[发明专利]一种锗基CMOS的制备方法

说明书

技术领域

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

随着硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)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迁移率沟道材料。由于同时具有较高的电子和空穴迁移率(室温(300K)下，锗沟道的电子迁移率是硅的2.4倍，空穴迁移率是硅的4倍)，锗材料以及锗基器件成为一种选择。

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迁移率，尤其是电子迁移率。对于锗基MOS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GeO_x(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。从提高迁移率的角度来看，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，GeO₂钝化层，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器件中电子与空穴迁移率。已有报道称氮钝化有利于提高电子迁移率，而GeO₂钝化层有利于空穴迁移率的提高。

发明内容

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器件中电子与空穴迁移率的提高。

本发明的具体技术方案如下：

一种锗基CMOS的制备方法，包括如下步骤：

1)锗基衬底上阱的制备，即N阱和P阱：

1-1)对锗基衬底进行清洗，在锗基衬底上淀积注入掩蔽层；

1-2)注入所需的杂质并激活；

1-3)去除注入掩蔽层；

2)隔离结构形成：

2-1)场区隔离槽形成；

2-2)场区氧化物淀积；

3)PMOS器件结构形成：

3-1)PMOS器件有源区开孔，用牺牲氧化的方法改善衬底表面粗糙度；

3-2)GeOx(其中0<x≤2)钝化层形成；

3-3)淀积栅介质；

3-4)淀积栅电极；

4)淀积保护层SiO₂；

5)去除NMOS器件区域上方的SiO₂及栅金属；

6)NMOS器件结构形成：

6-1)NMOS器件有源区开孔，用牺牲氧化的方法改善衬底表面粗糙度；

6-2)氮钝化形成；

6-3)淀积栅电极；

6-4)淀积栅金属；

6-5)光刻保护NMOS器件区域的栅金属，去除其余区域栅电极，及下方的保护层SiO₂；

7)图形化栅电极形成：

8)源、漏及接触形成：

8-1)形成侧墙结构；

8-2)源、漏注入及激活；

8-3)隔离层淀积、开孔、淀积接触金属。

步骤1-1)中，锗基衬底可以是体Ge衬底、硅上外延锗(Germanium-on-silicon)衬底或GeOI(GermaniumonInsulator)衬底等。对于所述锗基衬底掺杂情况，掺杂浓度<1×15cm^-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SiO₂、Al₂O₃或Y₂O₃等，其厚度为5～20nm。掩蔽层材料淀积方法有ALD、PVD、MBE、PLD、MOCVD、PECVD或ICPCVD等。