[發明專利]帶有源漏應變源的GeSn n溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管

有效

• 申請號: 201310752768.X
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103681868A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 韓根全;劉艷;劉明山
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及一種帶有源漏應變源的GeSn?n溝道MOSFET（Metal-oxide-semiconductor?Field-effect?Transistor：金屬氧化物半導體場效應晶體管）。?

背景技術

隨著集成電路技術的深入發展，晶圓尺寸的提高以及芯片特征尺寸的縮小可以滿足微型化、高密度化、高速化、高可靠性和系統集成化的要求。根據國際半導體技術藍圖（International?Technology?Roadmap?for?Semiconductors，ITRS）的預測，當集成電路技術節點到10納米以下的時候，應變Si材料已經不能滿足需要，要引入高載流子遷移率材料MOSFET來提升芯片性能。理論和實驗顯示GeSn具有比純Ge材料更高的載流子遷移率。理論計算顯示通過調節GeSn中Sn的組分和改變GeSn結構的應變情況，可以把間接帶隙結構GeSn中Γ點下移，這樣Γ點參與導電的電子數量增加，從而電子遷移率大大提高（Physical?Review?B,vol.75,pp.045208,2007）。?

對于弛豫的GeSn材料，當Sn的組分達到6.5%～11%的時候，GeSn就會變成直接帶隙（Journal?of?Applied?Physics,113,073707,2013以及其中的參考文獻）。Sn在Ge中的固溶度度很低（<1%）,因此制備高質量、無缺陷的GeSn很難。現在用外延生長的方法可制備出Sn組分達到20%的GeSn材料[ECS?Transactions,41(7),pp.231,2011;ECS?Transactions,50(9),pp.885,2012]。但是隨著Sn組分的增加，材料質量和熱穩定型都會變差，因此單純依靠提高Sn的組分實現直接帶隙GeSn材料，比較困難。理論計算顯示，在GeSn中引入雙軸張應變有利于從間接帶隙到直接帶隙的轉變，即在比較低的Sn組分就可以變成直接帶隙材料（Applied?Physics?Letters,98,011111,2011）。?

為實現雙軸張應變GeSn，有人在晶格常數比較大的襯底材料上生長GeSn外延層，襯底材料可以是III-V族材料，比如InGaAs或者Sn組分更高的GeSn。?

發明內容

本發明的目的是提出一種帶有源漏應變源的GeSn?n溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的結構。其中源漏應變源的晶格常數比溝道區域的大，?對溝道GeSn材料形成沿溝道方向的單軸壓應變，沿垂直溝道的平面內形成雙軸張應變。這種應變狀態有利于GeSn材料從間接帶隙變成直接帶隙，從而實現高的電子遷移率。?

本發明用以實現上述目的的技術方案如下：?

本發明所提出的金屬氧化物半導體場效應晶體管具有一GeSn溝道、一源極、一漏極、一源應變源、一漏應變源、一絕緣介電質薄膜、一柵電極。?

其中，溝道為單晶GeSn材料，絕緣介電質薄膜位于溝道上，柵電極覆蓋在絕緣介電質薄膜上，源極和漏極材料為單晶GeSn，源極應變源和漏極應變源生長在源極和漏極上。其關鍵是，源、漏應變源晶格常數比溝道區域的材料的晶格常數大，從而形成對溝道的應變，使溝道GeSn由間接帶隙變為直接帶隙。?

本發明的優點分析如下：?

由于本發明的源漏極、溝道、源漏應變源材料為單晶GeSn，通過改變GeSn中Sn的組分，使得源漏應變源的晶格常數比溝道區域的材料的晶格常數大，從而對溝道GeSn材料形成沿溝道方向的單軸壓應變，沿垂直溝道的平面的雙軸張應變，這種應變狀態有利于GeSn材料從間接帶隙變成直接帶隙，從而實現高的電子遷移率。?

附圖說明

圖1為GeSn?n溝道MOSFET的立體模式圖。?

圖2為GeSn?n溝道MOSFET的YZ面剖面圖。?

圖3為GeSn?n溝道MOSFET制造的第一步。?

圖4為GeSn?n溝道MOSFET制造的第二步。?

圖5為GeSn?n溝道MOSFET制造的第三步。?

圖6為GeSn?n溝道MOSFET制造的第四步。?

具體實施方式

為了更為清晰地了解本發明的技術實質，以下結合附圖和實施例詳細說明本發明的結構和工藝實現：?

參見圖1和圖2所示的帶有源漏應變源的GeSn?n溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管10，其包括：?