具有突变隧穿结的fd-goi隧穿场效应晶体管及制备方法_2

文档序号:9507345阅读:来源:国知局
>[0021]实施例一
请参见图1,图1为本发明实施例的一种具有突变隧穿结的FD-G0I隧穿场效应晶体管的制备方法流程图,该制备方法包括如下步骤:
步骤(a)、选取全耗尽绝缘体上锗(Fully Depleted Germanium-On-1nsulator,简称FD-GOI)衬底;
步骤(b)、在FD-G0I衬底上采用刻蚀工艺形成浅沟槽隔离; 步骤(C)、在FD-GOI衬底上光刻形成漏区图形,采用带胶离子注入工艺形成漏区;
步骤(d)、在FD-G0I衬底上光刻形成源区图形,采用干法刻蚀工艺形成源区沟槽;
步骤(e)、在源区沟槽内淀积锗材料,并同时进行原位掺杂,形成掺杂浓度高于漏区的源区;
步骤(f)、在FD-G0I衬底的顶层锗表面形成栅界面层、栅介质层和前栅极层,刻蚀形成前栅;在?0-601衬底的底层硅表面形成背栅极层,刻蚀形成背栅;以及
步骤(g)、光刻引线窗口,淀积金属,光刻引线,形成源区、漏区、前栅、背栅的金属引线,最终形成具有突变隧穿结的FD-G0I隧穿场效应晶体管。
[0022]具体地,步骤(c)包括:
(cl)利用光刻工艺在FD-GOI衬底上光刻形成漏区图形;
(c2)在FD-GOI衬底上表面采用带胶离子注入工艺注入离子以形成漏区;
(c3)去除光刻胶。
[0023]具体地,步骤(c)之后,还包括:(X)利用退火工艺激活漏区中的杂质。
[0024]具体地,步骤(d)包括:
(dl)在FD-G0I衬底上表面形成保护层;
(d2)利用光刻工艺在保护层上形成隔离区图形;
(d3)利用干法刻蚀工艺刻蚀保护层及FD-GOI衬底以形成源区沟槽。
[0025]具体地,步骤(e)包括:
(el)对源区沟槽进行平整化处理;
(e2)在源区沟槽内在选择性外延生长锗材料,同时通入掺杂气体对锗材料进行原位掺杂,以形成源区;
(e3)利用CMP工艺对FD-G0I衬底上表面进行平整化处理。
[0026]其中,步骤(e2)包括:利用CVD工艺,在300°C -600°C的温度,利用选择性单晶锗外延生长方法进行选择性外延生长锗材料,同时通入掺杂气体对锗材料进行原位掺杂,以实现掺杂元素的原位激活,形成源区。
[0027]具体地,步骤(f)可以包括:
(fl)用PH3、NH3对FD-GOI衬底的顶层锗表面进行钝化处理形成栅界面层;
(f2)在栅界面层表面生长淀积高K材料层,作为栅介质层;
(f3)在栅介质层表面生长多晶硅材料层,作为前栅极层;
(f4)利用干法刻蚀工艺刻蚀栅界面层、栅介质层和前栅极层形成前栅;
(f5)在FD-G0I衬底的底层硅表面淀积金属层,作为背栅极层;
(f6)利用干法刻蚀工艺刻蚀背栅极层形成背栅。
[0028]当然,步骤(f)也可以包括:
(fl)在FD-G0I衬底的顶层锗表面生长厚度为1?2nm的氧化物作为栅界面层;
(f2)在栅界面层表面生长淀积高K材料层,作为栅介质层;
(f3)在栅介质层表面生长多晶硅材料层,作为前栅极层;
(f4)利用干法刻蚀工艺刻蚀栅界面层、栅介质层和前栅极层形成前栅;
(f5)在FD-G0I衬底底层硅表面淀积金属层,作为背栅极层;
(f6)利用干法刻蚀工艺刻蚀背栅极层形成背栅。
[0029]具体地,高K材料层为铪基材料、A1203、La203、Zr02S LaAlO中的任意一种。
[0030]本发明实施例制备的具有突变隧穿结的FD-G0I隧穿场效应晶体管,采用G0I衬底形成的TFET器件,结合了 Ge材料和SOI材料的双重特点,具有隧穿几率高,载流子迀移率高、寄生电容低、耐辐射效应强及简化器件隔离等特点;其漏区通过带胶离子注入工艺制备,该工艺充分利用了杂质在锗材料中扩散较快的特性,有助于形成缓变掺杂浓度梯度的本征区/漏区结,可有效抑制隧穿场效应晶体管中的双极效应;其源区通过刻蚀沟槽并用选择性外延淀积填充的工艺制备,该工艺能够提供精确限定的隧穿结面积,同时采用原位掺杂,解决了难以在Ge中形成激活的重掺杂源区的缺陷,且有助于形成具有陡峭掺杂浓度梯度的隧穿结和掺杂均匀的源区,可有效的提高器件驱动电流以及降低亚阈斜率。另外,本发明制备的具有突变隧穿结的FD-G0I隧穿场效应晶体管采用FD-G0I衬底、双栅结构,高K栅介质层、限定的源区和漏区掺杂等方法,可进一步提高器件的性能,有望在低功耗领域得到采用,有较高的实用价值。
[0031]另外,本发明所涉及的诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0032]实施例二
请参见图2a-图2h为本发明实施例的一种具有突变隧穿结的FD-G0I隧穿场效应晶体管的制备方法示意图;具体步骤如下:
(1)、选取FD-G0I衬底。如图2a所示,FD-G0I衬底包括顶层锗101、氧化物埋层102例如二氧化硅层埋层,以及底层硅103。
[0033]采用FD-G0I衬底的原因在于,Ge材料禁带宽度小,隧穿几率大,载流子迀移率高,速度特性好,有利于提高隧穿场效应晶体管的驱动电流;G0I衬底形成的半导体器件具有功耗低、速度高、集成密度高、抗干扰能力强、抗辐照能力强、工艺简单等优点,可为隧穿场效应晶体管在低功耗领域的应用提供了有利的条件;该?0-601衬底的顶层锗厚度可选20?lOOnm,优选20nm,该厚度有效提高前栅与背栅对隧穿场效应晶体管隧穿结处势皇宽度的控制能力,进而提高隧穿场效应晶体管中的驱动电流,亚阈值摆幅等电学特性。所以优选采用FD-G0I作为突变隧穿结的FD-G0I隧穿场效应晶体管的衬底。
[0034]该FD-G0I衬底101的晶向可以是(100)或者(110)或者(111 ),此处不做任何限制,另外,该FD-G0I衬底101的掺杂类型可以为N型,也可以是为P型,掺杂浓度例如为1014 ?10 17cm3。
[0035](2)、在FD-GOI衬底上形成浅槽隔离。如图2b,刻蚀FD-G0I衬底形成浅槽隔离201。具体过程为:
(21)、在FD-G0I衬底表面形成第一保护层;具体地,第一保护层包括第一二氧化硅(Si02)层和第一氮化硅(Si3N4)层;则第一保护层的形成包括:在FD-G0I衬底表面淀积二氧化娃(Si02)以形成第一二氧化娃(Si02)层;在第一二氧化娃(Si02)层表面淀积氮化娃(Si3N4)以形成第一氮化硅(Si3N4)层。这样做的好处在于,利用二氧化硅(Si02)的疏松特性,将氮化硅(Si3N4)的应力隔离,使其不能传导进顶层锗,保证了顶层锗性能的稳定。当然,可以理解的是,保护层的层数以及保护层的材料此处不做限制,只要能够形成保护层即可。
[0036](22)、利用光刻工艺在第一保护层上形成第一隔离区图形; (23)、利用干法刻蚀工艺在第一隔离区图形的指定位置处刻蚀第一保护层及FD-GOI衬底以形成浅沟槽隔离槽。
[0037](24)、淀积二氧化硅(Si02)材料填充浅槽隔离槽,形成浅沟槽隔离。其中,该浅沟槽隔离是由浅槽隔离(shallow trench isolat1n,简称STI)工艺技术实现的沟槽隔离。
[0038](3)、带胶离子注入形成低掺杂漏区301,如图2c所示。具体可以包括如下步骤:
(31)、利用光刻工艺形成漏区图形;
(32)、利用带胶离子注入的方法对漏区图形的指定位置处注入杂质以形成低掺杂漏区;
(33)、去除光刻胶;
(34)、利用退火工艺激活漏区中的杂质。
[0039](4)、刻蚀形成源区沟槽401,如图2d所示。具体地:
(41)、在FD-G0I衬底表面形成第二保护层。其中,第二保护层包括二氧化硅(Si02)层和氮化硅(Si3N4)层;则第二保护层的形成包括:在FD-G0I衬底表面淀积二氧化硅(Si02)以形成第二二氧化硅(Si02)层;在二氧化硅(Si02)层表面淀积氮化硅(Si3N4)以形成第二氮化硅(Si3N4)层。这样做的好处类似于第一保护层的作用,此处不再赘述;
(42)、利用光刻工艺在第二保护层上形成第二隔离区图形;
(43)、利用干法刻蚀工艺在第二隔离区图形的指定位置处刻蚀第二保
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