利用輔助結(jié)構(gòu)制備多晶SiGe柵的納米級(jí)PMOS控制電路方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用現(xiàn)有的微米級(jí)Si集成電路制造工藝，制造用于基于SPIN 二極管可重構(gòu)天線的納米級(jí)Si控制電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)在人們的生活中發(fā)揮著越來(lái)約重要的作用。新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)包括實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)多個(gè)無(wú)線系統(tǒng)之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)有限的頻譜資源的有效利用，獲得對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力等。為突破傳統(tǒng)天線固定不變的工作性能難以滿足多樣的系統(tǒng)需求和復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境，可采用SPIN 二極管正向偏置時(shí)激發(fā)的固態(tài)等離子體用作天線的輻射結(jié)構(gòu)，通過(guò)選擇性導(dǎo)通SPIN 二極管即可構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)天線，滿足無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)多功能天線的需要。
[0003]基于SPIN 二極管的可重構(gòu)天線需要大量外圍控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的實(shí)時(shí)可重構(gòu)，目前多采用外接控制電路板的方式，這種方式對(duì)天線性能影響較大，不利于可重構(gòu)天線的設(shè)計(jì)。另一種方法是將控制電路直接制作在承載SPIN 二極管的硅晶圓上，然而，由于SPIN二極管尺寸較大，一般采用lum?2um的特征尺寸即可制作，則相應(yīng)的控制電路面積也會(huì)增加，影響天線的可用口徑；若采用較小的特征尺寸制作控制電路，則基于SPIN 二極管的可重構(gòu)天線制造成本將急劇上升，造成資源和能源的浪費(fèi)，嚴(yán)重制約了基于SPIN 二極管的可重構(gòu)天線的發(fā)展。
[0004]目前，Poly-Si柵已經(jīng)取代金屬柵成為了主流的柵材料，但無(wú)論采取η型Poly-Si還是P型Poly-Si，其對(duì)器件閾值電壓的調(diào)整幅度都不大。為了能夠更大范圍地調(diào)整器件的閾值電壓，國(guó)內(nèi)外大部分廠商采取在阱區(qū)形成之后，通過(guò)再次對(duì)阱區(qū)進(jìn)行離子注入，改變阱區(qū)摻雜濃度的方法，調(diào)節(jié)器件的閾值電壓。但是這方法對(duì)器件閾值電壓調(diào)整幅度有限，并且還增加了工藝制造的難度，使之變成了一個(gè)工藝瓶頸問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用微米級(jí)工藝制備具有多晶SiGe柵的納米級(jí)PM0S控制電路的方法，以實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有SPIN 二極管制造設(shè)備和增加成本的條件下制備出45?90nm的具有多晶SiGe柵的PM0S控制電路。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007]第一步，在Si襯底上熱氧化一層S1gl沖層，在S1 2緩沖層上淀積一層SiN，用于阱區(qū)注入的掩蔽；
[0008]第二步，在SiN層上光刻N(yùn)阱，對(duì)N阱進(jìn)行注入和推進(jìn)，在Si襯底形成N阱；
[0009]第三步，刻蝕Si襯底上部的SiN層和S1jl，然后在整個(gè)襯底表面依次生長(zhǎng)S1 2緩沖層和SiN層，在SiN層上光刻、氧化形成隔離區(qū)，刻蝕去掉N阱表面的SiN和S1jl ;
[0010]第四步，在N講上熱氧化生長(zhǎng)4?12nm厚的3;102柵介質(zhì)層，在該S1 2柵介質(zhì)層上淀積一層120?150nm厚的p型摻雜的Poly-SiGe，Ge組分為0.05?0.3，摻雜濃度>1020cm 3，作為柵極；
[0011]第五步，在Poly-SiGe上淀積生長(zhǎng)一層厚度為30?40nm的SiN，作為柵極的保護(hù)層；
[0012]第六步，在SiN層上再淀積一層100?120nm厚的Poly-Si，作為制造過(guò)程中的輔助層，輔助生成側(cè)壁；
[0013]第七步，在Poly-Si的區(qū)域中刻蝕出符合電路要求的窗口 ；
[0014]第八步，在整個(gè)Si襯底上淀積一層90?120nm厚的SiN介質(zhì)層，覆蓋整個(gè)表面；
[0015]第九步，刻蝕襯底表面上的SiN，保留Poly-Si側(cè)壁的SiN ;利用Poly-SiGe與SiN不同的刻蝕比刻蝕SiN表面的Poly-Si，刻蝕襯底表面上除SiN側(cè)壁區(qū)域以外的SiN露出底層Poly-SiGe，刻蝕掉SiN側(cè)壁保護(hù)區(qū)域以外的Poly-SiGe，形成柵極s，并在講區(qū)上淀積一層4?8nm厚的Si02，形成柵極側(cè)壁的保護(hù)層；
[0016]第十步，在N阱區(qū)進(jìn)行p型離子注入，自對(duì)準(zhǔn)生成PM0SFET的源區(qū)和漏區(qū)；
[0017]第^^一步，在PM0SFET的柵、源和漏區(qū)上光刻引線，構(gòu)成PM0S控制電路。
[0018]所述的第七步中，窗口寬度取2?3.5 μm。
[0019]所述的第九步中，柵極長(zhǎng)度取45?90nm。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1.本發(fā)明由于利用了等離子刻蝕工藝中Poly-Si與SiN不同的刻蝕比和自對(duì)準(zhǔn)工藝，可以在微米級(jí)Si集成電路工藝平臺(tái)上制造出導(dǎo)電溝道45?90nm的PM0S控制電路；
[0022]2.由于本發(fā)明所提出的工藝方法均為現(xiàn)有的微米級(jí)Si集成電路工藝平臺(tái)中成熟的工藝方法，因此，本發(fā)明所提出的納米級(jí)PM0S控制電路實(shí)現(xiàn)方法與現(xiàn)有的微米級(jí)Si集成電路工藝相兼容；
[0023]3.由于本發(fā)明所提出的工藝方法采用Poly-SiGe材料作為柵介質(zhì)，其功函數(shù)隨Ge組分的變化而變化，通過(guò)調(diào)節(jié)pMOSFET的Poly-SiGe柵中Ge組分，實(shí)現(xiàn)pMOSFET閾值電壓可連續(xù)調(diào)整，減少了工藝步驟，降低了工藝難度；
[0024]4.由于本發(fā)明所提出的工藝方法均可在現(xiàn)有的微米級(jí)Si集成電路工藝平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，因此可以在不用追加任何資金和設(shè)備投入的情況下，使現(xiàn)有的微米級(jí)Si集成電路工藝平臺(tái)的制造能力大幅提尚;
[0025]5.由于本發(fā)明所提出的工藝方法可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電溝道45?90nm的PM0S控制電路，因此，隨著導(dǎo)電溝道尺寸的減小，集成電路的集成度可以大幅提高，從而降低了集成電路單位面積的制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明工藝流程不意圖；
[0027]圖2是用本發(fā)明方法制備具有多晶SiGe柵的PM0S控制電路的過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0029]本發(fā)明提供的制備具有多晶SiGe柵的納米級(jí)PM0S控制電路的方法，按如下步驟順序進(jìn)行:
[0030]第一步.在Si襯底上熱氧化一層Si02緩沖層，在該緩沖層上淀積一層SiN，用于阱區(qū)注入的掩蔽；
[0031]第二步.在SiN層上光刻N(yùn)講，對(duì)N阱進(jìn)行注入和推進(jìn)，在Si襯底形成N阱；
[0032]第三步.刻蝕Si襯底上部的SiN層和S1jl，然后再在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)一層S1gl沖層和SiN層，在SiN層上光刻、氧化形成隔離區(qū)，刻蝕去掉N阱表面的SiN和Si02層；
[0033]第四步.在N阱上熱氧化生長(zhǎng)4?12nm厚的S1jf介質(zhì)層，再在該S1jf介質(zhì)層上淀積一層120?150nm厚的p型摻雜的Poly-SiGe，Ge組分為0.05?0.3，摻雜濃度>1020cm 3，作為柵極；
[0034]第五步.在Poly-SiGe上淀積生長(zhǎng)一層厚度為30?40nm的SiN，作為柵極的保護(hù)層；
[0035]第六步.在SiN層上再淀積一層100?120nm厚的Poly-Si，作為制造過(guò)程中的輔助層，輔助生成側(cè)壁；
[0036]第七步.在Poly-Si的區(qū)域中刻蝕出符合電路要求的窗口 ；
[0037]第八步.在整個(gè)Si襯底上淀積一層90?120nm厚的SiN介質(zhì)層，覆蓋整個(gè)表面；
[0038]第九步.刻蝕襯底表面上的SiN，保留Poly-Si側(cè)壁的SiN ;再利用Poly-SiGe與SiN不同的刻蝕比(11:1)刻蝕SiN表面的Poly-Si，刻蝕襯底表面上除SiN側(cè)壁區(qū)域以外的SiN露出底層Poly-SiGe，刻蝕掉SiN側(cè)壁保護(hù)區(qū)域以外的Poly-SiGe，形成柵極s，并在講區(qū)上淀積一層4?8nm厚的Si02，形成柵極側(cè)壁的保護(hù)層12 ；
[0039]第十步.在N阱區(qū)進(jìn)行p型離子注入，自對(duì)準(zhǔn)生成PMOSFET的源區(qū)和漏區(qū)；
[0040]第^^一步.在PMOSFET的柵、源和漏區(qū)上光刻引線，構(gòu)成PM0S控制電路。
[0041]所述的在Poly-Si的區(qū)域中刻蝕出符合電路要求的窗口，是根據(jù)微米級(jí)工藝加工的最小線條尺寸和套刻精度的大小確定，通常寬度取2?3.5 μ m。
[0042]所述的Po 1 y-SiGe柵調(diào)節(jié)pMOSFET閾值電壓的范圍根據(jù)第四步Po 1 y-SiGe柵中Ge組分確定，通常調(diào)節(jié)幅度可以達(dá)到0.037?0.222V。
[0043]所述的柵極長(zhǎng)度根據(jù)第八步淀積的SiN厚度確定，通常取45?90nm。
[0044]實(shí)施例1:在Si襯底上制備導(dǎo)電溝道為45nm的具有多晶SiGe柵的PM0S控制電路，具體步驟如下:
[0045]步驟1，淀積掩蔽層，如圖2 (a)所示。
[0046](la)選取晶向?yàn)椤?00〉、摻雜濃度為1015cm 3左右的p型Si襯底片1 ;
[0047](lb)在襯底上熱氧化一層30nm厚的Si02緩沖層2 ；
[0048](lc)在S1gl沖層上用等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積PECVD的方法淀積100nm厚的SiN層3，用于阱區(qū)注入的掩蔽。
[0049]步驟2，形成阱區(qū)，如圖2 (b)所示。
[0050](2a)在SiN層3上按照相間順序分別光刻N(yùn)阱區(qū)域4 ;
[0051](2b)在N阱區(qū)域注入硼形成η型區(qū)域，在Ν阱區(qū)表面熱氧化生成Si02，同時(shí)進(jìn)行N阱推進(jìn)，在襯底1上形成N阱4;
[0052](2c)在溫度為800°C的N2氣氛下，將N阱繼續(xù)推進(jìn)到3 μ m深。
[0053]步驟3，形成隔離區(qū)，如圖2(c)所示。
[0054](3a)濕法刻蝕掉N阱4的上部及其兩者之間的SiN層和S1jl ;
[0055](3b)在整個(gè)襯底表面熱氧化一層20nm厚的Si02緩沖層；
[0056](3c)在Si02緩沖層上用PECVD的方法淀積生長(zhǎng)一層約為llOnm厚的SiN層，并在該SiN層上光刻場(chǎng)隔離區(qū)；
[0057](3d)在隔離區(qū)局部熱氧化形成0.3 μπι的場(chǎng)區(qū)隔離5，將Ν阱之間進(jìn)行隔離；
[0058](3e)濕法刻蝕掉N阱4表面的SiN和S1jl。
[0059]步驟4，淀積Poly-Si并刻蝕窗口，如圖2 (d)所示。
[0060](4a)在N講4表面熱氧化生長(zhǎng)4nm厚的S1；J|介質(zhì)層6 ；
[0061 ] (4b)在S1jf介質(zhì)層6上應(yīng)用超高真空化學(xué)氣相淀積UHVCVD的方法淀積120nm厚的P型摻雜的Poly-SiGe層7作為柵極，Ge組分為0.05，摻雜濃度>102°cm 3;
[0062](4c)在Poly-SiGe上應(yīng)用PECVD的方法淀積生長(zhǎng)30nm厚的SiN層8，作為柵極的保護(hù)層；
[0063](4d)在SiN層上再應(yīng)用PECVD的方法淀積100nm厚的Poly-Si層9，這一層主要作為制造過(guò)程中的輔助層，輔助生成側(cè)壁；
[0064](4e)根據(jù)電路需要，在Poly-Si的區(qū)域中刻蝕出符合電路要求的窗口 10，該窗口的大小根據(jù)微米級(jí)工藝加工的最小線條尺寸和套刻精度的大小確定，通常寬度取2 μπι。
[0065]步驟5，淀積SiN介質(zhì)，如圖2 (e)所示。
[0066]在整個(gè)Si襯底上應(yīng)用PECVD的方法淀積一層90nm厚的SiN介質(zhì)層11，覆蓋整個(gè)表面。
[0067]步驟6，形成柵極，并在柵極側(cè)壁淀積保護(hù)層，如圖2 (f)所示。
[0068](6a)利用干法刻蝕的方法將襯底表面的SiN刻蝕掉，保留Poly-Si側(cè)壁的SiN ;
[0069](6b)利用Poly-Si和SiN不同的刻蝕比(11:1)，將SiN表面的Poly-Si全部刻蝕掉；
[0070](6c)刻蝕襯底表面上除SiN側(cè)壁區(qū)域以外的SiN露出底層Poly-SiGe ;
[0071](6d)利用Poly-SiGe與SiN不同的刻蝕比(11:1)，刻蝕SiN側(cè)壁保護(hù)區(qū)域以外的Poly-SiGe,形成柵極s，該柵極的長(zhǎng)度根據(jù)步驟5淀積的SiN厚度確定，通常取45nm ；
[0072](