应变GeCMOS器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种应变GeCMOS器件及其制备方法，方法包括如下步骤：S001、选取单晶Si作为衬底；S002、在Si衬底上形成Si1‑xGex虚衬底；S003、在所述Si1‑xGex虚衬底上形成沟道层；S004、在所述沟道层上生成隔离区；S005、在所述隔离区的第一侧形成N肼和PMOS，在所述隔离区的第二侧形成NMOS；S006、制备金属电极以完成所述CMOS器件的制备。本发明专利技术提供的方法可以制备高质量的GeCMOS器件。

【技术实现步骤摘要】
应变GeCMOS器件及其制备方法
本专利技术属半导体器件
，特别涉及一种应变GeCMOS器件及其制备方法。
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。现在，集成电路在我们生活和国民技术发展中占据着举足轻重的地位。Si基CMOS技术以其输入阻抗高，噪声系数小，低功耗，温度稳定性好，抗辐照能力强，制作工艺简单等优势在集成电路发展中占据着主导地位。在集成电路的发展中，我们所追求的目标是器件速度快，电路面积小，工作频率高。主要的方法就是缩小器件的尺寸，然而，随着器件尺寸的缩小虽然使得其开态电阻减小，提高了流过器件的电流，降低了栅电容，提高了器件的开关速度，降低了芯片面积，但是当器件进入纳米级别时，短沟道效应越来越严重，给器件尺寸的进一步缩小带来了新的挑战，要继续沿着摩尔定律向前发展必须采取新的材料、技术和新的器件结构来提高CMOS的性能。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。大规模集成电路主要由CMOS器件组成。目前，为提高CMOS器件性能所采用的新的结构和方法包括SOI技术，多栅极技术，应变硅技术及高K介质材料等，其中应变硅技术因为与传统的体硅工艺相兼容，具有很大的发展潜力，然而，应变硅技术对于载流子迁移率的提升远不如应变锗技术。因而，应变锗技术成为半导体研究领域的一个重点方向。应变Ge通常是在弛豫Si1-xGex衬底上生长一定厚度的Ge材料获得。再此工艺下生长的应变材料对技术的要求较高，其要求弛豫Si1-xGex衬底质量要好。传统方法下，Si1-xGex衬底是在Si衬底上异质外延生长获得的，目前广泛应用的方法为渐变缓冲层技术。这种方法虽然可以有效降低Si1-xGex外延层位错密度，但是对于高Ge组分的Si1-xGex外延层，需要的渐变缓冲层厚度大，不利于器件的集成。我们知道，难以获得低位错密度高Ge组分Si1-xGex外延层的本质是由于Si与高Ge组分Si1-xGex之间晶格失配位错大，界面位错缺陷在外延层逐渐增厚的过程中，会从高Ge组分Si1-xGex/Si界面开始一直纵向延伸至高Ge组分Si1-xGex表面(高Ge组分Si1-xGex/Si界面处位错密度最高)，进而导致高Ge组分Si1-xGex/Si外延层晶体质量降低。
技术实现思路
为了提高CMOS器件的性能，本专利技术提供了一种应变GeCMOS器件及其制备方法；本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种应变GeCMOS器件制备方法，包括如下步骤：S001、选取单晶Si作为衬底；S002、在Si衬底上形成Si1-xGex虚衬底；S003、在所述Si1-xGex虚衬底上形成沟道层；S004、在所述沟道层上生成隔离区；S005、在所述隔离区的第一侧形成N肼和PMOS，在所述隔离区的第二侧形成NMOS；S006、制备金属电极以完成所述CMOS器件的制备。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S002包括：清洗所述Si衬底并去除Si表面氧化层；将本征Si1-xGex靶材料沉淀在所述Si衬底上形成所述Si1-xGex虚衬底以作为所述Si衬底的外延层。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S003包括：在所述Si1-xGex虚衬底上淀积二氧化硅保护层；采用激光再晶化工艺对所述Si1-xGex虚衬底进行晶化；刻蚀所述二氧化硅保护层；利用CVD工艺在所述Si1-xGex虚衬底表面淀积P型Ge层以形成所述沟道层。在本专利技术的一种实施方式中，采用激光再晶化工艺对所述Si1-xGex虚衬底进行晶化，包括：采用激光连续照射所述Si1-xGex虚衬底，随后使所述Si衬底和所述Si1-xGex虚衬底自然冷却；其中，激光波长为795nm，激光功率密度为2.85kW/cm2，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光移动速度为20mm/s。在本专利技术的一种实施方式中，在采用激光再晶化工艺对所述Si1-xGex虚衬底进行晶化之前，还包括：将所述Si衬底和所述Si1-xGex虚衬底加热至600℃～650℃。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S004包括：在所述P型Ge层上刻蚀出深度为100～150nm的沟槽；在750℃～850℃温度下，利用CVD工艺在所述P型Ge层表面淀积SiO2，并且，用SiO2将所述浅槽内填满；利用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述P型Ge层表面的SiO2材料以形成所述隔离区；在本专利技术的一种实施方式中，步骤S005包括：在所述P型Ge层表面涂抹光刻胶，对所述光刻胶进行局部曝光并注入P离子以形成N阱；去除所述光刻胶，在600℃～1000℃的H2环境中加热所述P型Ge层；在所述P型Ge层和N阱表面生长厚度为2～10nm的HfO2；在750～850℃温度下，利用CVD工艺在所述HfO2表面淀积厚度为110nm的TaN；利用选择性刻蚀工艺对所述TaN和HfO2进行部分刻蚀以形成NMOS栅极和PMOS栅极；利用CVD工艺在所述NMOS栅极表面和所述PMOS栅极表面淀积SiO2并利用选择性刻蚀工艺对所述NMOS栅极和所述PMOS栅极以外的区域进行刻蚀；对N阱中的所述PMOS的有源区进行BF2+注入以形成PMOS源漏区；对所述NMOS的有源区进行As离子注入以形成NMOS源漏区。在本专利技术的一种实施方式中，步骤S006包括：去除所述NMOS栅极所述和PMOS栅极表面的SiO2；在所述NMOS、所述PMOS和隔离区表面淀积厚度为200～300nm的BPSG以形成介质层；制备所述PMOS和所述NMOS的所述金属电极；在所述介质层和所述接触电极上制备钝化层以完成压应变GeCMOS器件的制作。本专利技术还提供一种应变GeCMOS器件，采用以上任一种实施方式所述的方法制备而成。本专利技术以压应变Ge材料为CMOS器件沟道，其NMOS载流子迁移率与PMOS载流子迁移率显著高于Ge器件，器件工作速度高，频率特性好；基于Si1-xGex/Si虚衬底制备的压应变Ge形成的CMOS器件，制备工艺均与现有Si工艺兼容，在工艺制造、降低成本方面具有十分明显的优势。附图说明为了更清楚地说明本专利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专利技术的一些实施例，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。图1为本专利技术一实施例提供的一种应变GeCMOS器件制备方法的流程图；图2为本专利技术一实施例提供的一种激光再晶工艺方法示意图；图3为本专利技术一实施例提供的一种激光再晶工艺装置示意图；图4a-图4x本专利技术一实施例提供的另一种应变GeCMOS器件制备方法的流程图；图5为本专利技术一实施例提供的一种应变GeCMOS器件结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术一实施例提供的一种应变GeCMOS器件制备方法的流程图，该方法包括如下步骤：S001、选取单晶Si作为衬底；S002、在Si衬底上形成Si1-xGex虚衬底；S003、在所述Si1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变GeCMOS器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S001、选取单晶Si作为衬底；S002、在Si衬底上形成Si1‑xGex虚衬底；S003、在所述Si1‑xGex虚衬底上形成沟道层；S004、在所述沟道层上生成隔离区；S005、在所述隔离区的第一侧形成N肼和PMOS，在所述隔离区的第二侧形成NMOS；S006、制备金属电极以完成所述CMOS器件的制备。

【技术特征摘要】
1.一种应变GeCMOS器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S001、选取单晶Si作为衬底；S002、在Si衬底上形成Si1-xGex虚衬底；S003、在所述Si1-xGex虚衬底上形成沟道层；S004、在所述沟道层上生成隔离区；S005、在所述隔离区的第一侧形成N肼和PMOS，在所述隔离区的第二侧形成NMOS；S006、制备金属电极以完成所述CMOS器件的制备。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S002包括：清洗所述Si衬底并去除Si表面氧化层；将本征Si1-xGex靶材料沉淀在所述Si衬底上形成所述Si1-xGex虚衬底以作为所述Si衬底的外延层。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S003包括：在所述Si1-xGex虚衬底上淀积二氧化硅保护层；采用激光再晶化工艺对所述Si1-xGex虚衬底进行晶化；刻蚀所述二氧化硅保护层；利用CVD工艺在所述Si1-xGex虚衬底表面淀积P型Ge层以形成所述沟道层。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用激光再晶化工艺对所述Si1-xGex虚衬底进行晶化，包括：采用激光连续照射所述Si1-xGex虚衬底，随后使所述Si衬底和所述Si1-xGex虚衬底自然冷却；其中，激光波长为795nm，激光功率密度为2.85kW/cm2，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光移动速度为20mm/s。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在采用激光再晶化工艺对所述Si1-xGex虚衬底进行晶化之前，还包括：将所述Si衬底和所述Si1-xGex虚衬底加热至600℃～650℃。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S...

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