[发明专利]MOS晶体管、具有应力层的衬底及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及MOS晶体管及其形成方法、具有应力层的衬底及其形成方法。

背景技术

众所周知，机械应力可以改变硅材料的能隙和载流子迁移率，最近，机械应力在影响MOSFET性能方面扮演了越来越重要的角色。如果可以适当控制应力，提高载流子(n-沟道晶体管中的电子，p-沟道晶体管中的空穴)迁移率，就能够提高驱动电流，因而应力可以极大地提高晶体管的性能。

应力衬垫技术通过在nMOSFET中形成张应力衬垫层(Tensile StressLiner)，在pMOSFET中形成压应力衬垫层(Compressive Stress Liner)，从而增大了pMOSFET和nMOSFET的驱动电流，提高了电路的响应速度。据研究，使用双应力衬垫技术的集成电路能够带来24％的速度提升。

具体地，以pMOSFET为例，首先在需要形成源区和漏区的区域刻蚀凹槽，然后在凹槽中形成外延层，如硅锗外延层，之后进行掺杂以形成pMOSFET晶体管的源区和漏区，形成硅锗是为了引入Si和SiGe之间晶格失配形成的压应力，提高pMOSFET晶体管的性能。对于nMOSFET，则可以通过在源区区域、漏区区域中形成SiC结构来引入张应力，提高nMOSFET晶体管的性能。

在专利号为US7569443的美国专利中公开了一种在PMOS晶体管的源区、漏区形成外延硅锗源区、漏区的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有栅极结构；然后在栅极结构两侧形成凹槽，并在所述凹槽内外延形成硅锗层，并对所述硅锗层进行p型掺杂以形成PMOS晶体管的源漏区。

现有技术中，在衬底上形成具有压应力的PMOS晶体管、具有张应力的NMOS晶体管，需要先用外延生长法在PMOS晶体管的源区区域、漏区区域形成压应力层；然后用外延生长法在NMOS晶体管的源区区域、漏区区域形成张应力层。或者，需要先用外延生长法在NMOS晶体管的源区区域、漏区区域形成张应力层；然后用外延生长法在PMOS晶体管的源区区域、漏区区域形成压应力层。因此，现有技术中，在衬底上形成具有压应力的PMOS晶体管、具有张应力的NMOS晶体管时，需要分别在衬底中形成张应力、压应力，工艺流程繁多，降低了生产效率。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术在衬底上形成具有压应力的PMOS晶体管、具有张应力的NMOS晶体管时，需要分别在衬底中形成张应力、压应力，工艺流程繁多，降低了生产效率。

为解决上述问题，本发明具体实施例提供一种具有应力层的衬底的形成方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成掩膜层，所述掩膜层具有凹槽和开口，所述凹槽对应第一类型的MOS晶体管源区区域和漏区区域，所述开口对应第二类型的MOS晶体管沟道区域；

以所述掩膜层为掩膜对所述衬底进行离子注入，在第二类型的MOS晶体管沟道区域下方、在第一类型的MOS晶体管源区区域和漏区区域形成应力层。

可选的，形成应力层后，还包括：去除所述掩膜层。

可选的，在所述衬底上形成掩膜层，所述掩膜层具有凹槽和开口包括：

在所述衬底上形成第一掩膜层；

图形化所述第一掩膜层，在所述第一掩膜层形成第一开口和第二开口，所述第一开口对应第一类型的MOS晶体管的源区区域和漏区区域，所述第二开口对应第二类型的MOS晶体管沟道区域；

形成第二掩膜层，覆盖图形化后的第一掩膜层、第一开口的底部、第二开口的底部；

去除所述第二开口底部的第二掩膜层形成所述开口；底部具有第二掩膜层的第一开口为所述凹槽。

可选的，在所述衬底上形成掩膜层，所述掩膜层具有凹槽和开口包括：

在所述衬底上形成第一掩膜层；

图形化所述第一掩膜层，在所述第一掩膜层形成第一开口，所述第一开口对应第一类型的MOS晶体管的源区区域和漏区区域；

形成第二掩膜层，覆盖所述第一开口的底部、图形化后的第一掩膜层；

图形化所述第二掩膜层、图形化后的第一掩膜层，在第二掩膜层、图形化后的第一掩膜层中形成所述开口，所述开口对应第二类型的MOS晶体管沟道区域；底部具有第二掩膜层的第一开口为所述凹槽。

可选的，去除所述掩膜层后，还包括对所述衬底进行退火工艺。

可选的，所述第一类型的MOS晶体管为PMOS晶体管，第二类型的MOS晶体管为NMOS晶体管，所述应力层为压应力层。

可选的，所述衬底为硅衬底，所述离子为Ge离子。