[发明专利]晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶体管及其形成方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更高的运算速度、更大的数据存储量、以及更多的功能，半导体器件朝向更高的元件密度、更高的集成度方向发展，因此，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)晶体管的栅极变得越来越细且长度变得比以往更短。为了获得较好的电学性能，通常需要通过控制载流子迁移率来提高半导体器件性能。

现有一种提高沟道区载流子迁移的方法是在晶体管的沟道区形成硅锗应变层，具体过程包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成凹槽；在凹槽内填充满硅锗应变层；在硅锗应变层表面形成栅极结构。

现有在沟道区形成硅锗应变层的方法提高沟道区载流子的迁移率有限。

更多关于沟道区形成硅锗层方法的介绍请参考公开号为US2007/0275513A1的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶体管及其形成方法，提高了沟道区载流子的迁移率。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种晶体管的形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底内形成凹槽；

在所述凹槽内填充满含碳的硅锗应变层；

在含碳的硅锗应变层上形成栅极结构。

可选的，所述含碳的硅锗应变层的形成方法为原位掺杂外延工艺。

可选的，所述原位掺杂外延工艺采用的气体为SiH₄、GeH₄和CH₄。

可选的，所述含碳的硅锗应变层的形成方法为：采用外延工艺在凹槽内填充满硅锗层；对所述硅锗层进行碳离子注入，形成含碳的硅锗应变层。

可选的，所述离子注入的能量范围为200eV～5KeV，剂量范围为5E12～1E18/cm²。

可选的，所述含碳的硅锗应变层的厚度为5～50纳米。

可选的，所述含碳的硅锗应变层中锗原子的百分比含量为5～60％。

可选的，所述含碳的硅锗应变层中碳原子的百分比含量为0.01～3％。

可选的，还包括：所述含碳的硅锗应变层表面形成缓冲层。

可选的，所述缓冲层的材料为硼化硅。

可选的，所述缓冲层的厚度为1～10纳米。

可选的，所述缓冲层的形成工艺为外延工艺。

可选的，还包括：以所述栅极结构为掩膜，对栅极结构两侧的半导体衬底进行离子注入，形成晶体管的源/漏区。

本发明实施例还提供了一种晶体管，其特征在于，包括：

半导体衬底；

位于半导体衬底内的凹槽；

位于凹槽内的含碳的硅锗应变层，所述含碳的硅锗应变层的表面低于半导体衬底的表面或与半导体衬底表面平齐；

位于含碳的硅锗应变层上的栅极结构。

可选的，所述含碳的硅锗应变层的厚度为5～50纳米。

可选的，所述含碳的硅锗应变层中锗原子的百分比含量为5～60％。

可选的，所述含碳的硅锗应变层中碳原子的百分比含量为0.01～3％。

可选的，所述含碳的硅锗应变层表面还具有缓冲层。

可选的，所述缓冲层的材料为硼化硅。

可选的，所述缓冲层的厚度为1～10纳米。

可选的，还包括，位于所述栅极结构两侧半导体衬底内的源/漏区。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

在沟道区形成含碳的硅锗应变层，由于碳原子比硅原子和锗原子小很多，碳原子会补偿硅锗应变层中的晶格失配，减小硅锗应变层与半导体衬底之间的晶格错位，提高沟道区载流子的迁移率。

进一步，所述含碳的硅锗应变层中锗原子的百分比含量为5～60％，相对应的，所述含碳的硅锗应变层中碳原子的百分比含量为0.01～3％，此时碳原子对硅锗应变层中的晶格失配的补偿效果最佳，硅锗应变层与半导体衬底之间的晶格错位影响最小，从而提高了沟道区载流子的迁移率，碳原子的百分比含量与锗原子的百分比含量相互关联，碳原子的百分比过高会使得硅锗应变层产生张应变，碳原子的百分比含量过低，会使得晶格失配的补偿效果有限。

更进一步，在含碳的硅锗应变层形成缓冲层，作为含碳的硅锗应变层与栅极结构之间的缓冲区，防止含碳的硅锗应变层的应变对栅极结构的影响，提供晶体管的性能。

附图说明