基于多层辅助结构制备多晶SiGe栅纳米级CMOS集成电路方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多层辅助结构制备具有多晶ＳｉＧｅ栅纳米级ＣＭＯＳ集成电路方法。其过程为：制造出Ｎ／Ｐ阱，并在Ｎ／Ｐ阱上生长Ｐｏｌｙ－ＳｉＧｅ／ＳｉＯ↓［２］／Ｐｏｌｙ－Ｓｉ多层结构；将最上层的Ｐｏｌｙ－Ｓｉ刻蚀成一个窗口，再淀积一层ＳｉＮ；刻蚀掉表面的ＳｉＮ层，只保留窗口侧面的ＳｉＮ；刻蚀衬底表面上的ＳｉＮ；利用Ｐｌｏｙ－Ｓｉ与ＳｉＮ的刻蚀速率比（１１∶１），刻蚀ＳｉＮ表面的Ｐｌｏｙ－Ｓｉ；再利用ＳｉＯ↓［２］与ＳｉＮ的刻蚀速率比（４∶１）和Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ与ＳｉＮ的刻蚀速率比（１１∶１），刻蚀掉表面上除ＳｉＮ侧壁区域以外的ＳｉＯ↓［２］和Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ，形成ｎ／ｐＭＯＳＦＥＴ的栅极；离子注入自对准形成ｎ／ｐＭＯＳＦＥＴ的源、漏区，形成ｎ／ｐＭＯＳＦＥＴ器件；光刻器件互连线形成导电沟道６５～９０ｎｍ的ＣＭＯＳ集成电路。本发明专利技术能够在微米级Ｓｉ集成电路加工工艺平台上，不需要追加任何资金和设备投入的情况下，制造出性能可提高３～５代的ＣＭＯＳ集成电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体集成电路
，尤其涉及一种利用现有的微米级 Si集成电路制造工艺，制造纳米级Si集成电路的方法。
技术介绍
当今，信息技术已经成为国民经济的核心技术，它服务于国民经济各个领 域，微电子技术是信息技术的关键，集成电路更是关键中的关键。集成电路自1958年问世以来，发展速度惊人，成为了信息科学技术的核心和国民经济发展、 国防建设的基石，对世界政治、经济和文化产生了巨大的影响。作为人类历史 上发展最快、影响最大、应用最广泛的技术，集成电路已成为衡量一个国家科 学技术水平、综合国力和国防力量的重要标志。微电子技术，尤其是Si集成电路技术发展至今，全世界数以万亿美元的 设备和技术投人，已使Si基工艺形成了非常强大的产业能力。同时，长期的 科研投入也使人们对Si及其工艺的了解，达到十分深入、透彻的地步，因此 在集成电路产业中，Si技术是主流技术，Si集成电路产品是主流产品，占集成 电路产业的90%以上。尽管微电子学在化合物半导体和其它新材料方面的研究 以及在某些领域的应用取得了很大的进展，但在今后的10 20年，微电子技 术仍将以尺寸不断縮小的Si基CMOS集成电路工艺作为主流技术，并广泛应 用于与生产、生活息息相关的国民经济的各个领域。上世纪六十年代中期，美国仙童公司的高登.摩尔博士发表了以后闻名于 世的摩尔定律，该定理指出集成电路芯片上的晶体管数目，约每18个 月增加1倍，性能也提升l倍。同时，集成电路的单位功能成本平均每年降低 25%左右。40多年来，世界半导体产业始终按照这条定律不断地向前发展。2004 年2月23日英特尔首席执行官克莱格，贝瑞特在东京举行的全球信息峰会上表 示，摩尔定律将在未来15到20年依然有效。推动摩尔定律继续前进的技术动 力是不断縮小芯片的特征尺寸。目前，国外90nm技术已经进入规模生产阶 段，60nm技术处在导入期，45nm技术正在作前期研发工作，按照国际半导体技术发展路线图ITRS， 2010年45nm技术可以进入规模生产，2018年是18nm。制造如此小的特征尺寸的CMOS集成电路，就需要新一代的工艺设备， 因为目前尚没有能够较好地解决在现有的设备上制造下一代芯片的技术，因此 只能通过工艺设备的更新提高工艺技术水平。经过多年的积累，目前全世界在 微电子产业中的设备和技术投入超过万亿美元，如果仅仅通过设备的更新换代 获得工艺技术的提升，将造成每18个月淘汰一代设备。这将导致巨大的资源 和能源的浪费，因此，这种现状严重制约了半导体行业的发展。目前，Si CMOS集成电路中poly-Si已经成为了主流的栅材料，但无论采 取n型poly-Si还是p型poly-Si，其对器件阈值电压的调整幅度都不大。为了 能够更大范围地调整器件的阈值电压，国内外大部分厂商采取了在阱区形成之 后，通过再次对阱区进行离子注入，改变阱区掺杂浓度的方法，调节器件的阈 值电压。但是这种方法对器件阈值电压调整幅度还是有限，并且增加了工艺制 造的难度，使之变成了一个工艺瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多层辅助结构制备多晶SiGe栅纳米级 CMOS集成电路方法，以实现在不改变现有设备和增加成本的条件下用微米级 工艺制备出导电沟道为65 90nm的具有多晶SiGe栅的CMOS集成电路。为实现上述目的，本专利技术提供的制备具有多晶SiGe栅的纳米级CMOS集 成电路的方法，按如下步骤进行第一步.在Si衬底上热氧化一层Si02缓冲层，在该缓冲层上淀 积一层SiN，用于阱区注入的掩蔽；第二步.在SiN层上分别光刻N阱和P阱，同时进行N阱和P阱的注入 和推进，在Si衬底分别形成P阱和N阱；第三步.刻蚀掉N阱和P阱上部及其之间的SiN层和Si02层，然后再在 整个衬底表面生长一层Si02缓冲层和SiN层，在SiN层上光刻、氧化形成隔 离区；第四步.在N阱和P阱上热氧化生长7 llnm厚的Si02栅介质层，再分 别在N阱和P阱上淀积一层120 150nm厚的n型掺杂的Ploy-SiGe和p型掺 杂的Ploy-SiGe，作为栅极，Ge组分为0.05 0.3，掺杂浓度>102%11—3;第五步.在Ploy-SiGe上淀积生长一层厚度为40 60nm的Si02，作为栅极 的保护层；第六步.在SK)2层上再淀积一层110 160nm厚的Ploy-Si，作为制造过程中的辅助层，辅助生成侧壁；第七步.在Ploy-Si的区域中刻蚀出符合电路要求的窗口；第八步.在整个Si衬底上淀积一层90 130nm厚的SiN介质层，覆盖整个表面；第九步.刻蚀衬底表面上的SiN，保留Ploy-Si侧壁的SiN;利用Ploy-Si 与SiN的刻蚀速率比(11: 1)，刻蚀SiN表面的Ploy-Si;利用Si02与SiN的 刻蚀速率比(4:1 )，刻蚀掉表面上除SiN侧壁区域以外的Si02;再利用Ploy-SiGe 与SiN的刻蚀速率比(ll: 1)，刻蚀掉表面上除SiN侧壁区域以外的Ploy-SiGe， 形成n/pMOSFET的栅极，并在阱区上淀积一层4 8nm厚的Si02，形成栅极 侧壁的保护层；第十步.分别在P阱区进行n型离子注入，自对准生成nMOSFET的源区 和漏区，在N阱区进行p型离子注入，自对准生成pMOSFET的源区和漏区；第十一步.在n/pMOSFET的栅、源和漏区上光刻引线，构成导电沟道为 65 90nm的CMOS集成电路。所述的在Ploy-Si的区域中刻蚀出符合电路要求的窗口 ，是根据微米级工艺 加工的最小线条尺寸和套刻精度的大小确定，通常宽度取2 3.5pm。所述的栅极长度根据第八步淀积的SiN厚度确定，通常取65 90nm。本专利技术具有如下优点1. 本专利技术由于利用了等离子刻蚀工艺中Ploy-Si与SiN、 SiCb与SiN、 Ploy-SiGe与SiN的刻蚀速率比和自对准工艺，可以在微米级Si集成电路工艺 平台上制造出导电沟道65 90nm的具有多晶SiGe栅的CMOS集成电路；2. 由于本专利技术所提出的工艺方法均为现有的微米级Si集成电路工艺平台 中成熟的工艺方法，因此，本专利技术所提出的具有多晶SiGe栅的纳米级CMOS 集成电路实现方法与现有的微米级Si集成电路工艺相兼容；3.由于本专利技术所提出的工艺方法采用poly-SiGe材料作为栅介质，其功函 数随Ge组分的变化而变化，通过调节CMOS的poly-SiGe栅中Ge组分，使得nMOSFET阈值电压可连续调整，因此，实现了 CMOS器件阈值电压的调 整，减少了工艺步骤，降低了工艺难度；4. 由于本专利技术所提出的工艺方法均可在现有的微米级Si集成电路工艺平 台中实现，因此可以在不用追加任何资金和设备投入的情况下，使现有的微米 级Si集成电路工艺平台的制造能力大幅提高，并使其制备的CMOS集成电路 的性能提高3 5代；5. 由于本专利技术所提出的工艺方法可以实现导电沟道65 90nm的CMOS集 成电路，因此，随着导电沟道尺寸的减小，集成电路的集成度可以大幅提高， 从而降低了集成电路单位面积的制造成本；6. 由于用本专利技术工艺方法制备的CMOS集成电路中器件的导电沟道小， 因此，集成电路的工作频率显著提高，实现了国内集成电路加工水平的跨越式 发展。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多层辅助结构制备多晶ＳｉＧｅ栅纳米级ＣＭＯＳ集成电路方法，按如下步骤进行：　步骤一．在Ｓｉ衬底（１）上热氧化一层ＳｉＯ↓［２］缓冲层（２），在该缓冲层上淀积一层ＳｉＮ（３），用于阱区注入的掩蔽；　步骤二．在ＳｉＮ层上分别光刻Ｎ阱和Ｐ阱，同时进行Ｎ阱和Ｐ阱推进，在Ｓｉ衬底（１）分别形成Ｐ阱（４）和Ｎ阱（５）；　步骤三．刻蚀掉Ｐ阱（４）和Ｎ阱（５）上部及其之间的ＳｉＮ层和ＳｉＯ↓［２］层，然后再在整个衬底表面生长一层ＳｉＯ↓［２］缓冲层和ＳｉＮ层，在ＳｉＮ层上光刻场隔离区，氧化形成隔离区（６）；　步骤四．在Ｎ阱和Ｐ阱上热氧化生长厚度为７～１１ｎｍ的ＳｉＯ↓［２］栅介质层（７），再分别在Ｎ阱和Ｐ阱上淀积一层厚度为１２０～１５０ｎｍ的ｎ型掺杂的Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ层（８ａ）和ｐ型掺杂的Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ层（８），作为栅极，Ｇｅ组分为０．０５～０．３，掺杂浓度＞１０↑［２０］ｃｍ↑［－３］；　步骤五．在Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ上淀积生长一层厚度为４０～６０ｎｍ的ＳｉＯ↓［２］（９），作为栅极的保护层；　步骤六．在ＳｉＯ↓［２］层上再淀积一层１１０～１６０ｎｍ厚的Ｐｌｏｙ－Ｓｉ（１０），作为制造过程中的辅助层，辅助生成侧壁；　步骤七．在Ｐｌｏｙ－Ｓｉ的区域中刻蚀出符合电路要求的窗口（１０ａ）；　步骤八．在Ｓｉ衬底上淀积一层９０～１３０ｎｍ厚的ＳｉＮ介质层（１１），覆盖整个表面；　步骤九．刻蚀衬底表面上的ＳｉＮ，保留Ｐｌｏｙ－Ｓｉ侧壁的ＳｉＮ；利用Ｐｌｏｙ－Ｓｉ与ＳｉＮ的刻蚀速率比（１１∶１），刻蚀ＳｉＮ表面的Ｐｌｏｙ－Ｓｉ；利用ＳｉＯ↓［２］与ＳｉＮ的刻蚀速率比（４∶１），刻蚀掉表面上除ＳｉＮ侧壁区域以外的ＳｉＯ↓［２］；再利用Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ与ＳｉＮ的刻蚀速率比（１１∶１），刻蚀掉表面上除ＳｉＮ侧壁区域以外的Ｐｌｏｙ－ＳｉＧｅ，形成ｎＭＯＳＦＥＴ的栅极（ｓ）和ｐＭＯＳＦＥＴ的栅极（ｓａ），并在阱区上淀积一层４～８ｎｍ厚的ＳｉＯ↓［２］，形成栅极侧壁的保护层（１２）；　步骤十．在Ｐ阱区进行ｎ型离子注入，自对准生成ｎＭＯＳＦＥＴ的源区（１３）和漏区（１４），在Ｎ阱区进行ｐ型离子注入，自对准生成ｐＭＯＳＦＥＴ的源区（１５）和漏区（１６）；　步骤十一．在ｎ／ｐＭＯＳＦＥＴ的栅、源和漏区上光刻引线，构成导电沟道为６５～９０ｎｍ的ＣＭＯＳ集成电路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多层辅助结构制备多晶SiGe栅纳米级CMOS集成电路方法，按如下步骤进行步骤一.在Si衬底(1)上热氧化一层SiO2缓冲层(2)，在该缓冲层上淀积一层SiN(3)，用于阱区注入的掩蔽；步骤二.在SiN层上分别光刻N阱和P阱，同时进行N阱和P阱推进，在Si衬底(1)分别形成P阱(4)和N阱(5)；步骤三.刻蚀掉P阱(4)和N阱(5)上部及其之间的SiN层和SiO2层，然后再在整个衬底表面生长一层SiO2缓冲层和SiN层，在SiN层上光刻场隔离区，氧化形成隔离区(6)；步骤四.在N阱和P阱上热氧化生长厚度为7～11nm的SiO2栅介质层(7)，再分别在N阱和P阱上淀积一层厚度为120～150nm的n型掺杂的Ploy-SiGe层(8a)和p型掺杂的Ploy-SiGe层(8)，作为栅极，Ge组分为0.05～0.3，掺杂浓度＞1020cm-3；步骤五.在Ploy-SiGe上淀积生长一层厚度为40～60nm的SiO2(9)，作为栅极的保护层；步骤六.在SiO2层上再淀积一层110～160nm厚的Ploy-Si(10)，作为制造过程中的辅助层，辅助生成侧壁；步骤七.在Ploy-Si的区域中刻蚀出符合电路要求的窗口(10a)；步骤八.在Si衬底上淀积一层90～130nm厚的SiN介质层(11)，覆盖整个表面；步骤九.刻蚀衬底表面上的SiN，保留Ploy-Si侧壁的SiN；利用Ploy-Si与SiN的刻蚀速率比(11∶1)，刻蚀SiN表面的Ploy-Si；利用SiO2与SiN的刻蚀速率比(4∶1)，刻蚀掉表面上除SiN侧壁区域以外的SiO2；再利用Ploy-SiGe与SiN的刻蚀速率比(11∶1)，刻蚀掉表面上除SiN侧壁区域以外的Ploy-SiGe，形成nMOSFET的栅极(s)和pMOSFET的栅极(sa)，并在阱区上淀积一层4～8nm厚的SiO2，形成栅极侧壁的保护层(12)；步骤十.在P阱区进行n型离子注入，自对准生成nMOSFET的源区(13)和漏区(14)，在N阱区进行p型离子注入，自对准生成pMOSFET的源区(15)和漏区(16)；步骤十一.在n/pMOSFET的栅、源和漏区上光刻引线，构成导电沟道为65～90nm的CMOS集成电路。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，步骤七所述的在Ploy-Si的区域中刻蚀出符合电 路要求的窗口，是根据微米级工艺加工的最小线条尺寸和套刻精度的大小确定，通常宽度 取2 3.5pm。3. 根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹤鸣，戴显英，舒斌，宣荣喜，胡辉勇，宋建军，王冠宇，徐小波，屈江涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]