晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸縮小，晶體管的性能也受到 影響。為了進(jìn)一步提高晶體管的性能，應(yīng)力工程被引入晶體管的制程中。對(duì)晶體管的溝道 區(qū)域施加壓應(yīng)力可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率，而對(duì)晶體管的溝道區(qū)域施加張應(yīng)力， 則可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的電子遷移率。
[0003] 由于電子在單晶硅中的遷移率大于空穴的遷移率，所以，現(xiàn)有技術(shù)通常通過(guò)應(yīng)力 工程提高PM0S晶體管的空穴遷移率，以使得PM0S晶體管的載流子遷移率與NM0S晶體管的 載流子遷移率匹配。一般通過(guò)采用應(yīng)力材料形成PM0S晶體管的源極和漏極，以對(duì)PM0S晶 體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力，從而提高所述PM0S晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率。具體 包括：在PM0S晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，然后再在所述凹槽內(nèi)填充 應(yīng)力材料作為PM0S晶體管的源極和漏極。所述應(yīng)力材料的晶格常數(shù)大于半導(dǎo)體襯底溝道 區(qū)域的晶格常數(shù)，從而會(huì)對(duì)PM0S晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力。所述PM0S晶體管采用的 應(yīng)力材料一般為SiGe?，F(xiàn)有技術(shù)也可以采用SiC作為NM0S晶體管的源極和漏極，進(jìn)一步提 高NM0S晶體管的載流子遷移率。
[0004] 但是，目前采用上述方法形成的晶體管的源極和漏極表面具有較多缺陷，使得源 極和漏極的接觸電阻較高，影響晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種晶體管及其形成方法，提高晶體管的性能。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在 所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽；在所述 凹槽內(nèi)壁內(nèi)且填充滿所述凹槽的應(yīng)力層；在所述應(yīng)力層表面形成過(guò)渡層；在所述過(guò)渡層表 面形成蓋帽層，所述蓋帽層的表面高于半導(dǎo)體襯底的表面，所述蓋帽層與過(guò)渡層的晶格常 數(shù)差異小于蓋帽層與應(yīng)力層的晶格常數(shù)差異。
[0007] 可選的，所述蓋帽層的生長(zhǎng)速率大于過(guò)渡層的生長(zhǎng)速率。
[0008] 可選的，所述應(yīng)力層包括位于凹槽內(nèi)壁表面的種子層和位于所述種子層表面的體 層。
[0009] 可選的，所述種子層的材料為SiGe，所述體層的材料為SiGe，所述蓋帽層的材料 為SiGe，且所述種子層、體層和蓋帽層內(nèi)的Ge含量不相同；所述種子層的Ge含量小于體層 的Ge含量，所述蓋帽層內(nèi)的Ge含量小于體層內(nèi)的Ge含量。
[0010] 可選的，所述種子層內(nèi)的Ge含量為5%~25%，所述體層內(nèi)的Ge含量為25%~ 45%，蓋帽層內(nèi)的Ge含量為1 %~15%。
[0011] 可選的，所述種子層的材料為SiC，所述體層的材料為SiC，所述蓋帽層的材料為 SiC，且所述種子層、體層和蓋帽層內(nèi)的C含量不相同；所述種子層的C含量小于體層的C含 量，所述蓋帽層內(nèi)的C含量小于體層內(nèi)的C含量。
[0012] 可選的，所述種子層內(nèi)的C含量為1 %~3%，所述體層內(nèi)的C含量為3%~10%， 蓋帽層內(nèi)的C含量為0. 5%~2%。
[0013] 可選的，所述體層內(nèi)具有P型或N型摻雜離子，所述體層內(nèi)的P型或N型摻雜離子 濃度為lE19atom/cm3 ~lE19atom/cm3。
[0014] 可選的，所述蓋帽層內(nèi)具有P或N型摻雜離子，所述蓋帽層內(nèi)的P型或N型摻雜離 子濃度為lE19atom/cm3 ~lE19atom/cm3。
[0015] 可選的，所述過(guò)渡層的材料為Si，所述過(guò)渡層的厚度為丨A~50入。
[0016] 可選的，采用選擇性外延工藝形成所述種子層、體層和蓋帽層，所述選擇性外延工 藝采用的外延氣體包括鍺源氣體、硅源氣體、HC1和H2，其中，鍺源氣體為GeH4，硅源氣體包 括SiH4或SiH2Cl2，鍺源氣體、硅源氣體和HC1的氣體流量為lsccm~lOOOsccm，H2的流量 為 0·lslm~50slm，溫度為 50(TC~80(TC，壓強(qiáng)為ITorr~lOOTorr。
[0017] 可選的，形成所述體層和蓋帽層的選擇性外延工藝的外延氣體還包括摻雜氣體， 所述摻雜氣體包括B2H6，所述摻雜氣體的流量為lsccm~lOOOsccm。
[0018] 可選的，所述鍺源氣體由碳源氣體替代，所述碳源氣體包括CH4。
[0019] 可選的，形成所述體層和蓋帽層的選擇性外延工藝的外延氣體還包括摻雜氣體， 所述摻雜氣體包括PH3，所述摻雜氣體的流量為lsccm~lOOOsccm。
[0020] 可選的，采用選擇性外延工藝形成所述過(guò)渡層，所述選擇性外延工藝采用的外延 氣體包括硅源氣體、HC1和H2，其中硅源氣體包括SiH4或SiH2Cl2，所述硅源氣體和HC1的氣 體流量為lsccm~lOOOsccm，H2的流量為0·lslm~50slm，溫度為500°C~800°C，壓強(qiáng)為 ITorr~100Torr〇
[0021] 可選的，所述凹槽具有垂直于半導(dǎo)體襯底表面的側(cè)壁或Σ側(cè)壁。
[0022] 可選的，所述種子層的厚度為20~30nm，所述蓋帽層的厚度為10nm~20nm。
[0023] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種采用上述方法形成的晶體管，包 括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯 底內(nèi)的凹槽；位于所述凹槽內(nèi)且填充滿所述凹槽的應(yīng)力層；位于所述應(yīng)力層表面的過(guò)渡 層；位于所述過(guò)渡層表面的蓋帽層，所述蓋帽層的表面高于半導(dǎo)體襯底的表面，且所述蓋帽 層與過(guò)渡層的晶格常數(shù)差異小于蓋帽層與應(yīng)力層的晶格常數(shù)差異。
[0024] 可選的，所述應(yīng)力層包括位于凹槽內(nèi)壁表面的種子層和位于所述種子層表面的體 層。
[0025] 可選的，所述種子層的材料為SiGe，所述體層的材料為SiGe，所述蓋帽層的材料 為SiGe，所述種子層內(nèi)的Ge含量為5%~25%，所述體層內(nèi)的Ge含量為25%~45%，蓋 帽層內(nèi)的Ge含量為1 %~15%;或者，所述種子層的材料為SiC，所述體層的材料為SiC，所 述蓋帽層的材料為SiC，所述種子層內(nèi)的C含量為1 %~3 %，所述體層內(nèi)的C含量為3 %~ 10%，蓋帽層內(nèi)的C含量為0. 5%~2%。
[0026] 可選的，所述過(guò)渡層的材料為Si，厚度為?A~50Λ;所述種子層的厚度為20~ 30nm，所述蓋帽層的厚度為10nm~20nm。
[0027] 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(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之后，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半 導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，然后在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，再在所述應(yīng)力層表面形成過(guò)渡層之 后，在過(guò)渡層表面形成蓋帽層。所述過(guò)渡層的沉積速率小于蓋帽層的沉積速率，雖然所述過(guò) 渡層與應(yīng)力層的晶格常數(shù)之間具有差異，但是由于沉積速率緩慢，并且由于晶格具有弛豫 特性，所以在所述過(guò)渡層與應(yīng)力層的界面上的晶格常數(shù)會(huì)發(fā)生過(guò)渡，使得所述過(guò)渡層與應(yīng) 力層的界面上基本不存在或僅有少量的缺陷存在，且隨著所述過(guò)渡層的厚度增加，所述缺 陷逐漸消失，使得過(guò)渡層的表面沒(méi)有缺陷，可以提高后續(xù)在過(guò)渡層表面形成的蓋帽層的質(zhì) 量；且所述過(guò)渡層與后續(xù)形成的蓋帽層之間的晶格常數(shù)差異小于蓋帽層與應(yīng)力層之間的晶 格常數(shù)差異，所以，所述過(guò)渡層可以作為晶格常數(shù)過(guò)渡層，與直接在應(yīng)力層表面形成蓋帽層 相比，在過(guò)渡層表面形成蓋帽層，可以降低蓋帽層與下層材料層之間的晶格常數(shù)差異，從而 進(jìn)一步提高所述蓋帽層的沉積質(zhì)量，從而提高形成的晶體管的性能。
[0029] 進(jìn)一步，所述過(guò)渡層的厚度為1A~50A。所述過(guò)渡層的厚度較小，可以避免對(duì)晶 體管的載流子遷移率造成不良的影響，并且，也容易在形成蓋帽層的過(guò)程中，由于外延工藝 的溫度較高，蓋帽層和應(yīng)力層內(nèi)的摻雜離子會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入所述過(guò)渡層內(nèi)，由于所述過(guò)渡層的 厚度較小，所述過(guò)渡層能夠被完全摻雜，從而減小所述過(guò)渡層的電阻。
[0030] 本發(fā)明的技術(shù)方案提出的晶體管，晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的應(yīng)力 層與蓋帽層之間具有過(guò)渡層，過(guò)渡層與蓋帽層之間的晶格常數(shù)差異小于蓋帽層與應(yīng)力層之 間的晶格常數(shù)差異，所以，所述過(guò)渡層可以作為晶格常數(shù)過(guò)渡層，與直接在應(yīng)力層表面形成 蓋帽層相比，在過(guò)渡層表面形成蓋帽層，可以降低蓋帽層與下層材料層之間的晶格常數(shù)差 異，從而進(jìn)一步提高所述蓋帽層的沉積質(zhì)量，從而提高形成的晶體管的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1至圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的晶體管的形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。
[0033] 采用應(yīng)力工程形成晶體管的源極和漏極的過(guò)程中，所述源極和漏極的應(yīng)力材料的 形成過(guò)程一般包括種子層、位于種子層表面的體層和位于體層表面的蓋帽層。所述應(yīng)力材 料為SiGe或SiC，且蓋帽層內(nèi)的Ge含量或C含量遠(yuǎn)小于體層內(nèi)的Ge含量或C含量，使得蓋 帽層與體層的晶格常數(shù)相差較大。由于所述SiC或SiGe的外延生長(zhǎng)速率較快，由于蓋帽層 與體層之件晶格不匹配造成大量應(yīng)力，使得所述蓋帽層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)較多的缺陷，影響形成的 晶體管的性能。
[0034] 本發(fā)明的實(shí)施例中，在形成所述體層之后，在體層表面形成過(guò)渡層之后，再在所述 過(guò)渡層表面形成蓋帽層，所述過(guò)渡層的生長(zhǎng)速率小于蓋帽層的生長(zhǎng)速率，使得形成的過(guò)渡 層內(nèi)基本沒(méi)有缺陷，并且，所述過(guò)渡層與蓋帽層之間的晶格常數(shù)差距較小，從而提高形成的 蓋帽層的質(zhì)量，進(jìn)而提高晶體管的性能。
[0035] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯蓋帽層內(nèi)易懂，下面結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0036] 請(qǐng)參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100。
[0037] 所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅