[发明专利]一种混合晶面应变Si垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种混合晶面应变Si垂直沟道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。

半导体集成电路已成为电子工业的基础，人们对电子工业的巨大需求，促使该领域的发展十分迅速。在过去的几十年中，电子工业的迅猛发展对社会发展及国民经济产生了巨大的影响。目前，电子工业已成为世界上规模最大的工业，在全球市场中占据着很大的份额，产值已经超过了10000亿美元。

硅材料作为半导体材料应用经历了50多年，传统的Si CMOS和BiCMOS技术以其低功耗、低噪声、高输入阻抗、高集成度、可靠性好等优点在集成电路领域占据着主导地位，并按照摩尔定律不断的向前发展。目前，全球90%的半导体市场中，都是Si基集成电路。

但是随着器件特征尺寸减小、集成度和复杂性的增强，出现了一系列涉及材料、器件物理、器件结构和工艺技术等方面的新问题。特别是当IC芯片特征尺寸进入纳米尺度，从器件角度看，纳米尺度器件中的短沟效应、强场效应、量子效应、寄生参量的影响、工艺参数涨落等问题对器件泄漏电流、亚阈特性、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，另一方面，随着无线移动通信的飞速发展，对器件和电路的性能，如频率特性、噪声特性、封装面积、功耗和成本等提出了更高的要求，传统硅基工艺制备的器件和集成电路尤其是模拟和混合信号集成电路，越来越无法满足新型、高速电子系统的需求。

为了提高器件及集成电路的性能，研究人员借助新型的半导体材料如：GaAs、InP等，以获得适于无线移动通信发展的高速器件及集成电路。尽管GaAs和InP基化合物器件频率特性优越，但其制备工艺比Si工艺复杂、成本高，大直径单晶制备困难、机械强度低，散热性能不好，与Si工艺难兼容以及缺乏象SiO₂那样的钝化层等因素限制了它的广泛应用和发展。

因此，目前工业界在制造大规模集成电路尤其是数模混合集成电路时，仍然采用Si BiCMOS或者SiGe BiCMOS技术（Si BiCMOS为Si双极晶体管BJT+Si CMOS，SiGe BiCMOS为SiGe异质结双极晶体管HBT+Si CMOS）。

由于Si材料载流子材料迁移率较低，所以采用Si BiCMOS技术制造的集成电路性能，尤其是频率性能，受到了极大的限制；而对于SiGe BiCMOS技术，虽然双极晶体管采用了SiGe HBT，但是对于制约BiCMOS集成电路频率特性提升的单极器件仍采用Si CMOS，所以这些都限制BiCMOS集成电路性能地进一步提升。

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BiCMOS，即混合晶面应变BiCMOS集成器件的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合晶面应变Si垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法，以实现在不改变现有设备和增加成本的条件下，制备出了基于SOI衬底和性能优异的混合晶面应变Si垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。

本发明的目的在于一种提供混合晶面应变Si垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法，所述BiCMOS集成器件中NMOS器件为应变Si平面沟道，PMOS器件为应变Si垂直沟道，双极器件采用普通Si双极晶体管。

进一步、所述NMOS器件的导电沟道为应变Si材料，NMOS器件的导电沟道为张应变Si材料，NMOS器件的导电沟道为平面沟道。

进一步、所述PMOS器件的导电沟道为应变Si材料，PMOS器件的导电沟道为压应变Si材料，PMOS器件的导电沟道为垂直沟道。

进一步、所述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、衬底上双极器件采用体Si材料制备。

进一步、所述BiCMOS集成器件衬底为SOI材料。

本发明的另一目的在于提供一种混合晶面应变Si垂直沟道BiCMOS集成器件的制备方法，包括如下步骤：