CN104409351A - Pmos晶体管的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PMOS晶体管的形成方法，其通过在填充锗硅以形成源漏区之前，先对栅极的侧墙进行碳离子注入和退火工艺，使碳原子与侧墙表面的硅断键相结合，以消除硅断键，从而在后续填充锗硅时，阻止锗原子以及掺杂的硼原子与硅断键相结合，从而抑制栅极侧墙表面锗硅的淀积，改善侧墙缺陷。本发明较佳地还可使注入的碳原子与侧墙表面的氮断键相结合，以消除氮断键。本发明工艺与现有工艺兼容，具有较大应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造技术领域，尤其涉及一种PMOS晶体管的形成方法。
背景技术
晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，晶体管的栅极尺寸变得比以往更短；然而，晶体管的栅极尺寸变短会使晶体管产生短沟道效应，进而产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。目前，现有技术主要通过提高晶体管沟道区的应力，以提高载流子迁移，进而提高晶体管的驱动电流，减少晶体管中的漏电流。
一般而言，CMOS器件制造技术中将P型金属氧化物半导体场效应(PMOS)和N型金属氧化物半导体场效应(NMOS)分开处理，例如在PMOS器件的制造工艺中采用压应力的材料，而在NMOS器件中采用张应力的材料，以向沟道区施加适当的应力，从而提高载流子的迁移率。其中，嵌入锗硅技术(eSiGe)在PMOS晶体管的源漏区形成锗硅应力层，能够提高沟道空穴的迁移率而成为PMOS应力工程的主要技术之一。
现有技术在进行锗硅淀积时，不希望在栅极的氮化硅侧墙上出现锗硅层而影响后续工艺，所以选择性淀积工艺，工艺采用硅烷(SiH4)和二氯乙烯(DCS)作为硅源，采用锗烷(GeH4)作为锗源，并通入HCl改善外延生长的选择性，即使得锗硅层在硅衬底的外延生长速度较快，而在氮化硅侧墙上生长较慢，甚至不生长，通过一边淀积，一边利用HCl腐蚀的工艺步骤，去除侧墙上的锗硅。通常，为了确保良好的表面选择性，还需要用高温或其他工艺进行表面处理，以清理侧墙表面和源漏区表面的杂质。
然而，栅极的侧墙表面往往存在许多残留的硅断键，在外延锗硅时会与Ge相结合，使侧墙上的锗硅初始生长速度加快，在选择性淀积过后，仍然会在PMOS器件区域的侧墙上留下多余的锗硅，从而影响后续的工艺进行。同时，栅极侧墙表面还可能存在少量的氮断键，在进行选择性外延锗硅工艺时，Ge还会与侧墙表面的氮断键结合，而用来掺杂的B也会和侧墙中的硅断键和氮断键结合，从而在侧墙上产生大量的缺陷。
有鉴于此，急需开发一种新的PMOS晶体管形成方法，来改善现有锗硅选择性外延引起的栅极侧墙缺陷。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种PMOS晶体管的形成方法，通过离子注入改善锗硅选择性外延引起的侧墙缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种PMOS晶体管的形成方法，其包括以下步骤：
步骤S01，提供半导体衬底，所述衬底上形成有栅极结构及栅极结构两侧的源漏区；
步骤S02，在所述栅极结构的侧壁上形成侧墙；
步骤S03，对所述侧墙表面进行碳离子注入并退火；
步骤S04，在所述栅极结构两侧的源漏区形成源漏凹槽；
步骤S05，在所述源漏凹槽内填充锗硅以形成锗硅源漏区。
进一步地，步骤S03中碳离子注入时注入倾斜角度为与硅片表面垂直线成22～30度。
进一步地，步骤S03中碳离子注入的注入能量为1Kev～5Kev，注入剂量为3E14～1E15。
进一步地，步骤S03中退火温度为900-1050℃。
进一步地，所述侧墙为氮化硅。
进一步地，步骤S02中形成侧墙包括采用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)沉积氮化硅。
进一步地，步骤S02形成侧墙的反应气体包括硅烷和氨气。
进一步地，步骤S02形成侧墙的反应温度为350-480℃，反应直流功率为350-600W。
进一步地，所述侧墙厚度为
进一步地，步骤S04采用刻蚀形成源漏凹槽，步骤S05采用选择性外延工艺生长锗硅。
本发明提供的PMOS晶体管的形成方法，在填充锗硅以形成源漏区之前，先对栅极的侧墙进行碳离子注入和退火工艺，使碳原子与侧墙表面的硅断键相结合，以消除硅断键，从而在后续填充锗硅时，阻止锗原子以及掺杂的硼原子与硅断键相结合，从而抑制栅极侧墙表面锗硅的淀积，改善侧墙缺陷。本发明较佳地还可使注入的碳原子与侧墙表面的氮断键相结合，以消除氮断键。本发明工艺与现有工艺兼容，具有较大应用价值。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1至图5为本发明一实施例的PMOS晶体管形成方法的各步骤结构示意图。
具体实施方式
在本发明的一个实施例中，提供一种PMOS晶体管的形成方法，本实施例以CMOS器件中的一组NMOS区和PMOS区为例说明PMOS晶体管的形成过程，但不以此为限。本实施例的形成方法具体包括以下步骤：
步骤S01，提供半导体衬底，衬底包括有NMOS区和PMOS区，NMOS区和PMOS区上各自形成有栅极结构及栅极结构两侧的源漏区。
具体地，如图1所示，提供一P型半导体衬底100，在衬底100上外延生长一层P型单晶硅层101，在单晶硅层101中制作P阱110、N阱120以及浅沟槽隔离102，在P阱110中形成N+源漏区112并形成PMOS栅极结构111，在N阱120中形成P+源漏区122并形成NMOS栅极结构121。
步骤S02，如图1所示，在PMOS栅极结构111的侧壁上形成第一侧墙113，在NMOS栅极结构121的侧壁上形成第二侧墙123。
其中，第一侧墙和第二侧墙为氮化硅，形成第一侧墙和第二侧墙包括采用等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)沉积氮化硅，第一侧墙和第二侧墙的厚度优选为实际应用中，形成侧墙的反应温度较佳地为350-480℃，反应直流功率较佳地为350-600W，反应气体包括硅烷和氨气。
步骤S03，由于本实施例NMOS区的存在，在制作PMOS晶体管时，需要把NMOS区用光刻掩模103覆盖住，如图2所示；随后，如图3所示，对第一侧墙113表面进行碳离子注入并退火。由于步骤S02形成的氮化硅第一侧墙113表面会存在很多未结合的硅断键，本步骤通过碳离子注入和退火工艺，可以使注入的碳原子与第一侧墙113表面的硅断键相结合，以消除硅断键。
本步骤中，碳离子注入的注入剂量可以根据实际需要进行调节，优选为至少与第一侧墙表面的所有硅断键相结合；碳离子注入的注入倾斜角度较佳地为与硅片表面垂直线成22-30度，以使注入可以完全覆盖第一侧墙的表面。实际应用中，碳离子注入的注入能量优选1Kev～5Kev，注入剂量可以是3E14～1E15。本步骤中，采用高温退火以激活碳原子，以与硅断键相结合，较佳地退火温度为900-1050℃，退火时间可根据器件要求而定。
步骤S04，如图4所示，在PMOS栅极结构111两侧的P+源漏区112形成源漏凹槽114。
其中，本步骤可采用本领域常用的刻蚀工艺。
步骤S05，如图5所示，在源漏凹槽114内填充锗硅以形成锗硅源漏区115，从而完成PMOS晶体管的制作。
其中，本步骤可采用本领域常用的选择性外延工艺生长锗硅。由于在本步骤填充锗硅以形成源漏区之前，先对栅极的侧墙进行碳离子注入和退火工艺，使碳原子与侧墙表面的硅断键相结合，以消除硅断键，从而阻止本步骤中锗原子以及掺杂的硼原子与硅断键相结合，从而抑制栅极侧墙表面锗硅的淀积，改善侧墙缺陷。
在实际应用中，步骤S02形成的氮化硅侧墙表面还可能会存在未结合的氮断键，步骤S03中碳离子注入的注入剂量包括至少与所有硅断键和氮断键相结合。通过碳原子与侧墙表面的氮断键相结合，以消除氮断键，从而在后续填充锗硅时，阻止锗原子以及掺杂的硼原子与氮断键相结合，从而抑制栅极侧墙表面锗硅的淀积，改善侧墙缺陷。
实际应用中，步骤S05之后还包括形成CMOS器件的铜后道等工艺，可采用本领域常规手段，故不再赘述。
Claims (10)
1.一种PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S01，提供半导体衬底，所述衬底上形成有栅极结构及栅极结构两侧的源漏区；
步骤S02，在所述栅极结构的侧壁上形成侧墙；
步骤S03，对所述侧墙表面进行碳离子注入并退火；
步骤S04，在所述栅极结构两侧的源漏区形成源漏凹槽；
步骤S05，在所述源漏凹槽内填充锗硅以形成锗硅源漏区。
2.根据权利要求1所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S03中碳离子注入时注入倾斜角度为与硅片表面垂直线成22～30度。
3.根据权利要求1所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S03中碳离子注入的注入能量为1Kev～5Kev，注入剂量为3E14～1E15。
4.根据权利要求1至3任一项所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S03中退火温度为900-1050℃。
5.根据权利要求1至3任一项所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：所述侧墙为氮化硅。
6.根据权利要求5所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S02中形成侧墙包括采用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积氮化硅。
7.根据权利要求6所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S02形成侧墙的反应气体包括硅烷和氨气。
8.根据权利要求7所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S02形成侧墙的反应温度为350-480℃，反应直流功率为350-600W。
9.根据权利要求1至3任一项所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：所述侧墙厚度为
10.根据权利要求1至3任一项所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于：步骤S04采用刻蚀形成源漏凹槽，步骤S05采用选择性外延工艺生长锗硅。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |