[發明專利]一種基于鍵合工藝的高遷移率雙溝道材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110151804.8
• 申請日: 2011-06-08
• 公開（公告）號: CN102820252A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 張苗;張波;薛忠營;王曦
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所;上海新傲科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/8238
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種用于CMOS器件的雙溝道材料的制備方法，尤其涉及一種基于鍵合工藝的高遷移率雙溝道材料的制備方法，屬于微電子與固體電子學技術領域。

背景技術

隨著集成電路工藝的發展，器件的特征尺寸不斷縮小，體硅材料較低的電子和空穴遷移率已經成為提高器件性能的瓶頸。應變硅(strained?silicon)，通過在晶格常數不同于硅的材料上外延硅，或者其他工藝方法引起硅晶格結構的拉伸或者壓縮形變而形成。由于其可以有效提高載流子遷移率，已經成為面向新一代半導體工藝節點的候選襯底材料。SiGe襯底具有與Si不相同的晶格常數，在SiGe襯底上外延生長的Si與SiGe襯底之間會存在晶格失配，這種晶格失配使得外延的Si層會有應變。應變硅材料由于其晶格結構的畸變，能夠同時提高電子和空穴的遷移率，而絕緣體上應變硅(sSOI，strained?silicon?on?insulator)同時具有絕緣體上硅(SOI，silicon?on?insulator)和應變硅的優點，在集成電路工藝中具有更廣闊的應用前景。

絕緣體上應變硅材料也可以是應變Si與(應變)SiGe的組合，即以應變Si/(應變)SiGe形成雙溝道層結構(應變Si為表層、SiGe為埋層)。在雙溝道獨特的能帶結構中，電子被限制在應變Si層中，可以獲得高的電子遷移率，空穴被限制在(應變)SiGe層中，可以獲得高的空穴遷移率。

鑒于此，本發明將提出一種基于鍵合工藝的應變Si/SiGe雙溝道材料的制備工藝，采用該工藝可同時為NMOS及PMOS提供高遷移率的溝道材料。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種基于鍵合工藝的高遷移率雙溝道材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種基于鍵合工藝的高遷移率雙溝道材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、在體硅襯底上外延生長SiGe層，作為器件片；

步驟二、對另一體硅襯底表面進行熱氧化處理，使其表面形成SiO₂層，作為支撐片；

步驟三、將器件片外延有SiGe層的表面與支撐片形成有SiO₂層的表面鍵合，并進行鍵合加固處理，形成鍵合片；

步驟四、對鍵合片中的器件片部分進行背面研磨，將器件片背面的體硅襯底減薄至1-10微米，然后利用化學腐蝕的方法去除減薄剩余的體硅襯底，露出SiGe層；

步驟五、在露出的SiGe層上外延生長Si蓋帽層；

步驟六、在所述Si蓋帽層上形成光刻膠，利用光刻刻蝕工藝將部分Si蓋帽層露出；

步驟七、在露出的Si蓋帽層上繼續外延生長Si層；

步驟八、進行離子注入，使注入的離子分布在SiO₂層中；

步驟九、進行退火工藝，使部分SiGe層中的應力產生弛豫，從而將應力轉移到其上方外延的Si材料中形成應變硅；形成的應變硅用于形成NMOSFET溝道，在光刻膠覆蓋區域下方的SiGe層用于形成PMOSFET溝道。

作為本發明的優選方案，步驟一外延生長的SiGe層中，Ge含量為10％-50％。

作為本發明的優選方案，步驟一外延生長的SiGe層的厚度為5-200nm。

作為本發明的優選方案，步驟二形成的SiO₂層的厚度為10-500nm。

作為本發明的優選方案，步驟三鍵合加固處理的加固溫度為300-800℃，時間為5-60分鐘。

作為本發明的優選方案，步驟五外延生長的Si蓋帽層的厚度為2-5nm。

作為本發明的優選方案，步驟七外延生長的Si層的厚度為5-20nm。

作為本發明的優選方案，步驟八注入的離子為H、He、N、Si、C中的一種或多種。

作為本發明的優選方案，步驟八離子注入的劑量為1E13-1E18/cm²。

作為本發明的優選方案，步驟九退火的溫度為300-1000℃，時間為1分鐘至2小時。

本發明的有益效果在于：

本發明采用了鍵合工藝，利用外延、離子注入、退火等手段在具有SiO₂層的襯底上形成了應變Si/SiGe雙溝道材料，其工藝步驟簡單，易于實現，能夠同時為NMOSFET及PMOSFET提供高遷移率的溝道材料，滿足了同時提高NMOSFET和PMOSFET器件性能的要求，為下一代的CMOS工藝提供潛在的溝道材料。

附圖說明