專(zhuān)利名稱(chēng)：基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)縮小晶體管的尺寸來(lái)提高芯片的工作速度和集成度、減小芯片功耗密度一直是微電子工業(yè)發(fā)展所追求的目標(biāo)。在過(guò)去的四十年里，微電子工業(yè)發(fā)展一直遵循著摩爾定律。當(dāng)前，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的物理柵長(zhǎng)已接近20nm，柵介質(zhì)也僅有幾個(gè)氧原子層厚，通過(guò)縮小傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的尺寸來(lái)提高性能已面臨一些困難，這主要是因?yàn)樾〕叽缦露虦系佬?yīng)和柵極漏電流使晶體管的開(kāi)關(guān)性能變壞。
納米線(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NWFET，NanowireMOSFET)有望解決這一問(wèn)題。一方面，小的溝道厚度和寬度使NWFET的柵極更接近于溝道的各個(gè)部分，有助于晶體管柵極調(diào)制能力的增強(qiáng)；另一方面，NWFET利用自身的細(xì)溝道和圍柵結(jié)構(gòu)改善柵極調(diào)制力和抑制短溝道效應(yīng)，緩解了減薄柵介質(zhì)厚度的要求，有望減小柵極漏電流。此外，納米線(xiàn)溝道可以不摻雜，減少了溝道內(nèi)雜質(zhì)離散分布和庫(kù)侖散射。對(duì)于一維納米線(xiàn)溝道，由于量子限制效應(yīng)，溝道內(nèi)載流子遠(yuǎn)離表面分布，故載流子輸運(yùn)受表面散射和溝道橫向電場(chǎng)影響小，可以獲得較高的遷移率?；谝陨蟽?yōu)勢(shì)，NWFET越來(lái)越受到科研人員的關(guān)注。由于Si材料和工藝在半導(dǎo)體工業(yè)中占有主流地位，與其他材料相比，硅納米線(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Si-NWFET)的制作更容易與當(dāng)前工藝兼容。NWFET的關(guān)鍵工藝是納米線(xiàn)的制作，可分為自上而下和自下而上兩種工藝路線(xiàn)。對(duì)于Si納米線(xiàn)的制作，前者主要利用光刻(光學(xué)光刻或電子束光刻)和ICP刻蝕(感應(yīng)耦合等離子體刻蝕)、RIE (反應(yīng)離子)刻蝕或濕法腐蝕工藝，后者主要基于金屬催化的氣-液-固(VLS)生長(zhǎng)機(jī)制，生長(zhǎng)過(guò)程中以催化劑顆粒作為成核點(diǎn)。目前，自下而上的工藝路線(xiàn)制備的硅納米線(xiàn)由于其隨機(jī)性而不太適合Si-NWFET的制備，因此目前的硅納米線(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的Si-NW主要是通過(guò)自上而下的工藝路線(xiàn)制備。申請(qǐng)?zhí)枮?00910199721. 9的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種混合材料積累型圓柱體全包圍柵CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其被柵極全包圍的溝道截面為圓型；申請(qǐng)?zhí)枮?00910199725. 7的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種混合晶向積累型全包圍柵CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其被柵極全包圍的溝道截面為跑道型；申請(qǐng)?zhí)枮?00910199723. 8的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種混合材料積累型全包圍柵CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其被柵極全包圍的溝道截面為跑道型，以上3個(gè)專(zhuān)利都采用積累型混合晶向的MOSFET，具有以下缺點(diǎn)I. NMOS和PMOS共用同一柵極層，只能實(shí)現(xiàn)鉗位式的CMOS結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)NMOS和PMOS分離結(jié)構(gòu)，而實(shí)際CMOS電路中具有大量NMOS和PMOS分離結(jié)構(gòu)；2. NMOS和PMOS共用同一柵極層，無(wú)法針對(duì)NMOS和PMOS分別進(jìn)行柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)和柵極電阻率調(diào)節(jié)；3.工藝上很難實(shí)現(xiàn)針對(duì)NMOS和PMOS分別進(jìn)行源漏離子注入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，實(shí)現(xiàn)了 NM0SFET與PM0SFET分離結(jié)構(gòu)，能夠針對(duì)NMOS和PMOS分別進(jìn)行柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)、柵極電阻率調(diào)節(jié)以及針對(duì)NMOS和PMOS分別進(jìn)行源漏離子注入。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，包括提供SOI襯底，所述SOI襯底由下至上依次包括硅襯層、埋氧層和頂層硅；將所述頂層硅轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層；在所述初始鍺硅層上形成硅層和后續(xù)鍺硅層，所述初始鍺硅層和后續(xù)鍺硅層共同構(gòu)成鍺硅層；對(duì)所述鍺硅層和硅層刻蝕處理，形成鰭形有源區(qū)；刻蝕所述鍺硅層，形成鰭形溝道區(qū)，剩余的區(qū)域作為源漏區(qū)；在所述鰭形有源區(qū)內(nèi)形成硅納米線(xiàn)；在所述SOI襯底上的溝道內(nèi)形成隔離介質(zhì)層；在所述硅納米線(xiàn)、SOI襯底以及源漏區(qū)表面形成柵極氧化層；在所述源漏區(qū)之間的SOI襯底上形成柵極；進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)金半合金工藝，形成積累型PM0SFET ;進(jìn)行積累型PM0SFET的層間隔離介質(zhì)層沉積；在所述層間隔離介質(zhì)層上形成積累型NM0SFET ;進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)金半合金以及后道金屬互連工藝，引出各端口。作為優(yōu)選，將所述SOI襯底頂層硅轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層的步驟包括在所述SOI襯底表面沉積一鍺層或鍺硅層；對(duì)所述鍺層和鍺硅層氧化處理，所述鍺層或鍺硅層中鍺氧化濃縮與所述頂層硅中的硅形成初始鍺硅層，所述初始鍺硅層的上層表面為SiO2層；濕法去除所述SiO2層。作為優(yōu)選，所述積累型PM0SFET中硅納米線(xiàn)的表面晶向?yàn)?110 )，所述積累型PM0SFET溝道方向?yàn)椤?10〉。作為優(yōu)選，積累型NM0SFET中硅納米線(xiàn)的表面晶向?yàn)?100)，所述積累型NM0SFET溝道方向?yàn)椤?10〉。作為優(yōu)選，對(duì)所述鍺硅層和硅層刻蝕處理之后，對(duì)所述源漏區(qū)之間的區(qū)域進(jìn)行離子注入，所述離子類(lèi)型為P型。作為優(yōu)選，在所述SOI襯底上的溝道內(nèi)形成隔離介質(zhì)層之后，進(jìn)行源漏區(qū)離子注入以及退火工藝。作為優(yōu)選，在所述源漏區(qū)之間的SOI襯底上形成柵極之后，進(jìn)行源漏區(qū)離子注入以及退火工藝。作為優(yōu)選，所述硅納米線(xiàn)的直徑在I納米微米之間。作為優(yōu)選，所述硅納米線(xiàn)的截面形狀為圓形、橫向跑道形或縱向跑道形。作為優(yōu)選，所述層間隔離介質(zhì)層為二氧化硅或具有微孔結(jié)構(gòu)的含碳低K 二氧化硅。作為優(yōu)選，所述層間隔離介質(zhì)層的表面粗糙度小于10nm。作為優(yōu)選，采用次常壓化學(xué)氣相刻蝕法刻蝕所述硅鍺層。作為優(yōu)選，所述次常壓化學(xué)氣相刻蝕法采用氫氣和氯化氫混合氣體，其中氫氣和氯化氫混合氣體的溫度在600°C 800°C之間，其中氯化氫的分壓大于300Torr。作為優(yōu)選，在所述層間隔離介質(zhì)層上形成積累型NMOSFET步驟中采用激光退火工藝對(duì)所述NMOSFET的源漏區(qū)進(jìn)行退火。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.基于SOI襯底，PM0SFET與硅襯層之間設(shè)置有絕緣體層，使柵極與硅襯層之間能夠很好地隔離；2.上下兩層半導(dǎo)體納米線(xiàn)MOSFET是由層間隔離介質(zhì)層隔離開(kāi)，可以完全獨(dú)立進(jìn)行工藝調(diào)試，如柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)、柵極電阻率調(diào)節(jié)以及針對(duì)NMOS和PMOS分別進(jìn)行源漏離子注入工藝；3.本發(fā)明中PM0SFET與NMOSFET均為積累型，又由于載流子遷移率為體材料遷移率，因此本發(fā)明的基于SOI雙層隔離混合晶向積累型Si-NWFET器件具有較高的載流子遷移率。


圖I為本發(fā)明一具體實(shí)施例中SOI襯底X-X’向剖面示意圖；
圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例中形成鍺層或鍺硅層后器件X-X’向剖面示意圖；圖3為本發(fā)明一具體實(shí)施例中氧化工藝后器件X-X’向剖面示意圖；圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施例中去除二氧化硅后器件X-X’向剖面示意圖；圖5為本發(fā)明一具體實(shí)施例中形成硅層和鍺硅層后器件X-X’向剖面示意圖；圖6為本發(fā)明一具體實(shí)施例中溝道區(qū)離子注入后器件X-X’向剖面示意圖；圖7為本發(fā)明一具體實(shí)施例形成鰭形有源區(qū)后器件Y-Y’向剖面示意圖；圖8A 8B為本發(fā)明一具體實(shí)施例中鰭形有源區(qū)鍺硅刻蝕后器件X_X’向和Y_Y’向剖面示意圖；圖8C為本發(fā)明一具體實(shí)施例中形成硅納米線(xiàn)后器件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明一具體實(shí)施例中硅納米線(xiàn)的剖面示意圖；圖IOAlOB為本發(fā)明一具體實(shí)施例中沉積隔離介質(zhì)層后器件Χ-Χ’向和Υ-Υ’向剖面示意圖；圖IlAllB為本發(fā)明一具體實(shí)施例中去除多余隔離介質(zhì)層后器件Χ-Χ’向和Υ-Υ’向剖面示意圖；圖12為本發(fā)明一具體實(shí)施例中進(jìn)行源漏區(qū)離子注入時(shí)器件Χ-Χ’向剖面示意圖；圖13Α 13Β為本發(fā)明一具體實(shí)施例中形成柵極溝槽后器件Χ_Χ’向和Υ_Υ’向剖面示意圖；圖14為本發(fā)明一具體實(shí)施例中形成柵極氧化層后器件Χ-Χ’向剖面示意圖；圖15Α 15Β為本發(fā)明一具體實(shí)施例中沉積柵極材料后器件Χ_Χ’向和Υ_Υ’向剖面示意圖；圖16Α 16Β為本發(fā)明一具體實(shí)施例中去除多余柵極材料后器件Χ_Χ’向和Υ_Υ’向剖面示意圖；圖17為本發(fā)明一具體實(shí)施例中自對(duì)準(zhǔn)金半合金工藝后器件Χ-Χ’向剖面示意圖；圖18為本發(fā)明一具體實(shí)施例中沉積層間隔離介質(zhì)層后器件Χ-Χ’向剖面示意圖；圖19Α 19Β為本發(fā)明一具體實(shí)施例中形成上層單晶硅層的工藝流程示意圖和各工藝完成后器件Χ-Χ’向剖面示意圖；圖20為本發(fā)明一具體實(shí)施例中沉積硅層和后續(xù)鍺硅層后器件Χ-Χ’向剖面示意圖21為本發(fā)明一具體實(shí)施例中上層NMOSFET源漏區(qū)離子注入時(shí)器件X_X’向剖面示意圖；圖22A 22B為本發(fā)明一具體實(shí)施例中上層自對(duì)準(zhǔn)金半合金工藝后器件X_X’向和Y-Y’向剖面示意圖；圖23A 23B為本發(fā)明一具體實(shí)施例中金屬互 連工藝后X_X’向和Y_Y’向剖面示意圖；
圖24為本發(fā)明一具體實(shí)施例中基于SOI雙層隔離混合晶向積累型Si-NWFET的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖25為本發(fā)明一具體實(shí)施例中基于SOI雙層隔離混合晶向積累型Si-NWFET的俯視不意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。如圖25所示，為了更清楚的描述本實(shí)施例，定義鰭形有源區(qū)或后續(xù)形成的硅納米線(xiàn)的長(zhǎng)度方向?yàn)棣?Χ’向，Χ-Χ’向貫穿柵極和源漏區(qū)，垂直于Χ-Χ’向?yàn)棣?Υ’向。下面結(jié)合圖I至25詳細(xì)的描述本發(fā)明一實(shí)施例基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，具體包括請(qǐng)參照?qǐng)D1，提供SOI襯底，所述SOI襯底的底層為用于提供機(jī)械支撐的硅襯層1，硅襯層I上為絕緣體層，本發(fā)明采用埋氧層(BOX) 2作為絕緣體層，埋氧層2上為頂層硅3。接著，將所述SOI襯底的頂層硅3轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層6’ ；具體包括首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2，在SOI襯底表面形成一鍺層4 (鍺層可由鍺硅層替代)；接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3，對(duì)SOI襯底表面進(jìn)行氧化處理，鍺層4因?yàn)檠趸瘽饪s滲到頂層硅3中，形成初始鍺硅層6’，初始鍺硅層6’上層表面的硅被氧化成為二氧化硅層5 ;接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4，濕法刻蝕工藝去除SOI襯底表面的二氧化硅層5 ;此時(shí)，SOI襯底的硅層硅3轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層6’。請(qǐng)參照?qǐng)D5，在初始鍺硅層6’上分別形成硅層7和后續(xù)鍺硅層6”，首先在初始鍺硅層6’上外延生長(zhǎng)硅層7，再外延生長(zhǎng)后續(xù)鍺硅層6”，為方便描述，將初始鍺硅層6’和后續(xù)鍺硅層6”統(tǒng)稱(chēng)為鍺硅層6。請(qǐng)參照?qǐng)D6，對(duì)SOI襯底的溝道區(qū)進(jìn)行離子注入，具體為首先，在鍺硅層6上進(jìn)行光刻工藝，覆蓋光刻膠8在后續(xù)形成源漏區(qū)10 (請(qǐng)參照?qǐng)D26)，接著進(jìn)行離子注入，離子類(lèi)型為P型，離子注入完成后去除源漏區(qū)10表面的光刻膠8。需要說(shuō)明的是，該步驟為可選步驟，依器件電性要求允許情況下可省略。請(qǐng)參照?qǐng)D7，對(duì)所述鍺硅層6和硅層7刻蝕處理，形成鰭形有源區(qū)201 (請(qǐng)參照?qǐng)D26),剩余的區(qū)域作為源漏區(qū)10 ;可采用光學(xué)光刻(Photolithography)或電子束光刻(electron beam lithography),刻蝕掉鰭形有源區(qū)201周?chē)嘤嗟逆N娃層6和娃層7,直至
暴露埋氧層2表面。請(qǐng)參照?qǐng)D8A1C，繼續(xù)刻蝕鰭形有源區(qū)內(nèi)的鍺硅層6，形成鰭形溝道區(qū)，在所述鰭形有源區(qū)201內(nèi)形成硅納米線(xiàn)71 ;具體為，選擇性刻蝕去除鰭形有源區(qū)201內(nèi)的鍺硅層6，形成鰭形溝道區(qū)，可選的，利用次常壓化學(xué)氣相刻蝕法進(jìn)行選擇性刻蝕，可以采用60CT800攝氏度下的H2和HCL混合氣體，其中HCL的分壓大于300Torr，選擇性刻蝕步驟直至鰭形有源區(qū)201內(nèi)的鍺硅層6全部去除為止；接著,對(duì)鰭形有源區(qū)201、S0I襯底和源漏區(qū)10表面進(jìn)行氧化,控制氧化時(shí)間,利用濕法工藝去除鰭形有源區(qū)201、SOI襯底以及源漏區(qū)10表面的SiO2，從而形成硅納米線(xiàn)71(請(qǐng)參照?qǐng)D8C)。進(jìn)一步的,如果所述的熱氧化是爐管氧化(Furnace Oxidation),則氧化時(shí)間范圍為I分鐘至20小時(shí)；如果是快速熱氧化(RTO)，則氧化時(shí)間范圍為I秒到30分鐘，然后通過(guò)濕法工藝去除上述步驟在硅納米線(xiàn)71及埋氧層2和源漏區(qū)10表面上形成的二氧化硅。最后形成的硅納米線(xiàn)71的直徑在I納米微米之間。由于硅層7的厚度與鰭形有源區(qū)201橫向尺寸大小不同，硅納米線(xiàn)71的截面形狀也不同，請(qǐng)參照?qǐng)D9，硅納米線(xiàn)71的截面形狀包括圓形301，橫向跑道形302以及縱向跑道形303，本發(fā)明優(yōu)選截面形狀為圓形301的硅納米線(xiàn)71，通過(guò)更先進(jìn)的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可以對(duì)鰭形有源區(qū)(Fin)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行更精確控制，從而更有利于硅納米線(xiàn)71的形狀優(yōu)化和精 確控制硅納米線(xiàn)71的直徑。請(qǐng)參照?qǐng)D10A 13B，在鰭形有源區(qū)外的溝道區(qū)形成溝道隔離介質(zhì)層9’，具體為如圖IOAlOB所示，在鰭形有源區(qū)201內(nèi)的SOI襯底和源漏區(qū)10表面沉積溝道隔離介質(zhì)層9’;接著，請(qǐng)參照?qǐng)D11A 11B，去除鰭形有源區(qū)201以及源漏區(qū)10表面多余的溝道隔離介質(zhì)層9’，使刻蝕后的隔離介質(zhì)層9’與源漏區(qū)10上表面處于同一水平面。請(qǐng)參照?qǐng)D12，進(jìn)行源漏區(qū)離子注入工藝，具體為先進(jìn)行光刻工藝，在源漏區(qū)10以外部分的區(qū)域覆蓋光刻膠8’ ；然后，針對(duì)不同類(lèi)型的MOS晶體管選擇不同類(lèi)型的離子進(jìn)行注入；最終，去除光刻膠8’并對(duì)源漏區(qū)10進(jìn)行退火以激活被注入的離子?？蛇x地，源漏區(qū)離子注入以及退火工藝也可以在柵極形成之后進(jìn)行。請(qǐng)參照?qǐng)D13A 13B，光刻以及選擇性刻蝕去除源漏區(qū)之間多余的溝道隔離介質(zhì)層9 ’，形成柵極溝槽，所述柵極溝槽用于后續(xù)形成柵極202。請(qǐng)參照?qǐng)D1Γ16Β，在硅納米線(xiàn)71上形成柵極氧化層，在柵極溝槽內(nèi)形成柵極202，具體為首先，請(qǐng)參照?qǐng)D14，在硅納米線(xiàn)表面形成柵極氧化層11，其中柵極氧化層采用的是常規(guī)的柵極氧化層材質(zhì)，因此柵極氧化層11的材質(zhì)可以為爐管氧化、快速熱氧化或原子層沉積技術(shù)(ALD)形成的SiO2或SiON或?yàn)椴捎迷訉映练e的高k介質(zhì)(高介電值介質(zhì))或其組合，高k介質(zhì)為Hf02、Al203、Zr02中的一種或其任意組合；因?yàn)闁艠O氧化層11以及SOI襯底中的埋氧層2的存在，使得后續(xù)柵極202與SOI襯底的隔離效果更佳。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D15A 15B，在鰭形有源區(qū)201和源漏區(qū)10表面沉積柵極材料12，柵極材料12可以為多晶硅，無(wú)定形硅，金屬或者其任意組合，其中金屬優(yōu)選為鋁或鈦或鉭的金屬化合物。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D16A 16B，采用化學(xué)機(jī)械研磨去除鰭形有源區(qū)201、源漏區(qū)10表面多余的柵極材料12，使柵極材料12與源漏區(qū)10上表面在同一水平面。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D17，進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)金半合金工藝，在源漏區(qū)10以及柵極202表面形成硅合金13。此時(shí)，完成基于SOI雙層隔離混合晶向積累型Si-NWFET器件的下層積累型PM0SFET101 的形成。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D18，進(jìn)行PM0SFET101的層間隔離介質(zhì)層9”沉積，且所述層間隔離介質(zhì)層9’的表面粗糙度小于10nm，所述層間隔離介質(zhì)層9”與溝道隔離介質(zhì)層9’采用的材質(zhì)相同，共稱(chēng)為隔離介質(zhì)層9。需要說(shuō)明的是，所述隔離介質(zhì)層9為二氧化硅；進(jìn)一步的，為了減小器件之間的電容耦合效益，也可以為微孔結(jié)構(gòu)的含碳低K 二氧化硅層。需要說(shuō)明的是，積累型PM0SFET101不完全覆蓋SOI襯底，其余部分用于后續(xù)沉積隔離介質(zhì)層9 ;同理，后續(xù)在層間隔離介質(zhì)層9”上形成的NM0SFET102也不完全覆蓋所述層間隔離介質(zhì)層9”，其余部分用于沉積隔離介質(zhì)層9。此外，理論上講，上下兩層晶體管中可以采用任何表面晶向的硅納米線(xiàn)，而由研究成果可知，(100)表面晶向和〈110〉溝道晶向的電子遷移率最大，(110)表面晶向和〈110〉溝道晶向的空穴遷移率最大。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明以(110)表面晶向的硅納米線(xiàn)作為PMOSFET的溝道材料，并且PMOSFET的溝道方向?yàn)椤?10〉；以(100)表面晶向的硅納米線(xiàn)作為后續(xù)形成的NMOSFET的溝道材料，并且NMOSFET的溝道方向?yàn)椤?10〉。 接著，在所述PM0SFET101上形成NM0SFET102，由于PM0SFET101已經(jīng)制備完成，為了不影響PM0SFET101和金屬硅合金的性能，后續(xù)NM0SFET102的制備過(guò)程中必須采用低溫方法。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D19A 19B，將單晶硅層3’與制備有硅納米線(xiàn)的PM0SFET101的支撐片進(jìn)行低溫鍵合，具體包括將帶有單晶硅層3’的硅貼合片14進(jìn)行硅的常規(guī)清洗，接著進(jìn)行化學(xué)或等離子體活化處理、親水處理、室溫貼合、低溫鍵合、低溫剝離以及低溫固相或液相外延生長(zhǎng)，使得層間隔離介質(zhì)層9”與單晶硅層3’緊密結(jié)合；其中，低溫固相或液相外延生長(zhǎng)為可選步驟。較佳的，低溫剝離工藝中，可采用劑量為5*1016cnT2到9*1016cnT2的注氫片或者氫氦共注片在500度左右進(jìn)行剝離，而硅貼合片14溫度小于400度；作為優(yōu)選，所述單晶硅層3’表面晶向?yàn)?100)，更容易進(jìn)行單晶硅層3’的剝離。請(qǐng)參照?qǐng)D20，采用低溫外延技術(shù)和鍺氧化濃縮法，使得單晶硅層3’轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層6A’，再外延生長(zhǎng)硅層V和后續(xù)鍺硅層6A”，所述初始鍺硅層6A’與后續(xù)鍺硅層6A”共同組成鍺娃層6A。作為優(yōu)選,為減少后續(xù)的熱預(yù)算(thermal budget),在外延娃層時(shí)直接對(duì)溝道區(qū)進(jìn)行N型離子摻雜，后續(xù)不需要再進(jìn)行溝道離子注入工藝。請(qǐng)參照?qǐng)D21，由于NM0SFET102中硅納米線(xiàn)與柵極氧化層的形成、柵極以及隔離介質(zhì)制備與PM0SFET101基本相同，只是采用低溫制備方法，此處不再贅述。其中，源漏區(qū)離子注入以及退火工藝中，由于溫控的要求，本步驟中采用激光退火方法，從而確保上層的NM0SFET102局部退火時(shí)不會(huì)影響PM0SFET101性能。最后，請(qǐng)參照?qǐng)D22A 23B，進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)金半合金以及金屬互連工藝，引出下層PMOSFET 101 以及上層 NM0SFET102 的各端口。綜上所述，請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D23A 23B，并結(jié)合圖2Γ25，本發(fā)明基于SOI雙層隔離混合晶向積累型Si-NWFET具有以下優(yōu)點(diǎn)I.采用下層積累型PMS0FET加上層積累型NMOSFET模式，有效減小NMOSFET的接觸孔電阻并提高NMOSFET性能；2.積累型場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏區(qū)摻雜類(lèi)型與溝道摻雜類(lèi)型相同，導(dǎo)電載流子為多數(shù)載流子，源極和漏極與溝道之間不存在PN結(jié)，因此又被稱(chēng)為無(wú)PN結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，本發(fā)明中PMOSFET與NMOSFET均為積累型工作模式，又由于載流子遷移率為體材料遷移率，因此本發(fā)明的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET器件具有較高的載流子遷移率；3.以(110)表面晶向的硅納米線(xiàn)作為PMOSFET的溝道材料，并且PMOSFET的溝道方向?yàn)椤?10〉；以(100)表面晶向的硅納米線(xiàn)作為NMOSFET的溝道材料，并且NMOSFET的溝道方向?yàn)椤?10〉，有效增大NMOSFET和PMOSFET的電流驅(qū)動(dòng)能力；4.上下兩層半導(dǎo)體納米線(xiàn)MOSFET是由層間隔離介質(zhì)層隔離開(kāi)，可以完全獨(dú)立進(jìn)行工藝調(diào)試，如柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)、柵極電阻率調(diào)節(jié)以及源漏離子注入工藝；5.基于SOI襯底，PMOSFET與硅襯層之間設(shè)置有絕緣體層，使柵極與硅襯層之間能夠很好地隔離；6. NMOSFET的制備采用低溫技術(shù)以及激光退火，從而實(shí)現(xiàn)局部退火，有效避免了對(duì)下層器件性能的影響；7.由于基于SOI雙層隔離混合晶向積累型Si-NWFET為縱向設(shè)置的，從而保持較高的器件集成密度；8.采用后柵極工藝，利益柵極輪廓控制以及器件電性控制；9，采用(100)表面晶向硅層作為上層器件初始硅層，方便層轉(zhuǎn)移工藝實(shí)現(xiàn)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，包括 提供SOI襯底，所述SOI襯底由下至上依次包括硅襯層、埋氧層和頂層硅； 將所述頂層硅轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層； 在所述初始鍺硅層上形成硅層和后續(xù)鍺硅層，所述初始鍺硅層和后續(xù)鍺硅層共同構(gòu)成錯(cuò)娃層； 對(duì)所述鍺硅層和硅層刻蝕處理，形成鰭形有源區(qū)； 刻蝕所述鍺硅層，形成鰭形溝道區(qū)，剰余的區(qū)域作為源漏區(qū)； 在所述鰭形有源區(qū)內(nèi)形成硅納米線(xiàn)； 在所述SOI襯底上的溝道內(nèi)形成隔離介質(zhì)層； 在所述硅納米線(xiàn)表面形成柵極氧化層； 在所述鰭形有源區(qū)內(nèi)的SOI襯底上形成柵極； 自對(duì)準(zhǔn)金半合金エ藝形成積累型PM0SFET ； 進(jìn)行積累型PM0SFET的層間隔離介質(zhì)層沉積； 在所述層間隔離介質(zhì)層上形成積累型NM0SFET ； 進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)金半合金以及后道金屬互連エ藝。
2.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，將所述SOI襯底頂層硅轉(zhuǎn)化為初始鍺硅層的步驟包括 在所述SOI襯底表面沉積ー鍺層或鍺硅層； 對(duì)所述鍺層或鍺硅層氧化處理，所述鍺層或鍺硅層中鍺氧化濃縮與所述頂層硅中的硅形成初始鍺硅層，所述初始鍺硅層的上層表面為SiO2層； 濕法去除所述SiO2層。
3.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在于，所述積累型PM0SFET中硅納米線(xiàn)的表面晶向?yàn)?110 )，所述積累型PM0SFET溝道方向?yàn)椤?10〉。
4.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在于，所述積累型匪OSFET中硅納米線(xiàn)的表面晶向?yàn)?100)，所述積累型NM0SFET溝道方向?yàn)椤?10〉。
5.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，在所述初始鍺硅層上形成硅層和后續(xù)鍺硅層之后，對(duì)所述SOI襯底的溝道區(qū)進(jìn)行離子注入，所述離子類(lèi)型為P型。
6.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，所述娃納米線(xiàn)的直徑在I納米"I微米之間。
7.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，所述硅納米線(xiàn)的截面形狀為圓形、橫向跑道形或縱向跑道形。
8.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，在所述SOI襯底上的溝道內(nèi)形成隔離介質(zhì)層之后，對(duì)所述源漏區(qū)進(jìn)行離子注入以及退火エ藝。
9.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，在所述鰭形有源區(qū)內(nèi)的SOI襯底上形成柵極之后，對(duì)所述源漏區(qū)進(jìn)行離子注入以及退火エ藝。
10.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，所述層間隔離介質(zhì)層為ニ氧化硅或具有微孔結(jié)構(gòu)的含碳低K ニ氧化硅。
11.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，所述層間隔離介質(zhì)層的表面粗糙度小于10nm。
12.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，采用次常壓化學(xué)氣相刻蝕法刻蝕所述硅鍺層。
13.如權(quán)利要求11所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在于，所述次常壓化學(xué)氣相刻蝕法采用氫氣和氯化氫混合氣體，其中氫氣和氯化氫混合氣體的溫度在600°C 800°C之間，其中氯化氫的分壓大于300Torr。
14.如權(quán)利要求I所述的基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，其特征在干，在所述層間隔離介質(zhì)層上形成積累型NMOSFET步驟中，采用激光退火エ藝對(duì)所述NMOSFET的源漏區(qū)進(jìn)行局部退火。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于SOI的后柵型積累模式Si-NWFET制備方法，包括刻蝕SOI襯底上形成的硅層和硅鍺層形成鰭形有源區(qū)；鰭形有源區(qū)內(nèi)形成硅納米線(xiàn)；形成溝道隔離介質(zhì)層并進(jìn)行源漏區(qū)離子注入；形成柵極并金半合金工藝形成積累型PMOSFET；沉積層間隔離介質(zhì)層，在所述層間隔離介質(zhì)層上形成積累型NMOSFET。由于基于SOI襯底，使PMOSFET中柵極與硅襯層之間很好地隔離；上下兩層半導(dǎo)體納米線(xiàn)MOSFET是由層間隔離介質(zhì)層隔離開(kāi)，便于層轉(zhuǎn)移工藝的實(shí)現(xiàn)，也可以完全獨(dú)立進(jìn)行工藝調(diào)試，如柵極功函數(shù)調(diào)節(jié)；此外，本發(fā)明中PMSOFET與NMOSFET均為積累型，器件具有較高的載流子遷移率。
文檔編號(hào)B82Y10/00GK102664169SQ201210137470
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者黃曉櫓 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司