压应变GeSnp沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种压应变GeSnp沟道MOSFET。该MOSFET(10)结构包括：衬底（101）、弛豫SiGeSn缓冲层（107），源和漏（102,103）、GeSn沟道（104）、栅电极绝缘介电质层（105）以及栅电极（106）。SiGeSn缓冲层（107）层的晶格常数比GeSn沟道（104）晶格常数小，GeSn沟道形成XY面内的双轴压应变。这种应变可提高GeSn沟道（104）空穴迁移率，从而提高MOSFET性能。
【专利说明】压应变GeSn p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双轴压应变GeSn p 沟道 MOSFET (Metal-oxi de-semi conductorField-effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)。
【背景技术】
[0002]随着集成电路技术的快速及深入发展，晶圆尺寸的提高以及芯片特征尺寸的缩小可以满足微型化、高密度化、高速化、高可靠性和系统集成化的要求。根据国际半导体技术蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS) 2012 的预测，当集成电路技术节点到10纳米以下的时候，应变Si材料已经不能满足需要，要引入高载流子迁移率材料MOSFET来提升芯片性能。纯Ge材料具有比Si更高的空穴迁移率，当在Ge沟道引入双轴压应变后，空穴迁移率会进一步的提高(International Electron DevicesMeeting, pp.150-153， 2010)。
[0003]双轴压应变GeSn具有比纯Ge材料更高的空穴迁移率，是制备P沟道MOSFET器件的理想材料(International Electron Devices Meeting, pp.402-403, 2011 ；International Electron Devices Meeting, pp.375-378，2012)。实验和理论都证明在GeSn沟道在引入的压应变越大，器件的空穴迁移率就越高，器件电学性能就越好(IEEEElectron Device Letters, vol.34, n0.7, pp.831-833，2013 ；Physical Review B,vol.75, n0.4, pp.045208, 2007)。
[0004]目前报道的压应变GeSn p沟道MOSFET器件都是GeSn沟道生长在Ge衬底或者Ge缓冲层上面，提高GeSn沟道压应变的方法就是提高Sn的组分。但是Sn组分太高就会引起GeSn材料热稳定性变差，易出现Sn原子的偏析。提高GeSn沟道压应变的另外一个方法就是减小GeSn沟道下面缓冲层的`晶格常数。利用外延生长的技术，在弛豫SiGeSn缓冲层上面生长高压应变的GeSn沟道。弛豫SiGeSn缓冲层可以通过外延生长在衬底上或者键合的技术键合在衬底上面。如果Sn的组分为0，弛豫缓冲层就是SiGe，其通式为SihGer(OS^Kl)t5SiGe晶格常数可以通过减小Ge组分而减小，而弛豫SiGe在Si衬底上面的外延生长技术已经非常成熟(Journal of Applied Physics, v.90, n0.6, pp.2730, 2001; MaterialsScience in Semiconductor Processing, v.8, pp.149-153，2005)。对于SiGeSn缓冲层，通式为SimGerSn, (0^χ<1, O^y < 0.30)。可以通过降低Ge和Sn的组分减小SiGeSn缓冲层的晶格常数。目前，已经有报道在Si衬底上外延生长弛豫SiGeSn缓冲层(Applied，Physics, Letters, v.103, pp.072111, 2013)。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种压应变GeSn p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的结构。其中弛豫SiGeSn缓冲层的晶格常数比GeSn沟道晶格常数小，在平行沟道的平面内形成双轴压应变。这种应变状态有利于提高GeSn沟道空穴迁移率，提高器件电学性能。[0006]本发明所提出的金属氧化物半导体场效应晶体管具有:
一衬底；
一弛豫SiGeSn缓冲层，位于衬底上；
一 GeSn沟道,位于所述SiGeSn层上；
一栅电极绝缘介电质层，位于沟道上；
一栅电极，位于所述栅电极绝缘介电质层上。
[0007]—源极与一漏极，分别位于所述栅电极的两侧；
所述弛豫SiGeSn缓冲层晶格常数比GeSn沟道层晶格常数小。
[0008]本发明MOSFET中，由于弛豫SiGeSn缓冲层的晶格常数比GeSn沟道晶格常数小，由此在平行沟道的平面内形成双轴压应变，这种应变状态有利于提高GeSn沟道空穴迁移率，提高器件电学性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明MOSFET的截面模式图。
[0010]图2为本发明MOSFET的俯视模式图。
[0011]图3为MOSFET制造的第一步。
[0012]图4为MOSFET制造的第二步。
[0013]图5为MOSFET制造的第三步。
[0014]图6为MOSFET制造的第四步。
[0015]图7为MOSFET制造的第五步。
【具体实施方式】
[0016]为了更为清晰地了解本发明的技术实质，以下结合附图详细说明本发明的结构和工艺实现(本例中衬底材料选用Si材料):
参见图1，MOSFETIO包括以下结构:一 GeSn沟道104、一衬底101、一弛豫SiGeSn缓冲层107,—源极102、一漏极103、一栅电极绝缘介电质层105、一栅电极106。
[0017]在Si衬底101上具有一弛豫SiGeSn缓冲层107，GeSn沟道104位于所述SiGeSn层107上，栅电极绝缘介电质层105位于所述GeSn沟道104上，栅电极106位于所述栅电极绝缘介电质层105上，一源极102与一漏极103分别位于所述栅电极106的两侧。
[0018]其中，弛豫SiGeSn缓冲层为单晶SiGeSn材料，其通式为SimGerSn, (O≤X≤1，
O ≤ y < 0.30)。沟道GeSn材料通式为GehSnz (O≤z≤0.25)。弛豫SiGeSn缓冲层晶格常数要比GeSn沟道层晶格常数小。源和漏为P型掺杂。
[0019]参见图3-图7，压应变GeSn p沟道M0SFET10的制造过程如下:
第一步如图3所不,在Si衬底101上,利用外延生长的技术,生长一层弛豫SiGeSn材料，形成弛豫SiGeSn缓冲层107。
[0020]第二步如图4所示，利用外延生长的技术，在弛豫SiGeSn缓冲层107上生长一层压应变的GeSn材料，作为GeSn沟道104。
[0021]第三步如图5所示,在GeSn沟道104上面依次沉积绝缘介电质薄膜和栅极材料。
[0022]第四步如图6所示，利用光刻和刻蚀形成栅电极绝缘介电质层105和栅电极106。[0023]第五步如图7所示，利用离子注入和热退火技术形成源极102和漏极103。
[0024]虽然本发明已以实例公开如上，然其并非用以限定本分明，本分明的保护范围当视权利要求为准。
【权利要求】
1.一种双轴压应变GeSn P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，包括: 一衬底(101)； 一弛豫SiGeSn缓冲层(107)，位于衬底上； 一 GeSn沟道(104)，位于所述SiGeSn层(107)上； 一栅电极绝缘介电质层(105)，位于沟道上； 一栅电极(106)，位于所述栅电极绝缘介电质层上； 一源极(102)与一漏极(103)，分别位于所述栅电极(106)的两侧； 所述弛豫SiGeSn缓冲层晶格常数比GeSn沟道层晶格常数小。
2.如权利要求1所述的双轴压应变GeSnP沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，其中衬底是半导体材料，或者绝缘体材料。
3.如权利要求1所述的双轴压应变GeSnP沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，其中弛豫SiGeSn缓冲层为单晶SiGeSn材料，其通式为SimGerSn, (OO ^ y < 0.30)，SiGeSn缓冲层利用外延生长技术生长在衬底上，或者利用键合的技术键合在衬底上。
4.如权利要求1所述的双轴压应变GeSnP沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，沟道GeSn材料通式为GenSnz (O ^ z ^ 0.25)，采用外延生长技术生长在弛豫SiGeSn缓冲层上。
5.如权利要求1所述的双轴压应变GeSnP沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，源和漏为P型 掺杂。
【文档编号】H01L29/78GK103762242SQ201410015476
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】韩根全, 刘艳, 赵斌 申请人:重庆大学