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半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法_3

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20兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100的第二區(qū)域II內(nèi)形成第二開(kāi)口 220,所述第二開(kāi)口 220的深度大于第一開(kāi)口210的深度。
[0059]采用干法刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100,所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體至少包括HBr、Cl2或HCl中的一種,O2作為緩沖氣體,其中刻蝕氣體的流量為50sccm?2000sccm, O2 的流量為 5sccm ?20sccm,壓強(qiáng)為 5mTorr ?50mTorr,功率為 400W ?750W,溫度為40°C?80°C,偏置電壓為100V?250V。在刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100之前,可以在所述半導(dǎo)體襯底100上形成圖形化掩膜層,所述圖形化掩膜層暴露出待刻蝕區(qū)域。本實(shí)施例中,所述干法刻蝕工藝為各向同性刻蝕工藝,形成的第一開(kāi)口 210和第二開(kāi)口 220具有垂直側(cè)壁。
[0060]由于所述第二柵極結(jié)構(gòu)120兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100的第二區(qū)域II內(nèi)形成有摻雜區(qū)201 (請(qǐng)參考圖4),且所述摻雜區(qū)201的刻蝕速率大于半導(dǎo)體襯底100的第一區(qū)域I的刻蝕速率,所以,當(dāng)在第一區(qū)域I形成一定深度的第一開(kāi)口 210之后,第二區(qū)域II上形成的第二開(kāi)口 220的深度大于所述第一開(kāi)口 210的深度,使得形成的第二開(kāi)口 220的空間大于第一開(kāi)口 210空間。
[0061]本實(shí)施例中,完全去除所述摻雜區(qū)201后繼續(xù)刻蝕所述摻雜區(qū)201下方的半導(dǎo)體襯底100形成所述第二開(kāi)口 220,完全去除所述摻雜區(qū)201可以避免摻雜區(qū)201內(nèi)的摻雜離子影響后續(xù)形成的第二源漏極的性能。
[0062]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,也可以未完全去除所述摻雜區(qū)201,后續(xù)在沿所述第一開(kāi)口 210和第二開(kāi)口 220繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底100形成第一凹槽230和第二凹槽240的過(guò)程中,再將所述摻雜區(qū)201完全去除。
[0063]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,后續(xù)可以直接在所述第一開(kāi)口 210和第二開(kāi)口 220內(nèi)外延半導(dǎo)體材料,形成第一源漏極和第二源漏極。雖然第二區(qū)域II上的器件密度較小,在第二開(kāi)口內(nèi)外延半導(dǎo)體材料的速率較快,但是由于第二開(kāi)口 210的深度較大,依然能夠使得形成的第一源漏極和第二源漏極的表面齊平。
[0064]請(qǐng)參考圖6,采用濕法刻蝕工藝,沿所述第一開(kāi)口 210 (請(qǐng)參考圖5)和第二開(kāi)口220 (請(qǐng)參考圖5)繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底100,形成第一凹槽230和第二凹槽240,所述第一凹槽230和第二凹槽240具有Σ形側(cè)壁。
[0065]采用濕法刻蝕工藝沿所述第一開(kāi)口 210和第二開(kāi)口 220對(duì)半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行各向異性刻蝕,濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為氫氧化鉀溶液或四甲基氫氧化銨溶液等溶液。所述濕法刻蝕工藝在半導(dǎo)體襯底100的不同晶向上具有不同的刻蝕速率,從而使得最終形成的第一凹槽230和第二凹槽240具有Σ形側(cè)壁。
[0066]本實(shí)施例中,形成的第二凹槽240的寬度和深度均大于第一凹槽230的寬度和深度,從而后續(xù)在第一凹槽230內(nèi)形成第一源漏極,在第二凹槽240內(nèi)形成第二源漏極過(guò)程中,第二凹槽240內(nèi)需要填充的半導(dǎo)體材料的厚度和寬度大于第一凹槽230內(nèi)需要填充的半導(dǎo)體材料的厚度和寬度。所述第二凹槽240與第一凹槽230的尺寸差異可以根據(jù)第一區(qū)域I和第二區(qū)域II上待形成的器件密度作調(diào)整,以使得最終形成的第一源漏極和第二源漏極的表面齊平。具體的,第二區(qū)域II上的器件密度越小,第二凹槽240內(nèi)外延半導(dǎo)體材料的速率越大,所以,需要形成的所述第二凹槽240與第一凹槽230之間的尺寸差異越大。
[0067]請(qǐng)參考圖7,在所述第一凹槽230 (請(qǐng)參考圖6)內(nèi)形成第一半導(dǎo)體層250,在所述第二凹槽240 (請(qǐng)參考圖6)內(nèi)形成第二源漏極260,所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260的表面齊平。
[0068]本實(shí)施例中,采用選擇性外延工藝在所述第一凹槽230和第二凹槽240內(nèi)填充半導(dǎo)體材料,形成填充滿所述第一凹槽230的第一半導(dǎo)體層250和填充滿所述第二凹槽240的第二半導(dǎo)體層260。
[0069]本實(shí)施例中,在所述第一區(qū)域I和第二區(qū)域II上形成的均為PMOS晶體管,所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260的材料為SiGe,可以對(duì)PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力,從而提高PMOS晶體管的溝道區(qū)域的載流子遷移率,從而提高形成的PMOS晶體管的性倉(cāng)泛。
[0070]本實(shí)施例中,所述外延工藝采用的硅源氣體至少包括硅烷、乙硅烷或丙硅烷中的一種,鍺源氣體至少包括鍺烷、乙鍺烷或丙硅烷中的一種,刻蝕氣體包括氯化氫、氟化氫或氯氣中的一種,壓強(qiáng)范圍為0.1托?200托,溫度范圍為700°C?900°C,所述硅源氣體的流量為50sccm?lOOOsccm,鍺源氣體的流量為50sccm?lOOOsccm,刻蝕氣體的流量為100?2000sccm。由于所述半導(dǎo)體襯底100的其他區(qū)域表面均形成有氧化層130,所以僅能在所述第一凹槽230和第二凹槽240表面形外延形成半導(dǎo)體材料。
[0071]本實(shí)施例中,在所述第一凹槽230和第二凹槽240內(nèi)形成所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260之后,再對(duì)所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260進(jìn)行離子注入摻雜,形成第一源漏極和第二源漏極。
[0072]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,在采用外延工藝形成所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260的過(guò)程中,還可以通入摻雜氣體,從而采用原位摻雜工藝對(duì)所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260進(jìn)行摻雜,形成第一源漏極和第二源漏極。所述第一源漏極和第二源漏極的摻雜離子為P型摻雜離子,本實(shí)施例中,所述第一源漏極和第二源漏極的摻雜離子為B離子,所述摻雜氣體可以是B2H6或BF3等摻硼氣體。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,所述第一源漏極和第二源漏極的摻雜離子還可以是Ga或In等P型離子。
[0073]本實(shí)施例中,所述第一凹槽230和第二凹槽240具有Σ型側(cè)壁,可以提高形成第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260與溝道區(qū)域的接觸面積,降低第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260與溝道區(qū)域之間的距離,從而提高第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260對(duì)溝道區(qū)域的應(yīng)作用,進(jìn)一步提高第一區(qū)域I和第二區(qū)域II上形成的PMOS晶體管的性能。
[0074]在采用外延工藝形成所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260過(guò)程中,由于所述第一區(qū)域I上的器件密度大于第二區(qū)域II上的器件密度,所以第二區(qū)域II上的氣體交換速率大于第一區(qū)域I上的氣體交換速率,導(dǎo)致外延過(guò)程中第二區(qū)域II上的反應(yīng)氣體的濃度比第一區(qū)域I上的反應(yīng)氣體濃度大,從而使得第二區(qū)域II上的外延速率大于第一區(qū)域I上的外延速率,從而使得第二凹槽240內(nèi)的半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)速率大于第一凹槽230內(nèi)的半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)速率。由于本實(shí)施例中,所述第二凹槽240的尺寸大于第一凹槽230的尺寸,所以,第二凹槽240內(nèi)需要沉積的半導(dǎo)體材料的體積大于第一凹槽230內(nèi)需要沉積的半導(dǎo)體材料的體積,從而使得最終在第一凹槽230內(nèi)形成的第一半導(dǎo)體層250、第二凹槽240內(nèi)形成的第二半導(dǎo)體層260的表面齊平,進(jìn)而后續(xù)形成的第一源漏極和第二源漏極的表面齊平。
[0075]本實(shí)施例中,所述第一半導(dǎo)體層250和第二半導(dǎo)體層260的表面高于半導(dǎo)體襯底100的表面,可以提高后續(xù)在第一源極和第二源漏極表面形成的金屬硅化物層以及金屬插塞與晶體管溝道區(qū)域的距離,減小所述金屬硅化物層以及金屬插塞的應(yīng)力對(duì)溝道區(qū)造成不利的影響,從而進(jìn)一步提聞晶體管的性能。
[0076]請(qǐng)參考圖8,形成覆蓋第一區(qū)域I的掩膜層300,對(duì)所述第二半導(dǎo)體層260內(nèi)進(jìn)行輕摻雜尚子注入。
[0077]對(duì)所述第二半導(dǎo)體層260進(jìn)行輕摻雜離子注入可以降低形成的晶體管的短溝道效應(yīng),所述輕摻雜離子注入的摻雜離子與待形成的晶體管的類型一致,本實(shí)施例中,所述輕摻雜離子注入的摻雜離子為P型離子。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,在進(jìn)行所述輕摻雜離子注入之后,還可以對(duì)所述二半導(dǎo)體層260進(jìn)行暈環(huán)離子注入,以提高所述晶體管的源漏穿通電壓,所述暈環(huán)離子注入的摻雜離子類型與晶體管的類型相反。
[0078]請(qǐng)參考圖9,對(duì)所述第二半導(dǎo)體層260 (請(qǐng)參考圖8)進(jìn)行輕摻雜離子注入之后,對(duì)第二半導(dǎo)體層260進(jìn)行重?fù)诫s離子注入,形成第二源漏極260a,然后去除掩膜層300,對(duì)第一半導(dǎo)體層250進(jìn)行重?fù)诫s離子注入,形成第一源漏極250a。
[0079]本實(shí)施例中,所述重?fù)诫s離子注入的摻雜離子為P型離子,可以是B、Ga或In等。所述第一源漏極250a和第二源漏極260a表面齊平,且所述第一源漏極250a和第二源漏極260a表面高于半導(dǎo)體襯底100表面。
[0080]所述第一源漏極250a和第二源漏極260a的表面齊平,有利于降低后續(xù)在第一源漏極250a和第二源漏極260a的表面形成金屬娃化物層以及金屬插塞的難度。
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