專利名稱：應(yīng)變Ge溝道器件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)變Ge溝道器件及其形成方法。
背景技術(shù)：
長期以來，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的特征尺寸一直遵循著所謂的摩爾定律(Moore’ s law)不斷按比例縮小，其工作速度越來越快，但是，對于基于Si材料本身的而言，已經(jīng)接近于物理與技術(shù)的雙重極限。因而，人們?yōu)榱瞬粩嗵嵘?MOSFET器件的性能提出了各種各樣的方法，從而MOSFET器件的發(fā)展進(jìn)入了所謂的后摩爾 (More-Than-Moore)時(shí)代?；诋愘|(zhì)材料結(jié)構(gòu)尤其是Si基Ge材料等高載流子遷移率材料系統(tǒng)的高遷移率溝道工程是其中的一種卓有成效的技術(shù)。例如，將Ge與具有SiO2絕緣層的Si片直接鍵合形成GeOI結(jié)構(gòu)就是一種具有高空穴遷移率的Si基Ge材料，具有很好的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有GeOI結(jié)構(gòu)是將Ge與SiO2等絕緣氧化物直接鍵合，或者Ge上形成有再與硅片鍵合?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是，在GeOI技術(shù)中如果直接在絕緣氧化物襯底之上形成 Ge材料，由于Ge材料與絕緣氧化物之間的接觸界面比較差，尤其是界面態(tài)密度很高，從而引起比較嚴(yán)重的散射和漏電，最終影響了器件性能。此外，由于摻雜雜質(zhì)(如B)在Ge層中極易擴(kuò)散等原因，因此Ge溝道器件的源極和漏極的形成非常困難，從而導(dǎo)致Ge溝道器件難于形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決目前GeOI結(jié)構(gòu)中Ge 與氧化物絕緣體之間界面態(tài)很差的缺陷，以及Ge溝道器件難于形成的缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種應(yīng)變Ge溝道器件，包括表面具有氧化物絕緣層的硅襯底；形成在所述氧化物絕緣層之上的Ge層，其中，所述Ge層與所述氧化物絕緣層之間形成有第一鈍化薄層；形成在所述Ge層之上的柵堆疊；形成在所述柵堆疊之下的溝道區(qū)，以及形成在溝道區(qū)兩側(cè)的漏極和源極，其中，所述漏極和源極為SiGei_xCx以使所述溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，其中，O ^ x^ I0在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述應(yīng)變Ge溝道器件為NMOS器件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層、 GeSi鈍化薄層或Si薄層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括形成在所述Ge層之上的第二鈍化薄層，所述第二鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層或GeSi鈍化薄層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化物絕緣層和所述Ge層之間通過鍵合方式相連。本發(fā)明另一方面還提出了一種應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法，包括以下步驟在第
3一襯底之上形成Ge層；對所述Ge層的第一表面進(jìn)行處理以形成第一鈍化薄層；將所述第一襯底、所述Ge層及所述第一鈍化薄層翻轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)移至表面具有氧化物絕緣層的硅襯底；去除所述第一襯底；在所述Ge層之上形成柵堆疊；刻蝕所述柵堆疊兩側(cè)的所述Ge層以形成源區(qū)凹槽和漏區(qū)凹槽；和在所述源區(qū)凹槽和漏區(qū)凹槽之中分別形成SiGei_xCx源漏區(qū)，以及對所述SiGei_xCx源漏區(qū)進(jìn)行摻雜以形成SiGei_xCx源漏極，其中，0 < χ < 1。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述應(yīng)變Ge溝道器件為NMOS器件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層、 GeSi鈍化薄層或Si薄層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括在所述Ge層及所述源極和漏極之上形成第二鈍化薄層，所述第二鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層或GeSi鈍化薄層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化物絕緣層和所述Ge層之間通過鍵合方式相連。在本發(fā)明實(shí)施例中通過第一鈍化層可以改善Ge材料與絕緣氧化物之間的界面態(tài)問題，從而降低該界面處的漏電和散射。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，鍶鍺化物或鋇鍺化物形成的鈍化薄層屬于半導(dǎo)體，因此不僅可以改善Ge材料與絕緣氧化物之間的界面態(tài)問題，降低該界面處的漏電和散射，另外也不會過度降低Ge材料的遷移率性能。此外，通過本發(fā)明實(shí)施例形成的SiGei_xCx源極和漏極形成的Ge溝道器件，不僅結(jié)構(gòu)簡單，并且工藝難度低，便于形成，并且SiGei_xCx中的雜質(zhì)擴(kuò)散(如B、P等的擴(kuò)散)要比Ge中弱得多，因此在SiGei_xCx 中容易得到很高的摻雜濃度，提高器件性能。此外，通過本發(fā)明實(shí)施例形成的SiGei_xCx源極和漏極可以使Ge溝道器件的溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，從而提高Ge溝道器件性能。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)變Ge溝道器件的示意圖；圖2-7為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法的中間步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)變Ge溝道器件的示意圖。該應(yīng)變Ge溝道器件包括表面有氧化物絕緣層1200的硅襯底1100和形成在氧化物絕緣層1200之上的Ge層 1300，其中，Ge層1300與氧化物絕緣層1200之間形成有第一鈍化薄層1400。在本發(fā)明實(shí)施例中，第一鈍化薄層1300為采用鍶Sr或鋇Ba對Ge層1200的第一表面進(jìn)行處理形成的為鍶鍺化物GeSrx或鋇鍺化物GeBiv當(dāng)然在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一鈍化薄層1400 還可為GeSi鈍化薄層或Si薄層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，表面有氧化物絕緣層的硅襯底1100包括Si襯底，及形成在Si襯底之上的SiO2絕緣層。由于鍶鍺化物或鋇鍺化物形成的鈍化薄層屬于半導(dǎo)體，因此不僅可以改善Ge材料與絕緣氧化物之間的界面態(tài)問題，降低該界面處的漏電和散射，另外也不會過度降低Ge材料的遷移率性能。在本發(fā)明實(shí)施例中，為了生成具有應(yīng)變的Ge溝道器件，該應(yīng)變GeOI結(jié)構(gòu)還包括形成在所述Ge層之上的柵堆疊(柵介質(zhì)層1600和柵電極1700)，形成在柵堆疊之下的溝道區(qū)，以及形成在溝道區(qū)兩側(cè)的漏極和源極1800，其中，漏極和源極1800為SiGei_xCx以使所述溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，其中， O^x^ 1，例如可為GeSi或SiC等。不僅可以對本發(fā)明實(shí)施例中的漏極和源極1800進(jìn)行摻雜，而且本發(fā)明實(shí)施例的漏極和源極1800還可以使溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，從而提高器件性能。如圖2-7所示，為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法的中間步驟示意圖。該方法包括以下步驟步驟S101，提供第一襯底2000，其中，第一襯底2000為Si襯底或者Ge襯底。當(dāng)然在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可采用其他襯底。在本發(fā)明實(shí)施例中第一襯底2000可重復(fù)使用，從而降低制造成本。步驟S102，在第一襯底2000之上形成Ge層1300，如圖2所示。步驟S103，采用鍶Sr或鋇Ba對Ge層1300的第一表面進(jìn)行處理以形成第一鈍化薄層1400，該第一鈍化薄層1400為鍶鍺化物或鋇鍺化物，如圖3所示。當(dāng)然在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一鈍化薄層1400還可為GeSi鈍化薄層或Si薄層，例如對Ge層1300進(jìn)行 Si化處理，或者在Ge層1300上淀積Si薄層。步驟S104，將第一襯底2000、Ge層1300及第一鈍化薄層1400翻轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)移至表面有氧化物絕緣層1200的硅襯底1100，如圖4所示。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過鍵合方式將第一鈍化薄層1400與氧化物絕緣層1200相連。步驟S105，去除第一襯底2000，如圖5所示。步驟S106，可選擇地，采用鍶或鋇對Ge層1300的第二表面進(jìn)行處理以形成第二鈍化薄層1500，該第二鈍化薄層1500為鍶鍺化物或鋇鍺化物，如圖6所示。同樣地，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可通過其他方式形成第二鈍化薄層1500，即該第二鈍化薄層1500為 GeSi ο步驟S107，在Ge層1300之上形成柵堆疊，例如在Ge層1300之上分別形成柵介質(zhì)層1600和柵電極1700，如圖7所示。步驟S108，刻蝕柵堆疊兩側(cè)的Ge層1300以形成源區(qū)凹槽和漏區(qū)凹槽，并在源區(qū)凹槽和漏區(qū)凹槽之中分別形成SiGei_xCx源漏區(qū)，以及對所述SiGei_xCx源漏區(qū)進(jìn)行摻雜以形成SiGei_xCx源漏極，其中，OSxS 1，如圖1所示。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，也可以僅為 GeSi或SiC等。在源漏極之中摻雜C原子可以有效地防止對源漏進(jìn)行重?fù)诫s時(shí)B原子的擴(kuò)散。在本發(fā)明實(shí)施例中通過第一鈍化層可以改善Ge材料與絕緣氧化物之間的界面態(tài)問題，從而降低該界面處的漏電和散射。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，鍶鍺化物或鋇鍺化物形成的鈍化薄層屬于半導(dǎo)體，因此不僅可以改善Ge材料與絕緣氧化物之間的界面態(tài)問題，降低該界面處的漏電和散射，另外也不會過度降低Ge材料的遷移率性能。此外，通過本發(fā)明實(shí)施例形成的SiGei_xCx源極和漏極形成的Ge溝道器件，不僅結(jié)構(gòu)簡單，并且工藝難度低，便于形成。此外，通過本發(fā)明實(shí)施例形成的SiGei_xCx源極和漏極可以使Ge溝道器件的溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，從而提高Ge溝道器件性能。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)變Ge溝道器件，其特征在于，包括 表面具有氧化物絕緣層的硅襯底；形成在所述氧化物絕緣層之上的Ge層，其中，所述Ge層與所述氧化物絕緣層之間形成有第一鈍化薄層；形成在所述Ge層之上的柵堆疊；和形成在所述柵堆疊之下的溝道區(qū)，以及形成在溝道區(qū)兩側(cè)的漏極和源極，其中，所述漏極和源極為SiGei_xCx以使所述溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，其中，0 < χ < 1。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變Ge溝道器件，其特征在于，所述應(yīng)變Ge溝道器件為NMOS 器件。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變Ge溝道器件，其特征在于，所述第一鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層、GeSi鈍化薄層或Si薄層。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變Ge溝道器件，其特征在于，還包括形成在所述Ge層之上的第二鈍化薄層，所述第二鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層或GeSi鈍化薄層。
5.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變Ge溝道器件，其特征在于，所述氧化物絕緣層和所述Ge層之間通過鍵合方式相連。
6.一種應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 在第一襯底之上形成Ge層；對所述Ge層的第一表面進(jìn)行處理以形成第一鈍化薄層；將所述第一襯底、所述Ge層及所述第一鈍化薄層翻轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)移至表面具有氧化物絕緣層的硅襯底；去除所述第一襯底； 在所述Ge層之上形成柵堆疊；刻蝕所述柵堆疊兩側(cè)的所述Ge層以形成源區(qū)凹槽和漏區(qū)凹槽；和在所述源區(qū)凹槽和漏區(qū)凹槽之中分別形成SiGei_xCx源漏區(qū)，以及對所述SiGei_xCx源漏區(qū)進(jìn)行摻雜以形成SiGei_xCx源漏極，其中，0 < χ < 1。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)變Ge溝道器件為NMOS器件。
8.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法，其特征在于，所述第一鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層、GeSi鈍化薄層或Si薄層。
9.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法，其特征在于，還包括 在所述Ge層及所述源極和漏極之上形成第二鈍化薄層，所述第二鈍化薄層為鍶鍺化物薄層、鋇鍺化物薄層或GeSi鈍化薄層。
10.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)變Ge溝道器件的形成方法，其特征在于，所述氧化物絕緣層和所述Ge層之間通過鍵合方式相連。
全文摘要
本發(fā)明提出一種應(yīng)變Ge溝道器件，包括表面具有氧化物絕緣層的硅襯底；形成在所述氧化物絕緣層之上的Ge層，其中，Ge層與氧化物絕緣層之間形成有第一鈍化薄層；形成在所述Ge層之上的柵堆疊；形成在所述柵堆疊之下的溝道區(qū)，以及形成在溝道區(qū)兩側(cè)的漏極和源極，其中，漏極和源極為SiGe1-xCx以使所述溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，其中，0≤x≤1。通過本發(fā)明實(shí)施例形成的SiGe1-xCx源極和漏極形成的Ge溝道器件，不僅結(jié)構(gòu)簡單，并且工藝難度低，便于形成。此外，通過本發(fā)明實(shí)施例形成的SiGe1-xCx源極和漏極可以使Ge溝道器件的溝道區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)變，從而提高Ge溝道器件性能。
文檔編號H01L21/336GK102184954SQ201110058128
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者王敬, 許軍, 郭磊 申請人:清華大學(xué)