具有SiGeSn溝道的MOSFET及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種具有SiGeSn溝道的MOSFET及其形成方法。其中形成方法包括以下步驟：提供頂部具有SiGe層的襯底；向SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成SiGeSn層；在SiGeSn層之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)，并在柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成源和漏。本發(fā)明的MOSFET的形成方法能夠形成具有SiGeSn溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中SiGeSn溝道的厚度較薄、晶體質(zhì)量較好，因此晶體管具有良好的電學(xué)性能，且本方法具有簡(jiǎn)單易行、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】具有SiGeSn溝道的MOSFET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SiGeSn溝道的MOSFET及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，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)體材料為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或SiGe溝道MOSFET中的技術(shù)難點(diǎn)逐一被攻克。與Ge相兼容的Ge1 _xSnx (GeSn)合金是一種IV族半導(dǎo)體材料，具有良好的半導(dǎo)體特性，例如，應(yīng)變GeSn材料具有比Ge更高的空穴遷移率，具有應(yīng)用于PM0SFET器件溝道的前景，且與硅的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝具有良好的兼容性。
[0003]然而，直接生長(zhǎng)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%)。為了抑制Sn的表面分凝，提高Sn的含量，可在材料生長(zhǎng)時(shí)摻入一定量的Si，形成SiGeSn層。Si的晶格常數(shù)比Ge小，而Sn的晶格常數(shù)比Ge大，通過(guò)在GeSn合金中摻入Si,可以提高GeSn合金的穩(wěn)定性。
[0004]在生長(zhǎng)SiGeSn材料時(shí)，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(zhǎng)SiGeSn材料的過(guò)程為:先在襯底上外延生長(zhǎng)一層SiGe緩沖層，再外延SiGeSn薄膜。該方法可得到晶體質(zhì)量較好的SiGeSn薄膜，但設(shè)備昂貴，生長(zhǎng)過(guò)程較為費(fèi)時(shí)，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(zhǎng)SiGeSn薄膜，但制得的SiGeSn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MOSFET結(jié)構(gòu)中，一般需要采用選區(qū)形成的方法在源漏區(qū)形成SiGeSn，理論上可以采用化學(xué)氣相淀積來(lái)選擇性生長(zhǎng)SiGeSn薄膜，而目前該方法在非選擇性生長(zhǎng)SiGeSn合金時(shí)的熱穩(wěn)定性不佳，Sn易分凝，其選擇性生長(zhǎng)工藝尚不成熟，成本也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述MOSFET中難以形成質(zhì)量好的SiGeSn薄膜、生產(chǎn)成本高的問(wèn)題。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種簡(jiǎn)單易行且成本低的具有SiGeSn溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法可以包括以下步驟:提供頂部具有SiGe層的襯底；向所述SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成SiGeSn層；在所述SiGeSn層之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)，并在所述柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成源和漏。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成方法能夠形成具有SiGeSn溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中SiGeSn溝道的厚度較薄、晶體質(zhì)量較好，因此晶體管具有良好的電學(xué)性能，本方法具有簡(jiǎn)單易行、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]可選地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法還具有如下技術(shù)特征:
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，還包括:在所述注入之前在所述襯底之上形成掩膜，在掩膜中形成器件區(qū)的開(kāi)口，在所述開(kāi)口位置露出所述SiGe層。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，還包括:在所述柵堆疊兩側(cè)形成柵側(cè)墻。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，所述注入的方法包括離子注入。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，所述離子注入包括等離子體源離子注入和等離子體浸沒(méi)離子注入。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，所述注入的方法包括磁控濺射。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，在利用所述磁控濺射注入的過(guò)程中，在所述襯底上加載負(fù)偏壓。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，還包括:去除所述磁控濺射在所述SiGeSn層之上形成的Sn薄膜。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，利用對(duì)SiGeSn和Sn具有高腐蝕選擇比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，所述注入的過(guò)程中對(duì)所述襯底加熱，加熱溫度為100-600。。。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，還包括:在所述注入之后，對(duì)SiGeSn層退火，退火溫度為100-600。。。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，所述SiGeSn層為應(yīng)變SiGeSn層。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，所述應(yīng)變SiGeSn層的厚度為0.5-lOOnm。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)不例中，所述應(yīng)變SiGeSn層中Sn的原子百分含量小于20%。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)示例中,所述頂部具有SiGe層的襯底包括:絕緣體上SiGe襯底、具有SiGe表面的Si襯底或Ge襯底。
[0023]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的M0SFET，包括:襯底；形成在襯底的頂部的SiGeSn溝道；形成在所述SiGeSn溝道之上的柵堆疊結(jié)構(gòu)；以及形成在所述柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源和漏。
[0024]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的M0SFET，具有電學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)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(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0027]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法的流程圖。
[0028]圖2 Ca)至圖2 (C)是圖1所示的形成方法的具體過(guò)程示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法的流程圖。[0030]圖4 (a)至圖4 (d)是圖3所示的形成方法的具體過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)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(hào)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(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0032]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(guò)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。
[0033]根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，如圖1所示，可以包括如下步驟:
[0034]Sll.提供頂部具有SiGe層的襯底。
[0035]具體地，該襯底10可以是絕緣體上SiGe襯底(SiGe-On-1nsulator, SiGeOI)、具有SiGe表面的Si襯底或Ge襯底(包括表面局部區(qū)域?yàn)镾iGe的Si襯底或Ge襯底)等等，參考圖2(a)。對(duì)于表面局部區(qū)域?yàn)镾iGe的Si襯底或Ge襯底,在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)選擇性外延工藝在Si襯底或Ge襯底之上局部區(qū)域外延形成SiGe層；在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以在具有SiGe表面的Si襯底或Ge襯底上通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成表面局部區(qū)域?yàn)镾iGe的Si襯底或Ge襯底。
[0036]S12.向SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成SiGeSn 層。
[0037]具體地，向SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，將SiGe層表層或全部SiGe層轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)SiGeSn層20。該SiGeSn層20可以用作MOSFET的溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)。參考圖2 (b)。當(dāng)然，該SiGeSn層20也可以僅用作MOSFET的溝道區(qū)。
[0038]S13.在SiGeSn層之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)，并在柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成源和漏。
[0039]具體地，在SiGeSn層20之上形成包括柵介質(zhì)層30a和柵極層30b的柵堆疊結(jié)構(gòu)30。以及，可以通過(guò)摻雜等工藝在柵堆疊結(jié)構(gòu)30兩側(cè)的SiGeSn層20中形成源和漏。至此，形成了具有SiGeSn溝道區(qū)的M0SFET。可選地，還可以在柵堆疊30兩側(cè)形成柵側(cè)墻40。參考圖2(c)。需要說(shuō)明的是，步驟S13中，可以采用先柵工藝(即先形成柵堆疊結(jié)構(gòu)后形成源和漏)，也可以采用后柵工藝(即先形成假柵，再形成源和漏，然后去除假柵，最后在假柵區(qū)域形成柵堆疊結(jié)構(gòu))。
[0040]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MOSFET的形成方法，能夠形成具有溝道、源和漏均為SiGeSn材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中SiGeSn溝道的厚度較薄、晶體質(zhì)量較好，因此晶體管具有良好的電學(xué)性能，本方法具有簡(jiǎn)單易行、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0041]根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，如圖3所示，可以包括如下步驟:
[0042]S2L提供頂部具有SiGe層的襯底。[0043]具體地,提供襯底10,該襯底10可以是絕緣體上SiGe襯底(SiGe-On-1nsulator,SiGeOI )、具有SiGe表面的Si襯底或Ge襯底(包括表面局部區(qū)域?yàn)镾iGe的Si襯底或Ge襯底)等等，參考圖4 (a)。對(duì)于表面局部區(qū)域?yàn)镾iGe的Si襯底或Ge襯底，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)選擇性外延工藝在Si襯底或Ge襯底之上局部區(qū)域外延形成SiGe層；在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以在具有SiGe表面的Si襯底或Ge襯底上通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成表面局部區(qū)域?yàn)镾iGe的Si襯底或Ge襯底。
[0044]S22.在襯底之上形成掩膜，在掩膜中形成器件區(qū)的開(kāi)口，在開(kāi)口位置露出SiGe層。
[0045]具體地，在襯底10之上通過(guò)沉積或涂覆工藝形成掩膜10a，然后在掩膜IOa上通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成圖形化的器件區(qū)的開(kāi)口，在開(kāi)口位置露出SiGe層。參考圖4 (b)。
[0046]S23.向SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以在開(kāi)口位置形成SiGeSn層。
[0047]具體地，向SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，將開(kāi)口處暴露出的SiGe層表層或全部SiGe層轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)SiGeSn層20。參考圖4 (C)。注入之后，掩膜IOa可以去除也可以保留。
[0048]S24.在SiGeSn層之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)，并在柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成源和漏。
[0049]具體地，在SiGeSn層20之上形成包括柵介質(zhì)層30a和柵極層30b的柵堆疊結(jié)構(gòu)30。以及，可以通過(guò)摻雜等工藝在柵堆疊結(jié)構(gòu)30兩側(cè)的SiGeSn層20中形成源和漏。至此，形成了具有SiGeSn溝道區(qū)的M0SFET?？蛇x地，還可以在柵堆疊30兩側(cè)形成柵側(cè)墻40。參考圖4 (d)。
[0050]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MOSFET的形成方法，能夠形成具有溝道為SiGeSn材料、源和漏為SiGe材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中SiGeSn溝道的厚度較薄、晶體質(zhì)量較好，因此晶體管具有良好的電學(xué)性能，本方法具有簡(jiǎn)單易行、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的MOSFET的形成方法中，通過(guò)利用注入工藝對(duì)原有的SiGe層進(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SiGe層中，通過(guò)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(huì)聚集形成Sn的沉淀物，保持SiGeSn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SiGeSn層，具有簡(jiǎn)單易行、成本低的優(yōu)點(diǎn)。而已有的SiGeSn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?yàn)樯L(zhǎng)溫度高，所以處于亞穩(wěn)態(tài)的SiGeSn經(jīng)常發(fā)生Sn元素的分凝，從而影響SiGeSn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。
[0052]需要說(shuō)明的是，在注入工藝過(guò)程中，原有的SiGe層可以僅有表層部分變化為SiGeSn層，也可以全部變化為SiGeSn層。具體地，當(dāng)MOSFET的源和漏需要形成較厚的SiGeSn層時(shí)，可以注入含有Sn元素的離子或等離子體。離子和等離子體能量高，可以注入達(dá)到一定深度。當(dāng)MOSFET的源和漏需要形成較薄的SiGeSn層時(shí)，不僅注入離子或等離子體可以形成SiGeSn層，注入Sn原子或含有Sn元素的分子也可以形成SiGeSn層。
[0053]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，注入的方法可以采用離子注入，S卩: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SiGe層中去，并停留在SiGe層中，使SiGe層部分或全部轉(zhuǎn)換為SiGeSn合金。通過(guò)改變離子束的能量來(lái)改變注入的深度，離子束能量越高，則注入越深。在注入過(guò)程中，可以采用變化的電壓來(lái)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。具體地，除常規(guī)的離子注入夕卜，離子注入還包括等離子體源離子注入和等離子體浸沒(méi)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(shí)，SiGe層湮沒(méi)在含有Sn元素的等離子體中，含Sn元素的正離子在電場(chǎng)作用下被加速，射向SiGe層表面并注入到SiGe層中。通過(guò)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SiGeSn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SiGe表面也可以實(shí)現(xiàn)均勻地注入。離子注入可以形成較厚的SiGeSn層,注入能量越高，SiGeSn層越厚。優(yōu)選地，SiGeSn層的厚度為 0.5-100nm。
[0054]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，注入的方法可以采用磁控濺射。磁控濺射時(shí)，Ar離子在電場(chǎng)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(guò)調(diào)整電場(chǎng)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SiGe層，部分粒子可以注入到SiGe層中并形成亞穩(wěn)態(tài)的SiGeSn合金?？蛇x地，在利用磁控濺射向SiGe層注入的過(guò)程中，在襯底上加載負(fù)偏壓，t匕如-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SiGe表層的更深處，例如可以深至若干納米。需要說(shuō)明的是，由于磁控濺射時(shí)濺射出的材料較多，通常會(huì)在形成SiGeSn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SiGeSn層之上形成的Sn薄膜。例如，可以利用對(duì)SiGeSn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SiGeSn層。常見(jiàn)的清洗溶液包括稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸。清洗后保留下來(lái)的SiGeSn層的厚度為0.5_20醒，優(yōu)選地，該SiGeSn層厚度為0.5-lOnm。
[0055]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，在注入工藝中加熱溫度可控制在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(guò)低，注入帶來(lái)的損傷不能修復(fù)，SiGeSn層的質(zhì)量較差；溫度過(guò)高，將使得SiGeSn層中的Sn擴(kuò)散嚴(yán)重，而Sn在SiGe中的固溶度很低，SiGeSn層中的Sn容易析出形成Sn沉淀物。
[0056]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，在形成SiGeSn層之后還可以通過(guò)退火處理來(lái)強(qiáng)化該SiGeSn層。退火的溫度范圍為100-600°C，優(yōu)選150_450°C。溫度過(guò)低，注入帶來(lái)的損傷不能修復(fù)，SiGeSn層的質(zhì)量較差；溫度過(guò)高，將使得SiGeSn層中的Sn擴(kuò)散嚴(yán)重，而Sn在SiGe中的固溶度很低，SiGeSn中的Sn容易析出形成Sn沉淀物。
[0057]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，SiGeSn層為應(yīng)變SiGeSn層。應(yīng)變SiGeSn層的厚度為0.5-100nm。優(yōu)選為5_20nm。應(yīng)變SiGeSn層中Sn的原子百分含量小于20%。需要說(shuō)明的是，完全應(yīng)變的SiGeSn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SiGeSn層中Sn含量越高，則其臨界厚度越薄。SiGe上SiGeSn的應(yīng)變度與SiGe層本身的Ge含量和應(yīng)變度有關(guān)。當(dāng)Sn含量小于20%時(shí)，完全應(yīng)變的SiGeSn的應(yīng)變度大約在0_4%的范圍內(nèi)。當(dāng)SiGeSn層的應(yīng)變度為1.5%時(shí)，此時(shí)應(yīng)變SiGeSn層的臨界厚度約30nm，亦即此時(shí)MOSFET源漏區(qū)的SiGeSn厚度不宜超過(guò)30nm ;而當(dāng)應(yīng)變度為0.8%時(shí)，其臨界厚度可以達(dá)到IOOnm以上，說(shuō)明此時(shí)MOSFET源漏區(qū)的SiGeSn厚度可以達(dá)到IOOnm而SiGeSn層仍保持完全應(yīng)變。
[0058]需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，當(dāng)SiGeSn層為應(yīng)變SiGeSn層時(shí)，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SiGeSn層的材料性質(zhì)匹配。例如常見(jiàn)MOSFET器件中需要Sn的原子百分含量為10-15%的應(yīng)變SiGeSn層，通過(guò)加入Si，Sn原子百分含量為10-15%的SiGeSn層在450°C下基本是穩(wěn)定的，所以此時(shí)注入工藝中加熱溫度和退火工藝中退火溫度需要不超過(guò)450°C。
[0059]本發(fā)明還提出了一種具有SiGeSn溝道的M0SFET，由上述公開(kāi)的任一種方法形成，包括:襯底；形成在襯底的頂部的SiGeSn溝道；形成在SiGeSn溝道之上的柵堆疊結(jié)構(gòu)；以及形成在柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源和漏。該具有SiGeSn溝道的M0SFET，具有電學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)。
[0060]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(shí)施例如下:
[0061]首先，準(zhǔn)備絕緣體上SiGe襯底，并依次采用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水及氫氟酸清洗備用。
[0062]其次，在SiGe襯底表面淀積SiO2作為掩膜，光刻并刻蝕出器件區(qū)的開(kāi)口，暴露出局部的SiGe襯底頂表面。
[0063]接著，采用等離子體浸沒(méi)離子注入工藝，向襯底中注入含有Sn元素的等離子體，此時(shí)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，即在器件區(qū)SiGe層表層形成了 15-30nm厚的應(yīng)變SiGeSn層，Sn含量約為8%。對(duì)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(qiáng)化SiGeSn層。
[0064]然后，在SiGe襯底之上依此沉積柵介質(zhì)材料HfO2和柵極材料TaN/TiAl/TiN，然后通過(guò)光刻和刻蝕工藝，得到了圖形化的Hf02/TaN/TiAl/TiN柵堆疊。沉積柵側(cè)墻材料，可以用氮化硅作為柵側(cè)墻材料，通過(guò)干法刻蝕工藝，在柵堆疊兩側(cè)形成柵側(cè)墻。
[0065]最后，對(duì)柵堆疊兩側(cè)的SiGeSn層頂表面進(jìn)行重?fù)诫s工藝以形成源和漏。
[0066]此時(shí)，獲得了溝道區(qū)、源漏區(qū)均為SiGeSn材料的MOSFET器件。
[0067]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0068]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)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(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供頂部具有SiGe層的襯底； 向所述SiGe層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，以形成SiGeSn層； 在所述SiGeSn層之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)，并在所述柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成源和漏。
2.如權(quán)利要求1所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，還包括:在所述注入之前在所述襯底之上形成掩膜，在掩膜中形成器件區(qū)的開(kāi)口，在所述開(kāi)口位置露出所述SiGe層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，還包括:在所述柵堆疊兩側(cè)形成柵側(cè)墻。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述注入的方法包括離子注入。
5.如權(quán)利要求4所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET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(méi)離子注入。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述注入的方法包括磁控濺射。
7.如權(quán)利要求6所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，在利用所述磁控濺射注入的過(guò)程中，在所述襯底上加載負(fù)偏壓。
8.如權(quán)利要求6或7所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，還包括:去除所述磁控濺射在所述SiGeSn層之上形成的Sn薄膜。
9.如權(quán)利要求8所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，利用對(duì)SiGeSn和Sn具有高腐蝕選擇比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。
10.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述注入的過(guò)程中對(duì)所述襯底加熱，加熱溫度為100-600°C。
11.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，還包括:在所述注入之后，對(duì)SiGeSn層退火，退火溫度為100-600°C。
12.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述SiGeSn層為應(yīng)變SiGeSn層。
13.如權(quán)利要求12所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)變SiGeSn層的厚度為0.5-100nm。
14.如權(quán)利要求12所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)變SiGeSn層中Sn的原子百分含量小于20%。
15.如權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的具有SiGeSn溝道的MOSFET的形成方法，其特征在于，所述頂部具有SiGe層的襯底包括:絕緣體上SiGe襯底、具有SiGe表面的Si襯底或Ge襯底。
16.一種具有SiGeSn溝道的M0SFET，其特征在于，包括: 襯底； 形成在襯底的頂部的SiGeSn溝道； 形成在所述SiGeSn溝道之上的柵堆疊結(jié)構(gòu)；以及 形成在所述柵堆疊結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源和漏。
【文檔編號(hào)】H01L29/10GK103839830SQ201410064568
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:清華大學(xué)