半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和測(cè)試結(jié)構(gòu)的形成方法、測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和測(cè)試結(jié)構(gòu)的形成方法、測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸縮小，晶體管的性能也受到影響。為了進(jìn)一步提高晶體管的性能，應(yīng)力工程被引入晶體管的制程中。對(duì)晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率，而對(duì)晶體管的溝道區(qū)域施加張應(yīng)力，則可以提高溝道區(qū)域內(nèi)的電子遷移率。
[0003]由于電子在單晶硅中的遷移率大于空穴的遷移率，所以，現(xiàn)有技術(shù)通常通過(guò)應(yīng)力工程提高PMOS晶體管的空穴遷移率，以使得PMOS晶體管的載流子遷移率與NMOS晶體管的載流子遷移率匹配。一般通過(guò)采用應(yīng)力材料形成PMOS晶體管的源極和漏極，以對(duì)PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力，從而提高所述PMOS晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)的空穴遷移率。具體包括:在PMOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，然后再在所述凹槽內(nèi)填充應(yīng)力材料作為PMOS晶體管的源極和漏極。所述應(yīng)力材料的晶格常數(shù)大于半導(dǎo)體襯底溝道區(qū)域的晶格常數(shù)，從而會(huì)對(duì)PMOS晶體管的溝道區(qū)域施加壓應(yīng)力。所述PMOS晶體管采用的應(yīng)力材料一般為SiGe?，F(xiàn)有技術(shù)也可以采用SiC作為NMOS晶體管的源極和漏極，進(jìn)一步提高NMOS晶體管的載流子遷移率。
[0004]但是，目前采用上述方法形成的晶體管的源極和漏極內(nèi)具有較多缺陷，影響晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和測(cè)試結(jié)構(gòu)的形成方法和測(cè)試方法，提聞晶體管的性能。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，所述凹槽底部表面具有非晶層；對(duì)所述非晶層進(jìn)行退火處理，使所述非晶層變?yōu)榫w層；在所述凹槽內(nèi)的晶體層表面形成填充滿所述凹槽的應(yīng)力層。
[0007]可選的，所述退火處理為毫秒級(jí)退火工藝。
[0008]可選的，所述退火處理包括:尖峰退火或激光退火工藝。
[0009]可選的，所述退火處理的溫度為800°C?1200°C，所述退火處理在N2、Ar或H2中的一種或幾種氣體氛圍中進(jìn)行，所述氣體的流量為0.1slm?lOOslm。
[0010]可選的，所述應(yīng)力層的材料為SiGe或SiC。
[0011]可選的，所述應(yīng)力層包括位于凹槽內(nèi)壁表面的種子層、位于種子層表面填充滿凹槽的體層、位于種子層和體層表面的蓋帽層。
[0012]可選的，所述種子層的厚度為20nm?30nm。
[0013]可選的，所述蓋帽層的厚度為1nm?20nm。
[0014]可選的，所述體層內(nèi)具有N型或P型摻雜離子，所述體層內(nèi)的N型或P型摻雜離子的摻雜濃度為lE19atom/cm3?lE21atom/cm3 ;所述蓋帽層內(nèi)具有N型或P型摻雜離子,所述蓋帽層內(nèi)的N型或P型摻雜離子的摻雜濃度為lE19atom/cm3?lE21atom/cm3。
[0015]可選的，采用選擇性外延工藝形成所述應(yīng)力層。
[0016]可選的，所述選擇性外延工藝采用的外延氣體包括鍺源氣體、硅源氣體、HCl和H2,其中，鍺源氣體為GeH4，硅源氣體包括SiH4或SiH2Cl2，鍺源氣體、硅源氣體和HCl的氣體流量為Isccm?lOOOsccm，H2的流量為0.1slm?50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為500°C?800°C，壓強(qiáng)為ITorr?lOOTorr，所述外延氣體還包括摻雜氣體，所述摻雜氣體包括B2H6,所述摻雜氣體的流量為Isccm?lOOOsccm。
[0017]可選的,所述選擇性外延工藝米用的外延氣體包括娃源氣體、碳源氣體、HCl和H2,其中，碳源氣體包括CH4,硅源氣體包括SiH4或SiH2Cl2,碳源氣體、硅源氣體和HCl的氣體流量為Isccm?lOOOsccm，H2的流量為0.1slm?50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為500°C?800°C，壓強(qiáng)為ITorr?lOOTorr，所述外延氣體還包括摻雜氣體，所述摻雜氣體包括PH3,所述摻雜氣體的流量為Isccm?lOOOsccm。
[0018]可選的，所述半導(dǎo)體襯底表面具有凸起的鰭部，所述柵極結(jié)構(gòu)橫跨所述鰭部，所述凹槽形成于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的鰭部?jī)?nèi)。
[0019]可選的，所述凹槽具有與半導(dǎo)體襯底垂直的側(cè)壁。
[0020]可選的，采用干法刻蝕工藝形成所述凹槽。
[0021]可選的，所述凹槽具有Σ形側(cè)壁。
[0022]可選的，在形成所述凹槽之前，對(duì)所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行輕摻雜離子注入，形成輕摻雜區(qū)。
[0023]可選的，所述凹槽底部具有部分輕摻雜區(qū)。
[0024]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種測(cè)試結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底和測(cè)試襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，所述凹槽底部表面具有非晶層；在形成所述凹槽的同時(shí)，采用與形成凹槽相同的工藝，對(duì)測(cè)試襯底表面進(jìn)行處理，在測(cè)試襯底表面也形成非晶層；對(duì)所述凹槽底部以及測(cè)試襯底表面的非晶層進(jìn)行退火處理，使所述非晶層變?yōu)榫w層；在所述凹槽底部和測(cè)試襯底表面的晶體層上同時(shí)形成應(yīng)力層。
[0025]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種測(cè)試方法，包括:提供測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述測(cè)試結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底和測(cè)試襯底、位于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極結(jié)構(gòu)、位于所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹槽、位于所述凹槽底部表面和測(cè)試襯底表面的晶體層、位于所述凹槽底部表面的晶體層以及測(cè)試襯底表面的晶體層上的應(yīng)力層；通過(guò)測(cè)試所述測(cè)試襯底上的應(yīng)力層的質(zhì)量，獲得凹槽內(nèi)的應(yīng)力層質(zhì)量的信息。
[0026]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):
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案中，在半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)之后，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，所述凹槽底部具有非晶層，然后通過(guò)退火處理，使所述非晶層轉(zhuǎn)變?yōu)榫w層，然后再在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層。由于形成所述凹槽過(guò)程會(huì)對(duì)凹槽底部造成損傷，使得所述凹槽底部具有非晶層，直接在所述非晶層表面形成應(yīng)力層，會(huì)使得所述應(yīng)力層的沉積質(zhì)量較差，從而影響形成的晶體管的性能。對(duì)所述非晶層進(jìn)行退火處理，可以修復(fù)所述非晶層內(nèi)的缺陷，從而使所述非晶層轉(zhuǎn)變?yōu)榫w層，所述晶體層表面沒(méi)有缺陷，從而可以提高后續(xù)在所晶體層表面形成的應(yīng)力層的性質(zhì)，提高最終形成的晶體管的性能。
[0028]進(jìn)一步，所述退火處理采用毫秒級(jí)退火工藝，與爐管退火等需要較長(zhǎng)時(shí)間的退火工藝相比，所述退火處理采用的毫秒級(jí)退火工藝時(shí)間較短，可以避免在退火過(guò)程中，半導(dǎo)體襯底內(nèi)的阱區(qū)或者摻雜區(qū)內(nèi)的摻雜離子發(fā)生擴(kuò)散，對(duì)最終形成的晶體管的性能造成影響。
[0029]本發(fā)明的技術(shù)方案中還提供一種測(cè)試結(jié)構(gòu)的形成方法，對(duì)所述測(cè)試襯底以及柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行相同的工藝處理，使所述測(cè)試襯底上的晶體層、應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底上的凹槽內(nèi)的晶體層、應(yīng)力層同時(shí)且采用同樣的工藝形成，從而可以通過(guò)所述測(cè)試襯底上的應(yīng)力層質(zhì)量反映凹槽內(nèi)的應(yīng)力層的質(zhì)量。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種采用上述測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行的測(cè)試方法，所述測(cè)試襯底上的晶體層、應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底上的凹槽內(nèi)的晶體層、應(yīng)力層同時(shí)且采用同樣的工藝形成，可以通過(guò)所述測(cè)試襯底上的應(yīng)力層質(zhì)量反映凹槽內(nèi)的應(yīng)力層的質(zhì)量。并且，由于所述測(cè)試襯底面積較大且為平面結(jié)構(gòu)，比較容易對(duì)所述應(yīng)力層的沉積質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)測(cè)試所述測(cè)試襯底上的應(yīng)力層的質(zhì)量，獲得凹槽內(nèi)的應(yīng)力層質(zhì)量的信息。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1至圖12是本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的晶體管的性能有待進(jìn)一步的提高。
[0033]研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)在形成所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的凹槽之前，會(huì)對(duì)柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行輕摻雜離子注入，所述輕摻雜離子注入會(huì)在半導(dǎo)體襯底內(nèi)造成損傷，形成非晶結(jié)構(gòu)。對(duì)于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的凹槽深度一般小于輕摻雜離子注入的深度，雖然所述凹槽的深度較小，但是由于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道寬度較大，后續(xù)在所述凹槽內(nèi)形成的應(yīng)力層能夠?qū)系绤^(qū)域提供足夠的應(yīng)力。由于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的凹槽深度小于輕摻雜離子注入的深度，所述凹槽底部會(huì)具有部分輕摻雜注入?yún)^(qū)，從而使得所述凹槽底部具有非晶層。并且，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的凹槽一般采用干法刻蝕工藝形成，所述干法刻蝕工藝在刻蝕過(guò)程中，也會(huì)對(duì)凹槽底部造成損傷，從而使得所述凹槽底部具有非晶層。
[0034]由于非晶層沒(méi)有完整的晶格結(jié)構(gòu)，具有較多的缺陷，后續(xù)在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層的沉積質(zhì)量會(huì)較差，進(jìn)而影響形成的晶體管的性能。
[0035]本發(fā)明的實(shí)施例中，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽之后，進(jìn)行退火處理，修復(fù)所述凹槽底部的非晶層內(nèi)的缺陷，從而使所述非晶層轉(zhuǎn)變?yōu)榫w層，然后再在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，從而可以提高所述應(yīng)力層的沉積質(zhì)量，進(jìn)而提高形成的晶體管的性能。
[0036]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0037]請(qǐng)參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100。
[0038]所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類(lèi)型，因此所述半導(dǎo)體襯底100的類(lèi)型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為單晶石圭。
[0039]本實(shí)施例中，待形成的晶體管為鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所以所述半導(dǎo)體襯底100表面還具有鰭部110?？梢灾苯涌涛g平面的