本发明专利技术公开了一种应变Si?BiCMOS集成电路的制备方法，包括以下步骤：选第一类型Si片作衬底，在其表面形成第二类型重掺杂埋层区域；外延生长集电极，刻蚀深槽隔离区域，形成基区和重掺杂发射区；在PMOS有源区垂直方向上生长漏区、第一应变Si层、沟道区、第二应变Si层和源区，并在其上形成栅极；在NMOS有源区形成栅极、源区和漏区；其中在同一个Si衬底上双极器件采用体Si材料制备，CMOS器件采用应变Si材料制备；NMOS具有沿沟道方向为张应变的应变Si水平沟道；PMOS具有沿沟道方向为压应变的应变Si垂直沟道，并且为回型结构；本发明专利技术充分利用了应变Si材料载流子迁移率远高于体Si材料的特点而制备出了性能增强的应变SiBiCMOS集成器件及电路。
【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。
技术介绍
1958年出现的集成电路是20世纪最具影响的专利技术之一。基于这项专利技术而诞生的微电子学已成为现有现代技术的基础，加速改变着人类社会的知识化、信息化进程，同时也改变了人类的思维方式。它不仅为人类提供了强有力的改造自然的工具，而且还开拓了一个广阔的发展空间。半导体集成电路已成为电子工业的基础，人们对电子工业的巨大需求，促使该领域的发展十分迅速。在过去的几十年中，电子工业的迅猛发展对社会发展及国民经济产生 了巨大的影响。目前，电子工业已成为世界上规模最大的工业，在全球市场中占据着很大的份额，产值已经超过了 10000亿美元。硅材料作为半导体材料应用经历了 50多年，传统的Si CMOS和BiCMOS技术以其低功耗、低噪声、高输入阻抗、高集成度、可靠性好等优点在集成电路领域占据着主导地位，并按照摩尔定律不断的向前发展。目前，全球90%的半导体市场中，都是Si基集成电路。但是随着器件特征尺寸减小、集成度和复杂性的增强，出现了一系列涉及材料、器件物理、器件结构和工艺技术等方面的新问题。特别是当IC芯片特征尺寸进入纳米尺度，从器件角度看，纳米尺度器件中的短沟效应、强场效应、量子效应、寄生参量的影响、工艺参数涨落等问题对器件泄漏电流、亚阈特性、开态/关态电流等性能的影响越来越突出，电路速度和功耗的矛盾也将更加严重，另一方面，随着无线移动通信的飞速发展，对器件和电路的性能，如频率特性、噪声特性、封装面积、功耗和成本等提出了更高的要求，传统硅基工艺制备的器件和集成电路尤其是模拟和混合信号集成电路，越来越无法满足新型、高速电子系统的需求。为了提闻集成电路的性能，研究人员借助新型的半导体材料如GaAs、InP等，以获得适于无线移动通信发展的高速器件及集成电路。尽管GaAs和InP基化合物器件频率特性优越，但其制备工艺比Si工艺复杂、成本高，大直径单晶制备困难、机械强度低，散热性能不好，与Si工艺难兼容以及缺乏像Si02那样的钝化层等因素限制了它的广泛应用和发展。因此，目前工业界在制造大规模集成电路尤其是数模混合集成电路时，仍然采用Si BiCMOS 或者 SiGe BiCMOS 技术(Si BiCMOS 为 Si 双极晶体管BJT+Si CMOS, SiGe BiCMOS为SiGe异质结双极晶体管HBT+Si CMOS)。由于Si材料载流子材料迁移率较低，所以采用Si BiCMOS技术制造的集成电路性能，尤其是频率性能，受到了极大的限制；而对于SiGe BiCMOS技术，虽然双极晶体管采用了 SiGe HBT，但是对于制约BiCMOS集成电路频率特性提升的单极器件仍采用Si CM0S，所以这些都限制BiCMOS集成电路性能地进一步提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用在一个衬底片上制备应变Si垂直沟道PM0S、应变Si平面沟道NMOS和Si BJT，构成应变Si BiCMOS集成电路，以实现器件与集成电路性能的最优化。本专利技术的目的在于提供一种制备应变Si BiCMOS集成器件及电路的方法包括如下步骤选第一类型Si片作衬底，在其表面形成第二类型重掺杂埋层区域；外延生长集电极，刻蚀深槽隔离区域，形成基区和重掺杂发射区；在PMOS有源区垂直方向上生长漏区、第一应变Si层、沟道区、第二应变Si层和源区，并在其上形成栅极；在NMOS有源区形成栅极、源区和漏区。进一步、在同一个Si衬底上双极器件采用体 Si材料制备，CMOS器件采用应变Si材料制备。进一步、在PMOS有源区垂直方向生长的步骤包括在PMOS有源区所刻蚀的深槽中生长Si缓冲层；在Si缓冲层上生长第一掺杂浓度的SiGe层，其中Ge按照梯度分布；在SiGe层上生长高于第一掺杂浓度且作为PMOS漏区的SiGe层；在作为PMOS漏区的SiGe层上生长第一应变Si层；在第一应变Si层上生长沟道区；在沟道区上生长第二应变Si层；在第二应变Si层上生成源区。进一步、NMOS应变Si沟道为水平沟道，沿沟道方向为张应变；PM0S应变Si沟道为垂直沟道，沿沟道方向为压应变，并且为回型结构。按进一步、PMOS沟道长度根据淀积的应变Si层厚度确定，取22 45nm ；NM0S的沟道长度由工艺决定，取22 45nm。进一步、应变Si CMOS器件制造过程中所涉及的最高温度由化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定，最高温度小于等于800°C。进一步、CMOS结构采用Poly-SiGe材料作为栅电极，通过调节Poly-SiGe中的Ge组分而实现CMOS阈值电压的可连续调整。本专利技术的另一目的在于提供一种制备应变Si回型垂直沟道CMOS集成电路的方法，包括如下步骤选第一类型Si片作衬底；在PMOS有源区所刻蚀的深槽中生长Si缓冲层；在所述Si缓冲层上生长第一掺杂浓度的SiGe层，其中Ge按照梯度分布；在SiGe层上生长高于第一掺杂浓度且作为PMOS漏区的SiGe层；在作为PMOS漏区的SiGe层上生长第一应变Si层；在所述第一应变Si层上生长沟道区；在所述沟道区上生长第二应变Si层；在所述第二应变Si层上生成源区；在前述步骤基础上形成PMOS栅极；在NMOS有源区形成栅极、源区和漏区。本专利技术的另一目的在于提供了一种包含上述方法所制备的应变Si回型垂直沟道CMOS的应变Si BiCMOS集成电路。本专利技术具有如下优点:I.本专利技术制造的BiCMOS器件结构中，CMOS部分采用了应变Si材料制造导电沟道，由于应变Si材料载流子迁移率远高于体Si材料，因此用该BiCMOS器件结构制造的模拟和数模混合集成电路性能较用体Si制造的电路性能优异；2.本专利技术制造的BiCMOS器件结构中的CMOS结构，充分利用了应变Si材料应力的各向异性，在水平方向引入张应变，提高了 NMOS电子迁移率；在垂直方向引入压应变，提高了 PMOS空穴迁移率。因此，该器件频率与电流驱动能力等性能高于同尺寸的弛豫Si CMOS器件；3.本专利技术的制备过程中，应变Si层是用化学汽相淀积(CVD)方法淀积的，可以精确控制生长厚度，而CMOS中的PMOS的沟道长度即为Si层的厚度，从而避开了小尺寸光刻，减少了工艺复杂度，降低了成本；4.本专利技术制备的BiCMOS器件结构中PMOS的沟道为回型，即一个栅在沟槽中能够控制四面的沟道，因此，该器件在有限的区域内增加了沟道的宽度，从而提高了器件的电流驱动能力，增加了集成电路的集成度，降低了集成电路单位面积的制造成本；5.本专利技术制备的BiCMOS器件中的CMOS结构，NMOS和PMOS采用了高K值的HfO2作为栅介质，提高了 NMOS和PMOS的栅控能力，增强了 CMOS器件的电学性能；6.本专利技术制备的BiCMOS器件中的CMOS结构，采用Poly-SiGe材料作为栅电极，其功函数随Ge组分的变化而变化，通过调节Poly-SiGe中Ge组分，实现CMOS阈值电压可连续调整，减少了工艺步骤，降低了工艺难度；7.本专利技术制备应变Si垂直沟道CMOS器件是在双极器件制造完成之后，而其工艺过程中涉及的最高温度为800°C，低于引起应变Si沟道应力弛豫的工艺温度，因此该制备方法能有效地保持应变Si沟道应力，提高集成电路的性能。附图说明图I是根据本专利技术一实施例制备应变Si本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应变Si BiCMOS集成电路的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步、选第一类型Si片作衬底，在其表面形成第二类型重掺杂埋层区域； 第二步、外延生长集电极，刻蚀深槽隔离区域，形成基区和重掺杂发射区； 第三步、在PMOS有源区垂直方向上生长漏区、第一应变Si层、沟道区、第二应变Si层和源区，并在其上形成栅极； 第四步、在NMOS有源区形成栅极、源区和漏区。2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，在同一个Si衬底上双极器件采用体Si材料制备，CMOS器件采用应变Si材料制备。3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，在PMOS有源区垂直方向生长的步骤包括 在PMOS有源区所刻蚀的深槽中生长Si缓冲层； 在所述Si缓冲层上生长第一掺杂浓度的SiGe层，其中Ge按照梯度分布； 在所述SiGe层上生长高于第一掺杂浓度且作为PMOS漏区的SiGe层； 在作为PMOS漏区的SiGe层上生长所述第一应变Si层； 在所述第一应变Si层上生长所述沟道区； 在所述沟道区上生长所述第二应变Si层； 在所述第二应变Si层上生成所述源区。4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，NMOS应变Si沟道为水平沟道，沿沟道方向为张应变；PM0S应变Si沟道为垂直沟道，沿沟道方向为压应变，并且为回型结构。5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，PMOS沟道长度根据淀积的应变Si层...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹤鸣，王海栋，胡辉勇，宋建军，宣荣喜，王斌，戴显英，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。