PMOS晶体管及其形成方法技术

一种PMOS晶体管及其形成方法，其中方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有栅极结构，所述栅极结构两侧的侧壁表面具有侧墙，在栅极结构两侧的半导体衬底中形成第一沟槽，对第一沟槽进行处理，形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽，在第二沟槽中填充第一应力层；在第一应力层的顶部表面形成覆盖层；所述第一应力层的顶部表面能够被覆盖层完全覆盖，刻蚀去除所述侧墙后，所述第一应力层的顶部表面不会受到刻蚀损伤。所述PMOS晶体管的形成方法提高了PMOS晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种PMOS晶体管及其形成方法。
技术介绍
MOS(金属-氧化物-半导体)晶体管，是现代集成电路中最重要的元件之一。所述MOS晶体管包括：P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管和N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。通过提高MOS晶体管沟道区的应力可以提高载流子迁移率，进而提高MOS晶体管的驱动电流，减少MOS晶体管的漏电。对于PMOS晶体管，为了提高PMOS晶体管沟道区的应力，在PMOS晶体管源漏区形成锗硅(SiGe)应力层，通过硅和锗硅之间晶格失配形成的压应力来提高PMOS晶体管沟道区中空穴的迁移率，从而提高PMOS晶体管的性能。形成上述PMOS晶体管的方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成栅极结构，所述栅极结构两侧有侧墙，在所述栅极结构两侧的半导体衬底内形成第一沟槽，所述第一沟槽的形状为∑形，在所述第一沟槽内形成锗硅层。锗硅层中的应力主要是通过所述第一沟槽靠近沟道区的尖端释放的。第一沟槽靠近沟道区尖端的位置影响形成的PMOS晶体管的性能。随着特征尺寸进一步缩小，源漏区形成之后，需要将栅极结构两侧的半导体衬底上的侧墙通过刻蚀去除以增加栅极结构之间的间距，具体的，形成源漏区之后，需要在源漏区表面形成覆盖层，然后去除栅极结构两侧的侧墙，但是在去除侧墙的过程中，会对侧墙附近暴露的部分锗硅层造成损伤，影响PMOS晶体管的性能。因此，现有技术形成的PMOS晶体管的性能和可靠性较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种PMOS晶体管及其形成方法，提高PMOS晶体管的性能和可靠性。为解决上述问题，本专利技术提供一种PMOS晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有多个栅极结构，所述栅极结构两侧的侧壁表面具有侧墙，所述侧墙的暴露面与半导体衬底表面具有第一交界线；在栅极结构两侧的半导体衬底中形成第一沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第一沟槽与半导体衬底顶部表面具有第二交界线，所述第二交界线与所述第一交界线重合，或所述第二交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；对第一沟槽进行处理，形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第二沟槽与半导体衬底顶部表面具有第三交界线，所述第三交界线与所述第一交界线重合，或所述第三交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；在第二沟槽中填充第一应力层；在第一应力层的顶部表面形成覆盖层；刻蚀去除所述侧墙。可选的，所述第一沟槽的剖面形状为U型。可选的，形成所述第一沟槽的方法包括：采用各向异性等离子体刻蚀工艺刻蚀栅极结构两侧的半导体衬底，刻蚀气体包括NF3、HBr和N2，NF3的流量为10sccm～100sccm，HBr的流量为100sccm～500sccm，N2的流量为5sccm～200sccm，源射频功率为100瓦～2000瓦，偏置射频功率为100瓦～500瓦，刻蚀腔室压力2毫托～50毫托。可选的，所述第一沟槽的深度为10nm～80nm，宽度为10nm～80nm。可选的，所述第二沟槽的剖面形状为西格玛形状。可选的，对第一沟槽进行处理以形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽的方法为：沿着第一沟槽对半导体衬底进行湿法刻蚀，刻蚀溶液为四甲基氢氧化铵溶液，四甲基氢氧化铵的浓度为10％-30％，刻蚀温度为0摄氏度～200摄氏度。可选的，所述第一应力层的材料为锗硅。可选的，所述覆盖层的材料为硅。可选的，所述第二沟槽的两侧具有尖端；所述PMOS晶体管的形成方法还包括：在所述尖端接触的半导体衬底中形成第三沟槽；在第二沟槽填充第一应力层的同时在第三沟槽中填充第二应力层。可选的，在所述尖端接触的半导体衬底中形成第三沟槽的方法为：在所述第二沟槽的侧壁形成第一介质层；刻蚀第一介质层，仅在第二沟槽两侧的尖端处留有第一介质层；以所述尖端处留有的第一介质层为掩膜，在第二沟槽侧壁形成第二介质层；刻蚀去除所述尖端处留有的第一介质层，形成开孔；以第二介质层为掩膜，沿着所述开孔刻蚀半导体衬底；去除第二介质层。可选的，所述第一介质层的厚度为0.5nm～5nm，所述第二介质层的厚度为0.5nm～5nm。可选的，所述第一介质层的材料为氮化硅，所述第二介质层的材料氧化硅。可选的，所述在第二沟槽的侧壁形成第一介质层的工艺为低压化学气相沉积，采用的气体包括SiH4和N2，SiH4的流量为800sccm～1000sccm，N2的流量为5000sccm～10000sccm，沉积腔室的压力为2torr～10torr，温度为300摄氏度～500摄氏度。可选的，在第二沟槽侧壁形成第二介质层的工艺为氧化工艺，采用的气体包括氧气，氧气的流量为800sccm～1000sccm，腔室的压力为2torr～10torr，温度为0摄氏度～100摄氏度。可选的，刻蚀第一介质层，仅在第二沟槽两侧的尖端处留有第一介质层的方法为：采用热磷酸溶液刻蚀第一介质层，仅在第二沟槽两侧的尖端留有第一介质层，磷酸的浓度为70％～90％，刻蚀温度为120摄氏度～200摄氏度。可选的，刻蚀去除所述尖端留有的第一介质层以形成所述开孔的方法为：采用磷酸溶液刻蚀去除所述尖端处留有的第一介质层以形成所述开孔，磷酸的浓度为70％～90％，刻蚀温度为120摄氏度～200摄氏度。可选的，以第二介质层为掩膜，沿着所述开孔刻蚀半导体衬底的方法为：以第二介质层为掩膜，采用等离子体刻蚀工艺沿所述开孔刻蚀半导体衬底，刻蚀气体包括NF3、HBr和N2，NF3的流量为10sccm～100sccm，HBr的流量为100sccm～500sccm，N2的流量为5sccm～200sccm，源射频功率为100瓦～2000瓦，偏置射频功率为100瓦～500瓦，刻蚀腔室压力2毫托～50毫托。可选的，去除所述第二介质层的方法为：采用氢氟酸溶液刻蚀去除第二介质层，氢氟酸的浓度为20％～50％，刻蚀温度为10摄氏度～50摄氏度。本专利技术还提供了一种采用上述任意一项方法形成的PMOS晶体管，包括：半导体衬底，所述半导体衬底表面具有栅极结构；位于栅极结构两侧半导体衬底中的第二沟槽；位于第二沟槽中的第一应力层；位于所述第一应力层顶部表面的覆盖层，所述覆盖层覆盖第一应力层的顶部表面；位于所述栅极结构和所述覆盖层之间的开口。可选的，所述第二沟槽的两侧具有尖端；所述PMOS晶体管还包括：位于所述尖端接触的半导体衬底中的第三沟槽；位于所述第三沟槽中的第二应力层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的PMOS晶体管的形成方法，所述侧墙的暴露面与半导体衬底表面具有第一交界线；在栅极结构两侧的半导体衬底中形成第一沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第一沟槽与半导体衬底顶部表面具有第二交界线，所述第二交界线与所述第一交界线重合，或所述第二交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；对第一沟槽进行处理，形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第二沟槽与半导体衬底顶部表面具有第三交界线，所述第三交界线与所述第一交界线重合，或所述第三交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；在第二沟槽中填充第一应力层；在第一应力层的顶部表面形成覆盖层；刻蚀去除所述侧墙的过程中，由于所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有多个栅极结构，所述栅极结构两侧的侧壁表面具有侧墙，所述侧墙的暴露面与半导体衬底表面具有第一交界线；在栅极结构两侧的半导体衬底中形成第一沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第一沟槽与半导体衬底顶部表面具有第二交界线，所述第二交界线与所述第一交界线重合，或所述第二交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；对第一沟槽进行处理，形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第二沟槽与半导体衬底顶部表面具有第三交界线，所述第三交界线与所述第一交界线重合，或所述第三交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；在第二沟槽中填充第一应力层；在第一应力层的顶部表面形成覆盖层；刻蚀去除所述侧墙。

【技术特征摘要】
1.一种PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有多个栅极结构，所述栅极结构两侧的侧壁表面具有侧墙，所述侧墙的暴露面与半导体衬底表面具有第一交界线；在栅极结构两侧的半导体衬底中形成第一沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第一沟槽与半导体衬底顶部表面具有第二交界线，所述第二交界线与所述第一交界线重合，或所述第二交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；对第一沟槽进行处理，形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽，沿着平行于第一交界线的方向所述第二沟槽与半导体衬底顶部表面具有第三交界线，所述第三交界线与所述第一交界线重合，或所述第三交界线位于相邻侧墙之间暴露的半导体衬底表面；在第二沟槽中填充第一应力层；在第一应力层的顶部表面形成覆盖层；刻蚀去除所述侧墙。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，所述第一沟槽的剖面形状为U型。3.根据权利要求2所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述第一沟槽的方法包括：采用各向异性等离子体刻蚀工艺刻蚀栅极结构两侧的半导体衬底，刻蚀气体包括NF3、HBr和N2，NF3的流量为10sccm～100sccm，HBr的流量为100sccm～500sccm，N2的流量为5sccm～200sccm，源射频功率为100瓦～2000瓦，偏置射频功率为100瓦～500瓦，刻蚀腔室压力2毫托～50毫托。4.根据权利要求2所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一沟槽的深度为10nm～80nm，宽度为10nm～80nm。5.根据权利要求1所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二沟槽的剖面形状为西格玛形状。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，对第一沟槽进行处理以形成向栅极结构底部区域突出的第二沟槽的方法为：沿着第一沟槽对半导体衬底进行湿法刻蚀，刻蚀溶液为四甲基氢氧化铵溶液，四甲基氢氧化铵的浓度为10％-30％，刻蚀温度为0摄氏度～200摄氏度。7.根据权利要求1所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一应力层的材料为锗硅。8.根据权利要求1所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述覆盖层的材料为硅。9.根据权利要求1所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二沟槽的两侧具有尖端；所述PMOS晶体管的形成方法还包括：在所述尖端接触的半导体衬底中形成第三沟槽；在第二沟槽填充第一应力层的同时在第三沟槽中填充第二应力层。10.根据权利要求9所述的PMOS晶体管的形成方法，其特征在于，在所述尖端接触的半导体衬底中形成第三沟槽的方法为：在所述第二沟槽的侧壁形成第一介质层；刻蚀第一介质层，仅在第二沟槽两侧的尖端处留有第一介质层；以所述尖端处留有的第一介质层为掩膜，在第二沟槽侧壁形成第二介质层；刻蚀去除所述尖端处留有的第一介质层，形成开孔；以第二介质层为掩膜，沿着所述开孔刻蚀半导体衬底；去除第二介质层。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，郑喆，
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