[發明專利]應變Ge倒梯形柵NMOS器件及制備方法

在審

• 申請號: 201510540440.0
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105140125A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 王穎;魏益民
• 申請（專利權）人: 陜西學前師范學院
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;H01L29/78;H01L29/423;H01L29/06;H01L29/84
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于半導體集成電路技術領域，尤其涉及一種應變Ge倒梯形柵NMOS器件及制備方法。

背景技術

自從20世紀60年代出現了硅集成電路后，一個通用的電子電路可以制作在面積很小的單晶硅片上，實現了電子電路的微小型化；隨著對集成電路需求的增長和研究工作的深入，又出現了單片集成系統和子系統，逐漸形成了研究在固體(主要在半導體)材料上構成微小型化電子電路、系統及子系統的電子學分支學科，即微電子學。微電子學是在物理學、電子學、材料科學、計算機科學、集成電路設計制造學等多種學科和超凈、超純、超精細加工技術基礎上發展起來的一門新興學科，也是一門極為活躍的學科，正在不斷生長新的學科分支，構成一系列新的學科群，是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。微電子學主要研究半導體器件物理與固體物理，電子材料與固體電子器件，超大規模集成電路（ULSI）的設計與制造技術，微電子系統與微機械以及計算機輔助設計制造等。將光電子和微電子結合起來構成了集成光電子學（OEIC）；機械材料力學和微電子結合出現了微電子機械學（MEMS）；進入納米領域后又新生長出量子電子學等等。這些新的學科分支及新的技術不僅有大量學術研究價值而且都具有廣闊的應用前景，受到各國學術界、工業界的普遍重視，紛紛投入大量人力、物力發展新學科，開發新技術。微電子學的發展具有廣闊的前景。微電子學是21世紀電子科學技術與信息科學技術的先導和基礎。

對半導體產業發展產生巨大影響的“摩爾定律”之處：集成電路芯片上的晶體管數目，約每18個月翻一番，性能也翻一番。40多年來，世界半導體產業始終按照這條定律不斷地發展。但是，隨著器件特征尺寸的不斷減小，尤其是進入納米尺寸之后，微電子技術的發展越來越逼近材料、技術和器件的極限，面臨著巨大的挑戰。當器件特征尺寸縮小到65nm以后，納米尺寸器件中的短溝效應、強場效應、量子效應、寄生參量的影響，工藝參數誤差等問題對器件泄露電流、壓閾特性、開態/關態電流等性能的影響越來越突出，電路速度和功耗的矛盾也將更加嚴重。

為了解決上述問題，新材料、新技術和新工藝被應用，但效果并不十分理想。比如：隧穿二極管雖然電流開關比很高，但制作成本高，開態電流小；石墨烯材料載流子具有極高的遷移率，但禁帶寬度過小的問題一直沒有很好的得以解決。FinFET器件可以有效減小泄露電流，但是工藝復雜且器件電學提升效果有限。因此，如何制作一種高性能的NMOS器件就變得及其重要。

發明內容

因此，為解決現有技術存在的技術缺陷和不足，本發明提出一種應變Ge倒梯形柵NMOS器件及制備方法。

具體地，本發明實施例提出的一種應變Ge倒梯形柵NMOS器件及制備方法的制備方法，包括：

(a)選取SOI襯底；

(b)在所述SOI襯底上形成N型應變Ge層形成NMOS有源區；

(c)在所述NMOS有源區表面光刻形成NMOS柵極區圖形，利用粒子束刻蝕工藝在所述NMOS有源區形成雙梯形凹槽；

(d)在所述NMOS有源區表面形成NMOS柵介質材料；

(e)刻蝕所述NMOS有源區表面指定位置處的所述柵介質材料，并向所述NMOS有源區注入N型離子形成NMOS源漏區；

(f)在所述雙梯形凹槽上方淀積金屬以形成NMOS柵極；

(g)金屬化處理，并光刻漏極引線、源極引線和柵極引線，最終形成應變Ge倒梯形柵NMOS器件。

此外，本發明另一實施例提出的一種應變Ge倒梯形柵NMOS器件，由上述實施例的應變Ge倒梯形柵NMOS器件的制備方法制得。

綜上所述，本實施例的制備方法具有如下優點：

1.本發明制備的NMOS器件的梯形柵可以等效為無窮多個小臺階的堆積，根據電流集邊效應，臺階處的電流密度會增大，從而降低了溝道處的電流密度，以使NMOS電路獲得較高的擊穿電壓；

2.由于柵極結構不是平面結構，柵電容不再是傳統的平板電容，增加了器件的柵控能力，增大NMOS器件在關態時的擊穿電壓，增加了NMOS器件的可靠性；

3.本發明利用的溝道材料為應變Ge材料，相對于傳統Si材料載流子遷移率提高了數倍，從而提高了NMOS器件的電流驅動與頻率特性；

4.采用多子傳輸的方式從而避免了對NMOS溝道進行P型摻雜，因為在應變鍺(Ge)材料中P型摻雜例如硼（B）摻雜有著嚴重的雜質激活率低的問題，嚴重影響了溝道載流子遷移率。