專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及形成方法、pmos晶體管及形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及形成方法、PMOS晶體管及形成方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS器件尺寸的不斷減小，CMOS晶體管的短溝道效應(yīng)以及載流子遷移退化效應(yīng)日益突出。而隨著對(duì)半導(dǎo)體器件性能要求的提高，對(duì)器件短溝效應(yīng)的抑制能力以及對(duì)載流子遷移率的提升能力的需求也日益突出?，F(xiàn)有為了抑制器件的短溝道效應(yīng)，通常采用的方法是提高襯底的摻雜濃度、增加源/漏輕摻雜區(qū)(LDD區(qū))，或者在絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)中采用厚度更薄的硅襯底結(jié)構(gòu)。 但是，提高襯底的摻雜濃度會(huì)導(dǎo)致器件的閾值電壓提高、增加LDD區(qū)則會(huì)增加器件的寄生電阻、采用厚度更薄的硅襯底結(jié)構(gòu)會(huì)增加源/漏串聯(lián)電阻的增加。另一方面，當(dāng)器件尺寸進(jìn)入到IOOnm以下后，使得通過(guò)進(jìn)一步縮小器件尺寸來(lái)改善器件的短溝效應(yīng)變得更加困難。在現(xiàn)有技術(shù)中，在不降低器件尺寸的情況下，通常是采用應(yīng)變硅技術(shù)，在溝道中引入應(yīng)力，從而提高載流子(電子和/或空穴)的遷移率和提高晶體管器件的性能。所述應(yīng)變硅技術(shù)的原理是通過(guò)設(shè)計(jì)器件結(jié)構(gòu)、改變器件材料以及工藝步驟，在晶體管溝道區(qū)引入應(yīng)力，改變溝道區(qū)襯底的晶格結(jié)構(gòu)，提高溝道中載流子的遷移率。另一種提高載流子(電子和/或空穴)的遷移率和提高晶體管器件的性能的方法如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610164675. 5的專利申請(qǐng)中公開(kāi)的通過(guò)在襯底上形成的氮化硅層上注入雜質(zhì)離子(例如，鉻Ge)，這樣可以降低氮化硅層的晶格常數(shù)，使氮化硅層的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而在氮化硅層產(chǎn)生面向柵極的壓縮應(yīng)力；然后該壓縮應(yīng)力通過(guò)緩沖氧化層傳到襯底，使在溝道區(qū)中存在的硅晶格壓縮，從而能夠改善在溝道區(qū)內(nèi)移動(dòng)的載流子的遷移率。但是這樣的方法不僅使得整個(gè)工藝流程較為復(fù)雜，而且離子注入工藝也會(huì)對(duì)襯底產(chǎn)生不良的影響。因此，需要提供一種較好的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及形成方法、PMOS晶體管及形成方法， 提高在襯底的溝道區(qū)內(nèi)載流子的遷移率，從而提高后續(xù)制作的晶體管器件的性能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅；刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)；在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層；進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅邊緣向上彎曲?？蛇x地，所述熱氧化處理的時(shí)間范圍在5秒-4小時(shí)、溫度范圍在700-1050攝氏度?？蛇x地，所述熱氧化處理工藝在爐熱管中進(jìn)行。
可選地，刻蝕所述頂層硅的方法是干法刻蝕?？蛇x地，所述絕緣埋層的材料為氧化硅?？蛇x地，形成絕緣氧化層的方法是快速熱氧化處理。一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅，所述頂層硅向上彎曲。可選地，所述絕緣埋層的材料是氧化硅。一種PMOS晶體管的形成方法，包括如下步驟提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅；刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)；在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層；進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅向上彎曲； 在所述頂層硅上依次形成柵介質(zhì)層和多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極兩側(cè)的頂層硅上形成側(cè)墻；在所述多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的頂層硅內(nèi)形成源/漏極。可選地，所述熱氧化處理的時(shí)間范圍在5秒-4小時(shí)、溫度范圍在700-1050攝氏度?？蛇x地，所述熱氧化處理工藝在爐熱管中進(jìn)行?？蛇x地，刻蝕所述頂層硅的方法是干法刻蝕。一種PMOS晶體管結(jié)構(gòu)，包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅，所述頂層硅向上彎曲；在所述頂層硅上依次形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極兩側(cè)形成有側(cè)墻；在所述多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的頂層硅中形成有源/漏極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)對(duì)絕緣體上硅(SOI)襯底上的頂層硅進(jìn)行熱氧化處理，使氧氣分子與頂層硅中的邊緣靠近絕緣氧化層處的硅原子充分反應(yīng)，使所述頂層硅的體積增大，使頂層硅邊緣向上翹曲，形成向上彎曲的頂層硅，增強(qiáng)了所述頂層硅的壓縮應(yīng)力。進(jìn)一步地，以邊緣向上翹曲的頂層硅作為襯底制作PMOS晶體管，由于頂層硅內(nèi)的壓應(yīng)力增強(qiáng)，使襯底溝道區(qū)內(nèi)載流子(空穴)的遷移率也相應(yīng)提高，從而提高了 PMOS晶體管的性能。


圖1是本發(fā)明一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
的流程示意圖；圖2至圖5是本發(fā)明一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程示意圖；圖6是本發(fā)明一種形成PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
的流程示意圖；圖7至圖8是本發(fā)明一種PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例的形成過(guò)程示意圖；圖9至圖18是本發(fā)明一種CMOS器件結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例的形成過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸進(jìn)入到IOOnm以下后，通過(guò)進(jìn)一步縮小器件尺寸來(lái)改善器件的短溝效應(yīng)變得更加困難。以PMOS晶體管為例，技術(shù)人員希望在溝道區(qū)內(nèi)增強(qiáng)溝道的壓縮應(yīng)力，從而提高空穴載流子的遷移率，最終提高PMOS晶體管的性能。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及形成方法、PMOS晶體管結(jié)構(gòu)及形成方法。首先，參考圖1所示，一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
的流程示意圖，步驟Sl 提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅。步驟S2 刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)。步驟S3 在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層。步驟S4 進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅邊緣向上彎曲?；谏鲜鰧?shí)施方式形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅，所述頂層硅向上彎曲。具體地，在進(jìn)行熱氧化處理時(shí)，氧氣分子很容易通過(guò)絕緣氧化層擴(kuò)散至頂層硅，使所述氧氣分子能夠與頂層硅邊緣靠近絕緣氧化層處的部分硅充分反應(yīng)后生成氧化硅，由于在所述頂層硅中通入了氧分子，使得所述頂層硅的體積增大，并且越靠近絕緣氧化層的頂層硅與氧氣分子反應(yīng)越充分，而氧氣分子不會(huì)與所述頂層硅外的絕緣氧化層發(fā)生反應(yīng)，因此形成向上彎曲的頂層硅。需要說(shuō)明的是，上述工藝流程最終在所述絕緣體上硅(SOI)襯底上形成的向上彎曲的頂層硅在后續(xù)工藝中用作PMOS晶體管的襯底。與現(xiàn)有的硅襯底相比，所述向上彎曲的頂層硅具有更強(qiáng)的壓縮應(yīng)力，提高了襯底溝道區(qū)內(nèi)載流子的遷移率，從而提高了 PMOS晶體管的性能。下面結(jié)合附圖對(duì)形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例一圖2至圖5是本發(fā)明形成一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的實(shí)施例示意圖。首先，如圖2所示，提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底 11、絕緣埋層12以及頂層硅13。可選地，其中所述絕緣埋層12的材料是氧化硅。如圖3所示，刻蝕所述頂層硅13至露出絕緣埋層12，在所述絕緣埋層12上形成有源區(qū)。具體工藝如下先于所述頂層硅103上涂覆一層光刻膠層(未示出)，經(jīng)過(guò)光刻工藝后，定義出有源區(qū)圖形；再以光刻膠層為掩膜，沿有源區(qū)圖形刻蝕所述頂層硅13至露出所述絕緣埋層12，在所述絕緣埋層12上形成有源區(qū)頂層硅13a。接著，如圖4所示，在有源區(qū)頂層硅13a的側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層14a，其中所述絕緣氧化層的材料是氧化硅?？蛇x地，形成所述絕緣氧化硅層的方法是快速熱氧化處理。其中，所述快速熱氧化處理溫度范圍400-1300攝氏度。然后，如圖5所示，進(jìn)行熱氧化處理，使所述有源區(qū)頂層硅13a向上彎曲?？蛇x地，所述熱氧化處理在爐熱管中進(jìn)行，其中所述熱氧化處理的時(shí)間較長(zhǎng)，其具體時(shí)間范圍在5秒 4小時(shí)；所述熱氧化處理的溫度范圍在700-1050攝氏度。在進(jìn)行熱氧化處理時(shí)，氧氣分子很容易通過(guò)絕緣氧化層Ha擴(kuò)散至所述有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)，使所述氧氣分子能夠與有源區(qū)頂層硅13a靠近絕緣氧化層14的部分硅充分反應(yīng)后生成氧化硅。由于在所述有源區(qū)頂層硅13a中通入了氧氣分子，使得所述有源區(qū)頂層硅13a的體積增大，并且越靠近絕緣氧化層14a的頂層硅與氧氣分子反應(yīng)越充分。又因?yàn)檠鯕夥肿硬粫?huì)與絕緣氧化層Ha發(fā)生反應(yīng)，這樣當(dāng)所述有源區(qū)頂層硅13a的體積增大時(shí)，所述絕緣氧化層14a的體積不會(huì)增大，因此形成邊緣向上彎曲的有源區(qū)頂層硅13a。需要說(shuō)明的是，所述熱氧化處理按所用的氧化氣氛可分為干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化。其中，所述干氧氧化是以干燥純凈的氧氣作為氧化氣氛，在高溫下氧氣分子直接與硅反應(yīng)生成氧化硅。所述水汽氧化是以高純水蒸汽為氧化氣氛，由硅表面的硅原子和水分子反應(yīng)生成二氧化硅。所述濕氧氧化是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之間。濕氧氧化是用干燥氧氣通過(guò)加熱的水所形成的氧和水汽混合物形成氧化氣氛。用高純氫氣和氧氣在石英反應(yīng)管進(jìn)口處直接合成水蒸汽的方法進(jìn)行水汽氧化時(shí)，通過(guò)改變氫氣和氧氣的比例，可以調(diào)節(jié)水蒸汽壓，提高生成的氧化硅的質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不同的工藝要求來(lái)選擇上述任一種氧化氣氛的熱氧化處理，在此不予贅述?；谏鲜鰧?shí)施例形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖5所示，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括絕緣體上硅襯底，其中所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底11、絕緣埋層12 ；有源區(qū)頂層硅13a，位于絕緣埋層12上，所述有源區(qū)頂層硅13a邊緣向上彎曲；絕緣氧化層14a，位于所述有源區(qū)頂層硅13a的頂部和側(cè)壁。除上述實(shí)施例外，在進(jìn)行后續(xù)工藝前，可以通過(guò)干法或者濕法刻蝕去除所述絕緣氧化層Ha。進(jìn)一步地，在后續(xù)工藝中，本實(shí)施例形成的有源區(qū)頂層硅13a用于制作PMOS晶體管的襯底。與現(xiàn)有的硅襯底相比，所述向上彎曲的頂層硅具有更強(qiáng)的壓縮應(yīng)力，提高了襯底溝道區(qū)內(nèi)載流子的遷移率，從而提高了 PMOS晶體管的性能。圖6是本發(fā)明一種形成PMOS晶體管結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
的流程示意圖。如圖6所示，執(zhí)行步驟S11，提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅；執(zhí)行步驟S12，刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)；執(zhí)行步驟S13，在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層；執(zhí)行步驟S14，進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅邊緣向上彎曲；執(zhí)行步驟S15，在所述頂層硅上依次形成柵介質(zhì)層和多晶硅柵極；執(zhí)行步驟S16， 在所述多晶硅柵極兩側(cè)的頂層硅上形成側(cè)墻；執(zhí)行步驟S17，在所述多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的頂層硅內(nèi)形成源/漏極?；谏鲜鰧?shí)施方式形成的PMOS晶體管結(jié)構(gòu)包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅，所述頂層硅向上彎曲；在所述頂層硅上依次形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極兩側(cè)形成有側(cè)墻；在所述多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的頂層硅中形成有源/漏極。下面結(jié)合附圖對(duì)形成PMOS晶體管的詳細(xì)過(guò)程進(jìn)行描述。實(shí)施例二參考圖7至圖8所示的是本發(fā)明所述一種PMOS晶體管形成過(guò)程的示意圖。如圖7所示，提供絕緣體上硅襯底，其中所述絕緣體上硅襯底中的有源區(qū)頂層硅 13a向上彎曲，具體形成向上彎曲的有源區(qū)頂層硅13a的方法同實(shí)施例一中所描述的，在此不再贅述。繼續(xù)參考圖7，在所述有源區(qū)頂層硅13a上依次形成柵介質(zhì)層15和多晶硅柵極 16 ；在多晶硅柵極16兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)形成有淺摻雜區(qū)14。具體形成工藝如下 在有源區(qū)頂層硅13a上涂覆第一光刻膠層(未示出)；經(jīng)過(guò)曝光顯影，定義出η阱圖形；以第一光刻膠層為掩膜，采用離子注入法對(duì)有源區(qū)頂層硅13a進(jìn)行摻雜，形成MOS阱(未示出)；去除第一光刻膠層。用熱氧化法在有源區(qū)頂層硅13a上形成一層?xùn)沤橘|(zhì)層15，在柵介質(zhì)層15上形成多晶硅層；在多晶硅層上涂覆第二光刻膠層(未示出)，經(jīng)曝光顯影，定義出柵極圖形；沿柵極圖形刻蝕多晶硅層和柵介質(zhì)層15至露出有源區(qū)頂層硅13a，形成多晶硅柵極16 ；然后，以多晶硅柵極16為掩膜，向有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)進(jìn)行離子注入，形成淺摻雜區(qū)14。然后，如圖8所示，在多晶硅柵極16兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a上形成側(cè)墻17?？蛇x地，其中所述側(cè)墻17的材料是氮化硅、氧化硅和氮化硅組合，或者氧化硅、氮化硅和氧化硅的組合。進(jìn)一步地，以側(cè)墻17及多晶硅柵極16為掩膜，向兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)注入離子，形成源極18a和漏極18b，所述源極18a和漏極18b的摻雜深度比淺摻雜區(qū)14深。 最終在所述有源區(qū)頂層硅13a上形成了如圖8所示的PMOS晶體管。與現(xiàn)有的PMOS晶體管相比，由于所述有源區(qū)頂層硅13a向上彎曲，這樣就增大了有源區(qū)頂層硅13a的壓縮應(yīng)力，從而提高了以所述有源區(qū)頂層硅13a為襯底的PMOS晶體管的溝道區(qū)內(nèi)載流子(空穴)的遷移率，最終提高了形成PMOS晶體管的性能?；谏鲜鰧?shí)施例形成的PMOS晶體管包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底11、絕緣埋層12和有源區(qū)頂層硅13a，其中所述有源區(qū)頂層硅13a邊緣向上彎曲，用以增強(qiáng)頂層硅內(nèi)部的壓應(yīng)力；柵介質(zhì)層15，位于有源區(qū)頂層硅13a上；多晶硅柵極16，位于柵介質(zhì)層15上；淺摻雜區(qū)14，位于多晶硅柵極16兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)； 側(cè)墻17，位于多晶硅柵極16兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a上；源極18a和漏極18b，位于所述多晶硅柵極16和側(cè)墻17兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)，且所述源極18a和漏極18b的深度比淺摻雜區(qū)14深。進(jìn)一步地，在CMOS工藝中，還可以通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。實(shí)施例三圖9至圖18為本發(fā)明形成CMOS器件結(jié)構(gòu)的實(shí)施例過(guò)程示意圖。首先，如圖9所示，提供絕緣體上硅襯底，其中所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底11、絕緣埋層12以及頂層硅13。可選地，其中所述絕緣埋層12的材料是氧化硅或者氮化硅。如圖10所示，刻蝕所述頂層硅13至露出絕緣埋層12，在所述絕緣埋層12上形成 PMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13a和NMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13b。具體工藝如下 先于所述頂層硅103上涂覆一層光刻膠層(未示出)，經(jīng)過(guò)光刻工藝后，分別定義出PMOS器件區(qū)域和NMOS器件區(qū)域的有源區(qū)圖形；再以該光刻膠層為掩膜，沿有源區(qū)圖形刻蝕所述頂層硅13至露出部分所述絕緣埋層12，在所述絕緣埋層12上形成PMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13a和NMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13b。接著，如圖11所示，分別在所述PMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13a上形成絕緣氧化層14a、在所述NMOS器件區(qū)域的頂層硅1 上形成絕緣氧化層14b。，其中所述絕緣氧化層14a、14b的材料是氧化硅。可選地，形成所述氧化硅層的方法是快速熱氧化處理。其中， 所述快速熱氧化處理溫度范圍400-1300攝氏度。然后，如圖12所示，在所述PMOS器件區(qū)域的絕緣氧化層14a、所述NMOS器件區(qū)域的絕緣氧化層14b以及絕緣埋層12上形成氮化硅層15?？蛇x地，在本實(shí)施例中，形成所述氮化硅層的方法是化學(xué)氣相沉積法(CVD)，或者也可以是低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或物理氣相沉積(PVD)等，在此不予贅述。接著，如圖13和圖14所示，刻蝕所述PMOS器件區(qū)域的氮化硅層至露出絕緣氧化層和絕緣埋層?？蛇x地，刻蝕所述PMOS器件區(qū)域的氮化硅層的方法是濕法刻蝕。具體工藝如下先于所述NMOS器件區(qū)域的氮化硅層1 和絕緣埋層12上涂覆一光刻膠層16，然后將如圖13所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)浸潤(rùn)在反應(yīng)溶液中，腐蝕去除所述PMOS器件區(qū)域的氮化硅層 1 至露出氧化層Ha和絕緣埋層12?？蛇x地，其中所述反應(yīng)溶液是氫氟酸(HF)。接下來(lái)，如圖15所示，進(jìn)行熱氧化處理，在所述PMOS器件區(qū)域內(nèi)形成邊緣向上彎曲的有源區(qū)頂層硅13a?？蛇x地，其中所述熱氧化處理的時(shí)間較長(zhǎng)，其具體時(shí)間范圍在5 秒-4小時(shí)；所述熱氧化處理的溫度范圍在700-1050攝氏度。由于在所述PMOS器件區(qū)域內(nèi)，所述絕緣氧化層1 外沒(méi)有氮化硅層保護(hù)，因此在進(jìn)行熱氧化處理時(shí)，氧氣分子很容易通過(guò)所述絕緣氧化層Ha擴(kuò)散至有源區(qū)頂層硅13a，使所述氧氣分子能夠與有源區(qū)頂層硅13a中靠近絕緣氧化層14a的硅充分反應(yīng)后生成氧化硅。進(jìn)一步地，由于在所述有源區(qū)頂層硅13a中通入了氧氣分子，使得所述有源區(qū)頂層硅 13a的體積增大，并且越靠近氧化硅層14a的有源區(qū)頂層硅13a與氧氣分子反應(yīng)越充分，又因?yàn)檠鯕夥肿硬粫?huì)與所述頂層硅13a外的絕緣氧化層Ha發(fā)生反應(yīng)，這樣當(dāng)所述有源區(qū)頂層硅13a的體積增大時(shí)，所述絕緣氧化層14a的體積不會(huì)增大，因此最終在所述PMOS器件區(qū)域內(nèi)形成邊緣向上彎曲的有源區(qū)頂層硅13a。結(jié)合圖15和圖16所示，刻蝕所述NMOS器件區(qū)域的氮化硅層1 至露出氧化硅層 14b和絕緣埋層12，在所述NMOS器件區(qū)域內(nèi)形成平整的有源區(qū)頂層硅13b?？蛇x地，刻蝕所述NMOS器件區(qū)域的氮化硅層15b的方法是濕法刻蝕，其具體工藝可以參考上述刻蝕PMOS 器件區(qū)域的氮化硅層15a的描述，在此不予贅述。由于在進(jìn)行熱氧化處理過(guò)程中，所述NMOS器件區(qū)域內(nèi)的氧化硅層14b外有氮化硅層15b的保護(hù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，氮化硅是一種非常堅(jiān)硬致密的材料，同時(shí)也是一種耐火材料，這樣氧氣分子就很難通過(guò)所述氮化硅層1 擴(kuò)散至其內(nèi)部的氧化硅層14b和有源區(qū)頂層硅1 中與硅進(jìn)行反應(yīng)，因此在所述NMOS器件區(qū)域內(nèi)形成的是平整的有源區(qū)頂層硅 13b。在實(shí)際工藝中，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以通過(guò)在所述PMOS器件區(qū)域和所述NMOS器件區(qū)域之間形成淺槽隔離(STI)區(qū)(未示出)隔離上述兩個(gè)器件區(qū)域。其中，所述淺槽隔離工藝是現(xiàn)有技術(shù)，在此不予贅述。通過(guò)上述工藝形成的所述有源區(qū)頂層硅13a作為PMOS器件區(qū)域的襯底，所述有源區(qū)頂層硅1 作為NMOS器件區(qū)域的襯底。進(jìn)一步地，在后續(xù)制作PMOS器件和NMOS器件前， 可以通過(guò)干法刻蝕去除所述頂層硅13a頂部和側(cè)壁的氧化硅層14a以及所述頂層硅1 頂部和側(cè)壁的氧化硅層14b，其中所述干法刻蝕是現(xiàn)有技術(shù)，在此不予贅述。然后，如圖17所示，在所述PMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13a上依次形成柵介質(zhì)層1 和多晶硅柵極16a ；在多晶硅柵極16a兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)形成有淺摻雜區(qū) 14a。相類似地，在所述NMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅1 上依次形成柵介質(zhì)層1 和多晶硅柵極16b ；在多晶硅柵極16b兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13b內(nèi)形成有淺摻雜區(qū)14b。上述具體工藝過(guò)程可以參考實(shí)施例二中的描述，在此不予贅述。
如圖18所示，所述PMOS器件區(qū)域內(nèi)，在多晶硅柵極16a兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a 上形成側(cè)墻17a，可選地，其中所述側(cè)墻17a的材料是氧化硅、氮化硅或者氧化硅和氮化硅的組合。進(jìn)一步地，以側(cè)墻17a及多晶硅柵極16a為掩膜，向兩側(cè)的頂層硅13a內(nèi)注入離子， 形成源極181a和漏極182a，所述源極181a和漏極18 的摻雜深度比淺摻雜區(qū)Ha深，最終在所述有源區(qū)頂層硅13a上形成了 PMOS晶體管。相類似地，所述NMOS器件區(qū)域內(nèi)，在多晶硅柵極16b兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13b上形成側(cè)墻17b，可選地，其中所述側(cè)墻17b的材料是氧化硅、氮化硅或者氧化硅和氮化硅的組合。進(jìn)一步地，以側(cè)墻17b及多晶硅柵極16b為掩膜，向兩側(cè)的頂層硅13b內(nèi)注入離子， 形成源極181b和漏極182b，所述源極181b和漏極182b的摻雜深度比淺摻雜區(qū)14b深，最終在所述有源區(qū)頂層硅Hb上形成了 NMOS晶體管。基于上述實(shí)施例形成CMOS器件結(jié)構(gòu)包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底11、絕緣埋層12、PMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13a和NMOS器件區(qū)域的有源區(qū)頂層硅13b。其中，所述有源區(qū)頂層硅13a的邊緣向上彎曲，用以增強(qiáng)頂層硅內(nèi)部的壓縮應(yīng)力；所述有源區(qū)頂層硅1 沒(méi)有彎曲。在PMOS器件區(qū)域內(nèi)，所述有源區(qū)頂層硅13a上形成有柵介質(zhì)層15a;多晶硅柵極 16a，位于柵介質(zhì)層15上；淺摻雜區(qū)14a，位于多晶硅柵極16a兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a ；側(cè)墻17a，位于多晶硅柵極16a兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a上；源極181a和漏極182a，位于多晶硅柵極16a和側(cè)墻17a兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13a內(nèi)，且所述有源極181a和漏極18 的深度比淺摻雜區(qū)Ha深。在NMOS器件區(qū)域內(nèi)，所述有源區(qū)頂層硅1 上形成有柵介質(zhì)層15b ；多晶硅柵極 16b，位于柵介質(zhì)層1 上；淺摻雜區(qū)14b，位于多晶硅柵極16b兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13b ；側(cè)墻17b，位于多晶硅柵極16b兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅1 上；源極181b和漏極182b，位于多晶硅柵極16b和側(cè)墻17b兩側(cè)的有源區(qū)頂層硅13b內(nèi)，且所述源極181b和漏極182b的深度比淺摻雜區(qū)14b深。本發(fā)明的實(shí)施例主要通過(guò)對(duì)絕緣體上硅(SOI)襯底上的PMOS器件區(qū)域內(nèi)的有源區(qū)頂層硅進(jìn)行熱氧化處理，使氧氣分子與有源區(qū)頂層硅中的部分硅充分反應(yīng)，使所述有源區(qū)頂層硅的體積增大，從而形成向上彎曲的有源區(qū)頂層硅，增強(qiáng)了所述有源區(qū)頂層硅的壓縮應(yīng)力，以所述有源區(qū)頂層硅為襯底制作的PMOS晶體管，可以提高襯底溝道區(qū)內(nèi)載流子 (空穴)的遷移率，從而提高了 PMOS晶體管的性能。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括如下步驟提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅； 刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)； 在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層； 進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅邊緣向上彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱氧化處理的時(shí)間范圍在5秒-4小時(shí)、溫度范圍在700-1050攝氏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述熱氧化處理工藝在爐熱管中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，刻蝕所述頂層硅的方法是干法刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣埋層的材料為氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣氧化層的材料為氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，形成絕緣氧化層的方法是快速熱氧化處理。
8.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅，其特征在于，所述頂層硅邊緣向上彎曲。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣埋層的材料是氧化硅。
10.一種PMOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括如下步驟提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅；刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)；在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層；進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅邊緣向上彎曲；在所述頂層硅上依次形成柵介質(zhì)層和多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極兩側(cè)的頂層硅上形成側(cè)墻；在所述多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的頂層硅內(nèi)形成源/漏極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述熱氧化處理的時(shí)間范圍在5秒-4 小時(shí)、溫度范圍在700-1050攝氏度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述熱氧化處理工藝在爐熱管中進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，刻蝕所述頂層硅的方法是干法刻蝕。
14.一種PMOS晶體管結(jié)構(gòu)，包括絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅；在所述頂層硅上依次形成有柵介質(zhì)層和多晶硅柵極；在所述多晶硅柵極兩側(cè)形成有側(cè)墻；在所述多晶硅柵極和側(cè)墻兩側(cè)的頂層硅中形成有源/漏極，其特征在于，所述頂層硅邊緣向上彎曲。
全文摘要
一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及形成方法、PMOS晶體管及形成方法。其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟提供絕緣體上硅襯底，所述絕緣體上硅襯底依次包括硅基底、絕緣埋層和頂層硅；刻蝕所述頂層硅至露出絕緣埋層，形成有源區(qū)；在有源區(qū)的頂層硅側(cè)壁及頂部形成絕緣氧化層；進(jìn)行熱氧化處理，使頂層硅向上彎曲。本發(fā)明還提供了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成PMOS晶體管結(jié)構(gòu)以及形成方法。本發(fā)明旨在對(duì)PMOS管器件區(qū)域內(nèi)的頂層硅進(jìn)行熱氧化處理，使得頂層硅邊緣向上彎曲，從而增強(qiáng)了頂層硅的壓縮應(yīng)力，提高了后續(xù)制作PMOS器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102184847SQ201110102990
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者李樂(lè) 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司