[发明专利]激光再晶化GeCMOS器件及其制备方法

摘要

本发明涉及一种激光再晶化Ge CMOS器件及其制备方法。该方法包括选取Si衬底，生长Ge籽晶层、Ge主体层；淀积SiO2材料；将衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，光斑尺寸10mm×1mm，功率为1.5kW/cm2，移动速度为25mm/s，形成晶化Ge层；形成浅槽隔离；生长栅介质层、栅极层，刻蚀形成栅极；注入离子形成源漏区，最终形成CMOS器件。本发明提供的CMOS器件是通过采用激光再晶化(Laser Re‑Crystallization，简称LRC)工艺实现的，可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度；连续激光再晶化工艺选择性高，仅作用于Ge外延层，控制精确，避免了Si‑Ge互扩的问题；连续激光再晶化工艺辅助制备Ge/Si虚衬底，晶化速度快，因而还具有工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低的优点。

主权项

一种激光再晶化Ge CMOS器件的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取单晶Si衬底；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；S104、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nmSiO2层；S105、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；S106、自然冷却整个衬底材料；S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层，得到所述Ge/Si虚衬底材料；S108、在500～600℃温度下，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底表面淀积厚度为900～950nm的P型Ge层，掺杂浓度为1×1016～5×1016cm‑3；S109、利用干法刻蚀工艺，在整个衬底材料上刻蚀出深度为100～150nm的浅槽；S110、在750℃～850℃温度下，利用CVD工艺在整个衬底表面淀积SiO2材料，将所述浅槽内填满；S111、利用CVD工艺在SiO2材料表面淀积厚度为20～30nm的Si3N4材料；S112、利用CMP方法去除部分SiO2材料与Si3N4材料，去除厚度等于Si3N4材料的厚度；S113、利用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀掉整个衬底表面的SiO2材料，形成浅槽隔离；S114、在整个衬底表面涂抹光刻胶，曝光局部区域的光刻胶并利用离子注入工艺注入硼离子，形成NMOS器件有源区；S115、去除光刻胶；S116、在600℃～1000℃的H2环境中加热整个衬底以修复离子注入造成的Si表面晶体损伤；S117、将整个衬底放在100℃的H2O2溶液中10分钟，在所述Ge/Si虚衬底材料表面形成GeO2钝化层；S118、在所述GeO2钝化层表面生长厚度为2～10nm的HfO2材料；S119、在750～850℃温度下，利用CVD工艺在所述HfO2材料表面淀积厚度为110nm的TaN材料；S120、利用选择性刻蚀工艺刻蚀部分TaN材料和HfO2材料，形成NMOS栅极和PMOS栅极；S121、在所述NMOS栅极和PMOS栅极表面利用CVD工艺淀积SiO2材料；S122、采用离子注入工艺，对所述NMOS有源区进行As离子注入形成NMOS源漏区；S123、采用离子注入工艺，在异于所述NMOS有源区的整个衬底表面进行BF2+注入形成PMOS源漏区；S124、去除所述NMOS栅极和PMOS栅极表面的SiO2材料；S125、利用CVD工艺在整个衬底表面淀积厚度为20～30nm的BPSG形成介质层；S126、采用硝酸和氢氟酸刻蚀BPSG形成NMOS源漏接触孔和PMOS源漏接触孔；S127、利用电子束蒸发工艺在整个衬底表面淀积厚度为10～20nm金属W形成源漏接触；S128、利用选择性刻蚀工艺刻蚀指定区域的金属W，并利用CMP工艺进行平坦化处理；S129、利用CVD工艺在整个衬底表面淀积厚度为20～30nm的SiN材料用于钝化电介质，最终形成所述激光再晶化Ge CMOS器件。