成的MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率高，MOS管的性能優(yōu)越。
【專利說明】MOS管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種MOS管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有半導(dǎo)體器件制作工藝中，由于應(yīng)力可以改變硅材料的能隙和載流子遷移率，因此通過應(yīng)力來提高M(jìn)OS管的性能成為越來越常用的手段。具體地，通過適當(dāng)控制應(yīng)力，可以提高載流子(NM0S管中的電子，PMOS管中的空穴)遷移率，進(jìn)而提高驅(qū)動電流，以此極大地提高M(jìn)OS晶體管的性能。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，以NMOS管的形成方法為例進(jìn)行說明，其形成步驟包括:
[0004]請參考圖1，提供P型半導(dǎo)體襯底100，所述P型半導(dǎo)體襯底100表面形成有柵極結(jié)構(gòu)101和位于所述柵極結(jié)構(gòu)101兩側(cè)的側(cè)墻103 ；
[0005]請參考圖2，以所述側(cè)墻103為掩膜，刻蝕所述P型半導(dǎo)體襯底100，形成位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的開口 105 ；
[0006]請參考圖3，向所述開口 105 (如圖2所示)內(nèi)填充碳化硅材料，形成應(yīng)力層107。
[0007]然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的MOS管的性能有待進(jìn)一步提高。
[0008]更多關(guān)于MOS管的形成方法，請參考專利號為“US6713359B1”的美國專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問題是提供一種MOS管及其形成方法，形成的MOS管的性能優(yōu)越。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明的實施例提供了一種MOS管的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有偽柵極結(jié)構(gòu)，并且所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有第一應(yīng)力層；形成位于所述半導(dǎo)體襯底和第一應(yīng)力層表面的刻蝕停止層，所述刻蝕停止層與所述偽柵極結(jié)構(gòu)表面齊平；去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)，形成暴露出部分半導(dǎo)體襯底的開口 ；在所述開口底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二應(yīng)力層，所述第二應(yīng)力層的應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型相反；形成位于所述第二應(yīng)力層表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)與所述開口表面齊平。
[0011]可選地，所述第二應(yīng)力層的形成步驟為:沿所述開口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成溝槽；形成位于所述溝槽內(nèi)、且與所述半導(dǎo)體襯底表面齊平的第二應(yīng)力層。
[0012]可選地，還包括:回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層；在剩余的第二應(yīng)力層表面形成本征層。
[0013]可選地，所述本征層的厚度為20納米-100納米。
[0014]可選地，所述MOS管為NMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為碳化硅，所述第二應(yīng)力層的材料為錯娃。
[0015]可選地，所述第一應(yīng)力層中碳的摩爾百分比為3%_10%。
[0016]可選地，所述第二應(yīng)力層中鍺的摩爾百分比為20%_50%。
[0017]可選地，所述第一應(yīng)力層的厚度為50納米-2微米。[0018]可選地，所述第二應(yīng)力層的厚度為50納米-100納米。
[0019]可選地，還包括:在形成柵極結(jié)構(gòu)前，向所述第二應(yīng)力層內(nèi)摻雜離子，形成電壓控制層。
[0020]可選地，還包括:形成位于所述電壓控制層底部的屏蔽層；形成位于所述屏蔽層底部的阱區(qū)。
[0021]可選地，當(dāng)所述MOS管為PMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力層的材料為碳化鍺。
[0022]可選地，所述第一應(yīng)力層的形成步驟為:在形成偽柵極結(jié)構(gòu)前，形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底200表面的第一應(yīng)力薄膜；待去除偽柵極結(jié)構(gòu)后，沿開口刻蝕所述第一應(yīng)力薄膜，形成第一應(yīng)力層。
[0023]可選地，還包括:形成位于所述第一應(yīng)力層表面的第三應(yīng)力層，所述第三應(yīng)力層的材料為氮化硅。
[0024]相應(yīng)的，本發(fā)明的實施例還提供了一種MOS管，包括:半導(dǎo)體襯底；柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述半導(dǎo)體襯底表面；第一應(yīng)力層，所述第一應(yīng)力層位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)；第二應(yīng)力層，所述第二應(yīng)力層位于柵極結(jié)構(gòu)底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，且其應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型相反。
[0025]可選地，還包括:位于所述第二應(yīng)力層表面的本征層，所述本征層表面與半導(dǎo)體襯底表面齊平。
[0026]可選地，所述本征層的厚度為20納米-100納米。
[0027]可選地，所述MOS管為NMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為碳化硅，所述第二應(yīng)力層的材料為錯娃。
[0028]可選地，所述第一應(yīng)力層中碳的摩爾百分比為3%_10% ;所述第二應(yīng)力層中鍺的摩爾百分比為20%-50%。
[0029]可選地，所述第一應(yīng)力層的厚度為50納米-2微米；所述第二應(yīng)力層的厚度為50納米-100納米。
[0030]可選地，當(dāng)所述MOS管為PMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力層的材料為碳化鍺。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0032]形成MOS管時，一方面，在偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一應(yīng)力層，為MOS管的溝道區(qū)引入拉應(yīng)力或壓應(yīng)力；另一方面，在去除偽柵極結(jié)構(gòu)形成開口后，在所述開口底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二應(yīng)力層，進(jìn)一步為溝道區(qū)引入拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，使得MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率增大，提高了 MOS管的性能。
[0033]進(jìn)一步的，形成第二應(yīng)力層前，首先沿所述開口刻蝕半導(dǎo)體襯底形成溝槽，在刻蝕半導(dǎo)體襯底形成溝槽的過程中，第一應(yīng)力層對半導(dǎo)體襯底的拉力或壓力更明顯，更利于后續(xù)在溝道區(qū)引入更多的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。形成的MOS管的載流子遷移率更大，MOS管的性能更優(yōu)越。
[0034]更進(jìn)一步的，回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層，使第二應(yīng)力層表面低于半導(dǎo)體襯底表面，然后在刻蝕后的第二應(yīng)力層表面形成本征層，由于本征層的材料較為純凈，其內(nèi)部沒有摻雜離子，更有利于載流子的遷移。形成的MOS管的載流子遷移率更大，MOS管的性能更優(yōu)越。
[0035]本發(fā)明實施例的MOS管，其結(jié)構(gòu)簡單，源區(qū)和漏區(qū)形成有第一應(yīng)力層，且溝道區(qū)底部形成有第二應(yīng)力層，MOS管溝道區(qū)的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力更大，工作時溝道區(qū)載流子的遷移率更高，MOS管的性能優(yōu)越。
[0036]并且，還包括:位于所述第二應(yīng)力層表面的本征層，所述本征層內(nèi)沒有摻雜離子，MOS管的溝道區(qū)的載流子遷移率更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1-圖3是現(xiàn)有技術(shù)的NMOS管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4-圖12是本發(fā)明的MOS管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖13是現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實施例形成的MOS管的關(guān)斷電流與工作電流之間的關(guān)系不意圖；
[0040]圖14是現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實施例形成的MOS管的工作電壓與工作電流之間的關(guān)系不意圖。
【具體實施方式】
[0041]正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有技術(shù)的MOS管的性能有待進(jìn)一步提聞。
[0042]經(jīng)過研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著工藝節(jié)點的進(jìn)一步縮小，現(xiàn)有技術(shù)僅在源區(qū)和漏區(qū)形成應(yīng)力層，為溝道區(qū)引入的應(yīng)力較為有限，載流子遷移率雖然有所增加，但是增加的較為有限。而MOS管的性能與溝道區(qū)的載流子遷移率有著較大的關(guān)系，因此，現(xiàn)有技術(shù)的MOS管的性能增強(qiáng)的較為有限。
[0043]經(jīng)過進(jìn)一步研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于NMOS管的溝道區(qū)所對應(yīng)的位置形成鍺硅層，也可以增加溝道區(qū)載流子的應(yīng)力。進(jìn)一步的，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果在P型半導(dǎo)體襯底上直接形成鍺硅層，然后在所述鍺硅層上形成柵極結(jié)構(gòu)、位于鍺硅層內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)。由于所述源區(qū)和漏區(qū)也為鍺硅層，對NMOS管溝道區(qū)的應(yīng)力增加也較有限。
[0044]更進(jìn)一步的，發(fā)明人提供了一種MOS管及其形成方法，在形成MOS管時，去除MOS管的偽柵極結(jié)構(gòu)后，繼續(xù)向下刻蝕半導(dǎo)體襯底形成溝槽，然后向所述溝槽內(nèi)填充可增大其拉應(yīng)力或壓應(yīng)力的材料，得到的MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率更高，MOS管的性能優(yōu)越。
[0045]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖4-圖14對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。其中，圖4-圖12為本發(fā)明實施例中MOS管的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖13是現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實施例形成的MOS管的關(guān)斷電流與工作電流之間的關(guān)系示意圖，圖14是現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實施例形成的MOS管的工作電壓與工作電流之間的關(guān)系不意圖。
[0046]需要說明的是，由于MOS管根據(jù)摻雜類型的不同，分為NMOS管和PMOS管。為便于理解，以下實施例以NMOS管為例進(jìn)行示范性說明，形成PMOS管時對應(yīng)位置的摻雜類型與NMOS的相反。
[0047]請參考圖4，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200表面形成有偽柵極結(jié)構(gòu)201和位于所述偽柵極結(jié)構(gòu)201兩側(cè)的側(cè)墻203。
[0048]所述半導(dǎo)體襯底200用于為后續(xù)工藝提供工作平臺。所述半導(dǎo)體襯底200為硅襯底(Si)或絕緣體上硅(SOI)襯底，所述半導(dǎo)體襯底200的晶向為〈110〉或〈100〉等。在本發(fā)明的實施例中，所述半導(dǎo)體襯底200為硅襯底，其材料為單晶硅，其晶向為〈100〉。并且，由于形成NMOS管，所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)摻雜有P型離子。
[0049]所述偽柵極結(jié)構(gòu)201后續(xù)會被去除，以形成第二應(yīng)力層和柵極結(jié)構(gòu)。所述偽柵極結(jié)構(gòu)201的材料為多晶硅或其他材料，只要后續(xù)刻蝕時，所述偽柵極結(jié)構(gòu)201易去除，且和半導(dǎo)體襯底200具有較大的刻蝕選擇比即可。本發(fā)明的實施例中，所述偽柵極結(jié)構(gòu)201的材料為多晶娃。
[0050]所述側(cè)墻203用于后續(xù)保護(hù)柵極結(jié)構(gòu)不受破壞，并用于定義源區(qū)和漏區(qū)的位置。所述側(cè)墻203的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在本發(fā)明的實施例中，所述側(cè)墻203的材料為氧化硅。后續(xù)去除偽柵極結(jié)構(gòu)201時，所述側(cè)墻203不會受到損壞。
[0051]由于偽柵極結(jié)構(gòu)201和側(cè)墻203的形成方法均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0052]需要說明的是，本發(fā)明的實施例中，所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)202，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)202的材料為氧化硅，用于隔離相鄰的MOS管。
[0053]請參考圖5，以所述偽柵極結(jié)構(gòu)201為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底200，并在刻蝕后的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成第一應(yīng)力層205。
[0054]所述第一應(yīng)力層205的形成步驟為:刻蝕所述半導(dǎo)體襯底200，形成開口(未標(biāo)示)；向所述開口內(nèi)填充應(yīng)力材料，形成第一應(yīng)力層205。本發(fā)明的實施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕半導(dǎo)體襯底200。由于形成的MOS管為NMOS管，所述第一應(yīng)力層205的材料為碳化硅。其中碳原子的晶格常數(shù)小于硅原子的晶格常數(shù)，可以向所述NMOS管的溝道區(qū)引入拉應(yīng)力，提高NMOS管溝道區(qū)的載流子遷移率。
[0055]需要說明的是，刻蝕形成開口時，不僅具有縱向(垂直于半導(dǎo)體襯底200表面的方向)刻蝕作用，還具有橫向(平行于半導(dǎo)體襯底200表面的方向)刻蝕作用，還會刻蝕部分位于側(cè)墻203底部的半導(dǎo)體襯底200。因此，后續(xù)形成的部分第一應(yīng)力層205位于側(cè)墻203底部。
[0056]考慮到第一應(yīng)力層205中碳的摩爾含量會影響到溝道區(qū)的載流子遷移率，但是，若碳的摩爾含量過高，也有可能帶來晶格缺陷等問題。本發(fā)明實施例中，所述第一應(yīng)力層205中碳的摩爾百分比為3%-10%，既獲得了較高的載流子遷移率，且形成的第一應(yīng)力層205的質(zhì)量好。
[0057]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，第一應(yīng)力層205的厚度對MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率也有影響。所述第一應(yīng)力層205太薄，引入的拉應(yīng)力較小；而所述第一應(yīng)力層205在厚到一定程度后，繼續(xù)增加，MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率的增加則較為有限。為節(jié)省形成第一應(yīng)力層205的工藝時間，并使MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率達(dá)到更高，本發(fā)明的實施例中，所述第一應(yīng)力層205的厚度為50納米-2微米。
[0058]需要說明的是，在本發(fā)明的實施例中，所述第一應(yīng)力層205內(nèi)還包括η型離子，用于形成源區(qū)和漏區(qū)，所述η型離子可以采用離子注入的方式加入，在此不再贅述。
[0059]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述第一應(yīng)力層205的形成步驟還可以為:在形成偽柵極結(jié)構(gòu)201前，形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底200表面的第一應(yīng)力薄膜(未圖示);待去除偽柵極結(jié)構(gòu)201后，沿開口刻蝕所述第一應(yīng)力薄膜和半導(dǎo)體襯底200，形成第一應(yīng)力層205和溝槽(如后文所述)。所述第一應(yīng)力層205由一體的第一應(yīng)力薄膜刻蝕形成，有利于在溝道區(qū)形成更強(qiáng)的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。
[0060]請參考圖6，形成位于所述半導(dǎo)體襯底200和第一應(yīng)力層205表面的刻蝕停止層207，所述刻蝕停止層207與所述偽柵極結(jié)構(gòu)201表面齊平。
[0061]所述刻蝕停止層207用于保護(hù)第一應(yīng)力層205在后續(xù)工藝中不受破壞，并作為刻蝕偽柵極結(jié)構(gòu)201的掩膜。所述刻蝕停止層207的材料為氮化硅，其在刻蝕工藝中與多晶硅具有較大的刻蝕選擇比。所述刻蝕停止層207形成工藝為沉積工藝，在此不再贅述。
[0062]本發(fā)明的實施例中，還包括:形成第三應(yīng)力層206，所述第三應(yīng)力層206位于第一應(yīng)力層205表面，用于進(jìn)一步增強(qiáng)對溝道區(qū)的應(yīng)力作用，所述第三應(yīng)力層206的材料為氮化硅等介質(zhì)材料。
[0063]請參考圖7，去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)201 (如圖6所示)，形成暴露出部分半導(dǎo)體襯底200 的開口 209。
[0064]所述開口 209用于后續(xù)作為工藝窗口，刻蝕底部的半導(dǎo)體襯底200，形成第二應(yīng)力層。去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)201形成開口 209的工藝為刻蝕工藝，例如各向異性的干法刻蝕工藝。由于干法刻蝕偽柵極結(jié)構(gòu)201的工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0065]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，形成開口 209時，還可以同時去除側(cè)墻203，以使得后續(xù)形成的溝槽211橫向尺寸更大，后續(xù)第二應(yīng)力層與第一應(yīng)力層205相連。形成的MOS管的溝道區(qū)的載流子遷移率更大。
[0066]請參考圖8，刻蝕所述開口 209底部的半導(dǎo)體襯底200，形成溝槽211。
[0067]所述溝槽211在后續(xù)用于填充鍺硅材料，形成第二應(yīng)力層。所述溝槽211的形成工藝為各向異性的干法刻蝕工藝，其工藝參數(shù)范圍為:刻蝕氣體包括氧氣和溴化氫氣體，刻蝕氣體的流量為0.1標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘-1標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，氧氣和溴化氫之間的體積比為1:0.2-1:0.4。在本發(fā)明的實施例中，所述干法刻蝕工藝時氫氣和溴化氫的體積比為1:0.3。
[0068]需要說明的是，由于干法刻蝕半導(dǎo)體襯底200時，不僅對半導(dǎo)體襯底200具有縱向的刻蝕，對其橫向也有一定的刻蝕作用，即會刻蝕部分位于側(cè)墻203底部的半導(dǎo)體襯底200。因此，形成的溝槽211的橫向尺寸略大于開口 209的橫向尺寸。
[0069]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在刻蝕半導(dǎo)體襯底200形成溝槽211的過程中，第一應(yīng)力層205對半導(dǎo)體襯底200的拉力更明顯，更利于后續(xù)在溝道區(qū)引入更多的拉應(yīng)力。在本發(fā)明的實施例中，所述溝槽211的深度為50納米-100納米，后續(xù)形成的MOS管溝道區(qū)的拉應(yīng)力更大。
[0070]請參考圖9，形成位于所述溝槽211 (如圖8所示)內(nèi)、且與所述半導(dǎo)體襯底200表面齊平的第二應(yīng)力層213，所述第二應(yīng)力層213的應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層205的應(yīng)力類型相反。
[0071]所述第二應(yīng)力層213用于為MOS管的溝道區(qū)提供應(yīng)力。所述第二應(yīng)力層213的形成工藝為沉積工藝，例如選擇性外延沉積工藝。與第一應(yīng)力層205的位置不同，所述第二應(yīng)力層213位于所述溝道區(qū)或其底部，為向第二 MOS管的溝道區(qū)提供更大的應(yīng)力，所述第二應(yīng)力層213的應(yīng)力類型應(yīng)與第一應(yīng)力層205的應(yīng)力類型相反。在本發(fā)明的實施例中，所述第二應(yīng)力層213的材料應(yīng)選擇鍺硅。
[0072]本發(fā)明的實施例中，由于溝槽211與第一應(yīng)力層205相連，因此，在溝槽211內(nèi)形成的第二應(yīng)力層213也與第一應(yīng)力層205相連。形成的MOS管的溝道區(qū)內(nèi)的應(yīng)力更大，工作時的載流子遷移率更高。
[0073]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，還可以:所述第二應(yīng)力層213和第一應(yīng)力層205之間具有部分半導(dǎo)體襯底200，形成的MOS管的溝道區(qū)仍然具有較大的載流子遷移率。
[0074]并且，考慮到形成NMOS管時，第二應(yīng)力層213中鍺的摩爾含量高有助于提高NMOS管的溝道區(qū)的拉應(yīng)力，然而，當(dāng)鍺的摩爾含量過高時，有可能會為半導(dǎo)體襯底200內(nèi)引入新的晶格缺陷，第二應(yīng)力層213的質(zhì)量也會受到影響。因此，本發(fā)明的實施例中，在保證高的拉應(yīng)力、載流子遷移率、半導(dǎo)體襯底200和第二應(yīng)力層213的情況下，所述第二應(yīng)力層213中鍺的摩爾百分比為20%-50%。
[0075]為使后續(xù)形成的MOS管溝道區(qū)的拉應(yīng)力更大，其載流子遷移率更高，MOS管的性能更優(yōu)越，本發(fā)明的實施例中，所述第二應(yīng)力層213的厚度為50納米-100納米。
[0076]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，還可以直接在所述開口 209底部的半導(dǎo)體襯底200表面形成鍺金屬層(未圖示);對所述鍺金屬層進(jìn)行退火，使鍺金屬層中的鍺進(jìn)入半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成第二應(yīng)力層213，之后再去除剩余的鍺金屬層。
[0077]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，若形成PMOS管時，所述第一應(yīng)力層205的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力層的材料為碳化鍺。在此不再贅述。
[0078]請參考圖10，回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層213 (如圖9所示)，使得剩余的第二應(yīng)力層213a表面低于所述半導(dǎo)體襯底200表面。
[0079]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溝道區(qū)周圍存在應(yīng)力層，而溝道區(qū)采用純凈的半導(dǎo)體材料時，其溝道區(qū)的載流子遷移率更高。因此，回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層213，被刻蝕的部分第二應(yīng)力層213處用于后續(xù)形成本征層215，以提高溝道區(qū)的載流子遷移率。
[0080]需要說明的是，本發(fā)明的實施例中，還包括:在形成柵極結(jié)構(gòu)前，向所述第二應(yīng)力層內(nèi)摻雜離子，形成電壓控制層(未圖示)，用于調(diào)節(jié)MOS管的閾值電壓(Vt)，以進(jìn)一步提高M(jìn)OS管的性能。
[0081]需要說明的是，在本發(fā)明的實施例中，還包括:形成位于所述電壓控制層底部的屏蔽層(未圖示)，用于隔離半導(dǎo)體襯底200，防止漏電流的產(chǎn)生；形成位于所述屏蔽層底部的阱區(qū)(未圖示)，用于進(jìn)一步防止漏電流的產(chǎn)生，在此不再贅述。
[0082]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，也可以不用刻蝕第二應(yīng)力層213，而是直接在第二應(yīng)力層213表面形成柵極結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。
[0083]請參考圖11，在剩余的第二應(yīng)力層213a表面形成本征層215。
[0084]所述本征層215的材料為純凈的硅，用于作為MOS管的溝道區(qū)。所述本征層215的形成工藝為沉積工藝，例如選擇性外延沉積工藝，形成的本征層215與所述半導(dǎo)體襯底200表面齊平。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，溝道區(qū)通常位于靠近柵極結(jié)構(gòu)底部的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)，其厚度較小，為使溝道區(qū)的位置和大小正好與本征層215的位置和大小對應(yīng)。本發(fā)明的實施例中，所述本征層的厚度為20納米-100納米。
[0085]需要說明的是，為避免本征層215內(nèi)摻雜離子，所述電壓控制層、屏蔽層和阱區(qū)在本征層215之前形成，較佳的，所述電壓控制層、屏蔽層和阱區(qū)在回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層213 (圖9所示)后形成。
[0086]請參考圖12，形成位于所述本征層215表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)與所述開口 209 (如圖11所示)表面齊平。
[0087]形成柵極結(jié)構(gòu)的步驟包括:形成覆蓋所述開口 209底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層217 ;形成覆蓋所述柵介質(zhì)層217的柵電極層219。其中，所述柵介質(zhì)層217的形成工藝為沉積工藝，例如原子層沉積工藝，所述柵介質(zhì)層217的材料為高K介質(zhì)，例如氧化鉿、氧化硅鉿、氮氧化硅鉿、氧化鉿鉭、氧化鉿鈦、氧化鉿鋯中的一種或多種組合；所述柵電極層219的形成工藝為沉積工藝，例如原子層沉積工藝，形成的柵電極層219表面與所述刻蝕停止層207表面齊平，所述柵電極層219的材料為金屬材料，例如鎢。
[0088]需要說明的是，在本發(fā)明的實施例中，還包括:形成位于所述柵介質(zhì)層217和柵電極層219之間的功能層(未圖示)，用于調(diào)整MOS管的功函數(shù)，以進(jìn)一步提高M(jìn)OS管的性能。
[0089]上述步驟完成之后，本發(fā)明實施例的MOS管的制作完成。一方面，由于在去除偽柵極結(jié)構(gòu)后，繼續(xù)沿開口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成溝槽，使得第一應(yīng)力層對具有溝槽的半導(dǎo)體襯底的力更明顯，后續(xù)更易在溝道區(qū)形成較大的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力；另一方面，在溝槽內(nèi)形成的第二應(yīng)力層進(jìn)一步在溝道區(qū)形成較大的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力；再一方面，后續(xù)回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層，并在刻蝕后的第二應(yīng)力層表面形成本征層，所述本征層也更有利于后續(xù)增加溝道區(qū)的載流子遷移率。因此，本發(fā)明實施例形成的MOS管溝道區(qū)載流子遷移率高，MOS管的性能更加優(yōu)越。
[0090]相應(yīng)的，請繼續(xù)參考圖12，本發(fā)明實施例中還提供了一種MOS管，包括:
[0091]半導(dǎo)體襯底200;
[0092]柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述半導(dǎo)體襯底200表面；
[0093]第一應(yīng)力層205，所述第一應(yīng)力層205位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)；
[0094]第二應(yīng)力層213a，所述第二應(yīng)力層213a位于柵極結(jié)構(gòu)底部的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)，且其應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層205的應(yīng)力類型相反。
[0095]其中，所述半導(dǎo)體襯底200為硅襯底(Si)或絕緣體上硅(S0I)，所述半導(dǎo)體襯底200的晶向為〈110〉或〈100〉等。在本發(fā)明的實施例中，所述半導(dǎo)體襯底200為硅襯底，其材料為單晶硅，其晶向為〈100〉。并且，由于形成NMOS管，所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)摻雜有P型尚子。
[0096]所述柵極結(jié)構(gòu)包括:覆蓋所述開口的底部和側(cè)壁的柵介質(zhì)層217 ;覆蓋所述柵介質(zhì)層217的柵電極層219。其中，所述柵介質(zhì)層217的材料為高K介質(zhì)，例如氧化鉿、氧化硅鉿、氮氧化硅鉿、氧化鉿鉭、氧化鉿鈦、氧化鉿鋯中的一種或多種組合；所述柵電極層219表面與所述刻蝕停止層207表面齊平，所述柵電極層219的材料為金屬材料，例如鎢。
[0097]需要說明的是，本發(fā)明的實施例中，還包括:位于所述柵介質(zhì)層217和柵電極層219之間的功能層(未圖示)，用于調(diào)整MOS管的功函數(shù)，以進(jìn)一步提高M(jìn)OS管的性能。
[0098]所述第一應(yīng)力層205用于提高M(jìn)OS管中溝道區(qū)的載流子遷移率。本發(fā)明的實施例中，由于形成NMOS管，所述第一應(yīng)力層205的材料為碳化硅，所述第一應(yīng)力層205中碳的摩爾百分比為3%-10%，所述第一應(yīng)力層205的厚度為50納米-2微米。并且，所述第一應(yīng)力層205內(nèi)還包括η型離子，用于形成源區(qū)和漏區(qū)，在此不再贅述。
[0099]所述第二應(yīng)力層213a用于提高M(jìn)OS管溝道區(qū)的載流子遷移率。本發(fā)明的實施例中，所述第二應(yīng)力層213a的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力層213a中鍺的摩爾百分比為20%-50%，所述第二應(yīng)力層213a的厚度為50納米-100納米。
[0100]需要說明的是，在本發(fā)明的實施例中，所述第二應(yīng)力層213a表面低于所述半導(dǎo)體襯底200表面，并且，所述MOS管還包括:位于所述第二應(yīng)力層213a表面的本征層215，所述本征層215表面與半導(dǎo)體襯底200表面齊平。所述本征層215的材料為純凈的硅，其厚度為20納米-100納米，以提高溝道區(qū)的載流子遷移率。
[0101]需要說明的是，本發(fā)明的實施例中，所述第二應(yīng)力層213a還摻雜有不同濃度的P型離子，形成有位于所述柵極結(jié)構(gòu)底部的電壓控制層(未圖示)、位于所述電壓控制層底部的屏蔽層和位于所述屏蔽層底部的阱區(qū)。更多相關(guān)描述請參考前述MOS管的形成方法。
[0102]需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，當(dāng)形成PMOS管時，所述第一應(yīng)力層205的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力層213a的材料為碳化硅。
[0103]本發(fā)明實施例的MOS管，以本征層作為溝道區(qū)，源區(qū)和漏區(qū)形成有第一應(yīng)力層，且溝道區(qū)底部形成有第二應(yīng)力層。從多個角度為溝道區(qū)引入拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，使得形成的MOS管的溝道區(qū)載流子遷移率更大，MOS管的性能更優(yōu)越。
[0104]請結(jié)合參考圖13和圖14，圖13分別示出了現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實施例形成的MOS管的關(guān)斷電流與工作電流之間的關(guān)系示意圖，圖14示出了分別示出了現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實施例形成的MOS管的工作電壓與工作電流之間的關(guān)系示意圖。由圖13和圖14可知，相同的工作電壓下或者關(guān)斷電流下，本發(fā)明實施例形成的MOS管的工作電流更大，性能更好。所述工作電流的大小與MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率的高低成正比，即本發(fā)明實施例形成的MOS管在溝道區(qū)的載流子遷移率更高。
[0105]綜上，形成MOS管時，一方面，在偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一應(yīng)力層，為MOS管的溝道區(qū)引入拉應(yīng)力或壓應(yīng)力；另一方面，在去除偽柵極結(jié)構(gòu)形成開口后，在所述開口底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二應(yīng)力層，進(jìn)一步為溝道區(qū)引入拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，使得MOS管溝道區(qū)的載流子遷移率增大，提高了 MOS管的性能。
[0106]進(jìn)一步的，形成第二應(yīng)力層前，首先沿所述開口刻蝕半導(dǎo)體襯底形成溝槽，在刻蝕半導(dǎo)體襯底形成溝槽的過程中，第一應(yīng)力層對半導(dǎo)體襯底的拉力或壓力更明顯，更利于后續(xù)在溝道區(qū)引入更多的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。形成的MOS管的載流子遷移率更大，MOS管的性能更優(yōu)越。
[0107]更進(jìn)一步的，回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層，使第二應(yīng)力層表面低于半導(dǎo)體襯底表面，然后在刻蝕后的第二應(yīng)力層表面形成本征層，由于本征層的材料較為純凈，其內(nèi)部沒有摻雜離子，更有利于載流子的遷移。形成的MOS管的載流子遷移率更大，MOS管的性能更優(yōu)越。
[0108]本發(fā)明實施例的MOS管，其結(jié)構(gòu)簡單，源區(qū)和漏區(qū)形成有第一應(yīng)力層，且溝道區(qū)底部形成有第二應(yīng)力層，MOS管溝道區(qū)的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力更大，工作時溝道區(qū)載流子的遷移率更高，MOS管的性能優(yōu)越。
[0109]并且，還包括:位于所述第二應(yīng)力層表面的本征層，所述本征層內(nèi)沒有摻雜離子，MOS管的溝道區(qū)的載流子遷移率更高。
[0110]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(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)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(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)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(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種MOS管的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底表面形成有偽柵極結(jié)構(gòu)，并且所述偽柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有第一應(yīng)力層； 形成位于所述半導(dǎo)體襯底和第一應(yīng)力層表面的刻蝕停止層，所述刻蝕停止層與所述偽柵極結(jié)構(gòu)表面齊平； 去除所述偽柵極結(jié)構(gòu)，形成暴露出部分半導(dǎo)體襯底的開口 ； 在所述開口底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二應(yīng)力層，所述第二應(yīng)力層的應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型相反； 形成位于所述第二應(yīng)力層表面的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)與所述開口表面齊平。
2.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述第二應(yīng)力層的形成步驟為:沿所述開口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成溝槽；形成位于所述溝槽內(nèi)、且與所述半導(dǎo)體襯底表面齊平的第二應(yīng)力層。
3.如權(quán)利要求2所述的MOS管的形成方法，其特征在于，還包括:回刻蝕部分厚度的第二應(yīng)力層；在剩余的第二應(yīng)力層表面形成本征層。
4.如權(quán)利要求3所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述本征層的厚度為20納米-100納米。
5.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述MOS管為NMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為碳化硅，所述第二應(yīng)力層的材料為鍺硅?！?br> 6.如權(quán)利要求5所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述第一應(yīng)力層中碳的摩爾百分比為3%-10%。
7.如權(quán)利要求5所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述第二應(yīng)力層中鍺的摩爾百分比為20%-50%。
8.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述第一應(yīng)力層的厚度為50納米-2微米。
9.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述第二應(yīng)力層的厚度為50納米-100納米。
10.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，還包括:在形成柵極結(jié)構(gòu)前，向所述第二應(yīng)力層內(nèi)摻雜離子，形成電壓控制層。
11.如權(quán)利要求10所述的MOS管的形成方法，其特征在于，還包括:形成位于所述電壓控制層底部的屏蔽層；形成位于所述屏蔽層底部的阱區(qū)。
12.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，當(dāng)所述MOS管為PMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力層的材料為碳化鍺。
13.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，所述第一應(yīng)力層的形成步驟為:在形成偽柵極結(jié)構(gòu)前，形成覆蓋所述半導(dǎo)體襯底200表面的第一應(yīng)力薄膜；待去除偽柵極結(jié)構(gòu)后，沿開口刻蝕所述第一應(yīng)力薄膜，形成第一應(yīng)力層。
14.如權(quán)利要求1所述的MOS管的形成方法，其特征在于，還包括:形成位于所述第一應(yīng)力層表面的第三應(yīng)力層，所述第三應(yīng)力層的材料為氮化硅。
15.一種MOS管，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底；柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)位于所述半導(dǎo)體襯底表面； 第一應(yīng)力層，所述第一應(yīng)力層位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)； 第二應(yīng)力層，所述第二應(yīng)力層位于柵極結(jié)構(gòu)底部的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，且其應(yīng)力類型與第一應(yīng)力層的應(yīng)力類型相反。
16.如權(quán)利要求15所述的MOS管，其特征在于，還包括:位于所述第二應(yīng)力層表面的本征層，所述本征層表面與半導(dǎo)體襯底表面齊平。
17.如權(quán)利要求16所述的MOS管，其特征在于，所述本征層的厚度為20納米-100納米。
18.如權(quán)利要求16所述的MOS管，其特征在于，所述MOS管為NMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為碳化硅，所述第二應(yīng)力層的材料為鍺硅。
19.如權(quán)利要求18所述的MOS管，其特征在于，所述第一應(yīng)力層中碳的摩爾百分比為3%-10% ;所述第二應(yīng)力層中鍺的摩爾百分比為20%-50%。
20.如權(quán)利要求15所述的MOS管，其特征在于，所述第一應(yīng)力層的厚度為50納米-2微米；所述第二應(yīng)力層的厚度為50納米-100納米。
21.如權(quán)利要求15所述的MOS管，其特征在于，當(dāng)所述MOS管為PMOS管時，所述第一應(yīng)力層的材料為鍺硅，所述第二應(yīng)力`層的材料為碳化鍺。
【文檔編號】H01L29/78GK103715092SQ201210379976
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月29日
【發(fā)明者】趙猛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司