一种硅基锗沟道MOS器件的制作方法与流程

本发明属于集成电路工艺制造技术领域，具体涉及一种硅基锗沟道MOS器件的制作方法。

背景技术：

随着硅基CMOS技术的不断进步，通过缩小特征尺寸MOS器件的特性得以不断提升。但是在7纳米技术节点以后，硅基半导体面临诸多挑战：迁移率退化、源漏穿通漏电、热载流子效应等等。其中迁移率退化是影响集成电路速度提升的主要难点。为此，新型的沟道材料和器件结构被认为是推进硅基MOS器件继续提升性能的关键。锗材料的电子迁移率和空穴迁移率都优于硅，与硅基半导体工艺兼容性好，从而被广泛关注。但是，新型沟道材料与器件结构只有集成到硅基半导体上，才能实现其最大的优势，实现硅基鳍状结构锗沟道MOSFET器件成为一种重要的研究方向和工业应用方向。但是硅基锗MOS器件的集成技术并不成熟，结构仍需不断优化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硅基锗沟道MOS器件从而实现锗MOS器件的硅基集成，主要采用侧墙工艺将硅基半导体上的槽的宽度缩小至30纳米以下，在高深宽比的硅槽内，采用超高真空化学汽相沉积的方法沉积硅锗半导体和高质量锗材料层，并制备栅介质和栅金属，实现锗沟道MOS器件。

技术方案

本发明提出的硅基锗沟道MOS器件的制作方法，其具体步骤如下：

(1)准备一硅基半导体作为基片(101)；

(2)在硅基半导体基片上以光刻胶为掩膜，采用干法刻蚀的方法制作以100纳米宽的槽状结构；

(3)在该硅槽中制作SiNx侧墙(102)；

(4)在该硅槽的SiNx侧墙上制作SiO2侧墙(103)；

(5)在该硅槽中采用超高真空化学汽相沉积的方法生长硅锗缓冲层(104)；

(6)在硅锗缓冲层上生长高质量的锗沟道层(105)；

(7)在锗沟道层上制作栅介质层(106)；

(8)在栅介质层上制作栅金属层(107)。

在本方案的步骤(2)中硅槽的深度为300纳米。

在本方案的步骤(3)中SiNx侧墙的厚度为20纳米。

在本方案的步骤(4)中SiO2侧墙的厚度为20纳米。

在本方案的步骤(5)中生长的硅锗缓冲层的厚度为150纳米。

在本方案的步骤(6)中锗沟道层的厚度为50纳米。

在本方案的步骤(7)中栅介质为三氧化二铝高K介质，厚度为2纳米；

在本方案的步骤(8)中栅金属为铝金属，厚度为200纳米。

有益效果

由于本发明采用硅槽内制作侧墙的工艺方法缩小锗沟道尺寸，并采用高深宽比的槽内外延生长技术，使得本发明在栅长缩小工艺上的光刻成本更低，锗材料外延质量更高。实现的硅基锗沟道MOS器件足以满足15纳米技术节点以后的硅基CMOS技术要求。

附图说明：

图1-图8为硅基锗MOS器件的制作工艺流程示意图，图8为最后形成的器件的侧视图。

图中标号：101为硅衬底，102为SiNx侧墙，103为SiO2侧墙，104为硅锗缓冲层，105为锗沟道层，106为栅介质层，107为栅金属层。

具体实施例

下面结合附图1-8，通过具体实施方法对本发明进行说明：

步骤(1):准备一8寸(100)晶向的硅片作为基片，进行丙酮、乙醇、去离子水三步常规清洗。

步骤(2):采用电子束光刻胶ZEP520为掩膜，电子束曝光出100纳米宽的电子束胶线条，并采用ICP刻蚀的方法刻蚀硅槽，刻蚀气体为SF₆,气流量为30sccm，射频功率为30瓦，ICP功率为180瓦。刻蚀时间为6-8分钟，去胶清洗。

步骤(3):采用PECVD的方法在硅槽内生长30纳米厚度的SiNx介质，然后采用ICP刻蚀的方法刻蚀SiNx介质,在槽内壁侧墙上形成20纳米厚度SiNx侧墙。

步骤(4)采用PECVD的方法在硅槽内生长30纳米厚度的SiO2介质，然后采用ICP刻蚀的方法刻蚀SiO2介质,在槽内壁侧墙上形成20纳米厚度SiO2侧墙。

步骤(5)在该硅槽中采用超高真空化学汽相沉积的方法生长150纳米厚度的硅锗缓冲层(104)；

步骤(6)在硅锗缓冲层上生长50纳米厚的高质量锗沟道层(105)；

步骤(7)在锗沟道层上采用原子层沉积的方法生长2纳米氧化铝栅介质层(106)；

步骤(8)在栅介质层上采用电子束蒸发的方式制作200纳米厚的铝栅金属层(107)。