一种Ge材料NMOS器件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种Ge材料NMOS器件，包括：Si1‑xGex/Si虚衬底；P型应变Ge沟道层，设置于Si1‑xGex/Si虚衬底表面上；栅极区，设置于P型应变Ge沟道层表面上；源区和漏区，设置于栅极区两侧的P型应变Ge沟道层内；介质层，设置于栅极区、源区和漏区表面上；接触电极，设置于源区和漏区表面上；本实用新型专利技术提供的NMOS器件基于高质量的Si1‑xGex/Si虚衬底和P型应变Ge沟道层，相对于传统Ge材料NMOS器件，其载流子迁移率有了很大提升，在减小NMOS器件尺寸的同时提高了NMOS器件的电流驱动与频率特性。

【技术实现步骤摘要】
一种Ge材料NMOS器件
本技术属于半导体集成电路
，特别涉及一种Ge材料NMOS器件。
技术介绍
自1958年JackKilby制作了第一块集成电路后，集成电路产业便遵循着摩尔定律迅猛发展。摩尔定律自上世纪六十年代被第一次提出，就一直影响着半导体行业，指导着集成电路的发展。随着工艺技术的不断进步，器件的特征尺寸沿着摩尔定律逐渐缩小，但是当器件尺寸缩小到纳米级别是，传统的缩小器件尺寸的方法变得越来越困难，如何在后摩尔时代使得摩尔定律仍然发挥作用是半导体领域研究的一个重点。沟道内载流子的迁移率与晶体管的驱动电流相关，随着集成电路速度的增加，必须提高其驱动电流，而提高驱动电流的关键就是将其沟道载流子的迁移率提高，即载流子迁移率的提高能促进半导体刚也快速有效地发展。在实际生产中，伴随着不断缩小的MOS器件特征尺寸，对生产规模也有了更高的要求；同时制造工艺的复杂度也在不断地增加，要想再继续提高沟道内载流子的迁移率，必须通过改进器件的工艺、结构或者利用新材料。由于Ge的电子迁移率是Si的2.5倍，而应变技术能够更加提升其迁移率的大小，所以应变Ge备受研究者们关注。应变锗技术能够显著提高载流子的迁移率和器件驱动电流，并与当前微电子的主流互补金属氧化物半导体(CMOS)器件工艺兼容。因此应变Ge作为沟道可使电子迁移率大大提高，NMOS工作速度有效提升，并且由应变Ge制备NMOS器件界面特性好，从而成为半导体器件的一个重要研究方向。应变Ge一般是在Si衬底上异质外延生长Si1-xGex薄膜组成的虚衬底上制备的。然而Si1-xGex晶体与衬底之间的晶格失配率随着Ge组分的增加而增加，晶格失配将会使Si1-xGex/Si虚衬底表面粗糙，从而影响应变Ge材料的晶体质量。因此，制备能有效降低Si1-xGex外延层位错密度，提高外延层的晶体质量的NMOS器件变的越来越重要。
技术实现思路
为了提高NMOS器件的性能，本技术提供了一种Ge材料NMOS器件；本技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本技术的实施例提供了一种Ge材料NMOS器件，包括：Si1-xGex/Si虚衬底101；P型应变Ge沟道层102，设置于所述Si1-xGex/Si虚衬底101表面上；栅极区103，设置于所述P型应变Ge沟道层102表面上；源区104和漏区105，设置于所述栅极区103两侧的所述P型应变Ge沟道层102内；介质层106，设置于所述栅极区103、所述源区104和所述漏区105表面上；接触电极107，设置于所述源区104和所述漏区105表面上。在本技术的一个实施例中，所述Si1-xGex/Si虚衬底101包括Si衬底1011和设置于所述Si衬底1011上的Si1-xGex外延层1012，所述Si衬底1011和所述Si1-xGex外延层1012经过激光再晶化工艺处理后形成所述Si1-xGex/Si虚衬底101。在本技术的一个实施例中，所述Si衬底1011为厚度为2μm的单晶Si。在本技术的一个实施例中，所述Si1-xGex外延层1012的厚度为450～500nm。在本技术的一个实施例中，所述P型应变Ge沟道层102的厚度为800～900nm。在本技术的一个实施例中，所述栅极区103包括HfO2层1031和TaN层1032。在本技术的一个实施例中，所述NMOS器件还包括厚度为20～30nm的钝化层108。与现有技术相比，本技术提供的NMOS器件基于高质量的Si1-xGex/Si虚衬底和P型应变Ge沟道层，相对于传统Ge材料NMOS器件，其载流子迁移率有了很大提升，在减小NMOS器件尺寸的同时提高了NMOS器件的电流驱动与频率特性。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过以下参考附图的详细说明，本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。图1为本技术实施例提供的一种Ge材料NMOS器件的结构示意图；图2a-图2q为本技术实施例提供的一种Ge材料NMOS器件的制备工艺示意图；图3为本技术实施例提供的一种激光再晶工艺方法示意图；图4为本技术实施例提供的一种激光再晶工艺装置示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本技术实施例提供的一种Ge材料NMOS器件的结构示意图，包括：Si1-xGex/Si虚衬底101；P型应变Ge沟道层102，设置于所述Si1-xGex/Si虚衬底101表面上；栅极区103，设置于所述P型应变Ge沟道层102表面上；源区104和漏区105，设置于所述栅极区103两侧的所述P型应变Ge沟道层102内；介质层106，设置于所述栅极区103、所述源区104和所述漏区105表面上；接触电极107，设置于所述源区104和所述漏区105表面上。具体地，所述Si1-xGex/Si虚衬底101包括Si衬底1011和设置于所述Si衬底1011上的Si1-xGex外延层1012，所述Si衬底1011和所述Si1-xGex外延层1012经过激光再晶化工艺处理后形成所述Si1-xGex/Si虚衬底101。其中，所述激光再晶化工艺为通过激光扫描热处理，将所述Si衬底1011上的所述Si1-xGex外延层1012熔化再结晶，其中，激光功率密度为2.85kW/cm2，激光波长为795nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光移动速度为20mm/s。优选地，所述Si衬底1011为厚度为2μm的单晶Si；所述Si1-xGex外延层1012的厚度为450～500nm；所述P型应变Ge沟道层102的厚度为800～900nm。优选地，所述Si1-xGex外延层1012中x取值范围为0.7～0.9。具体地，所述栅极区103包括HfO2层1031和TaN层1032。其中，所述HfO2层1031的厚度为3nm，所述TaN层1032的厚度为110nm。具体地，所述接触电极107的材料为金属W，厚度高于所述介质层108表面10～20nm。进一步地，所述NMOS器件还包括厚度为20～30nm的钝化层108。本实施例提供的NMOS器件通过基于激光再晶化工艺制备高Ge组分的Si1-xGex材料，进而在其上制备的P型应变Ge沟道层相对于传统Ge材料载流子迁移率有了很大提升，在减小NMOS器件尺寸的同时提高了NMOS器件的电流驱动与频率特性。实施例二请参照图2a-图2q，图2a-图2q为本技术实施例提供的一种Ge材料NMOS器件的制备工艺示意图，包括如下步骤：S101、如图2a，选取厚度为2μm单晶Si衬底001；S102、使用RCA方法清洗Si衬底，然后再用10％的氢氟酸清洗，去除Si衬底表面氧化层；S103、如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ge材料NMOS器件，其特征在于，包括：Si1‑xGex/Si虚衬底(101)；P型应变Ge沟道层(102)，设置于所述Si1‑xGex/Si虚衬底(101)表面上；栅极区(103)，设置于所述P型应变Ge沟道层(102)表面上；源区(104)和漏区(105)，设置于所述栅极区(103)两侧的所述P型应变Ge沟道层(102)内；介质层(106)，设置于所述栅极区(103)、所述源区(104)和所述漏区(105)表面上；接触电极(107)，设置于所述源区(104)和所述漏区(105)表面上；所述NMOS器件还包括厚度为20～30nm的钝化层(108)；其中，所述Si1‑xGex/Si虚衬底(101)包括Si衬底(1011)和设置于所述Si衬底(1011)上的Si1‑xGex外延层(1012)，所述Si衬底(1011)和所述Si1‑xGex外延层(1012)经过激光再晶化工艺处理后形成所述Si1‑xGex/Si虚衬底(101)；所述Si1‑xGex外延层(1012)的厚度为450～500nm，所述栅极区(103)包括HfO2层(1031)和TaN层(1032)。

【技术特征摘要】
1.一种Ge材料NMOS器件，其特征在于，包括：Si1-xGex/Si虚衬底(101)；P型应变Ge沟道层(102)，设置于所述Si1-xGex/Si虚衬底(101)表面上；栅极区(103)，设置于所述P型应变Ge沟道层(102)表面上；源区(104)和漏区(105)，设置于所述栅极区(103)两侧的所述P型应变Ge沟道层(102)内；介质层(106)，设置于所述栅极区(103)、所述源区(104)和所述漏区(105)表面上；接触电极(107)，设置于所述源区(104)和所述漏区(105)表面上；所述NMOS器件还包括厚度为20～30nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹晓雪，
申请(专利权)人：西安科锐盛创新科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61