[发明专利]基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件及其制作方法。

背景技术

CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是静态功耗低、输入阻抗高、抗干扰性强、电源电压范围宽。由于CMOS中一对MOSFET组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截止，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。现在，CMOS被广泛用于计算机、相机、手机等重要的电子设备芯片中。

SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。但是，根据国际半导体产业发展蓝图(ITRS2009)的规划，集成电路已经逐步从微电子时代发展到了微纳米电子时代，现有的体硅材料和工艺正接近它们的物理极限，遇到了严峻的挑战。

从材料角度来说，我们需要从传统的单晶硅材料拓展到新一代硅基材料。SiGe材料由于其高迁移率和可以作为其他材料的虚拟衬底而受到广泛关注。

鉴于以上所述，本发明的目的为提供一种基于sSi/SiGe/sSOI多层衬底结构的高迁移率互补金属氧化物半导体CMOS器件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件及其制作方法，以实现一种高速、大驱动电流、低功耗的CMOS器件。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件，所述CMOS器件包括：

PMOS器件，包括硅衬底、埋氧层、应变硅层、SiGe层以及应变硅盖帽层，形成于所述SiGe层中的SiGe沟道、形成于所述SiGe层及应变硅盖帽层中且分别位于SiGe沟道两侧的P型源区及P型漏区，以及形成于所述应变硅盖帽层表面且与SiGe沟道对应的栅极结构；

NMOS器件，包括形成于所述sSOI衬底的应变硅层中的sSi沟道、N型源区及N型漏区，所述N型源区及N型漏区分别位于所述sSi沟道两侧，以及形成于所述sSi沟道表面的栅极结构。

作为本发明的基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件的一种优选方案，所述PMOS器件的栅极结构包括结合于所述应变硅盖帽层表面且与SiGe沟道对应的高K栅介质层、以及结合于所述高K栅介质层表面电极层。

作为本发明的基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件的一种优选方案，所述NMOS器件的栅极结构包括结合于所述sSi沟道表面的高K栅介质层、以及结合于所述高K栅介质层表面电极层。

作为本发明的基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件的一种优选方案，所述SiGe沟道的材料为应变SiGe。

作为本发明的基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件的一种优选方案，所述SiGe沟道与其表面的应变硅盖帽层形成Si/SiGe量子阱结构。

本发明还提供一种基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件的制作方法，所述制作方法包括步骤：

1)提供一sSi/SiGe/sSOI衬底，采用光刻-刻蚀工艺制备出NMOS器件区域和PMOS器件区域，其中，所述PMOS器件区域包括硅衬底、埋氧层、应变硅层、SiGe层以及应变硅盖帽层，所述NMOS器件区域包括硅衬底、埋氧层以及应变硅层；

2)于步骤1)处理后的结构表面沉积栅介质层；

3)利用光刻工艺及离子注入工艺分别制备出NMOS器件的N型源区和N型漏区，以及PMOS器件的P型源区及P型漏区；

4)于栅介质层表面形成电极层，并通过光刻-刻蚀工艺形成NMOS器件及PMOS器件的栅极结构。

作为本发明的基于sSi/SiGe/sSOI衬底的CMOS器件的制作方法的一种优选方案，所述sSi/SiGe/sSOI衬底包括硅衬底、埋氧层、应变硅层、应变SiGe层以及应变硅盖帽层。