具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法，其中形成方法包括以下步驟：提供襯底；在襯底之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)；向Ge鰭形結(jié)構(gòu)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成GeSn層；在GeSn層上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的形成方法，可以得到具有厚度較薄、質(zhì)量較好的GeSn溝道區(qū)的FinFET，該方法具有簡單易行、成本低的優(yōu)點。
【專利說明】具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)已經(jīng)為集成電路行業(yè)服務(wù)了四十多年。人們發(fā)明了各種各樣的巧妙技術(shù)使其特征尺寸不斷縮小，但是并沒有改變它的基本結(jié)構(gòu)。然而，集成電路設(shè)計窗口，包括性能、動態(tài)功耗、靜態(tài)功耗和器件容差，已經(jīng)縮小到不得不需要發(fā)明一種新的晶體管結(jié)構(gòu)的地步。隨著柵長的不斷縮小，MOSFET的轉(zhuǎn)移特性(Ids-Vgs)發(fā)生退化，主要表現(xiàn)在兩個方面。一方面，亞閾值斜率變大和閾值電壓降低，也就是說，通過降低柵電極電壓Vgs不能使得MOS器件很好地關(guān)斷。另一方面，亞閾值斜率和閾值電壓均對柵長的變化特別敏感，也就是說，MOS器件的工藝容差變得非常差，該現(xiàn)象被稱為短溝道效應(yīng)。
[0003]一方面，為了有效地抑制短溝道效應(yīng)，研究人員提出了另一種器件結(jié)構(gòu)，該器件結(jié)構(gòu)使得半導(dǎo)體溝道僅僅存在于非常靠近柵的地方，能夠消除遠(yuǎn)離柵的所有漏電通道。由于此時該半導(dǎo)體溝道足夠地薄，其形狀看起來像一條魚的鰭(Fin)，因而研究人員形象地稱其為鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)。FinFET器件可以大幅增強柵對溝道的控制能力，有效地抑制了短溝道效應(yīng)，使其具有驅(qū)動電流大、關(guān)態(tài)電流小、器件開關(guān)比高、成本低、晶體管密度高等優(yōu)點。Fin的材料可以采用廉價的體Si襯底或絕緣體上硅襯底(SOI)來加工。
[0004]另一方面，隨著器件尺寸的不斷縮小，Si材料較低的遷移率已成為制約器件性能的主要因素。為了不斷提升器件的性能，必須采用更高遷移率的溝道材料。目前研究的主要技術(shù)方案為:采用Ge或SiGe材料做PM0SFET器件的溝道材料，II1-V化合物半導(dǎo)體材料做NM0SFET器件的溝道材料。Ge具有四倍于Si的空穴遷移率，隨著研究的不斷深入，Ge溝道MOSFET中的技術(shù)難點逐一被攻克。與Ge相兼容的Gei_xSnx (GeSn)合金是一種IV族半導(dǎo)體材料，具有良好的電學(xué)特性。然而，直接生長高質(zhì)量高Sn含量的GeSn合金非常困難。首先，Sn在Ge中的平衡固溶度小于1% (約為0.3%);其次，Sn的表面能比Ge小，非常容易發(fā)生表面分凝；再次，Ge和α -Sn具有很大的晶格失配(14.7% )。
[0005]在生長GeSn材料時，通常采用的方法為分子束外延(ΜΒΕ)。其中，現(xiàn)有的MBE工藝生長GeSn材料的過程為:將Sn固體金屬作為Sn源材料置入真空腔的Sn固體源爐中；將襯底置入分子束外延源爐的真空腔的加熱器上，對真空腔抽真空，對襯底加熱；對Sn固體金屬加熱，使Sn固體金屬熔化，蒸發(fā)產(chǎn)生Sn的原子，打開擋板，使Sn原子到達(dá)襯底表面；向分子束外延源爐的真空腔內(nèi)通入含有Ge的化合物氣體，使Ge原子淀積到襯底表面，完成GeSn合金的外延生長。該方法可得到晶體質(zhì)量較好的GeSn薄膜，但設(shè)備昂貴，生長過程較為費時，成本較高，在大規(guī)模生產(chǎn)中將受到一定限制。也有人采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝生長GeSn薄膜，但制得的GeSn薄膜質(zhì)量較差，熱穩(wěn)定性不佳，Sn易分凝，也不適用于半導(dǎo)體器件。并且，在FinFET結(jié)構(gòu)中，一般需要采用選區(qū)形成的方法形成GeSn，理論上可以采用化學(xué)氣相淀積來選擇性生長GeSn薄膜，而目前該方法在非選擇性生長GeSn合金時的熱穩(wěn)定性不佳，Sn易分凝，其選擇性生長工藝尚不成熟，成本也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提出一種簡單易行且成本低的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法可以包括以下步驟:提供襯底；在所述襯底之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)；向所述Ge鰭形結(jié)構(gòu)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成GeSn層；在所述GeSn層上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明上述實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，可以得到具有厚度較薄、質(zhì)量較好的GeSn溝道區(qū)的FinFET，該方法具有簡單易行、成本低的優(yōu)點。
[0009]可選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法還具有如下技術(shù)特征:
[0010]在本發(fā)明的一個實施例中，所述襯底為Si襯底、Ge襯底、絕緣體上Si襯底、絕緣體上Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個實施例中，通過選擇性外延工藝形成所述Ge鰭形結(jié)構(gòu)。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，通過光刻和刻蝕工藝形成所述Ge鰭形結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底是表層為Ge材料的襯底。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，所述表層為Ge材料的襯底為絕緣體上Ge襯底、Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，所述注入的方法包括離子注入。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，所述離子注入包括等離子體源離子注入和等離子體浸沒離子注入。
[0016]在本發(fā)明的一個實施例中，所述注入的方法包括磁控濺射。
[0017]在本發(fā)明的一個實施例中，在利用所述磁控濺射注入的過程中，在所述襯底上加載負(fù)偏壓。
[0018]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:去除所述磁控濺射在所述GeSn層之上形成的Sn薄膜。
[0019]在本發(fā)明的一個實施例中，利用對GeSn和Sn具有高腐蝕選擇比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。
[0020]在本發(fā)明的一個實施例中，所述注入的過程中對所述襯底加熱，加熱溫度為100-600。。。
[0021]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括，在所述注入之后，對GeSn層退火，退火溫度為100-600。。。
[0022]在本發(fā)明的一個實施例中，所述GeSn層為應(yīng)變GeSn層。
[0023]在本發(fā)明的一個實施例中，所述應(yīng)變GeSn層的厚度為0.5_100nm。
[0024]在本發(fā)明的一個實施例中，所述應(yīng)變GeSn層中Sn的原子百分含量小于20%。[0025]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:在柵堆疊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成源和漏。
[0026]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管，包括:襯底；形成在襯底之上的GeSn鰭形溝道區(qū)；形成在所述GeSn鰭形溝道區(qū)之上的柵堆疊結(jié)構(gòu)；以及形成在所述GeSn鰭形溝道區(qū)兩側(cè)的源和漏。
[0027]根據(jù)本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管中的鰭形溝道區(qū)為厚度較薄，晶體質(zhì)量較好的GeSn材料，具有成本較低、電學(xué)性能良好的優(yōu)點。
[0028]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0030]圖1為本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法的流程圖。
[0031]圖2a為在襯底上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
[0032]圖2b為在襯底上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)的沿溝道方向的剖面圖。
[0033]圖3為在GeSn層上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
[0034]圖4a為源、漏與溝道均為GeSn的FinFET的沿溝道方向的剖面圖。
[0035]圖4b為源漏區(qū)不為GeSn時的FinFET的沿溝道方向的剖面圖。
【具體實施方式】
[0036]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0037]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0038]本發(fā)明第一方面提出了具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法。
[0039]根據(jù)本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，如圖1所示，可以包括如下步驟:
[0040]S1.提供襯底。
[0041]具體地，提供襯底00。該襯底00可以為Si襯底、Ge襯底、絕緣體上Si襯底、絕緣體上Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底等等。
[0042]S2.在襯底之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)。
[0043]具體地，在襯底00之上、預(yù)設(shè)源漏以及溝道的區(qū)域形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)10。參考圖2a和圖2b，其中圖2a為立體示意圖，圖2b為沿溝道方向的剖面圖。
[0044]在本發(fā)明的一個實施例中，可以通過選擇性外延工藝在襯底00之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)10。這時，Ge鰭形結(jié)構(gòu)10并非襯底00原先具有的，而是后外延出來的，因此襯底00的選擇范圍較寬，可以為Si襯底、Ge襯底、絕緣體上Si襯底、絕緣體上Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底等等。
[0045]在本發(fā)明的另一個實施例中，可以通過光刻和刻蝕工藝在襯底00之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)10，其中，襯底00是表層為Ge材料的襯底。這時，Ge鰭形結(jié)構(gòu)10是襯底00原先具有的，而非后形成的，因此襯底00的選擇范圍較窄，可以為Ge襯底、絕緣體上Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底。
[0046]S3.向Ge鰭形結(jié)構(gòu)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成GeSn層。
[0047]具體地，向Ge鰭形結(jié)構(gòu)10注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以使Ge鰭形結(jié)構(gòu)10表層或全部形成GeSn層20。當(dāng)需要形成較厚的GeSn層20時，可以注入含有Sn元素的離子。離子能量高，可以注入達(dá)到一定深度。當(dāng)需要形成較薄的GeSn層20時，不僅注入離子可以在Ge鰭形結(jié)構(gòu)表層形成GeSn層20，注入原子或分子也可以在Ge層表層形成GeSn層20。需要說明的是，原有的Ge鰭形結(jié)構(gòu)可以僅有表層部分變化為GeSn層，也可以全部變化為GeSn鰭形結(jié)構(gòu)。
[0048]本發(fā)明上述實施例的GeSn層的形成方法中，通過利用注入工藝對原有的Ge鰭形結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面改性，即將含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體注入到原有的Ge層中，通過控制合適的溫度和注入劑量，使注入的Sn元素不明顯擴(kuò)散，就可以使得晶格中的Sn原子不會聚集形成Sn的沉淀物，保持GeSn合金的亞穩(wěn)態(tài)而不發(fā)生分凝，這樣可以得到厚度較薄、質(zhì)量較好的GeSn層，具有簡單易行、成本低的優(yōu)點。而已有的GeSn形成方法中，MBE方法需要昂貴的設(shè)備且需要超高真空，工藝復(fù)雜且成本高；CVD方法還不完全成熟，因為生長溫度高，所以處于亞穩(wěn)態(tài)的GeSn經(jīng)常發(fā)生Sn元素的分凝，從而影響GeSn層的晶體質(zhì)量，且其設(shè)備和氣源較為昂貴，因而成本也較高。
[0049]在本發(fā)明的一個實施例中，注入的方式可以采用離子注入，即將具有一定能量的、含有Sn元素的離子束(包括Sn離子或含Sn元素的等離子體)入射到Ge層中去，并停留在Ge層中，使Ge層部分或全部轉(zhuǎn)換為GeSn合金。通過改變離子束的能量來改變注入的深度，離子束能量越高，則注入越深。在注入過程中，可以采用變化的電壓來獲得變化的離子束能量，從而使Sn元素在一定范圍內(nèi)較為均勻地分布。離子注入可以形成較厚的GeSn層20，注入能量越高，GeSn層20越厚。優(yōu)選地，GeSn層20的厚度為0.5-100nm。具體地，除常規(guī)的離子注入外，離子注入還包括等離子體源離子注入和等離子體浸沒離子注入，即等離子體基離子注入。在等離子體基離子注入時，Ge層湮沒在含有Sn元素的等離子體中，含Sn元素的正離子在電場作用下被加速，射向Ge層表面并注入到Ge層中。通過等離子體基離子注入，可以很容易達(dá)到很高的注入劑量，即很容易獲得1%?20%的Sn含量的GeSn層，生產(chǎn)效率很高，成本也很低，且受表面形狀的影響小，即非平面的Ge表面也可以實現(xiàn)均勻地注入。其中，等離子體浸沒離子注入為一種優(yōu)選的注入方式，因等離子體浸沒離子注入受襯底形狀的影響小，注入更均勻，在Ge鰭形結(jié)構(gòu)10這種非平面結(jié)構(gòu)上注入可以獲得各個部位較為均勻注入的效果，使得整個溝道較為均勻地形成GeSn薄膜，從而可以最大幅度地提升溝道的電學(xué)性能。
[0050]在本發(fā)明的另一個示例中，注入的方法可以采用磁控濺射。磁控濺射時，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極Sn靶或含Sn的靶材，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。濺射粒子主要是原子，還有少量離子。通過調(diào)整電場電壓，真空度等工藝參數(shù)，使濺射粒子具有較高的能量，并以較高的速度射向Ge層，部分粒子可以注入到Ge層中并形成亞穩(wěn)態(tài)的GeSn合金?？蛇x地，在利用磁控濺射向Ge層注入的過程中，在襯底上加載負(fù)偏壓，比如-40?-120V，這樣可以使濺射出的部分粒子具有更高能量，有利于粒子注入到Ge表層的更深處，例如可以深至若干納米。需要說明的是，由于磁控濺射時濺射出的材料較多，通常會在形成GeSn層之后進(jìn)一步形成Sn薄膜。因此在磁控濺射之后，還需要去除磁控濺射在GeSn層之上形成的Sn薄膜。例如，可以利用對GeSn和Sn具有高腐蝕選擇比的溶液清洗以去除Sn薄膜以及露出GeSn層。常見的清洗溶液包括稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸。清洗后保留下來的GeSn層的厚度為0.5_20nm，優(yōu)選地，該GeSn層厚度為0.5-lOnm。
[0051]S4.在GeSn層上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)。
[0052]具體地，在GeSn層20表面形成包括柵介質(zhì)層30a和柵極層30b的柵堆疊結(jié)構(gòu)30。參考圖3。
[0053]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括步驟:在柵堆疊結(jié)構(gòu)30的兩側(cè)形成側(cè)墻。柵側(cè)墻可以起到降低器件漏電流的作用。
[0054]在本發(fā)明的又一個實施例中，還包括步驟:在柵堆疊結(jié)構(gòu)30的兩側(cè)形成源和漏。其中，源漏的材料可以為GeSn也可以為Ge。當(dāng)源漏的材料為GeSn時，對Ge鰭形結(jié)構(gòu)10的全部區(qū)域進(jìn)行注入以形成GeSn層20，參考圖4a，該GeSn層20同時用作源漏區(qū)和溝道區(qū)。當(dāng)源漏的材料為Ge時，通過光刻和刻蝕將源區(qū)和漏區(qū)的Ge鰭形結(jié)構(gòu)10覆蓋，僅在溝道區(qū)進(jìn)行注入以形成GeSn層20，參考圖4b，該GeSn層20僅用作溝道區(qū)。需要說明的是，源和漏的形成可以在柵堆疊結(jié)構(gòu)形成之后或者之前。即:可以采用先柵工藝，先形成柵堆疊結(jié)構(gòu)后形成源和漏。也可以采用后柵工藝，先在GeSn層表面形成假柵，然后在假柵兩側(cè)形成源和漏，最后去除假柵并在假柵位置形成柵堆疊結(jié)構(gòu)。
[0055]根據(jù)本發(fā)明上述實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，可以得到具有厚度較薄、質(zhì)量較好的GeSn溝道區(qū)的FinFET，該方法具有簡單易行、成本低的優(yōu)點。
[0056]在本發(fā)明的一個實施例中，在注入的過程中對襯底加熱，加熱溫度可控制在100-600°C之間，優(yōu)選150-450°C。在該溫度范圍下得到的薄膜質(zhì)量更好。溫度過低，注入帶來的損傷不能修復(fù)，GeSn層的質(zhì)量較差；溫度過高，將使得GeSn層中的Sn擴(kuò)散嚴(yán)重，而Sn在Ge中的固溶度很低(平衡態(tài)下為原子百分比0.3 % )，GeSn層中的Sn容易析出形成Sn沉淀物。
[0057]在本發(fā)明的上述實施例中，在注入之后，即形成GeSn層之后還可以通過退火處理來強化該GeSn層。退火的溫度范圍為100-600°C，優(yōu)選150-450°C。溫度過低，注入帶來的損傷不能修復(fù)，GeSn層的質(zhì)量較差；溫度過高，將使得GeSn層中的Sn擴(kuò)散嚴(yán)重，而Sn在Ge中的固溶度很低，GeSn中的Sn容易析出形成Sn沉淀物。
[0058]在本發(fā)明的上述實施例中，GeSn層為應(yīng)變GeSn層。應(yīng)變GeSn層的厚度為
0.5-100nm，優(yōu)選為5-60nm。其中，應(yīng)變GeSn層中Sn的原子百分含量小于20%。需要說明的是，完全應(yīng)變的GeSn層中Sn含量越高，其應(yīng)變度越大，相應(yīng)地其厚度應(yīng)降低到弛豫的臨界厚度以下，才能保持完全應(yīng)變。應(yīng)變GeSn層中Sn含量越高，則其臨界厚度越薄。當(dāng)Sn含量為10%時，Ge上完全應(yīng)變的GeSn薄膜的應(yīng)變度約為1.5%，此時應(yīng)變GeSn層的臨界厚度約30nm，亦即此時FinFET溝道區(qū)的GeSn厚度不宜超過30nm ;而當(dāng)Sn含量為5%時，其應(yīng)變度約0.8%，其臨界厚度可以達(dá)到IOOnm以上，說明此時FinFET溝道區(qū)的GeSn厚度可以達(dá)到IOOnm而GeSn層仍保持完全應(yīng)變。
[0059]需要進(jìn)一步說明的是，當(dāng)GeSn層為應(yīng)變GeSn層時，注入工藝中加熱溫度和退火工藝中退火溫度的高低需要與應(yīng)變GeSn層的材料性質(zhì)匹配。例如常見FinFET器件中需要Sn的原子百分含量為3-8%的應(yīng)變GeSn層，而Sn原子百分含量為8%的GeSn層在450°C下基本是穩(wěn)定的，所以該Sn含量下注入工藝中加熱溫度和退火工藝中退火溫度需要不超過450。。。
[0060]應(yīng)變GeSn材料具有比Ge更高的空穴遷移率，具有應(yīng)用于P型場效應(yīng)管器件溝道的良好前景。理論計算結(jié)果表明，當(dāng)x>0.11時，應(yīng)變Ge1-xSnx合金將成為一種直接帶隙的半導(dǎo)體，具有良好的光電特性；并且，GeSn合金與硅的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝具有良好的兼容性。因此，本發(fā)明的方法與現(xiàn)有CMOS工藝兼容性好，制得的FinFET電學(xué)性能好。
[0061]本發(fā)明第二方面提出了具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管。
[0062]根據(jù)本發(fā)明實施例的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管，由上述公開的任一種方法形成，包括:襯底；形成在襯底之上的GeSn鰭形溝道區(qū)；形成在GeSn鰭形溝道區(qū)之上的柵堆疊結(jié)構(gòu)；以及形成在GeSn鰭形溝道區(qū)兩側(cè)的源和漏。該FinFET中的鰭形溝道區(qū)為GeSn材料，厚度較薄，晶體質(zhì)量較好，具有成本較低、電學(xué)性能良好的優(yōu)點。
[0063]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，闡述具體實施例如下:
[0064]首先，準(zhǔn)備Si襯底，并依次采用丙酮、無水乙醇、去離子水及氫氟酸清洗備用。
[0065]其次,通過選擇性外延工藝在Si襯底之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)。具體地,可在Si襯底上先沉積氮化硅掩膜，然后通過光刻和刻蝕工藝，在掩膜中形成開口，通過選擇性外延工藝，在Si襯底頂表面的開口位置選擇性外延生長Ge鰭形結(jié)構(gòu)，控制Ge鰭形結(jié)構(gòu)的厚度，使Ge鰭形結(jié)構(gòu)厚度大于掩膜層厚度并形成呈鰭形的結(jié)構(gòu)。
[0066]然后，采用等離子體浸沒離子注入工藝，向整個襯底中注入含有Sn元素的等離子體，此時襯底加熱溫度為100-200°C，注入電壓為10-25KeV，注入劑量約為5X1016/cm2。注入完成后，即在Ge鰭形結(jié)構(gòu)表層形成了 15-30nm厚的具有應(yīng)變的GeSn層，Sn含量約為8 %。對離子注入完成的襯底進(jìn)行退火處理，退火溫度為200-300°C，以進(jìn)一步強化GeSn層。
[0067]接著，在GeSn層上依此沉積柵介質(zhì)材料HfO2和柵極材料TaN/TiAl/TiN，然后通過光刻和刻蝕工藝，得到了圖形化的Hf02/TaN/TiAl/TiN柵堆疊。
[0068]進(jìn)一步，在柵堆疊兩側(cè)形成側(cè)墻。
[0069]最后，在側(cè)墻兩側(cè)，通過離子注入形成重?fù)诫s的源和漏結(jié)構(gòu)。
[0070]此時，獲得了溝道層、源區(qū)和漏區(qū)均為GeSn材料的FinFET器件。
[0071]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。[0072]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供襯底； 在所述襯底之上形成Ge鰭形結(jié)構(gòu)； 向所述Ge鰭形結(jié)構(gòu)注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成GeSn層； 在所述GeSn層上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述襯底為Si襯底、Ge襯底、絕緣體上Si襯底、絕緣體上Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，通過選擇性外延工藝形成所述Ge鰭形結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，通過光刻和刻蝕工藝形成所述Ge鰭形結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底是表層為Ge材料的襯底。
5.如權(quán)利要求4所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述表層為Ge材料的襯底為絕緣體上Ge襯底、Ge襯底，或者具有Ge表面的Si襯底。
6.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述注入的方法包括離子注入。
7.如權(quán)利要求6所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述離子注入包括等離子體源離子注入和等離子體浸沒離子注入。
8.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述注入的方法包括磁控濺射。
9.如權(quán)利要求8所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，在利用所述磁控濺射注入的過程中，在所述襯底上加載負(fù)偏壓。
10.如權(quán)利要求8或9所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，還包括:去除所述磁控濺射在所述GeSn層之上形成的Sn薄膜。
11.如權(quán)利要求10所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，利用對GeSn和Sn具有高腐蝕選擇比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。
12.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述注入的過程中對所述襯底加熱，加熱溫度為100-600°C。
13.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，還包括，在所述注入之后，對GeSn層退火，退火溫度為100-600°C。
14.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述GeSn層為應(yīng)變GeSn層。
15.如權(quán)利要求14所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)變GeSn層的厚度為0.5-100nm。
16.如權(quán)利要求14所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)變GeSn層中Sn的原子百分含量小于20%。
17.如權(quán)利要求1所述的具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，還包括:在柵堆疊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成源和漏。
18.一種具有GeSn溝道的鰭式場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括:襯底；形成在襯底之上的GeSn鰭形溝道區(qū)；形成在所述GeSn鰭形溝道區(qū)之上的柵堆疊結(jié)構(gòu)；以及形成在所述GeSn鰭 形溝道區(qū)兩側(cè)的源和漏。
【文檔編號】H01L21/336GK103840006SQ201410064550
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】王敬, 肖磊, 趙梅, 梁仁榮, 許軍 申請人:清華大學(xué)