半导体器件制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高迁移率材料层制造方法，包括：在衬底中和/或上形成多种前驱物；脉冲激光处理，使得多种前驱物相互反应形成高迁移率材料层。此外还提供了一种半导体器件制造方法，包括：在绝缘衬底上形成缓冲层；采用上述高迁移率材料层制造方法，在缓冲层上形成第一高迁移率材料层；采用上述高迁移率材料层制造方法，在第一高迁移率材料层上形成第二高迁移率材料层；在第一和第二高迁移率材料层中形成沟槽隔离并定义有源区。依照本发明专利技术的半导体器件制造方法，通过调整激光处理的脉冲个数和能量密度，在绝缘衬底上分多次形成了多层高迁移率材料以用作器件沟道区，有效提高了器件载流子迁移率并进一步提高了器件驱动能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，更具体地，涉及一种在绝缘体上具有高迁移率沟道区的半导体结构的制造方法。
技术介绍
随着集成电路工艺持续发展，特别是器件尺寸不断等比例缩减，器件的各个关键参数例如阈值电压等也随之减小，功耗减小、集成度提高这些优点促进了器件整体性能提高。然而与此同时，器件的驱动能力却受制于传统的硅材料工艺的限制，载流子迁移率较低，面临了器件驱动能力相比而言不足的问题。因此，高迁移率沟道器件在未来具有重要应用背景。现有的高迁移率沟道器件通常是采用SihGex或SihCx来作为应力源漏区向Si的沟道区施加应力，或者直接采用这些材料作为衬底和沟道区。在SihGex中引入压应变能够进一步提高空穴的迁移率，相应地在在SihCx中引入张应变能够进一步提高电子的迁移率。然而，这两种材料晶格常数与Si差别仍不够大，能够提供的应变有限，难以应用在需要更高驱动能力的器件中。一种可选的替代材料是GeSn合金，该薄膜具有很高的载流子迁移率，并且可以通过调节Sn的含量调节合金的能带结构，因此广泛应用于先进的CMOS器件和光电子器件中。然而传统的GeSn合金需要用分子束外延或者CVD，目前仍不成熟或者与CMOS不兼容。此外，由于Sn在Ge中的平衡固溶度非常的低，因此用常规的方法很难得到Sn的含量大于 I % 的 Ge1^SnxO此外，其他高迁移·率材料，诸如GaAs、InSb等也存在类似问题，难以与Si基的CMOS工艺兼容。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种衬底上制作高迁移率材料层以用作沟道区的方法，克服上述传统工艺的缺陷，有效提高器件沟道区载流子迁移率。实现本专利技术的上述目的，是通过提供一种高迁移率材料层制造方法，包括:在衬底中和/或上形成多种前驱物；脉冲激光处理，使得多种前驱物相互反应形成高迁移率材料层。其中，形成多种前驱物的步骤进一步包括:对衬底注入掺杂剂以在衬底中形成前驱物。其中，注入能量为IOKeV~300KeV，注入剂量为1E15~lE17/cm2。其中，调整多种前驱物中的一个的注入剂量和能量，从而控制高迁移率材料层的成分。其中，形成多种前驱物的步骤进一步包括:在衬底上沉积前驱物。其中，调整脉冲激光处理的脉冲个数、能量密度、脉冲时间以及多种前驱物中的一个的厚度，从而控制高迁移率材料层的厚度。其中，在形成多种前驱物之后还包括:在前驱物上形成保护层。其中，形成保护层的方法包括低温沉积、旋涂、丝网印刷、喷涂。其中，衬底包括S1、SO1、Ge、GeO1、SiGe、InP、InGaAs、GaAs、GaN、InSb0其中，衬底的晶格常数在5.4?6.之间。其中，衬底是单晶材料，晶向包括(100)、(110)、(111)。其中，前驱物包括:Ge、Sn、In、Ga、S1、As、P、N、Sb。其中，高迁移率材料层包括:GeSn、SiGeSn、InGeSn、GaGeSn、InGaAs0此外，本专利技术还提供了一种采用上述高迁移率材料层制造方法的，包括:在绝缘衬底上形成缓冲层；采用上述高迁移率材料层制造方法，在缓冲层上形成第一高迁移率材料层；采用上述高迁移率材料层制造方法，在第一高迁移率材料层上形成第二高迁移率材料层；在第一和第二高迁移率材料层中形成沟槽隔离并定义有源区。其中，第一高迁移率材料层和/或第二高迁移率材料层包括GeSn。其中，在绝缘衬底上形成缓冲层的步骤进一步包括:在衬底上形成绝缘层；在绝缘层中形成暴露衬底的绝缘层开口 ；在绝缘层开口中选择性外延生长缓冲层。其中，采用热氧化法形成绝缘层。其中，缓冲层包括SiGe，衬底包括Si。其中，形成第一高迁移率材料层的步骤进一步包括:在缓冲层上依次形成第一材料层和第二材料层；执行第一激光处理，采用激光脉冲照射第一材料层和第二材料层，使得第一材料层和第二材料层反应形成第一高迁移率材料层。其中，形成第二高迁移率材料层的步骤进一步包括:在第一高迁移率材料层上依次形成第三材料层和第四材料层；执行第二激光处理，采用激光脉冲照射第三材料层和第四材料层，使得第三材料层和第四材料层反应形成第二高迁移率材料层。其中，第一材料层和/或第三材料层包括Ge，第二材料层和/或第四材料层包括Sn。其中，形成沟槽隔离并定义有源区的步骤进一步包括:在第二高迁移率材料层上形成光刻胶图形，具有光刻胶开口，其中光刻胶开口与缓冲层相对应；依次刻蚀第二高迁移率材料层、第一高迁移率材料层、缓冲层直至暴露衬底，形成沟槽；在沟槽中沉积绝缘材料形成沟槽隔离，沟槽隔离包围的第二高迁移率材料层、第一高迁移率材料层构成有源区。依照本专利技术的，通过调整激光处理的脉冲个数和能量密度，在绝缘衬底上分多次形成了多层高迁移率材料以用作器件沟道区，有效提高了器件载流子迁移率并进一步提高了器件驱动能力。【附图说明】以下参照附图来详细说明本专利技术的技术方案，其中:图1至图12为根据本专利技术实施例的各步骤的剖面示意图；图13为根据本专利技术实施例的的流程图；以及图14为根据本专利技术实施例的高迁移率材料层的制造方法的流程图。【具体实施方式】以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本专利技术技术方案的特征及其技术效果。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”、“厚”、“薄”等等可用于修饰各种器件结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构的空间、次序或层级关系。首先，参照图14，示出了制造高迁移率材料层的方法的流程。提供衬底。衬底可以是体S1、SO1、体Ge、GeO1、SiGe、GeSb，也可以是其他II1-V族或者I1-VI族化合物半导体衬底，例如GaAs、GaN, InP、InSb、InGaAs等等。为了与现有的CMOS工艺兼容以应用于大规模数字集成电路制造，衬底I优选地为体Si也即硅晶片。优选地，衬底的晶格常数在5.4?6.4A之间。优选地，衬底是单晶材料，其晶向可以是(100)、(110)、(111)。在衬底中/上形成前驱物。在本专利技术一个实施例中，可以在衬底中形成前驱物。例如执行离子注入，在衬底中注入高剂量的Ge以及Sn,用于形成GeSn。此外,对于其他材料,例如InGeSruGaGeSn等,可以形成多种前驱物。注入能量例如为IOKeV?300KeV，注入剂量例如为1E15?lE17/cm2。在注入前驱物的同时，这些注入的离子使得衬底表面一定厚度的区域非晶化，以利于稍后激光照射处理时前驱物的扩散。非晶化区域距离衬底上表面的距离(厚度)例如是I?IOOnm0在本专利技术另一个实施例中，可以在衬底上形成两种前驱物。例如先在衬底表面通过PECVD、HDPCVD、MBE、ALD等方式沉积Ge层，其厚度例如为I?50nm。随后，在Ge层上通过溅射、M0CVD、MBE等方法沉积金属Sn层，其厚度例如为5?40nm。优选地，在前驱物上形成保护层。例如采用PECVD、LPCVD等方法并且降低沉积温度从而形成低温保护层，也即低温沉积保护层，例如低温氧化硅(LTO)，沉积温度例如低于400°C以避免此时Ge与Sn提前反应。或者通过旋涂、丝网印刷、喷涂等方法，采用PSG、BPSG等玻璃材料，甚至可以是光刻胶等树脂材料来形成保护层，用于避免稍后的激光处理过度而损坏材料。自然，如果能良好调整激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高迁移率材料层制造方法，包括：在衬底中和/或上形成多种前驱物；脉冲激光处理，使得多种前驱物相互反应形成高迁移率材料层。

【技术特征摘要】
1.一种高迁移率材料层制造方法，包括: 在衬底中和/或上形成多种前驱物； 脉冲激光处理，使得多种前驱物相互反应形成高迁移率材料层。2.如权利要求1的方法，其中，形成多种前驱物的步骤进一步包括: 对衬底注入掺杂剂以在衬底中形成前驱物。3.如权利要求2的方法，其中，注入能量为IOKeV~300KeV，注入剂量为1E15~1E17/cm2。4.如权利要求2的方法，其中，调整多种前驱物中的一个的注入剂量和能量，从而控制高迁移率材料层的成分。5.如权利要求1的方法，其中，形成多种前驱物的步骤进一步包括: 在衬底上沉积多种前驱物。6.如权利要求5的方法，其中，调整脉冲激光处理的脉冲个数、能量密度、脉冲时间以及多种前驱物中的一个的厚度，从而控制高迁移率材料层的厚度。7.如权利要求1的方法，其中，在形成多种前驱物之后还包括:在前驱物上形成保护层。8.如权利要求7的方法，其中，形成保护层的方法包括低温沉积、旋涂、丝网印刷、喷涂O9.如权利要求1的方法，其中，衬底包括S1、SO1、Ge、GeO1、SiGe,InP、InGaAs, GaAs,GaN, InSb ;前驱物包括:Ge、Sn、In、Ga、S1、As、P、N、Sb ;高迁移率材料层包括:GeSn、SiGeSn、InGeSn、GaGeSnΛ InGaAs010.一种半导体器件制造方法，包括: 在绝缘衬底上形成缓冲层； 采用权利要求1至9任一项的方法，在缓冲层上形成第一高迁移率材料层； 采用权利要求1至9任一项的方法，在第一高迁移率材料层上形成第二高迁移率材料层； 在第一和第二高迁移率材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小龙，殷华湘，付作振，
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：