Ge基NMOS晶体管及其制作方法技术

一种Ge基NMOS晶体管及其制作方法，其中制作方法包括：在Ge基衬底上形成栅堆叠；在Ge基衬底内形成有源区，该有源区包括位于栅堆叠两侧的源区和漏区；在源区和漏区上形成第一金属层；对第一金属层进行氧化处理形成介质层叠层，该介质层叠层包括第一介质层和第二介质层，其中第一介质层为Ge的氧化物，用于钝化源区和漏区的表面态；第二介质层为第一金属层的氧化物，用于抑制金属诱导带隙态；在介质层叠层上形成第二金属层。通过设置介质层叠层实现了较好的解钉扎作用，基于氧化处理的方式相较于直接制备金属氧化物的方式而言，在Ge界面处引入的氧浓度更高，有利于降低接触势垒，并且具有更高的稳定性，利于降低表面态。

【技术实现步骤摘要】
Ge基NMOS晶体管及其制作方法
本公开属于半导体器件
，涉及一种Ge基NMOS晶体管及其制作方法。
技术介绍
锗(Ge)材料具有高而对称的载流子迁移率，能够提供更大的驱动电流和更快的开关速度；同时，锗(Ge)的禁带宽度比硅(Si)的禁带宽度小，所需的驱动电压更低，因此基于Ge材料自身的优势，Ge基器件成为高性能MOS器件极有希望的发展方向之一。然而，Ge基器件仍存在许多亟待解决的问题，尤其是NMOS晶体管。例如：由于金属与N型Ge接触存在费米能级钉扎效应(Fermi-levelpinning，FLP)，导致Ge基NMOS晶体管的源漏区难以形成欧姆接触，从而限制器件性能提升。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种Ge基NMOS晶体管及其制作方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种Ge基NMOS晶体管的制作方法，包括：在Ge基衬底上形成栅堆叠；在Ge基衬底内形成有源区，该有源区包括位于栅堆叠两侧的源区和漏区；在源区和漏区上形成第一金属层；对第一金属层进行氧化处理形成介质层叠层，该介质层叠层包括第一介质层和第二介质层，其中第一介质层为Ge的氧化物，用于钝化源区和漏区的表面态；第二介质层为第一金属层的氧化物，用于抑制金属诱导带隙态；在介质层叠层上形成第二金属层。在本公开的一实施例中，该制作方法中，在介质层叠层上形成第二金属层，包括：在介质层叠层上形成金属氮化物层；以及在金属氮化物层上形成第二金属层，使得第二金属层通过金属氮化物层和介质层叠层与有源区接触。在本公开的一实施例中，该制作方法中，在源区和漏区上形成第一金属层，包括：在形成有栅堆叠、源区和漏区的结构上沉积一硬掩膜层；刻蚀掉位于源区和漏区上方的硬掩膜层，得到第一接触孔；在硬掩膜层上表面以及第一接触孔内壁沉积第一金属层。在本公开的一实施例中，该制作方法中，在介质层叠层上形成金属氮化物层后，第一接触孔由于内径缩小变为第二接触孔；在金属氮化物层上形成第二金属层，包括：在第二接触孔中填充第二金属层。在本公开的一实施例中，该制作方法还包括：在栅堆叠的上表面和侧壁形成间隔层。在本公开的一实施例中，该制作方法中，在Ge基衬底上形成栅堆叠之前，还包括：在Ge基衬底中形成浅沟道隔离区，浅沟道隔离区位于有源区的外侧。在本公开的一实施例中，该制作方法中，氧化处理为以下处理方式的一种或几种：热氧化处理、氧等离子体处理或者臭氧氧化处理；和/或，氧化处理的温度为200℃～400℃；和/或，氧化处理的时间为10min～20min。根据本公开的另一个方面，提供了一种Ge基NMOS晶体管，包括：Ge基衬底；形成于Ge基衬底上的栅堆叠；形成于Ge基衬底内的有源区，该有源区包括位于栅堆叠两侧的源区和漏区；形成于源区和漏区上的介质层叠层，该介质层叠层通过对第一金属层进行氧化处理形成，第一金属层形成于源区和漏区上；介质层叠层包括第一介质层和第二介质层，其中第一介质层为Ge的氧化物，用于钝化源区和漏区的表面态；第二介质层为第一金属层的氧化物，用于抑制金属诱导带隙态；形成于介质层叠层上的第二金属层。在本公开的一实施例中，上述晶体管还包括：形成于介质层叠层上的金属氮化物层；第二金属层形成于金属氮化物层上，第二金属层通过金属氮化物层和介质层叠层与有源区接触。在本公开的一实施例中，上述晶体管还包括：硬掩膜层，硬掩膜层位于Ge基衬底上方且覆盖于有源区之外的位置，硬掩膜层包括：第一硬掩膜层，覆盖于衬底上方；以及第二硬掩膜层，位于栅堆叠上方。在本公开的一实施例中，该晶体管中，金属氮化物层和第二介质层共形覆盖于该硬掩膜层的侧壁和上表面，以及共形覆盖于第一介质层的上表面，第一介质层与该硬掩膜层的侧壁接触。在本公开的一实施例中，该晶体管中，第二金属层填充于有源区上方对应的金属氮化物层侧壁之间。在本公开的一实施例中，该晶体管中，栅堆叠的上表面和侧壁形成有间隔层。在本公开的一实施例中，该晶体管中，Ge基衬底中还形成有浅沟道隔离区，浅沟道隔离区位于有源区的外侧。在本公开的一实施例中，上述晶体管和制作方法中，硬掩膜层的材料包括以下材料的一种或其组合：氧化物、氮化物以及氮氧化物。在本公开的一实施例中，上述晶体管和制作方法中，源区和漏区均为N型掺杂，掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1021cm-3。在本公开的一实施例中，上述晶体管和制作方法中，栅堆叠包括栅介质层和栅导体层，其中栅介质层包括高介电常数层，栅导体层包括金属栅层。在本公开的一实施例中，上述晶体管和制作方法中，Ge基衬底为Ge衬底或SiGe衬底；和/或，第一金属层的材料为Ti或Zn；和/或，第一金属层的厚度为和/或，介质层叠层的厚度为1nm～3nm；和/或，第一介质层的材料为GeOx，Ge为+4价或+3价，x＝1.5或2；和/或，第二介质层的材料为TiO2或ZnO；和/或，第一介质层的厚度为和/或，第二介质层的厚度为和/或，金属氮化物的材料为TiN、TaN或WNy，W为+6价，y＝1.2；和/或，金属氮化物的厚度为和/或，第二金属层为W或Co。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的Ge基NMOS晶体管及其制作方法，具有以下有益效果：(1)该Ge基NMOS晶体管的结构中，通过设置介质层叠层实现了较好的解钉扎作用，基于第一介质层(Ge的氧化物，例如GeO2)和第二介质层(金属氧化物，例如TiO2或ZnO)同时实现了钝化源区和漏区的表面态以及抑制金属诱导带隙态的功能，第一介质层GeOx是极好的表面态钝化层，尤其是GeOx中的Ge3+、Ge4+价态，具有优良的钝化有源区表面态的作用，第二介质层可以有效抑制金属诱导带隙态，解决了金属与氧化物进行接触时由于存在费米能级钉扎效应导致的接触电阻过高的基础技术问题。(2)进一步的，通过设置金属氮化物，形成半导体/介质层叠层/金属氮化物的接触结构，同时实现了解钉扎以及提高热稳定性的效果。一方面，介质层叠层能够有效实现解钉扎作用；另一方面，金属氮化物(如TiN、TaN、WNx等)能够提高源漏接触的热稳定性，因为金属氮化物相对来说不易与氧反应，氧在其中的扩散得以抑制，而且金属氮化物中的N由于与Ge具有较大的电负性差异会引入界面偶极子，能够进一步降低接触势垒。(3)该Ge基NMOS晶体管结构的制作方法中，除了上述结构上的优点之外，相比于原子层沉积(ALD)直接沉积金属氧化物(例如TiO2)的方式来实现MIS结构中介质层的制备，本公开通过利用氧化处理金属层的方式得到介质层叠层，具有更优的解钉扎效果。在氧化处理过程中，氧会与第一金属层发生反应生成第二介质层，同时氧还扩散至源区和漏区表面，与源区和漏区表面的Ge发生反应生成GeOx(Ge3+、Ge4+为主)，可以钝化Ge表面态，从而有效实现解钉扎作用。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ge基NMOS晶体管的制作方法，其特征在于，包括：/n在Ge基衬底上形成栅堆叠；/n在Ge基衬底内形成有源区，该有源区包括位于所述栅堆叠两侧的源区和漏区；/n在所述源区和所述漏区上形成第一金属层；/n对所述第一金属层进行氧化处理形成介质层叠层，该介质层叠层包括第一介质层和第二介质层，其中所述第一介质层为Ge的氧化物，用于钝化源区和漏区的表面态；所述第二介质层为第一金属层的氧化物，用于抑制金属诱导带隙态；/n在所述介质层叠层上形成第二金属层。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ge基NMOS晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
在Ge基衬底上形成栅堆叠；
在Ge基衬底内形成有源区，该有源区包括位于所述栅堆叠两侧的源区和漏区；
在所述源区和所述漏区上形成第一金属层；
对所述第一金属层进行氧化处理形成介质层叠层，该介质层叠层包括第一介质层和第二介质层，其中所述第一介质层为Ge的氧化物，用于钝化源区和漏区的表面态；所述第二介质层为第一金属层的氧化物，用于抑制金属诱导带隙态；
在所述介质层叠层上形成第二金属层。


2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述介质层叠层上形成第二金属层，包括：
在所述介质层叠层上形成金属氮化物层；以及
在所述金属氮化物层上形成第二金属层，使得第二金属层通过金属氮化物层和介质层叠层与所述有源区接触。


3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述源区和所述漏区上形成第一金属层，包括：
在形成有栅堆叠、源区和漏区的结构上沉积一硬掩膜层；
刻蚀掉位于所述源区和所述漏区上方的硬掩膜层，得到第一接触孔；
在硬掩膜层上表面以及第一接触孔内壁沉积第一金属层；
可选的，所述硬掩膜层的材料包括以下材料的一种或其组合：氧化物、氮化物以及氮氧化物。


4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，
在所述介质层叠层上形成金属氮化物层后，所述第一接触孔由于内径缩小变为第二接触孔；
在所述金属氮化物层上形成第二金属层，包括：在所述第二接触孔中填充第二金属层。


5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述栅堆叠的上表面和侧壁形成间隔层。


6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在Ge基衬底上形成栅堆叠之前，还包括：
在所述Ge基衬底中形成浅沟道隔离区，所述浅沟道隔离区位于所述有源区的外侧。


7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，
所述氧化处理为以下处理方式的一种或几种：热氧化处理、氧等离子体处理或者臭氧氧化处理；和/或，
所述氧化处理的温度为200℃～400℃；和/或，
所述氧化处理的时间为10min～20min。


8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，
所述源区和所述漏区均为N型掺杂，掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1021em-3；和/或，
所述栅堆叠包括栅介质层和栅导体层，其中所述栅介质层包括高介电常数层，所述栅导体层包括金属栅层。


9.根据权利要求1-8中任一项所述的制作方法，其特征在于，
所述Ge基衬底为Ge衬底或SiGe衬底；和/或，
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛淑娟，罗军，许静，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11