[發(fā)明專利]一種基于硅基三維納米陣列的全環(huán)柵CMOS結構和制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310736928.1
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103715195A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 王庶民;李耀耀;龔謙;程新紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L29/423;H01L29/10;H01L21/8238;H01L21/285;B82Y40/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.一種基于硅基三維納米線陣列的全環(huán)柵CMOS結構，包括硅或SOI襯底，其特征在于在所述硅襯底或SOI襯底上生長有n型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列和p型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列；所述n型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列和p型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列間隔排列。

2.根據權利要求1所述的結構，其特征在于所述n型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列的材料為(In_xGa_1-x)(AsySb_1-y)或張應變鍺；所述p型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列的材料為(In_xGa_1-x)Sb、無應變鍺或張應變鍺。

3.根據權利要求1所述的結構，其特征在于所述n型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列和p型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列均為多層結構。

4.根據權利要求1所述的結構，其特征在于基于硅基InGaAs/GaSb三維納米線陣列的CMOS結構是InGaAs為n型溝道材料，遷移率為10000cm²/Vs，GaSb作為p型溝道材料，遷移率為900cm²/Vs；采用界面失配調控方法，利用超薄的AlSb層釋放晶格應力，在硅基上獲得低位錯密度、表面平整的高質量GaSb緩沖層；針對n型InGaAs和p型GaSb高遷移率三維納米線陣列，交替生長n型InGaAs和p型GaSb高遷移率材料，之間生長AlSb腐蝕犧牲層，設計多層納米材料結構。

5.根據權利要求1所述的結構，其特征在于基于硅基InGaAs/張應變Ge單片集成三維納米線陣列的全環(huán)柵CMOS結構是，選取張應變Ge材料作為p型溝道材料，InGaAs作為n型溝道材料，首先采用Aspect?Ratio?Trapping技術在Si基上外延InP緩沖層,采用化學機械拋光法獲得平整的InP緩沖層；然后在InP緩沖層上生長n型InGaAs和張應變Ge，InAlAs作為腐蝕犧牲層填充在n型和p型溝道材料之間。

6.一種基于硅基三維納米線陣列的全環(huán)柵CMOS的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）生長基于硅基的n型單片集成的高遷移率材料結構和p型單片集成的高遷移率材料結構；

（2）制備n型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列和p型橫向三維單片集成的高遷移率納米線陣列的器件；

（3）采用原子層沉積技術實現納米線周圍柵介質和金屬柵極材料全包圍，制備全環(huán)柵CMOS場效應晶體管。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：

a)所述步驟（1）包括以下子步驟：采用高遷移率的III-V族材料或者鍺作為溝道材料，采用外延生長技術實現溝道材料和硅基材料的無轉移集成，并且在硅基材料上間隔生長p型溝道材料和n型溝道材料，所述p型溝道材料和n型溝道材料之間填充可選擇性腐蝕的材料作為腐蝕犧牲層；

b)所述步驟（2）還包括以下子步驟：

(21)利用電子束曝光技術，在材料芯片表面制備納米線光刻掩膜，定義源/漏區(qū)域和納米線陣列尺寸；

(22)利用干法刻蝕技術，刻蝕溝槽區(qū)的疊層直到停止層，在器件上形成橫向納米帶結構；

(23)利用選擇性濕法腐蝕，形成橫向二維納米線雙極型混合陣列；

(24)利用光學曝光和選擇性濕法腐蝕，對納米線陣列進行區(qū)域選擇性腐蝕，獲得n型區(qū)的橫向二維納米線陣列和p型區(qū)的橫向二維納米線陣列；

c)所述步驟（3）中利用原子層技術實現納米線周圍柵介質和金屬柵極材料全包圍，具體包括以下子步驟：

(31)樣品表面自然氧化物清洗，利用原子層沉積設備進行樣品表面等離子體鈍化；

(32)采用等離子體增強方法原位生長高k柵介質，實現高k介質層對納米線的全包圍；

(33)采用原子層沉積原位生長柵極材料，實現納米線側面柵極材料全包圍；

(34)通過電子束曝光定義柵極，采用濺射方法生長柵極金屬；

(35)通過電子束曝光定義源極和漏極，采用濺射方法生長金屬電極。