[發(fā)明專利]PMOS晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310231963.8
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN104241130B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋慶松;于書坤
• 申請（專利權(quán)）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;H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種PMOS晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件及其形成方法。

背景技術(shù)

金屬氧化物半導(dǎo)體（Metal-Oxide-Semiconductor，簡稱為MOS）晶體管已成為集成電路中常用的半導(dǎo)體器件。所述MOS晶體管包括：P型金屬氧化物半導(dǎo)體（PMOS）晶體管和N型金屬氧化物半導(dǎo)體（NMOS）晶體管。

隨著半導(dǎo)體器件的元件密度和集成度的提高，PMOS晶體管或NMOS晶體管的柵極尺寸變得比以往更短。然而，PMOS晶體管或NMOS晶體管的柵極尺寸變短會產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生漏電流，影響CMOS晶體管的電學(xué)性能。現(xiàn)有技術(shù)主要通過提高晶體管溝道區(qū)的應(yīng)力來提高載流子遷移率，進(jìn)而提高晶體管的驅(qū)動電流，減少晶體管中的漏電流。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高PMOS晶體管溝道區(qū)的應(yīng)力，在PMOS晶體管源區(qū)和漏區(qū)形成材料為鍺硅（SiGe）的主應(yīng)力層，通過硅和鍺硅之間晶格失配形成的壓應(yīng)力來提高PMOS晶體管溝道區(qū)中空穴的遷移率，從而提高PMOS晶體管的性能。

現(xiàn)有工藝在形成上述PMOS晶體管時(shí)，包括：提供半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(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)形成第一凹槽；在所述第一凹槽內(nèi)形成鍺硅層。

由于鍺硅層中壓應(yīng)力與鍺硅層中鍺的含量有關(guān)，為了增大鍺硅層的應(yīng)力，使鍺硅層中鍺所占的原子數(shù)百分比大于30%。然而，由于鍺硅層與半導(dǎo)體襯底（材料為硅）的晶格排列不同，導(dǎo)致鍺硅層和半導(dǎo)體襯底在鍺硅層與半導(dǎo)體襯底之間的接觸面發(fā)生位錯(cuò)（Stack false），導(dǎo)致鍺硅層中壓應(yīng)力在傳遞至PMOS晶體管的溝道區(qū)之前釋放，鍺硅層在提高PMOS晶體管溝道區(qū)中壓應(yīng)力的效果有限。

針對上述問題，現(xiàn)有工藝在第一凹槽內(nèi)形成鍺硅層之前，先在第一凹槽的底部和側(cè)壁上形成鍺硅的緩沖應(yīng)力層，并使緩沖應(yīng)力層中鍺所占的原子數(shù)百分比保持在5%～25%之間，以避免或者減少鍺硅層與半導(dǎo)體襯底在兩者之間的接觸面發(fā)生位錯(cuò)，使鍺硅層中壓應(yīng)力能夠傳遞至PMOS晶體管的溝道區(qū)，提高PMOS晶體管溝道區(qū)中壓應(yīng)力。

然而，在對包括緩沖應(yīng)力層的PMOS晶體管進(jìn)行測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，PMOS晶體管溝道區(qū)中壓應(yīng)力并沒有顯著增加，通過在半導(dǎo)體襯底和鍺硅層之間增加緩沖應(yīng)力層來提高PMOS晶體管性能的效果有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種PMOS晶體管及其形成方法、半導(dǎo)體器件及其形成方法，提高PMOS晶體管溝道區(qū)中空穴的遷移率，提高PMOS晶體管和包括PMOS晶體管的半導(dǎo)體器件的性能。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種PMOS晶體管的形成方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底；

在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一柵極結(jié)構(gòu)；

在所述第一柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一凹槽；

在所述第一凹槽的底部和側(cè)壁上形成緩沖應(yīng)力材料層，并對所述緩沖應(yīng)力材料層進(jìn)行刻蝕，以形成緩沖應(yīng)力層，位于所述第一凹槽底部上緩沖應(yīng)力層的厚度與位于所述第一凹槽側(cè)壁上緩沖應(yīng)力層的厚度的比值為1:1～0.8；

在包括所述緩沖應(yīng)力層的第一凹槽內(nèi)形成主應(yīng)力層。

可選的，所述緩沖應(yīng)力層的材料為鍺硅，所述緩沖應(yīng)力層中鍺所占的原子數(shù)百分比范圍為5%～25%。

可選的，對所述緩沖應(yīng)力材料層進(jìn)行刻蝕的方法為干法刻蝕。

可選的，所述干法刻蝕的溫度范圍為0℃～1000℃，壓強(qiáng)范圍為0torr～2000torr，射頻電源的功率范圍為0W～1000W，射頻偏壓的范圍為30V～2000V，刻蝕氣體為HCl、HBr和HF中的一種或任意組合，所述刻蝕氣體的流量范圍為0sccm～500sccm。

可選的，形成所述緩沖應(yīng)力材料層、對所述緩沖應(yīng)力材料層進(jìn)行刻蝕和形成所述主應(yīng)力層于同一設(shè)備中進(jìn)行。

可選的，對所述緩沖應(yīng)力材料層進(jìn)行刻蝕與形成所述緩沖應(yīng)力材料層同時(shí)進(jìn)行。

可選的，對所述緩沖應(yīng)力材料層進(jìn)行刻蝕的方法為濕法刻蝕。

可選的，所述濕法刻蝕的溶液為無機(jī)堿性溶液，所述無機(jī)堿性溶液PH值的范圍為8～14。

可選的，所述無機(jī)堿性溶液包括KOH、NaOH和NH₄OH中的一種或者任意組合。

可選的，所述無機(jī)堿性溶液為氫氧化鉀溶液，所述氫氧化鉀溶液對（110）、（100）和（111）晶面上緩沖應(yīng)力材料層的刻蝕速率比為1.5～2.5:1:1/500～1/250。

可選的，所述濕法刻蝕的溶液為有機(jī)堿性溶液。