[发明专利]高性能CMOS器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造及设计技术领域，特别涉及一种高性能CMOS器件。

背景技术

目前，随着场效应晶体管特征尺寸的不断缩小，其器件性能越来越高，工作速度也越来越快。但是由于目前的特征尺寸已接近了Si材料的极限，因此对于更小尺寸的器件，可以采用引入应力来克服此问题。例如目前提出了采用应变Si作为沟道层以改善NMOS器件的性能，但是由于应变Si作为沟道层不能满足PMOS器件的要求，会降低载流子迁移率。因此PMOS器件必须要考虑其他材料或结构。由于Ge材料具有良好的低场迁移率以及比Si材料更小的禁带宽度，并且Ge沟道器件的制作工艺可以和传统的Si晶体管工艺相兼容，因此PMOS器件可以采用Ge材料。但是Ge沟道材料的晶体管也面临着如Ge衬底与栅绝缘层介质间难以得到良好界面、金属锗化物串联电阻大等一系列问题。从以上描述可以看出无论对于NMOS器件还是PMOS器件，其性能还都有待提高，因此如何对NMOS和PMOS的性能进行折中，以提出性能更高的CMOS器件结构是个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷，特别提出了一种高性能CMOS器件。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种高性能互补金属氧化物半导体CMOS器件，包括：Si衬底，所述Si衬底包括NMOS区和PMOS区，其中，所述NMOS区和PMOS区之间具有第一隔离结构；位于所述NMOS区中的NMOS器件结构，所述NMOS器件结构包括：形成于所述Si衬底之上的第一栅堆叠结构，以及位于所述第一栅堆叠结构两侧的一层或多层侧墙；形成于所述第一栅堆叠结构两侧的第一源漏极；和覆盖所述第一栅堆叠结构和所述第一源漏极的具有张应力的氮化物覆盖层；位于所述PMOS区中的PMOS器件结构，所述PMOS器件结构包括：形成于所述Si衬底之上的第一应变SiGe层；形成于所述第一应变SiGe层之上的Si帽层；形成于所述Si帽层之上的第二栅堆叠结构，以及位于所述第二栅堆叠结构两侧的一层或多层侧墙；和形成于所述第二栅堆叠结构两侧的第二源漏极。

在本发明的一个实施例中，所述第一应变SiGe层为高Ge组分SiGe层。

在本发明的一个实施例中，所述具有张应力的氮化物覆盖层为氮化硅薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述第一栅堆叠结构与所述第二栅堆叠结构在同一平面上。

在本发明的一个实施例中，所述第二源漏极中的Ge含量大于所述PMOS器件结构中沟道区中的Ge含量。

在本发明的一个实施例中，所述第一隔离结构为浅沟槽隔离或场氧隔离。

在本发明的一个实施例中，所述第二源漏极为提升结构。

在本发明的一个实施例中，所述第一应变SiGe层和Si帽层形成在所述Si衬底的衬底凹槽之中。

在本发明的一个实施例中，所述Si衬底为体Si衬底或绝缘体上硅SOI衬底。

本发明另一方面还提出了一种高性能CMOS器件，包括：衬底；形成在所述衬底之上的驰豫SiGe过渡层，所述驰豫SiGe过渡层包括NMOS区和PMOS区，其中，所述NMOS区和PMOS区之间具有第二隔离结构；位于所述NMOS区中的NMOS器件结构，所述NMOS器件结构包括：形成于所述驰豫SiGe过渡层之上的Si帽层；形成于所述Si帽层之上的第一栅堆叠结构，以及位于所述第一栅堆叠结构两侧的一层或多层侧墙；形成于所述第一栅堆叠结构两侧以及所述Si帽层之中的第一源漏极；位于所述PMOS区中的PMOS器件结构，所述PMOS器件结构包括：形成于所述驰豫SiGe过渡层之上的第二应变Si层；形成于所述第二应变Si层之上的高Ge组分应变层；形成于所述高Ge组分应变层之上的第三应变Si层；形成于所述第三应变Si层之上的第二栅堆叠结构，以及位于所述第二栅堆叠结构两侧的一层或多层侧墙；和形成于所述第二栅堆叠结构两侧的第二源漏极。

在本发明的一个实施例中，所述第二隔离结构为浅沟槽隔离或场氧隔离。

在本发明的一个实施例中，所述第二隔离结构为隔离墙结构。

在本发明的一个实施例中，所述驰豫SiGe过渡层中PMOS区的Ge含量大于NMOS区的Ge含量。

在本发明的一个实施例中，所述驰豫SiGe过渡层中的PMOS区和NMOS区通过选择性外延形成。

在本发明的一个实施例中，所述高Ge组分应变层为应变Ge层或高Ge组分应变SiGe层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为体Si衬底或SOI衬底。

在本发明的一个实施例中，所述NMOS器件结构还包括：覆盖所述第一栅堆叠结构和所述第一源漏极的具有张应力的氮化物覆盖层。