[发明专利]形成应变硅层的方法、PMOS器件的制作方法及半导体器件

说明书

技术领域

本申请涉及半导体集成电路制作技术领域，具体而言，涉及一种形成应变硅层的方法、PMOS器件的制作方法及半导体器件。

背景技术

随着半导体器件中晶体管的集成度越来越高，晶体管的特征尺寸越来越小，晶体管中载流子的迁移率逐渐下降。这种载流子迁移率的下降不仅会降低晶体管的切换速度，而且还会降低晶体管的驱动电流，最终导致晶体管的器件性能降低。在现有技术中技术人员采用应变硅技术，即通过引入局部单向拉伸或压缩型应力到晶体管的导电沟道，以提升晶体管的导电沟道内载流子迁移率。目前，通常在PMOS器件的沟道区中嵌入应变硅层(比如SiGe)，以对沟道区施加适当的压应力，进而提高空穴的迁移率和PMOS器件性能。

图1至4示出了现有PMOS器件的制作方法。该制作方法包括：首先，提供衬底10′，并在衬底10′中形成栅极20′和侧壁层以及位于栅极20′两侧的凹槽30′，进而形成如图1所示的基体结构；然后，在凹槽30′中形成应变硅种子层41′，进而形成如图2所示的基体结构；接下来，在应变硅种子层41′上形成应变硅外延层42′，进而形成如图3所示的基体结构；最后，在应变硅外延层42′上形成盖层43′，进而形成如图4所示的基体结构。上述应变硅种子层41′、应变硅外延层42′和盖层43′组成应变硅层40′，以对沟道区施加适当的压应力，进而提高空穴的迁移率和PMOS器件性能。在上述制作步骤中，通常还采用原位掺杂工艺对应变硅种子层41′和应变硅外延层42′进行P型离子掺杂，以降低应变硅层之间的接触电阻。所谓原位掺杂是指在外延生长的过程中同时通入硼离子，从而在所形成的外延层中引入硼离子。

在对上述应变硅种子层进行P型离子原位掺杂时，为了避免P型离子扩散到与应变硅种子层相邻的导电沟道，需要对应变硅种子层进行低浓度掺杂(P型离子的掺杂量为1E+17～1E+18atoms/cm³)。然而，在对应变硅种子层进行低浓度掺杂时，P型离子的前驱体的流量不容易控制，导致应变硅种子层中掺杂浓度不均匀，进而降低PMOS器件性能。为了解决上述问题，技术人员尝试通过先形成未掺杂的应变硅种子层，然后生长掺杂硼的应变硅外延层，以使应变硅外延层中的P型离子扩散进入应变硅种子层。然而，通过扩散进入应变硅种子层中的P型离子量太小，导致应变硅种子层和应变硅外延层之间的接触电阻增加，进而降低PMOS器件性能。

发明内容

本申请旨在提供形成应变硅层的方法、PMOS器件的制作方法及半导体器件，以提高器件的性能。

为了实现上述目的，本申请提供了一种形成应变硅层的方法，包括在衬底中形成凹槽，在凹槽的内壁表面上形成应变硅种子层的步骤，其中，形成应变硅种子层的步骤包括：在凹槽的内壁表面形成应变硅种子预备层；以及在形成应变硅种子预备层后，对应变硅种子预备层进行离子注入，形成应变硅种子层。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，对应变硅种子预备层进行离子注入的步骤中，注入离子为P型离子，优选P型离子为硼离子。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，P型离子的掺杂量为1E+17～1E+18atoms/cm³。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，离子注入的步骤中，采用冷等离子体注入工艺。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，冷等离子注入中，注入温度为150～300℃，注入离子的能量为1～8KeV。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，在完成离子注入的步骤后，还包括应变硅种子层清洗应变硅种子层的步骤。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，清洗应变硅种子层的步骤中所采用的清洗液为HF、H₂SO₄、或SC1溶液。

进一步地，上述形成应变硅层的方法中，在形成应变硅种子层的步骤之后，还包括：在应变硅种子层的表面上形成应变硅外延层，优选应变硅外延层上表面高于等于衬底的表面；以及在应变硅外延层应变硅外延层上形成盖层，优选盖层为Si层，应变硅种子层、应变硅外延层和盖层共同构成应变硅层。

本申请还提供了一种PMOS器件的制作方法，包括在衬底中形成应变硅层的步骤，其中，形成应变硅层的步骤采用本申请提供的形成应变硅层的方法。