應(yīng)力層的形成方法和晶體管的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)力層的形成方法和晶體管的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸縮小，晶體管的性能也受到影響。為了進(jìn)一步提高晶體管的性能，應(yīng)力工程被引入晶體管的制程中。對(duì)晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率，而對(duì)晶體管的溝道區(qū)域施加張應(yīng)力，則可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的電子遷移率。
[0003]由于電子在單晶硅中的遷移率大于空穴的遷移率，所以，現(xiàn)有技術(shù)通常通過(guò)應(yīng)力工程提高PMOS晶體管的空穴遷移率，以使得PMOS晶體管的載流子遷移率與NMOS晶體管的載流子遷移率匹配。一般通過(guò)采用應(yīng)力材料形成PMOS晶體管的源極和漏極，以對(duì)PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力，從而提高所述PMOS晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率。具體包括:在PMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，然后再在所述凹槽內(nèi)填充應(yīng)力層作為PMOS晶體管的源極和漏極。所述應(yīng)力層的晶格常數(shù)大于半導(dǎo)體襯底溝道區(qū)域的晶格常數(shù)，從而會(huì)對(duì)PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力。所述PMOS晶體管采用的應(yīng)力層材料一般為SiGe。現(xiàn)有技術(shù)也可以采用SiC作為NMOS晶體管的源極和漏極，進(jìn)一步提高NMOS晶體管的載流子遷移率。
[0004]為了避免由于應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底之間的晶格不匹配造成源極和漏極內(nèi)產(chǎn)生缺陷，在形成SiGe或SiC的過(guò)程中，通常隨著應(yīng)力層厚度的增加，逐漸增加含Ge或含C氣體的濃度，減少應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底界面上的晶格常數(shù)差異，并且在到達(dá)一定濃度后，保持濃度不變，繼續(xù)沉積形成應(yīng)力層。但是由于沉積過(guò)程中，含Ge或含C氣體濃度逐漸升高的狀態(tài)，在停止變化的時(shí)候，很難精確控制含Ge或含C氣體的濃度，所述含Ge或含C氣體的濃度還會(huì)有一個(gè)短暫的上升和回落過(guò)程，從而使得最終的應(yīng)力層中，Ge或者C的濃度變化不均勻，影響形成的應(yīng)力層的質(zhì)量，使應(yīng)力層內(nèi)具有較多缺陷，所述應(yīng)力層作為晶體管的源極和漏極會(huì)影響形成的晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種應(yīng)力層的形成方法和一種晶體管的形成方法，提高應(yīng)力層的性能以及晶體管的性能。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種應(yīng)力層的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底；提供外延設(shè)備，所述外延設(shè)備包括反應(yīng)腔、位于反應(yīng)腔外部與反應(yīng)腔連通的氣體輸送裝置；將半導(dǎo)體襯底置于反應(yīng)腔內(nèi)，采用外延工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層的材料包括第一元素和第二元素，所述外延工藝采用的反應(yīng)氣體包括含第一元素氣體和含第二元素氣體，所述應(yīng)力層包括體層，所述體層的形成步驟依次包括:第一上升階段，第一上升階段內(nèi)向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，形成第一部分體層，其中，含第二元素氣體的濃度逐漸上升至第一濃度，然后進(jìn)行第一穩(wěn)定階段，保持所述反應(yīng)氣體內(nèi)含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，所述反應(yīng)氣體不經(jīng)過(guò)反應(yīng)腔，直接通過(guò)氣體輸送裝置排出，然后進(jìn)行第一生長(zhǎng)階段，向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，保持含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，在第一部分體層表面形成第二部分體層。
[0007]可選的，所述第一穩(wěn)定階段的時(shí)間為5s?lmin。
[0008]可選的，所述第一元素為Si，第二元素為Ge或C。
[0009]可選的，所述含第一元素氣體為SiH4或SiH2Cl2。
[0010]可選的，所述含第二元素氣體為GeH4或CH4。
[0011]可選的，所述應(yīng)力層還包括半導(dǎo)體襯底以及體層之間的種子層。
[0012]可選的，所述種子層的形成步驟依次包括:第二上升階段，第二上升階段內(nèi)向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，形成第一部分種子層，其中，含第二元素氣體濃度逐漸上升至第二濃度，然后進(jìn)行第二穩(wěn)定階段，保持所述反應(yīng)氣體內(nèi)含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，所述反應(yīng)氣體不經(jīng)過(guò)反應(yīng)腔，直接通過(guò)氣體輸送裝置排出，然后進(jìn)行第二生長(zhǎng)階段，向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，保持含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，在第一部分種子層表面形成第二部分種子層。
[0013]可選的，所述第二濃度小于第一濃度，且所述第二濃度為形成體層過(guò)程中，第一上升階段內(nèi)的含第二元素氣體的起始濃度。
[0014]可選的，所述第二穩(wěn)定階段的時(shí)間為5s?lmin。
[0015]可選的，所述外延工藝的溫度為500°C?800°C,壓強(qiáng)為ITorr?lOOTorr。
[0016]可選的，所述外延工藝中的反應(yīng)氣體還包括HjPHCl，所述外延工藝中含第一元素氣體、含第二元素氣體和HCl的流量為Isccm?100sccm, H2的流量為0.1slm?50slm。
[0017]可選的，第一穩(wěn)定階段的反應(yīng)氣體溫度和壓強(qiáng)與第一生長(zhǎng)階段的反應(yīng)氣體溫度和壓強(qiáng)相同；第二穩(wěn)定階段的反應(yīng)氣體溫度和壓強(qiáng)與第二生長(zhǎng)階段的反應(yīng)氣體溫度和壓強(qiáng)相同。
[0018]可選的，所述體層的形成步驟還包括位于第一生長(zhǎng)階段之后的第一下降階段:向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，使含第二元素氣體濃度逐漸下降至第三濃度，在第二部分體層表面形成第三部分體層。
[0019]可選的，所述應(yīng)力層還包括位于體層表面的蓋帽層，所述蓋帽層的形成過(guò)程中，保持含第二元素氣體的濃度為第三濃度。
[0020]可選的，所述第三濃度大于或等于O。
[0021]可選的，所述第二元素為Ge時(shí)，所述種子層內(nèi)的Ge的摩爾濃度為5%?25%，所述體層內(nèi)的Ge的摩爾濃度為25%?45%，蓋帽層內(nèi)的Ge的摩爾濃度為1%?15%。
[0022]可選的，所述第二元素為C時(shí)所述種子層內(nèi)的C含量為I %?3%，所述體層內(nèi)的C含量為3%?10%，蓋帽層內(nèi)的C含量為0.5%?2%。
[0023]可選的，所述體層內(nèi)具有P型或N型摻雜離子，所述體層內(nèi)的P型或N型摻雜離子的濃度為 lE19atom/cm3 ?lE19atom/cm3。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種晶體管的形成方法，包括:提供襯底；形成覆蓋部分襯底表面的柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成凹槽；采用上述應(yīng)力層的形成方法，形成填充滿凹槽的應(yīng)力層。
[0025]可選的，所述凹槽為U形或者具有Σ形側(cè)壁。
[0026]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):
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述應(yīng)力層材料包括第一元素和第二元素，且所述應(yīng)力層包括體層，所述體層的形成過(guò)程包括第一上升階段、第一穩(wěn)定階段和第一生長(zhǎng)階段。所述第一上升階段內(nèi)，反應(yīng)氣體中的含第二元素氣體濃度逐漸上升，使得體層內(nèi)的第二元素濃度也逐漸上升，在進(jìn)入含第二元素氣體濃度穩(wěn)定的第一生長(zhǎng)階段之前，增加第一穩(wěn)定階段，第一穩(wěn)定階段內(nèi)，保持所述反應(yīng)氣體內(nèi)含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，并且所述反應(yīng)氣體不經(jīng)過(guò)反應(yīng)腔，直接通過(guò)反應(yīng)腔外的氣體輸送裝置排出，通過(guò)第一穩(wěn)定階段的調(diào)整，所述輸入氣體中的含第二元素氣體的濃度已經(jīng)較為穩(wěn)定，隨后再將所述反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行第一生長(zhǎng)階段，使得第一生長(zhǎng)階段內(nèi)通入的反應(yīng)氣體中含第二元素氣體的濃度穩(wěn)定，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比，體層內(nèi)不同厚度處的第二元素濃度的過(guò)渡平緩，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象，從而可以減少體層內(nèi)的缺陷。
[0028]進(jìn)一步，所述應(yīng)力層還包括位于半導(dǎo)體襯底與體層之間的種子層，所述種子層內(nèi)的第二元素含量較低，使得種子層的晶格常數(shù)與半導(dǎo)體襯底的晶格常數(shù)差距較小，從而可以提高在種子層表面形成的體層的沉積質(zhì)量。所述種子層的形成過(guò)程包括:第二上升階段、第二穩(wěn)定階段和第二生長(zhǎng)階段，可以使種子層內(nèi)的第二元素的濃度變化平緩，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象，可以減少種子層內(nèi)的缺陷。
[0029]本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種晶體管的性能方法，提供襯底，在襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的襯底內(nèi)形成凹槽，采用上述方法形成填充滿凹槽的應(yīng)力層。所述應(yīng)力層內(nèi)第二元素的濃度變化平緩，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)沖顯現(xiàn)，從而可以減少所述應(yīng)力層內(nèi)的缺陷，提高晶體管的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的應(yīng)力層形成過(guò)程中，反應(yīng)氣體中含第二元素氣體的濃度隨時(shí)間變化曲線；
[0031]圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成的多個(gè)應(yīng)力層內(nèi)的Ge與B在應(yīng)力層不同深度處的濃度變化曲線；
[0032]圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的應(yīng)力層的形成過(guò)程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的應(yīng)力層的形成過(guò)程中，反應(yīng)氣體中含第二元素氣體的濃度隨時(shí)間變化的曲線；
[0034]圖5是本發(fā)明的另一實(shí)施例形成的應(yīng)力層內(nèi)的Ge以及B在應(yīng)力層不同深度處的濃度變化曲線；
[0035]圖6至圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的晶體管形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]如【背景技