[发明专利]带隙改性Ge PMOS器件及其制备方法

摘要

本发明涉及一种带隙改性Ge PMOS器件及其制备方法。该制备方法包括：选取Si衬底；在第一温度下，在Si衬底上生长Ge薄膜层；在第二温度下，在Ge薄膜层上生长Ge层；在Ge层上生长GeSn层；在GeSn层上淀积栅介质层和栅极层；刻蚀栅介质层和栅极层，形成栅极区；在器件表面离子注入形成源漏区；利用应力施加装置对PMOS器件施加机械应力，最终形成所述带隙改性Ge PMOS器件。本发明PMOS器件利用的沟道材料为直接带隙改性Ge材料，相对于传统Si材料载流子迁移率提高了数倍，从而提高了PMOS器件的电流驱动与频率特性。且该器件适于与光子器件实现单片光电的集成。

主权项

1.一种带隙改性Ge PMOS器件的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取晶向为(001)的Si衬底；S102、在275℃～325℃温度下，利用分子束外延方式在所述Si衬底上生长50nm的Ge薄膜层；S103、在500℃～600℃温度下，在所述Ge薄膜层上淀积900nm～950nm的Ge层；S104、在H2气氛中，750℃～850℃温度下对所述Ge层进行退火处理，退火处理时间为10～15分钟；S105、使用稀氢氟酸和去离子水循环清洗所述Ge层；S106、利用分子束外延方式，在温度为90℃～100℃，基准压力为3×10‑10torr的生长环境下，选取纯度为99.9999％的Ge和99.9999％的Sn分别作为Ge源和Sn源，在所述Ge层上生长形成40nm～50nm的Ge0.99Sn0.01材料；S107、在400～500℃温度下注入P离子，注入时间为200s，注入剂量为1×1013～5×1013cm‑2，能量30keV，形成N型的所述Ge0.99Sn0.01材料；S108、在室温下，使用(NH4)2S溶液硫钝化10分钟；S109、采用原子层淀积的方法，在250℃下，淀积厚度为3nm的HfO2栅介质层；S110、采用反应性溅射系统淀积厚度为110nm的TaN栅极层；S111、使用氯基等离子体通过光刻和蚀刻形成所述PMOS器件的栅极区；S112、在异于所述栅极区的器件位置注入剂量为1×1015～5×1015cm‑2，能量为30keV的BF2+离子，并在400℃下退火5分钟后形成所述PMOS器件的源漏区；S113、利用电子束蒸发工艺淀积10nm厚的Ni，采用自对准工艺，在250℃氮气环境下利用快速热退火工艺退火30s，在所述源漏区表面形成Ni(GeSn)材料；S114、利用选择性湿法刻蚀工艺，采用浓度为96％的浓硫酸去除过量的Ni以形成所述PMOS器件的源漏极，从而形成待施加机械应力的PMOS器件；S115、将所述待施加机械应力的PMOS器件抛光减薄至50μm；S116、将所述待施加机械应力的PMOS器件贴附在单轴张应力施加装置的铝箔载片上；S117、将所述铝箔载片贴附并固定在所述单轴张应力机械施加装置的底座上，由所述单轴张应力施加装置施加机械应力后最终形成所述带隙改性Ge PMOS器件。