应力层的形成方法和晶体管的形成方法技术

一种应力层的形成方法和晶体管的形成方法，应力层的形成方法包括：提供半导体衬底；提供外延设备，包括反应腔、气体输送装置；在半导体衬底上形成应力层，应力层材料包括第一元素和第二元素，采用的反应气体包括含第一元素气体和含第二元素气体，应力层包括体层，体层的形成步骤包括：第一上升阶段，第一上升阶段内向反应腔内通入反应气体，其中，含第二元素气体的浓度逐渐上升至第一浓度，进行第一稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，反应气体直接通过气体输送装置排出，进行第一生长阶段，向反应腔内通入气体，保持含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度稳定。上述方法可以提高应力层的质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种应力层的形成方法和晶体管的形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，半导体器件的尺寸逐渐缩小，晶体管的性能也受到影响。为了进一步提高晶体管的性能，应力工程被引入晶体管的制程中。对晶体管的沟道区域施加压应力可以提高沟道区域内的空穴迁移率，而对晶体管的沟道区域施加张应力，则可以提高沟道区域内的电子迁移率。由于电子在单晶硅中的迁移率大于空穴的迁移率，所以，现有技术通常通过应力工程提高PMOS晶体管的空穴迁移率，以使得PMOS晶体管的载流子迁移率与NMOS晶体管的载流子迁移率匹配。一般通过采用应力材料形成PMOS晶体管的源极和漏极，以对PMOS晶体管的沟道区域施加压应力，从而提高所述PMOS晶体管的沟道区域内的空穴迁移率。具体包括：在PMOS晶体管的栅极结构两侧的半导体衬底内形成凹槽，然后再在所述凹槽内填充应力层作为PMOS晶体管的源极和漏极。所述应力层的晶格常数大于半导体衬底沟道区域的晶格常数，从而会对PMOS晶体管的沟道区域施加压应力。所述PMOS晶体管采用的应力层材料一般为SiGe。现有技术也可以采用SiC作为NMOS晶体管的源极和漏极，进一步提高NMOS晶体管的载流子迁移率。为了避免由于应力层与半导体衬底之间的晶格不匹配造成源极和漏极内产生缺陷，在形成SiGe或SiC的过程中，通常随着应力层厚度的增加，逐渐增加含Ge或含C气体的浓度，减少应力层与半导体衬底界面上的晶格常数差异，并且在到达一定浓度后，保持浓度不变，继续沉积形成应力层。但是由于沉积过程中，含Ge或含C气体浓度逐渐升高的状态，在停止变化的时候，很难精确控制含Ge或含C气体的浓度，所述含Ge或含C气体的浓度还会有一个短暂的上升和回落过程，从而使得最终的应力层中，Ge或者C的浓度变化不均匀，影响形成的应力层的质量，使应力层内具有较多缺陷，所述应力层作为晶体管的源极和漏极会影响形成的晶体管的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种应力层的形成方法和一种晶体管的形成方法，提高应力层的性能以及晶体管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种应力层的形成方法，包括：提供半导体衬底；提供外延设备，所述外延设备包括反应腔、位于反应腔外部与反应腔连通的气体输送装置；将半导体衬底置于反应腔内，采用外延工艺在所述半导体衬底上形成应力层，所述应力层的材料包括第一元素和第二元素，所述外延工艺采用的反应气体包括含第一元素气体和含第二元素气体，所述应力层包括体层，所述体层的形成步骤依次包括：第一上升阶段，第一上升阶段内向反应腔内通入反应气体，形成第一部分体层，其中，含第二元素气体的浓度逐渐上升至第一浓度，然后进行第一稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输送装置排出，然后进行第一生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分体层表面形成第二部分体层。可选的，所述第一稳定阶段的时间为5s～1min。可选的，所述第一元素为Si，第二元素为Ge或C。可选的，所述含第一元素气体为SiH4或SiH2Cl2。可选的，所述含第二元素气体为GeH4或CH4。可选的，所述应力层还包括半导体衬底以及体层之间的种子层。可选的，所述种子层的形成步骤依次包括：第二上升阶段，第二上升阶段内向反应腔内通入反应气体，形成第一部分种子层，其中，含第二元素气体浓度逐渐上升至第二浓度，然后进行第二稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输送装置排出，然后进行第二生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分种子层表面形成第二部分种子层。可选的，所述第二浓度小于第一浓度，且所述第二浓度为形成体层过程中，第一上升阶段内的含第二元素气体的起始浓度。可选的，所述第二稳定阶段的时间为5s～1min。可选的，所述外延工艺的温度为500℃～800℃，压强为1Torr～100Torr。可选的，所述外延工艺中的反应气体还包括H2和HCl，所述外延工艺中含第一元素气体、含第二元素气体和HCl的流量为1sccm～1000sccm，H2的流量为0.1slm～50slm。可选的，第一稳定阶段的反应气体温度和压强与第一生长阶段的反应气体温度和压强相同；第二稳定阶段的反应气体温度和压强与第二生长阶段的反应气体温度和压强相同。可选的，所述体层的形成步骤还包括位于第一生长阶段之后的第一下降阶段：向反应腔内通入反应气体，使含第二元素气体浓度逐渐下降至第三浓度，在第二部分体层表面形成第三部分体层。可选的，所述应力层还包括位于体层表面的盖帽层，所述盖帽层的形成过程中，保持含第二元素气体的浓度为第三浓度。可选的，所述第三浓度大于或等于0。可选的，所述第二元素为Ge时，所述种子层内的Ge的摩尔浓度为5％～25％，所述体层内的Ge的摩尔浓度为25％～45％，盖帽层内的Ge的摩尔浓度为1％～15％。可选的，所述第二元素为C时所述种子层内的C含量为1％～3％，所述体层内的C含量为3％～10％，盖帽层内的C含量为0.5％～2％。可选的，所述体层内具有P型或N型掺杂离子，所述体层内的P型或N型掺杂离子的浓度为1E19atom/cm3～1E19atom/cm3。本专利技术的技术方案还提供一种晶体管的形成方法，包括：提供衬底；形成覆盖部分衬底表面的栅极结构；在所述栅极结构两侧的衬底内形成凹槽；采用上述应力层的形成方法，形成填充满凹槽的应力层。可选的，所述凹槽为U形或者具有Σ形侧壁。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中，所述应力层材料包括第一元素和第二元素，且所述应力层包括体层，所述体层的形成过程包括第一上升阶段、第一稳定阶段和第一生长阶段。所述第一上升阶段内，反应气体中的含第二元素气体浓度逐渐上升，使得体层内的第二元素浓度也逐渐上升，在进入含第二元素气体浓度稳定的第一生长阶段之前，增加第一稳定阶段，第一稳定阶段内，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，并且所述反应气体不经过反应腔，直接通过反应腔外的气体输送装置排出，通过第一稳定阶段的调整，所述输入气体中的含第二元素气体的浓度已经较为稳定，随后再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力层的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；提供外延设备，所述外延设备包括反应腔、位于反应腔外部与反应腔连通的气体输送装置；将半导体衬底置于反应腔内，采用外延工艺在所述半导体衬底上形成应力层，所述应力层的材料包括第一元素和第二元素，所述外延工艺采用的反应气体包括含第一元素气体和含第二元素气体，所述应力层包括体层，所述体层的形成步骤依次包括：第一上升阶段，第一上升阶段内向反应腔内通入反应气体，形成第一部分体层，其中，含第二元素气体的浓度逐渐上升至第一浓度，然后进行第一稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输送装置排出，然后进行第一生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分体层表面形成第二部分体层。

【技术特征摘要】
1.一种应力层的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底；
提供外延设备，所述外延设备包括反应腔、位于反应腔外部与反应腔连
通的气体输送装置；
将半导体衬底置于反应腔内，采用外延工艺在所述半导体衬底上形成应
力层，所述应力层的材料包括第一元素和第二元素，所述外延工艺采用的反
应气体包括含第一元素气体和含第二元素气体，所述应力层包括体层，所述
体层的形成步骤依次包括：第一上升阶段，第一上升阶段内向反应腔内通入
反应气体，形成第一部分体层，其中，含第二元素气体的浓度逐渐上升至第
一浓度，然后进行第一稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度
和含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输
送装置排出，然后进行第一生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含第
一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分体层表面形成第二
部分体层。
2.根据权利要求1所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述第一稳定阶
段的时间为5s～1min。
3.根据权利要求2所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述第一元素为
Si，第二元素为Ge或C。
4.根据权利要求3所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述含第一元素
气体为SiH4或SiH2Cl2。
5.根据权利要求4所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述含第二元素
气体为GeH4或CH4。
6.根据权利要求1或5所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述应力层
还包括半导体衬底以及体层之间的种子层。
7.根据权利要求6所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述种子层的形
成步骤依次包括：第二上升阶段，第二上升阶段内向反应腔内通入反应气
体，形成第一部分种子层，其中，含第二元素气体浓度逐渐上升至第二浓

\t度，然后进行第二稳定阶段，保持所述反应气体内含第一元素气体浓度和
含第二元素气体浓度不变，所述反应气体不经过反应腔，直接通过气体输
送装置排出，然后进行第二生长阶段，向反应腔内通入反应气体，保持含
第一元素气体浓度和含第二元素气体浓度不变，在第一部分种子层表面形
成第二部分种子层。
8.根据权利要求7所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述第二浓度小
于第一浓度，且所述第二浓度为形成体层过程中，第一上升阶段内的含第
二元素气体的起始浓度。
9.根据权利要求7所述的应力层的形成方法，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂火金，
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