晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更高的運(yùn)算速 度、更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、以及更多的功能，半導(dǎo)體器件朝向更高的元件密度、更高的集成度 方向發(fā)展。因此，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)晶體管的柵極變得越來越細(xì)且長度變得比以往更短。然而，柵極的尺寸變化會(huì)影響半 導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，目前，主要通過控制載流子遷移率來提高半導(dǎo)體器件性能。該技術(shù)的 一個(gè)關(guān)鍵要素是控制晶體管溝道中的應(yīng)力。比如適當(dāng)控制應(yīng)力，提高了載流子（η-溝道晶 體管中的電子，Ρ-溝道晶體管中的空穴）遷移率，就能提高驅(qū)動(dòng)電流。因而應(yīng)力可以極大 地提高晶體管的性能。
[0003] 因?yàn)楣琛㈡N具有相同的晶格結(jié)構(gòu)，即"金剛石"結(jié)構(gòu)，在室溫下，鍺的晶格常數(shù)大于 硅的晶格常數(shù)，所以在PM0S晶體管的源、漏區(qū)形成硅鍺（SiGe)，可以引入硅和鍺硅之間晶 格失配形成的壓應(yīng)力，進(jìn)一步提商壓應(yīng)力，提商PM0S晶體管的性能。相應(yīng)地，在NM0S晶體 管的源、漏區(qū)形成碳硅（CSi)可以引入硅和碳硅之間晶格失配形成的拉應(yīng)力，進(jìn)一步提高 拉應(yīng)力，提高NM0S晶體管的性能。
[0004] 然而，現(xiàn)有形成方法形成的晶體管性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管的形成方法，以提高晶體管的性能。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶體管的形成方法，包括：
[0007] 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括多個(gè)有源區(qū)和位于相鄰有源區(qū)之間的隔離 結(jié)構(gòu)；
[0008] 在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)橫跨至少一個(gè)所述有源區(qū)；
[0009] 在形成所述柵極結(jié)構(gòu)之后，采用能夠鈍化所述隔離結(jié)構(gòu)的離子對所述隔離結(jié)構(gòu)進(jìn) 行離子注入；
[0010] 在進(jìn)行所述離子注入后，在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)內(nèi)形成凹槽；
[0011] 處理所述凹槽，使所述凹槽呈西格瑪形；
[0012] 在呈西格瑪形的所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力襯墊層。
[0013] 可選的，在對所述隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子注入時(shí)，同時(shí)所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)進(jìn) 行所述離子注入。
[0014] 可選的，所述離子注入采用的所述離子為碳離子和氮離子的至少其中之一。
[0015] 可選的，所述離子注入采用的所述離子濃度范圍為lE13/cm2~lE15/cm 2。
[0016] 可選的，所述離子注入采用的所述離子能量范圍為lkV~20kV。
[0017] 可選的，所述有源區(qū)中，進(jìn)行所述離子注入的深度小于所述凹槽的深度。
[0018] 可選的，在處理所述凹槽后，且在形成所述應(yīng)力襯墊層前，還包括進(jìn)行清洗處理的 步驟。
[0019] 可選的，所述清洗處理采用的清洗溶液為稀氫氟酸。
[0020] 可選的，所述稀氫氟酸中，氟化氫與水的質(zhì)量比為1:50~1:500。
[0021] 可選的，所述應(yīng)力襯墊層為硅鍺層或者硅碳層。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，提供包括多個(gè)有源區(qū)和位于相鄰有源區(qū)之間的隔離結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體襯底，然后在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，在形成所述柵極結(jié)構(gòu)之后，采用能夠 鈍化所述隔離結(jié)構(gòu)的離子對所述隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子注入，再在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū) 內(nèi)形成凹槽，最后在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力襯墊層。所述離子注入中注入的離子能夠與隔離 結(jié)構(gòu)中的原子反應(yīng)，從而鈍化所述隔離結(jié)構(gòu)，降低隔離結(jié)構(gòu)在晶體管形成工藝過程中的損 耗作用，防止柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)側(cè)面（溝道區(qū)側(cè)面指溝道區(qū)寬度兩端的兩個(gè)端面）因 隔離結(jié)構(gòu)損耗太多而被暴露，因此，當(dāng)后續(xù)形成應(yīng)力外延層時(shí)，應(yīng)力外延層不會(huì)直接與溝道 區(qū)側(cè)面直接接觸，防止應(yīng)力外延層中的摻雜離子擴(kuò)散至溝道區(qū)，保證溝道區(qū)的電學(xué)性能良 好，提高晶體管的性能。
[0024] 進(jìn)一步，所述離子注入采用的所述離子為碳離子和氮離子的至少其中之一。碳離 子和氮離子能夠與所述隔離結(jié)構(gòu)中的原子形成化學(xué)鍵，從而使所述隔離結(jié)構(gòu)在晶體管的形 成工藝過程中的抗損耗能力顯著增強(qiáng)。
【附圖說明】
[0025] 圖1至圖4為現(xiàn)有晶體管的形成方法各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖5至圖11為本發(fā)明實(shí)施例晶體管的形成方法各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有晶體管的形成方法形成的晶體管性能不佳?，F(xiàn)有晶體管 的形成方法的步驟過程中，包括形成如圖1至圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0028] 請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100,半導(dǎo)體襯底100包括有源區(qū)101和隔離結(jié)構(gòu) 102。在半導(dǎo)體襯底100上形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)位于硬掩膜層130下方，并在所述 柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)101內(nèi)形成凹槽103。
[0029] 請參考圖2,圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)沿A-A虛線切割得到的剖面示意圖。從中可以看 到，所述柵極結(jié)構(gòu)保護(hù)有源區(qū)101中的溝道區(qū)域，并且所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)101中形 成了凹槽103。所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層110和柵極120,并且所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)面和硬 掩膜層130的側(cè)面被側(cè)墻140覆蓋。
[0030] 然而，晶體管形成工藝過程中，在形成凹槽103之后，還要對凹槽103進(jìn)行清洗。在 對凹槽103進(jìn)行清洗的過程中，會(huì)導(dǎo)致隔離結(jié)構(gòu)102被清洗溶液刻蝕損耗。隔離結(jié)構(gòu)102 損耗最嚴(yán)重的地方如圖1中虛線圈1011所包圍的部分所示。這部分隔離結(jié)構(gòu)102的損耗 將導(dǎo)致側(cè)墻140下方的有源區(qū)101被暴露出來，并且導(dǎo)致凹槽103容積擴(kuò)大，即凹槽103延 伸到有源區(qū)101與隔離結(jié)構(gòu)102交界處。
[0031] 請參考圖3,圖3顯示了對圖1所示凹槽103進(jìn)行清洗之后，圖1所示結(jié)構(gòu)沿B-B 虛線切割得到的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，從中可以看到，位于隔離結(jié)構(gòu)102與有源區(qū)101交界處的 具有容積擴(kuò)大的凹槽l〇3a，并且側(cè)墻下方的有源區(qū)101被凹槽103a暴露出來，即溝道區(qū)至 少部分側(cè)面被暴露出來（溝道區(qū)側(cè)面指溝道區(qū)寬度兩端的兩個(gè)端面）。
[0032] 請參考圖4,在所述清洗之后，對圖2所示的凹槽103和圖3的凹槽103a進(jìn)行填 充，形成應(yīng)力外延層150。圖4顯示了填充應(yīng)力外延層150后，沿有源區(qū)101中部切割得到 的剖面示意圖?？芍?，應(yīng)力外延層150會(huì)與溝道區(qū)側(cè)面直接接觸，因此后續(xù)在應(yīng)力外延層 150中摻雜的離子會(huì)擴(kuò)散到了溝道區(qū)，致使形成擴(kuò)散區(qū)104。由于擴(kuò)散區(qū)104的存在，導(dǎo)致 溝道的電學(xué)性能惡化（例如出現(xiàn)短溝道效應(yīng)），致使晶體管的性能下降。
[0033] 為此，本發(fā)明提供一種新的晶體管的形成方法，所述形成方法在形成柵極結(jié)構(gòu)之 后，且在對凹槽進(jìn)行清洗之前，采用能夠鈍化所述隔離結(jié)構(gòu)的離子對所述隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行離 子注入，從而使隔離結(jié)構(gòu)與注入的離子發(fā)生反應(yīng)，降低清洗溶液對隔離結(jié)構(gòu)的損耗作用，進(jìn) 而降低清洗溶液對隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕速率，防止柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)因隔離結(jié)構(gòu)損耗太多 而被暴露，因此，當(dāng)后續(xù)形成應(yīng)力外延層時(shí)，應(yīng)力外延層不會(huì)直接與溝道區(qū)側(cè)面直接接觸， 防止應(yīng)力外延層中的摻雜離子擴(kuò)散至溝道區(qū)，保證溝道區(qū)的電學(xué)性能良好，提高晶體管的 性能。
[0034] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種晶體管的形成方法，請結(jié)合參考圖5至圖10。
[0036] 請參考圖5,提供半導(dǎo)體襯底200,半導(dǎo)體襯底200包括多個(gè)有源區(qū)201和位于相 鄰有源區(qū)201之間的隔離結(jié)構(gòu)202。
[0037] 半導(dǎo)體襯底200材料可以是硅襯底、鍺硅襯底、III - V族元素化合物襯底、碳化硅 襯底或其疊層結(jié)構(gòu)，或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)，或金剛石襯底，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo) 體材料作為襯底。
[0038] 本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底200具體采用硅襯底。
[0039] 隔離結(jié)構(gòu)202可以是淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)（STI)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他用于 器件隔離或有源區(qū)隔離的隔離結(jié)構(gòu)。
[0040] 本實(shí)施例中，隔離結(jié)構(gòu)202具體采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0041] 請繼續(xù)參考圖5,在半導(dǎo)體襯底200上形成柵極結(jié)構(gòu)（請結(jié)合參考圖6)，柵極結(jié)構(gòu) 被硬掩膜層230覆蓋，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)具有側(cè)墻240,并且柵極結(jié)構(gòu)橫跨至少一個(gè)有源區(qū)201。
[0042] 本實(shí)施例中，請結(jié)合參考圖6(圖6為圖5所示結(jié)構(gòu)沿C-C線切割得到的切面示意 圖），所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層210和位于柵介質(zhì)層210上的柵極220。所述柵極結(jié)構(gòu)上 方（亦即柵極210上方）還具有硬掩模層230。而側(cè)墻240位于所述柵極結(jié)構(gòu)和硬掩模層 240的側(cè)面。
[0043] 本實(shí)施例中，側(cè)墻240的形成過程具體可以為：形成側(cè)墻材料層覆蓋所述柵極結(jié) 構(gòu)的側(cè)面和硬掩膜層230的頂面和側(cè)面，并且側(cè)墻材料層覆蓋至少部分有源區(qū)201，回刻蝕 側(cè)墻材料層，以去除側(cè)墻材料層位于掩膜層頂面和有源區(qū)201上的部分，剩余位于所述柵 極結(jié)構(gòu)的側(cè)面和掩膜層的側(cè)面的側(cè)墻材料層保留成為側(cè)墻240。
[0044] 請參考圖7,采用能夠鈍化隔離結(jié)構(gòu)202的離子300對隔離結(jié)構(gòu)202和有源區(qū)201 進(jìn)行離子注入。
[0045] 離子注入是先使待摻雜的原子（或分子）電離成離子，再加速到一定的能量，使之 注入到半導(dǎo)體材料的晶體中，然后經(jīng)過退火使摻雜的原子激活，達(dá)到摻雜的目的。離子注入 設(shè)備可分為三大部分：1離子源；2束線部分；3靶室及終端臺(tái)。簡單的說離子源就是產(chǎn)生有 能量的離子束的地方。在離子源，燈絲加電后產(chǎn)生的熱電子在電磁場的作用下，獲得足夠的 能量后撞擊摻雜氣體分子或原子，使之電離成離子，再經(jīng)吸極吸出，通過聚焦成為離子束， 然后進(jìn)入束線部分。當(dāng)離子進(jìn)入束線部分后它將經(jīng)過多道處理，以得到所需