半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件及其制造方法，其中所述制造方法包括：提供锗基半导体衬底，所述锗基半导体衬底具有多个有源区以及多个有源区之间的器件隔离区，所述有源区上具有栅极介质层和栅极介质层之上的栅极，所述有源区包括源漏扩展区和深源漏区；对所述源漏扩展区进行第一离子注入工艺，所述第一离子注入工艺中的注入离子包括硅或碳；对所述源漏扩展区进行第二离子注入工艺；对所述深源漏区进行第三离子注入工艺；对经过第三离子注入工艺之后的锗基半导体衬底进行退火工艺。所述半导体器件的制造方法，通过杂质硅或碳注入，可以由源漏扩展区晶格失配有效地在锗沟道中引入合适应力，增强沟道中电子的迁移率，提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超大规模集成电路制造
，具体涉及一种半导体器件的制造方法。
技术介绍
半导体技术的发展基本上遵循摩尔定律已40多年，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)几何尺寸的减小是提高器件速度并降低生产成本的主要手段。随着集成电路的发展和器件尺寸的缩小，带来一些不能忽视的问题，比如沟道纵向电场的增加，越来越薄的栅极氧化层与硅衬底的界面粗糙度变差，以及沟道杂质散射的增加等，这些都使载流子的迁移率退化。为了有较大的驱动电流来保证较高的器件速度，迁移率退化导致的驱动电流减小是一个棘手且亟待解决的问题。相比硅材料，锗材料在低电场下空穴迁移率是硅材料的4倍，电子迁移率是硅材料的3倍，因此，锗材料作为一种新的沟道材料以其更高、更加对称的载流子迁移率成为高速MOSFET器件很有希望的发展方向之一，也是目前研究的热点。此外，除了运用新的沟道材料(例如锗)来提高载流子的迁移率，应变技术也是一个不错的选择。通过改变器件材料、结构或者工艺等方法在器件沟道中施加应力，改变半导体的能带结构，可以增加沟道中载流子的迁移率，进而提升器件的驱动电流，改善器件性能。其中，工艺诱生应变方法以其方便、有效的特点成为目前业界大规模生产中广泛采用的应变引入方法。应变技术对于NMOS器件，可以在平行于沟道平面的方向引入单轴拉应力， 也可以同时在垂直于沟道平面的方向弓丨入压应力，从而增加电子在沟道中的迁移率。总而言之，如何提高沟道中载流子的迁移率是现有超大规模集成电路制造技术中亟待解决的难题之一。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，可以提高沟道中载流子的迁移率。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括提供锗基半导体衬底，所述锗基半导体衬底具有多个有源区以及多个有源区之间的器件隔离区，所述有源区上具有栅极介质层和栅极介质层之上的栅极，所述有源区包括源漏扩展区和深源漏区；对所述源漏扩展区进行第一离子注入工艺，所述第一离子注入工艺中的注入离子包括硅或碳；对所述源漏扩展区进行第二离子注入工艺；对所述深源漏区进行第三离子注入工艺；对经过第三离子注入工艺之后的锗基半导体衬底进行退火工艺。所述锗基半导体衬底为P型，所述第二离子注入工艺和/或第三离子注入工艺中注入N型杂质。所述锗基半导体衬底包括体锗衬底、锗覆绝缘衬底或硅基外延锗衬底。所述N型杂质包括P、As和Sb中的一种或多种。所述退火工艺为快速热处理退火。所述第一离子注入工艺的掺杂剂量为lXel3至1 X el6at0m/cm2。所述第三离子注入工艺的掺杂剂量为5Xel4至lXel6at0m/cm2。源漏扩展区进行硅或碳注入后在锗沟道中引入平行于沟道方向的单轴张应力和垂直于沟道平面压应力。对经过第三离子注入工艺之后的锗基半导体衬底进行退火工艺的步骤前还包括 在所述栅极两侧形成侧墙。相应的，本专利技术还提供一种半导体器件，包括锗基半导体衬底，所述锗基半导体衬底中的多个有源区以及多个有源区之间的器件隔离区，所述有源区上的栅极介质层和栅极介质层之上的栅极，所述有源区包括源漏扩展区和深源漏区；其特征在于，所述源漏扩展区内具有硅或碳杂质；所述硅或碳杂质通过对所述源漏扩展区进行第一离子注入工艺而掺杂。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本专利技术提出了一种半导体器件及其制备方法，以锗基NMOS晶体管为例，通过适当的改变锗基NMOS晶体管工艺过程，在锗基NMOS晶体管的沟道中有效引入单轴拉应力，同时在垂直于沟道平面的方向引入压应力。具体的，在形成传统扩展源漏结构之前，在源漏扩展区的注入(即第二离子注入工艺)之前增加了杂质硅或碳的注入(即第一离子注入工艺)， 并与随后的深源漏区注入(即第三离子注入工艺)杂质一起退火激活。与现有技术相比，本专利技术提出的半导体器件及其制备方法有五点优势第一，对于锗基NMOS晶体管来说，采用的硅或碳杂质的原子半径比锗的原子半径小，通过注入引入器件的源漏扩展区，使得晶格不匹配，并在锗沟道中引入平行于沟道方向的单轴张应力和垂直于沟道平面压应力，上述两种应力会提高电子的迁移率。第二，由于硅或碳直接注入在源漏扩展区，相对于在有源区之上沉积薄膜的方法而言，更加直接对锗沟道施加应力，使得引入应力更加有效。应力的引入，可以在不改变器件其他条件的情况下，提高器件的电流驱动能力，显著地增强NMOS晶体管的性能。第三，硅或碳杂质注入会阻碍特定杂质(例如P、As或Sb)在锗中的扩散，尤其是替位扩散为主导机制的杂质。这样，在退火激活后，硅或碳杂质注入将抑制这些杂质在锗衬底中的扩散，容易形成浅结。第四，由于N型杂质在硅中的固溶度要远大于在锗中的固溶度，杂质硅的注入会在一定程度上改善扩展源漏结构中N型杂质的固溶度，同样有利于浅结的形成。第五，本专利技术通过优化工艺方法引入应力，几乎没有增加工艺复杂性，能有效引入较大的应力并得到较好的器件性能，是经济且高效的提升锗基NMOS器件性能的方法。因此，上述，可以提高沟道中载流子的迁移率。使得半导体器件的电学性能明显改善。附图说明4通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1 (a) ⑴为本专利技术优选实施例锗基NMOS晶体管的制造方法的示意图；图2为本专利技术优选实施例锗基NMOS晶体管的制造方法的流程图。具体实施例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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如本专利技术
技术介绍
的介绍，专利技术人经过研究发现，若将应变技术合适地运用在锗基器件，可以结合新沟道材料和应变技术两种技术的优势，解决器件迁移率退化的问题， 并能进一步提高器件的电流驱动能力，提升器件性能。如果能通过工艺优化，在不增加工艺复杂性的前提下，在器件制备过程中引入合适的应力，将极大地改善锗基晶体管的性能。基于此，本专利技术提出一种新的，可以运用工艺诱生应力方法在平行锗沟道方向引入单轴拉应力，同时在垂直于沟道平面的方向引入压应力，可增加载流子在锗沟道中的迁移率。本专利技术提供的半导体器件，包括锗基半导体衬底，所述锗基半导体衬底中的多个有源区以及多个有源区之间的器件隔离区，所述有源区上的栅极介质层和栅极介质层之上的栅极，所述栅极两侧优选的还具有侧墙。所述有源区包括源漏扩展区和深源漏区。该源漏扩展区通过第一和第二离子注入工艺形成；该深源漏区通过第三离子注入工艺形成。其中，所述源漏扩展区内具有硅或碳杂质；所述硅或碳杂质通过对所述源漏扩展区进行第一离子注入工艺而掺杂。所述锗基半导体衬底为P型，则所述第二和第三离子注入工艺中注入N型杂质。所述锗基半导体衬底为N型，则所述第二和第三离子注入工艺中注入P型杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：提供锗基半导体衬底，所述锗基半导体衬底具有多个有源区以及多个有源区之间的器件隔离区，所述有源区上具有栅极介质层和栅极介质层之上的栅极，所述有源区包括源漏扩展区和深源漏区；对所述源漏扩展区进行第一离子注入工艺，所述第一离子注入工艺中的注入离子包括硅或碳；对所述源漏扩展区进行第二离子注入工艺；对所述深源漏区进行第三离子注入工艺；对经过第三离子注入工艺之后的锗基半导体衬底进行退火工艺。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括提供锗基半导体衬底，所述锗基半导体衬底具有多个有源区以及多个有源区之间的器件隔离区，所述有源区上具有栅极介质层和栅极介质层之上的栅极，所述有源区包括源漏扩展区和深源漏区；对所述源漏扩展区进行第一离子注入工艺，所述第一离子注入工艺中的注入离子包括娃或碳；对所述源漏扩展区进行第二离子注入工艺；对所述深源漏区进行第三离子注入工艺；对经过第三离子注入工艺之后的锗基半导体衬底进行退火工艺。2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述锗基半导体衬底为P型，所述第二离子注入工艺和/或第三离子注入工艺中注入N型杂质。3.根据权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述锗基半导体衬底包括体锗衬底、锗覆绝缘衬底或硅基外延锗衬底。4.根据权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述N型杂质包括P、 As和Sb中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述退火工艺包括快速热处理退...

【专利技术属性】
技术研发人员：安霞，郭岳，云全新，黄如，张兴，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11