[发明专利]基于沟道晶向选择的压应变Si PMOS器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于沟道晶向选择的压应变Si PMOS器件及其制备方法。该制备方法包括：选取晶面为(001)的单晶Si衬底；在单晶Si衬底表面生长弛豫SiC外延层；在弛豫SiC外延层表面生长应变Si层；在应变Si层表面连续生长栅介质层和栅极层，并利用刻蚀工艺刻蚀栅极层和栅介质层形成栅极；利用自对准工艺在异于栅极区的器件表面进行P型离子注入形成源极和漏极；在器件表面进行钝化处理后形成基于沟道晶向选择的压应变SiPMOS器件。本发明解决了传统弛豫Si_1‑xGe_x衬底致双轴应变Si材料空穴迁移率增强效果差的问题。同时，采用低电导率有效质量的[110]晶向作为双轴应Si/(001)Si_1‑xC_x PMOS沟道晶向，显著提升双轴应变Si/(001)Si_1‑xC_x材料的迁移率以及器件的性能。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种基于沟道晶向选择的压应变SiPMOS器件及其制备方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是培育发展战略性新兴产业、推动信息化和工业化深度融合的核心与基础，被誉为全球信息产业皇冠上的“明珠”。但与此同时，对半导体产业发展产生巨大影响的“摩尔定律”正面临着危机。随着器件特征尺寸的不断减小，微电子技术的发展越来越逼近材料、技术和器件的极限，面临着巨大的挑战。

寻找新材料、新衬底和新器件结构，已成为进一步提高晶体管性能的首要方案。应变Si材料具有载流子迁移率高、能带可调，且与传统的硅工艺兼容等优点，已成为当前国内外提升电子器件性能的重要技术，在高速/高性能器件和电路中已获得了广泛的应用。

从应力类型划分，应变技术可分为单轴应变技术和双轴应变技术两类。单轴应变有压应力和张应力两种类型，主要针对小尺寸MOS沟道器件；对于双轴应变来说，常见有弛豫Si_1-xGe_x衬底致应变Si和Si衬底上应变Si_1-xGe_x两种沟道应变材料，主要应用于大尺寸MOS沟道器件性能的提升。

目前，国内众多集成电路制造企业MOS沟道尺寸仍为大尺寸，在现有工艺条件下引入双轴应变技术，将不用追加资金成本，就可有效提升集成电子器件的性能。然而，请参见图1a-图1d，图1a-图1d为现有技术的双轴应变Si/(001)Si_1-xGe_x(001)空穴量子化有效质量的示意图，其中图1a为未应变Si材料，图1b为应变Si/(001)Si_0.9Ge_0.1材料，图1c为应变Si/(001)Si_0.8Ge_0.2材料，图1d为应变Si/(001)Si_0.6Ge_0.4。从应力致空穴迁移率的增强效果来看，传统的弛豫Si_1-xGe_x衬底致双轴应变Si材料，由于应力作用使价带轻重空穴带量子化有效质量发生反转，沿电场方向价带产生的作用与电场力对价带产生的作用相反，双轴应力的作用会首先降低空穴迁移率，然后再增强空穴迁移率。虽然总体上空穴迁移率在应力作用下获得了提升，但“抵消”的部分导致空穴迁移率增强效果“差”。

因此，如何设计一种压应变Si PMOS器件就变得极其重要。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种基于沟道晶向选择的压应变Si PMOS器件及其制备方法。

具体地，本发明一个实施例提出的一种基于沟道晶向选择的压应变Si PMOS器件的制备方法，包括：

S101、选取厚度为2um、晶面为(001)的单晶Si衬底为初始材料；

S102、在温度为575～675℃下，利用分子束外延工艺，在所述单晶Si衬底上生长一层厚度为150～200nm弛豫SiC外延层；