[發明專利]高性能CMOS器件

有效

• 申請號: 201010273834.1
• 申請日: 2010-09-06
• 公開（公告）號: CN101958322A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 王敬;許軍;郭磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L29/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及半導體制造及設計技術領域，特別涉及一種高性能CMOS器件。

背景技術

目前，隨著場效應晶體管特征尺寸的不斷縮小，其器件性能越來越高，工作速度也越來越快。但是由于目前的特征尺寸已接近了Si材料的極限，因此對于更小尺寸的器件，可以采用引入應力來克服此問題。例如目前提出了采用應變Si作為溝道層以改善NMOS器件的性能，但是由于應變Si作為溝道層不能滿足PMOS器件的要求，會降低載流子遷移率。因此PMOS器件必須要考慮其他材料或結構。由于Ge材料具有良好的低場遷移率以及比Si材料更小的禁帶寬度，并且Ge溝道器件的制作工藝可以和傳統的Si晶體管工藝相兼容，因此PMOS器件可以采用Ge材料。但是Ge溝道材料的晶體管也面臨著如Ge襯底與柵絕緣層介質間難以得到良好界面、金屬鍺化物串聯電阻大等一系列問題。從以上描述可以看出無論對于NMOS器件還是PMOS器件，其性能還都有待提高，因此如何對NMOS和PMOS的性能進行折中，以提出性能更高的CMOS器件結構是個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷，特別提出了一種高性能CMOS器件。

為達到上述目的，本發明一方面提出了一種高性能互補金屬氧化物半導體CMOS器件，包括：Si襯底，所述Si襯底包括NMOS區和PMOS區，其中，所述NMOS區和PMOS區之間具有第一隔離結構；位于所述NMOS區中的NMOS器件結構，所述NMOS器件結構包括：形成于所述Si襯底之上的第一柵堆疊結構，以及位于所述第一柵堆疊結構兩側的一層或多層側墻；形成于所述第一柵堆疊結構兩側的第一源漏極；和覆蓋所述第一柵堆疊結構和所述第一源漏極的具有張應力的氮化物覆蓋層；位于所述PMOS區中的PMOS器件結構，所述PMOS器件結構包括：形成于所述Si襯底之上的第一應變SiGe層；形成于所述第一應變SiGe層之上的Si帽層；形成于所述Si帽層之上的第二柵堆疊結構，以及位于所述第二柵堆疊結構兩側的一層或多層側墻；和形成于所述第二柵堆疊結構兩側的第二源漏極。

在本發明的一個實施例中，所述第一應變SiGe層為高Ge組分SiGe層。

在本發明的一個實施例中，所述具有張應力的氮化物覆蓋層為氮化硅薄膜。

在本發明的一個實施例中，所述第一柵堆疊結構與所述第二柵堆疊結構在同一平面上。

在本發明的一個實施例中，所述第二源漏極中的Ge含量大于所述PMOS器件結構中溝道區中的Ge含量。

在本發明的一個實施例中，所述第一隔離結構為淺溝槽隔離或場氧隔離。

在本發明的一個實施例中，所述第二源漏極為提升結構。

在本發明的一個實施例中，所述第一應變SiGe層和Si帽層形成在所述Si襯底的襯底凹槽之中。

在本發明的一個實施例中，所述Si襯底為體Si襯底或絕緣體上硅SOI襯底。

本發明另一方面還提出了一種高性能CMOS器件，包括：襯底；形成在所述襯底之上的馳豫SiGe過渡層，所述馳豫SiGe過渡層包括NMOS區和PMOS區，其中，所述NMOS區和PMOS區之間具有第二隔離結構；位于所述NMOS區中的NMOS器件結構，所述NMOS器件結構包括：形成于所述馳豫SiGe過渡層之上的Si帽層；形成于所述Si帽層之上的第一柵堆疊結構，以及位于所述第一柵堆疊結構兩側的一層或多層側墻；形成于所述第一柵堆疊結構兩側以及所述Si帽層之中的第一源漏極；位于所述PMOS區中的PMOS器件結構，所述PMOS器件結構包括：形成于所述馳豫SiGe過渡層之上的第二應變Si層；形成于所述第二應變Si層之上的高Ge組分應變層；形成于所述高Ge組分應變層之上的第三應變Si層；形成于所述第三應變Si層之上的第二柵堆疊結構，以及位于所述第二柵堆疊結構兩側的一層或多層側墻；和形成于所述第二柵堆疊結構兩側的第二源漏極。

在本發明的一個實施例中，所述第二隔離結構為淺溝槽隔離或場氧隔離。

在本發明的一個實施例中，所述第二隔離結構為隔離墻結構。

在本發明的一個實施例中，所述馳豫SiGe過渡層中PMOS區的Ge含量大于NMOS區的Ge含量。

在本發明的一個實施例中，所述馳豫SiGe過渡層中的PMOS區和NMOS區通過選擇性外延形成。

在本發明的一個實施例中，所述高Ge組分應變層為應變Ge層或高Ge組分應變SiGe層。

在本發明的一個實施例中，所述襯底為體Si襯底或SOI襯底。

在本發明的一個實施例中，所述NMOS器件結構還包括：覆蓋所述第一柵堆疊結構和所述第一源漏極的具有張應力的氮化物覆蓋層。