[發明專利]晶體管及其形成方法

有效

• 申請號: 201210093380.9
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN103367154A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 禹國賓
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/10
• 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，特別涉及一種晶體管及其形成方法。

背景技術

隨著半導體制造技術的飛速發展，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。為了獲得較好的電學性能，通常需要通過控制載流子遷移率來提高半導體器件性能。

現有一種提高溝道區載流子遷移的方法是在晶體管的溝道區形成硅鍺應變層，具體過程包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底內形成凹槽；在凹槽內填充滿硅鍺應變層；在硅鍺應變層表面形成柵極結構。

現有在溝道區形成硅鍺應變層的方法提高溝道區載流子的遷移率有限。

更多關于溝道區形成硅鍺層方法的介紹請參考公開號為US2007/0275513A1的美國專利。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種晶體管及其形成方法，提高了溝道區載流子的遷移率。

為解決上述問題，本發明實施例提供了一種晶體管的形成方法，包括：

提供半導體襯底；

在所述半導體襯底內形成凹槽；

在所述凹槽內填充滿含碳的硅鍺應變層；

在含碳的硅鍺應變層上形成柵極結構。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層的形成方法為原位摻雜外延工藝。

可選的，所述原位摻雜外延工藝采用的氣體為SiH₄、GeH₄和CH₄。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層的形成方法為：采用外延工藝在凹槽內填充滿硅鍺層；對所述硅鍺層進行碳離子注入，形成含碳的硅鍺應變層。

可選的，所述離子注入的能量范圍為200eV～5KeV，劑量范圍為5E12～1E18/cm²。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層的厚度為5～50納米。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層中鍺原子的百分比含量為5～60％。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層中碳原子的百分比含量為0.01～3％。

可選的，還包括：所述含碳的硅鍺應變層表面形成緩沖層。

可選的，所述緩沖層的材料為硼化硅。

可選的，所述緩沖層的厚度為1～10納米。

可選的，所述緩沖層的形成工藝為外延工藝。

可選的，還包括：以所述柵極結構為掩膜，對柵極結構兩側的半導體襯底進行離子注入，形成晶體管的源/漏區。

本發明實施例還提供了一種晶體管，其特征在于，包括：

半導體襯底；

位于半導體襯底內的凹槽；

位于凹槽內的含碳的硅鍺應變層，所述含碳的硅鍺應變層的表面低于半導體襯底的表面或與半導體襯底表面平齊；

位于含碳的硅鍺應變層上的柵極結構。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層的厚度為5～50納米。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層中鍺原子的百分比含量為5～60％。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層中碳原子的百分比含量為0.01～3％。

可選的，所述含碳的硅鍺應變層表面還具有緩沖層。

可選的，所述緩沖層的材料為硼化硅。

可選的，所述緩沖層的厚度為1～10納米。

可選的，還包括，位于所述柵極結構兩側半導體襯底內的源/漏區。

與現有技術相比，本發明技術方案具有以下優點：

在溝道區形成含碳的硅鍺應變層，由于碳原子比硅原子和鍺原子小很多，碳原子會補償硅鍺應變層中的晶格失配，減小硅鍺應變層與半導體襯底之間的晶格錯位，提高溝道區載流子的遷移率。

進一步，所述含碳的硅鍺應變層中鍺原子的百分比含量為5～60％，相對應的，所述含碳的硅鍺應變層中碳原子的百分比含量為0.01～3％，此時碳原子對硅鍺應變層中的晶格失配的補償效果最佳，硅鍺應變層與半導體襯底之間的晶格錯位影響最小，從而提高了溝道區載流子的遷移率，碳原子的百分比含量與鍺原子的百分比含量相互關聯，碳原子的百分比過高會使得硅鍺應變層產生張應變，碳原子的百分比含量過低，會使得晶格失配的補償效果有限。

更進一步，在含碳的硅鍺應變層形成緩沖層，作為含碳的硅鍺應變層與柵極結構之間的緩沖區，防止含碳的硅鍺應變層的應變對柵極結構的影響，提供晶體管的性能。

附圖說明