应变Ge倒梯形栅PMOS器件及制备方法
【专利说明】应变Ge倒梯形栅PMOS器件及制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件及制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]自从20世纪60年代出现了硅集成电路后，一个通用的电子电路可以制作在面积很小的单晶硅片上，实现了电子电路的微小型化；随着对集成电路需求的增长和研究工作的深入，又出现了单片集成系统和子系统，逐渐形成了研究在固体(主要在半导体)材料上构成微小型化电子电路、系统及子系统的电子学分支学科，即微电子学。微电子学是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多种学科和超净、超纯、超精细加工技术基础上发展起来的一门新兴学科，也是一门极为活跃的学科，正在不断生长新的学科分支，构成一系列新的学科群，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。微电子学主要研究半导体器件物理与固体物理，电子材料与固体电子器件，超大规模集成电路(ULSI)的设计与制造技术，微电子系统与微机械以及计算机辅助设计制造等。将光电子和微电子结合起来构成了集成光电子学(0EIC);机械材料力学和微电子结合出现了微电子机械学(MEMS);进入纳米领域后又新生长出量子电子学等等。这些新的学科分支及新的技术不仅有大量学术研究价值而且都具有广阔的应用前景，受到各国学术界、工业界的普遍重视，纷纷投入大量人力、物力发展新学科，开发新技术。微电子学的发展具有广阔的前景。微电子学是21世纪电子科学技术与信息科学技术的先导和基础。
[0005]对半导体产业发展产生巨大影响的“摩尔定律”之处:集成电路芯片上的晶体管数目，约每18个月翻一番，性能也翻一番。40多年来，世界半导体产业始终按照这条定律不断地发展。但是，随着器件特征尺寸的不断减小，尤其是进入纳米尺寸之后，微电子技术的发展越来越逼近材料、技术和器件的极限，面临着巨大的挑战。当器件特征尺寸缩小到65nm以后，纳米尺寸器件中的短沟效应、强场效应、量子效应、寄生参量的影响，工艺参数误差等问题对器件泄露电流、压阈特性、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。
[0006]为了解决上述问题，新材料、新技术和新工艺被应用，但效果并不十分理想。比如:隧穿一.极管虽然电流开关比很尚，但制作成本尚，开态电流小；石墨稀材料载流子具有极尚的迀移率，但禁带宽度过小的问题一直没有很好的得以解决。FinFET器件可以有效减小泄露电流，但是工艺复杂且器件电学提升效果有限。因此，如何制作一种高性能的PM0S器件就变得及其重要。
[0007]
【发明内容】
[0008]因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件及制备方法。
[0009]具体地，本发明实施例提出的一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件及制备方法的制备方法，包括:
(a)选取SOI衬底;
(b)在所述SOI衬底上形成N型应变Ge层形成PM0S有源区；
(c)在所述PM0S有源区表面光刻形成PM0S栅极区图形，利用粒子束刻蚀工艺在所述PM0S有源区形成双梯形凹槽；
(d)在所述PM0S有源区表面形成PM0S栅介质材料；
(e)刻蚀所述PMOS有源区表面指定位置处的所述栅介质材料，并向所述PMOS有源区注入P型离子形成PM0S源漏区；
(f)在所述双梯形凹槽上方淀积金属以形成PM0S栅极；
(g)金属化处理，并光刻漏极引线、源极引线和栅极引线，最终形成应变Ge倒梯形栅PM0S器件。
[0010]此外，本发明另一实施例提出的一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件，由上述实施例的应变Ge倒梯形栅PM0S器件的制备方法制得。
[0011 ] 综上所述，本实施例的制备方法具有如下优点:
1.本发明制备的PM0S器件的梯形栅可以等效为无穷多个小台阶的堆积，根据电流集边效应，台阶处的电流密度会增大，从而降低了沟道处的电流密度，以使PM0S器件获得较高的击穿电压；
2.由于栅极结构不是平面结构，栅电容不再是传统的平板电容，增加了器件的栅控能力，增大PM0S器件在关态时的击穿电压，增加了 PM0S器件的可靠性；
3.本发明利用的沟道材料为应变Ge材料，相对于传统Si材料载流子迀移率提高了数倍，从而提高了 PM0S器件的电流驱动与频率特性；
4.由于本发明所提出的工艺方法与现有Si集成电路加工工艺兼容，因此，可以在不用追加任何资金和设备投入的情况下，制备出应变Ge沟道PM0S器件与集成电路，可实现了国内集成电路加工能力的大幅提升。
[0012]通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
[0013]
【附图说明】
[0014]下面将结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0015]图1为本发明实施例的一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件的制备方法流程图；
图2a-图21为本发明实施例的一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件的制备方法示意图；以及图3为本发明实施例的一种应变Ge倒梯形栅PMOS器件的器件结构示意图。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0018]实施例一
请参加图1，图1为本发明实施例的一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件的制备方法流程图，该制备方法包括如下步骤:
(a)选取SOI衬底;
(b)在所述SOI衬底上形成N型应变Ge层形成PM0S有源区；
(c)在所述PM0S有源区表面光刻形成PM0S栅极区图形，利用粒子束刻蚀工艺在所述PM0S有源区形成双梯形凹槽；
(d)在所述PM0S有源区表面形成PM0S栅介质材料；
(e)刻蚀所述PMOS有源区表面指定位置处的所述栅介质材料，并向所述PMOS有源区注入P型离子形成PM0S源漏区；
(f)在所述双梯形凹槽上方淀积金属以形成PM0S栅极；
(g)金属化处理，并光刻漏极引线、源极引线和栅极引线，最终形成应变Ge倒梯形栅PM0S器件。
[0019]具体地，在步骤(b)之前，还包括:
(xl)在所述SOI衬底上形成SiGe外延层；
(x2)在所述SiGe外延层上形成本征Si层；
(x3)对所述S0I衬底、所述SiGe外延层和所述本征Si层采用干氧氧化工艺进行氧化，并退火处理，形成浓缩SiGe层。
[0020]相应地，步骤(b)包括:
(bl)在所述浓缩SiGe层上形成所述P型应变Ge层；
(b2)在所述N型应变Ge层上形成应变Si帽层。
[0021]具体地，步骤(c)包括:
(cl)在所述PM0S有源区表面形成第一阻挡层；
(c2)在所述第一阻挡层表面光刻形成所述PM0S栅极区图形，在所述PM0S栅极区图形区域利用粒子束刻蚀工艺形成所述第一双梯形凹槽；
(c3)去除所述第一阻挡层。
[0022]其中，所述粒子束刻蚀工艺条件为:采用氩(Ar)粒子作为粒子束，固定束流为50mA，偏置条件为400~700V。
[0023]具体地，步骤(e)包括:
(el)在所述PM0S有源区表面形成第二阻挡层；
(e2)在所述PM0S有源区表面光刻形成PM0S源漏区图形，利用刻蚀工艺刻蚀所述PM0S源漏区表面的所述第二阻挡层及所述栅介质材料；
(e3)采用带胶离子注入工艺向所述PM0S源漏区表面注入P型离子，形成所述PM0S源漏区；
(e4)去除光刻胶及所述第二阻挡层。
[0024]具体地，步骤(f)包括:
(fl)在所述PMOS有源区表面形成第三阻挡层；
(f2)在所述双梯形凹槽上方利用刻蚀工艺刻蚀所述第三阻挡层以形成PM0S栅极窗
P ;
(f3)利用化学气相沉积工艺，在所述PM0S栅极窗口处淀积金属以形成所述PM0S栅极；
(f4)去除所述第三阻挡层。
[0025]本实施例中，通过上述工艺步骤制备的应变Ge倒梯形栅PM0S器件具备如下优占.1.本发明制备的PM0S器件的梯形栅可以等效为无穷多个小台阶的堆积，根据电流集边效应，台阶处的电流密度会增大，从而降低了沟道处的电流密度，以使PM0S器件获得较高的击穿电压；
2.由于栅极结构不是平面结构，栅电容不再是传统的平板电容，增加了器件的栅控能力，增大PM0S器件在关态时的击穿电压，增加了 PM0S器件的可靠性；
3.本发明利用的沟道材料为应变Ge材料，相对于传统Si材料载流子迀移率提高了数倍，从而提高了 PM0S器件的电流驱动与频率特性；
4.由于本发明所提出的工艺方法与现有Si集成电路加工工艺兼容，因此，可以在不用追加任何资金和设备投入的情况下，制备出应变Ge沟道PM0S器件与集成电路，可实现了国内集成电路加工能力的大幅提升。
[0026]另外，需要说明的是，本实施例中，第一、第二、第三等只是为了便于清楚描述而设置。即可以理解的是，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。
[0027]实施例二
请参见图2a-图21，图2a-图21为本发明实施例的一种应变Ge倒梯形栅PM0S器件的制备方法示意图，在上述实施例一的基础上，以制备导电沟道为50nm的应变锗(Ge)沟道倒梯形栅高压PM0S器件为例进行详细说明，具体步骤如下:
S101、衬底选取。如图2&所示，选取掺杂为1父10160113~3\10160113顶层硅(Si)厚度为20~30nm，氧化层厚度为150~200nm的绝缘衬底上的娃(Silicon-On-1nsulator,简称SOI)衬底片201为初始材料。
[0028]S102、外延层生长。如图213所示，利用超高真