晶体管及其形成方法技术

一种晶体管及其形成方法，所述晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底；刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底内形成凹槽；在所述凹槽内依次外延形成阈值调整层和载流子迁移层，所述载流子迁移层的表面与半导体衬底的表面齐平，所述阈值调整层内掺杂有阈值调整离子，所述载流子迁移层中载流子的迁移率大于阈值调整层中载流子的迁移率；在所述载流子迁移层表面形成栅极结构。所述晶体管的形成方法可以提高晶体管的载流子迁移率，改善晶体管的短沟道效应。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，所述晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底；刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底内形成凹槽；在所述凹槽内依次外延形成阈值调整层和载流子迁移层，所述载流子迁移层的表面与半导体衬底的表面齐平，所述阈值调整层内掺杂有阈值调整离子，所述载流子迁移层中载流子的迁移率大于阈值调整层中载流子的迁移率；在所述载流子迁移层表面形成栅极结构。所述晶体管的形成方法可以提高晶体管的载流子迁移率，改善晶体管的短沟道效应。【专利说明】
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
在半导体工艺中，晶体管的阈值电压等于形成沟道需要的栅极对源极的偏置电 压。如果栅极对源极的偏置电压小于阈值电压，就不会产生沟道。 栅极结构底部的掺杂是决定阈值电压的主要因素，晶体管的底部掺杂能通过在栅 极结构底部下的离子注入来调整，这种离子注入被叫做阈值调整注入。 目前，传统的阈值调整注入方法可以通过掺杂注入阈值调整离子完成，通过在栅 极结构下面的衬底中形成合适的掺杂区，从而实现对半导体阈值电压的调整。但是对所述 衬底进行阈值调整离子掺杂之后会降低衬底内载流子的迁移率。与本征半导体相比，进行 阈值调整离子掺杂后的半导体材料中，阈值调整离子使得载流子的散射几率增大，从而使 载流子的迁移率下降，阈值调整离子的浓度越大，迁移率越小。载流子迁移率下降会提高晶 体管的功耗，降低器件的电流承受能力和晶体管的开关速度。 所以，现有的晶体管在调整阈值电压的同时，还需要提高其沟道区域的载流子的 迁移率，改善短沟道效应。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，所述晶体管的形成方法能够 在实现对晶体管的阈值电压进行调整的同时，提高沟道内的载流子迁移率。 为解决上述问题，本专利技术的技术方案提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导 体衬底；刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底内形成凹槽；在所述凹槽内依次外延形 成阈值调整层和载流子迁移层，所述载流子迁移层和阈值调整层填充满所述凹槽，所述阈 值调整层内掺杂有阈值调整离子，所述载流子迁移层中阈值调整离子的掺杂浓度小于阈值 调整层中的阈值调整离子的掺杂浓度；在所述凹槽上方形成栅极结构。 可选的，在形成所述阈值调整层之前，在所述凹槽侧壁表面形成隔离侧墙，所述隔 离侧墙顶部低于半导体衬底的表面，暴露出所述凹槽靠近半导体衬底表面的部分侧壁。 可选的，所述隔离侧墙的厚度为2nm?8nm。 可选的，所述半导体衬底的表面高于隔离侧墙顶部5nm?20nm。 可选的，所述阈值调整层的厚度为l〇nm?50nm。 可选的，所述阈值调整离子为硼、铟、磷或砷中的一种或几种。 可选的，所述阈值调整层中的阈值调整离子的浓度为5E17atom/cm3?lE19atom/ cm3。 可选的，所述阈值调整层内还具有扩散阻挡离子，所述扩散阻挡离子为Ge、C或 Sn中的一种或几种离子，所述阈值调整层中扩散阻挡离子的掺杂浓度为lE19atom/cm3? L 5E22atom/cm3〇 可选的，所述载流子迁移层包括位于阈值调整层表面的阻挡层。 可选的，所述阻挡层的厚度为3nm?15nm。 可选的，所述阻挡层的材料为硅，并且所述阻挡层内还具有扩散阻挡离子，所述扩 散阻挡离子为Ge、C或Sn中的一种或几种离子，所述阻挡层中扩散阻挡离子的掺杂浓度为 lE20atom/cm3 ?2. 5E22atom/cm3。 可选的，所述阻挡层内掺杂有阈值调整离子，所述阻挡层内的阈值调整离子的 浓度小于阈值调整层内阈值调整离子的浓度，所述阻挡层内的阈值调整离子的浓度为 5E16atom/cm 3 ?lE18atom/cm3。 可选的，所述载流子迁移层包括位于所述阻挡层表面的本征层。 可选的，所述本征层的厚度为10nm?25nm。 可选的，所述本征层的材料为硅。 可选的，所述本征层内还具有扩散阻挡离子，所述扩散阻挡离子为Ge、C或Sn中 的一种或几种离子，所述本征层中扩散阻挡离子的掺杂浓度为lE19atom/cm 3?lE22atom/ cm3。 可选的，所述载流子迁移层包括位于阈值调整层表面的阻挡层和位于所述阻挡层 表面的本征层。 可选的，还包括，对所述载流子迁移层表面进行等离子体处理。 可选的，所述等离子体处理的等离子体源为N2、Ar、F2或4中的一种或多种气体。 为解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供了采用上述方法形成的晶体管，包括： 半导体衬底；位于所述半导体衬底内的凹槽；位于所述凹槽内的阈值调整层和位于所述阈 值调整层表面的载流子迁移层，所述载流子迁移层填充满所述凹槽并且所述载流子迁移层 的表面与半导体衬底的表面，所述阈值调整层内掺杂有阈值调整离子，所述载流子迁移层 中阈值调整离子的掺杂浓度小于阈值调整层中的阈值调整离子的掺杂浓度；位于所述凹槽 上方的栅极结构。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点： 本专利技术的技术方案在半导体衬底中形成凹槽，在所述凹槽内依次外延形成阈值调 整层和载流子迁移层，所述阈值调整层中掺杂有阈值调整离子，用于调节晶体管的阈值电 压。由于载流子迁移层中阈值调整离子的掺杂浓度小于阈值调整层中阈值调整离子的掺杂 浓度，使得所述载流子迁移层中载流子的迁移速率大于阈值调整层中的载流子迁移速率， 可以提商晶体管的沟道区域内的载流子迁移率，改善晶体管的短沟道效应，提商晶体管的 性能。 进一步的，在形成所述阈值调整层之前，在所述凹槽侧壁表面形成隔离侧墙，所述 隔离侧墙顶部低于半导体衬底的表面，暴露出所述凹槽靠近半导体衬底表面的部分侧壁。 所述隔离侧墙可以阻挡后续晶体管的源极和漏极内的离子向沟道区域扩散，从而防止源漏 穿通，并且由于所述隔离侧墙暴露出所述凹槽靠近半导体衬底表面的部分侧壁，从而可以 通过该侧壁将晶体管的源极和漏极与沟道区域连接，由于所述未被隔离侧墙覆盖的部分侧 壁的高度较低，源极和漏极内的离子通过该侧壁扩散进入沟道区域内的效率较低，从而可 以改善晶体管的短沟道效应。 【专利附图】【附图说明】 图1至图9是本专利技术的第一实施例中形成所述晶体管的剖面示意图； 图10至图17是本专利技术的第二实施例中形成所述晶体管的剖面示意图。 【具体实施方式】 如
技术介绍
中所述，现有技术对晶体管的沟道区域进行阈值调整注入后，会降低 沟道内载流子的迁移率，从而影响晶体管的性能。 为了解决上述问题，本专利技术提出了一种，所述晶体管的形成 方法能够在实现阈值调整的同时，提高晶体管的载流子迁移率。 为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术 的具体实施例做详细的说明。 第一实施例 请参考图1，提供半导体衬底100。 所述半导体衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导 体衬底100可以是体材料也可以是复合结构如绝缘体上硅。本领域的技术人员可以根据半 导体衬底100上形成的半导体器件选择所述半导体衬底100的类型，因此所述半导体衬底 100的类型不应限制本专利技术的保护范围。 本实施例中，所述半导体衬底100为硅衬底，并且所述半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底内形成凹槽；在所述凹槽内依次外延形成阈值调整层和载流子迁移层，所述载流子迁移层和阈值调整层填充满所述凹槽，所述阈值调整层内掺杂有阈值调整离子，所述载流子迁移层中阈值调整离子的掺杂浓度小于阈值调整层中的阈值调整离子的掺杂浓度；在所述凹槽上方形成栅极结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵猛，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31