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2003 年在《Digest of Technical Paper of International Electron Devices Meeting》杂志上发表的文章《High performance CMOS fabricated on hybrid substrate with different crystal orientations》中介绍了 他们的技术.其通过键合和选择性外延技术, NMOS 器件制作在具有埋层氧化层的(100)晶面 Si 表面上, 而PMOS 器件制作在(110)晶面 Si 上, PMOS 器件性能取得极大提高.当Ioff =

100 nA/μm, (110)衬底上的 PMOS 器件驱动电流提高了 45%.其缺点是制作在外延层上的 PMOS 器 件没有埋层氧化层将其与衬底隔离, 因而器件性能还是受到影响.在2009 年,第54 卷,第14 期的《科学通报》杂志上,肖德元、王曦、俞跃辉等人发表的名为《一种新型混合晶向积 累型圆柱体共包围栅互补金属氧化物场效应晶体管》的文章中提出了一种新型的 CMOS 器件, 该器件工作于积累模式,采用圆柱体全包围栅的结构,其NMOS 和PMOS 的沟道采用了不同晶 向的 Si 材料,且均具有埋层氧化层将其与衬底隔离.该器件具备较高的载流子迁移率、可避 免多晶硅栅耗尽及短沟道效应等优点. 由于沟道的截面形状即全包围栅的形状结构对器件沟道的电完整性有较大影响.鉴于此, 本发明为了进一步提升器件性能,提高器件进一步按比例缩小的能力,提出一种新型的工作 于反型模式的全包围栅 CMOS 场效应晶体管,其NMOS 和PMOS 的沟道的截面形状为跑道形,并 采用了不同晶向的 Si 材料,且均有埋层氧化层将其与衬底隔离. 说明书10003 2002.8

3 发明内容 本发明要解决的技术问题在于提供一种混合晶向反型模式全包围栅 CMOS 场效应晶体管, 在反型工作模式下, 具有高载流子迁移率, 低低频器件噪声, 并可避免多晶硅栅耗尽及短沟 道效应, 增大器件的阈值电压. 为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案: 一种混合晶向反型模式全包围栅 CMOS 场效应晶体管,其包括:底层半导体衬底、具有第 一沟道的 PMOS 区域、具有第二沟道的 NMOS 区域及一个栅区域,其特征在于: 所述第一沟道及第二沟道的横截面均为腰形,由左右两端的半圆,及中部的与左右两端 半圆过渡连接的矩形共同构成,且所述第一沟道采用 n 型(110)Si 材料,所述第二沟道采用 p 型(100)Si 材料;

所述栅区域将所述第一沟道及第二沟道的表面完全包围;

在所述 PMOS 区域与 NMOS 区域之间,除栅区域以外,设有第一埋层氧化层;

在所述 PMOS 区域与所述底层半导体衬底之间或 NMOS 区域与所述底层半导体衬底之间, 除栅区域以外,设有第二埋层氧化层. 进一步地,所述 PMOS 区域和 NMOS 区域还包括分别位于其沟道两端的源区及漏区.其中 所述 PMOS 区域的源区及漏区为重掺杂的 p 型(110)Si 材料或 GeSi 材料;

所述 NMOS 区域的 源区及漏区为重掺杂的 n 型(100)Si 材料或 SiC 材料. 进一步地,所述第一沟道及第二沟道的长度 L 为10-50nm,其横截面左右两端半圆的直径 d 均为 10-80nm,中部矩形的宽度 w 为10-200nm. 进一步地,所述栅区域包括:将所述第一沟道及第二沟道的表面完全包围的栅介质层以 及将所述栅介质层完全包围的栅材料层. 其中,所述的栅材料层为金属或全金属硅化物;

所述的栅材料层可以选自钛、镍、钽、 钨、氮化钽、氮化钨、氮化钛、硅化钛、硅化钨、硅化镍中的一种或其组合;

所述的栅介质 层的材料为二氧化硅、氮氧硅化合物、碳氧硅化合物或铪基的高介电常数材料中的一种. 进一步地,所述底层半导体衬底的材料为 Si. 说明书10003 2002.8