CN105789273A - 一种InGaAs沟道自对准MOSFET器件结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种InGaAs沟道自对准MOSFET器件结构。其结构包括：在磷化铟衬底上的p型InGaAs半导体层；在p型InGaAs半导体层上形成的高K介质层，在P型InGaAs半导体层中，形成的N型离子注入区，在源漏离子注入区上形成的Ni‑InGaAs半金属层；在高K介质边缘形成的二氧化硅侧墙；在高K介质层上的钨栅金属层；在Ni‑InGaAs半金属层上形成的钨源漏金属层；在W源漏金属层上形成的接触金属层。该器件可用于制作数字集成电路。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种在InGaAs沟道层上制作自对准源漏的MOS器件结构，以提高CMOS器件性能，应用于高性能的CMOS技术领域。
背景技术
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料相对硅材料而言，具有高载流子迁移率、大的禁带宽度等优点，而且在热学、光学和电磁学等方面都有很好的特性。在硅基CMOS技术日益逼近它的物理极限后，Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料以其高电子迁移率特性有可能成为备选沟道材料，用来制作CMOS器件。然而，与III-V族半导体器件与硅器件有着许多不同的物理与化学性质，适合于硅器件的MOS结构与流程不一定可以应用到III-V MOS器件中。因此，需要在III-V族半导体上采用新的器件结构和新的制作流程，以充分发挥III-V族半导体材料的材料特性，提高MOS器件的直流特性与射频特性，以满足高性能III-V族半导体CMOS技术的要求。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的主要目的是提供一种源漏自对准的MOS器件结构，以实现低的源漏电阻，同时可以控制栅源与栅漏的间距，，满足高性能III-V族半导体CMOS技术在数字集成电路上的要求。
（二）技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种源漏自对准MOS器件结构，其包括如下：
（1）在磷化铟衬底上采用MBE或者MOCVD的方式生长的InGaAs沟道层（101），厚度为100纳米到200纳米，P型掺杂，掺杂浓度为1-8×1017cm-3；
（2）在InGaAs沟道层（101）上进行表面清洗、钝化后，采用原子层沉积或者MBE的方式，在其上生长高K介质层（102），介质层厚度为2-3纳米；
（3）在高K介质层上，生长SiNx介质层，厚度为300纳米，再采用光刻掩膜、ICP刻蚀的方式形成假栅金属层；
（4）在高K介质层（102）和SiNx假栅的基础上，在假栅两侧形成二氧化硅侧墙（103），侧墙厚度为5-30纳米；
（5）采用自对准方式在源漏区形成离子注入区(105),该离子注入结深和掺杂浓度与沟道掺杂浓度相匹配，防止穿通效应；
（6）采用自对准工艺在源漏离子注入区蒸发镍金属，低温合金，形成Ni-InGaAs半金属层，该金属层厚度为10-20纳米；
（7）在Ni-InGaAs 半金属层(106)上，采用自对准方式溅射W金属，形成的钨源漏金属层(107)和钨金属栅；
（8）在钨源漏金属层(107)层上形成的接触金属。
上述方案中的二氧化硅侧墙（103）是采用先制作SiNx介质假栅，然后采用PECVD沉积二氧化硅，最后采用ICP刻蚀方法制作的。
上述方案中的Ni-InGaAs半金属层(106)是在制作完侧墙(103)、离子注入区后，采用电子束蒸发直接合金形成的，假栅上的镍金属，采用选择性腐蚀液腐蚀掉，腐蚀液为稀盐酸溶液，在离子注入区剩下Ni-InGaAs半金属层(106)。
上述方案中的钨栅金属(104)是在去掉侧墙工艺后的假栅、以及源漏Ni-InGaAs半金属层(106)都制作完成后采用自对准的方法，与W源漏金属(107)一通溅射形成的。
（三）有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种InGaAs沟道自对准MOS器件结构，利用离子注入技术、Ni-InGaAs半金属层技术和源漏自对准W金属三大技术在源漏区形成低电阻薄膜电阻和接触电阻，从而减小了源漏寄生电阻；通过侧墙的隔离作用，使得栅和源漏的钨金属同时沉积，避免栅源和栅漏的不对称型，提高器件的一致性；通过栅槽刻蚀和侧墙保护工作后，可以使得沟道表面清洗工作中不至于引入源漏区的污染；由此，本器件结构采用工艺属于前栅工艺，降低了源漏寄生电阻、提高器件的实现成本、为InGaAs沟道MOS器件的实用化提高了解决方案。
附图说明
图1是本发明提供的InGaAs沟道自对准MOS器件结构示意图。
图2是本发明提供的实施例结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的源漏自对准MOS器件结构，其结构包括如下：
（1）在磷化铟衬底上采用MBE或者MOCVD的方式生长的InGaAs沟道层（201），厚度为100纳米到200纳米，P型掺杂，掺杂浓度为2×1017cm-3；
（2）在InGaAs沟道层（201）上进行表面清洗、钝化后，采用原子层沉积的方式，在其上生长高K介质-三氧化二铝层（202），介质层厚度为3纳米；
（3）在高K介质层上，生长SiNx介质层，厚度为300纳米，再采用光刻掩膜、ICP刻蚀的方式形成假栅金属层；
（4） 在高K介质层（202）和SiNx假栅的基础上，在假栅两侧形成二氧化硅侧墙（203），侧墙厚度为20纳米；
（5）采用自对准方式在源漏区形成离子注入区(205),该离子注入结深和掺杂浓度与沟道掺杂浓度相匹配，防止穿通效应；
（6）采用自对准工艺在源漏离子注入区蒸发镍金属，低温合金，形成Ni-InGaAs半金属层(206)，该半金属层厚度为20纳米；
（7）在Ni-InGaAs 半金属层(206)上，采用自对准方式溅射W金属，形成的钨源漏金属层(207)和钨金属栅(204)；
（8）在钨源漏金属层(207)层上形成的接触金属(208)。
在该器件结构中，侧墙(203)的介质主要采用PECVD 生长SiO2，形成方法采用干法刻蚀时刻蚀速率横纵比大的特点形成。
在该器件结构中，高k介质(202)其介电常数k大于20，远高于介电常数k=3.9的SiO2，以保证该高K栅介质105的等效氧化层厚度具有等比例缩小的能力，该高K栅介质106采用的材料包括氧化物、氮化物、氮氧化物、以及它们的任意混合、或者多层任意组合。
在该器件结构中，Ni-InGaAs(206)层形成后，通过选择性腐蚀，去除假栅和侧墙上的镍金属，腐蚀液为稀盐酸。
在该器件结构中，钨源漏自对准金属，是在去掉假栅后采用自对准方法直接溅射到源漏和栅区域上，侧墙上顶部的钨金属则是在器件完成后，采用涂胶刻蚀的方法刻蚀掉。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种InGaAs沟道自对准 MOS器件结构，其结构包括如下：
磷化铟衬底上生长的InGaAs沟道层（101）；
在InGaAs沟道层（101）上形成高K介质层（102）；
在高K介质层（102）上形成二氧化硅侧墙（103）;
在高K介质层（102）上形成钨栅金属层（104）;
在InGaAs沟道层（101）上形成N型离子注入区(105)；
N型离子注入区(105)上形成的Ni-InGaAs 半金属层(106)；
在Ni-InGaAs 半金属层(106)上形成的钨源漏金属层(107)；
在钨源漏金属层(107)层上形成的接触金属。
2.根据权利要求1所述的制作MOS器件结构，所述的二氧化硅侧墙（103）是采用先制作假栅，然后采用PECVD沉积二氧化硅，最后刻蚀制作的。
3.根据权利要求1所述的制作MOS器件结构，所述的Ni-InGaAs半金属层(106)是在制作完侧墙(103)、离子注入区后，采用电子束蒸发直接合金形成的，假栅上的镍金属，随着假栅被去掉，在离子注入区剩下Ni-InGaAs半金属层(106)。
4.根据权利要求1所述的制作MOS器件结构，所述的钨栅金属（104）是在去掉侧墙工艺后的假栅、以及源漏Ni-InGaAs半金属层(106)都制作完成后采用自对准的方法，与W源漏金属(107)一通溅射形成的。
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