應力層的形成方法和晶體管的形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種應力層的形成方法和晶體管的形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的不斷發(fā)展，半導體器件的尺寸逐漸縮小，晶體管的性能也受到影響。為了進一步提高晶體管的性能，應力工程被引入晶體管的制程中。對晶體管的溝道區(qū)域施加壓應力可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率，而對晶體管的溝道區(qū)域施加張應力，則可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的電子遷移率。
[0003]由于電子在單晶硅中的遷移率大于空穴的遷移率，所以，現(xiàn)有技術通常通過應力工程提高PMOS晶體管的空穴遷移率，以使得PMOS晶體管的載流子遷移率與NMOS晶體管的載流子遷移率匹配。一般通過采用應力材料形成PMOS晶體管的源極和漏極，以對PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應力，從而提高所述PMOS晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率。具體包括:在PMOS晶體管的柵極結構兩側的半導體襯底內(nèi)形成凹槽，然后再在所述凹槽內(nèi)填充應力層作為PMOS晶體管的源極和漏極。所述應力層的晶格常數(shù)大于半導體襯底溝道區(qū)域的晶格常數(shù)，從而會對PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應力。所述PMOS晶體管采用的應力層材料一般為SiGe?，F(xiàn)有技術也可以采用SiC作為NMOS晶體管的源極和漏極，進一步提高NMOS晶體管的載流子遷移率。
[0004]為了避免由于應力層與半導體襯底之間的晶格不匹配造成源極和漏極內(nèi)產(chǎn)生缺陷，在形成SiGe或SiC的過程中，通常隨著應力層厚度的增加，逐漸增加含Ge或含C氣體的濃度，減少應力層與半導體襯底界面上的晶格常數(shù)差異，并且在到達一定濃度后，保持濃度不變，繼續(xù)沉積形成應力層。但是由于沉積過程中，含Ge或含C氣體濃度逐漸升高的狀態(tài)，在停止變化的時候，很難精確控制含Ge或含C氣體的濃度，所述含Ge或含C氣體的濃度還會有一個短暫的上升和回落過程，從而使得最終的應力層中，Ge或者C的濃度變化不均勻，影響形成的應力層的質量，使應力層內(nèi)具有較多缺陷，所述應力層作為晶體管的源極和漏極會影響形成的晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種應力層的形成方法和一種晶體管的形成方法，提高應力層的性能以及晶體管的性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種應力層的形成方法，包括:提供半導體襯底；提供外延設備，所述外延設備包括反應腔、位于反應腔外部與反應腔連通的氣體輸送裝置；將半導體襯底置于反應腔內(nèi)，采用外延工藝在所述半導體襯底上形成應力層，所述應力層的材料包括第一元素和第二元素，所述外延工藝采用的反應氣體包括含第一元素氣體和含第二元素氣體，所述應力層包括體層，所述體層的形成步驟依次包括:第一上升階段，第一上升階段內(nèi)向反應腔內(nèi)通入反應氣體，形成第一部分體層，其中，含第二元素氣體的濃度逐漸上升至第一濃度，然后進行第一穩(wěn)定階段，保持所述反應氣體內(nèi)含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，所述反應氣體不經(jīng)過反應腔，直接通過氣體輸送裝置排出，然后進行第一生長階段，向反應腔內(nèi)通入反應氣體，保持含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，在第一部分體層表面形成第二部分體層。
[0007]可選的，所述第一穩(wěn)定階段的時間為5s?lmin。
[0008]可選的，所述第一元素為Si，第二元素為Ge或C。
[0009]可選的，所述含第一元素氣體為SiH4或SiH2Cl2。
[0010]可選的，所述含第二元素氣體為GeH4或CH4。
[0011]可選的，所述應力層還包括半導體襯底以及體層之間的種子層。
[0012]可選的，所述種子層的形成步驟依次包括:第二上升階段，第二上升階段內(nèi)向反應腔內(nèi)通入反應氣體，形成第一部分種子層，其中，含第二元素氣體濃度逐漸上升至第二濃度，然后進行第二穩(wěn)定階段，保持所述反應氣體內(nèi)含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，所述反應氣體不經(jīng)過反應腔，直接通過氣體輸送裝置排出，然后進行第二生長階段，向反應腔內(nèi)通入反應氣體，保持含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，在第一部分種子層表面形成第二部分種子層。
[0013]可選的，所述第二濃度小于第一濃度，且所述第二濃度為形成體層過程中，第一上升階段內(nèi)的含第二元素氣體的起始濃度。
[0014]可選的，所述第二穩(wěn)定階段的時間為5s?lmin。
[0015]可選的，所述外延工藝的溫度為500°C?800°C,壓強為ITorr?lOOTorr。
[0016]可選的，所述外延工藝中的反應氣體還包括HjPHCl，所述外延工藝中含第一元素氣體、含第二元素氣體和HCl的流量為Isccm?100sccm, H2的流量為0.1slm?50slm。
[0017]可選的，第一穩(wěn)定階段的反應氣體溫度和壓強與第一生長階段的反應氣體溫度和壓強相同；第二穩(wěn)定階段的反應氣體溫度和壓強與第二生長階段的反應氣體溫度和壓強相同。
[0018]可選的，所述體層的形成步驟還包括位于第一生長階段之后的第一下降階段:向反應腔內(nèi)通入反應氣體，使含第二元素氣體濃度逐漸下降至第三濃度，在第二部分體層表面形成第三部分體層。
[0019]可選的，所述應力層還包括位于體層表面的蓋帽層，所述蓋帽層的形成過程中，保持含第二元素氣體的濃度為第三濃度。
[0020]可選的，所述第三濃度大于或等于O。
[0021]可選的，所述第二元素為Ge時，所述種子層內(nèi)的Ge的摩爾濃度為5%?25%，所述體層內(nèi)的Ge的摩爾濃度為25%?45%，蓋帽層內(nèi)的Ge的摩爾濃度為1%?15%。
[0022]可選的，所述第二元素為C時所述種子層內(nèi)的C含量為I %?3%，所述體層內(nèi)的C含量為3%?10%，蓋帽層內(nèi)的C含量為0.5%?2%。
[0023]可選的，所述體層內(nèi)具有P型或N型摻雜離子，所述體層內(nèi)的P型或N型摻雜離子的濃度為 lE19atom/cm3 ?lE19atom/cm3。
[0024]本發(fā)明的技術方案還提供一種晶體管的形成方法，包括:提供襯底；形成覆蓋部分襯底表面的柵極結構；在所述柵極結構兩側的襯底內(nèi)形成凹槽；采用上述應力層的形成方法，形成填充滿凹槽的應力層。
[0025]可選的，所述凹槽為U形或者具有Σ形側壁。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0027]本發(fā)明的技術方案中，所述應力層材料包括第一元素和第二元素，且所述應力層包括體層，所述體層的形成過程包括第一上升階段、第一穩(wěn)定階段和第一生長階段。所述第一上升階段內(nèi)，反應氣體中的含第二元素氣體濃度逐漸上升，使得體層內(nèi)的第二元素濃度也逐漸上升，在進入含第二元素氣體濃度穩(wěn)定的第一生長階段之前，增加第一穩(wěn)定階段，第一穩(wěn)定階段內(nèi)，保持所述反應氣體內(nèi)含第一元素氣體濃度和含第二元素氣體濃度不變，并且所述反應氣體不經(jīng)過反應腔，直接通過反應腔外的氣體輸送裝置排出，通過第一穩(wěn)定階段的調整，所述輸入氣體中的含第二元素氣體的濃度已經(jīng)較為穩(wěn)定，隨后再將所述反應氣體通入反應腔內(nèi)進行第一生長階段，使得第一生長階段內(nèi)通入的反應氣體中含第二元素氣體的濃度穩(wěn)定，從而與現(xiàn)有技術相比，體層內(nèi)不同厚度處的第二元素濃度的過渡平緩，不會產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，從而可以減少體層內(nèi)的缺陷。
[0028]進一步，所述應力層還包括位于半導體襯底與體層之間的種子層，所述種子層內(nèi)的第二元素含量較低，使得種子層的晶格常數(shù)與半導體襯底的晶格常數(shù)差距較小，從而可以提高在種子層表面形成的體層的沉積質量。所述種子層的形成過程包括:第二上升階段、第二穩(wěn)定階段和第二生長階段，可以使種子層內(nèi)的第二元素的濃度變化平緩，不會出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，可以減少種子層內(nèi)的缺陷。
[0029]本發(fā)明的技術方案還提供一種晶體管的性能方法，提供襯底，在襯底上形成柵極結構，在柵極結構兩側的襯底內(nèi)形成凹槽，采用上述方法形成填充滿凹槽的應力層。所述應力層內(nèi)第二元素的濃度變化平緩，不會出現(xiàn)過沖顯現(xiàn)，從而可以減少所述應力層內(nèi)的缺陷，提高晶體管的性能。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的一個實施例的應力層形成過程中，反應氣體中含第二元素氣體的濃度隨時間變化曲線；
[0031]圖2是本發(fā)明的一個實施例的形成的多個應力層內(nèi)的Ge與B在應力層不同深度處的濃度變化曲線；
[0032]圖3是本發(fā)明的另一實施例的應力層的形成過程結構示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明的另一實施例的應力層的形成過程中，反應氣體中含第二元素氣體的濃度隨時間變化的曲線；
[0034]圖5是本發(fā)明的另一實施例形成的應力層內(nèi)的Ge以及B在應力層不同深度處的濃度變化曲線；
[0035]圖6至圖7是本發(fā)明的實施例的晶體管形成過程的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]如【背景技