专利名称：一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及制备方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及制备方法。
背景技术：
1958年出现的集成电路是20世纪最具影响的发明之一。基于这项发明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。在信息技术高度发展的当代，以集成电路为代表的微电子技术是信息技术的关键。集成电路作为人类历史上发展最快、影响最大、应用最广泛的技术，其已成为衡量一个国家科学技术水平、综合国力和国防力量的重要标志。对于整机系统中集成电路的数量更是其系统先进性的直接表征。而现在，电路规模已由最初的小规模发展到现在的甚大规模。由于对集成度，功耗，面积，速度等各因素的综合考虑，CMOS得到了广泛的应用。CMOS集成电路的一个重要性能指标，是空穴和电子的迁移率。要提高PMOS器件和NMOS器件两者的性能，这两种载流子的迁移率都应当尽可能地高。CMOS电路的总体性能同样取决于NMOS器件和PMOS器件的性能，从而，取决于空穴和电子的迁移率。众所周知的是，在半导体材料上施加应力，例如在半导体材料硅上施加应力，会改变电子和空穴的迁移率，从而，会改变半导体材料上所形成的NMOS器件和PMOS器件的性能。迁移率的提高会导致性能的提高。但电子和空穴并不总是对同种应力做出相同的反应。同时，在相同的晶面上制备NMOS器件和PMOS器件，他们的迁移率并不能同时达到最优。为此，要在不降低一种类型器件的载流子的迁移率的情况下，提高另一种类型器件的载流子的迁移率，本专利提出一种利用硅材料的选择性加应力技术制备CMOS，即混合晶面应变CMOS集成器件的制备。
发明内容
本发明的目的在于利用在一个SOI衬底片上制备应变Si垂直沟道PMOS器件、应变Si平面沟道NMOS器件和SOI SiGe HBT器件，构成基于回型沟道工艺的混合晶面SOIBiCMOS集成器件及电路，以实现器件与集成电路性能的最优化。本发明的目的在于提供一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件，所述双应变平面BiCMOS器件采用SOI SiGe HBT器件，应变Si平面沟道NMOS器件和应变Si垂直沟道PMOS器件。进一步、NMOS器件导电沟道为应变Si材料，沿沟道方向为张应变。进一步、PMOS器件应变Si沟道为垂直沟道，沿沟道方向为压应变，并且为回型结构。
进一步、NMOS器件制备在晶面为(100)的SOI衬底上，PMOS器件制备在晶面为
(110)的衬底上。进一步、SiGe HBT器件的基区为应变SiGe材料。本发明的目的在于提供一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件的制备方法，包括如下步骤第一步、选取两片Si片，一块是N型掺杂浓度为I 5X IO15CnT3的Si (110)衬底片，作为下层的基体材料，另一块是P型掺杂浓度为I 5X IO15CnT3的Si (100)衬底片，作为上层的基体材料；对两片Si片表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 1 ym，采用化学机械抛光(CMP)工艺对两个氧化层表面进行抛光；第二步、对上层基体材料中注入氢，并将两片Si片氧化层相对置于超高真空环境中在350 480°C的温度下实现键合；将键合后的Si片温度升高100 200°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留IOOlOOnm的Si材料，·并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI衬底；第三步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在衬底上生长一层厚度为I. 8 2. 6 ii m的N型Si外延层，作为集电区，该层掺杂浓度为I X IO16 I X 1017cm_3 ；第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在衬底上生长一层厚度为2(T60nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15 25%，掺杂浓度为5 X IO18 5 X IO19CnT3 ；第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在衬底上生长一层厚度为100 200nm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为I X IO17 5 X IO17cnT3 ；第六步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为IOOlOOnm的SiN层；光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5 u m的深槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在深槽内填充SiO2 ；第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为100 200鹽的SiN层；光刻集电区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为18(T300nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ;第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为100 200鹽的SiN层；光刻基区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为105 205nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ;第九步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为30(T500nm的SiO2层；光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19 I X IO20Cm^3,形成集电极接触区域；第十步、光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为IX IO19 IX 102°cm_3，形成基极接触区域；光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为IXlO19 lX102°cnT3，形成发射极接触区域；并对衬底在950 1100°C温度下，退火15 120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT器件；
第^^一步、光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀工艺，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为5 6 ii m的深槽。利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 750°C，在PMOS器件有源区(即深槽)沿(I 10)晶面选择性外延生长七层材料第一层是厚度为2. 2 2. 4 y m的P型Si缓冲层，掺杂浓度为I 5 X IO15CnT3 ;第二层是厚度为2. 4 2. 7 ii m的P型SiGe渐变层，底部Ge组分是0%，顶部Ge组分是15 25%，掺杂浓度为I 5 X IO18CnT3 ;第三层是Ge组分为15 25%，厚度为200 400nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO19 I X IO20Cm-3,作为PMOS器件的漏区；第四层是厚度为3 5nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I 5X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD);第五层是厚度为22 45nm的N型应变Si层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X IO17CnT3，作为PMOS器件的沟道；第六层是厚度为3 5nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I 5X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD);第七层是Ge组分为15 25%,厚度为200 400nm的P型SiGe，掺杂浓度为5 X IO19 I X IO20Cm-3,作为PMOS器件的有源区；第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ;光刻NMOS器件有源区，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为1.8 2. 7iim的深槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 750°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面选择性外延生长四层材料第一层是厚度为200 400nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度为I 5X 1015cm_3 ；·第二层是厚度为I. 4 I. 9 ii m的P型SiGe渐变层，底部Ge组分是0%，顶部Ge组分是15 25%，掺杂浓度为I 5 X IO15CnT3 ;第三层是Ge组分为15 25%，厚度为200 400nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X IO17CnT3 ;第四层是厚度为10 15nm的P型应变Si层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X IO17CnT3作为NMOS器件的沟道；第十三步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积一 SiO2层；光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀工艺，在该区域刻蚀出深度为0. 3 0. 5iim的浅槽；再利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2，形成浅槽隔离；第十四步、光刻漏沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为0. 4 0. 7 ii m漏沟槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I 5 X 102°cm_3的P型Poly-Si，将PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si，形成漏连接区；第十五步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积一 SiO2层；光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为0. 4
0.7um栅沟槽；利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300 400°C，在衬底表面淀积厚度为6 IOnm的高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为I 5 X 102°cm_3的P型Poly-SiGe，Ge组分为10 30%，将PMOS器件栅沟槽填满；光刻栅介质和栅Poly-SiGe，形成栅极和源极，最终形成PMOS器件结构；第十六步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积一SiO2层；光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300 400°C，在NMOS器件有源区淀积厚度为6 IOnm的高介电常数的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质层；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在NMOS器件有源区淀积厚度为200 300nm的P型Poly-SiGe，掺杂浓度为I 5 X IO2W3, Ge组分为10 30%，光刻栅介质和栅Poly-SiGe，形成栅极；利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)，掺杂浓度均为I 5X IO18CnT3 ；第十七步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在整个衬底淀积一厚度为3 5nm的SiO2层，利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉表面的SiO2,形成NMOS器件栅极侧墙，利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS器件的源区和漏区，并快速热退火，使NMOS器件源区和漏区的掺杂浓度达到I 5X102°cm_3 ；第十八步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积一3;102层；光刻引线窗口，在整个衬底上派射一层金属镍(Ni),合金，自对准形成金属娃化物，清洗表面多余的金属，形成金属接触；光刻引线，构成MOS导电沟道为22 45nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件。 进一步、该制备方法中应变Si CMOS器件制造过程中所涉及的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定，最高温度小于等于800°C。进一步、基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定，取20 60nm。本发明的另一目的在于提供一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOIBiCMOS集成电路的制备方法，包括如下步骤步骤1，SOI衬底材料制备的实现方法为(Ia)选取N型掺杂浓度为IXlO15Cnr3的Si片，晶面为(110)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 ym，作为下层的基体材料，并在该基体材料中注入氢；(Ib)选取P型掺杂浓度为lX1015cm_3的Si片，晶面为(100)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 i! m，作为上层的基体材料；(Ic)采用化学机械抛光(CMP)工艺，分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理；( Id)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴，置于超高真空环境中在350°C温度下实现键合；(Ie)将键合后的基片温度升高200°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留IOOnm的Si材料，并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI结构；步骤2，外延材料制备的实现方法为(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在上层Si材料上生长一层厚度为I. 8 iim的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为IXlO16cnT3;(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15%，掺杂浓度为5 X IO18CnT3 ；(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为IOOnm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为I X IO17CnT3 ；步骤3，器件深槽隔离制备的实现方法为(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(3c)光刻器件间深槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为5pm的深槽；(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离；步骤4，集电极浅槽隔离制备的实现方法为(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；
·
(4d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为ISOnm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离；步骤5，基极浅槽隔离制备的实现方法为(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(5d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽；(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离；步骤6，SiGe HBT形成的实现方法为(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(6c)光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成集电极；(6d)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成基极；(6e)光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成发射极；(6f)对衬底在950°C温度下，退火120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT ；步骤7，PMOS器件有源区外延材料制备的实现方法为(7a)光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为5um的深槽；(7b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在深槽中沿(110)晶面选择性生长一层厚度为2. 2 ii m的P型Si缓冲层，掺杂浓度I X IO15CnT3 ；
(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为2. m的P型SiGe层，Ge组分底部为0%，上层为25%的梯度分布，掺杂浓度为IXlO1W3 ；(7d)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为25%，厚度为200nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5X 1019cm_3，作为PMOS器件的漏区；(7e)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在P型SiGe层上选择性生长一层厚度为3nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在P型应变Si层上选择性生长一层厚度为22nm的N型应变Si层，作为PMOS器件沟道区，掺杂浓度为5 X IO16CnT3 ；(7g)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在N型应变Si层上选择性生长一层 厚度为3nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7h)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在应变Si层上选择性生长一层厚度为200nm的Ge组分固定为25%的P型应变SiGe层，作为PMOS器件源区，掺杂浓度为5X 1019cm_3，形成PMOS器件有源区；步骤8，NMOS器件有源区材料制备的实现方法为(8a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(8b)光刻NMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为
I.8iim的深槽；(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面选择性生长一层厚度为200nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度I X IO15CnT3 ；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为I. 4iim的P型SiGe层，Ge组分梯度分布，底部为0%，顶部为25%，掺杂浓度为I X IO15Cm 3 ；(8e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为25%，厚度为200nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16cnT3 ；(8f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上生长一层厚度为IOnm的P型应变Si层，NMOS器件沟道区，掺杂浓度为5X 1016cm_3，形成NMOS器件有源区；步骤9，PMOS器件隔离和漏沟槽制备的实现方法为(9a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(9b)光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件源漏隔离区刻蚀出深度为0.3 iim的浅槽；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成源漏浅槽隔离；(9d)光刻漏沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为0. 4u m漏沟槽；(9e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X 102°cm_3的P型Poly-SiJf PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si,形成漏连接区；步骤10，PMOS器件形成的实现方法为
(10a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(IOb)光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为
0.4um栅沟槽；(IOc)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在衬底表面淀积高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层，厚度为6nm ；(IOd)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 °C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为I X IO2ciCnT3的P型Poly-SiGe，Ge组分为30%，将PMOS器件栅沟槽填满；(IOe)刻栅介质和栅Poly-SiGe,在栅沟槽中形成PMOS器件栅极和源极,最终形成PMOS器件；步骤11，NMOS器件形成的实现方法为
·
(Ila)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(Ilb)光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层厚度为6nm的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质；(Ilc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在栅介质层上淀积一层Ploy-SiGe层，Ge组分为30%，厚度为200nm，掺杂浓度为I X 102°cnT3 ；(Ild)光刻栅介质和栅Poly-SiGe,形成栅极；(IIe)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)，掺杂浓度均为I X IO18CnT3 ；(Ilf)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层3nm的SiO2层，利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉表面的SiO2层，在Ploy-SiGe侧壁保留下SiO2形成栅侧墙；(Ilg)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS器件的源区和漏区，并快速热退火，使NMOS器件有源区的掺杂浓度达到I X IO20Cm-3,最终形成NMOS器件；步骤12，构成BiCMOS集成电路的实现方法为(12a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(12b)光刻引线孔；(12c)在衬底表面派射一层金属镍(Ni),合金；(12d)光刻引线，MOS器件漏极、源极、栅极和SiGe HBT器件发射极、基极、集电极金属引线，，构成MOS导电沟道为22nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路。本发明具有如下优点:I.本发明制造的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI 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
巳
升；2.本发明制造的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件结构中的CMOS结构，充分利用了应变Si材料应力的各相异性，在水平方向引入张应变，提高了 NMOS器件电子迁移率；在垂直方向引入压应变，提高了 PMOS器件空穴迁移率。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.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件采用了混合晶面衬底技术，即在同一个衬底片上分布有(100)和(110)这两种晶面，在(110)晶面上对于应变Si PMOS器件是压应变，其空穴的迁移率高于体Si材料，而在(100)晶面上对于应变Si NMOS器件是张应变，其电子的迁移率也高于体Si材料，因此，该器件频率与电流驱动能力等电学性能高于同尺寸的体Si CMOS器件；4.本发明的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件制备过程中，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器件的沟道长度即为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；5.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件结构中PMOS器件的沟道为回型，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；6.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件中的CMOS结构，MOS器件采用了高K值的HfO2作为栅介质，提高了 MOS器件的栅控能力，增强了 CMOS器件的电学性能；7.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI 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；8.本发明制备应变Si垂直沟道CMOS器件是在HBT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。
图I是本发明提供的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路制备方法的实现流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供了一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件，所述双应变平面BiCMOS器件采用SOI SiGe HBT器件，应变Si平面沟道NMOS器件和应变Si垂直沟道PMOS器件。作为本发明实施例的一优化方案，NMOS器件导电沟道为应变Si材料，沿沟道方向为张应变。作为本发明实施例的一优化方案，CMOS器件中PMOS器件应变Si沟道为垂直沟道，沿沟道方向为压应变，并且为回型结构。作为本发明实施例的一优化方案，NMOS器件制备在晶面为(100)的SOI衬底上，PMOS器件制备在晶面为(110)的衬底上。作为本发明实施例的一优化方案，SiGe HBT器件的基区为应变SiGe材料。以下参照附图1，对本发明制备基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路的工艺流程作进一步详细描述。实施例I :制备沟道长度为22nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOIBiCMOS集成器件及电路，具体步骤如下步骤1，SOI衬底材料制备。(Ia)选取N型掺杂浓度为lX1015cm_3的Si片，晶面为(110)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 ym，作为下层的基体材料，并在该基体材料中注入氢；
(Ib)选取P型掺杂浓度为I X IO15CnT3的Si片，晶面为(100)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 m，作为上层的基体材料；(Ic)采用化学机械抛光(CMP)工艺，分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理；( Id)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴，置于超高真空环境中在350°C温度下实现键合；(Ie)将键合后的基片温度升高200°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留IOOnm的Si材料，并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI结构。步骤2，外延材料制备。(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在上层Si材料上生长一层厚度为I. 8iim的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为IXlO16cnT3;(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15%，掺杂浓度为5 X IO18CnT3 ；(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为IOOnm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为I X 1017cnT3。步骤3，器件深槽隔离制备。(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(3c)光刻器件间深槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为5pm的深槽；(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在深槽内填充SiO2,形成器件深槽隔离。步骤4，集电极浅槽隔离制备。(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；
(4d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为ISOnm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离。步骤5，基极浅槽隔离制备。(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；
·
(5d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽；(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离。步骤6，SiGe HBT 形成。(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(6c)光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成集电极；(6d)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成基极；(6e)光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成发射极；(6f)对衬底在950°C温度下，退火120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT0步骤7，PMOS器件有源区外延材料制备。(7a)光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为5um的深槽；(7b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在深槽中沿(110)晶面选择性生长一层厚度为2. 2 ii m的P型Si缓冲层，掺杂浓度I X IO15CnT3 ；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为2. m的P型SiGe层，Ge组分底部为0%，上层为25%的梯度分布，掺杂浓度为IXlO1W3 ；(7d)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为25%，厚度为200nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5X 1019cnT3，作为PMOS器件的漏区；(7e)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在P型SiGe层上选择性生长一层厚度为3nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在P型应变Si层上选择性生长一层厚度为22nm的N型应变Si层，作为PMOS器件沟道区，掺杂浓度为5 X IO16CnT3 ；(7g)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在N型应变Si层上选择性生长一层厚度为3nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7h)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在应变Si层上选择性生长一层厚度为200nm的Ge组分固定为25%的P型应变SiGe层，作为PMOS器件源区，掺杂浓度为5 X 1019cm_3，形成PMOS器件有源区。步骤8，NMOS器件有源区材料制备。(8a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(8b)光刻NMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为
I.8iim的深槽；(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面 选择性生长一层厚度为200nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度I X IO15CnT3 ；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为I. 4iim的P型SiGe层，Ge组分梯度分布，底部为0%，顶部为25%，掺杂浓度为I X IO15Cm 3 ；(8e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为25%，厚度为200nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16cnT3 ；(8f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上生长一层厚度为IOnm的P型应变Si层，NMOS器件沟道区，掺杂浓度为5X 1016cm_3，形成NMOS器件有源区。步骤9，PMOS器件隔离和漏沟槽制备。(9a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(9b)光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件源漏隔离区刻蚀出深度为0.3 iim的浅槽；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成源漏浅槽隔离；(9d)光刻漏沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为0. 4u m漏沟槽；(9e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X 102°cm_3的P型Poly-SiJf PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si,形成漏连接区。步骤10，PMOS器件形成。(IOa)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(IOb)光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为0. 4um栅沟槽；(IOc)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在衬底表面淀积高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层，厚度为6nm ；(IOd)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为I X IO2ciCnT3的P型Poly-SiGe，Ge组分为30%，将PMOS器件栅沟槽填满；(IOe)刻栅介质和栅Poly-SiGe,在栅沟槽中形成PMOS器件栅极和源极,最终形成PMOS器件。步骤11，NMOS器件形成。
(Ila)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(Ilb)光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层厚度为6nm的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质；(Ilc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在栅介质层上淀积一层Ploy-SiGe层，Ge组分为30%，厚度为200nm，掺杂浓度为I X 102°cnT3 ；(Ild)光刻栅介质和栅Poly-SiGe,形成栅极；(IIe)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)，掺杂浓度均为I X IO18CnT3 ；(Ilf)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层3nm的SiO2层，利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉表面的SiO2层，在Ploy-SiGe侧壁保留下SiO2形成栅侧墙；(Ilg)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS·器件的源区和漏区，并快速热退火，使NMOS器件有源区的掺杂浓度达到I X IO20Cm-3,最终形成NMOS器件。步骤12，构成BiCMOS集成电路。(12a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层；(12b)光刻引线孔；(12c)在衬底表面派射一层金属镍(Ni),合金；(12d)光刻引线，MOS器件漏极、源极、栅极和SiGe HBT器件发射极、基极、集电极金属引线，构成MOS导电沟道为22nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路。实施例2 :制备沟道长度为30nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路，具体步骤如下步骤1，SOI衬底材料制备。(Ia)选取N型掺杂浓度为3X1015cm_3的Si片，晶面为(110)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 75 ym，作为下层的基体材料，并在该基体材料中注入氢；(Ib)选取P型掺杂浓度为3X1015cm_3的Si片，晶面为(100)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 75 u m,作为上层的基体材料；(Ic)采用化学机械抛光(CMP)工艺，分别对下层和注入氢后的上层有源层基体材料表面进行抛光处理；( Id)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴，置于超高真空环境中在400°C温度下实现键合；(Ie)将键合后的基片温度升高150°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留150nm的Si材料，并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI结构。步骤2,外延材料制备。(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在上层Si材料上生长一层厚度为2. 3iim的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为5X IO16CnT3;(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底上生长一层厚度为40nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为20%，掺杂浓度为I X1019cm_3 ；(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底上生长一层厚度为150nm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为3 X 1017cnT3。步骤3，器件深槽隔离制备。(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(3c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5pm的深槽； (3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离。步骤4，集电极浅槽隔离制备。(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(4d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为240nm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离。步骤5，基极浅槽隔离制备。(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(5d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为260nm的浅槽；(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在浅槽内填充SiO2,形成基极浅槽隔离。步骤6，SiGe HBT 形成。(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为400nm 的 SiO2 层；(6c)光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为5 X IO19CnT3,形成集电极；(6d)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为5 X IO19CnT3,形成基极；(6e)光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为5 X IO19Cm-3,形成发射极接触区域；(6f)对衬底在1000°C温度下，退火60s，进行杂质激活，形成SiGe HBT0步骤7，PMOS器件有源区外延材料制备。(7a)光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为5. 4um的深槽；(7b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在深槽中沿(110)晶面选择性生长一层厚度为2. 3 ii m的P型Si缓冲层，掺杂浓度3 X IO15CnT3 ；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为2. m的P型SiGe层，Ge组分底部为0%，上层为20%的梯度分布，掺杂浓度为3 X IO18Cm 3 ；(7d)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组·分为20%，厚度为300nm的P型SiGe层，掺杂浓度为8X 1019cm_3，作为PMOS器件的漏区；(7e)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在P型SiGe层上选择性生长一层厚度为4nm的P型应变Si层，掺杂浓度为3X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在P型应变Si层上选择性生长一层厚度为30nm的N型应变Si层，作为PMOS器件沟道区，掺杂浓度为I X IO17CnT3 ；(7g)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在N型应变Si层上选择性生长一层厚度为4nm的P型应变Si层，掺杂浓度为3X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7h)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在应变Si层上选择性生长一层厚度为300nm的Ge组分固定为20%的P型应变SiGe层，作为PMOS器件源区，掺杂浓度为8 X 1019CnT3，形成PMOS器件有源区。步骤8，NMOS器件有源区材料制备。(8a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(8b)光刻NMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为
2.3um的深槽；(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面选择性生长一层厚度为300nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度3 X IO15CnT3 ；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为I. 7 ii m的P型SiGe层，Ge组分梯度分布，底部为0%，顶部为20 %，掺杂浓度为3 X IO15Cm 3 ；(8e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为20%,厚度为300nm的P型SiGe层，掺杂浓度为I X IO17cnT3 ；(8f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在SiGe层上生长一层厚度为12nm的P型应变Si层，NMOS器件沟道区，掺杂浓度为IX 1017cm_3，形成NMOS器件有源区。步骤9，PMOS器件隔离和漏沟槽制备。(9a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，淀积一 SiO2层；(9b)光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件源漏隔离区刻蚀出深度为0.4 iim的浅槽；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在浅槽内填充SiO2，形成源漏浅槽隔离；(9d)光刻漏沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为0. 5um漏沟槽；(9e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为3X IO2W的P型Poly-SiJf PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si,形成漏连接区。步骤10，PMOS器件形成。(IOa)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，淀积一 SiO2层；(IOb)光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为0. 5um栅沟槽； (IOc)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在350°C，在衬底表面淀积高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层，厚度为8nm ；(IOd)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700 °C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为3 X IO2W的P型Poly-SiGe，Ge组分为20%，将PMOS器件栅沟槽填满；(IOe)刻栅介质和栅Poly-SiGe,在栅沟槽中形成PMOS器件栅极和源极,最终形成PMOS器件。步骤11，NMOS器件形成。(Ila)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，淀积一 SiO2层；(Ilb)光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在350°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层厚度为8nm的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质；(Ilc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在栅介质层上淀积一层Ploy-SiGe层，Ge组分为20%，厚度为240nm，掺杂浓度为3 X 102°cnT3 ；(Ild)光刻栅介质和栅Poly-SiGe,形成栅极； (IIe)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)，掺杂浓度均为3X IO18CnT3 ；(Hf)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层4nm的SiO2层，利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉表面的SiO2层，在Ploy-SiGe侧壁保留下SiO2形成栅侧墙；(Ilg)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS器件的源区和漏区，并快速热退火，使NMOS器件有源区的掺杂浓度达到3 X IO20Cm-3,最终形成NMOS器件。步骤12，构成BiCMOS集成电路。(12a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，淀积一 SiO2层；(12b)光刻引线孔；(12c)在衬底表面派射一层金属镍(Ni),合金；(12d)光刻引线，MOS器件漏极、源极、栅极和SiGe HBT器件发射极、基极、集电极金属引线，构成MOS导电沟道为30nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路。实施例3 :制备沟道长度为45nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路，具体步骤如下步骤1，SOI衬底材料制备。(Ia)选取N型掺杂浓度为5 X IO15CnT3的Si片，晶面为(110)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为I Pm，作为下层的基体材料，并在该基体材料中注入氢；(Ib)选取P型掺杂浓度为5X1015cm_3的Si片，晶面为(100)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为I Pm，作为上层的基体材料；(Ic)采用化学机械抛光(CMP)工艺，分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理；( Id)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴，置于超高真空环境中在480°C温度下实现键合； (Ie)将键合后的基片温度升高100°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留200nm的Si材料，并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI结构。步骤2,外延材料制备。(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在上层Si材料上生长一层厚度为2. 68 ii m的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为I X IO17CnT3 ；(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在衬底上生长一层厚度为60nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为25%，掺杂浓度为5 X1019cm_3 ；(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在衬底上生长一层厚度为200nm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为5 X 1017cnT3。步骤3，器件深槽隔离制备。(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(3c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5 的深槽；(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离。步骤4，集电极浅槽隔离制备。(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(4d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为300nm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离。
步骤5，基极浅槽隔离制备。(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(5d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为325nm的浅槽；(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离。
步骤6，SiGe HBT 形成。(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为500nm 的 SiO2 层；(6c)光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X 102°cnT3,形成集电极；(6d)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为I X 102°cnT3,形成基极；(6e)光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为I X IO20Cm-3,形成发射极接触区域；(6e)对衬底在1100°C温度下，退火15s，进行杂质激活，形成SiGe HBT0步骤7，PMOS器件有源区外延材料制备。(7a)光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为6um的深槽；(7b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在深槽中沿(110)晶面选择性生长一层厚度为2. m的P型Si缓冲层，掺杂浓度5 X IO15CnT3 ；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为2. 7iim的P型SiGe层，Ge组分底部为0%，上层为15%的梯度分布，掺杂浓度为5 X IO18Cm 3 ；(7d)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为15%，厚度为400nm的P型SiGe层，掺杂浓度为I X 102°cm_3，作为PMOS器件的漏区；(7e)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在P型SiGe层上选择性生长一层厚度为5nm的P型应变Si层，掺杂浓度为5X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在P型应变Si层上选择性生长一层厚度为45nm的N型应变Si层，作为PMOS器件沟道区，掺杂浓度为5 X IO17CnT3 ；(7g)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在N型应变Si层上选择性生长一层厚度为5nm的P型应变Si层，掺杂浓度为5X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7h)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在应变Si层上选择性生长一层厚度为400nm的Ge组分固定为15%的P型应变SiGe层，作为PMOS器件源区，掺杂浓度为
IX 102°cm_3，形成PMOS器件有源区。
步骤8，NMOS器件有源区材料制备。(8a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(8b)光刻NMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为
2.7um的深槽；(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面选择性生长一层厚度为400nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度5 X IO15CnT3 ；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在Si缓冲层上选择性生长一层厚度为1.9 iim的P型SiGe层，Ge组分梯度分布，底部为0%，顶部为15%，掺杂浓度为5 X IO15Cm 3 ；(8e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在SiGe层上选择性生长一层Ge组分为15%，厚度为400nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO17CnT3 ；·(8f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在SiGe层上生长一层厚度为15nm的P型应变Si层，NMOS器件沟道区，掺杂浓度为5X 1017cm_3，形成NMOS器件有源区。步骤9，PMOS器件隔离和漏沟槽制备。(9a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，淀积一 SiO2层；(9b)光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件源漏隔离区刻蚀出深度为0.5 iim的浅槽；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在浅槽内填充SiO2，形成源漏浅槽隔离；(9d)光刻漏沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为
0.6um漏沟槽；(9e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为5X IO2W的P型Poly-SiJf PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si,形成漏连接区。步骤10，PMOS器件形成。(IOa)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，淀积一 SiO2层；(IOb)光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为
0.7um栅沟槽；(IOc)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在400°C，在衬底表面淀积高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层，厚度为IOnm ；(IOd)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800 °C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为5 X IO2W的P型Poly-SiGe，Ge组分为10%，将PMOS器件栅沟槽填满；(IOe)刻栅介质和栅Poly-SiGe,在栅沟槽中形成PMOS器件栅极和源极,最终形成PMOS器件。步骤11，NMOS器件形成。(Ila)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，淀积一 SiO2层；(Ilb)光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在400°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层厚度为IOnm的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质；(Ilc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在栅介质层上淀积一层Ploy-SiGe层，Ge组分为10%，厚度为300nm，掺杂浓度为5 X 102°cnT3 ；(Ild)光刻栅介质和栅Poly-SiGe,形成栅极；(IIe)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)，掺杂浓度均为5X IO18CnT3 ；(Ilf)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层5nm的SiO2层，利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉表面的SiO2层，在Ploy-SiGe侧壁保留下SiO2形成栅侧墙；(Ilg)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS器件的源区和漏区，并快速热退火，使NMOS器件有源区的掺杂浓度达到5 X IO20Cm-3,最终形成NMOS器件。 步骤12，构成BiCMOS集成电路。(12a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，淀积一 SiO2层；(12b)光刻引线孔；(12c)在衬底表面派射一层金属镍(Ni),合金；(12d)光刻引线，MOS器件漏极、源极、栅极和SiGe HBT器件发射极、基极、集电极金属引线，构成MOS导电沟道为45nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路。本发明实施例提供的基于基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及制备方法具有如下优点I.本发明制造的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI 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
巳
升；2.本发明制造的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件结构中的CMOS结构，充分利用了应变Si材料应力的各相异性，在水平方向弓I入张应变，提高了 NMOS器件电子迁移率；在垂直方向引入压应变，提高了 PMOS器件空穴迁移率。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.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件采用了混合晶面衬底技术，即在同一个衬底片上分布有(100)和(110)这两种晶面，在(110)晶面上对于应变Si PMOS器件是压应变，其空穴的迁移率高于体Si材料，而在(100)晶面上对于应变Si NMOS器件是张应变，其电子的迁移率也高于体Si材料，因此，该器件频率与电流驱动能力等电学性能高于同尺寸的体Si CMOS器件；4.本发明的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件制备过程中，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器件的沟道长度即为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；5.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件结构中PMOS器件的沟道为回型，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；
6.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS器件中的CMOS结构，MOS器件采用了高K值的HfO2作为栅介质，提高了 MOS器件的栅控能力，增强了 CMOS器件的电学性能；7.本发明制备的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI 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；8.本发明制备应变Si垂直沟道CMOS器件是在HBT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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于回型沟道エ艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，所述双应变平面BiCMOS器件采用SOI SiGe HBT器件，应变Si平面沟道NMOS器件和应变Si垂直沟道PMOS器件。
2.根据权利要求I所述的基于回型沟道エ艺的混合晶面SOIBiCMOS集成器件，其特征在于，NMOS器件导电沟道为应变Si材料，沿沟道方向为张应变。
3.根据权利要求I所述的基于回型沟道エ艺的混合晶面SOIBiCMOS集成器件，其特征在干，PMOS器件应变Si沟道为垂直沟道，沿沟道方向为压应变，并且为回型结构。
4.根据权利要求I所述的基于回型沟道エ艺的混合晶面SOIBiCMOS集成器件，其特征在干，NMOS器件制备在晶面为(100)的SOI衬底上，PMOS器件制备在晶面为(110)的衬底上。
5.根据权利要求I所述的基于回型沟道エ艺的混合晶面SOIBiCMOS集成器件，其特征在于，SiGe HBT器件基区为应变SiGe材料。
6.一种基于回型沟道エ艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 第一歩、选取两片Si片，一块是N型掺杂浓度为I 5X IO15CnT3的Si (110)衬底片，作为下层的基体材料，另ー块是P型掺杂浓度为I 5X IO15CnT3的Si (100)衬底片，作为上层的基体材料；对两片Si片表面进行氧化，氧化层厚度为0. Slum，采用化学机械抛光(CMP)エ艺对两个氧化层表面进行抛光； 第二歩、对上层基体材料中注入氢，并将两片Si片氧化层相对置于超高真空环境中在350 480°C的温度下实现键合；将键合后的Si片温度升高100 200°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留10(T200nm的Si材料，并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI衬底； 第三歩、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在衬底上生长ー层厚度为I.8 2. 6 ii m的N型Si外延层，作为集电区，该层掺杂浓度为I X IO16 I X 1017cm_3 ； 第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在衬底上生长ー层厚度为2(T60nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15 25%，掺杂浓度为5 X IO18 5 X IO19CnT3 ； 第五歩、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在衬底上生长ー层厚度为100 200nm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为I X IO17 5 X IO17cnT3 ； 第六步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积ー层厚度为20(T300nm的SiO2层和ー层厚度为10(T200nm的SiN层；光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5 u m的深槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在深槽内填充SiO2 ； 第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积ー层厚度为20(T300nm的SiO2层和ー层厚度为10(T200nm的SiN层；光刻集电区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为18(T300nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ; 第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积ー层厚度为20(T300nm的SiO2层和ー层厚度为10(T200nm的SiN层；光刻基区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为105 205nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ; 第九步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD )的方法，在600 .800°C，在衬底表面淀积一层厚度为30(T500nm的SiO2层；光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19 I X 102°cm_3，形成集电极接触区域；第十步、光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为IX IO19 IX 102°cm_3，形成基极接触区域；光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为IXlO19 lX102°cnT3，形成发射极接触区域；并对衬底在.950 1100°C温度下，退火15 120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT器件； 第H^一步、光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀工艺，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为.5 6 μ m的深槽。利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 750°C，在PMOS器件有源区(SP 深槽)沿(I 10)晶面选择性外延生长七层材料第一层是厚度为2. 2 2. 4μ m的P型Si缓冲层，掺杂浓度为I 5 X IO15CnT3 ;第二层是厚度为2. 4 2. 7 μ m的P型SiGe渐变层，底部Ge组分是O %，顶部Ge组分是15 25%，掺杂浓度为I 5 X IO18CnT3 ;第三层是Ge组分为15 25%，厚度为200 400nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO19 I X IO20Cm-3,作为PMOS器件的漏区；第四层是厚度为3 5nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I 5X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD);第五层是厚度为22 45nm的N型应变Si层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X IO17CnT3，作为PMOS器件的沟道；第六层是厚度为3 5nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I 5X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD);第七层是Ge组分为.15 25%,厚度为200 400nm的P型SiGe，掺杂浓度为5 X IO19 I X IO20Cm-3,作为PMOS器件的有源区； 第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ;光刻NMOS器件有源区，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为1.8 2. 7μπι的深槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 750°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面选择性外延生长四层材料第一层是厚度为200 400nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度为I 5X 1015cm_3 ；第二层是厚度为I. 4 I. 9 μ m的P型SiGe渐变层，底部Ge组分是0%，顶部Ge组分是15 .25%，掺杂浓度为I 5X IO15CnT3 ;第三层是Ge组分为15 25%，厚度为200 400nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X IO17CnT3 ;第四层是厚度为10 15nm的P型应变Si层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X IO17CnT3作为NMOS器件的沟道； 第十三步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积一 SiO2层；光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀工艺，在该区域刻蚀出深度为O. 3 O. 5 μ m的浅槽；再利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2，形成浅槽隔离； 第十四步、光刻漏沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为O.4 O. 7 μ m漏沟槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I 5 X IO2tlCnT3的P型Poly-Si，将PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si，形成漏连接区； 第十五步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积一 SiO2层；光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为O. 4 O. 7 μ m栅沟槽；利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300 400°C，在衬底表面淀积厚度为6 IOnm的高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为I 5 X IO20CnT3的P型Poly-SiGe，Ge组分为10 30%，将PMOS器件栅沟槽填满；光刻栅介质和栅Poly-SiGe，形成栅极和源极，最终形成PMOS器件结构；· 第十六步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积ー SiO2层；光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300 400°C，在NMOS器件有源区淀积厚度为6 IOnm的高介电常数的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质层；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在NMOS器件有源区淀积厚度为200 300nm的P型Poly-SiGe，掺杂浓度为I 5 X IO2W3, Ge组分为10 30%，光刻栅介质和栅Poly-SiGe，形成栅极；利用离子注入エ艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)，掺杂浓度均为I 5X IO18CnT3 ； 第十七歩、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在整个衬底淀积ー厚度为3 5nm的SiO2层，利用干法刻蚀エ艺，刻蚀掉表面的SiO2,形成NMOS器件栅极侧墙，利用离子注入エ艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS器件的源区和漏区，并快速热退火，使NMOS器件源区和漏区的掺杂浓度达到I 5X102°cm_3 ； 第十八步、在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，淀积ー SiO2层；光刻引线窗ロ，在整个衬底上溅射ー层金属镍(Ni)，合金，自对准形成金属硅化物，清洗表面多余的金属，形成金属接触；光刻引线，构成MOS导电沟道为22 45nm的基于回型沟道エ艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，该制备方法中应变SiCMOS器件制造过程中所涉及的化学汽相淀积(CVD)エ艺温度决定，最高温度小于等于800°C。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定，取20 60nm。
9.一种基于回型沟道エ艺的混合晶面SOI BiCMOS集成电路的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤1，SOI衬底材料制备的实现方法为 (Ia)选取N型掺杂浓度为I X IO15CnT3的Si片，晶面为(110)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 ym，作为下层的基体材料，并在该基体材料中注入氢； (Ib)选取P型掺杂浓度为IX IO15cnT3的Si片，晶面为(100)，对其表面进行氧化，氧化层厚度为0. 5 m，作为上层的基体材料； (Ic)采用化学机械抛光(CMP)エ艺，分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理； (Id)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴，置于超高真空环境中在350°C温度下实现键合； (Ie)将键合后的基片温度升高200°C，使上层基体材料在注入的氢处断裂，对上层基体材料多余的部分进行剥离，保留IOOnm的Si材料，并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP)，形成SOI结构； 步骤2，外延材料制备的实现方法为 (2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在上层Si材料上生长ー层厚度为.1. 8μπι的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为IXlO16cnT3 ； (2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15%，掺杂浓度为5 X IO18CnT3 ； (2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为IOOnm的N型Si层，作为发射区，该层掺杂浓度为IXlO17cnT3 ； 步骤3，器件深槽隔离制备的实现方法为 (3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (3c)光刻器件间深槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为5μπι的深槽； (3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离； 步骤4，集电极浅槽隔离制备的实现方法为 (4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； (4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (4d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为ISOnm的浅槽； (4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离； 步骤5，基极浅槽隔离制备的实现方法为 (5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； (5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (5d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽； (5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离； 步骤6，SiGe HBT形成的实现方法为 (6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； (6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2 层； (6c)光刻集电极区域，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成集电极； (6d)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成基极； (6e)光刻发射极区域，对该区域进行N型杂质注入，使发射极接触区掺杂浓度为IX IO19CnT3,形成发射极；(6f)对衬底在950°C温度下，退火120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT ； 步骤7，PMOS器件有源区外延材料制备的实现方法为 (7a)光刻PMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为5 y m的深槽； (7b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在深槽中沿(110)晶面选择性生长ー层厚度为2. 2 ii m的P型Si缓冲层，掺杂浓度I X IO15CnT3 ； (7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在Si缓冲层上选择性生长ー层厚度为2.4 ii m的P型SiGe层，Ge组分底部为0%，上层为25%的梯度分布，掺杂浓度为I X 1018cm_3 ；(7d)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上选择性生长ー层Ge组分为25%，厚度为200nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO19CnT3，作为PMOS器件的漏区； (7e)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在P型SiGe层上选择性生长ー层厚度为3nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)； (7f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在P型应变Si层上选择性生长ー层厚度为22nm的N型应变Si层，作为PMOS器件沟道区，掺杂浓度为5X IO16CnT3 ； (7g)用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在N型应变Si层上选择性生长ー层厚度为3nm的P型应变Si层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，作为P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(7h)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在应变Si层上选择性生长ー层厚度为200nm的Ge组分固定为25%的P型应变SiGe层，作为PMOS器件源区，掺杂浓度为5X 1019cm_3，形成PMOS器件有源区；· 步骤8，NMOS器件有源区材料制备的实现方法为 (8a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积ー层SiO2 ； (8b)光刻NMOS器件有源区，用干法刻蚀方法，在NMOS器件有源区，刻蚀出深度为I. 8iim的深槽； (8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区沿(100)晶面选择性生长ー层厚度为200nm的P型Si缓冲层，掺杂浓度I X 1015cm_3 ； (8d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在Si缓冲层上选择性生长ー层厚度为I.4 ii m的P型SiGe层，Ge组分梯度分布，底部为0%，顶部为25%，掺杂浓度为I X 1015cm_3 ；(8e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上选择性生长ー层Ge组分为25%，厚度为200nm的P型SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16CnT3 ； (8f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在SiGe层上生长ー层厚度为IOnm的P型应变Si层，NMOS器件沟道区，掺杂浓度为5X 1016cm_3，形成NMOS器件有源区； 步骤9，PMOS器件隔离和漏沟槽制备的实现方法为 (9a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积ー SiO2层； (9b)光刻PMOS器件源漏隔离区，利用干法刻蚀エ艺，在PMOS器件源漏隔离区刻蚀出深度为0.3 iim的浅槽； (9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成源漏浅槽隔离；(9d)光刻漏沟槽窗ロ，利用干法刻蚀エ艺，在PMOS器件漏区域刻蚀出深度为0. 4 ii m漏沟槽； (9e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X IO2tlCnT3的P型Poly-Sidf PMOS器件漏沟槽填满，再去除掉PMOS器件漏沟槽表面以外的Poly-Si，形成漏连接区； 步骤10，PMOS器件形成的实现方法为 (IOa)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层； (IOb)光刻栅沟槽窗口，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件栅区域刻蚀出深度为O. 4 μ m栅沟槽； (IOc)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在衬底表面淀积高介电常数的HfO2层，作为PMOS器件的栅介质层，厚度为6nm ； (IOd)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在栅沟槽中淀积掺杂浓度为I X IO2tlCnT3的P型Poly-SiGe，Ge组分为30%，将PMOS器件栅沟槽填满； (IOe)刻栅介质和栅Poly-SiGe，在栅沟槽中形成PMOS器件栅极和源极，最终形成PMOS器件； 步骤11，NMOS器件形成的实现方法为 (Ila)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层； (IIb)光刻NMOS器件有源区，利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层厚度为6nm的HfO2层，作为NMOS器件的栅介质； (lie)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在栅介质层上淀积一层Ploy-SiGe层，Ge组分为30%，厚度为200nm，掺杂浓度为I X 102°cnT3 ； (lid)光刻栅介质和栅Poly-SiGe,形成栅极； (lie)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD )，掺杂浓度均为I X 1018cm_3 ； (Ilf)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层3nm的SiO2层，利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉表面的SiO2层，在Ploy-SiGe侧壁保留下SiO2形成栅侧墙； (Hg)利用离子注入工艺，对NMOS器件有源区进行N型离子注入，自对准生成NMOS器件的源区和漏区，并快速热退火，使匪OS器件有源区的掺杂浓度达到I X IO20Cm-3,最终形成NMOS器件； 步骤12，构成BiCMOS集成电路的实现方法为 (12a)在衬底表面利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，淀积一 SiO2层； (12b)光刻引线孔； (12c)在衬底表面派射一层金属镍(Ni),合金； (12d)光刻引线，MOS器件漏极、源极、栅极和SiGe HBT器件发射极、基极、集电极金属引线，构成MOS导电沟道为22nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路。
全文摘要
本发明公开了一种基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及制备方法，其过程为制备SOI衬底，在SOI衬底上连续生长N-Si、P-SiGe、N-Si层，制备深槽隔离，形成集电极、基极以及发射极接触区，形成SiGe HBT器件；光刻PMOS器件有源区，在该有源区连续生长7层材料，制备漏极和栅极，形成PMOS器件；光刻NMOS器件有源区沟槽，在该有源区连续生长4层材料，制备栅介质层和栅多晶，形成NMOS器件，光刻引线孔，合金，光刻引线，构成CMOS导电沟道为22～45nm的基于回型沟道工艺的混合晶面SOI BiCMOS集成器件及电路。本发明充分利用了应变Si材料迁移率各向异性的特点，在600～800℃，制备出了性能增强的混合晶面SOI BiCMOS集成电路。
文档编号H01L21/8249GK102738160SQ201210244288
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者吕懿, 宋建军, 宣荣喜, 张鹤鸣, 王斌, 胡辉勇, 舒斌, 郝跃 申请人:西安电子科技大学