一種應(yīng)變鍺器件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)變鍺器件的制備方法，屬于半導(dǎo)體器件制造工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著器件尺寸不斷縮小，硅基器件中載流子迀移率退化問題日益嚴重，需要探索新材料、新結(jié)構(gòu)以及新工藝來提高器件性能。鍺材料由于具備較高的載流子迀移率而受到廣泛關(guān)注。為了進一步提高鍺基MOS器件溝道中載流子的迀移率，可以在源漏區(qū)域采用與鍺晶格常數(shù)不同的材料，從而在溝道中引入應(yīng)力。在鍺基NMOS器件中，通過在源漏區(qū)域注入晶格常數(shù)小于鍺的元素，可以在溝道中引入單軸張應(yīng)力，從而提高溝道中電子的迀移率。
[0003]但傳統(tǒng)離子注入方法在溝道中引入的應(yīng)變大小，受雜質(zhì)在鍺中固溶度的限制，尤其是碳，在鍺中固溶度極低，在退火過程中容易發(fā)生析出，因而獲得的替位式碳原子含量較低，弓丨入的應(yīng)變也較小，從而影響了器件性能的提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以上問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)變鍺器件的制備方法，該方法可提高源漏區(qū)域中張應(yīng)變誘導(dǎo)元素的組分，使溝道中的應(yīng)力增加，并且與現(xiàn)有工藝兼容，可以用于應(yīng)變鍺MOS器件的工藝基礎(chǔ)。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0006]1.—種應(yīng)變鍺器件的制備方法，其具體包括如下步驟:
[0007]I)選用鍺基襯底，襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)；
[0008]2)對源漏區(qū)域進行第一次離子注入，形成非晶層；
[0009]3)對源漏區(qū)域進行第二次離子注入，引入張應(yīng)變誘導(dǎo)元素，第二次注入深度小于第一次離子注入形成的非晶層厚度；
[0010]4)在源漏摻雜之前或之后對鍺基襯底進行退火，使非晶區(qū)域轉(zhuǎn)化為單晶；
[0011]5)進行后續(xù)工藝，完成MOS器件的制備。
[0012]針對NMOS制備，所述鍺基襯底為P型，襯底可以為鍺襯底、硅基外延鍺襯底或鍺覆蓋絕緣襯底，但不局限于上述材料，也可以是任何表面含有鍺外延層的襯底。
[0013]所述柵極結(jié)構(gòu)包含柵介質(zhì)和柵電極。
[0014]所述第一次離子注入，注入元素為Ge元素，注入劑量為I X 1013cm—2?I X 116Cnf2，注入能量應(yīng)根據(jù)所需非晶層厚度決定。
[0015]所述第二次離子注入，注入元素可以為C、Si等張應(yīng)變誘導(dǎo)元素，注入劑量為IX113Cnf2?5X1016cm—2，注入能量與溝道中應(yīng)變層厚度相關(guān)，注入深度應(yīng)小于第一次離子注入形成的非晶層厚度。
[0016]其中，退火溫度為300?700°C，退火時間應(yīng)根據(jù)非晶層厚度以及固相外延的結(jié)晶速率決定。
[0017]本發(fā)明優(yōu)點如下:
[0018]本發(fā)明首先通過離子注入對源漏區(qū)域表面進行預(yù)非晶化，并在源漏區(qū)域中注入張應(yīng)變誘導(dǎo)元素，然后對襯底進行退火，使非晶區(qū)域固相外延再結(jié)晶。固相外延方法可以抑制應(yīng)變誘導(dǎo)原子的擴散，使其集中分布在表面，從而提高源漏區(qū)域中張應(yīng)變誘導(dǎo)元素的組分，使溝道中的應(yīng)力增加。
[0019]本發(fā)明通過結(jié)合離子注入與固相外延的方法工藝簡單，易于操作，可以與現(xiàn)有CMOS工藝兼容。
【附圖說明】
[0020]圖1?圖5為采用本發(fā)明提出的應(yīng)變鍺器件的制備方法具體實施例的流程圖。
[0021 ]其中:I一鍺襯底;2—柵介質(zhì)；3—柵電極;4一非晶層;5—C注入?yún)^(qū)域;6_GeC合金；7—源漏;8—側(cè)墻;9 一金屬互連線；10 一隔尚。
【具體實施方式】
[0022]該方法通過結(jié)合離子注入與固相外延的方法，首先通過離子注入對鍺基襯底進行非晶化，然后注入應(yīng)變誘導(dǎo)元素，最終對襯底進行退火，從而實現(xiàn)固相外延，使非晶區(qū)域轉(zhuǎn)化為單晶。該方法可以提高應(yīng)變誘導(dǎo)元素的組分，從而使溝道中的應(yīng)力增加，并且該方法工藝簡單，易于操作，可以與現(xiàn)有CMOS工藝兼容。
[0023]以鍺襯底為例，本發(fā)明提出的應(yīng)變鍺器件制備方法如下:
[0024]步驟1.提供鍺襯底I，鍺襯底I表面形成有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)2和柵電極3，如圖1所示。
[0025]步驟2.對源漏區(qū)域進行第一次離子注入，如圖2所示，注入元素為Ge，注入劑量為IXlO14Cnf2，注入能量為40keV，形成非晶層4，非晶層4厚度約為40nm。
[0026]步驟3.對源漏區(qū)域進行第二次離子注入，注入元素為C，注入劑量為I X 1015cm—2，注入能量為7keV，形成C注入?yún)^(qū)域5，C注入深度約為30nm，如圖3所示。
[0027]步驟4.對鍺襯底I進行退火，退火溫度為5000C，退火時間為300s，完成GeC合金6的固相外延，如圖4所示。
[0028]步驟5.進行后續(xù)工藝，完成鍺基張應(yīng)變NMOS晶體管的制備，形成源漏7、側(cè)墻8、金屬互連線9及其與器件層之間的隔離10，如圖5所示。
[0029]本發(fā)明對鍺襯底進行退火可以在源漏摻雜之前或之后進行，退火時間應(yīng)根據(jù)非晶層厚度以及固相外延的結(jié)晶速率決定。
[0030]上面描述的實施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可利用上述方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的修改和潤飾。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何等同變化或修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)變鍺器件的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 1)選用鍺基襯底，襯底表面形成柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成有側(cè)墻； 2)對源漏區(qū)域進行第一次離子注入，形成非晶層； 3)對源漏區(qū)域進行第二次離子注入，引入張應(yīng)變誘導(dǎo)元素，第二次注入深度小于第一次離子注入形成的非晶層厚度； 4)在源漏摻雜之前或之后對鍺基襯底進行退火，使非晶區(qū)域轉(zhuǎn)化為單晶； 5)進行后續(xù)工藝，完成MOS器件的制備。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鍺基襯底為鍺襯底、硅基外延鍺襯底或鍺覆蓋絕緣襯底。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述第一次離子注入的注入元素為Ge元素，注入劑量為I X 1013cm—2?I X 116Cnf2。4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述第二次離子注入，注入元素為C或Si，注入劑量為I X 1013cm-2?5 X 116Cnf2。5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，退火溫度為300?700°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)變鍺器件的制備方法，屬于半導(dǎo)體器件制造工藝領(lǐng)域。該制備方法通過離子注入對源漏區(qū)域表面進行預(yù)非晶化，并在源漏區(qū)域中注入張應(yīng)變誘導(dǎo)元素，然后對襯底進行退火，使非晶區(qū)域固相外延再結(jié)晶。本發(fā)明采用固相外延方法可以抑制應(yīng)變誘導(dǎo)原子的擴散，使其集中分布在表面，從而提高源漏區(qū)域中張應(yīng)變誘導(dǎo)元素的組分，使溝道中的應(yīng)力增加，并且與現(xiàn)有工藝兼容，可以用于應(yīng)變鍺MOS器件的工藝基礎(chǔ)。
【IPC分類】H01L21/336, H01L29/78
【公開號】CN105655255
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】安霞, 張冰馨, 黎明, 林猛, 郝培霖, 黃如, 張興
【申請人】北京大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月17日