[发明专利]多晶Si1-xGex/金属并列覆盖双栅SSGOI nMOSFET器件结构

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域中一种半导体MOSFET器件结构，具体来说是一种多晶Si_1-xGe_x/金属并列覆盖双栅台阶式埋氧SSGOI nMOSFET器件结构。

背景技术

硅基(Silicon-Based)MOSFET技术已经进入纳米时代，沟道长度不断减小，半导体器件的发展越来越受物理极限方面的限制，高速高性能器件的需求也越来越强烈，此时提高载流子迁移率则成为了一个有效的手段。目前通过缩小传统硅工艺特征尺寸遇到很多阻碍，各种二级物理效应不断显现。为了延续摩尔定律的预测，器件结构的改进以及新材料的引入可能会对器件特性的提高起到重要的推动作用，所以新的材料和结构的设计研究受到了人们的关注。在这些新的材料和结构中，绝缘层上硅(SOI)和应变硅(SSi)是非常有发展前景的SOI材料，即绝缘体上硅材料(Silicon-On-Insulator)，被国际上公认为“21世纪硅集成电路技术”的基础，它能突破体硅材料的诸多限制，可有效消除MOS电路中的闩锁效应、减小漏源区的寄生电容、易形成浅结，能有效抑制MOSFET器件的小尺寸效应，在航天领域、光电子领域，以及微机械系统、三维立体电路、混合电路等方面有广阔的应用前景。

另一方面，在硅基应变Si/SiGe异质结构中，由双轴应变所引起的能带分裂可以使应变Si中的电子和空穴迁移率都得到显著增强，并且由于与Si工艺兼容，结构简单，使应变Si MOSFET得到广泛应用。随着沟道长度的不断减小，如何继续保持甚至继续提高应变Si MOSFET的性能便成为当前研究的热点问题。SSOI(Strained Silicon-on-Insulator)、SGOI(SiGe-on-Insulator)以及应变SGOI(SSGOI)MOSFET正是在这种背景下被提出来的。SSGOI器件工艺相对简单，但需要生长弛豫SiGe虚拟衬底，其热导率比较低。除此之外这些SOI MOSFET器件均是以SiO₂作为绝缘埋氧层，同样易于出现自加热效应。因此，热致可靠性同样也是硅基SOI器件面临的最紧迫的问题。

发明内容

本发明的目的是利用现有的常规Si SOI工艺，提供一种具有高速高性能的新型多晶Si_1-xGe_x/金属并列覆盖双栅台阶式埋氧SSGOI nMOSFET器件结构。

多晶Si_1-xGe_x/金属并列覆盖双栅SSGOI nMOSFET器件结构，自上而下依次包括：多晶Si_1-xGe_x/金属并列覆盖双栅结构1；栅绝缘层2；本征(或者p^-掺杂)应变Si电子量子阱层3；p掺杂弛豫Si_1-yGe_y缓冲层4；台阶式埋氧层5；p^-掺杂的单晶Si(100)衬底6，所述p^-掺杂的单晶Si(100)衬底由p弛豫Si_1-yGe_y缓冲层、p弛豫SiGe渐变层以及单晶Si三部分组成。

引入多晶Si_1-xGe_x/金属并列覆盖双栅结构提高了沟道电子输运速度，输出电流与工作频率，并抑制了漏致势垒降低(DIBL)效应；双轴应变Si层可提高电子的迁移率；台阶式埋氧层一定程度上可以改善器件的自加热效应以及亚阈特性，减小器件亚阈摆幅

对于本发明的说明，主要集中于“栅极工程”和“衬底工程”两部分，其他的结构部分均为通常的意义。

(1)栅极工程