CN105529268A - 晶体管及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶体管及其形成方法，晶体管的形成方法包括：提供硅衬底；在栅极结构两侧的硅衬底内形成凹槽，在所述凹槽内形成应力层，在形成应力层的步骤中，进行P型掺杂和碳掺杂，以形成源极和漏极，其中所述碳掺杂与所述P型掺杂同时进行或者所述碳掺杂在P型掺杂之前进行。应力层中掺杂的碳容易优先占据应力层与硅衬底的界面处的晶格间隙，在应力层中掺杂P型离子时，P型离子就不容易进入应力层与硅衬底的界面处的间隙位置，从而改善了应力层与硅衬底的界面处P型离子的含量分布，提高了应力层中的有效P型离子含量，使得应力层中的P型离子含量分布均匀，提高晶体管的性能。
Description
技术领域
本发明涉半导体领域，具体涉及一种晶体管及其形成方法。
背景技术
现有半导体器件制作工艺中，通过应力技术来提高MOS晶体管的性能成为越来越常用的手段。通过适当控制沟道区的应力的方式，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。
目前，通常嵌入式硅锗(EmbeddedSiGe)技术提高PMOS晶体管沟道区的应力，即在衬底中形成凹槽，在凹槽中形成硅锗材料，同时进行掺杂形成PMOS晶体管的源区和漏区。形成所述硅锗材料是为了引入硅和硅锗(SiGe)之间晶格失配形成的压应力，以提高PMOS晶体管的性能。
为了进一步改善半导体器件性能和提高生产效率，现有技术发展了一种在外延生长应力层时，进行原位掺杂硼离子的方法，这样能够在生长应力层的同时完成对应力层的掺杂。但是，采用现有技术原位掺杂硼离子的方法，部分硼离子不能起到载流子的作用，应力层中能够起到载流子作用的有效硼离子含量较低。并且晶圆不同位置的界面处的硼含量差距较大，这样就使得不同位置的形成的晶体管性能有所差异。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种晶体管及其形成方法，提高应力层中的P型离子含量，并使应力层中P型离子含量分布均匀，进而改善晶体管的性能。
为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的形成方法，包括:
提供硅衬底；
在所述硅衬底上形成栅极结构，在所述栅极结构两侧的硅衬底内形成凹槽；
在所述凹槽内形成应力层；
在形成应力层的过程中进行P型掺杂和碳掺杂，以形成源极和漏极，其中所述碳掺杂与所述P型掺杂同时进行或者所述碳掺杂在P型掺杂之前进行。
可选的，所述P型掺杂为硼离子掺杂，在所述凹槽内在形成应力层的步骤包括：
采用外延生长工艺形成硅锗层，所述硅锗层作为应力层，
进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：在外延生长硅锗层过程中通入碳源气体和硼源气体，以原位掺杂碳和硼。
可选的，所述P型掺杂为硼离子掺杂，在所述凹槽内在形成应力层的步骤包括：在所述凹槽内采用外延生长工艺依次形成硅籽晶层和硅锗层，所述应力层包括所述硅籽晶层和硅锗层；
进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：在凹槽内外延生长硅籽晶层的过程中，通入碳源气体，以在硅籽晶层中原位掺杂碳；
在外延生长硅锗层的过程中，通入硼源气体，以在硅锗层中原位掺杂硼。
可选的，采用外延生长工艺形成硅锗层的步骤包括：
依次外延生长硅锗缓冲层和体硅锗层，所述硅锗缓冲层中的锗含量于体硅锗层中的锗含量，所述硅锗层包括所述硅锗缓冲层和体硅锗层。
可选的，进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：
在外延生长硅锗缓冲层的步骤中同时通入碳源气体和硼源气体，在硅锗缓冲层中原位掺杂硼和碳；
在外延生长体硅锗层的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层中原位掺杂硼。
可选的，进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：
在外延生长硅锗缓冲层的步骤中先通入碳源气体，以在硅锗缓冲层中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在硅锗缓冲层中原位掺杂硼；
在外延生长体硅锗层的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层中原位掺杂硼。
可选的，进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：在外延生长体硅锗层的步骤中同时通入硼源气体和碳源气体，以在体硅锗层中原位掺杂硼和碳；
或者，
进行P型离子掺杂和碳掺杂的步骤包括：在外延生长体硅锗层的步骤中先通入碳源气体，在体硅锗层中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在体硅锗层中原位掺杂硼。
可选的，在原位掺杂碳的过程中，所述碳源气体包括甲基硅烷气体。
可选的，所述甲基硅烷气体的流量在10sccm到500sccm的范围内。
可选的，形成应力层的过程中，外延生长工艺的温度在580摄氏度到700摄氏度的范围内。
可选的，形成应力层的过程中，腔室气压在5torr到30torr的范围内。
可选的，所述硼源气体包括B2H6气体，所述B2H6气体的流量在0sccm到1000sccm的范围内。
可选的，在采用外延生长工艺形成硅锗层的步骤中，通入包括硅源气体和锗源气体的反应气体，以外延生长硅锗层；
所述硅源气体包括SiH4气体，所述锗源气体包括GeH4，所述反应气体还包括H2气体、HCI气体和DCS气体中的一种或多种。
可选的，在外延生长硅锗缓冲层的步骤中，通入硼源气体的流量随外延生长的进行逐渐增大，以使硅锗缓冲层中的硼含量随厚度增大而增加。
本发明还提供一种晶体管，包括：
硅衬底；
位于所述硅衬底上的栅极结构；
位于所述栅极结构两侧的硅衬底内的应力层，所述应力层中掺杂有碳和P型离子，所述应力层用于形成源、漏极，所述应力层与硅衬底的界面处的碳含量大于应力层其他区域中的碳含量。
可选的，所述应力层包括依次形成的硅籽晶层、硅锗缓冲层和体硅锗层；或者，
所述应力层包括依次形成的硅锗缓冲层和体硅锗层。
可选的，所述硅锗缓冲层中的P型离子含量在自硅衬底到体硅锗层的方向上逐渐增大，直至同体硅锗层中的P型离子含量相同或接近。
可选的，所述P型离子为硼离子。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
在栅极结构两侧的硅衬底内形成凹槽，在所述凹槽内形成应力层，在形成应力层的步骤中，进行P型掺杂和碳掺杂，以形成源极和漏极，其中所述碳掺杂与所述P型掺杂同时进行或者所述碳掺杂在P型掺杂之前进行，这样应力层中掺杂的碳容易优先占据应力层与硅衬底的界面处的晶格间隙，在应力层中掺杂P型离子时，P型离子就不容易进入应力层与硅衬底的界面处的间隙位置，从而改善了应力层与硅衬底的界面处P型离子的含量分布，提高了应力层中的有效P型离子含量，使得应力层中的P型离子含量分布均匀，提高晶体管的性能。此外，位于晶圆不同位置界面处的P型离子分布差异减小，位于晶圆不同位置处的晶体管性能也更为一致。
附图说明
图1至图4是本发明晶体管的形成方法一实施例各个步骤的侧视图；
图5是本发明晶体管的形成方法一实施例形成的晶体管的衬底中碳含量与现有技术PMOS晶体管的衬底中碳含量的对比图；
图6是本发明晶体管的形成方法再一实施例的侧视图。
具体实施方式
如背景技术所述，现有技术晶体管中，原子尺寸较小的硼离子容易在衬底与应力层之间的界面处的晶体缺陷处获得间隙位置，并聚集在界面处，使得应力层中的硼离子含量减小并且分布不均匀，影响晶体管的性能。
分析硼离子容易在衬底与应力层之间的界面处聚集的原因，对现有技术形成的PMOS晶体管进行元素含量检测，发现应力层中硼离子容易向界面处扩散，在应力层和衬底，硼的含量具有峰值高低不一的聚集分布形貌。在应力层与衬底界面处，由于晶格错位而产生大量缺陷(晶格间隙)，硼离子的原子半径较小，在外延生长应力层的过程中，硼离子容易在热环境下扩散迁移并被缺陷俘获，即停留在界面处的间隙中，使得在应力层与衬底界面处，硼含量形成峰值，这样就导致在应力层中硼离子的有效含量降低且分布不均匀。
此外，由于在应力层与衬底界面处的缺陷的产生是随机的，在晶圆不同位置处，应力层与衬底界面处的缺陷的数量不同，因此在晶圆不同位置处，应力层与衬底界面处聚集的硼离子数不同，使得晶圆不同位置的界面处的硼含量差距较大，这样就使得不同位置的形成的晶体管性能有所差异。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种晶体管的形成方法，在形成应力层的过程中进行P型掺杂和碳掺杂，以形成源极和漏极，其中所述碳掺杂与所述P型掺杂同时进行或者所述碳掺杂在P型离子掺杂之前进行。应力层中掺杂的碳容易聚集在应力层与衬底的界面处并占据间隙位置，在应力层中掺杂P型离子时，P型离子就不容易进入应力层与衬底的界面处的间隙位置，从而改善了应力层与衬底的界面处P型离子的含量分布，使得应力层中的P型离子含量分布均匀，提高了晶体管的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图4示出了本发明晶体管的形成方法一实施例各个步骤的侧视图，本实施例晶体管的形成方法包括：
参考图1，提供硅衬底100，在其他实施例中，所述硅衬底100还可以为或绝缘体上硅衬底，或者是位于锗衬底或者其他半导体结构上的硅衬底，对此本发明不做任何限制。
本实施例所要形成的晶体管为PMOS晶体管，在硅衬底100中形成隔离结构101，隔离结构101将所述硅衬底100用于形成PMOS晶体管的区域与用于形成其他晶体管的区域隔离。本实施例中，所述隔离结构101为浅沟槽隔离结构，但是本发明对所述隔离结构101的具体类型不做限制，在其他实施例中，所述隔离结构101还可以为局部氧化物隔离。
继续参考图1，在所述硅衬底100上形成栅极结构106，所述栅极结构106包括材料为多晶硅的栅极103、位于栅极103侧壁且材料为氮化硅的侧墙104、位于栅极103与硅衬底100之间的栅极介质层120。
需要说明的是，本实施例中，所述栅极103的材料为多晶硅，但是本发明对栅极103的材料不做限制，在其他实施例中，所述栅极103还可为金属栅极。
在本实施例中，栅极介质层120的材料为氧化硅，作用是使栅极与衬底100绝缘，但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，所述栅极介质层120的材料也可以为氧化铪等高K材料。
需要说明的是，本实施例中，在所述栅极103顶部形成有保护层105，所述栅极结构106还包括保护层105，所述保护层105的作用是保护栅极103，所述保护层105的材料为氮化硅，但是本发明保护层105的材料以及是否形成保护层105不做限制。
参考图2，以栅极结构106为掩模，对衬底100进行刻蚀，去除栅极结构106露出的部分衬底100，在栅极结构两侧的硅衬底100内形成凹槽107。所述凹槽107用于填充应力层以形成源漏区。
需要说明的是，如图2所示，在本实施例中，所述凹槽107为sigma形，使得在凹槽107中形成应力层也为sigma形，当应力层也为sigma形时，应力层与栅极103之间的水平距离较短，有益于提高沟道的载流子迁移率。
在本实施例中，对栅极介质层120以及衬底100进行刻蚀的方法为等离子刻蚀法，但是本发明对此不做限制，也可以采用湿法刻蚀形成所述凹槽107。
需要说明的是，在本实施例中，形成所述凹槽107之后，对所述栅极结构106两侧的衬底100进行轻掺杂，轻掺杂地作用是减小晶体管沟道的漏电流。
参考图3至图4，在所述凹槽107内形成应力层。在形成应力层的过程中进行P型掺杂和碳掺杂，以形成源极和漏极，其中所述碳掺杂与所述P型掺杂同时进行或者所述碳掺杂在P型掺杂之前进行。
需要说明的是，在本实施例中，所述P型掺杂所掺杂的离子为硼离子，但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，所述P型掺杂的过程还可以掺杂其他P型离子。
应力层中掺杂的碳容易聚集在应力层与硅衬底100的界面处，碳属于间隙原子，碳容易优先占据界面处的晶格间隙，使得在应力层中掺杂硼离子时，同样属于间隙原子的硼在外延生长的热环境下扩散，能够得到界面处的间隙位置非常少，硼离子不容易进入应力层与衬底的界面处的间隙位置，更容易保留在应力层中，从而改善了应力层与衬底的界面处硼离子的含量分布，得应力层中的有效硼离子含量提高，并且分布均匀，提高了晶体管的性能。由于硼离子不容易进入界面处，位于晶圆不同位置界面处的硼离子分布差异减小，位于晶圆不同位置处的晶体管性能也更为一致。
在本实施例中，采用外延生长工艺形成硅锗层，所述硅锗层作为应力层。采用外延工艺的好处在于，由于凹槽107为sigma形，采用外延工艺形成应力层的步骤中，sigma形的凹槽107内壁表面能够无间隙的生长硅锗层，使得硅锗层能够填充满整个凹槽107，与化学气相沉积法等方法相比，硅锗层中不容易产生空隙。
具体地，在本实施例中，参考图3，首先在凹槽107中外延生长硅籽晶层108，所述硅籽晶层108为应力层的一部分。在凹槽内外延生长硅籽晶层108的过程中，通入反应气体，反应气体包括碳源气体200，以在硅籽晶层108中原位掺杂碳。
硅籽晶层108的作用是作为后续形成的硅锗层的过渡晶格结构，外延生长的硅籽晶层108具有更多的悬挂键结构，后续形成的硅锗缓冲层和体硅锗层在硅籽晶层108上更容易生长，也更容易掺杂所需要的杂质离子，也更容易控制后续外延生长过程中的晶格错配等晶格缺陷。所述硅籽晶层108的材料可以为纯硅，或者包含低含量锗的硅。
需要说明的是，在本实施例中，所述碳源气体200包括甲基硅烷气体，所述甲基硅烷气体包括硅元素和碳元素，通入甲基硅烷气体，能够在生长硅籽晶层108的同时，在硅籽晶层108中原位掺杂碳。但是本发明对所述碳源气体200的具体成分不做限制，在其他实施例中，所述碳源气体200还可以不包括硅元素，在外延生长硅籽晶层108的步骤中，另外通入其他的硅源气体，如SiH4气体，以生长硅材料。在所述硅籽晶层108的材料为包含低含量锗的硅时，在外延生长硅籽晶层108的步骤中，还可以通入锗源气体。
需要说明的是，在外延生长硅籽晶层108的步骤中，甲基硅烷气体的气体流量越大，在硅衬底100与硅籽晶层108界面处聚集的碳原子越多，但是如果在衬底100与硅籽晶层108界面处聚集的碳原子过多，原子可能扩散到硅衬底100中而对应力层的应力效果造成影响，在本实施例中，可选的，甲基硅烷气体的气体流量在10sccm到500sccm。
需要说明的是，在本实施例中，在外延生长硅籽晶层108的步骤中，以及后续外延生长硅锗层的步骤中，外延生长工艺的温度在580摄氏度到700摄氏度的范围内，腔室气压在5torr到30torr的范围内。由于外延生长工艺的时间较长，在这种长时间的热环境下，碳和硼均比较容易发生长距离扩散，从而扩散迁移到硅籽晶层108与衬底100之间的晶格间隙中。
在本实施例中，在外延生长硅籽晶层108的步骤中掺杂碳，在后续的形成硅锗层的步骤中再掺杂硼，使得碳原子更加优先占据了硅衬底100与硅籽晶层108界面处的晶格间隙，使得后续掺杂硼的过程中，硼离子更加不容易扩散到界面处。
需要说明的是，在其他实施例中，在外延生长硅籽晶层108的步骤中，还可以不原位掺杂碳，而是在后续形成的应力层的其他部分中掺杂碳和硼。
接下来，参考图4，在所述硅籽晶层108上外延生长硅锗层。在外延生长硅锗层的过程中，通入硼源气体，以在硅籽晶层中原位掺杂硼。在本实施例中，硅锗层包括依次形成的硅锗缓冲层109和体硅锗层110，所述硅籽晶层108、硅锗缓冲层109和体硅锗层110形成所述应力层。其中，述硅锗缓冲层109中的锗含量低于体硅锗层110中的锗含量，所述体硅锗层110中锗含量较高，是应力层中产生的压应力的主要来源。
具体地，本实施例中，在外延生长硅锗层的过程中，通入反应气体，所述反应气体包括硅源气体和锗源气体，以在硅籽晶层108上外延生长硅锗材料，形成硅锗缓冲层109和体硅锗层110。外延生长硅锗缓冲层109和体硅锗层110的过程中还通入硼源气体，以在硅锗缓冲层109和体硅锗层110中原位掺杂硼，使应力层形成源极、漏极。
需要说明的是，本实施例中，在外延生长硅锗缓冲层109的过程中，通入锗源气体的流量在反应气体流量的占比随外延生长的进行而逐渐增大，使得硅锗缓冲层109中锗的含量随着厚度的增加逐渐升高，至略小于或等于后续形成的体硅锗层110中锗的含量，使得应力层中的锗的含含量变化较为缓慢，不会使硅籽晶层108和体硅锗层110中的锗的含量变化过大，从而更容易减小外延生长工艺中形成的晶格缺陷。
还需要说明的是，本实施例中，在外延生长硅锗缓冲层109的过程中，通入硼源气体的流量随外延生长的进行而逐渐增大，使得硅锗缓冲层109中硼含量随着厚度的增大逐渐增加，直至同体硅锗层110中的硼含量相同，或者接近体硅锗层110中的硼含量，以达到体硅锗层110中高含量硼掺杂的要求。使得硼离子在不同深度处的含量差逐渐减小，降低硼离子扩散的动力来源，而有效地减少扩散到衬底100与硅籽晶层108的界面处的硼离子数量。
在外延生长体硅锗层110的过程中，硼源气体的流量可以为固定值也可以为变化值。需要说明的是，体硅锗层110中掺杂的硼含量较高，以满足晶体管需要的载流子数量。
需要说明的是，本实施例中，所述硅源气体包括SiH4气体，所述锗源气体包括GeH4气体，所述反应气体还包括H2气体、HCI气体和DCS气体的一种或多种作为辅助气体。但使本发明对所述硅源气体、锗源气体以及辅助气体的具体成分不做限制。
需要说明的是，在其他实施例中，也可以通过离子注入的方式，在应力层中掺杂碳和P型离子，例如，可以先外延生长硅籽晶层108，再在硅籽晶层108中注入碳离子，然后外延生长硅锗缓冲层109和体硅锗层110，再在硅锗缓冲层109和体硅锗层110中注入硼离子。
参考图5，示出了本实施例形成的晶体管衬底和应力层中硼含量与现有技术晶体管衬底和应力层中硼含量的对比图。其中横坐标为衬底100的深度(单位埃)，纵坐标为每立方厘米的硼离子数。其中实线曲线为现有技术晶体管衬底和应力层中硼含量，虚线曲线为本实施例形成的晶体管衬底和应力层中硼含量。
需要说明的是，图5中反应的硼含量是在沿应力层中心剖切所述应力层和硅衬底得到的。在本实施例中，所述应力层的厚度约为600埃，因此，在0到约600埃的范围内，实线曲线和虚线曲线所表示的硼含量为应力层中的硼含量，在约600埃至1000埃的范围内，实线曲线和虚线曲线表示的硼含量为硅衬底100中的硼含量，在600埃附近，实线曲线和虚线曲线所表示的硼含量为应力层与硅衬底界面处的硼含量。从图5中可以看出，现有技术晶体管衬底和应力层中硼含量随深度加深而增加，在应力层与硅衬底界面处达到峰值，之后随深度加深而下降。本实施例形成的晶体管硅衬底和应力层中硼含量随深度加深基本不变，在应力层与硅衬底界面处没有峰值，之后随深度加深而下降。因此，本实施例所形成的应力层中各区域硼离子含量分布均匀，应力层中的硼含量大于现有技术中应力层中硼含量，有利于提高晶体管的性能。
可以继续参考图4，对本发明晶体管的形成方法的另一实施例加以说明。与上述实施例的不同之处在于，在外延生长硅籽晶层108的步骤中不掺杂碳。在外延生长硅锗缓冲层109的步骤中先通入碳源气体，以在硅锗缓冲层109中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在硅锗缓冲层109中原位掺杂硼。在外延生长体硅锗层110的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层110中原位掺杂硼。
可选的，碳源气体为甲基硅烷气体，甲基硅烷气体的气体流量在10sccm到500sccm。
需要说明的是，在其他实施例中，在外延生长硅籽晶层108的步骤中不掺杂碳，在外延生长硅锗缓冲层109的步骤中还可以同时通入碳源气体和硼源气体，在硅锗缓冲层109中原位掺杂硼和碳。在原位掺杂硼和碳的过程中，碳原子优先占据了硅籽晶层108和衬底100中的部分晶格间隙。在外延生长体硅锗层110的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层110中原位掺杂硼。
需要说明的是，在其他实施例中，在外延生长硅锗缓冲层109的步骤中还可以不通入碳源气体。在外延生长体硅锗层110的步骤中，同时通入硼源气体和碳源气体，以在体硅锗层110中原位掺杂硼和碳。或者，先通入碳源气体，在体硅锗层110中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在体硅锗层中原位掺杂硼。
还需要说明的是，在其他实施例中，在外延生长硅籽晶层108的步骤中掺杂碳的情况下，在外延生长硅锗层的过程中，也可以通入碳源气体和硼源气体，以在硅锗层中原位掺杂碳和硼。再次掺杂的碳能够进一步防止硼离子进入硅籽晶层108与硅衬底100的界面处。
参考图6，示出了本发明晶体管的形成方法的再一实施例的示意图。与上述实施例的不同之处在于，在形成应力层的步骤中，不形成硅籽晶层，在凹槽107中依次形成硅锗缓冲层109和体硅锗层110，所述硅锗缓冲层109和体硅锗层110构成所述应力层。
在形成硅锗缓冲层109和形成体硅锗层110的两个步骤中，可以在形成硅锗缓冲层109的步骤中先通入碳源气体(例如甲基硅烷气体)，以在硅锗缓冲层109中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在硅锗缓冲层109掺杂硼。可选的，甲基硅烷气体的气体流量在10sccm到500sccm。在形成体硅锗层110的步骤中，通入硼源气体，以在体硅锗层110中掺杂硼。在外延生长的热环境下，碳原子会聚集在硅锗缓冲层109和硅衬底100的界面处，使在应力层中掺杂硼时，硼离子不容易扩散到硅锗缓冲层109与衬底100的界面处，从而降低了应力层与衬底100的界面处硼离子的含量。
此外，在外延生长硅锗缓冲层109的步骤中，还可以同时通入碳源气体和硼源气体，在硅锗缓冲层109中原位掺杂硼和碳；
在外延生长体硅锗层110的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层110中原位掺杂硼。
此外，在外延生长硅锗缓冲层109的步骤中，还可以不原位掺杂硼和碳。而是在外延生长体硅锗层110的步骤中同时通入硼源气体和碳源气体，以在体硅锗层110中原位掺杂硼和碳。或者，在外延生长体硅锗层110的步骤中先通入碳源气体，在体硅锗层110中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在体硅锗层110中原位掺杂硼。
综上所述，本发明晶体管的形成方法在应力层中掺杂硼的同时或者在掺杂硼之前，在应力层中掺杂碳，能够使得应力层和衬底界面处的硼离子含量减小，不容易形成峰值。通常情况下，可以先掺杂碳，再掺杂硼，使得碳原子更加优先占据界面处的晶格间隙，使应力层和衬底界面处更不容易聚集硼离子。
本发明还提供一种晶体管。本发明晶体管可以但不限于采用本发明提供的晶体管的形成方法形成。
本实施例的晶体管可以采用图1至图4所示的晶体管的形成方法的实施例形成，因此，在本实施例中，可以继续参考图4。
本实施例晶体管包括：硅衬底100；位于所述硅衬底100表面的栅极结构106；位于所述栅极结构106两侧的硅衬底100的应力层，所述应力层中掺杂有碳和P型离子，所述应力层用作源、漏极，所述应力层与硅衬底100的界面处的碳含量大于应力层其他区域中的碳含量。
在本实施例中，所述P型离子为硼离子，但是本发明对此不做限制，在其他实施例中，所述应力层中还可以掺杂其他P型离子。
由于碳原子属于间隙原子，比较容易进入到晶格错配相对集中的硅锗与硅衬底100的界面处，因此应力层中掺杂的碳容易聚集在应力层与硅衬底100的界面处，同样属于间隙原子的硼在外延生长的热环境下扩散时，能够得到界面处的间隙位置就非常少，硼离子就不容易进入应力层与衬底的界面处的间隙位置，从而改善了应力层与衬底的界面处硼离子的含量分布，使得应力层中的硼离子含量提高，并且分布均匀，提高晶体管的性能。由于硼离子不容易进入界面处，位于晶圆不同位置的界面处的硼离子数量差减小，位于晶圆不同位置处的晶体管性能也更为一致。
在其他实施例中，所述硅衬底100还可以为或绝缘体上硅衬底、位于锗衬底或半导体器件上的硅衬底等其它衬底，对此本发明不做任何限制。
本实施例所要形成的晶体管为PMOS晶体管，在硅衬底100中形成有隔离结构101，隔离结构101将所述硅衬底100用于形成PMOS晶体管的区域与用于形成其他晶体管的区域隔离。本实施例中，所述隔离结构101为浅沟槽隔离，但是本发明对所述隔离结构101的具体类型不做限制，在其他实施例中，所述隔离结构101还可以为局部氧化物隔离。
在本实施例中，所述栅极结构包括：栅极103、位于栅极侧壁的侧墙104、位于栅极103和硅衬底100之间的栅极介质层120以及位于栅极103顶部的保护层105。
本实施例中，所述应力层的形状是sigma形状，因此应力层与栅极103之间的水平距离较短，有益于提高沟道的载流子迁移率。
所述应力层与硅衬底100的界面处的碳含量大于应力层其他区域中的碳含量。也就是说，应力层中掺杂的碳主要分布在应力层与硅衬底100的界面处。
在本实施例中，所述应力层包括依次形成的硅籽晶层108、硅锗缓冲层109和体硅锗层110。
在本实施例中，应力层中掺杂的碳主要分布在硅籽晶层108与硅衬底100的界面处。
所述硅锗缓冲层109中锗的含量在自硅衬底100到体硅锗层110的方向上逐渐增大，至略小于或等于后续形成的体硅锗层110中锗的含量，使得应力层中的锗的含量变化较为缓慢，不会使硅籽晶层108和体硅锗层110中的锗的含量变化过大，从而更容易控制外延生长工艺中形成的晶格缺陷。
所述硅锗缓冲层109中的硼含量在自硅衬底100到体硅锗层110的方向上逐渐增大，直至同体硅锗层中的硼含量相同，或者接近体硅锗层110中的硼含量，以达到体硅锗层110中高含量硼掺杂的要求。使得硼离子在不同深度处的含量逐渐增大，降低硼离子扩散的动力来源而有效地控制扩散到衬底100与硅籽晶层108的界面处的硼离子数量。
需要说明的是，体硅锗层110中掺杂的硼含量较高，以满足晶体管需要的载流子数量。
需要说明的是，本发明对应力层的具体结构不做限制，在其他实施例中，所述应力层还可以仅包括依次形成的硅锗缓冲层和体硅锗层，所述碳掺杂于所述硅锗缓冲层和体硅锗层中的一层或多层中，所述硼掺杂于掺杂有碳的硅锗缓冲层和体硅锗层中，或是掺杂有碳的硅锗缓冲层上的体硅锗层中。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (18)
1.一种晶体管的形成方法，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，在所述栅极结构两侧的硅衬底内形成凹槽；
在所述凹槽内形成应力层；
在形成应力层的过程中进行P型掺杂和碳掺杂，以形成源极和漏极，其中所述碳掺杂与所述P型掺杂同时进行或者所述碳掺杂在P型掺杂之前进行。
2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述P型掺杂为硼离子掺杂，在所述凹槽内在形成应力层的步骤包括：
采用外延生长工艺形成硅锗层，所述硅锗层作为应力层，
进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：在外延生长硅锗层过程中通入碳源气体和硼源气体，以原位掺杂碳和硼。
3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述P型掺杂为硼离子掺杂，在所述凹槽内在形成应力层的步骤包括：在所述凹槽内采用外延生长工艺依次形成硅籽晶层和硅锗层，所述应力层包括所述硅籽晶层和硅锗层；
进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：在凹槽内外延生长硅籽晶层的过程中，通入碳源气体，以在硅籽晶层中原位掺杂碳；
在外延生长硅锗层的过程中，通入硼源气体，以在硅锗层中原位掺杂硼。
4.根据权利要求2所述的形成方法，其特征在于，采用外延生长工艺形成硅锗层的步骤包括：
依次外延生长硅锗缓冲层和体硅锗层，所述硅锗缓冲层中的锗含量低于体硅锗层中的锗含量，所述硅锗层包括所述硅锗缓冲层和体硅锗层。
5.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：
在外延生长硅锗缓冲层的步骤中同时通入碳源气体和硼源气体，在硅锗缓冲层中原位掺杂硼和碳；
在外延生长体硅锗层的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层中原位掺杂硼。
6.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：
在外延生长硅锗缓冲层的步骤中先通入碳源气体，以在硅锗缓冲层中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在硅锗缓冲层中原位掺杂硼；
在外延生长体硅锗层的步骤中通入硼源气体，以在体硅锗层中原位掺杂硼。
7.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，进行P型掺杂和碳掺杂的步骤包括：在外延生长体硅锗层的步骤中同时通入硼源气体和碳源气体，以在体硅锗层中原位掺杂硼和碳；
或者，
进行P型离子掺杂和碳掺杂的步骤包括：在外延生长体硅锗层的步骤中先通入碳源气体，在体硅锗层中原位掺杂碳，再通入硼源气体，在体硅锗层中原位掺杂硼。
8.根据权利要求2至7任意一项权利要求所述的形成方法，其特征在于，在原位掺杂碳的过程中，所述碳源气体包括甲基硅烷气体。
9.根据权利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述甲基硅烷气体的流量在10sccm到500sccm的范围内。
10.根据权利要求2至7中任意一项权利要求所述的形成方法，其特征在于，形成应力层的过程中，外延生长工艺的温度在580摄氏度到700摄氏度的范围内。
11.根据权利要求2至7中任意一项权利要求所述的形成方法，其特征在于，形成应力层的过程中，腔室气压在5torr到30torr的范围内。
12.根据权利要求2至7中任意一项权利要求所述的形成方法，其特征在于，所述硼源气体包括B2H6气体，所述B2H6气体的流量在0sccm到1000sccm的范围内。
13.根据权利要求2至7中任意一项权利要求所述的形成方法，其特征在于，在采用外延生长工艺形成硅锗层的步骤中，通入包括硅源气体和锗源气体的反应气体，以外延生长硅锗层；
所述硅源气体包括SiH4气体，所述锗源气体包括GeH4，所述反应气体还包括H2气体、HCI气体和DCS气体中的一种或多种。
14.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，在外延生长硅锗缓冲层的步骤中，通入硼源气体的流量随外延生长的进行逐渐增大，以使硅锗缓冲层中的硼含量随厚度增大而增加。
15.一种晶体管，其特征在于，包括：
硅衬底；
位于所述硅衬底上的栅极结构；
位于所述栅极结构两侧的硅衬底内的应力层，所述应力层中掺杂有碳和P型离子，所述应力层用于形成源、漏极，所述应力层与硅衬底的界面处的碳含量大于应力层其他区域中的碳含量。
16.根据权利要求15所述的晶体管，其特征在于，所述应力层包括依次形成的硅籽晶层、硅锗缓冲层和体硅锗层；或者，
所述应力层包括依次形成的硅锗缓冲层和体硅锗层。
17.根据权利要求16所述的晶体管，其特征在于，所述硅锗缓冲层中的P型离子含量在自硅衬底到体硅锗层的方向上逐渐增大，直至同体硅锗层中的P型离子含量相同或接近。
18.根据权利要求15所述的晶体管，其特征在于，所述P型离子为硼离子。
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