晶体管及其形成方法技术

一种晶体管及其形成方法，其中形成方法包括：提供基底，基底包括衬底以及依次位于衬底表面的应力限制层和沟道层；在基底上形成栅极结构；去除栅极结构两侧的沟道层，并在剩余沟道层侧壁内形成凹槽；去除栅极结构两侧的应力限制层和部分厚度的基底，形成第一开口；填充第一开口形成应力层。本发明专利技术通过在基底内设置应力限制层，使位于栅极两侧基底内的应力层分为位于沟道层内具有凸出的部分以及位于应力限制层和衬底内的部分。位于沟道层内应力层的凸出能够向沟道层内的沟道引入应力，位于应力限制层和衬底内的应力层能够增大应力层的体积，以增大沟道区的应力。以提高沟道内载流子的迁移率，达到改善晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】
晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶体管及其形成方法。
技术介绍
晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用。随着集成电路中元器件密度和集成度的提高，晶体管的尺寸越来越小。随着晶体管尺寸的缩小，晶体管沟道长度、栅极长度也随之缩短。晶体管沟道长度的缩短使缓变沟道的近似不再成立，引起短沟道效应，进而产生漏电流，影响半导体器件的性能。通过对晶体管沟道区引入应力，能够提高沟道内载流子的迁移率，进而提高晶体管的驱动电流，从而抑制晶体管的漏电流。对晶体管沟道区引入应力的方法为，在晶体管内形成应力层，用于向PMOS晶体管的沟道区提供压应力、向NMOS晶体管的沟道区引入拉应力，以提高晶体管沟道区内载流子的迁移率，进而改善晶体管的性能。具体的，应力层通常由锗硅材料或碳硅材料形成，通过应力层与硅晶体之间的晶格失配而形成压应力或拉应力。但是现有技术中的晶体管存在沟道区载流子迁移率仍然较低，无法更好的提高半导体器件的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种晶体管及其形成方法，以提高沟道区的载流子迁移率，改善晶体管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种晶体管的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及依次位于衬底表面的应力限制层和沟道层；在所述基底上形成栅极结构；去除栅极结构两侧的沟道层，并在剩余沟道层侧壁内形成凹槽；去除栅极结构两侧的应力限制层和部分厚度的基底，形成第一开口；向所述第一开口和凹槽内填充应力材料，形成应力层。可选的，提供基底的步骤中，所述基底为绝缘层上硅结构，包括底层硅、位于所述底层硅表面的埋氧层以及位于埋氧层表面的顶层硅；所述底层硅为所述衬底，所述埋氧层为所述应力限制层，所述顶层硅为所述沟道层；在所述基底表面形成栅极结构的步骤中，所述栅极结构位于所述顶层硅上。可选的，所述沟道层的厚度在20nm到100nm范围内。可选的，所述应力限制层的材料为氧化硅或氮化硅。可选的，所述应力限制层的厚度在30nm到100nm范围内。可选的，形成凹槽的步骤包括：刻蚀所述栅极结构两侧的沟道层，形成底部露出应力限制层的第二开口，所述第二开口的侧壁内形成有凹槽；形成第一开口的步骤包括：刻蚀去除所述第二开口露出的应力限制层和部分厚度的衬底。可选的，形成所述第二开口的步骤中，所述凹槽的形状为Sigma形或U形。可选的，形成第二开口的步骤包括：采用湿法刻蚀方式刻蚀所述沟道层。可选的，所述凹槽为Sigma形；形成第二开口的步骤包括：采用四甲基氢氧化铵溶液刻蚀所述沟道层，形成Sigma形凹槽。可选的，所述凹槽为U形凹槽；形成所述第二开口的步骤包括：采用四甲基氢氧化铵溶液刻蚀所述沟道层，形成Sigma形凹槽；对Sigma形凹槽进行酸洗，形成U形凹槽。可选的，刻蚀去除所述第二开口露出的应力限制层和部分厚度的衬底的步骤包括采用干法刻蚀工艺去除所述第二开口露出的应力限制层和部分厚度的衬底。可选的，形成第一开口的步骤中，所述第一开口的形状为U形或方形。可选的，形成第一开口的步骤中，所述第一开口底部至剩余应力限制层表面的高度在100nm到200nm范围内。可选的，形成应力层的步骤中，采用选择性外延工艺向所述第一开口和沟槽内填充应力材料，形成应力层。相应的，本专利技术还提供一种晶体管，包括：基底，所述基底包括衬底以及依次位于衬底表面的应力限制层和沟道层；位于基底上的栅极结构；形成于栅极结构两侧沟道层、应力限制层以及部分厚度衬底中的应力层，所述应力层在所述沟道层中具有朝向栅极结构下方的凸出。可选的，所述基底为绝缘层上硅结构，包括底层硅、位于所述底层硅上的埋氧层以及位于埋氧层上的顶层硅；所述底层硅为所述衬底，所述埋氧层为所述应力限制层，所述顶层硅为所述沟道层；所述栅极结构位于所述顶层硅上。可选的，所述沟道层的厚度在20nm到100nm范围内。可选的，所述应力限制层的材料为氧化硅或氮化硅。可选的，所述应力限制层的厚度在30nm到100nm范围内。可选的，所述凸出的形状为Sigma形或U形。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术通过在基底内设置应力限制层，使所形成的晶体管的沟道限制于应力限制层和栅极结构之间的沟道层内，位于栅极两侧基底内的应力层分为位于沟道层内具有凸出的部分以及位于应力限制层和衬底内的部分。位于沟道层内应力层的凸出能够向沟道层内的沟道引入应力，位于应力限制层和衬底内的应力层能够增大应力层的体积，以增大沟道区的应力。以提高沟道内载流子的迁移率，达到改善晶体管的性能。本专利技术的可选方案中，采用绝缘层上硅结构作为基底，沟道层为绝缘层上硅结构的顶层硅，应力限制层为绝缘层上硅结构的埋氧层，能够减弱源区或者漏区电场对沟道内载流子的影响，从而改善所形成晶体管漏端引入势垒降低效应(DrainInducedBarrierLowering,DIBL)，提高所形成器件性能。本专利技术可选方案中，应力层位于沟道层的凸出为U形，避免形成具有尖端的凸出，能够有效降低沟道区出现尖端放电的可能，提高了所形成晶体管的性能和稳定性。附图说明图1是现有技术中一种晶体管的结构示意图；图2至图6是本专利技术所提供晶体管的形成方法一实施例各个步骤的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中的晶体管存在沟道区载流子迁移率较低的问题。现结合晶体管的结构分析载流子迁移率低问题的原因：参考图1，示出了一种晶体管的结构示意图。所述晶体管包括：基底10，以及位于基底10表面的栅极结构20。为了提高晶体管沟道区内载流子迁移率，通常在栅极结构20两侧的基底10内设置Sigma形的应力层30。所述Sigma形的应力层30具有指向沟道区的凸出，位于凸出处的应力材料更靠近沟道区，能够在沟道区引入更大的应力。为了使应力层30能够在沟道区引入足够大的应力，应力层30需要具有一定的体积，应力层30的厚度h如果太薄，应力层30的体积太小，因此无法在沟道区产生足够大的应力，从而也无法有效改善晶体管的性能。但是随着应力层30厚度h增大，则Sigma形应力层30指向沟道区的凸出深入沟道区的距离越大，因此位于栅极结构20下方沟道的长度l越小，甚至有可能出现穿通现象，从而影响所形成晶体管的性能。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种晶体管的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及依次位于衬底表面的应力限制层和沟道层；在所述基底上形成栅极结构；去除栅极结构两侧的沟道层，并在剩余沟道层侧壁内形成凹槽；去除栅极结构两侧的应力限制层和部分厚度的基底，形成第一开口；向所述第一开口和凹槽内填充应力材料，形成应力层。本专利技术通过在基底内设置应力限制层，使所形成的晶体管的沟道限制于应力限制层和栅极结构之间的沟道层内，位于栅极两侧基底内的应力层分为位于沟道层内具有凸出的部分以及位于应力限制层和衬底内的部分。位于沟道层内应力层的凸出能够向沟道层内的沟道引入应力，位于应力限制层和衬底内的应力层能够增大应力层的体积，以增大沟道区的应力。以提高沟道内载流子的迁移率，达到改善晶体管的性能。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。参考图2至图6，示出了本专利技术所提供晶体管的形成方法一实施例各个步骤的结构示意图。参考图2，提供基底100，所述基底100包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及依次位于衬底表面的应力限制层和沟道层；在所述基底上形成栅极结构；去除栅极结构两侧的沟道层，并在剩余沟道层侧壁内形成凹槽；去除栅极结构两侧的应力限制层和部分厚度的基底，形成第一开口；向所述第一开口和凹槽内填充应力材料，形成应力层。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底包括衬底以及依次位于衬底表面的应力限制层和沟道层；在所述基底上形成栅极结构；去除栅极结构两侧的沟道层，并在剩余沟道层侧壁内形成凹槽；去除栅极结构两侧的应力限制层和部分厚度的基底，形成第一开口；向所述第一开口和凹槽内填充应力材料，形成应力层。2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，提供基底的步骤中，所述基底为绝缘层上硅结构，包括底层硅、位于所述底层硅表面的埋氧层以及位于埋氧层表面的顶层硅；所述底层硅为所述衬底，所述埋氧层为所述应力限制层，所述顶层硅为所述沟道层；在所述基底表面形成栅极结构的步骤中，所述栅极结构位于所述顶层硅上。3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述沟道层的厚度在20nm到100nm范围内。4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述应力限制层的材料为氧化硅或氮化硅。5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述应力限制层的厚度在30nm到100nm范围内。6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成凹槽的步骤包括：刻蚀所述栅极结构两侧的沟道层，形成底部露出应力限制层的第二开口，所述第二开口的侧壁内形成有凹槽；形成第一开口的步骤包括：刻蚀去除所述第二开口露出的应力限制层和部分厚度的衬底。7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，形成所述第二开口的步骤中，所述凹槽的形状为Sigma形或U形。8.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，形成第二开口的步骤包括：采用湿法刻蚀方式刻蚀所述沟道层。9.如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述凹槽为Sigma形；形成第二开口的步骤包括：采用四甲基氢氧化铵溶液刻蚀所述沟道层，形成Sigma形凹槽。10.如权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述凹槽为U...

【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，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