一种应变硅MOS器件及其制备方法

本发明属于半导体，具体涉及一种应变硅mos器件及其制备方法。

背景技术：

1、集成电路行业仅通过缩小器件特征尺寸来继续追赶摩尔定律的步伐越发困难，摩尔定律有明显的放缓趋势，因此，在芯片制程进入纳米工艺时，短沟道效应愈发的明显。短沟道效应包括速度饱和、表面散射、漏致势垒降低、漏致势垒穿通、碰撞电离以及热载流子等。此外，在低特征尺寸下器件的寄生效应也越来越明显。短沟道效应和寄生效应都降低了器件的性能，给持续提高器件性能带来了挑战。

2、在纳米集成电路设计中，出现一些新技术使摩尔定律得以延续，包括高k介质栅、soi结构、应变硅技术等，其中，应变硅技术由于工艺简单、成本低、与传统si工艺更兼容、带隙可调、迁移率高等优点被广泛应用于集成电路中。

3、而随着应变硅器件应用的越来越广泛，应变硅金属-氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，mos)器件在短沟道下的性能提升问题也更为突出。因此，如何提高应变硅mos器件的性能成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应变硅mos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：

2、本发明的第一方面提供了一种应变硅mos器件，包括：衬底层、第一应力层、沟道层、源极、漏极、栅氧化层、栅极和第二应力层，其中，

3、所述第一应力层位于所述衬底层的表面；

4、所述沟道层位于所述第一应力层的表面；

5、所述第一应力层对所述沟道层施加第一方向和第二方向的双轴张应力，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第一方向和所述第二方向形成的平面与沟道平面垂直；

6、所述源极位于所述沟道层的一侧，且由所述第一应力层的表面延伸至所述第一应力层的内部；

7、所述漏极位于所述沟道层的另一侧，且由所述第一应力层的表面延伸至所述第一应力层的内部；

8、所述栅氧化层位于所述沟道层的表面；

9、所述栅极位于所述栅氧化层的表面；

10、所述第二应力层位于所述栅极的表面，对所述沟道层施加沟道方向的单轴张应力。

11、在一个具体的实施例中，所述第一应力层的材料包括sige，厚度为2～3μm；

12、所述沟道层的材料包括si，厚度为20～30nm；

13、所述第二应力层的材料包括sin，厚度为100～200nm。

14、在一个具体的实施例中，沿所述衬底层至所述沟道层方向，所述sige中ge的含量由第一含量降低至第二含量。

15、在一个具体的实施例中，所述第一含量为50％，所述第二含量为20％。

16、在一个具体的实施例中，所述栅氧化层位于所述沟道层的表面、所述源极的部分上表面和所述漏极的部分上表面。

17、在一个具体的实施例中，所述第二应力层从所述栅极的表面延伸至所述源极的部分上表面和所述漏极的部分上表面，且覆盖所述栅极的侧表面和所述栅氧化层的侧表面。

18、在一个具体的实施例中，还包括隔离结构；

19、所述隔离结构位于所述第一应力层的两端，且深度大于所述源极的深度和所述漏极的深度。

20、本发明的第二方面提供了一种应变硅mos器件的制备方法，包括以下步骤：

21、s1：制备衬底层；

22、s2：在所述衬底层的表面制备第一应力层；

23、s3：在所述第一应力层的表面制备沟道层；所述第一应力层对所述沟道层施加第一方向和第二方向的双轴张应力，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，且所述第一方向和所述第二方向形成的平面与沟道平面垂直；

24、s4：在所述沟道层的一侧制备由所述第一应力层表面延伸至所述第一应力层内部的源极；并在所述沟道层的另一侧制备由所述第一应力层表面延伸至所述第一应力层内部的漏极；

25、s5：在所述沟道层的表面制备栅氧化层；

26、s6：在所述栅氧化层的表面制备栅极；

27、s7：在所述栅极的表面制备第二应力层；所述第二应力层对所述沟道层施加沟道方向的单轴张应力。

28、在一个具体的实施例中，步骤s2包括：在所述衬底层的表面，通过sih4与geh4混合反应，生成sige；所述sih4与geh4的流量比由第一比例线性升高至第二比例，再由所述第二比例线性升高至第三比例。

29、在一个具体的实施例中，所述第一比例为1：1，所述第二比例为2.3：1，所述第三比例为4：1。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果：

31、本发明通过第一应力层对沟道层施加第一方向和第二方向的双轴张应力，第二应力层对沟道层施加沟道方向的单轴张应力，使沟道层的导带分裂，提高器件电子迁移率，进而提高器件性能。

技术特征：

1.一种应变硅mos器件，其特征在于，包括：衬底层、第一应力层、沟道层、源极、漏极、栅氧化层、栅极和第二应力层，其中，

2.根据权利要求1所述的一种应变硅mos器件，其特征在于，所述第一应力层的材料包括sige，厚度为2～3μm；

3.根据权利要求2所述的一种应变硅mos器件，其特征在于，沿所述衬底层至所述沟道层方向，所述sige中ge的含量由第一含量降低至第二含量。

4.根据权利要求3所述的一种应变硅mos器件，其特征在于，所述第一含量为50％，所述第二含量为20％。

5.根据权利要求1所述的一种应变硅mos器件，其特征在于，所述栅氧化层位于所述沟道层的表面、所述源极的部分上表面和所述漏极的部分上表面。

6.根据权利要求1或5所述的一种应变硅mos器件，其特征在于，所述第二应力层从所述栅极的表面延伸至所述源极的部分上表面和所述漏极的部分上表面，且覆盖所述栅极的侧表面和所述栅氧化层的侧表面。

7.根据权利要求1所述的一种应变硅mos器件，其特征在于，还包括隔离结构；

8.一种应变硅mos器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种应变硅mos器件的制备方法，其特征在于，步骤s2包括：在所述衬底层的表面，通过sih4与geh4混合反应，生成sige；所述sih4与geh4的流量比由第一比例线性升高至第二比例，再由所述第二比例线性升高至第三比例。

10.根据权利要求9所述的一种应变硅mos器件的制备方法，其特征在于，所述第一比例为1：1，所述第二比例为2.3：1，所述第三比例为4：1。

技术总结本发明涉及一种应变硅MOS器件及其制备方法，其中，器件包括：衬底层、第一应力层、沟道层、源极、漏极、栅氧化层、栅极和第二应力层，其中，第一应力层位于衬底层的表面；沟道层位于第一应力层的表面；第一应力层对沟道层施加第一方向和第二方向的双轴张应力，第一方向和第二方向相互垂直，且第一方向和第二方向形成的平面与沟道平面垂直；栅氧化层位于沟道层的表面；栅极位于栅氧化层的表面；第二应力层位于栅极的表面，对沟道层施加沟道方向的单轴张应力。本发明通过第一应力层对沟道层施加第一方向和第二方向的双轴张应力，第二应力层对沟道层施加沟道方向的单轴张应力，使沟道层的导带分裂，提高器件电子迁移率，进而提高器件性能。技术研发人员：郝敏如,李嘉骏,周旬,陈丹婷,王玉辰,陈国祥,吴华受保护的技术使用者：西安石油大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29