应变GeSn NMOS器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种应变GeSn NMOS器件及其制备方法。该NMOS器件包括：单晶Si衬底、第一Ge籽晶层、第二Ge主体层及应变GeSn层。本发明专利技术的NMOS器件具有很高的空穴和电子迁移率，可显著提升晶体管的速度与频率特性。

Strain GeSn NMOS devices and their preparation methods

The invention relates to a strain of GeSn NMOS device and preparation method thereof. The NMOS device includes the single crystal Si substrate, the first Ge seed layer, the second Ge main layer and the strain GeSn layer. The NMOS device of the invention has high cavitation and electron mobility, which can significantly improve the speed and frequency characteristics of the transistor.

【技术实现步骤摘要】
应变GeSnNMOS器件及其制备方法
本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种应变GeSnNMOS器件及其制备方法。
技术介绍
计算机(computer)俗称电脑，是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。计算机很多组件均由集成电路组成，而集成电路又是由最底层的如MOS器件等半导体器件组成。而随着MOS器件特征尺寸的不断缩小，制造工艺的复杂程度也在不断增加，相应地实现大批量生产的设备投资规模也越来越大。通过改进器件结构、工艺、或采用新材料，提高沟道内载流子的迁移率，按已有的特征尺寸，利用已有的生产设备条件加工MOS器件，不但达到提高器件性能的目的，还可延长已有生产线的使用寿命。因此，开发高迁移率沟道的MOS器件，对提高器件与集成电路的性能，促进微电子学和集成电路技术的长远发展具有十分重要的应用价值和意义。随着集成电路技术的发展，以硅CMOS为基础的集成电路沿着“摩尔定律”提供的途径，向更小尺寸的方向发展，对于器件性能和工作速度的要求也越来越高。但是，目前的特征尺寸已接近Si材料的极限，通过缩小器件特征尺寸来提高芯片工作速度、增加集成度以及降低成本变得非常困难。纳米加工工艺成本的增加，短沟道效应降低了栅控能力，以及Si材料本身迁移率的限制等因素否定了继续缩小器件尺寸的可能。传统CMOS技术已经难以维持摩尔定律的继续发展，采用新的器件技术已经成为必然趋势。为解决芯片高性能和超低功耗的矛盾，引入新型的高迁移率材料是当前大规模集成电路研究的关键解决方案。
技术实现思路
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本专利技术提出一种应变GeSnNMOS器件及其制备方法。本专利技术的一个实施例提供了一种应变GeSnNMOS器件的制备方法，包括：S101、选取单晶Si衬底；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；S103、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nmSiO2层；S104、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；S105、自然冷却所述整个衬底材料；S106、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层，形成Ge/Si虚衬底材料；S107、在350℃温度下，在所述Ge/Si虚衬底材料表面利用减压CVD工艺生长厚度为20nm的应变GeSn材料；S108、在温度为400～500℃下，在所述应变Ge1-xSnx材料表面注入硼离子，注入时间为200s，形成P型应变GeSn材料；S109、在370℃温度下，采用原位Si2H6表面钝化技术对所述P型应变GeSn材料进行表面钝化；S110、在250℃温度下，利用原子层淀积工艺淀积厚度为4nm的HfO2材料；S111、在所述HfO2材料表面利用反应性溅射系统淀积工艺淀积TaN材料；S112、利用氯基等离子体刻蚀工艺蚀刻所述TaN材料及所述HfO2材料形成栅极区。S113、采用自对准工艺，在整体衬底表面异于所述栅极区的区域注入磷离子形成源漏区；S114、利用电子束蒸发工艺在整个衬底表面淀积厚度为10nm的Ni材料；S115、采用浓度为96％的浓硫酸利用选择性湿法工艺去除部分Ni材料，最终形成所述应变GeSnNMOS器件。本专利技术另一个实施例提出的应变GeSnNMOS器件，单晶Si衬底、第一Ge籽晶层、第二Ge主体层及应变GeSn层；其中，所述应变GeSnNMOS器件由上述实施例所述的方法制备形成。上述实施例，本专利技术采用激光晶化工艺即通过连续激光再晶化薄Ge/Si虚衬底，可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度，进而可提高后续生长的应变Ge1-xSnx合金薄膜质量；连续激光再晶化工艺选择性高，仅作用于Ge外延层，控制精确，避免了Si-Ge互扩的问题；连续激光再晶化工艺时间短、热预算低，可提升Si衬底上应变Ge1-xSnx薄膜整个制程的工艺效率。另外，由GeSn、Ge、InGaAs作为MOS器件的沟道，具有很高的空穴和电子迁移率，可显著提升晶体管的速度与频率特性。进而，由上述实施例提供的NMOS器件或者CMOS器件构成的集成电路以及由集成电路构成的芯片及计算机，较现有的芯片及设备具有更优良的特征。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1a-图1l为本专利技术实施例提供的一种应变GeSnNMOS器件制备工艺的示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种激光晶化工艺的示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种激光晶化装置的结构示意图；图4a-图4x为本专利技术实施例提供的一种应变GeSnCMOS器件制备工艺的工艺示意图；图5a-图5x为本专利技术实施例提供的一种应变GeSnCMOS器件制备工艺的工艺示意图；图6a-图6l为本专利技术实施例提供的一种应变GeSnPMOS器件制备工艺的工艺示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种计算机的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例一请参见图1，图1a-图1l为本专利技术实施例提供的一种应变GeSnNMOS器件制备工艺的示意图。该方法包括如下步骤：S101、如图1a，选取单晶Si衬底201；S102、如图1b，在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层202；S103、如图1b，在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层202表面生长150～250nm的第二Ge主体层202(需要说明的是，图中为了方便查看将第一Ge籽晶层和第二Ge主体层合为一层，总体命名编号为202)；S103、如图1c，利用CVD工艺在所述第二Ge主体层202表面上淀积150nmSiO2层203；S104、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；S105、自然冷却所述整个衬底材料；S106、如图1d，利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层203，形成Ge/Si虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变GeSn NMOS器件的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取单晶Si衬底；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；S103、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nm SiO2层；S104、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm

【技术特征摘要】
2016.08.25 CN 20161072453331.一种应变GeSnNMOS器件的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取单晶Si衬底；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；S103、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nmSiO2层；S104、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；S105、自然冷却所述整个衬底材料；S106、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层，形成Ge/Si虚衬底材料；S107、在350℃温度下，在所述Ge/Si虚衬底材料表面利用减...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，宋建军，任远，胡辉勇，宣荣喜，舒斌，张鹤鸣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61