一种锗基cmos的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种锗基CMOS的制备流程。
【背景技术】
[0002]随着硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管(M0SFET)几何尺寸缩小到纳米尺度，传统通过缩小器件尺寸提升性能和集成度的方法正面临物理和技术的双重极限考验。为了进一步提高器件性能，有效方法之一是引入高迀移率沟道材料。由于同时具有较高的电子和空穴迀移率(室温(300K)下，锗沟道的电子迀移率是硅的2.4倍，空穴迀移率是硅的4倍)，锗材料以及锗基器件成为一种选择。
[0003]但是目前锗基CMOS性能还无法满足高性的要求，主要原因是CMOS中难以同时实现高的电子与空穴迀移率，尤其是电子迀移率。对于锗基M0S器件，通常采用高K材料作为栅介质，但是将高K材料直接淀积在锗衬底上，锗衬底会在高K淀积过程中及后续的热工艺中被氧化，形成热稳定性差的GeOx (x<2)，导致器件性能退化，故需要对衬底表面钝化处理，抑制淀积栅介质及其后的热过程中的性能退化。从提高迀移率的角度来看，NMOSFETs与PMOSFETs需要不同的钝化方法。目前报到的钝化方法有氮钝化，GeOji化层，Si钝化层，稀土氧化物钝化层等。但是，单纯使用以上的钝化方法中的一种无法实现同时提高锗基CMOS器件中电子与空穴迀移率。已有报道称氮钝化有利于提高电子迀移率，而Ge02钝化层有利于空穴迁移率的提尚。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种适用于锗基CMOS的制备流程，对NMOSFETs与PMOSFETs分别采用氮钝化与氮钝化，同时实现锗基CMOS器件中电子与空穴迀移率的提高。
[0005]本发明的具体技术方案如下:
[0006]一种锗基CMOS的制备方法，包括如下步骤:
[0007]1)锗基衬底上阱的制备，即N阱和P阱:
[0008]1-1)对锗基衬底进行清洗，在锗基衬底上淀积注入掩蔽层；
[0009]1-2)注入所需的杂质并激活；
[0010]1-3)去除注入掩蔽层；
[0011]2)隔离结构形成:
[0012]2-1)场区隔离槽形成；
[0013]2-2)场区氧化物淀积；
[0014]3) PM0S器件结构形成:
[0015]3-DPM0S器件有源区开孔，用牺牲氧化的方法改善衬底表面粗糙度；
[0016]3-2) GeOx (其中 0〈x < 2)钝化层形成；
[0017]3-3)淀积栅介质；
[0018]3-4)淀积栅电极；
[0019]4)淀积保护层Si02;
[0020]5)去除NM0S器件区域上方的Si02&栅金属；
[0021 ] 6) NM0S器件结构形成:
[0022]6-1) NM0S器件有源区开孔，用牺牲氧化的方法改善衬底表面粗糙度；
[0023]6-2)氮钝化形成；
[0024]6-3)淀积栅电极；
[0025]6-4)淀积栅金属；
[0026]6-5)光刻保护NM0S器件区域的栅金属，去除其余区域栅电极，及下方的保护层Si02；
[0027]7)图形化栅电极形成:
[0028]8)源、漏及接触形成:
[0029]8-1)形成侧墙结构；
[0030]8-2)源、漏注入及激活；
[0031]8-3)隔离层淀积、开孔、淀积接触金属。
[0032]步骤1-1)中，锗基衬底可以是体Ge衬底、娃上外延锗(Germanium-on-silicon)衬底或GeOI (Germanium on Insulator)衬底等。对于所述锗基衬底掺杂情况，掺杂浓度<1 X 15cm 3;，对锗基衬底表面进行清洗，去除表面沾污和自然氧化层，再淀积注入掩蔽层。注入掩蔽层材料可以是Si02、Al203或Y 203等，其厚度为5?20nm。掩蔽层材料淀积方法有ALD、PVD、MBE、PLD、M0CVD、PECVD 或 ICPCVD 等。
[0033]步骤1-2)中，对于P阱的制备，通常注入硼离子；对于N阱的制备，通常注入磷离子；注入剂量与能量根据需要的阱的深度与浓度而定。对于硼，注入剂量为5X 101°?lX1014cm2，注入能量为30keV?120keV ;对于磷，注入剂量为5X1010?1X10 14cm2，注入能量为50keV?180keV。注入所需的杂质时，采用两次注入的方法:一次高能量注入，使杂质注入到衬底中的较深区域；一次低能量注入，使杂质注入到接近衬底表面的区域。一般采用具有一定倾斜角度的注入，一般是7°注入。对于阱中杂质的激活，在队气氛进行500°C 60s的退火。
[0034]步骤1-3)中，用稀释的HF去掉注入的掩蔽层，其中稀释HF，HF:H20 = 1:30。
[0035]步骤2-1)中，场区隔离槽形成包括光刻定义隔离槽图形，刻蚀形成300?500nm深的槽。
[0036]步骤2-2)中，淀积400?500nm的场区氧化物，比如Si02，A1203，Y203等，淀积的方法有PVD、PLD、PECVD或ICPCVD等，但不局限于上述淀积方法。
[0037]步骤3-1)中，光刻定义PM0S器件有源区，去除有源区上方的场区氧化物。用牺牲氧化的方法改善衬底表面粗糙度，具体方法如下:先将衬底浸泡在浓度为30%的H202中30s，用去离子水冲lmin，再将衬底浸泡在浓度为36%的HC1中lmin，用去离子水冲lmin ;如此重复3?4个周期。
[0038]步骤3-2)中，GeOx(其中0〈x ^ 2)钝化层的形成，可以采用热氧化、氧等离子体氧化、臭氧氧化的方法，也可以采用淀积的方法。最终形成6602的厚度为0.5?2nm。
[0039]步骤3-3)中，淀积的栅介质材料有:Al203、Y203、Hf02、Zr02、La203等，但不局限于上述介质材料。淀积的方法有ALD、MBE、PLD、M0CVD等，但不局限于上述淀积方法。淀积栅介质的厚度为1.5?5nm。
[0040]步骤3-4)中，栅电极可以采用多晶硅栅、金属栅或者FUSI栅等。淀积的方法有ALD、PVD、PLD、MOCVD、PECVD或LPCVD等，但不局限于上述淀积方法。
[0041]步骤4)中，保护层3丨02的厚度为10?20nm，淀积的方法有PVD、PLD、PECVD或ICPCVD 等。
[0042]步骤5)中，图形定义NM0S器件区域，去除该区域的Si02及栅金属。
[0043]步骤6-1)中，光刻定义NM0S器件有源区，去除有源区上方的场区氧化物。用牺牲氧化的方法改善衬底表面粗糙度，具体方法如下:先将衬底浸泡在浓度为30%的H202中30s，用去离子水冲lmin，再将衬底浸泡在浓度为36%的HC1中lmin，用去离子水冲lmin ;如此重复3?4个周期。
[0044]步骤6-2)中，氮钝化形成，可以采用NH3热退火或氮等离子体处理的方法。
[0045]步骤6-3)中，淀积的栅介质材料有:Al203、Y203、Hf02、Zr02、La203等，但不局限于上述介质材料。淀积的方法有ALD、MBE、PLD、M0CVD等，但不局限于上述淀积方法。淀积栅介质的厚度为1.5?5nm。
[0046]步骤6-4)中，栅电极可以采用多晶硅栅、金属栅或者FUSI栅等。淀积的方法有ALD、PVD、PLD、MOCVD、PECVD或LPCVD等，但不局限于上述淀积方法。
[0047]步骤6-5)中，光刻保护NM0S器件区域的栅电极，刻蚀去除其他区域的栅电极，接着用稀释的HF去除保护层Si02。
[0048]步骤7)中，光刻定义栅电极图形，并刻蚀。
[0049]步骤8-1)在栅极两侧形成侧墙。侧墙可以通过淀积Si02S 31\并且刻蚀形成侧墙，也可以采用先3102再SiN x的双侧墙。
[0050]步骤8-2)源、漏注入的剂量，对于PMOSFETs，B的注入的剂量为5E14?5E15cm 2，注入能量为10?20keV ;对于NMOSFETs，P的注入的剂量为5E14?5E15cm 2，注入能量为20?50keV。对于源、漏杂质的激活，在队气氛进行500°C 60s的退火。
[0051]本发明优点如下:
[0052]利用不同的钝化方法处理CMOS中的NMOSFETs与PMOSFETs，PMOSFETs中使用有利于空穴迀移率提高的GeOx(其中0〈x ( 2)钝化层，而NMOSFETs中使用有利于电子迀移率提高的氮钝化，同时实现两种载流子迀移率的提高。另外，工艺完成与常规的锗工艺兼容，易于实现。
【附图说明】
[0053]图1为本发明所述方法的流程图。
[0054]图2所不为实施例对错基CMOS制备方法不意图；
[0055]图中:1一锗衬底；2—Al203；3一P讲；4一N讲；5—制备讲的锗衬底；6—制备隔尚槽的锗衬底；7—场区隔离的 Si02;8—GeOx (其中 0〈x 彡 2) ;9—A1 203; 10—TiN x; 11—S1 2;12—Ge0xNy；13—A1 203; 14—TiN x; 15—S1 2;16—侧墙 Si02;17—B 掺杂区；18—P 掺杂区；19一隔尚介质Si02。
【具体实施方式】
[0056]以下结合附图，通过具体的实施例对本发明所述的方法做进一步描述。
[0057]1)对锗衬底进行清洗，并清除表面氧化层，如图2 (a)所示；
[0058]2)在经过清洗的锗衬底上淀积一层的注入掩蔽层，淀积的材料可以为Si02，A1203，Y203等材料，淀积的方法有ALD，PVD, MBE, PLD, MOCVD, PECVD, ICPCVD等，淀积厚度为5?20nm ;本实施例优选用ALD淀积10nm的A1203，如图2 (b)所示；
[0059]3)注入所需的杂质，制备P阱，注入硼⑶离子；制备N阱，注入磷⑵离子；注入剂量与能量根据需要的阱的深度与浓度而定。对于P阱，光刻定义P阱区域，注入硼(B)，注入剂量为5 X 101°?1X10 14cm2，注入能量一般为30keV?120keV ;对于N阱，光刻定义N阱区域，注入磷(P)，注入剂量为5 X 101°?1X10 14cm 2，注入能量一般为50keV?180keV ；一般可采用两次注入的方法，一次高能量注入，使杂质注入到衬底中的较深处，一次低能量注入，使杂质注入到接近衬底表面的区域。对于