[发明专利]直接带隙Ge沟道NMOS器件及其制备方法

权利要求书

1.一种直接带隙Ge沟道NMOS器件的制备方法，其特征在于，包括：

S101、选取掺杂浓度为5×10¹⁵～7×10¹⁵cm^-3的单晶Si衬底；

S102、在275℃～325℃下在所述单晶Si衬底上外延生长厚度为27～50nm第一Ge层，以避免晶体质量损失；

S103、在500℃～600℃下，在所述第一Ge层上生长厚度为900～950nm的第二Ge层，所述第二Ge层采用BF₂⁺作为P型杂质以形成P型沟道层；

S104、在750℃～850℃下，在H₂气氛中退火10～15分钟以提高晶格质量；

S105、在100℃的H₂O₂溶液中，浸入时间为10分钟，在所述第二Ge层表面形成GeO₂钝化层；

S106、在250℃～300℃下，采用原子层淀积工艺淀积厚度为3nm的HfO₂材料作为栅介质层；其中，反应气体为[(CH3)(C2H5)N]₄Hf，氧化剂为H₂O；

S107、采用反应溅射工艺生长厚度为90～100nm TaN材料作为栅极层；

S108、利用选择性刻蚀工艺刻蚀指定区域的所述TaN材料、所述HfO₂材料及所述GeO₂钝化层形成栅极；

S109、在所述第二Ge层和所述栅极表面淀积厚度为10～20nm的SiO₂材料；

S110、利用CVD工艺在所述SiO₂材料表面淀积厚度为20～30nm的Si₃N₄材料；

S111、采用选择性刻蚀工艺刻蚀除所述栅极顶部及侧墙处所以外的所述SiO₂材料和所述Si₃N₄材料，在所述栅极表面形成栅极保护层；

S112、在整个衬底表面涂抹光刻胶，利用光刻工艺曝光光刻胶，保留所述栅极表面的光刻胶；

S113、利用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀所述整个衬底表面的所述第二Ge层，形成Ge台阶；

S114、去除表面光刻胶；

S115、在500℃～600℃下，以硅烷、锗烷为气源，采用化学气相淀积工艺在所述Ge台阶周围生长厚度为20nm的Si_0.5Ge_0.5材料；

S116、在所述Si_0.5Ge_0.5材料内利用离子注入工艺注入AsH₃形成源漏区；

S117、利用湿法刻蚀工艺去除所述SiO₂材料和所述Si₃N₄材料形成的所述栅极保护层；

S118、利用CVD工艺淀积厚度为20～30nm的BPSG以形成介质层；

S119、采用硝酸和氢氟酸刻蚀所述介质层形成源漏接触孔；

S120、利用电子束蒸发工艺淀积厚度为10～20nm金属W，形成源漏接触；

S121、利用选择性刻蚀工艺刻蚀掉指定区域的金属W，形成源漏区电极，最终形成所述直接带隙Ge沟道NMOS器件。

2.一种基于直接带隙Ge沟道NMOS器件，其特征在于，包括：单晶Si衬底层、第一Ge层、第二Ge层及Si_0.5Ge_0.5层、GeO₂钝化层、HfO₂栅介质层、TaN栅极层；其中，所述直接带隙Ge沟道NMOS器件由权利要求1所述的方法制备形成。