[發明專利]MOS晶體管及其形成方法

有效

• 申請號: 201010233576.4
• 申請日: 2010-07-16
• 公開（公告）號: CN102339859A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 朱慧瓏;尹海洲;駱志炯
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所;北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種MOS晶體管及其形成方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，集成電路集成化程度越來越高，器件的尺寸也不斷減小。然而器件尺寸的不斷減小導致器件的性能也受到很大的影響。例如，當溝道的長度縮小到50nm之下時，器件開始表現出短溝道效應，包括載流子遷移率下降、閾值電壓增大以及漏感應勢壘下降(DIBL)等問題。

為了減少由于尺寸縮小造成的問題，可以通過應力技術來改善溝道區的應力，從而提高載流子的遷移率，提高器件的性能。

具體是通過使金屬-氧化物-半導體場效應管(MOSFET)的溝道區產生雙軸應力或者單軸應變，從而增加溝道區載流子的遷移速率，提高MOSFET的器件響應速度。具體的應變存儲技術的原理是通過在MOS管的柵極下溝道處的硅原子的間距改變，減小載流子通行所受到的阻礙，也就是相當于減小了電阻，因而半導體器件發熱量和能耗都會降低，而運行速度則會得到提升。比如，對于n型MOSFET來說，增大柵極下溝道處的硅原子的間距，對于p型MOSFET來說，減小柵極下溝道處的硅原子的間距。

比如現有技術公開了一種在溝道區具有高應力的MOSFET及其制造方法，通過蝕刻選擇性地去除源和漏延伸區，并且在半導體襯底上生長所述源和漏延伸區中的嵌入的應力產生材料，僅須在源和漏的延伸區中生長嵌入的應力產生材料，或者在源和漏延伸區和重摻雜源和漏區中生長嵌入的應力產生材料，從而提高溝道區的應力，提高器件性能。

然而采用該方式形成的MOSFET，由于應力產生材料僅位于源極和漏極的延伸區或重摻雜源極和漏極區中，其所能引起溝道區的晶格變形比較有限，對溝道區的應變影響較為有限；而且在上述技術中，其半導體襯底的縱向漏電流較高。

因此，需要一種新的MOS晶體管的形成方法，以便增大溝道區的應變和提高載流子速度。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種溝道區具有加強應變的MOS晶體管及其形成方法，可以提高溝道區載流子的速度以提高器件響應速度，并且器件的漏電流較小。

為解決上述問題，本發明提供一種MOS晶體管，包括：半導體襯底，所述半導體襯底包括基底、依次位于基底上的絕緣層和器件層；位于器件層表面的柵堆疊、及位于柵堆疊兩側的第一柵極側墻，位于柵堆疊下方的器件層構成MOS晶體管的溝道區；位于所述絕緣層兩側的籽晶側墻；位于所述溝道區和籽晶側墻兩側的源極區和漏極區，所述源極區和漏極區為外延薄膜依次經過非晶化處理和退火處理形成，在退火處理過程中，所述外延薄膜產生晶化，在晶化過程中產生的缺陷和位錯在外延薄膜內延伸并停止于籽晶側墻，并且，所述外延薄膜、柵堆疊以及第一柵極側墻表面形成有應力層，所述應力層內的應力在退火過程中傳遞至所述溝道區的兩側。

對于n型MOS晶體管，對于n型MOS晶體管，所述應力層具有拉應力；對于p型MOS晶體管，所述應力層具有壓應力。

優選地，所述籽晶側墻由SiGe、Si或Si:C形成；所述籽晶側墻可以進一步覆蓋所述溝道區的臨近絕緣層部分。

優選地，所述半導體襯底為SOI襯底，所述絕緣層為SOI襯底中的掩埋絕緣層，所述器件層為SOI襯底中的頂層半導體。

優選地，所述外延薄膜上、所述第一柵極側墻的兩側還形成有第二柵極側墻。

相應地，本發明還提供一種MOS晶體管的形成方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底包括基底、依次位于基底上的絕緣層和器件層；在器件層表面形成柵堆疊、及位于柵堆疊兩側的第一柵極側墻；刻蝕位于所述第一柵極側墻兩側的半導體襯底至所述基底露出，柵堆疊下方的器件層形成MOS晶體管的溝道區；在刻蝕后的絕緣層的兩側形成籽晶側墻，所述籽晶側墻覆蓋所述絕緣層的兩側；在籽晶側墻兩側外延形成外延薄膜；對所述外延薄膜進行非晶化處理；在外延薄膜、柵堆疊以及第一柵極側墻表面形成應力層；進行退火，所述外延薄膜形成源極區和漏極區，并且所述應力層內的應力傳遞到溝道區的兩側，而且進行退火時，所述源極區和漏極區由于晶化產生的缺陷和位錯延伸并停止于所述籽晶側墻；去除所述應力層。

對于n型MOS晶體管，所述應力層具有拉應力；對于p型MOS晶體管，所述應力層具有壓應力。

優選地，所述籽晶側墻由SiGe、Si或Si:C形成；所述退火溫度可以為900～1100℃。

優選地，在形成籽晶側墻時，所述籽晶側墻進一步覆蓋所述溝道區的臨近絕緣層部分。

優選地，在籽晶側墻兩側外延形成外延薄膜之后，還包括在所述外延薄膜上、所述第一柵極側墻兩側形成第二柵極側墻。