[发明专利]晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶体管及其形成方法。

背景技术

在半导体工艺中，晶体管的阈值电压等于形成沟道需要的栅极对源极的偏置电压。如果栅极对源极的偏置电压小于阈值电压，就不会产生沟道。

栅极结构底部的掺杂是决定阈值电压的主要因素，晶体管的底部掺杂能通过在栅极结构底部下的离子注入来调整，这种离子注入被叫做阈值调整注入。

目前，传统的阈值调整注入方法可以通过掺杂注入阈值调整离子完成，通过在栅极结构下面的衬底中形成合适的掺杂区，从而实现对半导体阈值电压的调整。但是对所述衬底进行阈值调整离子掺杂之后会降低衬底内载流子的迁移率。与本征半导体相比，进行阈值调整离子掺杂后的半导体材料中，阈值调整离子使得载流子的散射几率增大，从而使载流子的迁移率下降，阈值调整离子的浓度越大，迁移率越小。载流子迁移率下降会提高晶体管的功耗，降低器件的电流承受能力和晶体管的开关速度。

所以，现有的晶体管在调整阈值电压的同时，还需要提高其沟道区域的载流子的迁移率，改善短沟道效应。

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，所述晶体管的形成方法能够在实现对晶体管的阈值电压进行调整的同时，提高沟道内的载流子迁移率。

为解决上述问题，本发明的技术方案提供一种晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；刻蚀所述半导体衬底，在所述半导体衬底内形成凹槽；在所述凹槽内依次外延形成阈值调整层和载流子迁移层，所述载流子迁移层和阈值调整层填充满所述凹槽，所述阈值调整层内掺杂有阈值调整离子，所述载流子迁移层中阈值调整离子的掺杂浓度小于阈值调整层中的阈值调整离子的掺杂浓度；在所述凹槽上方形成栅极结构。

可选的，在形成所述阈值调整层之前，在所述凹槽侧壁表面形成隔离侧墙，所述隔离侧墙顶部低于半导体衬底的表面，暴露出所述凹槽靠近半导体衬底表面的部分侧壁。

可选的，所述隔离侧墙的厚度为2nm～8nm。

可选的，所述半导体衬底的表面高于隔离侧墙顶部5nm～20nm。

可选的，所述阈值调整层的厚度为10nm～50nm。

可选的，所述阈值调整离子为硼、铟、磷或砷中的一种或几种。

可选的，所述阈值调整层中的阈值调整离子的浓度为5E17atom/cm³～1E19atom/cm³。

可选的，所述阈值调整层内还具有扩散阻挡离子，所述扩散阻挡离子为Ge、C或Sn中的一种或几种离子，所述阈值调整层中扩散阻挡离子的掺杂浓度为1E19atom/cm³～1.5E22atom/cm³。

可选的，所述载流子迁移层包括位于阈值调整层表面的阻挡层。

可选的，所述阻挡层的厚度为3nm～15nm。

可选的，所述阻挡层的材料为硅，并且所述阻挡层内还具有扩散阻挡离子，所述扩散阻挡离子为Ge、C或Sn中的一种或几种离子，所述阻挡层中扩散阻挡离子的掺杂浓度为1E20atom/cm³～2.5E22atom/cm³。

可选的，所述阻挡层内掺杂有阈值调整离子，所述阻挡层内的阈值调整离子的浓度小于阈值调整层内阈值调整离子的浓度，所述阻挡层内的阈值调整离子的浓度为5E16atom/cm³～1E18atom/cm³。

可选的，所述载流子迁移层包括位于所述阻挡层表面的本征层。

可选的，所述本征层的厚度为10nm～25nm。

可选的，所述本征层的材料为硅。

可选的，所述本征层内还具有扩散阻挡离子，所述扩散阻挡离子为Ge、C或Sn中的一种或几种离子，所述本征层中扩散阻挡离子的掺杂浓度为1E19atom/cm³～1E22atom/cm³。

可选的，所述载流子迁移层包括位于阈值调整层表面的阻挡层和位于所述阻挡层表面的本征层。

可选的，还包括，对所述载流子迁移层表面进行等离子体处理。

可选的，所述等离子体处理的等离子体源为N₂、Ar、F₂或H₂中的一种或多种气体。