形成應變硅層的方法、pmos器件的制作方法及半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及半導體集成電路制作技術領域，具體而言，涉及一種形成應變硅層的方法、PMOS器件的制作方法及半導體器件。
【背景技術】
[0002]隨著半導體器件中晶體管的集成度越來越高，晶體管的特征尺寸越來越小，晶體管中載流子的遷移率逐漸下降。這種載流子遷移率的下降不僅會降低晶體管的切換速度，而且還會降低晶體管的驅動電流，最終導致晶體管的器件性能降低。在現(xiàn)有技術中技術人員采用應變硅技術，即通過引入局部單向拉伸或壓縮型應力到晶體管的導電溝道，以提升晶體管的導電溝道內(nèi)載流子遷移率。目前，通常在PMOS器件的溝道區(qū)中嵌入應變硅層(比如SiGe)，以對溝道區(qū)施加適當?shù)膲簯?，進而提高空穴的遷移率和PMOS器件性能。
[0003]圖1至4示出了現(xiàn)有PMOS器件的制作方法。該制作方法包括:首先，提供襯底10'，并在襯底10'中形成柵極20'和側壁層以及位于柵極20'兩側的凹槽30'，進而形成如圖1所示的基體結構；然后，在凹槽30'中形成應變硅種子層41'，進而形成如圖2所示的基體結構；接下來，在應變硅種子層41'上形成應變硅外延層42'，進而形成如圖3所示的基體結構；最后，在應變硅外延層42'上形成蓋層43'，進而形成如圖4所示的基體結構。上述應變硅種子層41'、應變硅外延層42'和蓋層43'組成應變硅層40'，以對溝道區(qū)施加適當?shù)膲簯ΓM而提高空穴的遷移率和PMOS器件性能。在上述制作步驟中，通常還采用原位摻雜工藝對應變硅種子層41'和應變硅外延層42'進行P型離子摻雜，以降低應變硅層之間的接觸電阻。所謂原位摻雜是指在外延生長的過程中同時通入硼離子，從而在所形成的外延層中引入硼離子。
[0004]在對上述應變硅種子層進行P型離子原位摻雜時，為了避免P型離子擴散到與應變硅種子層相鄰的導電溝道，需要對應變硅種子層進行低濃度摻雜(P型離子的摻雜量為1E+17?lE+18atomS/cm3)。然而，在對應變硅種子層進行低濃度摻雜時，P型離子的前驅體的流量不容易控制，導致應變硅種子層中摻雜濃度不均勻，進而降低PMOS器件性能。為了解決上述問題，技術人員嘗試通過先形成未摻雜的應變硅種子層，然后生長摻雜硼的應變硅外延層，以使應變硅外延層中的P型離子擴散進入應變硅種子層。然而，通過擴散進入應變硅種子層中的P型離子量太小，導致應變硅種子層和應變硅外延層之間的接觸電阻增力口，進而降低PMOS器件性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請旨在提供形成應變硅層的方法、PMOS器件的制作方法及半導體器件，以提高器件的性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N形成應變硅層的方法，包括在襯底中形成凹槽，在凹槽的內(nèi)壁表面上形成應變硅種子層的步驟，其中，形成應變硅種子層的步驟包括:在凹槽的內(nèi)壁表面形成應變硅種子預備層；以及在形成應變硅種子預備層后，對應變硅種子預備層進行離子注入，形成應變硅種子層。
[0007]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，對應變硅種子預備層進行離子注入的步驟中，注入離子為P型離子，優(yōu)選P型離子為硼離子。
[0008]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，P型離子的摻雜量為1E+17?lE+18atoms/cm3。
[0009]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，離子注入的步驟中，采用冷等離子體注入工藝。
[0010]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，冷等離子注入中，注入溫度為150?300°C，注入離子的能量為I?8KeV。
[0011]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，在完成離子注入的步驟后，還包括應變硅種子層清洗應變硅種子層的步驟。
[0012]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，清洗應變硅種子層的步驟中所采用的清洗液為冊、!^04、或SCl溶液。
[0013]進一步地，上述形成應變硅層的方法中，在形成應變硅種子層的步驟之后，還包括:在應變硅種子層的表面上形成應變硅外延層，優(yōu)選應變硅外延層上表面高于等于襯底的表面；以及在應變娃外延層應變娃外延層上形成蓋層，優(yōu)選蓋層為Si層,應變娃種子層、應變娃外延層和蓋層共同構成應變娃層O
[0014]本申請還提供了一種PMOS器件的制作方法，包括在襯底中形成應變硅層的步驟，其中，形成應變硅層的步驟采用本申請?zhí)峁┑男纬蓱児鑼拥姆椒ā?br>[0015]進一步地，在上述制作方法中，還包括形成柵極的步驟，形成柵極的步驟包括:在形成應變硅層中凹槽的步驟之前，在襯底上依次形成偽柵和硬掩膜，并在偽柵的側壁上形成側壁層；以及在形成應變硅層的步驟之后，去除硬掩膜和偽柵，在與偽柵相應的位置上形成通孔，并在通孔中形成柵極；在形成柵極后，在凹槽的內(nèi)壁表面上形成應變硅種子層。
[0016]本申請還提供了一種半導體器件，包括PMOS器件，其中，PMOS器件由本申請上述的PMOS器件的制作方法制作而成。
[0017]應用本申請?zhí)峁┑募夹g方案，在凹槽中形成應變硅種子層后，對應變硅種子層進行離子注入，形成應變硅種子層。該離子注入工藝能夠精確控制應變硅種子層中摻雜離子的摻雜量和分布均勻性，使得所形成的應變硅層中的壓應力均勻分布，進而提高了空穴的遷移率，并提高了器件的性能。
【附圖說明】
[0018]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了現(xiàn)有應變硅層的制作方法中，在襯底中形成柵極和側壁層以及位于柵極兩側的凹槽后的基體的剖面結構示意圖；
[0020]圖2示出了在圖1所示凹槽中形成應變硅種子層后的基體的剖面結構示意圖；
[0021]圖3示出了在圖2所示應變娃種子層上形成應變娃外延層后的基體的剖面結構示意圖；
[0022]圖4示出了在圖3所示應變娃外延層上形成蓋層后的基體的剖面結構示意圖；
[0023]圖5示出了本申請實施例所提供的應變硅層的制作方法的流程示意圖；
[0024]圖6示出了本申請實施例所提供的應變硅層的制作方法中，在襯底中形成凹槽后的基體的剖面結構示意圖；
[0025]圖7示出了在圖6所示凹槽的內(nèi)壁表面形成應變硅種子預備層后的基體的剖面結構示意圖；
[0026]圖8示出了對圖7所示應變硅種子預備層進行離子注入形成應變硅種子層后的基體的剖面結構示意圖；
[0027]圖9示出了在PMOS器件的制作方法中，在圖8所示應變硅種子層上形成應變硅外延層后的基體的剖面結構示意圖；
[0028]圖10示出了在圖9所示應變娃外延層上形成蓋層后的基體的剖面結構示意圖；以及
[0029]圖11示出了在圖10所示相鄰應變硅層之間的襯底上形成柵極后的基體的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。
[0031]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0032]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0033]正如【背景技術】中所介紹的，應變硅種子層中摻雜離子的摻雜量無法精確控制，導致器件的性能下降。本申請的發(fā)明人針對上述問題進行研究，從而提供了一種形成應變硅層的方法。如圖5所示，該方法包括:在襯底中形成凹槽，在凹槽的內(nèi)壁表面形成應變硅種子預備層；以及對應變硅種子預備層進行離子注入，形成應變硅種子層。在該方法中，離子注入工藝能夠精確控制應變硅種子層中摻雜離子的摻雜量和分布均勻性，使得所形成應變硅層中的壓應力均勻分布，進而提高了空穴的遷移率，并提高了器件的性能。
[0034]下面將更詳細地描述根據(jù)本申請的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員，在附圖中，為了清楚起見，擴大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
[0035]圖6至圖8示出了本申請?zhí)峁┑膽児鑼拥闹谱鞣椒ㄖ?，?jīng)過各個步驟后得到的基體的剖面結構示意圖。下面將結合圖6至圖8，進一步說明本申請所提供的應變硅層的制作方法。
[0036]首先，在襯底10中形成凹槽30，進而形成如圖6所示的基體結構。上述襯底10可以為單晶硅、絕緣體上硅(SOI)或鍺硅(SiGe)等，且襯底10為P型，或在襯底10中形成有P阱。需要注意的是，上述襯底10中可以先形成一些器件，比如淺溝槽隔離結構、柵極20等(圖中未標出)。
[0037]上述凹槽30可以為“U”形或“球”形。一種可選方式中，形成上述凹槽30的步驟包括:在襯底10上依次形成氧化物層、硬掩膜層和光刻膠層；光刻光刻膠層，在光刻膠層中相應于欲形成凹槽30的位置形成開口 ；以及沿開口向下刻蝕硬掩膜層、氧化物層和襯底10，形成“U”形或“球”形的凹槽30。上述刻蝕的工藝可以為干法刻蝕，優(yōu)選為反應離子刻蝕。一種可選的方案中，干法刻蝕的工藝條件為:刻蝕氣體為CF4和CHF3,濺射功率為400?1000瓦，刻蝕溫度為25?60°C，刻蝕時間為30?360秒。
[0038]在形成上述“U”形或“球”形的凹槽