PMOS晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种PMOS晶体管及其制作方法。为了提高对沟道施加的压应力，本发明专利技术在源/漏区的sigma形凹槽内填入硅锗材质时，使得硅锗材质的表面高于硅衬底表面以增加硅锗材质的填充量；此外，在半导体工艺中，一片晶圆除了制作PMOS晶体管，在其它区域还需形成其它半导体器件，例如NMOS晶体管，因而，在对晶圆进行离子注入形成PMOS晶体管的轻掺杂区时，对其它区域需采用光刻胶覆盖加以保护，浅结制作完成后，该光刻胶残留物需进行去除，为防止上述清洗过程对硅锗材质腐蚀，本发明专利技术在硅锗材质的侧面覆盖保护层，从而提高了载流子的迁移速率。

【技术实现步骤摘要】
PMOS晶体管及其制作方法
本专利技术属于半导体制造领域，特别是涉及一种PMOS晶体管及其制作方法。
技术介绍
随着集成电路集成度的提高，半导体器件的尺寸逐步按比例缩小，在半导体器件尺寸按比例缩小的过程中，漏极电压并不随之减小，这就导致源极与漏极之间的沟道区电场增大，在强电场作用下，电子在两次碰撞之间会加速到比热运动速度高许多倍的速度，由于电子的动能很大该电子被称为热电子，从而引起热电子效应（hotelectroneffect）。热电子效应会导致热电子向栅介质层注入，形成栅电极电流和衬底电流，以致影响半导体器件和电路的可靠性。为了克服热电子效应，有多种对MOS晶体管结构的改进方法，例如双注入结构、埋沟结构、分立栅结构、埋漏结构等等，其中研究较多且实用价值较大的一种是轻掺杂漏（LightlyDopedDrain，简称LDD）结构。轻掺杂漏结构可以降低电场，并可以显著改善热电子效应。除了改进热电子效应以提高MOS晶体管的性能外，由于应力可以改变硅材质的能隙和载流子迁移率，因此通过应力来提高MOS晶体管的性能成为越来越常用的手段。具体地，通过适当控制应力，可以提高载流子（NMOS晶体管中的电子，PMOS晶体管中的空穴）迁移率，进而提高驱动电流，以此极大地提高MOS晶体管的性能。以PMOS晶体管为例，可以采用嵌入式硅锗技术（EmbeddedSiGeTechnology）以在晶体管的沟道区域产生压应力，进而提高载流子迁移率。所谓嵌入式硅锗技术是指在半导体衬底的需要形成源极及漏极的区域中埋置硅锗材质，利用硅与硅锗（SiGe）之间的晶格失配对沟道区域产生压应力。更多关于嵌入式硅锗技术的文献请参照公开号为US7446350B2的美国专利。然而，本专利技术人在实际使用上述嵌入式技术的PMOS晶体管过程中，发现仍存在载流子的迁移速率过慢的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是改善PMOS晶体管的载流子迁移速率过慢的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种PMOS晶体管的制作方法，包括：提供硅衬底，在所述硅衬底上形成栅极结构及侧墙，所述栅极结构至少包括形成在硅衬底上的栅介质层及所述栅介质层上的栅电极层；在硅衬底中预形成源极及漏极的区域形成sigma形凹槽；在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质，所述硅锗材质的上表面高于所述硅衬底表面；去除所述侧墙，后至少在所述硅锗材质侧边覆盖保护层，光刻胶残留物去除溶液对所述保护层的去除速率低于对硅锗材质的去除速率；采用光刻胶覆盖所述硅衬底的其它区域，以在所述侧墙暴露的硅衬底区域形成轻掺杂区；采用光刻胶残留物去除溶液清洗所述硅衬底以形成PMOS晶体管，所述清洗过程中，高于所述硅衬底表面的硅锗材质被所述保护层保护。可选地，至少在所述硅锗材质侧边覆盖保护层包括：在栅极结构、硅衬底表面及硅锗材质上覆盖一保护层；回蚀所述保护层以暴露出硅衬底表面，保留所述栅极结构及硅锗材质侧边的保护层。可选地，光刻胶残留物去除溶液包括氨水，双氧水及水。可选地，所述保护层至少包括氮化硅层、氧化硅层、掺碳氮化硅层或掺氧氮化硅层。可选地，所述保护层的厚度为可选地，所述保护层的形成方法包括：炉管工艺、物理气相沉积法、化学气相沉积法或原子层沉积法。可选地，所述侧墙至少包括氮化硅层，所述氮化硅层的去除溶液为热磷酸。可选地，所述侧墙至少包括氧化硅层，所述氧化硅层的去除溶液为氢氟酸。可选地，在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质步骤包括：在所述硅锗材质表面形成帽层，所述帽层的材质为硅。可选地，在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质步骤包括：先形成第一硅锗材质层，后形成第二硅锗材质层，所述第二硅锗材质层的锗含量高于所述第一硅锗材质层的锗含量。可选地，所述硅衬底的其它区域具有半导体器件。可选地，所述栅极结构还包括覆盖所述栅介质层及所述栅电极层的覆盖层。此外，本专利技术还提供上述制作方法形成的PMOS晶体管。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）为了提高对沟道施加的压应力，本专利技术在源/漏区的sigma形凹槽内填入硅锗材质时，使得硅锗材质的表面高于硅衬底表面以增加硅锗材质的填充量；此外，在半导体工艺中，一片晶圆除了制作PMOS晶体管，在其它区域还需形成其它半导体器件，例如NMOS晶体管，因而，在对晶圆进行离子注入形成PMOS晶体管的轻掺杂区时，对其它区域需采用光刻胶覆盖加以保护，浅结制作完成后，该光刻胶残留物需进行去除，为防止上述清洗过程对硅锗材质腐蚀，本专利技术在硅锗材质的侧面覆盖保护层，从而提高了载流子的迁移速率。2）可选方案中，光刻胶残留物去除溶液包括氨水，双氧水及水，上述混合溶液对硅锗的腐蚀速率较快，采用去除速率慢于硅锗的材质作为保护层即可起到提高源/漏区硅锗材质的填充量，此外，还可以避免硅锗材质由于腐蚀导致的表面缺陷，降低了漏电流。3）可选方案中，在2）可选方案基础上，保护层的材质可以为氮化硅、氧化硅、掺碳氮化硅或掺氧氮化硅，为保护层的材质提供了选择。其中，对于掺碳氮化硅，碳的含量（原子个数）优选为0.5%-5%，掺碳氮化硅易于生长且对于氨水，双氧水，相对硅锗的刻蚀选择比较佳。4）可选方案中，所述侧墙的材质至少包括氮化硅层或氧化硅层，对于氮化硅，去除溶液为热磷酸；对于氧化硅，去除溶液为氢氟酸。5）可选方案中，在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质步骤包括：先形成第一硅锗材质层，后形成第二硅锗材质层，所述第二硅锗材质层的锗含量高于所述第一硅锗材质层的锗含量；利用第一硅锗材质层作为缓冲层，第二硅锗材料层主要对沟道施加压应力。6）可选方案中，在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质步骤包括：在所述硅锗材质表面形成帽层，所述帽层的材质为硅；上述帽层用于形成金属硅化物，以降低源/漏区的接触电阻。附图说明图1至图9是本专利技术实施例的PMOS晶体管在不同制作阶段的剖视图。具体实施方式如前所述，为了提高对沟道施加的压应力，本专利技术在源/漏区的sigma形凹槽内填入硅锗材质时，使得硅锗材质的表面高于硅衬底表面以增加硅锗材质的填充量。此外，在半导体工艺中，一片晶圆除了制作PMOS晶体管，在其它区域还需形成其它半导体器件，例如NMOS晶体管，因而，在对晶圆进行离子注入形成PMOS晶体管的轻掺杂区时，对其它区域需采用光刻胶覆盖加以保护，浅结制作完成后，该光刻胶残留物需进行去除。为防止上述清洗过程对硅锗材质腐蚀，本专利技术在硅锗材质的侧面覆盖保护层。经验证，采用本专利技术的技术方案的PMOS晶体管，载流子的迁移速率及漏电流问题已得到很大程度改善。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。由于本专利技术重在解释原理，因此，未按比例制图。图1至图9是本专利技术的一个实施例中PMOS晶体管在不同制作阶段的剖视图，下面将结合图1至图9对制作方法进行详细说明。首先执行步骤S1：提供硅衬底，在所述硅衬底上形成栅极结构及侧墙，所述栅极结构至少包括形成在硅衬底上的栅介质层及所述栅介质层上的栅电极层。如图1所示，衬底10为单晶硅衬底，其具有表面101。可在衬底10中形成浅沟槽隔离结构（ShallowTrenchIsolation，简称STI）（未图示），以将衬底10中的有源区域隔离起来。栅极结构11包括形成在硅衬底10上的栅介质层111及形成在栅介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PMOS晶体管的制作方法，其特征在于，包括：提供硅衬底，在所述硅衬底上形成栅极结构及侧墙，所述栅极结构至少包括形成在硅衬底上的栅介质层及所述栅介质层上的栅电极层；在硅衬底中预形成源极及漏极的区域形成sigma形凹槽；在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质，所述硅锗材质的上表面高于所述硅衬底表面；去除所述侧墙，后至少在所述硅锗材质侧边覆盖保护层，光刻胶残留物去除溶液对所述保护层的去除速率低于对硅锗材质的去除速率；采用光刻胶覆盖所述硅衬底的其它区域，以在所述侧墙暴露的硅衬底区域形成轻掺杂区；采用光刻胶残留物去除溶液清洗所述硅衬底以形成PMOS晶体管，所述清洗过程中，高于所述硅衬底表面的硅锗材质被所述保护层保护。

【技术特征摘要】
1.一种PMOS晶体管的制作方法，其特征在于，包括：提供硅衬底，在所述硅衬底上形成栅极结构及侧墙，所述栅极结构至少包括形成在硅衬底上的栅介质层及所述栅介质层上的栅电极层；在硅衬底中预形成源极及漏极的区域形成sigma形凹槽；在所述sigma形凹槽内填充硅锗材质，所述硅锗材质的上表面高于所述硅衬底表面；去除所述侧墙后至少在所述高于所述硅衬底表面的硅锗材质侧边覆盖保护层，光刻胶残留物去除溶液对所述保护层的去除速率低于对硅锗材质的去除速率；形成保护层后，采用光刻胶覆盖所述硅衬底的其它区域，以在所述侧墙暴露的硅衬底区域形成轻掺杂区；采用光刻胶残留物去除溶液清洗所述硅衬底以形成PMOS晶体管，所述清洗过程中，高于所述硅衬底表面的硅锗材质被所述保护层保护。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，至少在所述硅锗材质侧边覆盖保护层包括：在栅极结构、硅衬底表面及硅锗材质上覆盖一保护层；回蚀所述保护层以暴露出硅衬底表面，保留所述栅极结构及硅锗材质侧边的保护层。3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，光刻胶残留物去除溶液包括氨水，双氧水及水。4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述保护层至少包括氮化硅层、氧化硅层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳磊，
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