[发明专利]增强MOS器件沟道区应变的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到的是在半导体衬底沟道材料中引入应变的方法领域，通过在硅衬底上外延组分渐变的SiGe层，再外延锗层或硅层，得到应变的沟道材料层，然后再通过工艺的方法引入更大的应力，进一步提高材料的应变程度，提高器件性能。本发明增强MOS器件沟道区应变的方法可用于CMOS工艺中的应变硅或锗工艺中，进一步提高沟道材料的应变程度，提高迁移率，增强器件性能。

背景技术

随着特征尺寸越来越小，集成电路面临诸多由材料和器件自身引起的小尺寸效应。特征尺寸的不断缩小使单个晶体管尺寸逐渐达到物理和技术的双重极限，晶体管性能难以再按照以往的速度不断提升，而必须采用新的技术来提高器件与集成电路的性能。其中一个重要方面就是采取措施提高晶体管的饱和驱动电流，饱和驱动电流与沟道内载流子迁移率有关，通过改进器件结构、工艺、或采用新材料，提高沟道内载流子的迁移率，即可按已有的特征尺寸，利用已有的生产设备条件加工MOS器件，不但达到提高器件性能的目的，还可延长已有生产线的使用寿命。

在沟道材料中引入应变就是一种非常有效的方法。无论是Si还是Ge，引入应变都能够有效的提高其载流子迁移率，提高器件性能。引入应变的方法主要有两种，一种是通过在硅衬底上异质外延的方法生长出一层带有应力的沟道材料，还有一种方法是通过工艺的方法，利用带应力的氮化硅薄膜或外延的源漏区来作用于沟道材料层引入应变的方法。一般来说，前者引入的应变程度更大一些，但工艺更复杂，成本较高；而后者应变较小，器件性能提高有限，但工艺简单，成本较低，在工业生产中已得到应用。随着特征尺寸的进一步缩小，为了使器件达到要求的性能，就需要引入更大的应力。

发明内容

本发明的目的是综合现有技术中各种方法，提供一种进一步提高沟道材料的应变程度，提高迁移率，增强器件性能的增强MOS器件沟道区应变的方法。

本发明的技术方案是：增强MOS器件沟道区应变的方法，其特征是包括下列步骤：在体硅衬底上利用直接外延的方法制作出应变的SiGe层作为沟道层，或者在SOI衬底上键合(bonding)一层低Ge组分的SiGe层做为虚拟衬底，在其上外延应变的Si或高Ge组分SiGe做为沟道材料层，然后再通过工艺的方法引入增大的应力，进一步提高材料的应变程度。

还包括下列步骤：在体硅衬底上外延的SiGe层作为沟道层，在SiGe沟道层上面淀积栅介质，在栅介质上面再淀积金属栅，在金属栅上面再淀积一层带有压应力的氮化硅Si₃N₄。

在SiGe沟道层上面利用ALD淀积一层High-k介质做为栅介质。

还包括下列步骤：在体硅衬底上外延的SiGe层作为沟道层，在SiGe沟道层上面淀积栅介质，在栅介质上面再淀积金属栅，再利用源漏刻蚀的方法去除源漏区的SiGe层，然后在源漏区生长出Ge含量更高的锗硅层。

在SiGe沟道层上面利用ALD淀积一层High-k介质做为栅介质。

利用键合(bonding)方法在绝缘层上得到一层高质量的弛豫的SiGe层层作为虚拟衬底，然后在上面定义光刻出一定的区域，外延生长出Ge含量更高的压应变的SiGe层作为PMOS管区，在其它的区域淀积一层拉应变的Si层作为NMOS管的区域，两个区域间利用STI做隔离，在两个区域分别制作出PMOS管和NMOS管，接着在PMOS管上淀积一层带有压应力的Si₃N₄薄膜在沟道区引入更大的压应力，在NMOS管上淀积一层带有拉应力的Si₃N₄薄膜在NMOS沟道区引入更大的拉应力，以其同时得到高性能的PMOS管和NMOS管。

利用键合(bonding)方法在绝缘层上得到一层弛豫的SiGe衬底层作为虚拟衬底，然后在上面定义光刻出一定的区域，外延生长出Ge含量更高的压应变的SiGe层作为PMOS管区，在其它的区域淀积一层拉应变的Si层作为NMOS管的区域，两个区域间利用STI做隔离，在两个区域分别制作出PMOS管和NMOS管，接着在NMOS管上淀积一层带有拉应力的Si₃N₄薄膜在NMOS沟道区引入更大的拉应力；在PMOS管区可是掉PMOS管的源漏，然后在源漏外延生长更高Ge含量的SiGe，挤压沟道得到更大的压应力，同时得到高性能的PMOS管和NMOS管。