專利名稱：Nmos晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)，更具體的，本發(fā)明涉及一種能提高載流子遷移率的NMOS晶體管及其形成方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，應力可以改變半導體材料的能隙和載流子遷移率。隨著半導體材料壓阻效應(Piezoresistance Effect)的深入研究,業(yè)界逐漸認識到,可以利用應力增加MOS器件的載流子遷移率，即應變娃技術(shù)(Strained Silicon)。公開號為US2007/0196992A1的美國專利文獻公開了一種具有鍺硅和碳化硅源/漏區(qū)的應變硅CMOS晶體管，請參考圖1，包括半導體襯底10，所述半導體襯底10包括待形 成NMOS晶體管的區(qū)域A和待形成PMOS晶體管的區(qū)域B，利用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)15將相鄰的區(qū)域A和區(qū)域B隔開；位于所述半導體襯底區(qū)域A表面的柵極結(jié)構(gòu)20，所述柵極結(jié)構(gòu)20包括位于所述半導體襯底區(qū)域A表面的柵氧化層21、位于所述柵氧化層21表面的柵電極22、位于所述柵氧化層21和柵電極22側(cè)壁表面的側(cè)墻23，位于所述柵極結(jié)構(gòu)20兩側(cè)的半導體襯底10內(nèi)的類矩形結(jié)構(gòu)的源/漏區(qū)25 ;位于所述半導體襯底區(qū)域B表面的柵極結(jié)構(gòu)30，所述柵極結(jié)構(gòu)30包括位于所述半導體襯底區(qū)域B表面的柵氧化層31、位于所述柵氧化層31表面的柵電極32、位于所述柵氧化層31和柵電極32側(cè)壁表面的側(cè)墻33，位于所述柵極結(jié)構(gòu)30兩側(cè)的半導體襯底10內(nèi)的類矩形結(jié)構(gòu)的源/漏區(qū)35 ;其中所述半導體襯底區(qū)域A的源/漏區(qū)的材料為原位形成的碳化硅(SiC)，所述半導體襯底區(qū)域B的源/漏區(qū)的材料為原位形成的鍺娃(SiGe)。對于NMOS晶體管而言，填充所述源/漏區(qū)25的材料是碳化硅，其晶格常數(shù)小于半導體襯底的晶格常數(shù)，對所述源/漏區(qū)25之間的溝道區(qū)產(chǎn)生拉伸應力(Tensile Stress),提聞電子的遷移率。然而現(xiàn)有技術(shù)中晶體管的源/漏區(qū)為類矩形結(jié)構(gòu)，對柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)產(chǎn)生的應力有限，載流子的遷移率的提高較小，晶體管的性能提高有限，因此業(yè)界需要能產(chǎn)生更大應力的MOS器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種能提高電子遷移率的NMOS晶體管及其形成方法，通過增強NMOS晶體管溝道區(qū)的拉伸應力，提高了電子在溝道區(qū)中的遷移率。為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種NMOS晶體管，包括半導體襯底；位于所述半導體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)的開口，所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)接觸的第一開口、位于所述第一開口的底部且與所述第一開口接觸的第二開口、位于所述第二開口底部且與所述第二開口接觸的第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出；填充所述開口的碳化硅應力層，其中所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。可選的，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比和所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同?？蛇x的，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同?？蛇x的，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為第一定值。
可選的，所述第三開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%?？蛇x的，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。可選的，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同?？蛇x的，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。可選的，所述第三開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為
第一定值?？蛇x的，所述第三開口、第一開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%。可選的，所述第一開口的深度的范圍為30nm lOOnm，所述第二開口的深度的范圍為IOnm 40nm，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出的距離范圍也為IOnm 40nm,所述第三開口的深度范圍為IOnm 60nm?？蛇x的，所述半導體襯底的晶向為〈110〉或者〈100〉。本發(fā)明實施例還提供了一種NMOS晶體管的形成方法，包括
提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成開口，所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)接觸的第一開口、位于所述第一開口的底部且與所述第一開口接觸的第二開口、位于所述第二開口底部且與所述第二開口接觸的第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出；填充所述開口形成碳化硅應力層，其中所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比?？蛇x的，形成所述開口的方法包括利用第一干法刻蝕在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成第一開口 ； 利用濕法刻蝕在所述第一開口側(cè)壁和底部形成第二開口，所述第二開口向柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出；利用第二干法刻蝕在所述第二開口下方的半導體襯底內(nèi)形成第三開口?？蛇x的，所述第一干法刻蝕的深度范圍為30nm lOOnm，所述濕法刻蝕導致第二開口向柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)突出的距離范圍為IOnm 40nm，所述第二干法刻蝕的深度范圍為IOnm 60nmo可選的，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比和所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同?？蛇x的，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。可選的，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為第一定值。可選的，所述第三開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%?？蛇x的，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比?？蛇x的，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同?？蛇x的，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同?？蛇x的，所述第三開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為
第一定值。可選的，所述第三開口、第一開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口內(nèi) 碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例的晶體管，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成有開口，所述開口包括第一開口、第二開口和第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出，且所述開口內(nèi)形成有碳化硅應力層，所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較高，由于所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出，且所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較高，使得所述源/漏區(qū)能更有效地拉升所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率。而第一開口、第三開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，可以降低所述半導體襯底表面的碳化硅應力層和后續(xù)形成的金屬硅化物的缺陷數(shù)量，并降低金屬硅化物的表面電阻，提高了器件的電學性能。且所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層與所述柵極結(jié)構(gòu)之間的距離等于或大于第一開口的深度，可有效降低MOS晶體管的柵極邊緣寄生電容。所述第一開口、第二開口、第三開口總的深度很大，大深度的源/漏區(qū)可以產(chǎn)生較大的拉伸應力，進一步的拉伸所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的一種應變硅CMOS晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的NMOS晶體管形成方法的流程示意圖；圖3至圖8為本發(fā)明實施例的NMOS晶體管形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式由于現(xiàn)有技術(shù)中晶體管的源/漏區(qū)為類矩形結(jié)構(gòu)，對柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)產(chǎn)生的應力有限，載流子的遷移率的提高較小，晶體管的性能提高有限，發(fā)明人經(jīng)過研究提出了一種NMOS晶體管及其形成方法，其中所述NMOS晶體管包括半導體襯底；位于所述半導體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)的開口，所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)接觸的第一開口、位于所述第一開口的底部且與所述第一開口接觸的第二開口、位于所述第二開口底部且與所述第二開口接觸的第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出；填充所述開口的碳化硅應力層，其中所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。由于所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出，且所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較高，使得所述源/漏區(qū)能更有效地拉升所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率，而在所述第三開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，可以降低所述半導體襯底表面的碳化硅應力層的缺陷數(shù)量。所述第一開口、第二開口、第三開口總的深度很大，大深度的源/漏區(qū)可以產(chǎn)生較大的拉伸應力，進一步的拉伸所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。請參考圖2，為本發(fā)明實施例的NMOS晶體管形成方法的流程示意圖，具體包括步驟S101，提供半導體襯底；步驟S102，在所述半導體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；步驟S103，利用第一干法刻蝕在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成第一開Π ；步驟S104，利用濕法刻蝕在所述第一開口側(cè)壁和底部形成第二開口，所述第二開口向柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出；步驟S105，利用第二干法刻蝕在所述第二開口下方的半導體襯底內(nèi)形成第三開Π ；步驟S106，在所述第一開口、第二開口、第三開口內(nèi)填充滿碳化硅形成碳化硅應力層，并對所述碳化硅應力層進行離子摻雜，形成源/漏區(qū)。圖3至圖8為本發(fā)明實施例的NMOS晶體管形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請參考圖3，提供半導體襯底100。所述半導體襯底100為硅襯底、硅鍺襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底其中的一種，所述半導體襯底100的晶向為〈110>、〈100>或者其他晶向。在本實施例中，所述半導體襯底100為硅襯底，晶向為〈100〉。所述半導體襯底100內(nèi)還形成有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150，在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150之間的半導體襯底100表面形成有氧化層110，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150位于相鄰的器件之間。在本實施例中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150的材料為氧化硅。由于待形成的器件為NMOS晶體管，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150中填充的介質(zhì)材料的晶格常數(shù)小于半導體襯底100的晶格常數(shù)，以產(chǎn)生拉伸應力，提高電子的遷移率，從而改善NMOS晶體管的電學性能。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150和氧化層110的形成方法包括在相鄰的MOS晶體管之間的半導體襯底100內(nèi)形成溝槽(未圖示)，在所述半導體襯底100表面和所述溝槽表面形成氧化層110，在所述溝槽之間的氧化層110表面形成氮化硅層(未圖示)，在所述溝槽和氮化硅層表面利用化學氣相沉積形成氧化硅層，以所述氮化硅層為拋光阻擋層，對所述氧化硅層進行化學機械拋光，直到暴露出所述氮化硅層，去除所述氮化硅層，在所述溝槽內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150。請參考圖4，在所述半導體襯底100表面形成柵極結(jié)構(gòu)200。所述柵極結(jié)構(gòu)200包括位于所述半導體襯底100表面的柵氧化層210、位于所述柵氧化層210表面的柵電極220、位于所述柵氧化層210部分表面和柵電極220側(cè)壁表面的側(cè)墻230。所述柵氧化層210可以通過刻蝕所述氧化層110(請參考圖3)形成，也可以通過·去除所述氧化層110，再在所述半導體襯底110表面形成柵氧化層，在本實施例中，所述柵氧化層210通過刻蝕所述氧化層110形成。所述柵電極220的材料為多晶硅或摻雜的多晶硅，所述側(cè)墻230的材料可以是氧化硅、氮化硅或是二者的疊層結(jié)構(gòu)。在其他實施例中，所述側(cè)墻位于柵氧化層和柵電極的側(cè)壁表面。由于所述柵極結(jié)構(gòu)的形成方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再贅述。依舊參考圖4，在所述氧化層110(請參考圖3)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150表面形成掩膜層410，具體包括在所述氧化層110和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150表面形成介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層表面形成光刻膠層，對所述光刻膠層進行曝光顯影，形成圖形化的光刻膠層420，以所述圖形化的光刻膠層420為掩膜，對所述介質(zhì)層和氧化層110進行干法刻蝕，直到暴露出所述半導體襯底100表面，形成圖形化的掩膜層410。所述掩膜層410的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其中幾種的疊層結(jié)構(gòu)。刻蝕后的氧化層110包括柵氧化層210和位于所述掩膜層410和半導體襯底100之間的氧化層120。其他實施例中，在所述半導體襯底和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面只形成圖形化的光刻膠層作為后續(xù)刻蝕的掩膜層。請結(jié)合參考圖5 圖7，在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導體襯底100內(nèi)形成開口， 所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)200接觸的第一開口 310、位于所述第一開口 310的底部且與所述第一開口 310接觸的第二開口 320、位于所述第二開口 320底部且與所述第二開口 320接觸的第三開口 330，所述第二開口 320向所述柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出。請參考圖5，利用第一干法刻蝕在所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導體襯底100內(nèi)形成第一開口 310。形成所述第一開口 310的方法為以所述柵極結(jié)構(gòu)200的側(cè)墻230和光刻膠層420、掩膜層410為掩膜，對所述半導體襯底100進行干法刻蝕，形成所述第一開口 310。所述第一開口 310的深度范圍為30nm lOOnm，所述第一開口 310的寬度取決于所述柵極結(jié)構(gòu)200的側(cè)墻230和掩膜層410之間的距離。請參考圖6，利用濕法刻蝕在所述第一開口 310側(cè)壁和底部形成第二開口 320，所述第二開口 320向柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出。所述第二開口 320位于所述第一開口 310的底部且與所述第一開口 310接觸。濕法刻蝕形成所述第二開口 320的具體工藝包括利用濕法刻蝕溶液對所述第一開口 310暴露出的半導體襯底100進行刻蝕，由于濕法刻蝕為各向同性，在對所述第一開口 310暴露出的半導體襯底100進行縱向刻蝕的同時也在進行橫向刻蝕，所述柵極結(jié)構(gòu)200下方的半導體襯底也有部分被刻蝕掉，使得最終形成的第二開口 320向柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出。在本實施例中，所述濕法刻蝕溶液為濃氫氧化鉀溶液，采用的工藝為浸泡或者噴射方式，最終形成的第二開口 320向柵極結(jié)構(gòu)200 —側(cè)突出的距離范圍為IOnm 40nm,由于濕法刻蝕是各向同性的，所述第二開口 320的深度范圍為IOnm 40nm。但在不同晶向的半導體襯底100濕法刻蝕的速率不同，在本發(fā)明實施例中，所述硅襯底100的晶向為〈100〉，所述濕法刻蝕溶液沿著硅襯底的晶向〈100〉刻蝕速率快，而不同于所述晶向〈100〉的其他方向則刻蝕速率較慢。因此，通過選擇適當?shù)陌雽w襯底的晶向，使得濕法刻蝕形成的第二開口 320向柵極結(jié)構(gòu)200 —側(cè)突出。在本實施例中，由于所述掩膜層410邊緣與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150之間還有一定距離，所述第一開口 310不僅向柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出還向淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150的一側(cè)突出。在其他實施例中，當所述掩膜層410的邊緣位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)150的表面，所述第一開口 310僅向柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出。由于所述第二開口向柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)突出，使得后續(xù)形成的源/漏區(qū)能更有效地拉伸所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，所述源/漏區(qū)對晶體管溝道區(qū)產(chǎn)生更大的應力，從而提高晶體管的載流子的遷移率。而且通過選擇半導體襯底的晶向，第二開口向柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的突出部分位于所述第一開口的中下部，使得所述突出部分能更深入的進入柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)內(nèi)，可對晶體管溝道區(qū)產(chǎn)生更大的拉伸應力。所述突出部分與柵極結(jié)構(gòu)不接觸，兩者之間的距離等于或大于第一開口的深度，降低了柵極邊緣寄生電容，可以有效防止MOS晶體管增益的下降。
請參考圖7，利用第二干法刻蝕在所述第二開口 320下方的半導體襯底100內(nèi)形成第三開口 330。形成所述第三開口 330的方法為以所述柵極結(jié)構(gòu)200的側(cè)墻230和光刻膠層420、掩膜層410為掩膜，對所述第二開口 320下方半導體襯底100進行干法刻蝕，形成所述第三開口 330。所述第三開口 330的深度范圍為IOnm 60nm。形成第三開口 330后，所述第一開口、第二開口、第三開口總的開口深度增加了，使得后續(xù)可以填充更多的碳化硅，從而使得晶體管溝道區(qū)的拉伸應力更大，增加電子的遷移率，提高晶體管的電學性能。請參考圖8，在所述第一開口 310、第二開口 320、第三開口 330內(nèi)填充滿碳化硅形成碳化硅應力層，并對所述碳化硅應力層進行離子摻雜，形成源/漏區(qū)300。所述碳化硅的形成方法為外延生長，如氣相外延生長或固相外延生長等。在本實施例中，所述碳化硅的形成工藝為在500°C 575°C的溫度下，利用硅烷、四甲基硅烷、磷化氫反應氣體在所述第一開口 310內(nèi)利用低壓化學氣相沉積(LPCVD)定向外延形成碳化硅，使得形成的碳化硅依次填充滿所述第三開口 330、第二開口 320、第一開口 310，形成碳化娃應力層。通過調(diào)整反應氣體中碳、硅的比例，不同開口位置形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比不相同，其中，所述第一開口 310、第三開口 320內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于或等于所述第二開口 320內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比，所述第二開口 320內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為恒定值或變化值。在一實施例中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。由于所述第三開口的碳化硅應力層是在第三開口底部的半導體襯底表面形成，如果所述第三開口的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較多，很容易因為邊界位錯導致缺陷的產(chǎn)生。因此，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比，從而減少了缺陷的產(chǎn)生。其中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。由于第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了所述碳化硅應力層和半導體襯底邊界的缺陷較少，而所述第一開口、第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比可以比現(xiàn)有技術(shù)中的碳元素的摩爾百分比更高，保證了源/漏區(qū)能產(chǎn)生足夠的拉伸應力，提高了溝道區(qū)電子的遷移率。在其他實施例中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第一定值，所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。在另一實施例中，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口、第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。由于在后續(xù)工藝中，在所述第一開口內(nèi)的碳化娃應力層表面會形成導電插塞，如果所述第一開口內(nèi)碳化娃應力層的碳兀素的摩爾百分比較多，后續(xù)形成導電插塞時形成在所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的金屬硅化物的缺陷會較多，且所述金屬硅化物的表面電阻也較大，使得器件的電學性能變差。因此，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口、第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比，從而減少了金屬硅化物的缺陷的產(chǎn)生。其中，所述·第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第二開口、第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。由于第一開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了在所述碳化硅應力層表面形成金屬硅化物的缺陷較少，所述金屬硅化物的表面電阻也較小，而所述第二開口、第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比可以比現(xiàn)有技術(shù)中的碳元素的摩爾百分比更高，保證了源/漏區(qū)能產(chǎn)生足夠的拉伸應力，提高了溝道區(qū)電子的遷移率。在其他實施例中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第一定值，所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。在另一實施例中，所述第一開口、第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。其中，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值；所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比也是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值；第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。由于第一開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了在所述碳化硅應力層表面形成金屬硅化物的缺陷較少，所述金屬硅化物的表面電阻也較小，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了所述碳化硅應力層和半導體襯底邊界的缺陷較少，而所述第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比可以比現(xiàn)有技術(shù)中的碳元素的摩爾百分比更高，保證了源/漏區(qū)能產(chǎn)生足夠的拉伸應力，提高了溝道區(qū)電子的遷移率。其中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第一定值與所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第一定值可以相同，也可以不同。在其他實施例中，所述第三開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第一定值，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。在本發(fā)明的實施例中，所述碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第二定值的范圍為5% 20%。在其他實施例中，在源/漏區(qū)和半導體襯底之間還形成有一層與所述半導體襯底的材料相同的緩沖層，所述緩沖層的厚度范圍為3nm 10nm。由于所述第二開口是利用濕法刻蝕形成的，所述第一開口、第三開口是利用干法刻蝕形成的，第一開口、第二開口、第三開口內(nèi)壁會比較粗糙，直接在所述內(nèi)壁表面外延形成的碳化硅會產(chǎn)生很多缺陷，影響器件的電學性能，因此先在所述第一開口、第二開口、第三開口內(nèi)壁表面外延形成與所述半導體襯底的材料相同的緩沖層，再在所述緩沖層表面形成碳化硅，由于外延形成的緩沖層具有較為光滑的表面，在所述緩沖層表面外延形成的碳化硅應力層的缺陷較少。 在本實施例中，利用磷化氫作反應氣體可使形成的碳化硅原位摻雜有磷離子。在其他實施例中，所述N型雜質(zhì)(磷離子或砷離子)摻雜的工藝可以通過將N型雜質(zhì)離子注入到所述源/漏區(qū)中的方式完成。在形成源/漏區(qū)之后，除去所述光刻膠層420和掩膜層410。除去所述光刻膠層和掩膜層的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再贅述。在所述第一開口、第二開口、第三開口內(nèi)形成碳化硅應力層后，對所述源/漏區(qū)進行退火處理，使得雜質(zhì)離子被激活，并使得由碳化硅外延引起的缺陷得到修復。所述退火工藝為高溫烘烤或快速熱退火(RTA)，所述退火的溫度范圍為800°C 1100°C，退火時間為IOS 30min。至此，本發(fā)明實施例的NMOS晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖請結(jié)合參考圖7和圖8，包括半導體襯底100 ;位于所述半導體襯底100表面的柵極結(jié)構(gòu)200 ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)的半導體襯底300內(nèi)的開口，所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)200兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)200接觸的第一開口 310、位于所述第一開口 310的底部且與所述第一開口 320接觸的第二開口 320、位于所述第二開口 320底部且與所述第二開口 320接觸的第三開口 330，所述第二開口 320向所述柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出；填充所述開口的碳化硅應力層。所述第一開口 310深度的范圍為30nm lOOnm，所述第二開口 320的深度范圍為IOnm 40nm,所述第二開口 320向所述柵極結(jié)構(gòu)200的一側(cè)突出的距離范圍為IOnm 40nm,所述第三區(qū)域的深度范圍為IOnm 60nm。所述第二開口 320的突出部分與柵極結(jié)構(gòu)不接觸，兩者之間的距離等于或大于第一開口的深度，降低了柵極邊緣寄生電容，可以有效防止MOS晶體管增益的下降。其中，所述第一開口 310、第三開口 320內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于或等于所述第二開口 320內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比，所述第二開口 320內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為恒定值或變化值。在一實施例中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。由于第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了所述碳化硅應力層和半導體襯底邊界的缺陷較少，而所述第一開口、第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比可以比現(xiàn)有技術(shù)中的碳元素的摩爾百分比更高，保證了源/漏區(qū)能產(chǎn)生足夠的拉伸應力，提高了溝道區(qū)電子的遷移率。在其他實施例中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第一定值，所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。在另一實施例中，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口、第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第 一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第二開口、第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。由于第一開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了在所述碳化硅應力層表面形成金屬硅化物的缺陷較少，所述金屬硅化物的表面電阻也較小，而所述第二開口、第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比可以比現(xiàn)有技術(shù)中的碳元素的摩爾百分比更高，保證了源/漏區(qū)能產(chǎn)生足夠的拉伸應力，提高了溝道區(qū)電子的遷移率。在其他實施例中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第一定值，所述第一開口、第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。在另一實施例中，所述第一開口、第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。其中，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值；所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比也是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，位于所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值；第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。由于第一開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了在所述碳化硅應力層表面形成金屬硅化物的缺陷較少，所述金屬硅化物的表面電阻也較小，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，保證了所述碳化硅應力層和半導體襯底邊界的缺陷較少，而所述第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比可以比現(xiàn)有技術(shù)中的碳元素的摩爾百分比更高，保證了源/漏區(qū)能產(chǎn)生足夠的拉伸應力，提高了溝道區(qū)電子的遷移率。其中，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第一定值與所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第一定值可以相同，也可以不同。在其他實施例中，所述第三開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第一定值，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定在第二定值。在本發(fā)明的實施例中，所述碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比第二定值的范圍為5% 20%。在其他實施例中，在源/漏區(qū)和半導體襯底之間還形成有一層與所述半導體襯底的材料相同的緩沖層，所述緩沖層的厚度范圍為3nm 10nm。由于所述第二開口是利用濕法刻蝕形成的，所述第一開口、第三開口是利用干法刻蝕形成的，第一開口、第二開口、第三開口內(nèi)壁會比較粗糙，直接在所述內(nèi)壁表面外延形成的碳化硅會產(chǎn)生很多缺陷，影響器件的電學性能，因此先在所述第一開口、第二開口、第三開口內(nèi)壁表面外延形成與所述半導體 襯底的材料相同的緩沖層，再在所述緩沖層表面形成碳化硅，由于外延形成的緩沖層具有較為光滑的表面，在所述緩沖層表面外延形成的碳化硅應力層的缺陷較少。本發(fā)明實施例的晶體管，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成有開口，所述開口包括第一開口、第二開口和第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出，且所述開口內(nèi)形成有碳化硅應力層，由于所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出，且所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較高，使得所述源/漏區(qū)能更有效地拉升所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率。所述第一開口、第三開口內(nèi)形成的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較低，可以降低所述碳化硅應力層和后續(xù)形成的金屬硅化物的缺陷數(shù)量，并降低金屬硅化物的表面電阻，提高了器件的電學性能。所述第二開口內(nèi)形成的碳化硅應力層與所述柵極結(jié)構(gòu)之間的距離等于或大于第一區(qū)域的深度，可有效降低MOS晶體管的柵極邊緣寄生電容。所述第一開口、第二開口、第三開口總的深度很大，大深度的源/漏區(qū)可以產(chǎn)生較大的拉伸應力，進一步的拉伸所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，例如將所述形狀的源/漏區(qū)形成在PMOS晶體管中，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種NMOS晶體管，其特征在于，包括 半導體襯底； 位于所述半導體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)； 位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)的開口，所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)接觸的第一開口、位于所述第一開口的底部且與所述第一開口接觸的第二開口、位于所述第二開口底部且與所述第二開口接觸的第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出； 填充所述開口的碳化硅應力層，其中所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。
2.如權(quán)利要求I所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比和所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
3.如權(quán)利要求2所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
4.如權(quán)利要求2所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為第一定值。
5.如權(quán)利要求3或4任意一項所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第三開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%。
6.如權(quán)利要求I所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。
7.如權(quán)利要求6所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
8.如權(quán)利要求6所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
9.如權(quán)利要求6所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第三開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為第一定值。
10.如權(quán)利要求7至9任意一項所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第三開口、第一開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%。
11.如權(quán)利要求I所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述第一開口的深度的范圍為30nm IOOnm,所述第二開口的深度的范圍為IOnm 40nm,所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出的距離范圍也為IOnm 40nm,所述第三開口的深度范圍為IOnm 60nm。
12.如權(quán)利要求I所述的NMOS晶體管，其特征在于，所述半導體襯底的晶向為〈110〉或者〈100〉。
13.—種NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括 提供半導體襯底； 在所述半導體襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)； 在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成開口，所述開口包括位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)且與所述柵極結(jié)構(gòu)接觸的第一開口、位于所述第一開口的底部且與所述第一開口接觸的第二開口、位于所述第二開口底部且與所述第二開口接觸的第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出； 填充所述開口形成碳化硅應力層，其中所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。
14.如權(quán)利要求13所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，形成所述開口的方法包括 利用第一干法刻蝕在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)形成第一開口； 利用濕法刻蝕在所述第一開口側(cè)壁和底部形成第二開口，所述第二開口向柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出； 利用第二干法刻蝕在所述第二開口下方的半導體襯底內(nèi)形成第三開口。
15.如權(quán)利要求14所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一干法刻蝕的深度范圍為30nm lOOnm，所述濕法刻蝕導致第二開口向柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)突出的距離范圍為IOnm 40nm,所述第二干法刻蝕的深度范圍為IOnm 60nm。
16.如權(quán)利要求13所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比和所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
17.如權(quán)利要求16所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
18.如權(quán)利要求16所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為第一定值。
19.如權(quán)利要求17或18任意一項所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第三開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%。
20.如權(quán)利要求13所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。
21.如權(quán)利要求20所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面越來越遠，所述第一開口內(nèi)碳化硅應力層表面的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第一開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
22.如權(quán)利要求20所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比是變化的，在最接近所述第三開口底部的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比為第一定值，隨著距離所述第三開口底部越來越遠，所述第三開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比逐漸升高，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比達到第二定值，所述第三開口和第二開口交界處的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比與所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比相同。
23.如權(quán)利要求20所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第三開口、第一開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比恒定為第一定值。
24.如權(quán)利要求21至23任意一項所述的NMOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第三開口、第一開口的碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比第一定值的范圍為O 2%，所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層中碳元素的摩爾百分比范圍為5% 20%。
全文摘要
一種NMOS晶體管及其形成方法，所述NMOS晶體管包括半導體襯底；位于所述半導體襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)；位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導體襯底內(nèi)的第一開口、位于所述第一開口的底部且與所述第一開口接觸的第二開口、位于所述第二開口底部且與所述第二開口接觸的第三開口，所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出；填充所述開口的碳化硅應力層，其中所述第三開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比小于所述第二開口內(nèi)碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比。所述第二開口向所述柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)突出，且所述第二開口內(nèi)的碳化硅應力層的碳元素的摩爾百分比較高，使得所述源/漏區(qū)能更有效地拉伸溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，提高電子在溝道區(qū)的遷移率。
文檔編號H01L29/78GK102931232SQ20111022619
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者趙猛, 三重野文健 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司