半导体结构及其形成方法技术

技术编号:19430877 阅读:4 留言:0更新日期:2018-11-14 11:43
本发明专利技术提供一种半导体结构及其形成方法,其中方法包括:提供衬底;对所述衬底进行刻蚀处理,在所述衬底中形成第一凹槽;通过预处理气体对所述第一凹槽底部和侧壁进行预处理,形成第二凹槽,所述预处理气体与所述第一凹槽底部和侧壁发生化学反应;在所述第二凹槽中形成外延层。可以通过通入的预处理气体的流量及刻蚀时间对所述第二凹槽的尺寸进行控制,进而能够对外延层的尺寸进行控制,改善所形成的半导体结构的性能。此外,所述预处理气体的能量较低,从而不容易对第二凹槽侧壁造成损耗,进而能够形成结构完整的外延层。因此,所述形成方法能够改善所形成半导体结构的性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
,尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展,半导体器件朝着更高元件密度以及更高集成度的方向发展。为了提高集成度,晶体管的密集程度不断提高,间距逐渐缩小。半导体器件向高集成度发展的同时,也伴随着沟道载流子迁移速率降低的问题。为了提高晶体管沟道载流子迁移速率,现有工艺引入了应变硅技术。应变硅技术的原理为在晶体管的漏、源区外延生长一层晶格常数不同于硅衬底晶格常数的应力层。应力层能够为沟道提供应力,从而能够改善沟道中载流子的迁移速率,进而改善所形成晶体管的性能。然而,现有的半导体结构的形成方法所形成的应力层的性能较差,导致所形成的半导体结构的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构及其形成方法,能够改善所形成半导体结构性能。为解决上述问题,本专利技术提供一种半导体结构的形成方法,包括:提供衬底;对所述衬底进行刻蚀处理,在所述衬底中形成第一凹槽;通过预处理气体对所述第一凹槽底部和侧壁进行预处理,形成第二凹槽,所述预处理气体与所述第一凹槽底部和侧壁发生化学反应;在所述第二凹槽中形成外延层。可选的,所述刻蚀处理的工艺为干法刻蚀工艺、湿法刻蚀中的一种或两种组合。可选的,所述预处理的预处理气体包括HCl。可选的,所述预处理的参数包括:温度为650℃~850℃。可选的,所述预处理的预处理气体还包括GeH4。可选的,所述预处理的温度为630℃~830℃。可选的,所述刻蚀处理之前,还包括:在所述衬底上形成栅极,所述第一凹槽分别位于所述栅极两侧的衬底中。可选的,所述第一凹槽为“U”型或“Σ”型;所述第二凹槽为“Σ”型。可选的,所述第一凹槽的深度为40nm~50nm,所述第一凹槽的宽度为40nm~55nm;所述第二凹槽侧壁具有尖端,所述尖端朝向所述栅极,所述第二凹槽的深度为45nm~55nm,所述第二凹槽侧壁尖端到所述衬底表面的距离为18nm~22nm,所述栅极侧壁到相邻的尖端的位移的绝对值小于5nm。可选的,所述预处理的工艺参数包括:所述预处理气体为HCl,预处理气体的流量为130sccm~170sccm;所述预处理的时间为80s~220s;或者,所述预处理气体为HCl和GeH4的组合,HCl的流量130sccm~170sccm,GeH4的流量为6.5sccm~8.5sccm,所述预处理的时间为20s~40s。可选的,所述外延层的材料为硅锗或碳化硅。可选的,所述衬底的材料为单晶硅。可选的,所述衬底表面为(100)晶面。可选的,进行所述刻蚀处理之前,还包括:分别在所述衬底中形成第一掺杂区和第二掺杂区,所述第一掺杂区和第二掺杂区接触;所述第一凹槽、第二凹槽和外延层的个数分别为两个;所述两个外延层分别为第一外延层和第二外延层,所述第一外延层位于所述第一掺杂区中,所述第二外延层位于所述第二掺杂区中;所述第一外延层和所述第一掺杂区中具有第一离子,所述第二外延层和所述第二掺杂区中具有第二离子,所述第一离子与第二离子的导电类型相反。可选的,进行所述刻蚀处理之前,还包括:分别在所述衬底中形成第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区,所述第二掺杂区位于所述第一掺杂区和第三掺杂区之间,所述第一掺杂区与所述第二掺杂区接触,所述第三掺杂区与所述第二掺杂区接触;所述第一凹槽、第二凹槽和外延层的个数分别为三个,三个外延层分别为第一外延层、第二外延层和第三外延层,所述第一外延层位于所述第一掺杂区中,所述第二外延层位于所述第二掺杂区中,所述第三外延层位于所述第三掺杂区中;所述第一外延层和所述第一掺杂区中具有第一离子,所述第二外延层和所述第二掺杂区中具有第二离子,所述第三外延层和所述第三掺杂区中具有第三离子,所述第一离子与所述第三离子的导电类型相同,所述第一离子与第二离子的导电类型相反。相应的,本专利技术还提供一种由上述方法形成的半导体结构。与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下优点:本专利技术技术方案提供的半导体结构的形成方法中,所述刻蚀处理之后,进行所述预处理。由于所述预处理通过预处理气体对所述第一凹槽底部和侧壁进行处理,可以通过通入的预处理气体的流量及刻蚀时间对所述预处理过程进行控制,从而对所述第二凹槽的尺寸进行控制,进而能够对外延层的尺寸进行控制,改善所形成的半导体结构的性能。此外,由于所述预处理气体仅通过与第一凹槽底部和侧壁发生化学反应对第一凹槽底部和侧壁进行预处理,所述预处理气体的能量较低,从而不容易对第二凹槽侧壁造成损耗,进而能够形成结构完整的外延层。且对所述第一凹槽的侧壁和底部进行预处理,能够减少所述第一凹槽侧壁和底部的缺陷。因此,所述形成方法能够改善所形成半导体结构的性能。进一步,所述预处理工艺使所述第二凹槽为“Σ”型,且使所述第二凹槽侧壁的尖端靠近所形成晶体管的沟道,能够增加外延层对晶体管沟道的应力,从而能够增加晶体管沟道中载流子的迁移速率,改善所形成的半导体结构性能。附图说明图1至图2是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图;图3至图6是本专利技术的半导体结构的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。具体实施方式现有技术的半导体结构及其形成方法存在诸多问题,包括:所形成的半导体结构性能较差。现结合一种半导体结构的形成方法,分析导致所形成半导体结构性能较差的原因。图1至图2是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图。请参考图1,提供衬底100;在所述衬底100上形成栅极结构110。继续参考图1,对所述栅极结构110两侧的衬底100进行刻蚀,在所述栅极结构两侧的衬底100中凹槽121。请参考图2,通过外延生长工艺在所述凹槽121中形成外延层120。其中,形成所述凹槽121的工艺为干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺中的一种或两种组合。为了使外延层120能够为PMOS晶体管提供较大的沟道应力,形成所述凹槽121的工艺包括湿法刻蚀,使所述凹槽121为“Σ”型。所述衬底100为单晶硅,单晶硅的(111)晶面原子密度比(100)晶面的原子密度大,从而使硅的(111)晶面的刻蚀较困难,硅的(111)晶面的刻蚀速率较低,从而湿法刻蚀能够使所述凹槽121呈“Σ”型。然而,随着半导体结构尺寸的缩小,栅极结构110的宽度也减小,由于湿法刻蚀不容易控制,在形成所述凹槽121的过程中,栅极结构110两侧的凹槽容易穿通,导致所形成的半导体结构失效。在其他方法中,还可以利用干法刻蚀形成所述凹槽121,干法刻蚀是利用具有高能量的等离子轰击栅极结构110两侧的衬底100,形成所述凹槽121。由于等离子体的能量较高,容易使所述凹槽121侧壁受损伤,导致在所述凹槽121中形成的外延层120的结构不完整,从而难以为晶体管沟道提供足够的应力。为解决所述技术问题,本专利技术提供了一种半导体结构的形成方法,包括:提供衬底;对所述衬底进行刻蚀处理,在所述衬底中形成第一凹槽;通过预处理气体对所述第一凹槽底部和侧壁进行预处理,形成第二凹槽,所述预处理气体用于与所述第一凹槽底部和侧壁发生化学反应;在所述第二凹槽中形成外延层。其中,可以通过通入的预处理气体的流量及刻蚀时间对刻蚀过程进行控制,从而对所述第二凹槽的尺寸进行控制,进而能够对外延层的尺寸进行控制,改善所形成的半导体结构的性能。此外,由于所述预处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:提供衬底;对所述衬底进行刻蚀处理,在所述衬底中形成第一凹槽;通过预处理气体对所述第一凹槽底部和侧壁进行预处理,形成第二凹槽,所述预处理气体与所述第一凹槽底部和侧壁发生化学反应;在所述第二凹槽中形成外延层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:提供衬底;对所述衬底进行刻蚀处理,在所述衬底中形成第一凹槽;通过预处理气体对所述第一凹槽底部和侧壁进行预处理,形成第二凹槽,所述预处理气体与所述第一凹槽底部和侧壁发生化学反应;在所述第二凹槽中形成外延层。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述刻蚀处理的工艺为干法刻蚀工艺、湿法刻蚀中的一种或两种组合。3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述预处理的预处理气体包括HCl。4.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述预处理的参数包括:温度为650℃~850℃。5.如权利要求3所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述预处理的预处理气体还包括GeH4。6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述预处理的温度为630℃~830℃。7.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述刻蚀处理之前,还包括:在所述衬底上形成栅极,所述第一凹槽分别位于所述栅极两侧的衬底中。8.如权利要求7所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一凹槽为“U”型或“Σ”型;所述第二凹槽为“Σ”型。9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述第一凹槽的深度为40nm~50nm,所述第一凹槽的宽度为40nm~55nm;所述第二凹槽侧壁具有尖端,所述尖端朝向所述栅极,所述第二凹槽的深度为45nm~55nm,所述第二凹槽侧壁尖端到所述衬底表面的距离为18nm~22nm,所述栅极侧壁到相邻的尖端的位移的绝对值小于5nm。10.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法,其特征在于,所述预处理的工艺参数包括:所述预处理气体为HCl,预处理气体的流量为130sccm~170sccm;所述预处理的时间为80s~220s;或者,所述预处理气体为HCl和GeH4的组合,HCl的流量13...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘轶群丁士成金兰
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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