專利名稱：一種鍺基肖特基晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超大規(guī)模集成電路(ULSI)工藝制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ge基肖特
基的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著器件尺寸的縮小，遷移率的退化變成一個(gè)很棘手的問題。相比硅材料，鍺材料具 有更高、更加對稱的低場載流子遷移率，窄的能帶寬度，同時(shí)與硅工藝兼容，所以鍺基器 件是高速M(fèi)OSFET器件一個(gè)很有希望的發(fā)展方向。
鍺基肖特基晶體管是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦徒Y(jié)構(gòu)，它與傳統(tǒng)晶體管的主要區(qū)別 就是它用金屬鍺化物源漏代替了傳統(tǒng)高摻雜的源漏，源漏和溝道的接觸由PN結(jié)變成了金 屬半導(dǎo)體接觸的肖特基結(jié)。
鍺基肖特基晶體管有如下優(yōu)勢(1)金屬鍺化物源漏有較好化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)有非 常好的電阻率特性，有效減小源漏串聯(lián)電阻。(2)肖特基晶體管工藝所需的光刻版比傳 統(tǒng)MOS器件少，制造過程更簡單。關(guān)鍵的金屬源漏采用自對準(zhǔn)技術(shù)，光刻出源漏區(qū)之后 淀積金屬，快速退火使得金屬與Ge反應(yīng)生成鍺化物，氧化層上的金屬?zèng)]有發(fā)生反應(yīng)，用 選擇腐蝕除去。(3)用來控制短溝效應(yīng)的Pocket/halo注入不再需要，傳統(tǒng)形成高摻雜源 漏的兩次注入也省略掉，這樣能減小襯底損傷和應(yīng)力的釋放，保持較高的載流子遷移率， 還避免雜質(zhì)漲落對器件特性的影響，同時(shí)也更有利于提高集成密度。(4)工藝和結(jié)構(gòu)上 的特點(diǎn)使得肖特基晶體管避免了寄生雙極管效應(yīng)，改善晶體管的短溝性能，有較低的溝道 注入，高的溝道遷移率，并且可以降低結(jié)電容和柵電容，提高高頻特性。(5)肖特基晶 體管的制備過程和CMOS工藝完全兼容，而且它較低的溫度預(yù)算非常有利于high-k介質(zhì)、 金屬柵、應(yīng)力溝道等工藝集成，這是非常難得的優(yōu)勢。(6)鍺基肖特基晶體管結(jié)構(gòu)在鍺 材料上實(shí)現(xiàn)鍺化物源漏將會(huì)大大克服體Ge器件中雜質(zhì)在Ge中的固溶度較低，源漏電阻較 大，而且在激活過程中雜質(zhì)擴(kuò)散較快，非常難以實(shí)現(xiàn)淺結(jié)等缺點(diǎn)。(7)Ge材料遷移率大、 速度特性好。
但是，鍺基肖特基晶體管也受到了以下問題的制約
1、由于肖特基晶體管的源漏與溝道是金屬半導(dǎo)體接觸，受肖特基勢壘高度的影響， 肖特基晶體管泄漏電流較大，使它的開關(guān)比受到一定的制約，開態(tài)驅(qū)動(dòng)電流較小，關(guān)態(tài)泄露電流大；
2、金屬淀積在鍺上經(jīng)退火形成的鍺化物，會(huì)由于成核凝聚反應(yīng)使得鍺化物表面產(chǎn)生 凝聚形成很多空洞，這對于制備肖特基晶體管是不利的，因?yàn)榕c溝道相接的鍺化物的形貌 直接影響鍺基肖特基晶體管的性能，過差的鍺化物表面形貌會(huì)導(dǎo)致源漏性質(zhì)的不均勻，波 動(dòng)比較大，如果鍺化物薄膜形成過多的空洞，則晶體管的性能會(huì)受很大影響，甚至根本無
法導(dǎo)通。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述鍺基肖特基晶體管金屬半導(dǎo)體接觸存在的問題，本發(fā)明提出了一種鍺基肖特 基晶體管的制備方法，該工藝方法可以有效調(diào)控金屬半導(dǎo)體接觸的勢壘高度，同時(shí)還可以 改善鍺化物表面形貌。
一種鍺基肖特基晶體管的制備方法，其包括以下步驟
l一l)在鍺基襯底上制作MOS晶體管結(jié)構(gòu)；
l一2)濺射金屬薄膜；
l一3)進(jìn)行第一次熱處理，快速熱退火使上述金屬薄膜層與位于其下方的鍺層反應(yīng)形 成金屬鍺化物；
l一4)去除未反應(yīng)的金屬薄膜層；
l一5)在反應(yīng)生成的金屬鍺化物層中摻入雜質(zhì)；
l一6)第二次熱處理，退火使得上述摻入的雜質(zhì)激活驅(qū)入；
l一7)形成接觸孔、金屬連線。
步驟l一l)具體包括
2—1)在襯底上制作隔離區(qū)；
2—2)淀積一柵介質(zhì)層；
2—3)制備柵結(jié)構(gòu)；
2—4)形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)。
所述鍺基襯底是體鍺襯底或鍺覆絕緣(GOI)襯底。 所述步驟1一2)的金屬薄膜為鎳、鉑或鈷膜。
所述1—3)步驟中，退火溫度為35(rC至60(TC，退火時(shí)間為30秒至80秒。 所述1—5)步驟中，對于PMOS，可以摻雜A1， Ga， In， Mg，對于NMOS，可以摻 雜P， As， Sb， S， Se，摻雜劑量5el3至5el5atom/cm-2。所述1—6)步驟中，熱退火工藝溫度介于400至600度，退火時(shí)間介于10秒至70秒。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明提出了一種新的鍺基雜質(zhì)分凝肖特基晶體管的制備方法，即在第一次退火形成 鎳鍺化物以后，又進(jìn)行了雜質(zhì)摻雜和激活驅(qū)入退火，使得雜質(zhì)硼在鎳鍺和鍺襯底界面上發(fā) 生分凝，增加了界面附近靠鍺一側(cè)幾個(gè)納米處雜質(zhì)硼濃度，使得能帶圖發(fā)生變化，形狀上 彎，進(jìn)而勢壘高度增加。因而在源漏與N型輕摻雜溝道的接觸區(qū)，電子的勢壘高度增加，
空穴的勢壘高度減小。這使得在以PMOS為例的該鍺基雜質(zhì)分凝肖特基晶體管實(shí)例中，開 態(tài)時(shí)，較低的源端空穴勢壘可以增大驅(qū)動(dòng)電流，關(guān)態(tài)時(shí)，高的漏端電子勢壘又有效的減小 了漏電。因此，用本工藝方法制作鍺基雜質(zhì)分凝肖特基晶體管可以適當(dāng)調(diào)整鍺基肖特基晶 體管源漏處肖特基勢壘高度，改善鍺基肖特基晶體管的電流開關(guān)比。
同時(shí)，制作鎳鍺化物肖特基源漏時(shí)，通過在第一次退火形成鎳鍺化物以后，又進(jìn)行雜 質(zhì)摻雜和激活驅(qū)入退火的方法，還可以改善鎳鍺化物肖特基源漏的形貌，減小削弱由于成 核凝聚反應(yīng)在鎳鍺化物中產(chǎn)生的空洞，使得鎳鍺化物更加平滑均一。使用本發(fā)明制作的肖 特基源漏鎳鍺化物在相同情況下好于現(xiàn)有制備方法做的肖特基源漏鎳鍺化物，改善了鍺基 肖特基晶體管的性能。


圖1為本發(fā)明一制備鎳鍺化物肖特基的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
圖l為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例制作鎳鍺化物肖特基源漏的方法流程圖。本發(fā)明制作鍺基 肖特基晶體管的方法包括如下步驟
步驟l:提供一塊鍺基襯底。如圖l (a)所示， 一半導(dǎo)體鍺襯底l， P型雜質(zhì)Ga做襯 底摻雜，其中半導(dǎo)體鍺襯底1可是體鍺襯底或鍺覆絕緣(GOI)襯底等。
步驟2:制作N阱區(qū)域。在鍺襯底上淀積氧化硅層并且淀積氮化硅層，通過光刻定義
N阱區(qū)域，反應(yīng)離子刻蝕掉N阱區(qū)域的氮化硅，并且離子注入N型雜質(zhì)，比如磷，然后退 火驅(qū)入制作N阱2，最后去掉注入掩蔽層，完成圖如圖l (b)所示。
步驟3:實(shí)現(xiàn)溝槽隔離。如圖1 (c)中隔離區(qū)4，在鍺片上淀積氧化硅和氮化硅層， 通過光刻定義出溝槽的位置，之后利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕氮化硅和氧化硅，進(jìn)而刻蝕
5鍺，形成溝槽，并利用CVD方法淀積多晶硅或氧化硅回填隔離槽，最后利用化學(xué)機(jī)械拋 光技術(shù)(CMP)將表面磨平，實(shí)現(xiàn)器件間的隔離。器件隔離不局限于淺槽隔離(STI)， 也可以采用場氧隔離等技術(shù)。
步驟4:制作柵極介質(zhì)層。如圖1 (d)中柵極介質(zhì)層5，可以采用柵極氧化層或者高 k柵介質(zhì)層，本實(shí)例采用LPCVD方法制作柵氧化層。
歩驟5:柵的制備。柵的制備可以采用多晶硅柵或者金屬柵或者FUSI柵等，本實(shí)例采 用淀積多晶硅柵，并進(jìn)行多晶硅摻雜注入，摻入雜質(zhì)硼，然后光刻定義出柵結(jié)構(gòu)，然后刻 蝕去除多余部分，如圖l (e)所示，多晶硅柵為3。
步驟6:形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)。如圖1 (f)所示，通過淀積二氧化硅并且干法刻蝕可以形成 一個(gè)位于柵側(cè)面的自對準(zhǔn)隔離結(jié)構(gòu)6 (側(cè)墻結(jié)構(gòu))，而目標(biāo)鍺化物源漏區(qū)域位于柵3與隔 離區(qū)4之間。
步驟7:淀積金屬薄膜，本例為金屬鎳膜。如圖1 (g)所示，利用物理氣相淀積方式，
例如蒸鍍或?yàn)R射方式，于半導(dǎo)體襯底上淀積一層鎳7，以覆蓋柵極3與目標(biāo)鍺化物源漏區(qū) 域，其中鎳層7可為一鎳金屬層或一鎳合金層。淀積的金屬膜厚大約在10nm至50nm，以 35nm為優(yōu)選。另外，淀積鎳層7后，本發(fā)明的方法亦可選擇性的于鎳層7上再形成一層 蓋帽層，例如在濺射的鎳金屬上面再濺射一層Ti蓋帽層。增加Ti-Cap層并退火后，鎳鍺 化物界面會(huì)變得更加平滑，同時(shí)能降低鎳鍺化物的電阻率并提高其熱穩(wěn)定性。
步驟8:進(jìn)行第一次熱處理，快速熱退火使上述金屬薄膜層與位于其下方的鍺層反應(yīng) 形成金屬鍺化物。如圖1 (h)所示，進(jìn)行第一次熱處理工藝，快速熱退火使鎳層7與柵極 3以及目標(biāo)源漏區(qū)的鍺反應(yīng)，并于目標(biāo)源漏區(qū)域表面形成鎳鍺化物源漏8，且在多晶硅柵 極3表面形成鎳硅化物9。此外，由于鎳層7僅與柵極3以及目標(biāo)源漏區(qū)域接觸，而與隔 離區(qū)4與側(cè)墻結(jié)構(gòu)6并不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，因此具有自對準(zhǔn)功能。另外值得說明的是本次快速 熱退火工藝溫度介于350至600度，并以400度為優(yōu)選，退火時(shí)間為30秒至80秒，根據(jù) 上步淀積的鎳金屬層7的厚度和希望形成的源漏節(jié)深而定。
歩驟9:去除未反應(yīng)的上述鎳薄膜層。如圖1 (i)所示，釆用濕法腐蝕去除未反應(yīng)的 鎳金屬層7。
步驟10:在反應(yīng)生成的鎳鍺化物層中摻入雜質(zhì)，該雜質(zhì)用雜質(zhì)分凝原理改善肖特基晶
體管的特性。如圖l (j)所示，通過離子注入，在反應(yīng)生成的鎳鍺化物源漏8中摻入雜質(zhì) 硼，摻雜劑量5el3至5el5 atom/cm—2，并以lel5 atom/cm—2為優(yōu)選。同時(shí)應(yīng)注意，注入的 雜質(zhì)不僅限于硼。比如，對于PMOS，可以慘雜A1， Ga， In， Mg等，對于NMOS，可以摻雜P， As, Sb， S， Se等。
步驟lh第二次熱處理，退火使得上述摻入的硼雜質(zhì)激活驅(qū)入，并在NiGe與Ge界 面雜質(zhì)分凝。如圖1 (k)所示，進(jìn)行第二次熱處理工藝，快速熱退火使得上述摻入的硼雜 質(zhì)激活驅(qū)入，硼在鍺半導(dǎo)體襯底與鍺化物源漏界面處雜質(zhì)分凝，形成高濃度區(qū)域IO。第二 次熱退火工藝溫度介于400至600度，以500度為優(yōu)選，而退火時(shí)間介于10秒至70秒， 以30s為優(yōu)選。
步驟12:形成接觸孔。首先去除自然氧化層，然后用化學(xué)汽相淀積方法淀積氧化層 11，并退火致密，用于金屬連線層和器件層之間的隔離。光刻定義出開孔位置，并用反應(yīng) 離子刻蝕掉二氧化硅，形成接觸孔。完成圖如圖1 (1)所示。
步驟13:形成金屬連線。濺射金屬層，比如A1、 Al-Ti等，并光刻定義出連線圖形， 經(jīng)過刻蝕后，既形成金屬連線圖形，最后通過低溫退火過程合金，形成金屬連線層12。最 后完成圖如圖1 (m)所示。
利用本發(fā)明提出的工藝方法，可以制造出一種新的性能更可靠的鍺基肖特基晶體管， 并且使得雜質(zhì)硼在鎳鍺和鍺襯底界面上發(fā)生分凝，這樣不但適當(dāng)調(diào)整了鍺基肖特基晶體管 源漏處肖特基勢壘高度，改善了鍺基肖特基晶體管的電流開關(guān)比，而且改善了該肖特基晶 體管鎳鍺化物肖特基源漏的形貌，提升了鍺基肖特基晶體管的性能。因此相對于現(xiàn)有工藝 技術(shù)，本發(fā)明能有效提升該器件的電性能與可靠性。
以上通過優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明所提出的一種鍺基肖特基晶體管的制備方法， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的 范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)做一定的變形或修改；其制備方法也不限于實(shí)施例中所 公開的內(nèi)容，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1、一種鍺基肖特基晶體管的制備方法，其包括以下步驟1-1)在鍺基襯底上制作MOS晶體管結(jié)構(gòu)；1-2)濺射金屬膜；1-3)進(jìn)行第一次熱處理，退火使上述金屬薄膜層與位于其下方的鍺層反應(yīng)形成金屬鍺化物；1-4)去除未反應(yīng)的金屬膜；1-5)在反應(yīng)生成的金屬鍺化物層中摻入雜質(zhì)；1-6)第二次熱處理，退火使得上述摻入的雜質(zhì)激活驅(qū)入；1-7)形成接觸孔、金屬連線。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟l一l)具體包括2— 1)在襯底上制作隔離區(qū)； 2—2)淀積一柵介質(zhì)層； 2—3)制備柵結(jié)構(gòu)；2—4)形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述鍺基襯底是體鍺襯底或鍺覆絕緣襯底。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟1一2)的金屬膜為鎳、鉑或鈷膜。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述1一2)步驟中，在金屬膜上制備一鈦金屬層。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述1—3)步驟中，退火溫度為35(TC至 600°C，退火時(shí)間為30秒至80秒。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述1一5)步驟中，對于PM0S，摻雜A1、 Ga、工n或Mg，對于NM0S，摻雜P、 As、 Sb、 S或Se。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，摻雜劑量5el3至5e15 atom/cm—2。
9、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述1—6)步驟中，熱退火工藝溫度介于 400至600度，退火時(shí)間介于10秒至70秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺基肖特基晶體管的制備方法，屬于超大規(guī)模集成電路(ULSI)工藝制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括首先在鍺基襯底上制作MOS晶體管結(jié)構(gòu)；淀積一金屬薄膜；然后進(jìn)行第一次熱處理，快速熱退火使金屬薄膜層與位于其下方的鍺層反應(yīng)形成金屬鍺化物；去除未反應(yīng)的金屬薄膜層；在反應(yīng)生成的金屬鍺化物層中摻入雜質(zhì)；第二次熱處理，退火使得上述摻入的雜質(zhì)激活驅(qū)入；最后形成接觸孔、金屬連線。本發(fā)明通過在第一次退火形成鎳鍺化物以后，又進(jìn)行雜質(zhì)摻雜和激活驅(qū)入退火，可有效調(diào)控金屬半導(dǎo)體接觸的勢壘高度，同時(shí)還可以改善鍺化物表面形貌。
文檔編號H01L21/02GK101635262SQ20091009073
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者霞 安, 興 張, 岳 郭, 如 黃 申請人:北京大學(xué)