[发明专利]基于SOI的后栅型积累模式Si-NWFET制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种基于SOI的后栅型积累模式Si-NWFET制备方法。

背景技术

通过缩小晶体管的尺寸来提高芯片的工作速度和集成度、减小芯片功耗密度一直是微电子工业发展所追求的目标。在过去的四十年里，微电子工业发展一直遵循着摩尔定律。当前，场效应晶体管的物理栅长已接近20nm，栅介质也仅有几个氧原子层厚，通过缩小传统场效应晶体管的尺寸来提高性能已面临一些困难，这主要是因为小尺寸下短沟道效应和栅极漏电流使晶体管的开关性能变坏。

纳米线场效应晶体管(NWFET，NanowireMOSFET)有望解决这一问题。一方面，小的沟道厚度和宽度使NWFET的栅极更接近于沟道的各个部分，有助于晶体管栅极调制能力的增强；另一方面，NWFET利用自身的细沟道和围栅结构改善栅极调制力和抑制短沟道效应，缓解了减薄栅介质厚度的要求，有望减小栅极漏电流。此外，纳米线沟道可以不掺杂，减少了沟道内杂质离散分布和库仑散射。对于一维纳米线沟道，由于量子限制效应，沟道内载流子远离表面分布，故载流子输运受表面散射和沟道横向电场影响小，可以获得较高的迁移率。基于以上优势，NWFET越来越受到科研人员的关注。由于Si材料和工艺在半导体工业中占有主流地位，与其他材料相比，硅纳米线场效应晶体管(Si-NWFET)的制作更容易与当前工艺兼容。NWFET的关键工艺是纳米线的制作，可分为自上而下和自下而上两种工艺路线。对于Si纳米线的制作，前者主要利用光刻(光学光刻或电子束光刻)和ICP刻蚀（感应耦合等离子体刻蚀）、RIE（反应离子）刻蚀或湿法腐蚀工艺，后者主要基于金属催化的气-液-固(VLS)生长机制，生长过程中以催化剂颗粒作为成核点。目前，自下而上的工艺路线制备的硅纳米线由于其随机性而不太适合Si-NWFET的制备，因此目前的硅纳米线场效应晶体管中的Si-NW主要是通过自上而下的工艺路线制备。

申请号为200910199721.9的中国专利公开了一种混合材料积累型圆柱体全包围栅CMOS场效应晶体管结构，其被栅极全包围的沟道截面为圆型；申请号为200910199725.7的中国专利公开了一种混合晶向积累型全包围栅CMOS场效应晶体管结构，其被栅极全包围的沟道截面为跑道型；申请号为200910199723.8的中国专利公开了一种混合材料积累型全包围栅CMOS场效应晶体管结构，其被栅极全包围的沟道截面为跑道型，以上3个专利都采用积累型混合晶向的MOSFET，具有以下缺点：

1.NMOS和PMOS共用同一栅极层，只能实现钳位式的CMOS结构，无法实现NMOS和PMOS分离结构，而实际CMOS电路中具有大量NMOS和PMOS分离结构；

2.NMOS和PMOS共用同一栅极层，无法针对NMOS和PMOS分别进行栅极功函数调节和栅极电阻率调节；

3.工艺上很难实现针对NMOS和PMOS分别进行源漏离子注入。

发明内容

本发明提供一种基于SOI的后栅型积累模式Si-NWFET制备方法，实现了NMOSFET与PMOSFET分离结构，能够针对NMOS和PMOS分别进行栅极功函数调节、栅极电阻率调节以及针对NMOS和PMOS分别进行源漏离子注入；有效减小PMOSFET的接触孔电阻、提高PMOSFET性能，提高载流子迁移率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于SOI的后栅型积累模式Si-NWFET制备方法，包括：提供SOI衬底，所述SOI衬底由下至上依次包括硅衬层、埋氧层和顶层硅；将所述顶层硅转化为初始锗硅层；在所述初始锗硅层上形成硅层和后续锗硅层，所述初始锗硅层和后续锗硅层共同构成锗硅层；对所述锗硅层和硅层刻蚀处理，形成鳍形有源区；刻蚀所述锗硅层，形成鳍形沟道区，剩余的区域作为源漏区；在所述鳍形有源区内形成硅纳米线；在所述SOI衬底上的沟道内形成隔离介质层；进行源漏区离子注入以及退火工艺，所述离子类型为N型；在所述硅纳米线、SOI衬底以及源漏区表面形成栅极氧化层；在所述源漏区之间的SOI衬底上形成栅极；进行自对准金半合金工艺，形成积累型NMOSFET；进行积累型NMOSFET的层间隔离介质层沉积；在所述层间隔离介质层上形成积累型PMOSFET；进行自对准金半合金以及后道金属互连工艺，引出各端口。