[发明专利]基于压应变Ge材料NMOS器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属半导体器件技术领域，特别涉及一种基于压应变Ge材料NMOS器件及其制备方法。

背景技术

摩尔定律自上世纪六十年代被第一次提出，就一直影响着半导体行业，指导着集成电路的发展。半导体芯片尺寸不断的缩小、高速化、高密度化、高集成化一直是微电子行业所追求的发展目标。然而由于近些年来，传统Si工艺将要达到其物理极限，为了维护摩尔定律，研究开发新的技术和新的材料工艺，以便来提高沟道内载流子的迁移率已经成为当今国际上半导体行业的研究重点和热点。

沟道内载流子的迁移率与晶体管的驱动电流相关，随着集成电路速度的增加，必须提高其驱动电流，而提高驱动电流的关键就是将其沟道载流子的迁移率提高，即载流子迁移率的提高能促进半导体刚也快速有效地发展。在实际生产中，伴随着不断缩小的MOS器件特征尺寸，对生产规模也有了更高的要求；同时制造工艺的复杂度也在不断地增加，要想再继续提高沟道内载流子的迁移率，必须通过改进器件的工艺、结构或者利用新材料。

由于Ge的电子迁移率是Si的2.5倍，而应变技术能够更加提升其迁移率的大小，所以应变Ge备受研究者们关注。应变锗技术能够显著提高载流子的迁移率和器件驱动电流，并与当前微电子的主流互补金属氧化物半导体(CMOS)器件工艺兼容。因此应变Ge作为沟道可使电子迁移率大大提高，NMOS工作速度有效提升，并且由应变Ge制备NMOS器件界面特性好，从而成为半导体器件的一个重要研究方向。应变Ge一般是在Si衬底上异质外延生长Si_1-xGe_x薄膜组成的虚衬底上制备的。然而Si_1-xGe_x晶体与衬底之间的晶格失配率随着Ge组分的增加而增加，因此在Si衬底上直接异质外延生长高质量的高Ge组分Si_1-xGe_x材料是非常困难的。

其中，晶格失配将会使Si_1-xGe_x/Si虚衬底表面粗糙，从而影响应变Ge材料的晶体质量。目前广泛采用的降低Si_1-xGe_x外延层位错密度，提高晶体质量的方法是渐变缓冲层生长技术，但对于我们所要求的高Ge组分的Si_1-xGe_x来说，需要的渐变缓冲层厚度大，不利于器件的集成，并且成本较高。

因此，选用何种工艺有效降低Si_1-xGe_x外延层位错密度，提高外延层的晶体质量，并提高NMOS器件集成度以及降低成本变的越来越重要。

发明内容

为了提高NMOS器件的性能，本发明提供了一种基于压应变Ge材料NMOS器件及其制备方法；本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的实施例提供了一种基于压应变Ge材料NMOS器件的制备方法，包括：。

(a)选取单晶Si衬底；

(b)在所述Si衬底表面制备Si_1-xGe_x晶化层；

(c)在所述Si_1-xGe_x晶化层表面生长P型应变Ge沟道层；

(d)在所述P型应变Ge沟道层Ge沟道层表面制备NMOS的栅极；

(e)在所述P型应变Ge沟道层Ge沟道层进行离子注入以制备NMOS源区和漏区；

(f)制备NMOS电极以完成所述压应变Ge材料NMOS器件的制备。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：

(b1)在所述Si衬底表面淀积Si_1-xGe_x外延层；

(b2)在所述Si_1-xGe_x外延层表面淀积第一SiO₂保护层；

(b3)将包括所述Si衬底、所述Si_1-xGe_x外延层、所述第一SiO₂保护层的整个衬底材料加热至600℃～650℃；

(b4)连续激光扫描所述整个衬底材料，所述激光扫描的参数为：激光功率密度为2.85kW/cm²，激光波长为795nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光移动速度为20mm/s；

(b5)自然冷却所述整个衬底材料；

(b6)刻蚀所述第一SiO₂保护层。