[發明專利]多晶Si1-xGex/金屬并列覆蓋雙柵SSGOI nMOSFET器件結構

無效

• 申請號: 201110134448.9
• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN102208448A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 宋建軍;王冠宇;張鶴鳴;胡輝勇;宣榮喜;周春宇
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/49;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及微電子領域中一種半導體MOSFET器件結構，具體來說是一種多晶Si_1-xGe_x/金屬并列覆蓋雙柵臺階式埋氧SSGOI?nMOSFET器件結構。

背景技術

硅基(Silicon-Based)MOSFET技術已經進入納米時代，溝道長度不斷減小，半導體器件的發展越來越受物理極限方面的限制，高速高性能器件的需求也越來越強烈，此時提高載流子遷移率則成為了一個有效的手段。目前通過縮小傳統硅工藝特征尺寸遇到很多阻礙，各種二級物理效應不斷顯現。為了延續摩爾定律的預測，器件結構的改進以及新材料的引入可能會對器件特性的提高起到重要的推動作用，所以新的材料和結構的設計研究受到了人們的關注。在這些新的材料和結構中，絕緣層上硅(SOI)和應變硅(SSi)是非常有發展前景的SOI材料，即絕緣體上硅材料(Silicon-On-Insulator)，被國際上公認為“21世紀硅集成電路技術”的基礎，它能突破體硅材料的諸多限制，可有效消除MOS電路中的閂鎖效應、減小漏源區的寄生電容、易形成淺結，能有效抑制MOSFET器件的小尺寸效應，在航天領域、光電子領域，以及微機械系統、三維立體電路、混合電路等方面有廣闊的應用前景。

另一方面，在硅基應變Si/SiGe異質結構中，由雙軸應變所引起的能帶分裂可以使應變Si中的電子和空穴遷移率都得到顯著增強，并且由于與Si工藝兼容，結構簡單，使應變Si?MOSFET得到廣泛應用。隨著溝道長度的不斷減小，如何繼續保持甚至繼續提高應變Si?MOSFET的性能便成為當前研究的熱點問題。SSOI(Strained?Silicon-on-Insulator)、SGOI(SiGe-on-Insulator)以及應變SGOI(SSGOI)MOSFET正是在這種背景下被提出來的。SSGOI器件工藝相對簡單，但需要生長弛豫SiGe虛擬襯底，其熱導率比較低。除此之外這些SOI?MOSFET器件均是以SiO₂作為絕緣埋氧層，同樣易于出現自加熱效應。因此，熱致可靠性同樣也是硅基SOI器件面臨的最緊迫的問題。

發明內容

本發明的目的是利用現有的常規Si?SOI工藝，提供一種具有高速高性能的新型多晶Si_1-xGe_x/金屬并列覆蓋雙柵臺階式埋氧SSGOI?nMOSFET器件結構。

多晶Si_1-xGe_x/金屬并列覆蓋雙柵SSGOI?nMOSFET器件結構，自上而下依次包括：多晶Si_1-xGe_x/金屬并列覆蓋雙柵結構1；柵絕緣層2；本征(或者p^-摻雜)應變Si電子量子阱層3；p摻雜弛豫Si_1-yGe_y緩沖層4；臺階式埋氧層5；p^-摻雜的單晶Si(100)襯底6，所述p^-摻雜的單晶Si(100)襯底由p弛豫Si_1-yGe_y緩沖層、p弛豫SiGe漸變層以及單晶Si三部分組成。

引入多晶Si_1-xGe_x/金屬并列覆蓋雙柵結構提高了溝道電子輸運速度，輸出電流與工作頻率，并抑制了漏致勢壘降低(DIBL)效應；雙軸應變Si層可提高電子的遷移率；臺階式埋氧層一定程度上可以改善器件的自加熱效應以及亞閾特性，減小器件亞閾擺幅

對于本發明的說明，主要集中于“柵極工程”和“襯底工程”兩部分，其他的結構部分均為通常的意義。

(1)柵極工程