基于SiGeSn-GeSn材料的II型异质结隧穿场效应晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及一种II型异质结隧穿场效应晶体管TFET，可用于制作大规模集成电路。
【背景技术】
[0002]随着集成电路的进一步发展，芯片特征尺寸的进一步缩小，单个芯片上集成的器件数目的进一步增多，功耗越来越受到人们的关注。根据ITRS数据显示，当特征尺寸缩小到32nm节点时，功耗会是预计趋势的8倍，即随着特征尺寸的逐步缩小，传统的MOS器件就功耗方面将不能满足需求。另外，场效应晶体管MOSFET尺寸的减小面临着室温下亚阈值斜率最小为60mV/deCade的限制。基于量子隧穿效应的隧穿场效应晶体管TFET与MOSFET相比，没有亚阈值斜率最小为eOmv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。因此，如何提高隧穿几率、增大隧穿电流成为TFET研究的重点。理论和实验已经证明II型异质结TFET比同质结TFET具有更高的隧穿电流及器件性能。
[0003]目前，用于隧穿场效应晶体管的半导体材料主要是II1-V族材料，由于其具有较高的电子迀移率，且材料来源相对丰富，容易实现异质结，已经成功制备了许多高性能器件。这种II1-V族材料存在三方面的缺点，一是污染环境，二是成本非常高，三是与Si基技术不兼容。
[0004]为了解决II1-V族材料的不足，近年来由各国科学家开始对IV族材料体系在隧穿场效应晶体管方面的应用进行研究。IV族材料体系具有无毒、廉价、且易实现等优点，但是目前将IV族材料体系用于隧穿场效应晶体管仅限于S1、Ge材料，由于Si及SiGe为间接带隙材料且带隙较大，使得目前应用IV族材料体系的隧穿场效应晶体管与II1-V族材料相比，性能差距较大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，根据IV族材料体系中GeSn、SiGeSn材料的特性，提供一种SiGeSn-GeSn材料的II型异质结隧穿场效应晶体管，以调节能带结构，减小带隙宽度，降低隧穿势皇，增大隧穿电流，提高器件的整体性能。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]理论研究和实验证明，通过材料组分的调节，无论是GeSn材料，还是SiGeSn材料都能够由间接带隙材料转变为直接带隙材料，根据此原理本发明基于SiGeSn-GeSn材料的II型异质结隧穿场效应晶体管，包括:衬底、源极、沟道、漏极、绝缘介质薄膜及栅电极，其特征在于:
[0008]所述源极和漏极，均采用通式为Si1 y ,GeySnz^ SiGeSn复合材料，其中y为Ge的组分，z为Sn的组分，且0.1彡z彡0.2，0.2彡y彡0.5 ;
[0009]所述沟道，采用通式为Ge1 xSn:^ GeSn单晶材料，其中x为Sn的组分，且0.05 ^ X ^ 0.12 ；
[0010]所述源极、沟道和漏极，在衬底上依次由下至上竖直分布，在源极与沟道的接触处形成II型异质隧穿结，所述绝缘介质薄膜和栅电极设置在沟道的外围。
[0011]本发明制作上述基于SiGeSn-GeSn材料的II型异质结隧穿场效应晶体管，包括如下步骤:
[0012]I)利用分子束外延工艺，在衬底上生长Ge组分为0.2?0.5，Sn组分为0.1?0.2的SiGeSn复合材料，形成源极层；
[0013]2)利用分子束外延工艺，在源极层上生长Sn组分为0.05?0.12的单晶GeSn材料，形成沟道层；
[0014]3)利用分子束外延工艺，在沟道层上生长Ge组分为0.2?0.5，Sn组分为0.1?0.2的SiGeSn复合材料，形成漏极层；
[0015]4)利用刻蚀工艺，将源极层、沟道层和漏极层四周多余部分刻蚀掉，在中间形成源极区、沟道区和漏极区的竖直分布结构；
[0016]5)对源极区、沟道区和漏极区分别进行离子注入，即在源极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的B元素，形成P +掺杂的源极；在沟道区中注入能量为20KeV、剂量为115Cm 3的B元素，形成P掺杂的沟道；在漏极区中注入能量为20KeV、剂量为10 19cm 3的P元素，形成N+掺杂漏极；
[0017]6)利用原子层淀积工艺，在240?260°C的温度环境下，在沟道四周环绕依次淀积绝缘介质薄膜和栅电极。
[0018]本发明的具有如下优点:
[0019]本发明由于源极采用SiGeSn单晶材料，沟道采用GeSn单晶材料，使得源极与沟道接触形成所形成的II型异质结，减小了隧穿势皇，增大了隧穿几率和隧穿电流，进而提升了隧穿场效应晶体管的整体性能。
【附图说明】
[0020]图1为本发明场效应晶体管的结构图；
[0021]图2为本发明场效应晶体管的制作流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]参照图1，本发明基于SiGeSn-GeSn材料的II型异质结隧穿场效应晶体管包括:衬底1、源极2、沟道3、漏极4、绝缘介质薄膜5及栅电极6，其中源极2、沟道3、漏极4由下而上竖直分布于衬底I上，绝缘介质薄膜5环绕包裹于沟道3四周，栅电极6环绕包裹于绝缘介质薄膜5四周。
[0024]所述源极2和漏极4均采用通式为Si1 y ,GeySnz^ SiGeSn复合材料，其中y为Ge组分，z为Sn组分，0.1彡z彡0.2，0.2彡y彡0.5。
[0025]所述沟道3采用通式为Ge1 单晶GeSn材料，其中x为Sn的组分，
0.05 彡 X 彡 0.12。
[0026]参照图2，本发明制作基于SiGeSn-GeSn材料的II型异质结隧穿场效应晶体管的方法，给出如下三种实施例。
[0027]实施例1:制作基于Sia47Gea33SnQ.2Q-GeQ.92Sna(^^i|^ II型异质结隧穿场效应晶体管。
[0028]步骤1:外延源极层
[0029]利用分子束外延工艺，在Ge衬底I上，以固体S1、Ge和Sn作为蒸发源，在压强为10 4pa，温度为180°C的条件下，生长Ge组分为0.33、Sn组分为0.20的SiGeSn复合材料，形成源极层，如图2a ；
[0030]步骤2:外延沟道层
[0031]利用分子束外延工艺，在源极层上，以固体Ge和Sn作为蒸发源，在压强为10 4pa，温度为180°C的条件下，生长Sn组分为0.08的GeSn单晶，形成沟道层，如图2b ;
[0032]步骤3:外延漏极层
[0033]利用分子束外延工艺，在沟道层上，以固体S1、Ge和Sn作为蒸发源，在压强为10 4pa，温度为180°C的条件下，生长Ge组分为0.33、Sn组分为0.20的SiGeSn复合材料，形成漏极层如图2c。
[0034]步骤4:刻蚀形成源极区、沟道区和漏极区
[0035]利用刻蚀工艺，采用氯基原子团作为刻蚀剂，在光刻胶的掩蔽作用下，将源极层、沟道层和漏极层四周多余部分刻蚀，在中间形成自下而上的源极区、沟道区和漏极区竖直分布结构，如图2d。
[0036]步骤5:离子注入形成源极、沟道和漏极
[0037]在源极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的B元素，形成P +掺杂的源极2 ;
[0038]在沟道区中注入能量为20KeV、剂量为115Cm 3的B元素，形成P掺杂的沟道3 ；
[0039]在漏极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的P元素，形成N+掺杂漏极4，如图2θ ；
[0040]步骤6:淀积绝缘介质薄膜和栅电极
[0041]利用原子层淀积工艺，在环境温度为240°C的N2、O2氛围下，先在沟道3四周环绕淀积绝缘介质S12形成绝缘介质薄膜5 ;再在