[发明专利]一种具有应变沟道的CMOS器件结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造技术领域，特别涉及一种具有应变沟道的CMOS器件结构及其形成方法。

背景技术

目前，应变硅技术已经成为集成电路领域一项能够确实提高晶体管性能的技术。它能够提高载流子的迁移率进而提高晶体管性能，再进一步提高集成电路的各项性能。众所周知，在NMOS沟道里引入张应变，在PMOS沟道里引入压应变均可以增加载流子迁移率，进而提高晶体管性能。而在沟道中引入应变的方式也层出不穷，主要来说有两种：1、通过在硅衬底上外延弛豫锗硅缓冲层(buffer)层，之后外延应变硅实现沟道应变的引入；2、通过选择性外延技术在源漏区生长锗硅，实现在沟道区引入应变。而这两种实现方法，均涉及到外延工艺，工艺过程较复杂，因此还有待于改进。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，提出了一种CMOS器件结构及其形成方法。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种具有应变沟道的CMOS器件结构，包括：衬底；和形成在所述衬底之上的NMOS结构和PMOS结构，以及所述NMOS结构和PMOS结构之间的隔离结构，其中，所述NMOS结构的源漏区上层中有第一材料应变层，所述NMOS结构的沟道区下有第二材料应变层，所述PMOS结构的源漏区上层中有第二材料应变层，所述PMOS结构的沟道区下有第一材料应变层，其中，所述第一材料应变层和所述第二材料应变层是由一次退火形成的。

在本发明的一个实施例中，还提出了一种具有应变沟道的CMOS器件结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底中形成NMOS器件区和PMOS器件区，及相应的隔离结构；在所述衬底之上形成阻挡层；在所述阻挡层之上形成第一掩膜层，刻蚀所述第一掩膜层并注入第二材料以在所述NMOS器件区的沟道区下形成第二材料注入层；去除所述第一掩膜层，并在所述阻挡层之上形成第二掩膜层，刻蚀所述第二掩膜层并注入第一材料以在所述NMOS器件区的源漏区上层中形成第一材料注入层；去除所述第二掩膜层，并在所述阻挡层之上形成第三掩膜层，刻蚀所述第三掩膜层并注入第二材料以在所述PMOS器件区的源漏区上层中形成第二材料注入层；去除所述第三掩膜层，并在所述阻挡层之上形成第四掩膜层，刻蚀所述第四掩膜层并注入第一材料以在所述PMOS器件区的沟道区下形成第一材料注入层；去除所述第四掩膜层，并进行退火以在所述NMOS器件区的源漏区上层中和所述PMOS器件区的沟道区下分别形成第一材料应变层，及在所述NMOS器件区的沟道区下和所述PMOS器件区的源漏区上层中分别形成第二材料应变层；和去除所述阻挡层，并分别形成NMOS器件和PMOS器件的栅极、源极和漏极。

本发明实施例通过一次退火同时在NMOS器件和PMOS器件的沟道区及源漏区同时引入所需要的应变，不仅能够提高载流子迁移率，改善CMOS器件的性能，还可以节省制造成本。

本发明另一方面提出了一种具有应变沟道的CMOS器件结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底中形成NMOS器件区和PMOS器件区，及相应的隔离结构；在所述衬底之上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层之上形成第一掩膜层，并刻蚀所述第一掩膜层以暴露所述NMOS器件区的沟道区和所述PMOS器件区的源漏区；在所述PMOS器件区的源漏区及所述第一阻挡层之上再形成第二阻挡层；对所述NMOS器件区的沟道区和所述PMOS器件区的源漏区进行第二材料注入以在所述NMOS器件区的沟道区下和所述PMOS器件区的源漏区上层中形成第二材料注入层；去除所述第一掩膜层和第二阻挡层，并在所述第一阻挡层之上形成所述第二掩膜层，并刻蚀所述第二掩膜层以暴露所述NMOS器件区的源漏区和所述PMOS器件区的沟道区；在所述NMOS器件区的源漏区及所述第一阻挡层之上再形成第三阻挡层；对所述NMOS器件区的源漏区和所述PMOS器件区的沟道区进行第一材料注入以在所述NMOS器件区的源漏区上层中和所述PMOS器件区的沟道区下形成第一材料注入层；去除所述第三阻挡层和第二掩膜层，并进行退火以在所述NMOS器件区的源漏区上层中和所述PMOS器件区的沟道区下分别形成第一材料应变层，及在所述NMOS器件区的沟道区下和所述PMOS器件区的源漏区上层中分别形成第二材料应变层；和去除所述第一阻挡层，并分别形成NMOS器件和PMOS器件的栅极、源极和漏极。

进一步地，在该实施例中可通过一次注入形成NMOS器件区的沟道区和PMOS器件区的源漏区的第二材料应变层，及通过一次注入形成PMOS器件区的沟道区和NMOS器件区的源漏区的第一材料应变层，因此可以进一步地节省制造成本。