壓應(yīng)變GeSnp溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓應(yīng)變GeSnp溝道MOSFET。該MOSFET(10)結(jié)構(gòu)包括：襯底（101）、弛豫SiGeSn緩沖層（107），源和漏（102,103）、GeSn溝道（104）、柵電極絕緣介電質(zhì)層（105）以及柵電極（106）。SiGeSn緩沖層（107）層的晶格常數(shù)比GeSn溝道（104）晶格常數(shù)小，GeSn溝道形成XY面內(nèi)的雙軸壓應(yīng)變。這種應(yīng)變可提高GeSn溝道（104）空穴遷移率，從而提高M(jìn)OSFET性能。
【專利說(shuō)明】壓應(yīng)變GeSn p溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙軸壓應(yīng)變GeSn p 溝道 MOSFET (Metal-oxi de-semi conductorField-effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路技術(shù)的快速及深入發(fā)展，晶圓尺寸的提高以及芯片特征尺寸的縮小可以滿足微型化、高密度化、高速化、高可靠性和系統(tǒng)集成化的要求。根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS) 2012 的預(yù)測(cè)，當(dāng)集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)到10納米以下的時(shí)候，應(yīng)變Si材料已經(jīng)不能滿足需要，要引入高載流子遷移率材料MOSFET來(lái)提升芯片性能。純Ge材料具有比Si更高的空穴遷移率，當(dāng)在Ge溝道引入雙軸壓應(yīng)變后，空穴遷移率會(huì)進(jìn)一步的提高(International Electron DevicesMeeting, pp.150-153， 2010)。
[0003]雙軸壓應(yīng)變GeSn具有比純Ge材料更高的空穴遷移率，是制備P溝道MOSFET器件的理想材料(International Electron Devices Meeting, pp.402-403, 2011 ；International Electron Devices Meeting, pp.375-378，2012)。實(shí)驗(yàn)和理論都證明在GeSn溝道在引入的壓應(yīng)變?cè)酱螅骷目昭ㄟw移率就越高，器件電學(xué)性能就越好(IEEEElectron Device Letters, vol.34, n0.7, pp.831-833，2013 ；Physical Review B,vol.75, n0.4, pp.045208, 2007)。
[0004]目前報(bào)道的壓應(yīng)變GeSn p溝道MOSFET器件都是GeSn溝道生長(zhǎng)在Ge襯底或者Ge緩沖層上面，提高GeSn溝道壓應(yīng)變的方法就是提高Sn的組分。但是Sn組分太高就會(huì)引起GeSn材料熱穩(wěn)定性變差，易出現(xiàn)Sn原子的偏析。提高GeSn溝道壓應(yīng)變的另外一個(gè)方法就是減小GeSn溝道下面緩沖層的`晶格常數(shù)。利用外延生長(zhǎng)的技術(shù)，在弛豫SiGeSn緩沖層上面生長(zhǎng)高壓應(yīng)變的GeSn溝道。弛豫SiGeSn緩沖層可以通過(guò)外延生長(zhǎng)在襯底上或者鍵合的技術(shù)鍵合在襯底上面。如果Sn的組分為0，弛豫緩沖層就是SiGe，其通式為SihGer(OS^Kl)t5SiGe晶格常數(shù)可以通過(guò)減小Ge組分而減小，而弛豫SiGe在Si襯底上面的外延生長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟(Journal of Applied Physics, v.90, n0.6, pp.2730, 2001; MaterialsScience in Semiconductor Processing, v.8, pp.149-153，2005)。對(duì)于SiGeSn緩沖層，通式為SimGerSn, (0^χ<1, O^y < 0.30)?？梢酝ㄟ^(guò)降低Ge和Sn的組分減小SiGeSn緩沖層的晶格常數(shù)。目前，已經(jīng)有報(bào)道在Si襯底上外延生長(zhǎng)弛豫SiGeSn緩沖層(Applied，Physics, Letters, v.103, pp.072111, 2013)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種壓應(yīng)變GeSn p溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的結(jié)構(gòu)。其中弛豫SiGeSn緩沖層的晶格常數(shù)比GeSn溝道晶格常數(shù)小，在平行溝道的平面內(nèi)形成雙軸壓應(yīng)變。這種應(yīng)變狀態(tài)有利于提高GeSn溝道空穴遷移率，提高器件電學(xué)性能。[0006]本發(fā)明所提出的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有:
一襯底；
一弛豫SiGeSn緩沖層，位于襯底上；
一 GeSn溝道,位于所述SiGeSn層上；
一柵電極絕緣介電質(zhì)層，位于溝道上；
一柵電極，位于所述柵電極絕緣介電質(zhì)層上。
[0007]—源極與一漏極，分別位于所述柵電極的兩側(cè)；
所述弛豫SiGeSn緩沖層晶格常數(shù)比GeSn溝道層晶格常數(shù)小。
[0008]本發(fā)明MOSFET中，由于弛豫SiGeSn緩沖層的晶格常數(shù)比GeSn溝道晶格常數(shù)小，由此在平行溝道的平面內(nèi)形成雙軸壓應(yīng)變，這種應(yīng)變狀態(tài)有利于提高GeSn溝道空穴遷移率，提高器件電學(xué)性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明MOSFET的截面模式圖。
[0010]圖2為本發(fā)明MOSFET的俯視模式圖。
[0011]圖3為MOSFET制造的第一步。
[0012]圖4為MOSFET制造的第二步。
[0013]圖5為MOSFET制造的第三步。
[0014]圖6為MOSFET制造的第四步。
[0015]圖7為MOSFET制造的第五步。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更為清晰地了解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工藝實(shí)現(xiàn)(本例中襯底材料選用Si材料):
參見(jiàn)圖1，MOSFETIO包括以下結(jié)構(gòu):一 GeSn溝道104、一襯底101、一弛豫SiGeSn緩沖層107,—源極102、一漏極103、一柵電極絕緣介電質(zhì)層105、一柵電極106。
[0017]在Si襯底101上具有一弛豫SiGeSn緩沖層107，GeSn溝道104位于所述SiGeSn層107上，柵電極絕緣介電質(zhì)層105位于所述GeSn溝道104上，柵電極106位于所述柵電極絕緣介電質(zhì)層105上，一源極102與一漏極103分別位于所述柵電極106的兩側(cè)。
[0018]其中，弛豫SiGeSn緩沖層為單晶SiGeSn材料，其通式為SimGerSn, (O≤X≤1，
O ≤ y < 0.30)。溝道GeSn材料通式為GehSnz (O≤z≤0.25)。弛豫SiGeSn緩沖層晶格常數(shù)要比GeSn溝道層晶格常數(shù)小。源和漏為P型摻雜。
[0019]參見(jiàn)圖3-圖7，壓應(yīng)變GeSn p溝道M0SFET10的制造過(guò)程如下:
第一步如圖3所不,在Si襯底101上,利用外延生長(zhǎng)的技術(shù),生長(zhǎng)一層弛豫SiGeSn材料，形成弛豫SiGeSn緩沖層107。
[0020]第二步如圖4所示，利用外延生長(zhǎng)的技術(shù)，在弛豫SiGeSn緩沖層107上生長(zhǎng)一層壓應(yīng)變的GeSn材料，作為GeSn溝道104。
[0021]第三步如圖5所示,在GeSn溝道104上面依次沉積絕緣介電質(zhì)薄膜和柵極材料。
[0022]第四步如圖6所示，利用光刻和刻蝕形成柵電極絕緣介電質(zhì)層105和柵電極106。[0023]第五步如圖7所示，利用離子注入和熱退火技術(shù)形成源極102和漏極103。
[0024]雖然本發(fā)明已以實(shí)例公開(kāi)如上，然其并非用以限定本分明，本分明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙軸壓應(yīng)變GeSn P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括: 一襯底(101)； 一弛豫SiGeSn緩沖層(107)，位于襯底上； 一 GeSn溝道(104)，位于所述SiGeSn層(107)上； 一柵電極絕緣介電質(zhì)層(105)，位于溝道上； 一柵電極(106)，位于所述柵電極絕緣介電質(zhì)層上； 一源極(102)與一漏極(103)，分別位于所述柵電極(106)的兩側(cè)； 所述弛豫SiGeSn緩沖層晶格常數(shù)比GeSn溝道層晶格常數(shù)小。
2.如權(quán)利要求1所述的雙軸壓應(yīng)變GeSnP溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，其中襯底是半導(dǎo)體材料，或者絕緣體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的雙軸壓應(yīng)變GeSnP溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，其中弛豫SiGeSn緩沖層為單晶SiGeSn材料，其通式為SimGerSn, (OO ^ y < 0.30)，SiGeSn緩沖層利用外延生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)在襯底上，或者利用鍵合的技術(shù)鍵合在襯底上。
4.如權(quán)利要求1所述的雙軸壓應(yīng)變GeSnP溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，溝道GeSn材料通式為GenSnz (O ^ z ^ 0.25)，采用外延生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)在弛豫SiGeSn緩沖層上。
5.如權(quán)利要求1所述的雙軸壓應(yīng)變GeSnP溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，源和漏為P型 摻雜。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103762242SQ201410015476
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】韓根全, 劉艷, 趙斌 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)