[發明專利]CMOS晶體管及其形成方法、鰭式場效應晶體管及其形成方法

有效

• 申請號: 201310006452.6
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103915385A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 王冬江;張海洋
• 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: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L27/092;H01L21/336;H01L29/78
• 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

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及CMOS晶體管及其形成方法、鰭式場效應晶體管及其形成方法。

背景技術

由于應力可以改變溝道區中的載流子遷移率，因此通過應力來提高MOS晶體管的性能成為越來越常用的手段。在現有技術中，應變記憶技術（SMT，Stress?Memorization?Technology）和嵌入式鍺硅（Embedded?GeSi）技術，是為溝道區提供應力，提高溝道區載流子遷移率的兩種常用手段。使用上述兩種手段，在溝道區導通時，避免了溝道區中的部分載流子在運動過程中遭到晶格的反射而發生運動軌跡改變，提高了載流子的遷移率，提升了晶體管的性能。

但是，隨著半導體器件的特征尺寸越來越小，相應地，溝道區的尺寸也縮小了，溝道區的深度變淺。參照圖1，溝道區變淺時，在柵電壓、源區和漏區之間的電壓作用下，在柵極10下的溝道區中運動的部分載流子的運動方向（箭頭方向）會發生偏轉，到達柵介質層11與溝道區的界面，并在該界面處發生反射。之后，該部分載流子的運動速率和方向都發生了改變，從而降低了溝道區中載流子的遷移率，降低了晶體管的性能。

更多關于提高溝道區載流子遷移率的方法，請參照2009年8月4日公開的公開號為US7569443B2的美國專利文獻。

發明內容

本發明解決的問題是現有技術的晶體管的性能降低。

為解決上述問題，本發明提供了一種CMOS晶體管的形成方法，包括：

提供半導體襯底；

沿柵線方向，在所述半導體襯底中形成隔離溝槽，相鄰隔離溝槽之間為有源區；

在所述隔離溝槽中形成磁性材料層，所述磁性材料層與溝道區具有相對的部分；

在形成所述磁性材料層后，在所述有源區上形成位于所述半導體襯底上的柵介質層、位于所述柵介質層上的柵極，及位于柵極兩側半導體襯底中的源極和漏極；

形成柵極、源極和漏極后，對所述磁性材料層進行磁化處理，或者，在形成所述磁性材料層后，形成柵極、源極和漏極之前，對所述磁性材料層進行磁化處理；

其中，經磁化處理的磁性材料層具有N極和S極，柵線方向上相鄰的兩個磁性材料層在所述柵極下的溝道區中產生磁場，設定垂直于半導體襯底表面且平行于柵長方向的晶體管剖面為紙面：當CMOS晶體管為N型晶體管，所述磁場的方向為垂直所述紙面并指向紙內，當CMOS晶體管為P型晶體管時，所述磁場的方向為垂直所述紙面并指向紙外。

可選的，所述磁性材料層的厚度與溝道區的厚度相等，且所述磁性材料層的底部與溝道區的底部持平。

可選的，在所述隔離溝槽中形成磁性材料層的方法，包括：

沉積磁性材料，覆蓋所述半導體襯底、填充隔離溝槽；

去除高出所述半導體襯底表面的磁性材料，剩余隔離溝槽中的磁性材料，為磁性材料層。

可選的，所述磁性材料層的材料包括：鐵、鈷、鎳中的一種，或鐵、鈷或鎳的氧化物，或鐵、鎳、鈷中的兩種或三種的合金，或鐵合金、鎳合金或鈷合金。

可選的，所述沉積磁性材料的方法，包括物理氣相沉積、化學氣相沉積或濺射工藝。

可選的，去除高出半導體襯底表面的磁性材料的方法，包括化學機械拋光或回刻工藝。

可選的，在形成磁性材料層之前，還包括在所述隔離溝槽中形成第一介質層；

形成第一介質層的方法，包括：

形成介質層，覆蓋半導體襯底、填充隔離溝槽；

去除高出半導體襯底表面的介質層、隔離溝槽中的部分厚度的介質層，形成隔離溝槽中的第一介質層。

可選的，所述第一介質層的上表面與溝道區底部持平。

可選的，在所述隔離溝槽中形成磁性材料層后，還包括：在所述隔離溝槽中形成位于磁性材料層上的第二介質層，形成第二介質層的方法，包括：

沉積第二介質層，覆蓋半導體襯底；

去除半導體襯底表面的第二介質層，形成隔離溝槽中位于磁性材料層上的第二介質層。

可選的，在所述柵極兩側的半導體襯底中形成源極和漏極的方法，包括：

在所述柵極兩側的半導體襯底中形成sigma形凹槽；

在所述sigma形凹槽中形成半導體材料；

在形成半導體材料后，在所述sigma形凹槽的半導體材料中進行離子注入，形成源極和漏極。

可選的，若所述CMOS晶體管為N型晶體管，所述半導體材料為碳硅；若所述CMOS晶體管為P型晶體管，所述半導體材料為鍺硅。